DE60019032T2 - Gesteuerter Oszillator in einem Netzwerk zur Taktrückgewinnung von digitalen Symbolen - Google Patents

Gesteuerter Oszillator in einem Netzwerk zur Taktrückgewinnung von digitalen Symbolen Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein digitales Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerk.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines hochauflösenden-(HTDT)-Fernsehempfängers mit einer Takt-Rückgewinnungsvorrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Datenrahmen-Format für ein VSB-moduliertes Signal gemäß dem terrestrischen Grand-Alliance-HDTV-Rundfunksystem in den Vereinigten Staaten.
  • 3 zeigt Einzelheiten eines Segment-Sync-Detektors und Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerks in 1.
  • 4 zeigt eine Signal-Wellenform, die hilfreich zum Verständnis der Arbeitsweise des Netzwerks in 3 ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. Vorrichtung zur Verarbeitung eines Symbol-Datenstroms, gekennzeichnet durch einen Analog/Digital-Wandler (19) zur Umwandlung des Datenstroms in ein digitales Signal; eine Taktsignalquelle (336), die mit einem Takteingang des Wandlers verbunden ist; ein Symbol-Takt-Rückgewinnungs-Netzwerk (310, 318330), das auf das digitale Signal von dem Wandler anspricht, um ein Frequenz-Steuersignal an die Quelle zu liefern; und ein Steuer-Netzwerk (340, 344, 348), das auf das digitale Signal anspricht, um ein zusätzliches Steuersignal zum Verschieben des Betriebsfrequent-Bereiches der Quelle zu erzeugen, wobei das zusätzliche Steuersignal die Frequenz über der Steuersignal-Transferfunktion des Oszillators verschiebt und die Quelle eine gegebene Frequenz im Vergleich zu dem Steuersignal hat.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenstrom ein Rest-Seitenband-moduliertes Signal umfasst, das hochauflösende Videodaten enthält, die durch eine Mehrebenen-Symbol-Konstellation dargestellt werden, dass die Daten ein Datenrahmen-Format haben, das durch eine Folge von Datenrahmen gebildet wird, die eine Feld-Sync-Komponente umfassen, die einer Mehrzahl von Datensegmenten vorangeht, die eine zugeordnete Segment-Sync-Komponente haben; dass die Vorrichtung ein Segment-Sync-Rückgewinnungs-Netzwerk enthält, das auf das digitale Signal von dem Wandler anspricht, um eine rückgewonnene Segment-Sync-Komponente zu erzeugen, und dass das zusätzliche Steuersignal als eine Funktion der rückgewonnenen Segment-Sync-Komponente erzeugt wird.
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