DE60030637T2

DE60030637T2 - Empfängerschaltung

Info

Publication number: DE60030637T2
Application number: DE60030637T
Authority: DE
Inventors: Douglas Roger Pulley; Matthew James Collins
Original assignee: Conexant Systems LLC
Current assignee: Conexant Systems LLC
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: DE60030637D1; EP1071280A2; GB9916895D0; EP1071280A3; EP1071280B1; US6754292B1; GB2352369A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine Empfängerschaltung, insbesondere zum Empfangen von Signalen, bei welchen ein Abschnitt eines übertragenen Signals nach einem bekannten Zeitintervall wiederholt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der europäische DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial)-Standard für das digitale terrestrische Fernsehen (DTT) verwendet codiertes orthogonales Frequenzmultiplex (COFDM) der übertragenen Signale.
Die empfangenen Signale werden in einem Empfänger abgetastet, und ein genauer Empfang und eine genaue Demodulation der Signale erfordert, dass die Abtastrate mit der Signalgeschwindigkeit synchronisiert ist. Zu diesem Zweck enthalten DVB-T-COFDM-Signale Pilotsignale, die Informationen bereitstellen, die eine Regelung der Abtastrate ermöglichen. Dokument EP-A-0 877 526 beschreibt ein digitales Videosignal-Demodulationssystem für DVB-T-Signale, das von Pilotsignalen Gebrauch macht, die in das übertragene Signal eingefügt sind. Jedoch erfordern konventionelle Techniken zum Extrahieren und Nutzen dieser Informationen eine beträchtliche Signalverarbeitung mit den verbundenen Zeitverzögerungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, in einzelnen Ausführungsformen einen Empfänger bereitzustellen, welcher einige der Nachteile des Standes der Technik überwindet.
Diese Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Empfänger, der günstig die Informationen extrahieren kann, die die Abtastrate im Vergleich zu der Geschwindigkeit des empfangenen Signals betreffen, wodurch günstig eine Regelung der Abtastrate des Empfängers ermöglicht wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren der Verarbeitung empfangender Signale und der Regelung der Abtastrate eines Empfängers bereitgestellt.
Insbesondere wird gemäß der Erfindung eine Empfängerschaltung bereitgestellt, welche aufweist:
einen Abtaster zum Erfassen digitaler Samples eines empfangenen Signals bei einer Abtastrate, wobei das empfangene Signal zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, der den Inhalt des ersten Abschnitts nach einem Wiederholungsintervall wiederholt;
zumindest einen Korrelator zum Messen:
einer ersten Korrelation zwischen dem ersten Abschnitt des Signals, welcher relativ zu dem zweiten Abschnitt um eine erste Verzögerung gleich dem Wiederholungsintervall plus einem Differenzintervall verzögert ist, und dem zweiten Abschnitt des Signals; und
einer zweiten Korrelation zwischen dem ersten Abschnitt des Signals, welcher relativ zu dem zweiten Abschnitt um eine zweite Verzögerung gleich dem Wiederholungsintervall minus einem Differenzintervall verzögert ist, und dem zweiten Abschnitt des Signals;
Mittel zum Vergleichen der gemessenen ersten und der gemessenen zweiten Korrelation, um eine Vergleichsausgabe zu erzeugen; und
Mittel zum Regeln der Abtastrate des Empfängers auf der Basis der Vergleichsausgabe, um dazu zu tendieren, die erste und die zweite Korrelation gleichzumachen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Teils einer Empfängerschaltung gemäß der Erfindung.
2 ist ein erläuterndes Schema, das für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt einen für die vorliegende Erfindung relevanten Teil einer Empfängerschaltung. Typischerweise weist in dem Beispielsfall eines Signalempfängers des digitalen terrestrischen Fernsehens, beispielsweise zum Empfangen von Signalen, die den DVB-T-Standard mit codiertem orthogonalem Frequenzmultiplex verwenden, der Empfänger eine Antenne (nicht gezeigt) und einen Tuner (nicht gezeigt) zum Empfangen der Signale und Abwärtswandeln auf eine Zwischenfrequenz auf.
Der Empfänger weist ferner einen Abtaster 10 auf, welcher die Signale nach der Konvertierung in das Basisband an einem Eingang 12 empfängt, und er weist eine regelbare Abtastrate auf. Beispielsweise ist der Abtaster vorzugsweise ein spannungsgesteuerter Kristalloszillator mit einem Analog-Digital-Wandler oder einem digitalen Resampler zum Erzeugen digitaler Basisband-I- und Q-Samples. In diesem Beispiel erzeugt der Abtaster (64/7)-MSamples/Sekunde sowohl in I als auch in Q.
Man wird verstehen, dass die Reihenfolge, in der die Signale in das Basisband abwärts gewandelt werden, in I und Q konvertiert werden und abgetastet werden, für die Erfindung nicht relevant ist.
Man sollte auch beachten, dass, obgleich sich verschiedene hier angeführte Parameter speziell auf die aktuelle Spezifikation des Vereinigten Königreiches für DVB-T beziehen, die Werte solcher Parameter, die auf jedes geeignete Signalformat angewendet werden können, für die Erfindung nicht relevant sind.
Das von dem Abtaster 10 ausgegebene abgetastete Signal wird einem ersten komplexen Korrelator 14 und einem zweiten komplexen Korrelator 16 zugeführt.
Das empfangene COFDM-Signal weist einen Abschnitt auf, welcher nach einem bekannten und festen Zeitintervall wiederholt wird. Speziell in diesem Beispiel weist es einen Abschnitt auf, welcher 64 Samples lang ist und welcher nach einem Intervall (dem Wiederholungsintervall) von 2048 Samples (gemessen von dem Beginn des Abschnitts bis zum Beginn des wiederholten Abschnitts) wiederholt wird.
Der erste Korrelator 14 weist ein erstes Verzögerungselement 18 auf, welches eine Verzögerung von einer halben Abtastperiode weniger als das Wiederholungsintervall anwendet. Die Verzögerung könnte derart gewählt werden, dass sie irgendein Wert zwischen Null und Eins ist, aber der wert von ein halb berücksichtigt neben anderen Dingen eine einfache Implementierung. Somit wendet bei einem Wiederholungsintervall von 2048 Samples das erste Verzögerungselement 18 eine Verzögerung von (2048 – 0,5) Samples an. Ein erster Korrelator 20 empfängt als eine erste Eingabe das Signal von dem Abtaster 10 und als eine zweite Eingabe die verzögerte Ausgabe von dem Verzögerungselement 18.
Die Korrelation zwischen diesen beiden Eingaben wird auf einer Sample-für-Sample-Basis in dem Multiplizierer 20 ermittelt und an einen weiteren Block 22 ausgegeben, der auch als eine Integrate-and-Dump-Einrichtung bezeichnet wird, der einen Integrator 24 aufweist.
Das Korrelationsergebnis für jedes OFDM-Symbol R ist die Größe der komplexen Korrelation über N Samples der zyklischen Wiederholung:
wobei * die konjugiert komplexe Zahl eines komplexen Wertes bezeichnet, x_k die Samples des Signals sind und N_R die Anzahl von Samples (nicht notwendigerweise eine ganze Zahl) zwischen einem Sample des zyklischen Präfixes und seiner Wiederholung ist. In dem Fall der ersten Korrelation ist N_R = (2048 – 0,5). In dieser Berechnung kann entweder x_m oder x_m+NR konjugiert sein, und m = 0 wird als der Beginn des zyklischen Präfixes für ein bestimmtes Symbol genommen.
Der Integrator 24 addiert die Ergebnisse der einzelnen Sample-für-Sample-Korrelationen, die von dem Korrelator 20 ermittelt werden, und ein Schalter 26 führt die Summe der Korrelationen, die über die gesamten 64 Samples des wiederholten Abschnitts des Signals gemessen wurden, einem ersten Eingang eines Subtrahierers 28 zu. Anfangs wird eine laufende Korrelation verwendet, um die Position des wiederholten Abschnitts des Signals zu finden, so dass die oben beschriebenen Korrelationen nur für den wiederholten Abschnitt des Signals berechnet werden.
Entsprechend weist der zweite Korrelator 16 ein zweites Verzögerungselement 30 auf, welches eine Verzögerung von einer halben Abtastperiode mehr als das Wiederholungsintervall anwendet. Somit wendet bei einem Wiederholungsintervall von 2048 Samples das erste Verzögerungselement 30 eine Verzögerung von (2048 + 0,5) Samples an. Das heißt, N_R = (2048 + 0,5). Ein zweiter Korrelator 32 empfängt als eine erste Eingabe das Signal von dem Abtaster 10 und als eine zweite Eingabe die verzögerte Ausgabe von dem Verzögerungselement 30.
Die Korrelation zwischen diesen beiden Eingaben wird auf einer Sample-für-Sample-Basis in dem Multiplizierer 32 ermittelt und an einen weiteren Block 34 ausgegeben, der einen Integrator 36 aufweist. Der Integrator 36 addiert die Ergebnisse der einzelnen Sample-für-Sample-Korrelationen, die von dem Korrelator 32 ermittelt werden, und ein Sampling-Schalter 38 führt die Summe der Korrelationen, die über die gesamten 64 Samples des wiederholten Abschnitts des Signals gemessen wurden, einem zweiten Eingang eines Subtrahierers 28 zu.
Der Subtrahierer 28 stellt also ein Ausgangssignal bereit, welches ein Maß der Differenz zwischen einerseits der Korrelation des Eingangssignals mit einer Version von sich selbst, die um etwas mehr als die Wiederholungsperiode verzögert ist, und andererseits der Korrelation des Eingangssignals mit einer Version von sich selbst, die um etwas weniger als die Wiederholungsperiode verzögert ist. Dieses wird einem Rückkopplungs-Schleifenfilter 40 zugeführt, welches in einer Rückkopplungsschleife 42 erscheint, und die Ausgabe von diesem wird dem Abtaster 10 zum Regeln der Abtastrate von diesem zugeführt.
Wenn zum Beispiel der Abtaster ein Resampler ist, kann die Abtastperiode von diesem erhöht oder reduziert werden.
Die Rückkopplung wird natürlich so geregelt, dass die Änderung in der Abtastperiode des Resamplers zur Angleichung der Korrelationen dient.
Man wird verstehen, dass die Korrelation nicht für das gesamte zyklische Präfix ausgeführt werden muss, sondern auf einem ausgewählten Abschnitt des Präfixes ausgeführt werden könnte.
Eine ausführlichere Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung wird nun mit Bezug auf 2 gegeben.
2 ist eine partielle schematische Darstellung (nicht maßstabsgerecht) des zeitlichen Verlaufs eines digital abgetasteten, empfangenen COFDM-Signals. Das Signal weist einen ersten Abschnitt 50 und einen zweiten Abschnitt 52 auf, welcher dazu identisch ist und deshalb als eine Wiederholung des ersten Abschnitts angesehen werden kann. Das Signal weist auch einen dritten Abschnitt 54 und einen vierten Abschnitt 56 auf, welcher dazu identisch ist und deshalb als eine Wiederholung des dritten Abschnitts angesehen werden kann. Beispielsweise haben der erste, der zweite, der dritte und der vierte Abschnitt 50, 52, 54, 56 alle eine Dauer 58 von 64 Samples.
Der Beginn des zweiten Abschnitts liegt 2048 Samples nach dem Beginn des ersten Abschnitts, und der Beginn des vierten Abschnitts liegt 2048 Samples nach dem Beginn des dritten Abschnitts. Somit beträgt die Wiederholungsperiode 2048 Samples. Wenn deshalb entweder der erste oder der dritte Abschnitt des Signals um 2048 Samples verzögert wäre, würde man finden, dass er exakt mit dem Signal korreliert ist (Nichtbeachten von Verzerrungen, Rauschen u.s.w.), das zu diesem Zeitpunkt tatsächlich gerade empfangen wird.
Die obige Beschreibung geht davon aus, dass die Abtastrate des Empfängers exakt mit der Abtastrate des übertragenen Signals synchronisiert ist. Wenn die Abtastrate nicht exakt synchronisiert ist, dann erscheint in dem abgetasteten Signal die Wiederholungsperiode als etwas größer oder etwas kleiner als 2048 Samples.
2 zeigt auch eine Verzögerung 60 von etwas mehr als 2048 (z.B. 2048,5) Samples, wie sie durch das Verzögerungselement 30 angewendet wird, und eine Verzögerung 62 von etwas weniger als 2048 (z.B. 2047,5) Samples, wie sie durch das Verzögerungselement 18 angewendet wird. Wenn die Abtastrate des Empfängers mit der Abtastrate des übertragenen Signals exakt synchronisiert ist, dann würde der wiederholte Abschnitt 52 mit den beiden verzögerten Versionen in einem fast gleichen Maße korreliert sein. Wenn im Gegensatz dazu die Abtastrate im Vergleich zu der Abtastrate des übertragenen Signals etwas zu hoch wäre, würde der wiederholte Abschnitt 52 nach etwas mehr als 2048 Samples erscheinen und würde deshalb genauer mit der um 2048,5 Samples verzögerten Version als mit der um 2047,5 Samples verzögerten Version korreliert sein. Wenn umgekehrt die Abtastrate im Vergleich zu der Abtastrate des übertragenen Signals etwas zu niedrig wäre, würde der wiederholte Abschnitt 52 nach etwas weniger als 2048 Samples erscheinen und würde deshalb genauer mit der um 2047,5 Samples verzögerten Version als mit der um 2048,5 Samples verzögerten Version korreliert sein.
Zurückkehrend zu 1 wird deshalb eine Null-Ausgabe von dem Filter 40 erzeugt, wenn die Abtastrate des Empfängers mit der Abtastrate des übertragenen Signals nahezu exakt synchronisiert ist, und sie erzeugt keine Änderung in der Abtastrate. Jedoch wird eine Nicht-Null-Ausgabe von dem Filter 40 erzeugt, wenn die Abtastrate des Empfängers mit der Abtastrate des übertragenen Signals nicht exakt synchronisiert ist, und sie wird zum Regeln des Abtasters 10 rückgekoppelt, um eine Änderung in der Abtastrate zu erzeugen. Diese Änderung dient dazu, die Abtastrate des Empfängers in Synchronisation mit der Abtastrate des übertragenen Signals zu bringen.
Es werden also eine Empfängerschaltung und ein Verfahren des Regelns einer Abtastrate darin offenbart, welche eine exakte Synchronisation (Nichtbeachten von Verzerrungen, Rauschen u.s.w.) ermöglicht, die zwischen der Abtastrate und der empfangenen Sample-Frequenz erreicht werden soll.

Claims

Empfängerschaltung, welche aufweist: einen Abtaster (10) zum Erfassen digitaler Samples eines empfangenen Signals bei einer Abtastrate, wobei das empfangene Signal zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, der den Inhalt des ersten Abschnitts nach einem Wiederholungsintervall wiederholt; zumindest einen Korrelator (14, 16), dem das von dem Abtaster (10) ausgegebene, abgetastete Signal zugeführt wird, zum Messen; einer ersten Korrelation zwischen dem ersten Abschnitt (50) des Signals, welcher relativ zu dem zweiten Abschnitt um eine erste Verzögerung gleich dem Wiederholungsintervall plus einem Differenzintervall verzögert ist, und dem zweiten Abschnitt (52) des Signals; und einer zweiten Korrelation zwischen dem ersten Abschnitt (50) des Signals, welcher relativ zu dem zweiten Abschnitt um eine zweite Verzögerung gleich dem Wiederholungsintervall minus einem Differenzintervall verzögert ist, und dem zweiten Abschnitt (52) des Signals; Mittel (28) zum Vergleichen der gemessenen ersten und der gemessenen zweiten Korrelation, um ein Vergleichs-Ausgabesignal zu erzeugen; und Mittel zum Regeln der Abtastrate des Empfängers auf der Basis eines Rückkopplungs-Regelkreises, welchem das Vergleichs-Ausgabesignal als einzige Eingabe zugeführt wird, um dazu zu tendieren, die erste und die zweite Korrelation gleichzumachen.
Empfängerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei das Differenzintervall gleich der Hälfte der Dauer eines Samples ist.
Empfängerschaltung gemäß Anspruch 1, wobei der Korrelator die erste und die zweite Korrelation auf einer Sample-für-Sample-Basis misst und ferner zumindest einen Akkumulator zum Summieren der gemessenen ersten und der gemessenen zweiten Korrelation über die gesamten betroffenen Perioden aufweist.
Verfahren zum Empfangen eines Signals, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen digitaler Samples eines empfangenen Signals bei einer Abtastrate, wobei das empfangene Signal zumindest einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, der den Inhalt des ersten Abschnitts nach einem Wiederholungsintervall wiederholt; Messen einer ersten Korrelation in dem erhaltenen, abgetasteten Signal zwischen dem ersten Abschnitt des Signals, welcher relativ zu dem zweiten Abschnitt um eine erste Verzögerung gleich dem Wiederholungsintervall plus einem Differenzintervall verzögert ist, und dem zweiten Abschnitt des Signals; Messen einer zweiten Korrelation in dem erhaltenen, abgetasteten Signal zwischen dem ersten Abschnitt des Signals, welcher relativ zu dem zweiten Abschnitt um eine zweite Verzögerung gleich dem Wiederholungsintervall minus einem Differenzintervall verzögert ist, und dem zweiten Abschnitt des Signals; Vergleichen der gemessenen ersten und der gemessenen zweiten Korrelation, um ein Vergleichs-Ausgabesignal zu erzeugen; und Regeln der Abtastrate des Empfängers mittels eines Rückkopplungs-Regelkreises auf der Basis des Vergleichs-Ausgabesignals, um dazu zu tendieren, die erste und die zweite Korrelation gleichzumachen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Differenzintervall gleich der Hälfte der Dauer eines Samples ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die erste und die zweite Korrelation auf einer Sample-für-Sample-Basis gemessen werden, wobei das Verfahren ferner das Summieren der gemessenen ersten und der gemessenen zweiten Korrelation über die gesamten betroffenen Perioden aufweist.