DE69114733T2

DE69114733T2 - Verfahren zur Datenverbreitung mit Zeit-Frequenzverschachtelung mit Verwendung von Bezugsfrequenzsignalen.

Info

Publication number: DE69114733T2
Application number: DE69114733T
Authority: DE
Inventors: Damien Castelain; Floch Bernard Le; Daniel Pommier; Jean-Christophe Rault
Original assignee: Telediffusion de France ets Public de Diffusion; France Telecom SA
Current assignee: Telediffusion de France ets Public de Diffusion; Orange SA
Priority date: 1990-02-06
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2011-02-06
Also published as: EP0441730B1; EP0441730A1; DE69114733T3; DE69114733D1; EP0441730B2; US5228025A; FR2658017A1; FR2658017B1

Description

Die Erfindung betrifft das Senden digitaler Signale über Kanäle, die einer mehrfachen Wegbelegung unterliegen und deren Eigenschaften sich zeitlich verändern. Die Erfindung betrifft insbesondere das Senden digitaler Daten zu mobilen Empfängern, die sich in städtischen Gebieten bewegen, d. h., die verstärktem Rauschen und Störsignalen sowie Bedingungen der Mehrfachausbreitung (RAYLEIGH-Prozeß), welche Schwunderscheinungen (Fading) verursachen, ausgesetzt sind.
Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, das COFDM- System(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex - Multiplexieren orthogonaler kodierter Frequenzen) genannte digitale Hörfunkübertragungssystem, welches in den französischen Patentanmeldungen 86 09622 vom 2. Juli 1 986 (FR- A-2601210) und 86 13271 vom 23. SeptemberlgB6 (FR-A-2604316) dergleichen Antragsteller beschrieben ist (5 auch das Dokument EBU REVIEW TECHNICAL, Nr. 224).
Dieses digitale Sendesystem basiert auf der gemeinsamen Anwendung eines Kanalkodierungssystems und eines Modulationsverfahrens durch Multiplexieren orthogonaler Frequenzen.
Zweck des bekannten Kodierungsverfahrens ist insbesondere das Auffangen des Effektes der auf den Rayleighprozeß beruhenden Amplitudenschwankungen des empfangenen Signals durch eine geeignete Verarbeitung der aus dem Demodulator kommenden Abtastwerte. Es wird bevorzugterweise eine gefaltete Kodierung angewandt, die eventuell mit einer Kodierung des REED-SOLOMON-Typs verkettet ist.
Es kann vorteilhafterweise eine rauscharme Viterbi-Dekodierung angewandt werden.
Das eigentliche Modulationsverfahren dieses bekannten Systems ermöglicht es, sich der Probleme zu entledigen, die mit der Frequenzselektivität des Kanals zusammenhängen. Es besteht in der Sicherstellung der Verteilung der digitalen Elemente, aus welchen das Datensignal gebildet ist, im Frequenz f - Zeit t -Raum und im gleichzeitigen Senden von Sätzen digitaler Elemente über N parallele Sendekanäle mittels eines Multiplexes orthogonaler Trägerfrequenzen.
Bekannterweise sind die kodierten Digitalelemente zudem sowohl in der Zeit als auch bezüglich der Frequenz verschachtelt, um die statistische Unabhängigkeit der Abtastwerte gegenüber dem Rayleighprozeß sowie gegenüber dem selektiven Charakter des Kanals zu maximieren.
Insbesondere verhindert dies, daß zwei aufeinanderfolgende Elemente der Datenfolge mit der gleichen Frequenz gesendet werden.
Die zweidimensionale Natur des gesendeten Signals erfordert beim Empfänger eine Abtastung nach Zeit und Frequenz. Die zeitliche Festlegung der Abtastzeitpunkte ist das Ergebnis der Zeitsynchronisierung des Empfängers. Die Frequenzabtastung folgt aus der Anwendung einer diskreten Fouriertransformierten (TFD) auf die zeitlichen Abtastwerte.
Diese Transformierte entspricht einer Bank orthogonaler Filter, deren Position im Frequenzbereich durch die Frequenz des örtlichen Oszillators bestimmt wird. Die Genauigkeit der Frequenzabtastung hängt demnach vom Frequenzabstand zwischen dem gesendeten Signal und diesem örtlichen Oszillator ab.
Das bekannte Verfahren, welches in der Einstellung der örtlichen Oszillatorfrequenzen im Empfänger besteht, heißt automatische Frequenzsteuerung (CAF). Eine Anwendungsmethode der CAF ist beispielsweise in "A new system of sound broadcasting to mobile receivers" ("Ein neues System für die Hörfunkübertragung zu mobilen Empfängern")(M. Alard, R. Halbert, B. Le Floch, D. Pommier; Eurocon Konferenz 88) beschrieben.
Eine durch die Fouriertransformierte hervorgerufene Frequenzverschiebung der Filterbank hat zwei verschiedene Effekte auf die Demodulation einer besonderen Trägerfrequenz eines COFDM-Signals. Zuerst führt der Abstand zwischen der Frequenz des gesendeten Signals und die Frequenz des örtlichen Oszillators einen Phasenfehler ein. Andererseits führt dieser Abstand nach der Fouriertransformierten ein Rauschen ein, das durch den Verlust der Orthogonalität zwischen den Trägerfrequenzen verursacht wird und welches die Interferenz zwischen den Symbolen im Frequenzbereich wiedergibt.
Je nach Genauigkeit der Oszillatoren kann es sein, daß der CAF für ein gutes Einfangen nicht ausreicht. So kann, im Falle eines COFDM-Systems, bei dem der Abstand zwischen den Trägerfrequenzen 10 kHz und die Trägerfrequenz 1 GHz beträgt, eine Genauigkeit von 10&supmin;&sup5; des örtlichen Oszillators eine Verschiebung einer Trägerfrequenz im Demodulator verursachen, die keine Deutung des empfangenen Signais mehr zuläßt.
Zweck der Erfindung ist es, diesen Nachteilen entgegenzuwirken.
Insbesondere hat die Erfindung als Zweck das Bereitstellen eines Verfahrens für die in Zeit und Frequenz verschachtelte digitale Übertragung, bei dem das Erlangen der automatischen Frequenzsteuerung begünstigt wird.
Dies erlaubt insbesondere den Einsatz eines örtlichen Oszillators mit klassischer Genauigkeit im Empfänger.
Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht einerseits darin, dem aus der Frequenzverschiebung sich ergebenden Problem der Phasenrotation sowie andererseits dem spezifischen COFDM-Problem des Orthogonalitätsverlustes zwischen Trägerfrequenzen entgegenzuwirken.
Ferner ist es ein Zweck der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das mit der Struktur des COFDM-Signals kompatibel ist und Operatoren anwendet, die bereits für andere Funktionen im Empfänger eingesetzt wurden.
Diese Ziele sowie andere, die im Nachhinein ersichtlich werden, erreicht man dank der Erfindung durch ein Verfahren zum Senden von digitalen Daten gemäß Anspruch 1.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine erfinderische Umsetzung in den Frequenzbereich von bekannten Verfahren zum Einfügen zeitlicher Synchronisierungswörter in die eindimensionalen Sendeverfahren.
Vorteilhafterweise berücksichtigen die Frequenzsynchronisierungswörter der Erfindung die verschiedenen Eigenschaften eines nach Zeit-Frequenz verschachtelten Signals, insbesondere eines Signals vom COFDM-Typ und wenden diese auch an.
Wenn jede dieser Symbolfolgen ein Leerzeichen für die Analogsynchronisierung umfaßt, so umfaßt das Leerzeichen vorteilhafterweise mindestens eine Referenzträgerfrequenz, die das frequenzsynchronisierende Motiv bildet.
Diese Referenzträgerfrequenzen stören nicht die Funktion der Analogsynchronisierung, wenn ihre Zahl ausreichend gering ist.
Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung werden die Referenzträgerfrequenzen durch einige der digitalen Elemente moduliert.
Bei einer weiteren Ausführung werden diese Referenzträgerfrequenzen nicht moduliert und ihre Ursprungsphase wird so gewählt, daß die Umhüllende, die sich aus dem frequenzsynchronisierenden Motiv ergibt, in etwa konstant ist.
Dies erreicht man insbesondere dadurch, daß diese Ursprungsphasen so gewählt werden, daß sie einem quadratischen Verteilungsgesetz folgen.
Durch die Anwendung eines konstanten umhüllenden Fensters stellt man die ordnungsgemäße Funktion der Analogsynchronisierung sicher.
Das frequenzsynchronisierende Motiv kann ebenfalls durch die Unterdrückung mindestens einer der Trägerfrequenzen in mindestens einem der Zeichen gebildet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein vom Empfänger bekanntes Dienstwort benutzt, das mindestens eine aus dem Frequenzbereich ausgewählte Trägerfrequenz in mindestens einigen Symbolen der Folge moduliert. Vorteilhafterweise werden die Dienstworte beim Signal der Symbolfrequenz oder einer schwächeren Frequenz eingefügt.
Vorteilhafterweise ist bei den verschiedenen Ausführungen der Abstand zwischen den Elementen, die ein Synchronisierungsmotiv bilden, nicht konstant, um einen totalen Verlust dieses Motivs im Falle eines einfachen Echos zu vermeiden.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Synchronisierungsmotiv aus einer Verbindung mindestens zweier der oben erwähnten Ausführungen gebildet.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Empfänger, welche in der Lage sind, die durch ein solches Verfahren erzeugten Signale zu empfangen und zu analysieren.
Vorteilhafterweise umfassen diese Empfänger Mittel zum Orten dieser Frequenzsynchronisierungsmotive sowie Mittel zum Einstellen des örtlichen Oszillators als Funktion dieser Ortung.
Die Mittel zum Einstellen des Oszillators können insbesondere den örtlichen Oszillator entweder auf die Frequenz des gesendeten Signals einstellen oder ihn aber derart einstellen, daß sie den Frequenzkamm festhalten, welcher der Schwingungsfrequenz des örtlichen Schwingkreises am nächsten liegt.
Bevorzugterweise wirken die Mittel zum Einstellen des örtlichen Oszillators mit Mitteln zum Berücksichtigen mehrerer Ortungsergebnisse der Synchronisierungsmotive zusammen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung, die als Beispiel und ohne einschränkenden Charakter gegeben wird sowie beim Betrachten der beigefügten Zeichnungen, bei denen:
- Figur 1 ein zusammenfassendes Schema einer Sende-Empfangs-Kette darstellt, bei der das Verfahren der Erfindung angewandt wird;
- Figur 2 die Positionierung der Trägerfrequenzen darstellt, die im Verhältnis zur Frequenzantwort der Fourier-Transformierten in einem Empfänger bekannter Art empfangen wird, für den Fall des perfekten und nicht perfekten Abgleichs des örtlichen Oszillators;
- Figur 3 das Ergebnis der Fourier-Transformierten einer Referenzträgerfrequenz nach der ersten Art des Frequenzsynchronisierungsmotivs gemäß der Erfindung darstellt, für den Fall des perfekten und des nicht perfekten Abgleichs;
- Figur 4 das Ergebnis der Fourier-Transformierten eines Synchronisierungsmotivs mit Unterdrückung der Trägerfrequenz für den Fall des perfekten und nicht perfekten Abgleichs darstellt;
- Figur 5 ein zusammenfassendes Schema eines Empfängers gemäß der Erfindung darstellt, das die drei Arten von Frequenzsynchronisierungsmotiven anwendet.
Die verschiedenen Aspekte der im nachfolgenden beschriebenen Ausführung betreffen insbesondere das Senden digitalen Hörfunks zu mobilen Empfängern.
Es ist dennoch klar, daß das Prinzip des digitalen Sendens mit hohem Durchsatz auf jede Art von Kommunikation anwendbar ist, insbesondere über Kanäle, die dem Rayleigh-Verfahre unterliegen.
Bei der Anwendung auf das Senden von digitalem Hörfunk kann ein Zweck beispielsweise darin bestehen, daß sechzehn Stereoprogramme über ein 8 MHz breites Frequenzband gesendet werden, mit einem Digitaldurchsatz in der Größenordnung von 250 kBits/s nach Kompression je Stereoprogramm.
Eine Sendevorrichtung wie in den in der Präambel erwähnten Patentanträgen ist in Figur 1 dargestellt.
Jeder der K Kanäle (16) C&sub0; bis CK-1 unterliegt einer parallelen Kodierung 10, gefolgt von einer Zeit-Frequenz-Verschachtelung 11 über einen getrennten Kanal, bevor sie gemeinsam dem Zeitmultiplexierungs- und OFDM-Modulationsverfahren 12 unterworfen werden.
Vorteilhafterweise ist die Kodierung 10 von der faltenden Art. Ziel der Zeit- Frequenz-Verschachtelung 11 ist die Durchmischung der digitalen Elemente eines jeden Kanals, um ihnen die maximale Unabhängigkeit gegenüber Störungen, Verzerrungen und Ausfällen des Sendekanals 13 zu verleihen.
Die OFDM-Modulation besteht im Modulieren der Symbole, die jeweils aus einem Multiplex gleichzeitig über N Kanäle gesendeter orthogonaler Frequenzen bestehen. Dieser Vorgang kann durch eine Fourier-Transformation an der kodierten und verschachtelten Digitalfolge eines jeden Kanals Ci erfolgen.
So kann man beispielsweise in einem 8 MHz Frequenzband 512 Trägerfrequenzen definieren, deren Abstand jeweils 15.625 Hz beträgt. Unter diesen Frequenzen werden 448 verwendet, nachdem die Mittelfrequenz des Spektrums und die seitlichen Trägerfrequenzen (1/8 des Spektrums) eliminiert wurden, um die Filterungszwänge zu berücksichtigen.
Die Empfangskette umfaßt die klassischen Schritte der Filterung und der Umsetzung in das Basisband 14, der Demodulation 15, des Aufhebens der Zeit-Frequenz- Verschachtelung und des Dekodierens 17 des Kanals, deren Verschachtelung aufgehoben wurde.
Betrachtet man den Fall einer Frequenzmultiplexierung der verschiedenen Kanäle, so erfolgt die Kanalauswahl 14 vorteil hafterweise durch schnelle Fourier-Transformation TFR, um den Satz von Trägerfrequenzen zu dezimieren, die derart multiplexiert wurden, daß das COFDM-Demodulationsverfahren nur auf die Trägerfrequenzen des ausgewählten Kanals angewandt wird (5 die bereits erwähnte Zusatzbescheinigung 86 13271, FR-A-2604316).
Im Falle einer Zeitmultiplexierung der verschiedenen Kanäle erfolgt das Verfahren 14 durch eine Fensteröffnung über die Symbole des Kanals, die dekodiert werden, gefolgt von einer auf jedem der Symbole angewandten Fourier-Transformation. Nach dem Aufheben der Zeit-Frequenz-Verschachtelung 16 wird vorteilhafterweise eine rauscharme Viterbi-Dekodierung 17 angewandt.
Sei {fk} die Menge der betrachteten Trägerfrequenzen mit:
fk = f&sub0; + k/tS,k = 0 bis N-1
wobei tS die einem Modulationssymbol zugeordnete Zeitdauer darstellt.
Man kann dann die folgende Basis von Elementarsignalen definieren:
Ψj,k(t) mit k = 0 bis N-1, j = -∞ bis + ∞:
Ψj,k(t) = gk(t-jTS)
mit : 0 ≤ t < T&sub3; : gk (t) = e2iπfkt,
ansonsten : gk (t) = 0
Andererseits sei eine Menge komplexer Zahlen {Cj,k} gegeben, die ihre Werte einem endlichen Alphabet entnehmen, welche das gesendete Datensignal darstellt. Das assoziierte COFDM-Signal wird dann folgendermaßen ausgedrückt:
Im Falle der vorliegenden Anwendung sind die gesendeten Symbole Cj,k solche mit konstantem Modul, was anders gesagt bedeutet, daß jede Trägerfrequenz des Multiplexes einer Phasenmodulation unterliegt.
Um sich von jedem Problem der Frequenzselektivität des Kanals unabhängig zu machen, wird ein Schutzintervall der Länge Δ vor dem nützlichen Teil eines jeden Symbols eingefügt, um die Verzerrung zwischen den Symbolen aufzunehmen.
Somit stellt tS die Dauer des Nutzsignals dar, Δ die Dauer des Schutzintervalls und TS = tS + Δ die Dauer des Symbols.
Figur 2 stellt die Lage des empfangenen Trägerfrequenzkamms im Verhältnis zur Frequenzantwort der von der Fourier-Transformierten verwirklichten Filterbank dar, für den Fall eines perfekten Abgleichs des örtlichen Oszillators und dann eines nicht perfekten Abgleichs.
Die Frequenzantwort 20 eines jeden Filters umfaßt einen Hauptkurventeil 21, der den Nutzteil des Filters darstellt, und sekundäre Kurventeile 22A, 22B, 22C, die eine Trägerinterferenz erzeugen, welche bei den Frequenzen F&sub1;, F&sub2;,... null wird, die dem Maximum des Hauptkurventeils eines jeden Filters entsprechen.
Im Falle des perfekten Abgleichs wird jede der Trägerfrequenzen 23 durch ein einziges Filter 20 gefiltert. Dagegen erscheint bei nicht perfektem Abgleich ein Frequenzabstand δf, der bei der Filterung einer Trägerfrequenz 24 ein Interferenzrauschen zwischen den Trägerfrequenzen im Frequenzbereich erzeugt, das auf die sekundären Kurventeile 25A, 25B, 25C, zurückzuführen ist.
Andererseits wird das Ergebnis der Filterung unterdrückt, da die Trägerfrequenz 24 nicht mehr mit dem Maximum des Hauptkurventeils 21 übereinstimmt. Diese Frequenzabweichung fügt der durch die Modulation definierten Nominalphase einen Fehlerterm hinzu.
Δψ= 2πδfTS, wobei die Beobachtung über die Dauer TS eines Symbols erfolgt.
In klassischer Weise wird der CAF dadurch angewandt, daß die demodulierten Symbole in der komplexen Ebene 2P potenziert werden, wobei P die Zahl der Phasenzustände der Modulation ist. Das Ergebnis dieses Vorgangs hängt nicht mehr von der modulierenden Information ab, da alle Werte auf die reelle Achse zurückgeführt werden; er gibt ein Maß für die Frequenzabweichung δf, die beim Abgleich des örtlichen Oszillators berücksichtigt wird.
Im Falle des COFDM-Signals muß dieses Maß sowohl in die Zeit- als auch in die Frequenzachse integriert sein, um das Orthogonalitätsverlustrauschen sowie das vom Sendekanal und vom Empfänger mitgebrachte Rauschen so weit wie möglich zu eliminieren.
Je nach Genauigkeit der Oszillatoren kann es sein, daß dieses Verfahren nicht ausreicht, um ein gutes Einfangen zu gewährleisten. Betrachtet man beispielsweise ein COFDM-System, bei dem der Abstand zwischen den Trägerfrequenzen 10 kHz bzw. die Trägerfrequenz 1 GHz beträgt, so kann eine Genauigkeit von des örtlichen Oszillators eine Verschiebung einer Trägerfrequenz im Demodulator verursachen, die von der oben beschriebenen Schleife eindeutig nicht zu handhaben ist.
Die Erfindung stellt ein vorteilhaftes Verfahren zum Erlangen der CAF bereit, das die Struktur des COFDM-Signals nutzt. Dieses Verfahren besteht in der Einführung eines Frequenzsynchronisierungsmotivs in das gesendete Signal.
Dieser Ansatz ist eine erfinderische Umsetzung in den Frequenzbereich von bekannten Verfahren zum Einfügen zeitlicher Synchronisierungswörter in die eindimensionalen Sendeverfahren.
Die Erfindung betrifft insbesondere drei Mittel um dieses Verfahren anzuwenden, welches entweder alleine oder in allen möglichen Kombinationen genutzt werden kann.
Das erste Mittel, um ein Frequenzsynchronisierungsmotiv zu verwirklichen, wird auf die Sendeverfahren angewandt, die am Anfang einer jeden Symbolfolge ein Leerintervall umfassen, welches eine Analogsynchronisierung ermöglicht. Ein solches Verfahren wird im Patentantrag FR 88 15216 vom 18.11.88 (FR-A- 2639485) beschrieben.
Dieses Leersymbol verfolgt einen doppelten Zweck: es ermöglicht die zeitliche Synchronisierung des Empfängers sowie das Messen der Störungen und Verzerrungen im Kanal. Es ist dennoch möglich, eine kleine Anzahl steuernder Trägerfrequenzen oder Referenzträgerfrequenzen in dieses Leersymbol einzufügen, ohne seine Funktionalität zu ändern.
So fügt man für ein aus N Trägerfrequenzen bestehendes COFDM-Signal M Referenzträgerfrequenzen ein, wobei M viel kleiner als N ist, beispielsweise M = N/16.
In diesem Falle bleibt die Umhüllende des "Null"-Symbols sehr schwach und ist somit von den Synchronisierungsmitteln leicht festzustellen. Gleichweise sind Rausch- und Verzerrungsprobleme nur dann bedeutend, wenn ihr Wert deutlich höher als diese Umhüllende liegt.
Jede dieser Referenzträgerfrequenzen, deren Position und Wert jeweils vom Empfänger bekannt sind, wird analysiert, um die Differenzen zwischen den gesendeten Frequenzen und die Position der Filterbank des Empfängers zu erfassen.
Wie in Fig. 3 dargestellt, wird auf N Punkten des Symbols eine Fourier-Transformation angewandt, dann nimmt man den Betrag der N Punkte des sich ergebenden Vektors. Die Verschiebung der Position der Korrelationsspitzen in diesen Vektoren im Verhältnis zur Position der Referenzen ist ein direktes Maß für die Abweichung δf, die beim Abgleich des örtlichen Oszillators berücksichtigt wird. Befindet sich eine Referenzträgerfrequenz im perfekten Abgleich mit der durch die Fourier-Transformierte verwirklichte Filterbank 31, so befindet sie sich in der Position P1. Der Betrag des Ergebnisses dieser Fourier-Tranformierten stellt dann eine einzelne Spitze 32 dar.
Hingegen wird im Falle einer Frequenzabweichung die Referenzträgerfrequenz auf Position P2 gegenüber der Filterbank verschoben. Der Betrag des Ergebnisses der Fourier-Transformierten umfaßt in diesem Falle eine unterdrückte Hauptspitze 33 sowie eine Reihe weiterer Spitzen 34A, 34B, 34C, ... die bei den anderen Filterpositionen auftreten.
Vorteilhafterweise ist der Abstand zwischen den Referenzfrequenzen nicht konstant. Zweck hiervon ist, daß im Falle eines einfachen Echos, welches durch die Interferenz zweier oder einer kleinen Zahl von Wegen verursacht wird, die Trägerfrequenzen derart gewählt werden, daß man verhindert, daß sie gleichzeitig einem Schwundphänomen (Fading) unterliegen. Es ist nämlich bekannt, daß ein einfaches Echo ein Fading verursacht, welches sich durch periodische Frequenzabschwächungen bemerkbar macht. In einigen Fällen könnten somit diese Trägerfrequenzen und diese Fadingerscheinungen zusammenfallen.
Um dieser Gefahr entgegenzuwirken sieht die Erfindung die Wahl mehrerer Referenzfrequenzen vor, die so unperiodisch wie möglich über den Frequenzbereich verteilt werden. Anders gesagt, wird die Auswahl von mindestens drei Frequenzen vorgeschlagen, derart, daß die zwei aufeinanderfolgenden Abstände im Frequenzbereich den kleinstmöglichen größten gemeinsamen Nenner aufweisen.
Diese Ausführung erlaubt es, dem häufigen Fall der einfachen Echos entgegenzutreten.
Diese Referenzfrequenzen können Informationsträger, d. h., durch nützliche Digitalelemente moduliert sein, oder sie können nicht moduliert sein.
Wenn die Referenzfrequenzen nicht moduliert sind, werden sie so gewählt, daß die sich ergebende Umhüllende des Synchronisierungsmotivs in etwa konstant ist. Dadurch wird die Erfassung dieses Symbols bei der Folgensynchronisierung nicht verzerrt.
Eine solche konstante Umhüllende erreicht man insbesondere dadurch, daß die Ursprungsphasen einer jeden Referenzträgerfrequenz nach einem quadratischen Verteilungsgesetz verteilt werden.
Das zweite Mittel zur Verwirklichung eines Frequenzsynchronisierungsmotivs gemäß der Erfindung ist die Eliminierung gewisser Trägerfrequenzen in einigen Symbolen der Folge.
Es wird dieselbe Art von Analyse angewandt und die Position der eliminierten Frequenzen (oder der Löcher) gibt ein direktes Maß der Frequenzabweichung δf.
Figur 4 gibt die Ergebnisse der Fourier-Transformation eines solchen Synchronisierungsmotivs wieder. Das Spektrum 41 der emittierten Linien enthält Löcher 42A, 42B, 42C, die man in identischer Weise in dem Betrag 43 der TFD für den Fall des perfekten Frequenzabgleichs wiederfindet.
Ist dagegen die Frequenzabweichung δf nicht null, so erscheinen im Betrag 44 der TFD Löcher 44A, 44B, 44C, ..., deren Wert nicht null ist. Außerdem weisen die anderen Spitzen geänderte oder variierende Höhen auf.
Für beide Verfahren ermöglicht eine Analyse der TFD-Beträge die Korrektur des CAF-Abgleichs.
Durch eine zeitliche Integration der Beobachtung kann man sich von ungünstigen Konfigurationen der Kanalantworte unabhängig machen und die Effekte des Senderauschens unterdrücken. Diese Integration besteht zum Beispiel in der Berücksichtigung von mehreren Ortungsergebnissen der Synchronisierungsmotive, wobei diese aufeinanderfolgen können oder nicht. Dies ermöglicht die Berechnung eines gleitenden Mittelwertes dieser Ortungen, mit einer eventuellen selektiven Wichtung der Ortungen, um die neueren besonders zu bewerten.
Eine andere Möglichkeit für die Ausführung einer Frequenzsynchronisierung ist die Anwendung eines kodierten Datenworts, das in derselben Weise wie die nützlichen Signaldaten moduliert und gesendet wird. Dieses Wort kann in die Symbolfrequenz oder in eine schwächere Frequenz eingefügt werden.
Nach der Demodulation führt der Empfänger eine Korrelation auf binärer Ebene durch und nicht auf der Ebene der Wellenformen, wie bei den vorhergehenden Ausführungen, um die mögliche Verschiebung des Demodulationsfrequenzkamms zu erfassen. Das Ergebnis dieses Vorgangs ergibt das Hilfssignal zum Erlangen der CAF.
Die Analyse über die Verteilung der Referenzträgerfrequenzen gilt ebenfalls für die Verteilung der eliminierten Frequenzen sowie der kodierten Datenwörter.
Mit Hilfe dieser drei Arten von Synchronisierungsmotiven läßt sich die tatsächliche CAF-Erlangung in zwei Weisen durchführen. Es ist in der Tat möglich, auf den örtlichen Oszillator so einzuwirken, daß er entweder auf die der Frequenz des gesendeten Signals entsprechenden Nennposition zurückgebracht wird, oder so, daß er den Frequenzkamm festhält, der seiner Schwingungseigenfrequenz am nächsten liegt. Im letzten Fall kennt der Empfänger die Verschiebung nach Anzahl der Punkte am Ausgang der Fourier-Transformierten, die er bei den Dekodierverfahren berücksichtigt.
Figur 5 zeigt ein Übersichtsschema eines Empfängers, der die drei Arten von Frequenzsynchronisierungsmotive der Erfindung nutzt.
In klassischer Weise umfaßt dieser Empfänger einen Paßbandfilter 51 sowie zwei Multiplikatoren 52 und 53, die das empfangene Signal 54 mit den vom örtlichen Oszillator 56 erzeugten, um 90º phasenverschobenen Signalen, multiplizieren. Diese Signale werden danach gefiltert (57, 58) und durch Analog-/Digitalwandler 59, 60, digitalisiert. Zuletzt erfolgt eine diskrete Fourier-Transformation 61, gefolgt von einer differentiellen Demodulation 62 und einer Dekodierung 63.
Bekannterweise erfolgt die Verriegelung des örtlichen Oszillators 56 durch das Verriegelungsmodul 64, durch Erhöhen zur 4. Potenz (im Falle einer Modulation mit 4 Phasenzustände) und Integration des demodulierten Signals.
Gemäß der Erfindung empfangen ein Modul 65 für die Analyse des aus Referenzträgerfrequenzen bestehenden Frequenzsynchronisierungsmotivs sowie ein Modul 66 für die Analyse des aus unterdrückten Referenzträgerfrequenzen bestehenden Frequenzsynchronisierungsmotivs die Daten, die von der Fourier-Transformierten 61 erzeugt werden.
Ein Modul für die digitale Korrelation 67 führt die Analyse des aus Datenwörtern bestehenden Synchronisierungsmotivs durch, ausgehend von den demodulierten Daten.
Ein Modul 68 für die Rekombination und die Mittelwertbildung erzeugt die CAF 69, ausgehend vom Verriegelungssignal 70 und von den aus den Analysenmodulen 65, 66 und 67 stammenden Informationen.
Selbstverständlich stellt die Anwendung dieser verschiedenen Verfahren in jedem Empfänger eine Option dar. In der Tat kann ein Empfänger entweder ohne Mittel zur Analyse dieser Frequenzsynchronisierungsmotive oder mit einer einzigen Art von Motiv bzw. mit jeder möglichen Kombination derselben funktionieren.

Claims

1. Verfahren zum Aussenden von digitalen Daten, insbesondere für Höhrfunksendungen mit hohem Datenfluß zu mobilen Stationen, von der Art, die folgende Schritte umfaßt:

- Kodierung der digitalen Daten, die eine Reihe digitaler Elemente liefert;

- Zeit-Frequenz-Verschachtelung dieser digitalen Elemente, um sie über den Frequenz f - Zeit t - Raum zu verteilen;

- Modulation einer jeden Trägerfrequenz eines Multiplexes orthogonaler Trägerfrequenzen durch einen Satz dieser digitalen Elemente und,

- Senden eines Signals, das durch dieses Multiplex von Trägerfrequenzen gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Übertragung mindestens eines zeitrekurrenten, frequenzsynchronisierenden Motivs sicherstellt, wobei das Motiv aus den Empfängern gewonnen wird und zur Kontrolle der Demodulationsfrequenz dieser Empfänger genutzt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, anwendbar, wenn das Signal in der Form von Symbolfolgen gegliedert ist, wobei die Folgen ein Leerzeichen für die Analogsynchronisierung umfassen,

dadurch gekennzeichnet, daß das Leerzeichen mindestens eine Referenzträgerfrequenz (32) umfaßt, die das frequenzsynchronisierende Motiv bildet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, anwendbar, wenn das Motiv mindestens drei Referenzträgerfrequenzen (32) umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Referenzträgerfrequenzen (32) nicht konstant ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzträgerfrequenzen (32) durch einige der digitalen Elemente moduliert werden.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ursprungsphase für jede der Referenzträgerfrequenzen (32) so gewählt wird, daß die Umhüllende, die sich aus dem frequenzsynchronisierenden Motiv ergibt, in etwa konstant ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenfolge einer jeden Referenzträgerfrequenz (32) ursprünglich einem quadratischen Verteilungsgesetz folgt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzsynchronisierende Motiv durch die Unterdrückung mindestens einer der Trägerfrequenzen (42A, 42B, 42C) in mindestens einem der Zeichen gebildet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, anwendbar, wenn das Motiv mindestens drei unterdrückte Trägerfrequenzen (42A, 42B, 42C) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den unterdrückten Trägerfrequenzen (42A, 42B, 42C) nicht konstant ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzsynchronisierende Motiv ein vom Empfänger bekanntes Dienstwort ist, das mindestens eine aus dem Frequenzbereich ausgewählte Trägerfrequenz in mindestens einigen Symbolen der Folge moduliert.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dienstworte beim Signal der Symbolfrequenz oder einer schwächeren Frequenz eingefügt werden.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, anwendbar wenn das Dienstwort über mindestens drei Trägerfrequenzen kodiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Trägerfrequenzen nicht konstant ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisierungsmotiv aus einer Verbindung mindestens zweier Ausführungen gemäß der Ansprüche 2 bis 11 besteht.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger die folgenden Schritte durchlaufen:

- Empfang des Trägerfrequenzmultiplex;

- mathematische Transformation des Multiplex, die ein transformiertes Signal liefert;

- Festlegung der frequenzsynchronisierenden Motive im transformierten Signal und

- Einstellung des örtlichen Oszillators (56) der Empfänger als Funktion der Analyse der frequenzsynchronisierende Motive.

1 4. Empfänger eines Digitalsignals, bestehend aus einem Multiplex orthogonaler Frequenzen, die jeweils durch Digitalelemente moduliert werden, wobei die Digitalelemente der Kodierung digitaler Daten entsprechen und zeit- und frequenzverschachtelt sind; Empfänger von der Art, die folgendes umfassen:

- Mittel (51, 52, 53) für den Empfang und die Demodulierung des digitalen Signals;

- Mittel (59, 60) für die Abtastung nach der Zeitachse des digitalen Signals, welche digitale Abtastwerte liefern;

- Mittel (61) für die mathematische Transformation der digitalen Abtastwerte, die eine Abtastung nach der Frequenzachse sicherstellen und ein transformiertes Signal liefern;

wobei der Empfänger dadurch gekennzeichnet ist, daß er die Struktur mindestens eines frequenzsynchronisierenden Motivs kennt, das im digitalen Signal regelmäßig gesendet wird und, daß er Mittel (61, 65, 67) zur örtlichen Festlegung im transformierten Signal sowie zur Analyse der frequenzsynchronisierenden Motive umfaßt, die mindestens ein Signal (69) für die automatische Steuerung der Frequenz erzeugt, welche den örtlichen Schwingungskreis (56) steuert.

15. Empfänger gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (61, 65, 67) zur örtlichen Festlegung und Analyse den örtlichen Oszillator (56) entweder auf die Frequenz des gesendeten Signals (51) einstellen oder aber ihn derart einstellen, daß sie den Frequenzkamm festhalten, welcher der Schwingungsfrequenz des örtlichen Schwingkreises (56) am nächsten liegt.

16. Empfänger gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß er über Mittel (61, 65, 67) zur Festlegung und Analyse von mindestens zwei verschiedenen frequenzsynchronisierenden Motiven verfügt sowie über Mittel (68) zur Rekombination und Mittelwertbildung automatischer Frequenzsteuersignale, die jedem dieser frequenzsynchronisierenden Motive entsprechen.