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Die
Erfindung betrifft eine modulare Empfangsvorrichtung für Mehrfachempfang
eines modulierten Signals.
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Solche
Vorrichtungen werden zum Beispiel für den Empfang von Signalen
verwendet, die durch orthogonales Multiplexen durch Frequenzteilen
moduliert sind, die gewöhnlich
OFDM- oder COFDM-Signale
heißen.
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Auf
herkömmliche
Weise sind numerische Signale wie zum Beispiel Fernsehprogramme
kodiert, um auf Funkkanälen
ausgestrahlt zu werden.
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Die
Kommunikation über
Funkkanäle
erzeugt Unregelmäßigkeiten
in der Ausbreitung, unter anderem Reflektionen und Echos, die von
der Umgebung induziert sind.
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So
ist es möglich,
eine Mehrzahl von Datenflüssen
zu empfangen, die dem Empfang eines gleichen Quellsignals auf mehrere
unterschiedliche Arten entsprechen, wobei dieses Phänomen gewöhnlich Mehrfachempfang
genannt wird.
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Der
Mehrfachempfang kann eine räumliche Vielfalt
aufweisen, indem zwei Empfänger
getrennt werden, damit der Schwund des Quellsignals an diesen beiden
Punkten aufeinander bezogen entkoppelt ist, aber er kann auch eine
Polarisationsvielfalt sein, eine Frequenzvielfalt oder eine zeitliche
Vielfalt oder sogar eine Kombination dieser Techniken.
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Da
die verschiedenen Flüsse,
die mehrfach empfangen werden, wobei alle dieselbe Signalquelle repräsentieren,
kombiniert werden, ist es möglich,
einen resultierenden Datenfluss mit einer besseren Qualität zu erreichen,
als wenn ein einzelner Fluss verwendet werden würde.
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Die
empfangenen Flüsse
können
durch verschiedene Verfahren kombiniert werden. Zum Beispiel kann
man sich den besten Fluss merken oder ferner eine Schwelle definieren,
von der an ein Fluss verwendet wird.
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Ein
Verfahren, das eine Kombination von Flüssen durchführt, die mehrfach empfangen
werden, weist ein Ausführen
von Additionen mit einem Ausgleich auf.
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So
wird jedem Fluss ein Vertrauensindex zugeordnet und wird jeder Fluss
als Funktion davon behandelt, wobei die Gesamtheit der behandelten
Flüsse
dann addiert wird, um einen Gesamt-Datenfluss zu ergeben.
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Die
optimale Kombination oder im Englischen „Maximum Ratio Combining" (dt. Kombination mit
maximalen Verhältnis),
die gewöhnlich
als MRC bezeichnet wird, erlaubt das Erhalten des Signalverhältnisses
in maximaler Stärke
am Ausgang.
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Diese
Kombination ist insbesondere in dem Artikel „Linear Diversity Combining
Techniques" von D.
G. BRENNAN, veröffentlicht
im Juni 1959 durch die IRE (Seiten 1075 bis 1102) definiert.
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Die
Lehren aus diesem Artikel erlauben das Definieren eines kombinierten
Datenwerts oder eines optimalen Datenwerts, der der Quelle der gewichteten
Daten von jedem Kanal gleich ist.
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Die
Ergebnisse, die bei der Ausgabe dieser Kombinationen erhalten werden,
betreffen einen Dekodierer mit gewichteten Eingängen, wie zum Beispiel einen
Viterbi-Dekodierer, der eine klassische Dekodierung des Gesamt-Datenflusses
verwirklicht.
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Eine
Vorrichtung, die ein solches Verfahren in Betrieb nimmt ist auch
in dem Patent FR-B-2 786 048 beschrieben.
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In
dieser Vorrichtung gibt jeder Empfangskanal einen Vertrauensindex
dieses Kanals und Daten aus, die in Abhängigkeit dieses Index mehr
oder weniger verstärkt
sind.
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Alle
Daten und Vertrauensindizes werden bei der einzigen und gleichen
Kombinationsstufe verwendet, die einen Gesamt-Vertrauensindex und einen Gesamt-Datenfluss
liefert, die an einen Dekodierer mit gewichteten Eingängen angepasst
sind.
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So
scheint es, dass bei dieser Vorrichtung die Architektur auf der
Nebeneinanderstellung von Bearbeitungskanälen und auf der Verwendung
einer Schlussstufe zur Kombination einer Mehrzahl von Eingängen beruht.
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Auf
diese Weise, sind zahlreiche Funktionen auf jedem Kanal verdoppelt
und die Summations-/Gewichtungsfunktion muss auf jedem Kanal integriert
sein oder durch einen einzigartigen speziell dimensionierten Schaltkreis
verwirklicht sein, der eine beträchtliche
Fläche
des Substrats bei der Verwirklichung als elektronisches Bauteil
benötigt.
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Es
zeigt sich also, dass die existierenden Vorrichtungen von beträchtlicher
Größe und Komplexität sind und
wesentliche Mehrkosten induzieren.
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Das
Ziel der Erfindung ist es, auf die Probleme zu antworten, indem
eine modulare Empfangsvorrichtung vorgeschlagen wird und das elektronische
Substrat optimiert wird.
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Die
Erfindung hat als Ziel eine Empfangsvorrichtung für ein moduliertes
Signal, welche Vorrichtung eine Mehrzahl von Empfangskanäle und einen Dekodierer
mit gewichteten Eingängen
aufweist, wobei jeder Empfangskanal am Eingang einen Datenfluß empfängt, der
dem übertragenen
modulierten Signal entspricht, und ein Modul zum Bestimmen des Vertrauensindex
und ein Ausgleichsmodul aufweist, das zum Liefern eines entzerrten
Datenflusses aus dem empfangenen Datenfluß und dem Vertrauensindex eingerichtet
ist, gekennzeichnet dadurch, dass die Empfangskanäle so eingerichtet
sind, dass jeder Empfangskanal ein Berechnungsmodul aufweist, das zum
Liefern eines Kombinations-Vertrauensindex und eines Kombinations-Datenflusses aus
dem Vertrauensindex und dem entzerrten Datenfluss des jeweiligen
Kanals eingerichtet ist, ebenso wie für die Empfangskanäle nach
dem ersten Kanal aus dem Kombinations-Vertrauensindex und dem Kombinations-Datenfluss
des vorhergehenden Empfangskanals, wobei die Ausgänge des
Berechnungsmoduls des letzten Kanals einen Gesamt-Vertrauensindex und
einen Gesamt-Kombinations-Datenfluss bilden, wobei der Dekodierer
an ausgeglichen Eingängen zum
Verarbeiten des Kombinations-Vertrauensindex und des Kombinations-Datenflusses
eingerichtet ist, die nur von dem Berechnungsmodul des letzten Kanals
ausgegeben werden.
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Unter
anderen Ausbildungen der Erfindung:
- – weist
jedes Berechnungsmodul elementare Berechnungsmittel auf, die es
erlauben, aus dem Vertrauensindex CSIi des
jeweiligen Kanals und des Kombinations-Vertrauensindex CCSIi-1 des vorhergehenden Kanals einen Kombinations-Vertrauensindex
CCSIi wie CCSIi =
CSIi + CCSIi-1 zu liefern.
- – weist
das Berechnungsmodul jedes Kanals elementare Berechnungsmittel auf,
die es erlauben, aus den Kombinations-Vertrauensindizes CCSIi-1 und
CCSIi der jeweiligen und vorhergehenden
Kanäle
einen Ausgleichskoeffizienten αi wie αi = CCSIi-1/CCSIi, so wie sein Komplement bezüglich 1
zu definieren.
- – weist
das Berechnungsmodul von jedem Kanal elementare Berechnungsmittel
auf, die es erlauben, aus dem Kombinations-Datenfluss CZi-1 des vorhergehenden
Kanals, dem Datenfluss Zi und dem Ausgleichskoeffizienten αi des
vorhergehenden Kanals einen Kombinations-Datenfluss CZi wie
CZi = αi × CZi-1 + (1 – αi) × Zi zu liefern.
- – weist
das Berechnungsmodul von jedem Kanal am Eingang ein Synchronisationsmodul
auf, das zum Synchronisieren zwischen dem Kombinations-Datenfluss
und dem Kombinations-Vertrauensindex,
die von dem vorhergehenden Empfangskanal geliefert sind, und dem
Datenfluss und dem Vertrauensindex, die von dem jeweiligen Empfangskanal
geliefert sind, eingerichtet ist.
- – weist
jeder Empfangskanal außerdem
Mittel auf, um den empfangenen Datenfluss aufzubereiten, die wenigstens
eines der Elemente Tuner, Verstärker
und Wandler aufweisen.
- – sind
sie zumindest teilweise mit Hilfe von programmierten Komponenten
und/oder Komponenten verwirklicht, die Verbindungen aufweisen, die zum
Verwirklichen der Funktionen dieser Vorrichtung eingerichtet sind.
- – weist
zumindest einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller auf.
- – ist
sie eingerichtet, um am Eingang ein Mehrträger-Signal zu empfangen.
- – ist
das Eingangssignal ein OFDM- oder COFDM-Signal.
- – ist
sie zum Empfang von Fernsehsignalen eingerichtet.
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Die
Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung besser verstanden
werden, die nur als Beispiel dient und auf die beigefügte Zeichnung
Bezug nimmt, in der:
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die 1 ein
Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ist;
und
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die 2 ein
Prinzipschema eines Berechnungsmoduls ist, das in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet wird.
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In
der 1 ist die Architektur einer Empfangsvorrichtung
für Mehrfachempfang
eines Fernsehsignals schematisch dargestellt.
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Wie
es dargestellt ist, weist die Vorrichtung 1 eine Mehrzahl
von angeordneten Empfangskanälen 1 bis
N auf.
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Jeder
Empfangskanal i ist auf herkömmliche Weise
einer Antenne 5i zugeordnet, was
einen Empfang eines Datenflusses erlaubt, wobei alle empfangenen
Flüsse
dem gleichen Fernsehsignal entsprechen.
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Zum
Beispiel ist es möglich,
die Antennen 5i im Raum zu verteilen,
so dass der Schwund der Quellensignals auf jeder Antenne verschieden
ist und dass die empfangenen Datenflüsse, einer von dem anderen,
entkoppelt sind.
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Ebenso
können
die Antennen 5i zum Empfangen verschiedener
Polarisationen eingerichtet sein, so dass jeder empfangene Fluss,
der von jedem der Empfangskanäle 1 bis
N empfangen wird, dem gleichen ursprünglichen Signal entspricht,
aber mit einer verschiedenen Polarität.
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Auf
herkömmliche
Weise weist jeder Empfangskanal i am Eingang Aufbereitungsmittel
für empfangene
Datenflüsse
auf, wie zum Beispiel einen Tuner 10i ,
einen Verstärker
und eventuell einen Wandler 12i .
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Die
Tuner 10i erlauben es, das empfangene Signal
in eine zum Ausführen
der Behandlung günstigere
Zwischenfrequenz zu transponieren, und die Verstärker und Wandler 12i erlauben es, den empfangenen Fluss
zu verstärken
und ihn in einen Fluss numerischer Daten umzuwandeln.
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Für jeden
Kanal i geben die Aufbereitungsmittel am Ausgang ein numerisches
Signal Yi aus, das dem an der Antenne 5i empfangenen, verstärkten und numerisierten Datenfluss
entspricht.
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Jeder
Empfangskanal weist dann einen Demodulator 14i auf,
der ein Berechnungsmodul 20i aufweist,
das es erlaubt, aus dem Signal Yi, das dem empfangenen
Datenfluss entspricht, einen Vertrauensindex CSIi auszugeben,
der dazu im Verhältnis steht.
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Die
Berechnung des Vertrauensindex CSIi wird
auf herkömmliche
Weise durchgeführt,
indem das Signalverhältnis
zur Stärke
des empfangenen Datensignals bestimmt wird.
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Die
Demodulatoren 14i weisen auch jeweils ein
Ausgleichsmodul 22i auf, das erlaubt,
einen entzerrten Datenfluss Zi aus dem Signal
Yi auszugeben, das dem hindurchtretendem
Datenfluss und dem entsprechenden Vertrauensindex CSIi entspricht.
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Gemäß der Erfindung
weist jeder Empfangskanal ferner ein Berechnungsmodul 24i auf, das die Ausgabe eines kombinierten
Vertrauensindex CCSIi und eines kombinierten
Datenflusses CZi erlaubt.
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Jedes
Berechnungsmodul 24i empfängt am Eingang
den Vertrauensindex CSIi seines Kanals und den
entzerrten Datenfluss Zi seines Kanals.
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Ferner
empfängt
jedes Berechnungsmodul 24i , außer dem
Modul 241 des ersten Empfangskanals,
auch den kombinierten Datenfluss CZi-1 und
den kombinierten Vertrauensindex CCSIi-1,
der von dem Berechnungsmodul 24i-1 des
vorherigen Kanals ausgegeben wird.
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So
empfängt
das Modul 242 die Resultate, die
von dem Modul 241 ausgegeben werden,
und das Modul 24N empfängt die
Resultate, die von dem Modul 24N-1 ausgegeben
werden.
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Das
Berechnungsmodul 241 des ersten Empfangskanals
empfängt
am Eingang nur den Datenfluss Z1 und den
Vertrauensindex CSI1 seines Empfangskanals.
Die Eingänge,
die für
die Resultate vorgesehen sind, die von einem vorherigen Kanal ausgegeben
werden, werden vorherbestimmt und auf Null gesetzt.
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Die
Berechnungsmodule 24i sind also
in Kaskade ein Kanal über
dem anderen gemäß einer iterativen
Anordnung angeordnet, um die Resultate zu verwenden, die auf einem
Kanal für
die Berechnungen des folgenden Kanals erhalten werden.
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Mit
Hilfe von Signalen, die sie am Eingang empfangen, geben die Berechnungsmodule 24i jeweils den kombinierten Vertrauensindex
CCSIi und den kombinierten Datenfluss CZi aus.
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Die
Informationen, die von dem Berechnungsmodul 24N des
letzten Empfangskanals ausgegeben werden, bilden einen Gesamt-Vertrauensindex
und einen kombinierten Gesamt-Datenfluss,
die einem kombinierten Datenwert bei einem optimalen Verhältnis oder
auf Englischen „Maximal
Ratio Combining" (MRC)
entsprechen. Diese einzigen beiden Signale werden direkt an einen
Dekodierer 30 mit zwei gewichteten Eingängen der Vorrichtung gesendet.
Dieser Dekodierer 30 kann ein Viterbi-Dekodierer oder ein
iterativer Dekoder sein, der Turbokode-Dekoder genannt wird, und
erlaubt das Ausgeben eines optimierten Signals in Abhängigkeit
des Datenflusses, der von jedem der Empfangskanäle empfangen wird.
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Eine
solche Vorrichtung ist insbesondere für den Empfang von Signalen
eingerichtet, die eine Mehrzahl von Frequenzen aufweisen, wobei
jede einen Teils der Information trägt und sie gemeinsam Multiträger-Signale
genannt werden.
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Die
verschiedenen Kanäle
empfangen also jeweils die Gesamtheit der Träger, und die Risiken des Informationsverlusts,
die mit selektiver Dämpfung
verbunden sind, sind reduziert.
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Insbesondere
empfängt
jeder Empfangskanal im Rahmen des Mehrfachempfangs eines Mehrfachträgersignals,
wie zum Beispiel eines OFDM- oder COFDM-Signals, ein moduliertes
Signal, das eine Mehrzahl von in Symbolen umgruppierten Trägern aufweist.
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Zum
Wiederherstellen der ausgesendeten Signale werden die Signale pro
Träger
kombiniert, wobei so mehrere Signale, die dem Empfang auf den verschiedenen
Kanälen
des gleichen Trägers
in dem gleichen Symbol entsprechen, untereinander kombiniert werden,
so dass der letzte Kanal einen kombinierten Gesamt-Datenfluss ausgibt,
der die gleiche Anzahl von Symbolen aufweist, und, im Inneren desselben,
die gleiche Anzahl von Trägern
wie das emittierte Signal.
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Die
elementaren Funktionen eines Ausführungsbeispiels eines Berechnungsmoduls 24i werden detaillierter mit Bezugnahme
auf die 2 beschrieben.
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Das
Berechnungsmodul 24i empfängt am Eingang,
so wie vorher gesagt wurde, den kombinierten Vertrauensindex CCSIi-1 und den kombinierten Datenfluss CZi-1, die beide von dem vorherigen Empfangskanal
i–1 ausgegeben
werden. Dieses Modul empfängt
auch den entzerrten Datenfluss Zi ebenso wie
den Vertrauensindex CSIi, die dem jeweiligen
Kanal i entsprechen.
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Die
Gesamtheit dieser Eingänge
wird zuallererst in ein Synchronisationsmodul 32i eingegeben, das
es erlaubt, sie mit der gleichen zeitlichen Referenz zu synchronisieren.
Im Allgemeinen werden die von dem vorhergehenden Kanal ausgegebenen
Daten ausgerichtet, um mit den Daten des jeweiligen Kanals synchronisiert
zu sein.
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Der
vorhergehende kombinierte Vertrauensindex CCSIi-1 und
der jeweilige Vertrauensindex CSIi werden
dann in einen Summierer 34i eingegeben, der
den jeweiligen kombinierten Vertrauensindex CCSIi ausgibt,
so dass CCSIi = CSIi +
CCSIi-1 ist.
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Der
kombinierte Vertrauensindex CCSIi-1 des vorhergehenden
Kanals wird ebenfalls in einen Dividierer 36i eingegeben,
genauso wie der jeweilige kombinierte Vertrauensindex CCSIi.
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Der
Dividierer 36i gibt also am Ausgang
einen Ausgleichs-Koeffizienten αi aus,
der durch αi = CCSIi-1/CCSIi definiert ist.
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Der
Koeffizient αi wird dann in einen Subtrahierer 38i eingegeben, um das Komplement von αi bezüglich 1
auszugeben, indem die Operation 1 – αi ausgeführt wird.
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Im
Folgenden werden der kombinierte Datenfluss CZi-1 und
der Ausgleichskoeffizient αi in einen Multiplizierer 40i eingegeben.
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Ebenso
werden der Datenwert Zi und das Komplement
von αi bezüglich
1 in einen Multiplizierer 42i eingegeben.
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Die
Resultate der Multiplizierer 40i und 42i werden dann in einen Summierer 44i eingegeben, der einen jeweiligen kombinierten
Datenwert CZi der Art CZi = αi × CZi-1 + (1 – αi) × Zi ausgibt.
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So
gibt das Modul
24i einen kombinierten Vertrauensindex
CCSI
i aus, der den Vertrauensindizes von
jedem Kanal
1 bis i gleicht, und einen kombinierten Datenfluss
der Art:
und
CZi = αi × CZi-1 + (1 – αi) × Zi,wobei α
i =
CCSI
i-1/CCSI
i ist.
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Die
so erhaltenen Gleichungen sind generische Gleichungen, die auf alle
Empfangskanäle
anwendbar sind.
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So
erlaubt die Anwendung dieser Formeln auf den ersten Empfangskanal
das Bestimmen, dass: CCSI1 =
0 + CSI1 = CSI1,und
αi =
0, der Art, dass CZi = αi × 0 + (1 – αi) × Z1 = Z1.
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Ebenso
gibt das Berechnungsmodul
24N des letzten Übertragungskanals
N einen kombinierten Vertrauensindex CCSI
N aus,
der die Summe der Vertrauensindizes von jedem Kanal
1 bis
N und eines kombinierten Datenflusses, der von den Daten und Vertrauensindizes
von jedem Kanal kommt, ist, wie
und
CZN = αN × CZN-1 + (1 – αN) × ZN,wobei α
N =
CCSI
N-1/CCSI
N ist.
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Diese
weisen den kombinierten Gesamt-Vertrauensindex und den kombinierten
Gesamt-Datenfluss auf, die in den Viterbi-Dekoder 30 eingegeben werden,
der am Ausgang ein bezüglich
des empfangenen Datenflusses optimiertes Signal ausgibt.
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Es
zeigt sich also, dass die kombinierten Gesamtdaten des letzten Kanals
durch
ausgedrückt werden können, und
einem kombinierten optimalen Datenwert entsprechen, so wie zum Beispiel
nach den Lehren des Artikels von Brennan definiert ist, der oben
zitiert ist.
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Das
Ausgangssignal kann dann auf herkömmliche Weise verwendet werden,
zum Beispiel werden diese Daten demultiplext und dekodiert, um unterschiedliche
Arten von Daten wie zum Beispiel Audio-Daten und Video-Daten auszugeben.
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Vorteilhafterweise
können
die Demodulatoren 14i bis 14N mit Hilfe einer reduzierten Anzahl
von Demodulatoren verwirklicht sein, die Pufferspeichern zugeordnet
sind, und mit allen Empfangskanälen
auf rekursive Weise verwendet werden.
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Die
Demodulatoren 14i können mit
Hilfe klassischer elektronischer Komponenten, programmierbaren Komponenten
des FPGA-Typs, Komponenten des ASIC-Typs, die diesen Funktionen
zugeeignet sind, oder einem Mikroprozessor wie einem DSP verwirklicht
sein. Ebenso kann die Kombination der Kanäle, zusammen oder teilweise,
mit Hilfe programmierbarer Komponenten verwirklicht sein, wobei
die Verbindungen zum Verwirklichen dieser Funktionen eingerichtet
sind.
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Ferner
können
die Aufbereitungsmittel von empfangenen Datenflüssen andere Elemente als die beschriebenen
aufweisen und können
situationsabhängig
auf verschiedene Arten organisiert sein.
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Ferner
können
die elementaren Funktionen, die die beschriebenen Berechnungsmodule
bilden, von der beschriebenen Ausführungsweise unterschiedlich
eingerichtet oder verwirklicht sein.
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Es
zeigt sich also, dass es eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dank der iterativen
Anordnung von Empfangskanälen
erlaubt, die Anzahl von verwendeten Komponenten zu verringern und
eine modulare Architektur in Betrieb zu nehmen, die an die Anzahl
von Empfangskanäle
einfach angepasst werden kann.
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Ferner
können
die unterschiedlichen Empfangskanäle, ohne die ersten und letzten,
in unterschiedlicher Reihenfolge kombiniert werden.
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Während die
Erfindung im Rahmen des Empfangs von Fernsehsignalen beschrieben
wurde, ist sie gleichermaßen
auf den Mehrfachempfang aller Signale zur Übertragung numerischer Informationen anwendbar,
wie zum Beispiel Mobiltelefon-Signalen oder
allen anderen numerischen Signalen.
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Das übertragene
Signal kann ebenso gemäß verschiedenen
Formaten wie zum Beispiel OFDM, COFDM, QAM, QPSK moduliert sein.
