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Die
Erfindung betrifft ein digitales Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerk.
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Die
Rückgewinnung
von Daten aus modulierten Signalen, die digitale Informationen in
Symbolform übertragen,
erfordert üblicherweise
drei Funktionen bei einem Empfänger:
Takt-Rückgewinnung
für Symbol-Synchronisation,
Träger-Rückgewinnung (Frequenz-Demodulation
auf Basisband) und Kanalentzerrung. Takt-Rückgewinnung ist ein Prozess, durch
den ein Empfängertakt
(Zeitbasis) mit einem Sendertakt synchronisiert wird. Dies erlaubt
die Abtastung eines empfangenen Signals an optimalen Punkten der
Zeit, um Slicing-Fehler
zu vermindern, die einer auf Entscheidung gerichteten Verarbeitung von
empfangenen Symbolwerten zugeordnet sind. Träger-Rückgewinnung ist ein Prozess,
durch den ein empfangenes HF-Signal nach Abwärts-Frequenzumwandlung auf
einen niedrigeren Zwischenfrequenz-Durchlassbereich (z.B. nahe Basisband)
in der Frequenz auf Basisband verschoben wird, um eine Rückgewinnung
der modulierenden Basisband-Information
zu erlauben. Adaptive Kanalentzerrung ist ein Prozess, durch den
die Wirkungen von Änderungszuständen und
Störungen
im Signalübertragungskanal
kompensiert werden. Dieser Prozess verwendet üblicherweise Filter, die Amplituden-
und Phasenverzerrungen beseitigen, die von frequenzabhängigen,
in der Zeit veränderlichen
Eigenschaften des Übertragungskanals
herrühren.
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Aus
den bekannten Dokumenten EP-A-0 823 708, US-A-5,796,535, WO-A-99/23815 und Lim H.
et al.: "Low-Complexity
Symbol Clock Recovery and Segment Synchronization Algorithm for
the Grand Alliance VSB HDTV System" International Conference on Consumer
Electronics, 1996 Digest of Technical Papers, ICCE, ist es bekannt,
Phasenregelschleifen und Takt-Rückgewinnungs-Netzwerke zu
verwenden, um die Taktfrequenzen in digitalen Fernsehsignal-Empfängern oder
Speichersystemen festzulegen.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, enthält ein Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerk
in einem digitalen Signalverarbeitungssystem einen gesteuerten Oszillator
zur Erzeugung eines Signal-Abtasttaktes. Außer der Steuerung der Oszillatorfrequenz
innerhalb eines gegebenen Frequenzbereichs wird der Oszillator-Frequenzbereich
gesteuert verschoben, um den gewünschten linearen
Betrieb zur Verbesserung der Symbol-Takt-Erfassung aufrechtzuerhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild eines Teils eines hochauflösenden-(HTDT)-Fernsehempfängers mit einer
Takt-Rückgewinnungsvorrichtung
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Datenrahmen-Format für
ein VSB-moduliertes Signal gemäß dem terrestrischen Grand-Alliance-HDTV-Rundfunksystem in
den Vereinigten Staaten.
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3 zeigt
Einzelheiten eines Segment-Sync-Detektors
und Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerks
in 1.
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4 zeigt
eine Signal-Wellenform, die hilfreich zum Verständnis der Arbeitsweise des
Netzwerks in 3 ist.
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In 1 wird
ein terrestrisches analoges Rundfunk-Eingangs-HDTV-Signal durch ein Eingangs-Netzwerk 14 verarbeitet,
das Hochfrequenz-(HF)-Abstimmschaltungen und einen Zwischenfrequenz-(ZF)-Prozessor 16 enthält, der
einen Doppel-Umwandlungs-Tuner zur Erzeugung eines ZF-Durchlassbereichs-Ausgangssignals
und geeignete automatische Verstärkungs-Regelschaltungen (AGC)
aufweist. Bei dieser Ausführungsform
ist das empfangene Signal ein Trägerunterdrücktes Mehr-Pegel-8-VSB-moduliertes
Signal, wie von Grand Alliance vorgeschlagen und für die Verwendung
in den Vereinigten Staaten angenommen wurde. Ein solches VSB-Signal wird durch
eine eindimensionale Datensymbol-Konstellation
dargestellt, wobei nur eine Achse quantisierte Daten enthält, die von
dem Empfänger
zurückgewonnen
werden sollen. Zur Vereinfachung der Figur sind Signale zum Takten der
dargestellten funktionalen Blöcke
nicht gezeigt.
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Wie
in der Grand Alliance-HDTV-System-Spezifikation vom 14. April 1994
beschrieben ist, überträgt das VSB-Übertragungssystem Daten mit einem
vorgeschriebenen Datenrahmen-Format, wie in 2 dargestellt.
Ein kleines Pilotsignal mit der unterdrückten Trägerfrequenz wird dem übertragenen
Signal hinzugefügt,
um die Erzielung einer Trägerverriegelung
bei dem VSB-Empfänger
zu unterstützen.
Gemäß 2 umfasst
jeder Datenrahmen zwei Felder, von denen jedes 313 Segmente von
832 Mehr-Pegel-Symbolen enthält.
Das erste Segment jedes Feldes wird als Feld-Sync-Segment bezeichnet,
und die verbleibenden 312 Segmente werden als Datensegmente bezeichnet.
Die Datensegmente enthalten üblicherweise
mit MPEG kompatible Datenpakete. Jedes Datenseg ment umfasst eine Vier-Symbol-Segment-Sync-Komponente,
der 828 Datensymbole folgen. Jedes Feldsegment enthält eine
Vier-Symbol-Segment-Sync-Komponente, der eine Feld-Sync-Komponente folgt,
die eine vorbestimmte 511-Symbol-Pseudo-Zufallsnummern-(PN)-Sequenz und drei
vorbestimmte 63-Symbol-PN-Sequenzen
umfassen, von denen die mittlere in aufeinanderfolgenden Feldern
invertiert ist. Ein VSB-Betriebs-Steuersignal
(das die VSB-Symbol-Konstellationsgröße bestimmt) folgt der letzten 63-PN-Sequenz,
der 96 reservierte Symbole und 12 aus dem vorherigen Feld kopierte
Symbole folgen.
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Gemäß 1 wird
das Durchlassband-ZF-Ausgangssignal von der Einheit 16 durch einen
Analog/Digital-Wandler 19 in einen digitalen Symbol-Datenstrom
umgewandelt. Der digitale Ausgangs-Datenstrom von dem ADC 19 wird
durch ein Demodulator/Träger-Rückgewinnungs-Netzwerk 22 auf
Basisband demoduliert. Dies erfolgt durch eine Phasenregelschleife
in Abhängigkeit
von dem kleinen Referenz-Pilotträger
in dem empfangenen VSB-Datenstrom. Die Einheit 22 erzeugt
einen I-phasendemodulierten
Ausgangs-Symbol-Datenstrom. Die Einheit 22 kann einen Demodulator
der in der Grand-Alliance-System-Spezifikation
beschriebenen Art oder der in der schwebenden US-Patentanmeldung
mit der Serial No. 09/140,257 von T. J. Wang, angemeldet am 26.
April 1998 beschriebenen Art enthalten.
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Dem
ADC 19 ist ein Segment-Sync-Generator und ein Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerk gemäß der vorliegenden
Erfindung zugeordnet. Das Netzwerk gewinnt die sich wiederholenden
Datensegment-Sync-Komponenten jedes Datenrahmens aus den empfangenen
Zufallsdaten zurück.
Die Segment-Syncs dienen zur Wiedergewinnung eines richtigen in
Phase gebrachten Taktes, z.B. 10,76 M Symbole/s, der zur Steuerung
der Da tenstrom-Symbolabtastung durch den Analog/Digital-Wandler 19 dient. Wie
in Verbindung mit 3 und 4 noch erläutert wird,
verwendet das Netzwerk ein Vier-Symbol-Korrelations-Referenzschema und
einen zugeordneten Symboldaten-Korrelator,
um das Segment-Sync festzustellen.
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Die
Einheit 28 stellt die Datenfeld-Synchron-Komponente durch
Vergleich jedes empfangenen Datensegments mit einem idealen Feld-Bezugssignal
fest, das in einem Speicher des Empfängers gespeichert ist. Zusätzlich zur
Feld-Synchronisation erzeugt das Feld-Sync-Signal ein Übungssignal
für den
adaptiven Kanalentzerrer 34. Eine NTSC-Co-Kanal-Störfeststellung und Zurückweisung
werden von der Einheit 30 ausgeführt. Anschließend wird
das Signal adaptiv durch den Kanalentzerrer entzerrt, der in blinden
und nachfolgenden auf Entscheidungen gerichteten Betriebsarten arbeitet.
Der Entzerrer 34 kann von dem Typ sein, der in der Grand-
Alliance-HDTV-System-Spezifikation und in dem Aufsatz von W. Bretl
et al., „VSB
Modem Subsystem Design for Grand Alliance Digital Television Receivers", IEEE Transactions
on Consumer Electronics, August 1995, beschrieben ist. Der Entzerrer 34 kann
auch von dem Typ sein, der in der schwebenden US-Patentanmeldung
mit Serial No. 09/102,885 von Shiue et al. beschrieben ist. Der
Ausgang des Entzerrers 34 unterstützt vorteilhafterweise den
Betrieb des Netzwerks 24, was noch erläutert wird.
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Der
Entzerrer 34 korrigiert Kanalverzerrungen, aber Phasenrauschen
dreht willkürlich
die Symbolkonstellation. Ein Phasen-Nachführungs-Netzwerk 36 entfernt
das restliche Phasen- und Verstärkungsrauschen
in dem Ausgangssignal von dem Entzerrer 34 einschließlich Phasenrauschen,
das nicht von dem vorhergehenden Träger-Rückgewinnungs-Netzwerk als Reaktion
auf das Pilotsignal entfernt worden ist. Das in der Phase korrigierte
Signal wird dann durch die Einheit 40 trellis-dekodiert,
von der Einheit 42 entschachtelt, von der Einheit 44 einer Reed-Solomon-Fehlerkorrektur
unterzogen und von der Einheit 46 entwürfelt (de-randomisiert), wobei
allgemein bekannte Verfahren verwendet werden. Danach wird durch
die Einheit 50 ein dekodierter Datenstrom einer Audio-,
Video- und Anzeige-Verarbeitung unterworfen. Die funktionalen Blöcke von 1 können mit
Ausnahme des gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung modifizierten Takt-Rückgewinnungs-Netzwerks 24 Schaltungen
von der Art verwenden, die in der Grand-Alliance-HDTV-System-Spezifikation vom
4. April 1994 und in dem oben erwähnten Aufsatz von Brets et
al. beschrieben sind.
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Die
Demodulation in der Einheit 22 wird durch eine automatische
Phasenregelschleife (APC) ausgeführt,
um eine Träger-Rückgewinnung
unter Verwendung bekannter Verfahren zu erzielen. Die Phasenregelschleife
verwendet die Pilot-Komponente
als eine Referenz für
die anfängliche
Erfassung und einen normalen Phasendetektor für die Phasenerfassung. Das
Pilotsignal ist in dem empfangenen Datenstrom eingebettet, der Daten
enthält,
die ein zufälliges
rauschähnliches
Schema aufweisen. Die zufälligen
Daten werden im wesentlichen von der Filterungsaktion der Demodulator-APC-Schleife
unbeachtet gelassen. Das 10,76 MSymbole/s-Eingangssignal zum ADC 19 ist
ein dem Basisband nahes Signal mit der Mitte des VSB-Frequenzspektrums
bei 5,38 MHz und der Pilot-Komponente
bei 2,69 MHz. In dem demodulierten Datenstrom von der Einheit 22 ist die
Pilot-Komponente in der Frequenz auf Gleichstrom heruntergeschoben
worden. Der demodulierte Datenstrom wird der Segment-Sync- und Symbol-Takt-Wiedergewinnungs-Einheit 24 zugeführt, wie
in Einzelheiten in 3 gezeigt ist. Wenn die sich wiederholenden
Datensegment-Sync-Impulse aus dem zufälligen Datenschema des empfangenen
Datenstroms rückgewonnen
werden, dienen die Segment-Syncs dazu, einen richtigen Symbol-Takt
durch Wiedergewinnung eines richtig in Phase gebrachten Symbol-Raten-Abtasttaktes
zur Steuerung der Abtast-Operation des Analog/Digital-Wandlers 19 zu
erzielen.
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4 zeigt
einen Teil eines Acht-Pegel-(-7 bis +7)-Datensegments mit einem zugeordneten Segment-Sync
für ein
Acht-VSB-moduliertes terrestrisches Rundfunksignal gemäß der Grand-Alliance-HDTV-Spezifikation.
Der Segment-Sync tritt am Beginn jedes Datensegments auf und besetzt
ein Vier-Symbol-Intervall. Der Segment-Sync wird durch ein Schema
1 –1 –1 1 entsprechend
den Amplitudenpegeln des Segment-Sync-Impulses von +5 bis –5 definiert.
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Der
Vier-Symbol-Segment-Sync tritt alle 832 Symbole auf, ist aber schwierig
in einem demodulierten digitalen VSB-Datenstrom zu lokalisieren,
da die Daten eine zufällige
rauschähnliche
Charakteristik haben. Um den Segment-Sync unter diesen Bedingungen
wieder zu gewinnen, wird der demodulierte I-Kanal-Datenstrom einem
Eingang eines Datenkorrelators zugeführt, und ein Referenz-Schema
mit der Charakteristik 1 –1 –1 1 wird
einem Referenz-Eingang des Korrelators zum Vergleich mit den demodulierten
Daten zugeführt.
Der Korrelator erzeugt eine Verstärkung, die zu dem Referenz-Schema
alle 832 Symbole passt. Verstärkte
Daten-Events werden von einem Akkumulator gesammelt, der dem Korrelator zugeordnet
ist. Dazwischen liegende Zufalls-(nicht verstärkte)-Korrelationen verschwinden
relativ zu den verstärkten
korrelierten Segment-Sync-Komponenten. Dieses Verfahren ist allgemein
bekannt. Netzwerke zur Rückgewinnung
von Segment-Sync-Daten auf diese Weise sind bekannt, z.B. aus der
Grand-Alliance-(HDTV)-Spezifikation und dem zuvor erwähnten Aufsatz
von Bretl et al.
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3 zeigt
Einzelheiten des Segment-Sync- und Takt-Rückgewinnungs-Netzwerks 24.
Der Ausgangs-Datenstrom von dem Demodulator 22 wird einem
Signaleingang des Phasendetektors 310 und einem Schalter 318 zugeführt. Der
Schalter 318 kann programmiert werden, um entweder das
Ausgangssignal von dem Demodulator 22 oder das Ausgangssignal
von dem Entzerrer 34 einem 832-Symbol-Korrelator 320 in
einem Segment-Sync-Rückgewinnungsweg
zuzuführen.
Der andere Signaleingang des Phasendetektors 310 empfängt ein
Ausgangssignal von dem Segment-Sync-Generator 328 in dem
Segment-Sync-Rückgewinnungsweg,
der den Korrelator 320 einschließt. Der Korrelations-Referenz-Schema-Generator 330 ist
mit einem Referenz-Eingang des Korrelators 320 und Segment-Integrator
und Akkumulator 324 verbunden. Der Referenz-Schema-Generator 330 erzeugt
das 1 –1 –1 1 Segment-Sync-Referenz-Schema (siehe 4).
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Der
Ausgang vom Korrelator 320 wird von der Einheit 324 integriert
und angesammelt. Der Segment-Sync-Generator 328 enthält einen.
Komparator mit einem vorbestimmten Schwellwert und spricht auf den
Ausgang von Einheit 324 durch Erzeugung von Segment-Sync-Komponenten
zu geeigneten Zeiten in dem Datenstrom an, die Segment-Sync-Intervallen entsprechen.
Dies erfolgt, wenn die Ansammlung von verstärkten Daten-Events (Segment-Sync-Auftreten)
den vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Die Erzeugung von Segment-Sync-Komponenten zeigt an, dass das Signal
erfasst worden ist. Dieser Event wird durch Daten angezeigt, die
in einem Register im Generator 328 gespeichert sind. Das
Register wird durch die Steuereinheit 344 überwacht, um
zu bestimmen, ob eine Signalerfassung erfolgt ist oder nicht, was
noch erläutert
wird.
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Der
Phasendetektor 310 führt
eine Takt-Rückgewinnungs-Funktion aus. Der
Phasendetektor 310 vergleicht die Phase des von der Einheit 328 erzeugten
Segment-Sync mit der Phase des Segment-Sync, der in dem demodulierten
Datenstrom von der Einheit 22 erscheint und erzeugt ein Ausgangs-Phasenfehler-Signal,
das den Symbol-Takt-Fehler darstellt. Dieses Fehlersignal wird durch
ein automatisches Phasenregelungs-(APC)-Filter 334 tiefpassgefiltert,
um ein Signal zu erzeugen, das für
die Steuerung eines 10,76 MHz spannungsgesteuerten Kristall-Oszillators
(VCXO) 336 geeignet ist. Der Oszillator 336 erzeugt
den 10,76 MHz Symbol-Abtasttakt
für den
ADC 19. Dieser Abtasttakt weist das richtige Timing auf,
wenn das Phasenfehlersignal durch die APC-Aktion etwa null ist,
wodurch angezeigt wird, dass die Symbol-Takt-Rückgewinnung vollendet ist.
Der von der Einheit 328 erzeugte Segment-Sync wird auch
anderen Dekodierschaltungen und automatischen Verstärkungs-Regelungs-(AGC)-Schaltungen (nicht
dargestellt) zugeführt.
Der Ausgang des Filters 334 wird einem Eingang eines Detektors 340 zugeführt. Der Ausgang 331 des
Sync-Generators 328, der anzeigt, ob eine Signalverriegelung
(Erfassung) erreicht worden ist oder nicht, wird einem Eingang eines
Mikrocontrollers 344 zugeführt.
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Der
Schalter 318 ist wahlweise, kann aber programmiert werden,
um entweder den Ausgang des Demodulators 22 oder den Ausgang
des Entzerrers 34 dem Korrelator 320 in dem Sync-Rückgewinnungsweg
zuzuführen.
Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Schalter 318 so programmiert,
dass er kontinuierlich den Ausgang des adaptiven Entzerrers 34 mit
dem Korrelator 320 verbindet. Bei einem anderen System
mit unterschiedlichen Betriebserfordernissen kann der Schalter 318 zum
Beispiel so programmiert werden, dass er zunächst den Ausgang des Demodulators 322 mit dem
Korrelator 320 verbindet, wenn das System am Anfang eingeschaltet
wird oder wenn das System zurückgesetzt
wird, und dass anschließend
der Ausgang des Entzerrers 34 mit dem Korrelator 320 nach einem
vorbestimmten Zeitintervall verbunden wird.
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Wenn
bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
von 3 das System zuerst erregt wird, oder nachdem
das System zurückgestellt
wird, wird der VCO 336 so eingestellt, dass er mit einer
vorbestimmten stabilen Frequenz arbeitet. Bei diesem Beispiel entspricht
diese Frequenz einem der extremen (maximalen oder minimalen) Frequenzwerte
innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs. Diese Anfangsfrequenz
wird beträchtlich
von der gewünschten
Symbol-Taktfrequenz oder einem Vielfachen davon versetzt, weil beobachtet
worden ist, dass der Entzerrer 34 schneller in eine blinde
Betriebsart bei Verwendung einer solchen Anfangsfrequenz konvergiert,
als wenn eine Anfangsfrequenz zu nahe bei der gewünschten
Taktfrequenz liegt. Wenn der Entzerrer-Ausgang über den Schalter 318 mit
dem Korrelator 320 verbunden wird, wird der Entzerrer 34 zurückgestellt
und darf für
eine bestimmte (programmierte) Zeitdauer, z.B. 50 Millisekunden, konvergieren.
Dieses Intervall wird so gewählt,
dass es einer Zeit entspricht, die der Entzerrer benötigt, um
einen ausreichend stabilen Betrieb aufzuweisen. Diese Dauer kann
empirisch gemäß den Erfordernissen
eines besonderen Systems bestimmt werden. Wenn sich bei dieser Zeit
der Betrieb des Entzerrers stabilisiert hat, wird das Phasenregel-Netzwerk
einschließlich
der Einheiten 320, 324, 328 und 310 zurückgestellt
und darf den Betrieb des Oszillators 336 über das
Filter 334 und den Steuer-Spannungs-Eingang 349 des
Oszillators 336 steuern. Der Oszillator 336 beginnt
seinen Betrieb aus dem oben erwähnten vorbestimmten
Anfangs-(zurückgestellten)-Frequenz-Zustand.
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Der
beschriebene Steuermechanismus verbessert die Funktion des Takt-Rückgewinnungs-Netzwerks,
weil seine Eingangsdaten Kanal-Beeinträchtigungen wie Mehrweg-Bilder
gehabt haben, die von dem Entzerrer 34 beträchtlich
vermindert oder entfernt wurden. Genauer gesagt verbessert dieser
Takt-Steuermechanismus die Fähigkeit des
Netzwerks, das Signal unter strengen Mehrweg-Bedingungen zu erfassen
und zu erhalten. Die Fähigkeit
der offenbarten Anordnung, den Segment-Sync bei vorhandenen ungünstigen
Bedingungen, wie starken Mehrweg-Bedinungen, zurück zu gewinnen, begünstigt die
Geschwindigkeit und Genauigkeit des Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Prozesses.
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Wenn
die Signalerfassung beginnt, arbeitet der adaptive Entzerrer 34 in
einer blinden Betriebsart unter Verwendung eines bekannten blinden
Entzerrer-Algorithmus, z.B. des konstanten Modulus-Algorithmus (CMA).
Nachdem einige Zeit verstrichen ist, z.B. 50 ms, wird der Entzerrer-Ausgang als gut genug angesehen,
um den Segment-Sync- und Takt-Rückgewinnungs-Prozess
zur Entwicklung eines geeigneten Abtasttaktes aus dem Oszillator 336 zu
unterstützen.
Nachdem der Symbol-Takt und der geeignete Abtasttakt für die ADC-Einheit 19 erstellt
worden sind, fährt
das Netzwerk 24 fort, das entzerrte Ausgangssignal von
dem Entzerrer 34 zu empfangen, um die Nachführungs-Funktion
(tracking performance), zum Beispiel bei Vorhandensein von starken Mehrweg-Signal-Bedingungen,
zu verbessern. Zu dieser Zeit arbeitet der Entzerrer 34 üblicherweise
in einer stationären
Entscheidungs-geleiteten Betriebsart.
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Gemäß einem
Merkmal der Anordnung von 3 wird eine
Gleichstrom-Steuerspannung 349 von der Einheit 348 dazu
verwendet, den Betriebs-Frequenzbereich des Oszillators 336 zu
verschieben. Dies wird durch ein Netzwerk bewirkt, das einen Detektor 340,
einen Mikrocontroller 344 und einen Spannungspegel-Schieber 348 enthält. Dieses Netzwerk
verbessert die Symbol-Erfassungsfunktion und den Frequenz-Erfassungsbereich
wie nachfolgend erläutert
wird. Der Detektor 340 stellt im wesentlichen den stationären Betriebszustand
des Oszillators 336 durch Abfühlen eines vorbestimmten Gleichstromspegels
am Ausgang des Filters 334 fest. Der Sync-Generator 328 erzeugt
ein Ausgangssignal 331, das anzeigt, dass die Signalerfassung
erreicht worden ist. Der Controller 344 spricht auf das Ausgangssignal
von dem Detektor 340 und auf das Ausgangssignal 331 von
dem Sync-Generator 328 an, um den Pegelschieber 348 zu
veranlassen, eine Steuerspannung 349 zu erzeugen, die bewirkt,
dass der Oszillator 336 seinen Betriebsfrequenzbereich verschiebt,
bis eine stationäre
Betriebsfrequenz erreicht wird. Der Signal-Erfassungsprozess wird
jedes Mal wiederholt, nachdem der Oszillator-Betriebsfrequenzbereich
verschoben worden ist. Die Wiederholung des Signal-Erfassungsprozesses
beinhaltet das Rückstellen
der Netzwerkelemente und das Setzen des VCO 336, um mit
einer vorbestimmten Anfangsfrequenz zu arbeiten, wie oben erläutert wurde.
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Spannungsgesteuerte
Kristall-Oszillatoren (VCXO), wie sie beim Oszillator 336 verwendet
werden, haben oft einen begrenzten Frequenzbereich, in dem der Oszillator
mit geeigneter Linearität
in der Ausgangsspannung über
der Ausgangsfrequenz-Transfer-funktion oder dem Frequenzgang arbeiten
kann. Um diesen linearen Frequenz-Betriebsbereich zu erhöhen, wenn
die Signalerfassung innerhalb einer gegebenen Zeit noch nicht erreicht
worden ist, verschiebt die Gleichstrom-Steuerspannung 349 von
der Einheit 348 die Oszillator-Transferfunktion auf einen
anderen Frequenzbereich, oh ne die gewünschte Linearitäts-Eigenschaft
zu ändern.
Diese Fähigkeit
der Frequenzbereichs-Verschiebung stellt die stationäre Betriebsspannung,
die einer richtigen stationären
Frequenz zugeordnet ist, ein, um eine zuverlässigere Symbol-Takterfassung
zu erzeugen.
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Die
Anordnung des Detektors 340, des Mikrocontrollers 344 und
des Pegelschiebers 348 erlaubt die Erfassung des Symboltaktes über einem breiteren
Frequenzbereich als es bei einer konventionellen Ausführung ohne
diese Elemente möglich wäre, d.h.
bei der der Oszillator 336 nur durch den Ausgang des Filters 334 gesteuert
wird. Wenn bei einer konventionellen Ausführung der von dem Oszillator 336 als
Reaktion auf den Ausgang des Filters 34 erzeugte Frequenzbereich
nicht die tatsächliche Symbolfrequenz
der empfangenen Symbole enthielt, würde die Taktschleifenicht verriegeln,
und die von dem ADC 19 erzeugte Abtastung würde ein
Kompromiss sein. Ferner kann die Linearität des Verlaufs der Oszillatorfrequenz über der
Steuerspannung verschlechtert werden, da die Steuerspannung von
ihrem Mittelwert abweicht. Dieser Effekt kann zu einer verschlechterten
Erfassungsfunktion des Takt-Rückgewinnungs-Netwerks
führen,
wenn der stationäre Oszillatorbetrieb
eine Frequenz-Steuerspannung (vom
Filter 334) benötigt,
die nahe bei ihren äußersten
(maximalen oder minimalen) Werten liegt. Das die Elemente 340, 344 und 348 enthaltende
Netzwerk vermindert oder beseitigt diese Funktionsverschlechterungen
wie folgt.
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Der
Mikrocontroller 344 hält
die laufenden Arbeitszustände
aufrecht, wenn die Steuersignale vom Detektor 340 und dem
Generator 328 anzeigen, dass ein empfangenes Signal richtig
erfasst worden ist, schiebt aber den Frequenzbereich des Oszillators 336 über die
Einheit 348 nach oben oder nach unten, wenn die Signalerfassung
innerhalb einer vorbestimmten Zeit nicht erfolgt ist.
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Wenn
der Betrieb des Mikrocontrollers 344 ausgelöst wird,
z.B. nach Rückstellung,
bewirkt der Controller 344, dass der Spannungsschieber 348 eine
vorbestimmte nominale Gleichspannung gemäß den Parametern des Oszillators 336 und
den Betriebs-Parametern des Gesamtsystems ausgibt. Diese nominale
Steuerspannung bewirkt, dass der Oszillator 336 seine Transferfunktion
von Steuerspannung über
Ausgangsfrequenz auf seiner nominalen Position zentriert. Symbol-Takt-Rückgewinnung wird dann über die
Elemente 320, 324, 328 und 330 versucht,
wie erläutert
wurde. Wenn die Rückgewinnung misslingt,
weil die aktuelle Symbol-Taktfrequenz außerhalb des gegenwärtigen Frequenzbereichs
des Oszillators 336 liegt, veranlasst der Controller 344 die Einheit 348,
eine andete Steuerspannung zu erzeugen, was dazu führt, dass
ein anderer Frequenzbereich von der Kurve Oszillator-Steuerspannung über Frequenz
abgedeckt wird. Dieser neue Bereich kann die aktuelle Symbol-Taktfrequenz
enthalten. Der Frequenzbereich wird verschoben, wenn die Signalerfassung
nicht innerhalb einer vorbestimmten „Zeitablauf"-Periode erreicht wird. Wie oben erwähnt wurde, überwacht
der Controller 340 den Ausgang des Filters 334 und
ein Register in dem Sync-Generator 328, um zu bestimmen,
ob die Signalerfassung erreicht worden ist, d.h. wie durch den vom
Generator 328 rückgewonnenen
Sync bewiesen wird, der mit den Segment-Sync-Intervallen zusammenfällt. Wenn die
Signal-Rückgewinnung
nicht innerhalb der „Zeitablauf"-Periode erzielt
wird, wird ein anderer Oszillator-Frequenzbereich ausgewählt, wie
oben erläutert, und
der Signalerfassungs-Prozess
wird wiederholt. Der Frequenzbereich wird nicht verschoben, wenn nach
der vorbestimmten Zeit der Ausgang von Filter 334 anzeigt,
dass der Oszillator 336 in einem stationären Betriebszustand
ist und die Steuerspannung 331 anzeigt, dass der Segment-Sync
rückgewonnen worden
ist.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
kann das Misslingen der Erfassung des Signals durch einen höheren Fehlerausgang
von der Reed-Solomon-Fehler-Feststellungs- und – Korrektur-Einheit 44 (1)
angezeigt werden, die von dem Mikrocontroller 344 überwacht
werden kann. Die Signalerfassung würde angezeigt werden, wenn
der Reed-Solomon-Fehlerdetektor
einen vernachlässigbaren
Fehler in dem Signal anzeigt, wodurch die Operation des Oszillators 336 unverändert bleiben
würde.
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Wenn
der Symboltakt zuerst für
einen bestimmten Kanal erfasst wird, ist die Symbol-Taktfrequenz
unbekannt. Obwohl die Sender- und Empfänger-Symbolfrequenzen gleich
sein sollten, können beim
Empfänger
beträchtliche
Abweichungen auftreten. In diesem Fall wird nach jedem Misslingen
einer Erfassung eine vorbestimmte Suchinstruktion oder ein Algorithmus
von dem Controller 344 ausgeführt, um die nächste zu
verwendende Zentrierungs-Steuerspannung zu bestimmen, d.h. ob sie
größer oder kleiner
als der Anfangswert ist. In einem einfachen Fall sind z. B. nur
zwei Steuerspannungen von dem Pegelschieber 348 als Reaktion
auf Instruktionen von dem Controller 344 verfügbar. Die
Erfassung wird zunächst
unter Verwendung der anfänglichen
oder vorgegebenen Steuerspannung versucht. Wenn dieser Versuch misslingt,
um eine Taktverriegelung zu erreichen, werden die zweite Steuerspannung
und der zugeordnete Frequenzbereich als Reaktion auf einen Befehl
von dem Controller 344 verwendet. Bei komplizierteren Systemen
können
drei oder mehr Steuerspannungen und zugeordnete Frequenzbereiche
von den Schieber 348 verfügbar sein.
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Nachdem
ein Kanalsignal das erste Mal erfasst worden ist, vergleicht der
Detektor 340 die stationäre Ausgangsspannung von dem
Filter 334 mit einer örtlich
erzeugten Bezugsspannung, die die optimale Spannung innerhalb eines
kleinen vorbestimmten Betriebsbereiches darstellt. Der Controller 344 speichert
im Speicher die Richtung, in der die Transferfunktion von Oszillatorspannung über Frequenz eingestellt
werden sollte, um die Steuerspannung von der Einheit 348 näher an einen
vorbestimmten optimalen Wert zu bringen. Der Controller 344 verwendet
diesen Steuerspannungswert als den Vorgabewert, wenn dieser Kanal
das nächste
Mal erfasst wird.
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Die
beschriebene Verschiebe-Operation erweitert vorteilhafterweise den
Bereich von Symbolfrequenzen, die erfasst werden können. Auch kann
eine beste Abschätzung
nach der ersten Erfassung verwendet werden, anstatt die Suche nach
der optimalen Oszillator-Steuerspannung über der Frequenz-Zentrierspannung
von demselben Punkt zu beginnen, wenn ein Kanal erfasst wird. Außerdem wird
die Oszillator-Steuerspannung
zu ihrem optimalen Wert für
die Erfassung verschoben, wobei eine gewisse Abhängigkeit von der Genauigkeit
der aktuellen Symbol-Taktfrequenz und Änderungen im Verlauf der Oszillatorspannung über der
Frequenz durch Ausführungs-Toleranzen
wie zum Beispiel Komponentenwert-Toleranzen
beseitigt werden.