-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme zum
Empfangen von digitalen Signalen und im Besonderen auf Systeme zum Empfangen
von mehrschichtiger Modulation bei digitalen Signalen.
-
2. Beschreibung der verwandten
Technik
-
Während sich
verschiedene digitale Signal-Übertragungssysteme
und -Dienste entwickeln, entfaltet sich eine Nachfrage nach einem
erhöhten Datendurchsatz
und Zusatzdiensten. Es ist jedoch schwieriger, Verbesserungen in
alten Systemen und neue Dienste zu implementieren, wenn es notwendig ist,
existierende Legacy-Hardware (ältere
Hardware) zu ersetzen, wie zum Beispiel Sender und Empfänger. Neue
Systeme und Dienste sind begünstigt, wenn
sie existierende Legacy-Hardware einsetzen können. Im Bereich der drahtlosen
Kommunikation wird dieses Prinzip weiter hervorgehoben durch die eingeschränkte Verfügbarkeit
des elektromagnetischen Spektrums. Folglich ist es nicht möglich (oder zumindest
nicht durchführbar),
lediglich erweiterte oder zusätzliche
Daten auf einer neuen Frequenz zu senden.
-
Das
herkömmliche
Verfahren zum Erhöhen der
Spektralkapazität
besteht darin, zu einer höherwertigen
Modulation überzugehen,
wie zum Beispiel von der Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) zu der Achtphasenumtastung
(8PSK) oder der 16-Quadratur-Amplituden-Modulation
(16QAM). Leider können QPSK-Empfänger keine
8PSK- oder 16QAM-Signale demodulieren. Als Folge müssen Altkunden
mit QPSK-Empfängern
ihre Empfänger
nachrüsten,
um weiterhin Signale zu empfangen, die mit einer 8PSK- oder 16QAM-Modulation
gesendet werden.
-
Mehrschichtige
Modulation ermöglicht
es Systemen und Verfahren zum Senden von Signalen, einen erweiterten
und vergrößerten Datendurchsatz aufzunehmen,
ohne zusätzliche
Frequenzbänder
zu erfordern. Systeme, die mehrschichtige Modulation einsetzen,
können
erweiterte und vergrößerte Durchsatzsignale
für neue
Empfänger
bereitstel len, während
sie mit Legacy-Empfängern
(älteren
Empfängern)
kompatibel bleiben. Neuere Verfahren mehrschichtiger Modulation
(wie zum Beispiel in der United-States-Patentanmeldung Nr. 09/844.401, eingereicht
am 27. April 2001 mit dem Titel „LAYERED MODULATION FOR DIGITAL
SIGNALS" genau beschrieben)
bieten darüber
hinaus den einzigartigen Vorteil, dass sie es ermöglichen,
dass Sendesignale aus einer von dem Legacy-Sender (dem älteren Sender)
unabhängigen
Quelle nachgerüstet
werden können.
Mit anderen Worten, die aus Schichten bestehenden Signale können asynchron
und/oder nichtkohärent
sein.
-
Es
sind auch verwandte Empfängersysteme für aus Schichten
bestehende Signale beschrieben worden, wie zum Beispiel diejenigen,
die in dem United-States-Patent Nr. 4.039.961 zu finden sind. Solche
Empfängersysteme
basieren jedoch auf durch einen spannungsgesteuerten Oszillator
synchronisierten Analogschaltungen. Darüber hinaus sind solche Empfängersysteme
beschränkt,
weil sie dazu bestimmt sind, nur kohärente aus Schichten bestehende
Signale zu empfangen, d.h. Signale, die synchron erzeugt werden.
-
"Power Division Multiple
Access", Universal Personal
Communications, 1998, von G. Mazzini legt eine Vielfachzugriffs-Methode
offen, bei der Kanäle, die
auf dem gleichen Frequenzband gesendet werden, als Störung betrachtet
werden. Eine solche Gleichkanal-Störung wird unter Verwendung
einer Leistungs-Diversity diskriminiert, während der gewünschte Kanal
durch sukzessives Diskriminieren unerwünschter gemeinsamer Kanäle mit höherer Leistung
diskriminiert wird. Diese Offenlegung erläutert jedoch keine Einrichtung
zum Korrigieren von Übertragungsfehlern
oder Nichtlinearitäten
oder für die
Remodulation jeglicher Signale.
-
U.S.-Patent
5.430.770, erteilt an Abbey am 4. Juli 1995, legt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Trennung von Kompositsignalen und zur PSK/AM/FM-Demodulation
offen. Ein Empfänger setzt
N in Kaskade gekoppelte Demodulatoren ein, wobei N gleich oder größer als
die Anzahl der Gleichkanal-Signale oder die wahrgenommene Störung ist. Der
Empfänger
verfolgt zunächst
ein vorherrschendes (stärkeres)
Signal und verbessert rückkoppelnd den
Track zu den anderen (schwächeren)
Signalen durch überwiegendes
Subtrahieren des Rauschanteils von der Eingabe weiterer Demodulationsstufen. Das
Patent '770 erläutert jedoch
keine Einrichtung zum Korrigieren von Übertragungsfehlern oder Nichtlinearitäten oder
für die
Remodulation jeglicher Signale.
-
Die
europäische
Patent-Anmeldung EP-035.609.6A2 legt ein Signal-Empfangssystem zum
Empfangen von Nachrichten von jedem von mehreren FM-Trägern ungerader
Amplituden, die den gleichen Abschnitt des Frequenzbandes belegen,
offen. Das mit den herkömmlichen
Frequenzdemodulatoren verbundene Übertönen wird in einer Reihe von
hintereinander gekoppelten Phasenregelkreisen (phase lock loops – PLL 1,
PLL 2, PLL 3, ..., PLL N) eingesetzt, um Demodulation jedes von
mehreren FM-Trägersignalen
einschließlich
schwächerer Trägersignale
in Gegenwart von dominanten Trägersignalen
bereitzustellen. Wie es auch für
die zuvor angegebenen Offenlegungen zutrifft, erläutert die
Offenlegung keine Einrichtung, weder zum Korrigieren von Übertragungsfehlern
oder Nichtlinearitäten
noch für
die Remodulation jeglicher Signale.
-
In
der Veröffentlichung
von H. Arslan und K. Molnar, „Iterative
co-channel interface cancellation in narrowband mobile radio systems", Emerging Technologies
Symposium: Broadband, Wireless Internet Access, 2000 IEEE, 10.–11. April
2000, Piscataway, NJ, USA, XP-010.538.900, wird Gleichkanal-Störungsunterdrückung unter
Verwendung von iterativer Subtraktion für Schmalband-QPSK-Systeme vorgeschlagen.
Es wird ein sukzessiver Unterdrückungs-Empfänger mit
Signal-Remodulation und Signal-Projektion des decodierten stärkeren Signals vor
der Subtraktion von dem empfangenen Basisbandsignal offen gelegt.
-
Legacy-Empfängern Rechnung
zu tragen, ist ebenfalls eine wichtige Erwägung, wenn mehrschichtige Modulation
eingesetzt wird, um ein vorher vorhandenes System zu erweitern.
Obwohl ein angemessener Entwurf des aus Schichten bestehenden Modulationssignals
(layered modulation signal) Legacy-Empfänger in die Lage versetzen
kann, Legacy-Schichten (ältere
Schichten) des Signals zu empfangen, kann auf die neuen Signalschichten durch
Legacy-Empfänger
nicht zugegriffen werden. Darüber
hinaus ist es möglicherweise
nicht immer möglich
(oder wünschenswert),
beim Entwerten des neuen aus Schichten bestehenden Modulationssignals
den Legacy-Empfängern
Rechnung zu tragen. In welchem Fall die Legacy-Empfänger mit
dem neuen aus Schichten bestehenden Modulationssignal inkompatibel
gemacht würden.
-
Es
besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren zum Empfangen und Verarbeiten
der aus Schichten bestehenden Modulationssignale. Es besteht darüber hinaus
ein Bedarf an Systemen und Verfahren, um Legacy-Empfängern zu
ermöglichen, alle
Schichten des aus Schichten bestehenden Signals zu empfangen. Es
besteht des Weiteren ein Bedarf an Systemen und Verfahren, die Legacy-Empfängern ermöglichen,
betriebsfähig
zu sein, falls das aus Schichten bestehende Modulationssignal ansonsten
mit dem Legacy-Empfänger inkompatibel
ist. Schließlich
besteht ein Bedarf an Systemen und Verfahren zum Empfangen von aus
Schichten bestehenden Signalen, die einer Verzerrung unterliegen.
Die vorliegende Erfindung erfüllt
diese Bedürfnisse.
-
ÜBERSICHT ÜBER DIE
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine flexible und erweiterbare Vorrichtung
bereit, die mit Hochgeschwindigkeits-Logikschaltungstechnik implementiert
werden kann, die in der Lage ist, Demodulatorfunktionen auszuführen und
empfangene aus Schichten bestehende Modulationssignale in Echtzeit
zu verarbeiten. Die Erfindung setzt Hochgeschwindigkeits-Digitalisierung
des eingehenden Signals ein, um es für weitere Hochgeschwindigkeits-Digitalverarbeitung
aufzubereiten. Die Erfindung ermöglicht
eine Empfangssystem-Architektur, in der das eingehende Signal geteilt
und getrennt an verschiedene integrierte Empfänger/Decoder (integrated receiver/decoders – IRDs)
gerichtet wird. Das System vereinfacht die Kompatibilität mit Legacy-IRDs
(älteren
IRDs). Ein Legacy-IRD kann eingesetzt werden, um die obere Modulationsschicht
so zu empfangen, wie er ein herkömmliches
nicht aus Schichten bestehendes Signal empfangen würde. Bei
diesem IRD wird die untere Modulationsschicht als Rauschen übergangen.
Ein zweiter Legacy-IRD empfängt
ein Signal, das vorverarbeitet worden ist, um das untere Modulationssignal
zu extrahieren und in ein Legacy-IRD kompatibles Signal umzuwandeln.
-
Eine
beispielhafte Vorrichtung umfasst einen Tuner zum Empfangen eines
aus Schichten bestehenden Signals und zum Erzeugen eines aus Schichten
bestehenden gleichphasigen Signals (layered in-phase signal) und
eines aus Schichten bestehenden, um 90° phasenverschobenen Signals
(layered quadrature signal) daraus, einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren des
aus Schichten bestehenden gleichphasigen Signals und des aus Schichten
bestehenden, um 90° phasenverschobenen
Signals, einen Prozessor zum Decodieren des aus Schichten bestehenden
gleichphasigen Signals und des aus Schichten bestehenden, um 90° phasenverschobenen
Signals, um ein aus einer Schicht bestehendes gleichphasiges Signal
und ein aus einer Schicht bestehendes, um 90° phasenverschobenes Signal zu
erzeugen, einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des aus einer
Schicht bestehenden gleichphasigen Signals und des aus einer Schicht
bestehenden, um 90° phasenverschobenen
Signals in ein aus einer Schicht bestehendes gleichphasiges analoges
Signal und ein aus einer Schicht bestehendes, um 90° phasenverschobenes
analoges Signal und einen Modulator zum Modulieren des aus einer Schicht
bestehenden gleichphasigen analogen Signals und des aus einer Schicht
bestehenden, um 90° phasenverschobenen
analogen Signals, um ein aus einer Schicht bestehendes Signal zu
erzeugen.
-
Das
aus Schichten bestehende Signal ist vorzugsweise dazu bestimmt,
mit einem Legacy-Empfänger
in der Weise kompatibel zu sein, dass zumindest eine Signalschicht
direkt aus dem aus Schichten bestehenden Signal mit dem Legacy-Empfänger decodierbar
ist. Die Vorrichtung erzeugt ein aus einer Schicht bestehendes Signal,
das ebenso mit einem Legacy-Empfänger
decodierbar ist.
-
Um
die Hochgeschwindigkeits-Verarbeitung zu vereinfachen, kann der
Prozessor eine Logikschaltung umfassen. Das Decodieren durch den
Prozessor kann mit Anpassungsfiltern des aus Schichten bestehenden
gleichphasigen Signals und des aus Schichten bestehenden, um 90° phasenverschobenen
Signals beginnen.
-
In
einer Ausführungsform
demoduliert und decodiert der Prozessor ein Signal der oberen Schicht
aus dem aus Schichten bestehenden gleichphasigen Signal und dem
aus Schichten bestehenden, um 90° phasenverschobenen
Signal. Der Prozessor erzeugt des Weiteren ein ideales rauschfreies Signal
der oberen Schicht einschließlich
eines idealen gleichphasigen Signals der oberen Schicht und eines
idealen, um 90° phasenverschobenen
Signals der oberen Schicht aus dem decodierten Signal der oberen
Schicht und subtrahiert das ideale gleichphasige Signal der oberen
Schicht und das ideale, um 90° phasenverschobene
Signal der oberen Schicht jeweils von dem aus Schichten bestehenden
gleichphasigen Signal bzw. von dem aus Schichten bestehenden, um
90° phasenverschobenen
Signal, um das aus einer unteren Schicht bestehende gleichphasige
Signal und das aus einer unteren Schicht bestehende, um 90° phasenverschobene
Signal zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform werden das aus Schichten
bestehende gleichphasige Signal und das aus Schichten bestehende,
um 90° phasenverschobene
Signal verzögert,
um die Subtraktion zu synchronisieren.
-
In
anderen Ausführungsformen
umfasst das Erzeugen des idealen Signals der oberen Schicht die Signalverarbeitung
des idealen gleichphasigen Signals der oberen Schicht und des idealen,
um 90° phasenverschobenen
Signals der oberen Schicht. Die Signalverarbeitung der idealen oberen
Schicht kann viele Elemente umfassen, einschließlich Impulsformung des idealen
gleichphasigen Signals der oberen Schicht und des idealen, um 90° phasenverschobenen
Signals der oberen Schicht. Es kann darüber hinaus eine Signalzuordnung
auf das ideale gleichphasige Signal der oberen Schicht und das ideale,
um 90° phasenverschobene
Signal der oberen Schicht angewandt werden, um Übertragungsverzerrungen des
aus Schichten bestehenden analogen Signals zu berücksichtigen.
Das ideale Signal der oberen Schicht kann außerdem durch Amplituden- und
Phasenanpassung an das aus Schichten bestehende Signal verarbeitet
werden, um die Ergebnisse der Signalsubtraktion zu verbessern.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Es
wird nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen gleiche Bezugszeichen überall entsprechende
Teile darstellen:
-
Die 1A–1C erläutern die
Beziehung von Signalschichten bei einer mehrschichtigen Modulationsübertragung;
-
Die 2A–2C stellen
eine Signalkonstellation einer zweiten Übertragungsschicht über einer
ersten Übertragungsschicht
in nichtkohärenter Weise
dar;
-
3 ist
ein Blockschaltbild für
ein typisches Übertragungssystem
für einen
Empfänger
der Erfindung;
-
4 stellt
ein Blockschaltbild einer Empfangsarchitektur der Erfindung dar;
-
5 stellt
ein Blockschaltbild eines mehrschichtigen Modulationsdecoders der
Erfindung dar; und
-
6 ist
ein Verfahren eines mehrschichtigen Modulations-Decodierens nach
der Erfindung.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In
der folgenden Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
genommen, die einen Teil hiervon bilden und die zur Veranschaulichung
mehrere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen. Es ist selbstverständlich,
dass andere Ausführungsformen
eingesetzt werden können und
dass Strukturänderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
1. ÜBERSICHT
-
Die
vorliegende Erfindung sorgt für
den Empfang von nichtkohärenten
aus Schichten bestehenden Modulations-Stammsignalen (legacy layered modulation
signals) unter Verwendung von Legacy-Empfängern. Die Signalschichten
können
unabhängig
moduliert und codiert werden. Signalschichten, die ansonsten inkompatibel
mit dem Legacy-Empfänger sind,
werden in einem mehrschichtigen Modulationsdecoder vorverarbeitet,
um sie in ein kompatibles Format umzuwandeln. Folglich können alle
Schichten des aus Schichten bestehenden Modulationssignals empfangen
werden, indem das eingehende Signal geteilt und an verschiedene
Legacy-Empfänger
gerichtet wird und es wie erforderlich vorverarbeitet wird, um die
gewünschte
Schicht zu extrahieren und um es in einem kompatiblen Format darzubieten.
Vorzugsweise ist zumindest eine Schicht des Signals kompatibel mit
einem Legacy-Empfänger,
ohne vorverarbeitet zu werden.
-
2. AUS SCHICHTEN
BESTEHENDE SIGNALE
-
Die 1A–1C und
die 2A–2C stellen
ein QPSK-Signal-Format in einem Beispiel mit zwei Schichten dar.
Die 1A–1C erläutern die
grundlegende Beziehung von Signalschichten bei einer mehrschichtigen Modulationsübertragung. 1A erläutert eine
Signalkonstellation 100 der oberen Schicht eines Übertragungssignals,
die die Signalpunkte oder -symbole 102 zeigt. 1B stellt
die Signalkonstellation der unteren Schicht der Symbole 104 über der
Signalkonstellation 100 der oberen Schicht dar, wobei die Schichten
kohärent
sind. 1C stellt eine untere Signalschicht 106 einer
unteren Übertragungsschicht über der
Konstellation der oberen Schicht dar, wobei die Schichten möglicherweise
nichtkohärent
sind. Die untere Schicht 106 dreht sich aufgrund der relativen
Modulationsfrequenzen der beiden Schichten bei einer nichtkohärenten Übertragung
um die Konstellation der oberen Schicht 102. Sowohl die
obere als auch die untere Schicht drehen sich aufgrund der Modulationsfrequenz
der oberen Schicht um das Zentrum, wie durch Pfad 108 beschrieben.
-
Die 2A–2C stellen
eine Signalkonstellation einer unteren Übertragungsschicht über der oberen Übertragungsschicht
nach einer Demodulation der oberen Schicht dar. 2A zeigt
die Konstellation 200 vor der oberen Träger-Rückgewinnungsschleife (carrier
recovery loop – CRL),
und 2B zeigt die Konstellation 200 nach der
CRL. In diesem Fall sind die Signalpunkte der unteren Schicht Ringe 202. 2C stellt
eine Phasenverteilung des empfangenen Signals mit Bezug auf die
Knoten 102 dar. Wie oben erwähnt, veranlassen relative Modulationsfrequenzen
die Konstellation der unteren Schicht, sich um die Knoten der Konstellation
der oberen Schicht zu drehen. Nach der CRL der unteren Schicht wird
diese Drehung beseitigt. Der Radius der Konstellation der unteren
Schicht wird durch ihren Leistungspegel bestimmt. Die Dicke der
Ringe 202 wird durch das Träger-Rausch-Verhältnis (carrier
to noise ratio – CNR)
der unteren Schicht bestimmt.
-
3 ist
ein Blockschaltbild für
ein typisches System 300 des Sendens und Empfangens von
aus Schichten bestehenden Signalen. Getrennte Sender 316A und 316B,
wie sie sich auf einer beliebigen geeigneten Plattform befinden
können,
wie zum Beispiel Satelliten 306A und 306B, werden
zum nichtkohärenten
Senden von unterschiedlichen Schichten eines Signals der vorliegenden
Erfindung eingesetzt. Es wird angemerkt, dass die Sender auch auf
der gleichen Plattform positioniert werden können. Uplinksignale werden üblicherweise über eine
Antenne 302 von einer oder mehreren Sendestationen 304 zu
jedem Satelliten 306A bzw. 306B gesendet. Die aus
Schichten bestehenden Signale 308A bzw. 308B (Downlinksignale)
werden an Empfängerantennen 312 bzw. 320 (die
alternativ eine einzelne Antenne sein können) empfangen, wie zum Beispiel
an Parabolantennen, von denen jede einen rauscharmen Block (low
noise block – LNB) 310 bzw. 318 (der
gleichermaßen
ein einzelner LNB sein kann) aufweist, wo sie dann in integrierte
Legacy-Empfänger/Decoder
(IRDs) 322 gekoppelt werden. Eines der aus Schichten bestehenden
Signale 308A kann direkt durch den Legacy-IRD 322 wahrgenommen
und verarbeitet werden. Es ist zu beachten, dass eine Parabolantenne
mit einem LNB außerdem
eingesetzt werden kann, um sowohl die oberen als auch die unteren
Schichten zu empfangen.
-
Nach
der Erfindung lässt
ein Legacy-IRD 314 die empfangenen aus Schichten bestehenden
Signale 308A bzw. 308B in dem mehrschichtigen
Modulationsdecoder 324 vorverarbeiten, um eines der aus Schichten
bestehenden Signale 308B zu trennen und in ein Format umzuwandeln,
das mit den Legacy-IRDs 314 bzw. 322 kompatibel
ist. Es sollte beachtet werden, dass die Antennen 312 bzw. 320 jede mehr
als eine Richtempfangsschüssel
umfassen können,
um die aus Schichten bestehenden Signale 308A bzw. 308B von
getrennten Satelliten zu empfangen, wie bei dem hier nachstehend
beschriebenen Empfängersystem
genau beschrieben wird.
-
Darüber hinaus
können
getrennte Übertragungsschichten
zu jeder Zeit unter Verwendung der unterschiedlichen Satelliten 306A bzw. 306B oder anderer
geeigneter Plattfor men, wie zum Beispiel Boden- oder Höhenplattformen,
hinzugefügt
werden, da die Signalschichten nichtkohärent gesendet werden können. Folglich
ist jedes Kompositsignal einschließlich neuer zusätzlicher
Signalschichten abwärtskompatibel
mit Legacy-Empfängern, die
die neuen Signalschichten unberücksichtigt
lassen. Um sicherzustellen, dass die Signale wahrnehmbar sind, müssen das
zusammengesetzte Signal und der Rauschpegel für die untere Schicht auf oder
unter dem erlaubten Grundrauschen für die obere Schicht liegen.
Alternative Empfängersysteme,
die die hier beschriebene Erfindung einsetzen, können so aufgebaut werden, dass
sie Signale decodieren, die mehr als zwei Signalschichten aufweisen.
-
3. DAS EMPFÄNGERSYSTEM
-
4 stellt
ein Blockschaltbild einer Empfangsarchitektur zum Veranschaulichen
des Verfahrens der Erfindung dar. Es werden emulierte aus Schichten
bestehende Signale 400A bzw. 400B von Empfangsschüsseln 402A bzw. 402B (die
alternativ in einer einzelnen Schüssel mit einem einzelnen LNB kombiniert
werden können)
empfangen. Die Signale 400A bzw. 400B können jedes
durch unterschiedliche Sender von einem einzelnen oder von getrennten
Satelliten gesendet werden, aber sie existieren in Störfrequenzbändern, z.B.
12,5 GHz. Die empfangenen aus Schichten bestehenden Signale 400A bzw. 400B werden
dann durch jeweilige rauscharme Blocks (LNBs) 404A bzw. 404B und
Dämpfungsglieder 406A bzw. 406B geleitet.
Die LNBs 404A bzw. 404B wandeln jedes der empfangenen
aus Schichten bestehenden Signale 400A bzw. 400B in
einen Zwischenfrequenzbereich, z.B. 950–1450 MHz, um. Die aus Schichten
bestehenden Signale werden in dem Summationsbiock 408 zusammengesetzt
und ihre relativen Leistungspegel jeweils durch die Dämpfungsglieder 406A bzw. 406B angepasst.
-
Es
sollte beachtet werden, dass die Einzelheiten bezüglich des
Empfangs des aus Schichten bestehenden Signals bis zu dem Summationsblock 408 nicht
entscheidend für
den Betrieb der Erfindung sind und nur als ein Beispiel dargestellt
werden. Es sind viele Ausführungen
möglich.
Zum Beispiel kann, wie zuvor erwähnt,
die gleiche Empfängerschüssel für beide
aus Schichten bestehenden Signale 400A bzw. 400B eingesetzt
werden. Das Ergebnis von zwei akzeptablen aus Schichten bestehenden
Störsignalen
an dem gleichen Eingang ist die einzige Anforderung.
-
Die
zusammengesetzten aus Schichten bestehenden Signale 400A bzw. 400B können dann durch
einen Splitter 410 geteilt werden, um das aus Schichten
bestehende Signal an die alternativen Legacy-IRDs 412A bzw. 412B zu
leiten. Einer der Legacy-IRDs 412A demoduliert und decodiert
das Signal der oberen Schicht der Signale 400A bzw. 400B und übergeht
das andere als Rauschen. Das decodierte Signal der oberen Schicht
wird dann an eine Anzeige 414A geliefert. Der andere Legacy-IRD 412B lässt die
aus Schichten bestehenden Signale 400A bzw. 400B durch
einen mehrschichtigen Modulationsdecoder 416 vorverarbeiten,
so dass das Signal der unteren Schicht der Signale 400A bzw. 400B in
ein Signal umgewandelt wird, das mit dem anderen Legacy-IRD 412B kompatibel
ist (und das Signal der oberen Schicht der Signale 400A bzw. 400B wirksam herausgefiltert
wird). Das umgewandelte Signal der unteren Schicht wird dann durch
den anderen Legacy-IRD 412B demoduliert und decodiert und
das Ergebnis an eine Anzeige 414B geliefert. Natürlich können alternative
Architekturen eine einzelne Anzeige verwenden, die zwischen Signalen
von den getrennten IRDs 412A bzw. 412B umgeschaltet
wird.
-
4. DER MEHRSCHICHTIGE
MODULATIONSDECODER
-
5 stellt
ein Blockschaltbild eines mehrschichtigen Modulationsdecoders 416 der
Erfindung dar. Der mehrschichtige Modulationsdecoder 416 vorverarbeitet
ein eingehendes aus Schichten bestehendes Signal, um ein Signal
der unteren Schicht zu extrahieren und es in ein Signal umzuwandeln,
das durch einen Legacy-Empfänger
decodiert werden kann, wie zuvor erörtert.
-
Nach
dem Splitter 410 wird das eingehende aus Schichten bestehende
Signal durch einen Tuner 500 höher abgestimmt, um es in ein
gleichphasiges (in-phase – I)
Basisbandsignal und ein um 90° phasenverschobenes
(quadrature – Q)
Basisbandsignal umzuwandeln. Die getrennten Signale können dann durch
ein Tiefpassfilter 502 in Vorbereitung auf das Digitalisieren
gefiltert werden. Die Signale werden dann mit einer hohen Abtastrate
und ausreichender Auflösung
durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 504 digitalisiert.
Es können
ein Zweikanal-ADC 504 oder getrennte ADCs für die getrennten
gleichphasigen bzw. um 90° phasenverschobenen
Signale eingesetzt werden. Die digitalisierten Signale werden dann
an einen Prozessor 506 übermittelt.
-
Der
Prozessor 506 zum Extrahieren eines Signals der unteren
Schicht kann als eine Logikschaltung implementiert werden. Die eintretenden
digitalisierten gleichphasigen und um 90° phasenverschobenen Signale
können
zunächst
in zwei Pfade geteilt werden, die zu dem Signal der oberen Schicht
bzw. dem aus Schichten bestehenden Kompositsignal werden. Auf dem
Signalpfad für
die obere Schicht können
die gleichphasigen und die um 90° phasenverschobenen
Signale zunächst
durch eine Frequenz-Erfassungsschleife 508 geleitet werden.
Sie können
dann durch ein angepasstes Filter 510 mit endlicher Impulsantwort
(finite impulse response – FIR)
gefiltert werden. Ein Demodulator 512 demoduliert die Signale
unter Verwendung von Träger-
und Takt-Rückgewinnungsschleifen,
um demodulierte aus Schichten bestehende gleichphasige bzw. um 90° phasenverschobene
Signale zu erzeugen. Die demodulierten Signale werden dann durch
einen Decoder 514 decodiert, der Viterbi-Decodierungs-, De-Interleaving-
und Reed-Solomon-(RS)-Decodierungs-Funktionen
als geeignet einbeziehen kann, um die Symbole der oberen Schicht
präzise
zu bestimmen. Die decodierten Symbole der oberen Schicht werden
dann auf einen Codierer 516 angewandt, um ein ideales Signal
der oberen Schicht (d.h. ein Signal der oberen Schicht, das ohne
das Rauschen und/oder die Störung
des Signals der unteren Schicht gesendet wird) zu erzeugen. Das
codierte Signal tritt wieder auf als gleichphasige bzw. um 90° phasenverschobene
Signal-Bestandteile. Es kann eine Vielzahl von Signalverarbeitungs-Verfahren
auf diese Signale angewandt werden, um die ideale obere Schicht
zu erzeugen.
-
Das
ideale Signal der oberen Schicht kann durch ein angepasstes FIR-Filter 518 gefiltert
werden. Sendeeigenschaften (z.B. Verstärker-Nichtlinearitäten etc.)
können
durch Signal-Kennfelder 520, wie zum Beispiel durch ein
Amplitudenmodulation-zu-Amplitudenmodulations-Kennfeld (AM/AM-Kennfeld)
und/oder ein Amplitudenmodulation-zu-Phasenmodulations-Kennfeld
(AM/PM-Kennfeld) berücksichtigt
werden. Diese Signal-Kennfelder 520 können aktualisiert werden, um Änderungen
in den Sendeeigenschaften des Satelliten zu berücksichtigen. Die Signal-Kennfelder 520 werden
auf die codierten Signale angewandt 522, um einen Downlink-Sendevorgang
eines Signals der oberen Schicht zu simulieren. In ähnlicher
Weise kann ein zusätzliches
angepasstes FIR-Filter 526 ebenfalls angewandt werden,
nachdem die Sendeeigenschaften 522 berücksichtigt worden sind. Darüber hinaus
kann außerdem
eine Amplituden- und Phasen-Anpassungsfunktion 528 der
oberen Schicht, angetrieben durch das demodulierte aus Schichten
bestehende Signal und das ideale rekonstruierte Signal der oberen
Schicht, eingesetzt werden, um Anpassungskoeffizienten zu generieren.
Die Anpassungskoeffizienten werden auf das rekonstruierte Signal
der oberen Schicht angewandt 524, um sicherzustellen, dass
es zur maximalen Unterdrückung
bei der abschließenden
Signalsubtraktion im Vergleich zu dem aus Schichten bestehenden
Signal in angemessener Weise in der Größe dimensioniert und in Phase
gedreht wird.
-
Schließlich werden
die idealen rekonstruierten gleichphasigen und um 90° phasenverschobenen Signale
für die
obere Schicht von den aus Schichten bestehenden gleichphasigen und
um 90° phasenverschobenen
Signalen, die durch den Demodulator erzeugt werden, in einem Subtrahierglied 538 subtrahiert.
Eine Takt- und Phasen-Ausgleichsfunktion 532 wird
auf den zweiten aus Schichten bestehenden, in den Prozessor 506 eintretenden
Pfad unter Verwendung von Informationen von dem Demodulator 512 angewandt.
Es kann eine festgelegte Verzögerung 534 auf
den zweiten aus Schichten bestehenden Signalpfad angewandt werden,
um die geeignete Verzögerung
zum Angleichen der aus Schichten bestehenden und der idealen Signale
zu bestimmen, um Anpassungskoeffizienten 528 zu generieren.
Das verzögerte
aus Schichten bestehende Signal wird geteilt, und in einem Pfad
kann ein angepasstes FIR-Filter 530 auf das Signal angewandt
werden, bevor Anpassungskoeffizienten 528 generiert werden. Der
zweite verzögerte
aus Schichten bestehende Signalpfad wird wiederum verzögert 536,
um ihn in geeigneter Weise dem idealen Signal der oberen Schicht
für die
Subtraktion 538 anzugleichen. Die Ergebnisse der Subtraktion
sind die gleichphasigen und die um 90° phasenverschobenen Signale
der unteren Schicht.
-
Die
von dem Subtrahierglied 538 ausgegebenen, gleichphasigen
und um 90° phasenverschobenen
Signale der unteren Schicht werden zunächst in einem Digital-Analog-Wandler (DAC) 540 in
analoge Signale umgewandelt. Der DAC kehrt im Wesentlichen das vorherige
Digitalisieren um und kann daher die gleiche Abtastrate und Auflösung verwenden. Darauf
folgend können
die Signale in analoger Form durch ein Tiefpassfilter 542 gefiltert
werden und an einen Modulator 544 (z.B. einen QPSK-Modulator) weitergegeben
werden, um das Signal der unteren Schicht in einem für einen
Legacy-Empfänger
decodierbaren Format als die Ausgabe des Prozessors 416 zu
erzeugen.
-
6 beschreibt
ein Verfahren eines mehrschichtigen Modulations-Decodierens nach
der Erfindung. Es wird ein aus Schichten bestehendes Signal empfangen,
und es werden in dem Block 600 aus ihm ein aus Schichten
bestehendes gleichphasiges Signal und ein aus Schichten bestehendes,
um 90° phasenverschobenes
Signal erzeugt. Als Nächstes
werden das aus Schichten bestehende gleichphasige Signal und das
aus Schichten bestehende, um 90° phasenverschobene
Signal in dem Block 602 digitalisiert. In dem Block 604 werden
das aus Schichten bestehende gleichphasige Signal und das aus Schichten bestehende,
um 90° phasenverschobene
Signal decodiert, um ein aus einer Schicht bestehendes gleichphasiges
Signal und ein aus einer Schicht bestehendes, um 90° phasenverschobenes
Signal zu erzeugen. Dann wird in dem Block 606 das aus
einer Schicht bestehende gleichphasige Signal und das aus einer
Schicht bestehende, um 90° phasenverschobene
Signal in ein aus einer Schicht bestehendes gleichphasiges analoges
Signal bzw. ein aus einer Schicht bestehendes, um 90° phasenverschobenes
analoges Signal umgewandelt. Schließlich werden in dem Block 608 das
aus einer Schicht bestehende gleichphasige analoge Signal und das
aus einer Schicht bestehende, um 90° phasenverschobene analoge Signal
moduliert, um ein aus einer Schicht bestehendes Signal zu erzeugen.
-
SCHLUSSBEMERKUNG
-
Die
obige Beschreibung einschließlich
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist zum Zwecke der Erläuterung und Beschreibung dargeboten
worden. Sie ist nicht als erschöpfend
oder die Erfindung auf exakt die offen gelegte Form beschränkend gemeint.
Es sind viele Abwandlungen und Variationen angesichts der obigen
Erläuterung
möglich. Es
ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung nicht durch diese
genaue Beschreibung, sondern eher durch die hierzu beigefügten Ansprüche beschränkt wird.
Die obige Spezifikation und die obigen Beispiele und Daten stellen
eine vollständige
Beschreibung der Herstellung und des Einsatzes der Erfindung bereit.
Da viele Ausführungsformen
der Erfindung erstellt werden können,
ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, befindet sich die
Erfindung in den hier nachstehend beigefügten Ansprüchen.