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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Signalprozessor-Modul,
das eine Abtasteinheit, einen spannungsgesteuerten Oszillator, der
so angepasst ist, dass er die Abtastfrequenz der Abtasteinheit steuert,
und eine Nachlaufeinheit enthält,
die an die Abtasteinheit gekoppelt und so angepasst ist, dass sie
prüft,
ob ein empfangener Vektor, der ein empfangenes Signal repräsentiert,
sich in einer vordefinierten Zone einer Signal-Vektor-Ebene befindet.
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Ein
solches Signalprozessor-Modul ist bereits in der Technik bekannt,
z.B. aus dem US-Patent 4,679,227. Darin überprüft der Signalprozessor, der als
Nachlaufsystem bezeichnet wird, ob der empfangene Vektor sich in
einem Quadrat befindet, das um einen Konstellationspunkt zentriert
ist, d.h. den Endpunkt eines erwarteten Vektors, der ein Signal
repräsentiert,
das statt des tatsächlich
empfangenen Signals hätte
empfangen werden sollen. Der Signalprozessor verwendet die Position
des empfangenen Vektors mit Bezug auf den erwarteten Vektor zur
Bestimmung der Dämpfung
und des Frequenzversatzes, denen das durch den empfangenen Vektor
repräsentierte
Signal ausgesetzt wurde. Insbesondere ist die mittlere Differenz
des Phasenwinkels zwischen dem empfangenen und dem erwarteten Vektor
ein Maß für diesen
Frequenzversatz.
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Ein
Hauptnachteil der Form des Quadrates ist, dass die Differenz des
Phasenwinkels sehr groß sein
kann, z.B. wenn der Endpunkt des empfangenen Vektors in einer Ecke
des Quadrates liegt. Eine gelegentliche hohe Differenz des Phasenwinkels
kann in der oben erwähnten
mittleren Differenz des Phasenwinkels resultieren, was fälschlicherweise
einen bestimmten Frequenzversatz anzeigt. Obwohl in dem US-Patent
beliebig geformte Zonen erwähnt
werden, wird weder beschrieben, wie eine Zone geformt sein muss,
um den oben erwähnten
Nachteil zu beseitigen, noch wie eine solche Zone erreicht werden kann.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Signalprozessor-Modul
des oben erwähnten bekannten
Typs bereitzustellen, das jedoch so angepasst ist, dass es überprüft, ob der
empfangene Vektor sich in einer vordefinierten Zone befindet, die
eine solche Form hat, dass der oben erwähnte Nachteil beseitigt wird.
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Gemäß der Erfindung
wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Nachlaufeinheit erste Überprüfungsmittel
enthält,
die so angepasst sind, dass sie überprüfen, ob
sich der empfangene Vektor in einer ersten Zone befindet, die durch
sukzessive orthogonale Liniensegmente begrenzt wird, Phasenwinkel-Messungsmittel, die
so angepasst sind, dass sie einen Phasenwinkel zwischen dem empfangenen Vektor
und einem vordefinierten Vektor messen, der einem Konstellationspunkt
entspricht, zweite Überprüfungsmittel,
die so angepasst sind, dass sie überprüfen, ob
sich der empfangene Vektor in einer zweiten Zone befindet, die durch
zwei Linien begrenzt wird, die den Ursprung der Signal-Vektor-Ebene schneiden
und dem vordefinierten Vektor symmetrisch gegenüberliegen, und Torschaltungs-Mittel,
die an die ersten und zweiten Überprüfungsmittel
gekoppelt und so angepasst sind, dass sie bestimmen, ob der empfangene
Vektor in der vordefinierten Zone liegt, die gleich der Schnittfläche der
ersten und zweiten Zone ist; und weiterhin dadurch, dass das Signalprozessor-Modul Mittel zur
Mittelwertbildung enthält, die
zwischen der Nachlaufeinheit und dem spannungsgesteuerten Oszillator
angeschlossen und so angepasst sind, dass sie den Mittelwert aus
nacheinander gemessenen Phasenwinkel-Werten gemäß einem Ausgangssignal der
Torschaltungs-Mittel bilden und einen mittleren Phasenwinkel-Wert
an den spannungsgesteuerten Oszillator liefern.
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Wählt man
die zweite Zone symmetrisch um den vordefinierten Vektor, werden
nur empfangene Vektoren zum Mittelwert des Phasenwinkel-Fehlers beitragen,
die eine begrenzte Phasenwinkel-Differenz vom vordefinierten Vektor haben.
Als Folge davon bleibt der Mittelwert des Phasenwinkel-Fehlers unempfindlich
gegen gelegentliche große
Phasenfehler des Pilottones, der verfolgt wird. Solche gelegentlichen
großen
Phasenfehler werden keine Wirkung auf die Einstellung der Abtastfrequenz über den spannungsgesteuerten
Oszillator haben.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die europäische Patentanmeldung
EP 0 309 038 mit dem Titel "Circuit de recuperation
de l'onde porteuse
de systemes de transmissions numériques" lehrt, zu überprüfen, ob ein empfangenes QAM-moduliertes Daten-Trägersignal
innerhalb der Schnittflächen
winkliger Zonen und kreisförmiger
Zonen liegt (siehe Spalte 3, Zeile 6–35), um unerwünschte Nulldurchgänge daraus
zu entfernen, die andernfalls die Empfangsqualität beeinträchtigen (siehe Spalte 2, Zeile
43 bis Spalte 3, Zeile 5). In der europäischen Patentanmeldung
EP 0 200 271 mit dem Titel "Circuit de récupération
de l'onde porteuse
de systémes
de transmissions numériques" wird dasselbe Problem
der Signalverschlechterung durch Nulldurchgänge behandelt und ein Empfangs-Schaltkreis
offen gelegt, der so angepasst ist, dass er einen empfangenen QAM-modulierten
Träger
abtastet und unerwünschte
Nulldurchgänge
daraus entfernt, indem eine spezielle Einstellung der kreisförmigen Zonen
vorgenommen wird, die aus
EP
0 309 038 bekannt sind (siehe
EP 0 200 271 , Seite 3, Zeile 23 bis
Seite 4, Zeile 17). Weiterhin wird in der europäischen Patentanmeldung
EP 0 571 788 mit dem Titel "Anordnung zur Trägerrückgewinnung
in einem QAM-Empfänger" vorgeschlagen zu überprüfen, ob
ein empfangener QAM-Träger innerhalb
aktiver Zonen oder passiver Zonen der Vektor-Ebene liegt und Phasenkorrektur-Information für den Empfänger-Oszillator aus dem
QAM-Signal nur dann abzuleiten, wenn das empfangene QAM-Signal innerhalb
einer aktiven Zone liegt. Die aktiven und passiven Zonen sind so
geformt, dass der Empfänger-Oszillator
zuverlässig
korrigiert wird, um den empfangenen QAM-Träger anzupassen. Keines der Dokumente
nach dem bisherigen Stand der Technik lehrt jedoch, zu überprüfen, ob
ein empfangener Vektor innerhalb der Schnittfläche einer ersten Zone, die durch
orthogonale Linien begrenzt wird, und einer zweiten Zone liegt,
die durch zwei sich schneidende Linien begrenzt wird, die symmetrisch
um einen vordefinierten erwarteten Vektor liegen, und die Vektoren,
die außerhalb
solcher Schnittflächen
liegen, aus der zeitlichen Mittelwertbildung des Phasenfehlers zwischen
empfangenen Vektoren und erwarteten vordefinierten Vektoren auszuschließen.
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Eine
charakteristische Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist, dass
das erste Überprüfungs-Mittel
diese Überprüfung durchführt, indem
es orthogonale Koordinatenwerte, die den Vektor repräsentieren,
mit orthogonalen Koordinatenwerten von Eckpunkten der ersten Zone
vergleicht. Weitere charakteristische Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung sind, dass das zweite Überprüfungs-Mittel
die Überprüfung durchführt, indem
es den Phasenwinkel-Wert mit dem Phasenwinkel zwischen dem vordefinierten
Vektor und einer der sich schneidenden Linien und mit dem entgegengesetzten
Phasenwinkel vergleicht, und dass das erste und zweite Überprüfungs-Mittel
entsprechende erste und zweite Steuerausgänge haben, die anzeigen, ob
der Vektor in der ersten bzw. der zweiten Zone liegt, und dass der
erste und zweite Steuerausgang durch die Torschaltungs-Mittel gesteuert
werden.
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Die
oben erwähnten
und weitere Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden deutlicher,
und die Erfindung selbst wird am besten verstanden, wenn man auf
die folgende Beschreibung einer Ausführung zusammen mit den begleitenden
Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
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1 einen
Signalprozessor zeigt, der ein Signalprozessor-Modul gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
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2 die
schraffierte Schnittfläche
von zwei Zonen in der Vektor-Ebene eines Quadratur-Amplituden-Modulations-
oder QAM-Signals zeigt.
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Mit
Bezug auf 1 enthält der gezeigte Signalprozessor
die Reihenschaltung einer Abtasteinheit SU, die einen Eingangsanschluss
IT hat, einer Einheit zur Fast-Fourier-Transformation FFTU, die einen Ausgangsanschluss
OT hat, einer Signalprozessor-Einheit SPU, eines Mittelwertbildungs-Filters AVF
und eines Mikroprozessors P. Ein erster Ausgangsanschluss T5 von
P wird über
einen spannungsgesteuerten Oszillator VCO zurück an einen Steueranschluss
T7 der SU gekoppelt, und ein zweiter Ausgangsanschluss T6 von P
wird direkt an einen Steueranschluss T8 der FFTU zurück gekoppelt.
Ein Ausgangsanschluss T3 der SPU ist an einen Steuereingang T4 des
AVF angeschlossen. Das Signalprozessor-Modul gemäß der Erfindung besteht aus
der Reihenschaltung der SPU-Einheit mit dem AVF-Filter.
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Detaillierter
enthält
die Signalprozessor-Einheit SPU die Reihenschaltung einer ersten
Komparator-Einheit CM1, eines Konverter-Schaltkreises COM und eines
zweiten Komparator-Schaltkreises
CM2. Ein Ausgangsanschluss T1 von CM1 und ein Ausgangsanschluss
T2 von CM2 bilden die Eingänge
eines UND-Gatters
AND, das einen Ausgangsanschluss hat, der Anschluss T3 der SPU bildet.
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Der
in 1 gezeigte Signalprozessor ist so angepasst, dass
er ein so genanntes Discrete-Multi-Tone- oder DMT-Eingangssignal verarbeitet.
Ein DMT-Signal enthält
eine Anzahl von quadratur-amplituden-modulierten Frequenzen oder
Tönen,
die während
aufeinander folgenden gleichen Symbol-Intervallen auftreten. Die
DMT-Technik wird in dem oben genannten US-Patent gut beschrieben. Einer der oben
genannten Töne
oder Pilotton wird vom Signalprozessor verwendet, um die Startpunkte
jedes Symbol-Intervalls nachzuverfolgen. Wie später erklärt wird, tastet der Signalprozessor
das an IT empfangene DMT-Eingangssignal ab, und es ist von äußerster Wichtigkeit,
dass vordefinierte Abtastzeitpunkte mit den Startpunkten der Symbol-Intervalle zusammenfallen.
Zu diesem Zweck stellt der Signalprozessor die Abtastfrequenz Fs
in der Abtasteinheit SU ein und korrigiert mögliche Fehljustierungen von vordefinierten
Abtastzeitpunkten mit den oben erwähnten Startpunkten der Symbol-Intervalle
in der Einheit zur Fast-Fourier-Transformation
FFTU.
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Es
ist einem Fachmann gut bekannt, wie die oben erwähnte Fehljustierung und die
Abtastfrequenz unter Verwendung des Pilottons korrigiert werden,
und daher wird hier nur die Grundidee erklärt. Nehmen wir z.B. an, dass
der Pilotton sin(2δ.t/T) während des
Symbolintervalls T übertragen
wird, wobei t das Zeitintervall ist, das seit dem Startpunkt des Symbolintervalls
vergangen ist. Der erste Abtastzeitpunkt im oben erwähnten Symbolintervall
tritt z.B. mit einer Verzögerung
dT bezogen auf t=0 auf. Diese Zeitverzögerung dT entspricht einem
Phasenwinkel-Fehler dF=2δ.dT/T
für den
Pilotton. Man kann die Verzögerung
dT in der FFTU-Einheit korrigieren, in dem man eine Phasenwinkel-Korrektur
n.dF für
einen Ton mit der Frequenz n/T durchführt. Der mittlere Phasenwinkel-Fehler
wird normalerweise dazu benutzt, die letztgenannte Korrektur durchzuführen. Dieser
mittlere Phasenwinkel-Fehler zeigt auch einen möglichen Abtastfrequenz-Fehler an, der über den
VCO entsprechend justiert werden kann. Wenn dieser Wert jedoch durch
gelegentliche hohe Phasenwinkel-Fehler
gestört
wird, kann es sein, dass der Signalprozessor einen Phasenfehler
oder einen Frequenzfehler falsch korrigiert, und als Folge davon kann
es sein, dass der gesamte Betrieb des Signalprozessors fehlerhaft
ist. Das Signalprozessor-Modul gemäß der vorliegenden Erfindung
löst dieses
Problem durch Bereitstellung eines gemittelten Phasenwinkel-Fehlers,
der nicht gegen gelegentliche große Phasenfehler des Pilottons
empfindlich ist.
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Mit
Bezug auf 2 repräsentiert ein Vektor EV den
erwarteten Pilotton in einer QAM-Signal-Vektor-Ebene, die eine orthogonale
X- und Y-Achse hat. Ein Vektor RV repräsentiert den Pilotton, der
am Eingangsanschluss IT empfangen wird. Die schraffierte Zone ist
die Schnittfläche
einer ersten Zone ABCDEF, die durch aufeinander folgende orthogonale
Liniensegmente begrenzt wird, und einer zweiten Zone ab, die durch
zwei sich schneidende Linien begrenzt wird, und deren Winkelhalbierende
mit einem erwarteten Vektor EV zusammenfällt, der den Pilotton repräsentiert,
der unter Idealbedingungen empfangen werden sollte. Da ist die Phasenwinkel-Differenz
zwischen EV und RV, und Damax ist der halbe Winkel zwischen den
beiden sich schneidenden Linien a und b.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Signalprozessors beschrieben.
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Das
DMT-Eingangssignal, das an den Signalprozessor-Eingang IT angelegt
wird, wird mit einer Abtastfrequenz Fs in der Abtasteinheit SU abgetastet.
Diese Abtastfrequenz Fs wird über
den Steuereingang T7 geregelt, der ein Oszillator-Ausgangssignal des
spannungsgesteuerten Oszillators VCO erhält. Das so abgetastete DMT-Eingangssignal
wird während
der Symbolintervalle von der Abtasteinheit SU an die Einheit zur
Fast-Fourier-Transformation FFTU geliefert, welche die orthogonalen
Koordinaten in der QAM-Signalebene jedes Vektors berechnet, der
einen Ton repräsentiert,
welcher im DMT-Eingangssignal
während
eines solchen Symbolintervalls vorhanden ist. Zum Beispiel berechnet
die FFT-Einheit für
den Pilotton die orthogonalen X-, Y-Koordinaten in der in 2 gezeigten
Vektor-Ebene des QAM-Signals. Diese orthogonalen Koordinaten des empfangenen
Pilotton-Vektors RV werden an die Signalprozessor-Einheit SPU übertragen,
während
die orthogonalen Koordinaten der Vektoren, die alle anderen im DMT-Eingangssignal
vorhandenen Töne
repräsentieren,
an den Ausgangsanschluss OT weitergeleitet werden.
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Wie
später
noch beschrieben wird, berechnet die Signalprozessor-Einheit SPU
die Phasenwinkel-Differenz Da zwischen dem empfangenen Pilotton-Vektor
RV und dem erwarteten Pilotton-Vektor EV. Die Signalprozessor-Einheit
SPU zeigt weiterhin durch ein High-/Low-Signal am Ausgangsanschluss T3
an, dass der empfangene Pilotton-Vektor RV sich in der in 2 gezeigten
schraffierten Schnittfläche der
ersten und der zweiten Zone befindet/nicht befindet.
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Die
Signalprozessor-Einheit SPU liefert die oben erwähnte Phasenwinkel-Differenz
Da, die für
jedes Symbolintervall des DMT-Eingangssignals berechnet wird, an
das Mittelwertbildungs-Filter
AVF, das entsprechend einen Mittelwert der Phasenwinkel-Differenz
ADa an den Mikroprozessor P liefert. ADa ist der Mittelwert von
Da über
die letzten N Symbolintervalle, für die das Signal am Steueranschluss T4
von AVF vom Ausgangsanschluss T3 der SPU auf High-Pegel gelegt wurde.
Dies bedeutet, dass eine Phasenwinkel-Differenz Da vom Mittelwertbildungs-Filter
AVF ignoriert wird, wenn das Signal an T3 von der Signalprozessor-Einheit
SPU auf Low-Pegel gelegt wird.
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Ein
Mikroprozessor bewertet den Mittelwert der Phasenwinkel-Differenz
ADa und erzeugt dadurch eine Steuerspannung an seinem Ausgangsanschluss
T5 und liefert ein Steuersignal an seinem Ausgangsanschluss T6.
Die Steuerspannung steuert die Ausgangs-Oszillatorfrequenz des VCO,
und das Steuersignal wird von der FFTU dazu benutzt, die oben erwähnte Fehljustierung
einiger vordefinierter Abtastzeitpunkte bezüglich der Startpunkte der Symbolintervalle
zu kompensieren. Es geht über
den Umfang der Erfindung hinaus, zu beschreiben, wie diese Steuerspannung
und dieses Steuersignal aus ADa bestimmt werden, und wie die FFTU
die Kompensation auf der Grundlage des Steuersignals ausführt.
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Im
Folgenden wird eine detailliertere Beschreibung des Betriebs der
Signalprozessor-Einheit SPU angegeben.
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Der
erste Komparator- und Speicher-Schaltkreis CM1 vergleicht die orthogonalen
Koordinaten des Vektors RV, die von der FFTU geliefert werden, mit
den orthogonalen Koordinaten der Eckpunkte A,B,C,D,E und F der ersten
Zone, wobei diese Koordinaten in CM1 gespeichert sind (nicht gezeigt). Wenn
RV sich in der ersten Zone befindet/nicht befindet, wird das Signal
am Ausgangsanschluss T1 von CM1 auf High-/Low-Pegel gesetzt. Der
Schaltkreis CM1 gibt die Koordinaten des Vektors RV an den Umwandlungs-
und Speicherschaltkreis COM weiter, der die Phasenwinkel-Differenz
Da zwischen dem erwarteten Pilot-Vektor EV und dem empfangenen Pilot-Vektor
RV berechnet. Die orthogonalen Koordinaten des Vektors EV sind in
COM gespeichert (nicht gezeigt), und die Berechnung von Da ist für einen Fachmann
einfach. Der Schaltkreis COM gibt die Koordinaten des Vektors RV
an den zweiten Komparator- und Speicher-Schaltkreis CM2 weiter,
der Da mit den Werten +/- Damax vergleicht. Der Ausgangsanschluss
CT2 von CM2 wird auf High-/Low-Pegel gesetzt, wenn die Bedingung
-Damax < Da < +Damax erfüllt ist/nicht
erfüllt
ist. Somit wird das Signal an Anschluss T2 auf High-/Low-Pegel gesetzt,
wenn sich der Vektor RV in der zweiten Zone befindet/nicht befindet.
Der Schaltkreis CM2 gibt schließlich
die berechnete Phasenwinkel-Differenz Da an das Mittelwertbildungs-Filter
AVF weiter. Die Signale an den Anschlüssen T1 und T2 werden im UND-Gatter
AND miteinander verknüpft,
und somit wird das Signal am Anschluss T3 auf High-/Low-Pegel gesetzt,
wenn sich der Vektor RV in der Schnittfläche der ersten und der zweiten
Zone befindet/nicht befindet.
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Es
soll darauf hingewiesen werden, dass die obige Phasenwinkel-Differenz
Da unter Verwendung einfacherer Berechnungen approximiert werden kann.
Zum Beispiel, wenn sich die Vektoren EV und RV im ersten Quadranten
der Signal-Vektor-Ebene befinden,
Da ≈ + (X (EV) – X (RV)) – (Y (EV) – Y (RV)
), wobei X (EV), Y (EV), X(RV) und Y(RV) die X- und Y-Koordinaten
des Vektors EV bzw. RV in der Signal-Vektor-Ebene sind. Als Folge
davon können
die beiden Linien a und b parallel zum Vektor EV verlaufen oder sich
in einem Punkt schneiden, der sich vom Ursprung der Signal-Vektor-Ebene
unterscheidet. Der Vorteil dieser Approximation ist, dass die Implementation
des Umwandlungs-Schaltkreises
COM weniger komplex ist.
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Obwohl
die Prinzipien der Erfindung oben in Zusammenhang mit einer speziellen
Vorrichtung beschrieben wurden, muss deutlich verstanden werden,
dass diese Beschreibung nur als Beispiel und nicht als Einschränkung des
Umfangs der Erfindung erfolgt.