DE69330874T2

DE69330874T2 - Modem mit entzerrer für amplitudenzittern

Info

Publication number: DE69330874T2
Application number: DE69330874T
Authority: DE
Inventors: Ray Blackwell; C. Rushing
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1993-01-04
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2013-01-05
Also published as: WO1993015552A1; CA2128609A1; EP0624287A1; CA2128609C; CN1081550A; CN1032103C; BR9305798A; EP0624287A4; EP0624287B1; SI9300043A; DE69330874D1; JPH07504072A; ES2164654T3; US5434884A

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Anmeldung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Empfang von Kommunikationssignalen einschließlich, aber nicht begrenzt darauf, einer Vorrichtung zum Kompensieren des empfangenen Kommunikationssignals wenigstens für Amplitudenzittern, um daraus die modulierten digitalen Daten zu gewinnen.

Hintergrund der Erfindung

Gegenwärtig werden Datenkommunikationsgeräte ("DCE") wie etwa zum Beispiel Modems eingesetzt, um digitale Daten zwischen Datenendgeräten ("DTE") wie etwa Personal-Computern, Workstations und dergleichen über Kanäle wie zum Beispiel Telefonleitungen zu transportieren. In einigen Fällen ist das Kommunikationssignal moduliert und enthält digitale Daten in der Form eines Zuges von Symbolen, basierend auf einer vorherbestimmten Übertragungskonstellation von Signalpunkten: Jeder Signalpunkt der Übertragungskonstellation stellt einen digitalen Kode oder Wert dar. Jedes Symbol wird im Wesentlichen an dem Signalpunkt der Übertragungskonstellation moduliert, der dem gewünschten Wert entspricht, der dadurch im Zug dargestellt werden soll, und deshalb über den Kanal transportiert wird. Beim empfangenden DCE werden die Symbole aus dem Kommunikationssignal extrahiert und aus einer Empfangskonstellation von Signalpunkten wird ein Signalpunkt identifiziert, der jedem extrahierten Symbol entspricht. Die Signalpunkte werden eingesetzt, um die digitalen Daten aus dem modulierten Kommunikationssignal zu gewinnen.
Bei der Kommunikation der Kommunikationssignale über das Telefonnetz ist eine Störquelle davon bekannt als Zitterstörung und sie wird vorrangig bewirkt durch Einkopplung sinusförmiger Störungen aus dem Stromnetz mit 60 Hz und/oder aus dem Klingelsignal mit 20 Hz. Gewöhnlich wird im empfangenden DCE eine Entzerrerfunktion eingesetzt, um lineare Störungen aus den empfangenen Kommunikationssignalen zu entfernen, aber wegen niedriger Aktualisierungsverstärkungen ist ein Entzerrer nicht in der Lage, die Anteile der Zitterstörungen zu entfernen.
Zitterstörungen weisen Phasen- und Amplitudenanteile auf. Es wurde erkannt, dass der Phasenzitteranteil der Zitterstörung den hauptsächlichen Einfluss auf die Leistungsgüte des Modems hat, wenn zwischen Modems herkömmliche Empfangskonstellationen zur Formatierung normaler Datenkommunikation eingesetzt werden. In Übereinstimmung damit enthalten zeitgemäße Modem- Empfänger eine oder mehrere Schaltungen zur Unterbindung von Phasenzittern zur Verminderung der sinusförmigen Anteile des Phasenzitterns im Kommunikationskanal. Ein Beispiel für eine solche Schaltung zur Unterbindung von Phasenzittern findet sich im U.S.-Patent 4 777 640 von Michael D. Turner et al..
Wegen der Ausbreitung über die Signalpunkte der herkömmlichen Empfangskonstellationen hat der Amplitudenzitteranteil der Zitterstörung wenig Einfluss auf die Leistungsgüte des Modems. In der nahen Zukunft ist aber mit Kommunikation mit höherer Datenbitrate zu rechnen. Da die Bandbreite des Kommunikationskanals im Wesentlichen festliegt, wird eine Erhöhung der Datenbitrate erreicht durch Erhöhung der Anzahl von Signalpunkten einer Empfangskonstellation, wodurch die Entfernung zwischen diesen komprimiert wird. Als Folge davon sind Hochgeschwindigkeitsmodems, welche diese komprimierten Empfangskonstellationen einsetzen, wahrscheinlich anfälliger gegenüber Amplitudenzittern. Zum Beispiel kann bei einem zeitgemäßen Empfänger eines Hochgeschwindigkeits-Modems mit 19,2 kBit/s ein Amplitudenzittern von nur 2% die Leistungsgüte des Modems beeinträchtigen. Unter diesen Bedingungen beeinflusst das Amplitudenzittern die Signal/Störungs-Güte des Hochgeschwindigkeits-Modems auf die gleiche Weise, wie das Phasenzittern die Leistungsgüte eines Modems mit niedrigerer Geschwindigkeit beeinflusst. In Übereinstimmung damit ist für zeitgemäße Modems mit höherer Geschwindigkeit wünschenswert, dass diese nicht nur eine Unterbindung von Phasenzittern enthalten, um deren Entzerrerfunktion willkommen zu heißen, sondern auch eine Funktion zur Unterbindung von Amplitudenzittern, um die Leistungsgüte weiter zu verbessern. US 463 173 8 offenbart ein Modem, wie es in dem vorkennzeichnenden Absatz des Anspruches 1 erwähnt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Modem bereitgestellt, was im unabhängigen Anspruch 1 dargelegt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Modems mit einem Entzerrer für Amplitudenzittern in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung, welche die Signalpunktkonstellation darstellt.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines ersten Amplitudenzitternverfolgers.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das weitere Einzelheiten des Amplitudenzitternverfolgers aus Fig. 3 näher darstellt.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild, das einen zweiten Amplitudenzitternverfolger darstellt.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Modems 100 mit einem Empfänger, der beispielhaft als der empfangende Teil eines DCE verwendet wird. Mit Verweis auf Fig. 1 enthält das empfangene Signal 10, das über einen Kanal transportiert wurde, bei dem es sich zum Beispiel um eine Telefonleitung handeln könnte, Zitterstörungen. Im Allgemeinen wird das Signal 10 modulierte Symbole enthalten, basierend auf einer vorherbestimmten Konstellation. Es ist bekannt, dass die Konstellation eine Vielzahl an Punkten enthält, wobei jeder Punkt ein Symbol darstellt. Jedes Symbol wiederum stellt einen zu transportierenden Wert dar.
Das eingehende Signal 10 wird zunächst durch ein herkömmliches Tiefpass-Filter 12 gefiltert und verstärkt, das eine Schaltung zur automatischen Verstärkungssteuerung enthalten könnte. Danach wird das gefilterte Signal einer Analog/Digital-Wandlung ("A/D") durch einen Wandler 14 mit einer gesteuerten Erfassungsrate unterzogen, die von einem Erfassungssignal 16 verwaltet wird. Die erfassten digitalen Daten des A/D-Wandlers 14 werden durch einen herkömmlichen Demodulator 18 demoduliert und die demodulierte Ausgabe 20 wird durch eine Entzerrerfunktion 22 entzerrt. In der vorliegenden Erfindung könnte es sich bei dem Entzerrer zum Beispiel um den klassischen Typ "kleinster quadratischer Mittelwert" handeln.
Die Ausgabe des Entzerrers 22 ist ein entzerrtes Empfangssignal 24, das eine herkömmliche Zeitschleife 26 verwaltet, um das Erfassungssignal 16 bereitzustellen. In der vorliegenden Erfindung wird die Erfassungsrate auf etwa das Vierfache der Symbol- oder Baud-Rate des eingehenden Zuges von Symbolen eingestellt, der das empfangene Signal 10 bildet. Die Kombination der Elemente 14, 18, 22 und 26 stellt die Funktion zur Extraktion der modulierten Symbole aus dem Zug des empfangenen Signals 10 bereit, und stellt diese, als extrahierte Symbole, über die Signalleitung 28 einem Entscheidungsalgorithmus 198 bereit. Im Allgemeinen könnten die kth extrahierten Symbole als R(k) bezeichnet werden.
Im Entscheidungsalgorithmus 198 wird ein Signalpunkt Pn(k) der vorherbestimmten Empfangskonstellation, der einem extrahierten Symbol R(k) entspricht, basierend auf vorherbestimmten Kriterien identifiziert. In der vorliegenden Ausführungsform basieren die Kriterien, die zur Identifizierung der Signalpunkte verwendet werden, auf dem Signalpunkt der Empfangskonstellation, der dem extrahierten Symbol am nächsten ist. Sobald der Signalpunkt Pn(k) identifiziert ist, könnte er verwendet werden, den dazu entsprechenden Wert abzufragen.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung, die den Vorgang der Signalpunkterkennung veranschaulicht. Da jedes extrahierte Symbol einen phasenrichtigen Anteil I und einen quadrierten Anteil Q enthält, stellen die Abszisse (oder X-Achse) und die Ordinate (oder Y-Achse) der grafischen Darstellung die jeweiligen I- und Q-Anteile dar. Obwohl die grafische Darstellung aus Fig. 2 nur den ersten Quadranten der Empfangskonstellation mit den Signalpunkten P1-P4 aufzeigt, ist zu verstehen, dass die beschriebenen Prinzipien auch ebenso gut für die drei übrigen Quadranten der Empfangskonstellation zutreffend sind.
In Übereinstimmung damit könnte ein extrahiertes Symbol durch einen Vektor dargestellt werden, wie etwa durch den, der durch Vektor R gezeigt wird, und jeder Signalpunkt könnte ebenso gut durch Vektoren dargestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform könnten Fehlervektoren E von jedem der Signalpunkte der Empfangskonstellation zu dem fraglichen Vektor R des extrahierten Symbols gemessen werden, und der Signalpunkt mit dem Fehlervektor mit der kleinsten Größe wird als der identifizierte Signalpunkt angesehen. In Fig. 2 hat der Signalpunkt P1 den kürzesten Fehlervektor zum extrahierten Symbolvektor R und wird deshalb als der am nächsten befindliche angesehen.
Sobald der Entscheidungsalgorithmus 198 den Signalpunkt Pn(k) identifiziert, der dem extrahierten Symbol R(k) entspricht, wird der Signalpunkt Pn(k) über den Signalweg 32 an einen Dekoder 30 angelegt. Im Dekoder 30 werden die digitalen Daten, die dem identifizierten Signalpunkt Pn(k) entsprechen, abgefragt. Die Daten werden dann über den Weg 34 als empfangene Bits ausgegeben.
Zusätzlich legt der Entscheidungsalgorithmus 198 das zugehörige Fehlersignal E(k), das auf dem extrahierten Symbol R(k) und dem Signalpunkt Pn(k) basiert, über die Signalwege 36 und 66 an den Entzerrer 22 an. Der Entzerrer 22 enthält Kompensationsmittel, die auf das Fehlersignal reagieren, zur Kompensation des nachfolgend extrahierten Symbols R(k+1). Da der Entzerrer 22 im Signalweg vor dem Entscheidungsalgorithmus 198 angeordnet ist, wird die nachfolgende Kompensation auftreten, bevor der Entscheidungsalgorithmus den Signalpunkt Pn(k+1) identifiziert, der dem nachfolgend extrahierten Symbol entspricht. Der Entzerrer 22 setzt also das Fehlersignal E(k) zu seiner eigenen Einstellung ein, um die Größe des nachfolgenden Fehlers für das nachfolgend extrahierte Symbol R(k+1) zu vermindern. Wie zuvor erläutert ist der Entzerrer 22 im Allgemeinen unfähig, Zitterstörungen aus dem empfangenen Signal zu entfernen.
Zum Zwecke der Erklärung wird das extrahierte Symbol R, wie in der grafische Darstellung aus Fig. 2 dargestellt, so angesehen, als ob es nur Störungen des Zittertyps enthält. Damit in Übereinstimmung weist dann der Fehlervektor E sowohl einen Anteil von Amplitudenzitterstörung als auch einen von Phasenzitterstörung auf. In der grafische Darstellung wird der Anteil der Amplitudenzitterstörung durch Ea dargestellt, und er verläuft in Richtung mit dem Vektor des identifizierten Signalpunkts P1. Zusätzlich wird der Anteil der Phasenzitterstörung durch Ep dargestellt, und er steht senkrecht auf dem Vektor des identifizierten Signalpunkts.
Um den Anteil der Phasenzitterstörung zu kompensieren, wird das Fehlersignal E(k) des Weges 36 an ein Phasenfehlerrechner 40 angelegt, welches daraus ein Phasenzitterstörung-Fehlersignal 46 abtrennt, das an einen Phasenzitternverfolger 42 und auch an ein Summierer 44 angelegt wird. Der Phasenzitternverfolger 42 reagiert auf das Phasenzitterstörungs- Fehlersignal 46, um ein Phasenzitterstörungs-Winkelsignal 48 bereitzustellen, das an einen Summierer 50 und auch an eine Verzögerungsfunktion 52 angelegt wird, die den Ausdruck des Phasenzitterstörungswinkels um etwa 1 Baud oder Symbolzeitintervall verzögert, bevor es im Summierer 44 vom Ausdruck 46 für die Phasenzitterstörung subtrahiert wird. Der Ausgang des Summierers 44 verwaltet eine Trägerschleifenfunktion 54, um einen Trägerwinkelausdruck 56 bereitzustellen, der im Summierer 50 mit dem Ausdruck 48 für den Phasenzitterstörungswinkel summiert wird, um einen Ausdruck 58 für die vollständige Phasenwinkelkompensation zu erzeugen, der durch das Symbol q dargestellt wird.
Aus dem Kompensationssignal 58 wird im Block 60 unter Verwendung eines Multiplizierers 62, der in Weg 28 angeordnet ist, ein Phasenkompensationssignal ejq gebildet und verwendet, um das nachfolgend extrahierte Symbol R(k+1) des Wegs 28 zu kompensieren. Zusätzlich wird aus dem Kompensationssignal 58 in einem Block 64 ein anderes Kompensationssignal e-jq erzeugt, und es wird verwendet, um das Fehlersignal aus Weg 36 zu kompensieren, um ein phasenkompensiertes Fehlersignal 66 zur Einstellung des Entzerrers 22 zu ergeben. In der vorliegenden Ausführungsform multipliziert das Kompensationssignal aus Block 64 das Fehlersignal unter Verwendung eines Multiplizierers 68, der im Fehlersignalweg 36 angeordnet ist. Für mehr Einzelheiten des voranstehend beschriebenen Abschnitts des Modems zur Kompensation von Phasenzitterstörungen wird auf das zuvor erwähnte U.S.-Patent 4 777 640 verwiesen.
Weiter in Hinsicht auf die vorliegende Ausführungsform wird das Fehlersignal E(k) des Wegs 36 zur Ableitung eines normalisierten Amplitudenzitterstörungs-Fehlersignals 72 an ein Amplitudenfehlerrechner 70 angelegt. In der vorliegenden Ausführungsform projeziert das Rechner 70 den Fehlervektor E(k) des entsprechenden extrahierten Signals R(k) auf den Vektor des identifizierten-Signalpunkts Pn(k), um ein nicht normalisiertes Fehlersignal Ea(k) abzuleiten. Zusätzlich wird das Fehlersignal Ea(k) normalisiert durch dividieren durch den absoluten Wert das identifizierten Signalpunktvektors Pn(k), um das normalisierte Fehlersignal En(k) 72 abzuleiten.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das nicht normalisierte Fehlersignal Ea(k) basierend auf der folgenden Gleichung im Rechner 70 abgeleitet:
mit:
EX = der phasenrichtige Anteil von E(k);
Ey = der quadrierte Anteil von E(k);
PX = der phasenrichtige Anteil von Pn(k); und
Py = der quadrierte Anteil von Pn(k).
Darüber hinaus wird das normalisierte Fehlersignal En(k) basierend auf der folgenden Gleichung abgeleitet:
En(k) = Ea(k)/ Pn(k)
In Verbindung mit der Kompensation der Amplitudenzitterstörung reagiert ein Amplitudenzitternverfolger 74 auf das normalisierte Fehlersignal En(k) 72, um über Weg 76 ein Kompensationssignal bereitzustellen.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Amplitudenzitternverfolgers 74, der geeignet ist für die Verwendung in der Ausführungsform nach Fig. 1. Da die Amplitudenzitterstörung wenigstens einen sinusförmigen Anteil mit einer Amplitude und einer Frequenz enthält, enthält der Amplitudenzitternverfolger 74 eine phasenstarre Regelschleife zweiter Ordnung 94 und einen Phasenakkumulator 98, der auf das normalisierte Fehlersignal En(k) reagiert, zur Bereitstellung eines Kompenationssignalfrequenzwertes 84, und eine Schaltung 82, die auf das Fehlersignal reagiert zur Bereitstellung eines Kompensationssignalamplitudenwertes c&sub1; an 86. Der Amplitudenwert 86 und der Frequenzwert 84 werden an einen Multiplizierer 88 angelegt, der das vereinigte Kompensationssignal 76 bereitstellt, dargestellt durch das griechische Symbol α.
Die Funktion des Amplitudenzitternverfolgers 74 in der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, das Kompensationssignal 76 an die Amplitudenzitterstörung der extrahierten Symbole derart anzupassen, dass dessen Kompensation die entsprechenden Fehlersignale in einen Wert "Zustand stabil" konvergiert, vorzugsweise im Wesentlichen auf Null.
Etwas ausführlicher normalisiert der Normalisiererblock 90 das entsprechende Fehlersignal En(k) 72 für jedes extrahierte Symbol R(k) durch dividieren durch den abgeleiteten Amplitudenausdruck c&sub1;, um daraus im Wesentlichen Amplitudenabweichungen zu entfernen. Die Ausgabe des Normalisierers 90 wird dann an einen Eingang eines Multiplizierers 92 angelegt. Die Ausgabe des Multiplizierers 92 treibt eine phasenstarre Regelschleife zweiter Ordnung 94, die verwendet wird, um eine zunehmende Phase 96 des Frequenzausdrucks zu verfolgen und in die richtige Richtung zu aktualisieren. Das sich ergebende Verfolgungssignal 96 für zunehmende Phase wird an einen Phasenakkumulator 98 angelegt, der für das nachfolgend extrahierte Symbol R(k+1) einen Phasenausdruck fj erzeugt.
Der Phasenausdruck fj wird durch einen Verzögerungsblock 100 um etwa ein Symbolzeitintervall verzögert und an Block 102 angelegt, in dem das Vorzeichen von cos fj abgeleitet und an einen anderen Eingang des Multiplizierers 92 angelegt wird, um das normalisierte Fehlersignal En(k) 72 zu multiplizieren, um sicherzustellen, dass die phasenstarre Regelschleife 94 die Phasenzunahme 96 für jedes extrahierte Symbol in die richtige Richtung aktualisiert.
Zusätzlich wird der Kompensationssignal-Frequenzwert 84 berechnet durch Bildung des Sinus des Phasenausdrucks fj in Block 104. Im Betrieb wird der Kompensationssignal-Frequenzwert 84 an die Frequenz der sinusförmigen Amplitudenzitterstörung der nachfolgend extrahierten Symbole derart angepasst, dass die Kompensation der nachfolgend extrahierten Symbole mit dem Frequenzwert 84 die entsprechenden Fehlersignale im Wesentlichen in Nullwerte konvergiert.
Darüber hinaus arbeitet die Schaltung 82 des Amplitudenzitternverfolgers 74, um das normalisierte Fehlersignal En(k) 72 über eine Ein-Symbol-Verzögerung durch Block 106 mit dem Frequenzwert 84 zu korrelieren, wodurch im Wesentlichen alle sinusförmigen Abweichungen aus dem Amplitudenwert 86 entfernt werden. Die Schaltung 82 arbeitet, um den Amplitudenwert 86 an die Amplitude des sinusförmigen Anteils der Amplitudenzitterstörung derart anzupassen, dass eine Kompensation von nachfolgend extrahierten Symbolen mit dem Amplitudenwert 86 die entsprechenden Fehlersignale im Wesentlichen in Nullwerte konvergiert.
Fig. 4 stellt die phasenstarre Regelschleife zweiter Ordnung 94, den Phasenakkumulator 98 und die Schaltung 82 ausführlicher dar. Mit Verweis auf Fig. 4 wird die Ausgabe des Multiplizierers 92 in Block 110 mit einem Verstärkungsausdruck wj²T² weiter verarbeitet. Weiter wird die Ausgabe von Block 110 in einem Akkumulator akkumuliert, der vom Summierer 112 und einer Intervallverzögerung 114 um eine Ein-Symbol-Zeit gebildet wird. Das akkumulierte Ergebnis wird an einen Eingang eines Summierers 116 angelegt. Die Ausgabe des Multiplizierers 92 wird ebenfalls in Block 118 mit einem Verstärkungsausdruck awjT weiter verarbeitet, wobei a eine Konstante ist, und das Ergebnis wird an einen anderen Eingang des Summierers 116 angelegt. Das Ergebnis des Summierers 116 wird die abgeschätzte Phasenzunahme 96 für das nachfolgend extrahierte Symbol und es wird an den Akkumulator 98 angelegt, der vom Summierer 120 und einer Ein-Symbol-Verzögerung 122 gebildet wird. Die Ausgabe des Akkumulators 98 stellt den Phasenausdruck f~ für das nachfolgend extrahierte Symbol bereit.
Darüber hinaus enthält die Schaltung 82 ein adaptives Aktualisierungsfilter. Insbesondere wird das Fehlersignal En(k) 72 mit dem Frequenzwert 84 in einem Multiplizierer 126 multipliziert, verzögert um ein Ein-Symbol-Zeitintervall 106. Die Ausgabe des Multiplizierers 126 wird mit einer Verstärkung K in Block 128 weiter verarbeitet und die sich für jedes extrahierte Symbol ergebenden Signale werden in einen Akkumulator akkumuliert, der durch einen Summierer 130 und eine Intervallverzögerung 132 um eine Ein-Symbol-Zeit gebildet wird. Die Akkumulation ergibt den Amplitudenwert 86, der im Wesentlichen frei ist von sinusförmigen Abweichungen, und einen Mittelwert besitzt, der mit der Amplitude des Fehlersignals En(k) 72 korreliert ist.
Fig. 5 stellt eine alternative Ausführungsform 500 eines Amplitudenzitternverfolgers 74' dar, die für die Verwendung im Modem der Fig. 1 geeignet ist. Diese alternative Ausführungsform enthält eine lineare Vorhersagefunktion, die auf das normalisierte Fehlersignal En(k) 72 reagiert, um das Kompensationssignal α 76 zur Verwendung bei der Kompensation nachfolgend extrahierter Symbole bereitzustellen. Das Fehlersignal En(k) 72 wird durch ein Signal kompensiert, das als Funktion des Kompensationssignals a 76 in einem Multiplizierer 140 gebildet wird, um ein vorläufiges Fehlersignal EA(k) zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform bildet ein Block 142 das Signal zur Kompensation des Fehlersignals als 1-α. Darüber hinaus wird das Kompensationssignal α 76 in einem Summierer 144 vom vorläufigen Fehlersignal EA(k) subtrahiert, um ein zweites vorläufiges Fehlersignal b(k) zu bilden. Es wird eine Verzögerungsstrecke 146 mit einer Vielzahl m anzapfbarer Verzögerungsstufen betrieben, um das zweite vorläufige Fehlersignal b(k) durch die Vielzahl an Verzögerungsstufen darin zu leiten. Dabei wird der Inhalt einer jeden Stufe i mit einer entsprechenden Stufenverstärkung ci weiter verarbeitet, um eine entsprechende Vielzahl anzapfbarer Ausgangssignale bereitzustellen, die in einem Summierer 148 summiert werden, um eine Abschätzung 149 des Kompensationssignals α 76 für das nachfolgend extrahierte Symbol zu erzeugen. Jede der Stufenverstärkungen ci wird als Funktion des vorläufigen Fehlersignals EA(k) aktualisiert, wie in Block 150 gezeigt wird. Mit der Abschätzung 149 wird eine Ein-Symbol-Verzögerung 152 betrieben, um das Kompensationssignal α 76 abzuleiten.
Mit erneutem Verweis auf Fig. 1 wird in Block 160 ein Signal als Funktion des Kompensationssignals des Wegs 76 zur Verwendung bei der Kompensation des nachfolgend extrahierten Symbols über Weg 28 gebildet, um ein kompensiertes extrahiertes Symbol zur Verwendung im Entscheidungsalgorithmus 198 bereitzustellen, um die Signalpunkte zu identifizieren, die diesen entsprechen. In der vorliegenden Ausführungsform wird das extrahierte Symbol des Weges 28 durch das Signal (1/1-α) kompensiert, das durch Block 160 durch Multiplikation des extrahierten Symbols gebildet wird, wobei ein Multiplizierer 162 verwendet wird, der in Weg 28 angeordnet ist. Ähnlich dazu wird das Fehlersignal über Weg 66 zur Verwendung bei der Einstellung des Entzerrers 22 durch ein Signal (1-α) kompensiert, das in Block 164 als eine Funktion des Kompensationssignals α 76 gebildet wird, um über Weg 66 ein kompensiertes Fehlersignal bereitzustellen. In der vorliegenden Ausführungsform multipliziert das in Block 164 gebildete Signal das Fehlersignal des Weges 66 in einem Multiplizierer 166, der im Weg 66 angeordnet ist.
Darüber hinaus werden die extrahierten Symbole des Weges 28 sowohl auf Amplitudenzitterstörungen als auch auf Phasenzitterstörungen kompensiert unter Verwendung des jeweils entsprechenden Amplitudenzitternverfolgers 74 und des Phasenzitternverfolgers 42 in Verbindung damit, bevor deren Signalpunkte durch Verwendung des Entscheidungsalgorithmusses 198 identifiziert werden. Sobald die extrahierten Symbole auf Zitterstörungen kompensiert sind, befinden sich die sich ergebenden kompensierten Symbole näher an ihren beabsichtigten Signalpunkten, so dass eine richtige Identifizierung der Signalpunkte erreicht werden kann, wodurch die Leistungsgüte des Modem-Empfängers verbessert wird.
Unter erneuter Zuwendung auf Fig. 1 werden kundige Fachleute erwarten, dass das darin dargestellte Filter 12, der A/D- Wandler 14, der Demodulator 18, die Zeitschleife 26, der Dekoder 30 und der Entscheidungsalgorithmus 198 die für ein Modem typischen Funktionen ausführen, wo hingegen die übrigen Elemente miteinander zusammenwirken, um eine allgemeine Entzerrerfunktion auszuführen.
Wie hier voranstehend erklärt wurde, enthält Zitterstörung sowohl einen Phasenanteil als auch einen Amplitudenanteil. Hauptsächlich wurde bei bisherigen Modem-Entzerrern vernachlässigt, dass sie sich nicht dem Problem der Amplitudenzitterstörung angenommen haben. Bei höheren Bit-Raten, wie zum Beispiel 19,2 kBit pro Sekunde, ist die Amplitudenzitterstörung kritisch für eine befriedigende Leistungsgüte eines Modems. Zum Beispiel wird ein Maß von nur 5% an Amplitudenzitterstörung relativ hohe Pegel an empfangenen Bit-Fehlern bewirken, wahrscheinlich mindestens 3%. Deshalb beträgt die Bit-Fehlerrate ("BER") = 0,03. In modernen Kommunikationsanwendungen ist eine solch hohe Bit-Fehlerrate normalerweise nicht hinnehmbar, und sie würde effektiv bedeuten, dass das Modem nicht für die gewünschte Anwendung verwendbar ist.
Das vorliegende Modem mit einem Entzerrer für Amplitudenzittern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bekämpft dieses Problem durch eine effektive Kompensation von wenigstens neunundneunzig Prozent (99%) der unerwünschten Amplitudenzitterstörung. Anders gesagt, wird das Maß an nicht kompensierter Amplitudenzitterstörung, die in den extrahierten Symbolen verbleibt, in einem Verhältnis von etwa 100 zu 1 vermindert.
Darüber hinaus stellt ein solches Modem, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, eine sogar noch größere Verbesserung der Leistungsgüte bereit, wenn in Begriffen von Bit-Fehlerrate gemessen wird, insofern, als die entsprechenden Bit-Fehler im empfangenen Datenstrom durch eine noch wesentlicheres Verhältnis vermindert werden, eine tatsächliche Verbesserung im Verhältnis von wenigstens 10000 zu 1. Deshalb könnte der Endverbraucher erwarten, sich an einer Bit-Fehlerrate von etwa 0,0003% zu erfreuen. Die BER beträgt also 0,000003.
Der Gesamtvorteil für den Anwender besteht natürlich darin, dass er ein Modem-Produkt erhält, das in einer Hochgeschwindigkeitsanwendung funktioniert. Dies liegt daran, das als unmittelbare Folge eines Modems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Amplitudenzitterstörung und die entsprechende Bit-Rate in einem Maße verbessert werden, dass Modem-Geschwindigkeiten von 19,2 kBit pro Sekunde, und vieleicht sogar mehr, zuverlässig erzielt werden können, mit befriedigenden Pegeln an empfangenen Bit-Fehlern.
Obwohl hier verschiedene Ausführungsformen eines Modems mit Entzerrer für Amplitudenzittern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung voranstehend beschrieben wurden, ist der Anwendungsbereich der Erfindung durch die folgenden Patentansprüche definiert.

Claims

1. Ein Modem (100) zum Empfang eines Signals, und das Signal basierend auf einer vorherbestimmten Konstellation von Punkten modulierte Symbole enthält, und jeder Punkt ein Symbol darstellt, und das Modem aufweist:

Mittel (14, 18, 22, 26) zur Extraktion von modulierten Symbolen, um ein extrahiertes Symbol, R(k), bereitzustellen, und das extrahierte Symbol Amplitudenzitterstörungen enthält;

Identifizierungsmittel (198) zur Identifizierung eines Signalpunktes Pn(k) der vorherbestimmten Konstellation, der dem extrahierten Symbol entspricht, basierend auf einem vorherbestimmten Kriterium; gekennzeichnet durch Bestimmungsmittel (70) zur Bestimmung eines normalisierten Fehlersignals (72), En(k), und das normalisierte Fehlersignal repräsentativ ist für die Amplitudenzitterstörung, basierend auf dem extrahierten Symbol und dem Signalpunkt; und

Kompensationsmittel (74, 160), die auf das normalisierte Fehlersignal (72) reagieren, und die Kompensationsmittel ein kompensiertes Signal erzeugen zur Kompensation der Amplitudenzitterstörung für wenigstens eines nachfolgend extrahiertes Symbol, bevor die Identifizierungsmittel den dazu entsprechenden Signalpunkt identifizieren.

2. Das Modem nach Anspruch 1, bei dem R(k) und Pn(k) komplexe Signale sind, die phasenrichtige und quadrierte Anteile enthalten, wobei das normalisierte Fehlersignal, En(k), aus einem Fehlersignal, E(k), abgeleitet wird, und das Fehlersignal E(k) auf der Differenz zwischen R(k) und Pn(k) basiert, und worin die Bestimmungsmittel weiter Projektionsmittel zur Projektion des Fehlersignals E(k) auf Pn(k) aufweisen, um ein nicht normalisiertes Fehlersignal, Ea(k), abzuleiten.

3. Das Modem nach Anspruch 2, bei dem die Bestimmungsmittel weiter Mittel zur Normalisierung des nicht normalisierten Fehlersignals auf den absoluten Wert von Pn(k) aufweisen, um das normalisierte Fehlersignal En(k) zur Verwendung durch die Kompensationsmittel zu bilden.

4. Das Modem nach Anspruch 2, bei dem die Bestimmungsmittel weiter Mittel zur Ableitung des nicht normalisierten Fehlersignals, Ea(k), aufweisen, basierend auf dem folgenden Ausdruck:

mit:

Ex = der phasenrichtige Anteil von E(k);

Ey = der quadrierte Anteil von E(k);

Px = der phasenrichtige Anteil von Pn(k); und

Py = der quadrierte Anteil von Pn(k).

5. Das Modem nach Anspruch 4, bei dem die Bestimmungsmittel weiter Mittel zur Ableitung des normalisierten Fehlersignals, En(k), aufweisen, basierend auf dem folgenden Ausdruck:

Ea(k)/ Pn(k)

6. Das Modem nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationsmittel ein Mittel (74) zur Verfolgung von Amplitudenzittern enthält, das auf das normalisierte Fehlersignal reagiert, und das Mittel zur Verfolgung von Amplitudenzittern Mittel zur Bereitstellung des Kompensationssignals (76) zur Kompensation des wenigstens einen nachfolgend extrahierten Symbols enthält.

7. Das Modem nach Anspruch 6, bei dem die Mittel zur Verfolgung von Amplitudenzittern Mittel zur Anpassung das Kompensationssignals an die Amplitudenzitterstörung des extrahierten Symbols enthalten, derart, dass deren Kompensation die entsprechenden normalisierten Fehlersignale in einen Wert "Zustand stabil" konvergiert.

8. Das Modem nach Anspruch 6, bei dem die Amplitudenzitterstörung wenigstens einen sinusförmigen Anteil mit einem sinusförmigen Anteil der Amplitude und einem sinusförmigen Anteil der Frequenz enthält, und bei dem die Mittel zur Verfolgung von Amplitudenzittern enthalten:

Erste Bereitstellungsmittel (94, 98), die auf das Fehlersignal reagieren, zur Bereitstellung eines kompensierenden Signalfrequenzwertes;

zweite Bereitstellungsmittel (82), die auf das Fehlersignal reagieren, zur Bereitstellung eines kompensierenden Signalamplitudenwertes; und

Vereinigungsmittel (88) zur Vereinigung des kompensierenden Signalfrequenzwertes und des kompensierenden Signalamplitudenwertes, um ein vereinigtes Kompensationssignal zu bilden.

9. Das Modem nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationsmittel lineare Vorhersagemittel (74') enthalten, die auf das normalisierte Fehlersignal (72) reagieren, zur Bereitstellung des Kompensationssignals (76) zur Kompensation des wenigstens einen nachfolgend extrahierten Symbols.

10. Das Modem nach Anspruch 9, bei dem die linearen Vorhersagemittel enthalten:

Mittel zur Kompensation des normalisierten Fehlersignals (72) mit einem auf dem Kompensationssignal (76) basierenden Signal, um ein erstes vorläufiges Fehlersignal, EA(k), bereitzustellen;

Mittel zur Vereinigung des ersten vorläufigen Fehlersignals mit einem verzögerten Kompensationssignal, um ein zweites vorläufiges Fehlersignal bereitzustellen;

Verzögerungsstreckenmittel mit einer Vielzahl anzapfbarer Verzögerungsstufen (146), und die Verzögerungsstreckenmittel angeordnet sind, um das zweite vorläufige Fehlersignal durch die Vielzahl der anzapfbaren Verzögerungsstufen davon zu leiten, und der Inhalt einer jeden Stufe durch eine entsprechende Stufenverstärkung weiter verarbeitet wird, um eine entsprechende Vielzahl von anzapfbaren Ausgangssignalen bereitzustellen;

Mittel zur Aktualisierung der Vielzahl anzapfbarer Stufenverstärkungen, basierend auf dem ersten vorläufigen Fehlersignal; und

Mittel zur Vereinigung der Vielzahl anzapfbarer Ausgangssignale, um das Kompensationssignal bereitzustellen.

11. Das Modem nach Anspruch 1, bei dem die Kompensationsmittel weiter wenigstens ein Mittel (160) zur Erzeugung eines Maßstabfaktors enthalten, das auf das Kompensationssignal reagiert, zur Erzeugung eines Maßstabfaktor-Kompensationssignals.