-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren im Zusammenhang mit
einem QAM-Empfänger,
bei dem, insbesondere wenn mehrstufige Modulation wie etwa ein 32-QAM-, 64-QAM-Demodulator
oder dergleichen, die für
eine feste Symbolrate gedacht sind, verwendet wird, ein Übertragungssignal,
das ein digitales Fernseh-, Video- oder ähnliches Bild betrifft, das übertragen
werden soll, in einem Tuner abwärts
konvertiert und mit einem ersten Filter auf eine feste, Standardzwischenfrequenz
von im Wesentlichen 40 MHz bandgefiltert wird. Daran schließt sich
eine weitere nachfolgende Abwärtskonvertierung
mittels eines ersten Oszillators und das Filtern mit einem zweiten
Filter auf eine so genannte niedrige Zwischenfrequenz an, die gleich der
Symbolrate, die bei der Bildübertragung
verwendet wird, oder gleich ihrem niedrigen ungeraden Mehrfachen
ist, wonach ein AD-Wandler unter der Synchronisierung eines zweiten
Oszillators verwendet wird, um Proben des verarbeiteten Signals
zu einem Demodulator zu geben, der in der Lage ist, die oben erwähnten, vorzugsweise
spannungsgesteuerten Oszillatoren zu regulieren, um mindestens die
richtige Abstimmung und Symbolsynchronisation und vorzugsweise auch
die Verstärkung
aufrecht zu erhalten, insbesondere zum Intensivieren der Dynamik
der AD-Wandlung.
-
Für die oben
genannte Art von QAM-Empfängern
war es relativ einfach, einen Demodulator für ein Signal zu entwickeln,
dessen Symbolrate mit hinreichender Genauigkeit bekannt ist. In
der Tat sind Bauelemente, die auf diese Weise arbeiten, seit einiger
Zeit im Handel erhältlich.
Allgemein ausgedrückt,
wird jedoch die Übertragung
eines digitalen Fernsehbildes gerade erst eingeführt, und somit sind die entsprechenden
Standards und deren Auslegungen immer noch ein wenig offen. In Lösungen nach
dem Stand der Technik wurde die Symbolrate für gewöhnlich mit Hilfe einer Rückkopplungsschleife
festgestellt, die, falls erforderlich, die Rückkopplung von möglicherweise
demodulierten Symbolen einsetzte.
-
Daher
ist bei der Bildübertragung
im digitalen Fernsehen, insbesondere in einem Kabelnetz, das derzeit
eingesetzte Modulationsverfahren ein mehrstufiger QAM mit einem
Spektrum, das recht scharfrandig ist, und damit enthält das Signal
selbst recht wenig Synchronisationsinformation. Eine Folge davon
ist, dass die Trägerfrequenz
und die Symbolrate eines Signals auf eine relativ hohe Genauigkeit
eingestellt werden müssen,
bevor die Synchronisierung auf der Grundlage einer Rückkopplungsschleife
in der Lage ist, sich selbst zu verriegeln. Bei digitalem Video
beträgt
die Bandbreite eines Signals typischerweise etwa 7 MHz und der Verriegelungsbereich
beträgt
einige Zehner kHz. In dem Falle, dass die Symbolrate unbekannt ist
oder in einem großen
Bereich schwanken kann, muss in gegenwärtigen Lösungen die richtige Rate herausgefunden
werden, indem die Verriegelung bei verschiedenen Raten probiert
wird, welche im Allgemeinen bei gleichen Intervallen recht nah beieinander
liegen. Daher ist bei fluktuierenden Symbolraten die Versuchszeit
oft unzulässig
lang und aufwendig.
-
Als
ein Dokument, das den Stand der Technik betrifft, wird
EP 656706 betrachtet.
-
Eine
Aufgabe des Verfahrens dieser Erfindung besteht darin, ein entscheidendes
Mittel gegen die oben genannten Probleme bereitzustellen und damit
den verfügbaren
Stand der Technik bedeutend anzuheben. Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist
ein Verfahren der Erfindung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass,
insbesondere um ein Übertragungssignal
mit variabler Rate bereitzustellen, das Signal mit niedriger Zwischenfrequenz
wie etwa die durchschnittliche Frequenz und Bandbreite seines Spektrums
mit Hilfe eines Messsystems gemessen wird, dessen Messergebnisse
dazu verwendet werden, die Oszillatoren solcherart zu steuern, dass
der Demodulator mit fester Rate auf das Signal verriegelt werden
kann.
-
Die
bedeutendsten Nutzen eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung
sind Einfachheit und Betriebszuverlässigkeit, wobei es durch ganz
einfache Anordnungen möglich
ist, einen Demodulator, der für
eine feste Symbolrate ausgelegt ist, zum Empfangen eines Signals
mit variabler Rate einzusetzen. Die Einfachheit des Verfahrens der
Erfindung basiert auf einem Messsystem, das an einen QAM-Empfänger anschließbar oder
angeschlossen ist und dessen Funktionsprinzip einfach ist und das
in der Lage ist, eine Symbolrate zu messen, auf deren Grundlage
vorzugsweise ein Mikrocontroller verwendet wird, um das Signal zu
einem Modus zu verarbeiten, der für den Demodulator geeignet
ist.
-
Die
abhängigen
Ansprüche,
die sich auf das Verfahren richten, legen bevorzugte Ausführungsformen für ein Verfahren
der Erfindung fest.
-
Die
Erfindung betrifft auch einen QAM-Empfänger, bei dem das Verfahren
genutzt wird. Der QAM-Empfänger
ist ausführlicher
in dem unabhängigen
Anspruch beschrieben, der sich auf ihn bezieht.
-
Der
QAM-Empfänger
der Erfindung umfasst ein Messsystem, dessen Prinzip ganz einfach
ist und das auf einfache und zuverlässige Weise genutzt werden
kann, um einen Demodulator, der für eine feste Symbolrate ausgelegt
ist, zum Empfangen eines Signals mit variabler Rate zu verwenden.
Das Messsystem der Erfindung umfasst vorzugsweise drei Energiemesszweige,
in die eine Folge von Proben eingespeist wird, zusätzlich zu
einem Demodulator zum Steuern der Oszillatoren, die die Abwärtskonvertierungsfrequenz
und die Probenfrequenz eines AD-Wandlers auf der Grundlage der Messergebnisse
und vorzugsweise mittels eines Mikrocontrollers steuern. Somit misst
das Messsystem vorzugsweise die durchschnittliche Frequenz und Bandbreite
eines Signals mit niedriger Zwischenfrequenz und justiert auf dieser
Grundlage spannungsgesteuert die Oszillatoren so nah an einen korrekten
Wert, dass ein Demodulator für
feste Raten in der Lage ist, sich auf das Signal zu verriegeln.
-
Die
abhängigen
Ansprüche,
die sich auf QAM-Empfänger
richten, legen bevorzugte Ausführungsformen
für einen
QAM-Empfänger
der Erfindung fest.
-
In
der folgenden Beschreibung wird die Erfindung ausführlich mit
Bezug auf die dazugehörigen
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein
grundlegendes Beispiel eines Funktionsdiagramms für einen
herkömmlichen
QAM-Empfänger,
-
2 ein
bevorzugtes Messsystem, das nach dem Verfahren der Erfindung arbeitet,
z.B. in Verbindung mit dem in 1 dargestellten
QAM-Empfänger,
und
-
3 ein
Spektrum für
die niedrige Zwischenfrequenz und eine in Verbindung damit bevorzugte
Anwendung des Verfahrens.
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren im Zusammenhang mit einem QAM-Empfänger, bei
dem, insbesondere wenn mehrstufige Modulation wie etwa ein 32-QAM-,
64-QAM-Demodulator
oder dergleichen, die für eine
feste Symbolrate gedacht sind, verwendet wird, ein Übertragungssignal 1,
das ein digitales Fernseh-, Video- oder ähnliches Bild betrifft, das übertragen
werden soll, in einem Tuner 2 abwärts konvertiert und mit einem
ersten Filter 3a auf eine feste, Standardzwischenfrequenz 5 von
im Wesentlichen 40 MHz bandgefiltert wird. Daran schließt sich
eine weitere nachfolgende Abwärtskonvertierung
mittels eines ersten Oszillators 4 und das Filtern mit
einem zweiten Filter 3b auf eine so genannte niedrige Zwischenfrequenz 6 an,
die gleich der Symbolrate, die bei der Bildübertragung verwendet wird,
oder gleich ihrem niedrigen ungeraden Mehrfachen ist, wonach ein
AD-Wandler 7 unter der Synchronisierung eines zweiten Oszillators 8 verwendet
wird, um Proben X vom Symbolblock eines verarbeiteten Signals 6 zu
einem Demodulator 9 zu geben, der in der Lage ist, die
oben erwähnten,
vorzugsweise spannungsgesteuerten Oszillatoren 4, 8 zu
regulieren, um mindestens die richtige Abstimmung und Symbolsynchronisation
und vorzugsweise auch die Verstärkung 10 aufrecht
zu erhalten, insbesondere zum Intensivieren der Dynamik der AD-Wandlung.
Insbesondere um ein Übertragungssignal
mit variabler Rate bereitzustellen, wird das Signal mit niedriger
Zwischenfrequenz 6 wie etwa die durchschnittliche Frequenz
und Bandbreite seines Spektrums mit Hilfe eines Messsystems 11 gemessen,
dessen Messergebnisse dazu verwendet werden, die Oszillatoren 4, 8 solcherart
zu steuern, dass der Demodulator 9 mit fester Rate auf
das Signal verriegelt werden kann.
-
In
einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird eine Folge von Proben
X, die dem verarbeiteten Signal 6 entnommen wurde, nicht
nur an den Demodulator 9, sondern auch zu mindestens drei
Energiemesszweigen 11' geliefert,
wobei die drei Messergebnisse, die damit bestimmt wurden und die
das Übertragungssignal
repräsentieren,
zum Steuern der Oszillatoren 4, 8 mittels eines
Mikrocontrollers 12 verwendet werden. Bei der Verwendung
herkömmlicher
Technologie, bei der vier Proben X aus der Symbolfolge des Signals
mit niedriger Zwischenfrequenz 6 für den Demodulator 9 entnommen
werden, werden die Messergebnisse mittels eines Mikrocontrollers 12 interpretiert,
um die Abwärtskonvertierungsfrequenz 4 und
die Probenfrequenz 8 eines AD-Wandlers solcherart zu justieren,
dass die niedrige Zwischenfrequenz im Wesentlichen gleich der Symbolrate
und gleich der Probenfrequenz wird, die viermal größer als
die Symbolrate ist.
-
In
einer weiteren bevorzugten Anwendung des Verfahrens ist jeder Energiemesszweig 11' mindestens mit
einem digitalen Schmalbandfilter 11a und danach einer Kombinationslogik 11b versehen,
sehr bevorzugt eine/n für
jeden Energiemesszweig, die zum Berechnen der Rechteck- oder Augenblicksleistung
eines Probenwertes verwendet werden, gefolgt von der Mittlung der
bestimmten Leistungswerte mit Hilfe eines Tiefpasssystems 11c.
In diesem Zusammenhang sind die Schmalbandfilter 11a auf
Frequenzen von 1/4 fN, 1/2 fN und 3/4
fN abgestimmt, wobei fN für ein Halbes
der Probenfrequenz, d.h. für
eine so genannte Nyquist-Frequenz steht.
-
1 zeigt
eine herkömmliche
QAM-Empfängeranordnung,
umfassend einen Tuner 2 zum Abwärtskonvertieren eines Übertragungssignals 1,
einen ersten Tiefpassfilter 3a zum Bandfiltern des Signals
mittels eines ersten Oszillators 4, z.B. auf eine Standardzwischenfrequenz 5 von
40 MHz, einen zweiten Tiefpassfilter 3b zum weiteren Abwärtskonvertieren
des Signals auf eine so genannte niedrige Zwischenfrequenz 6,
einen AD-Wandler 7 zur Probeentnahme aus einem Signalblock
des verarbeiteten Signals 6 unter der Synchronisierung
eines zweiten Oszillators 8 und ferner einen Demodulator 9 zum
Steuern der Oszillatoren 4, 8 und vorzugsweise
auch zur Verstärkung 10.
-
2 zeigt
ferner eine Anwendung des Verfahrens im Zusammenhang mit einem QAM-Empfänger wie
oben beschrieben, bei dem einem Signal mit niedriger Zwischenfrequenz 6 mittels
eines AD-Wandlers 7 in Synchronisation mit einem Oszillator 8 Proben
entnommen werden und der mit einem Symbolratendetektor ausgestattet
ist, der gemäß der Erfindung
arbeitet.
-
Somit
kann eine Folge von Proben, die, wie oben im Zusammenhang mit einem
herkömmlichen,
in 1 dargestellten QAM-Empfänger beschrieben, gewonnen
wurden, ohne Weiteres verarbeitet werden, um ein grundlegendes Frequenzsignal
in einen gleichphasigen und einen gegenphasischen Abschnitt zu zerlegen. Die
folgende Übersicht
zeigt die Verteilung.
-
-
Somit
reguliert der Demodulator den spannungsgesteuerten lokalen Oszillator 4 und
den Kristalloszillator 8',
so dass die richtige Abstimmung und Symbolsynchronisation erhalten
bleiben. Die Verstärkung 10 wird ebenfalls
von dem Demodulator 9 solcherart gesteuert, dass die Dynamik
der AD-Wandlung so gut wie möglich genutzt
wird.
-
Diese
Art eines traditionellen QAM-Empfängers ist lediglich in der
Lage, sich selbst mit einem Signal zu synchronisieren, wenn seine
Trägerfrequenz
und Symbolrate mit hinreichender Genauigkeit bekannt sind, was einerseits
an der Langsamkeit der Synchronisationsalgorithmen liegt und andererseits
an der Tatsache, dass Modulation sehr spärliche Informationen über die
Trägerfrequenz
und Symbolrate erzeugt.
-
Die
Erfindung verbessert diese Art eines Gesamtsystems auf solche Weise,
dass beispielsweise ein separates Messsystem, wie in 2 dargestellt,
z.B. das Prinzip, das in 3 dargestellt ist, zum Messen
der durchschnittlichen Frequenz und Bandbreite eines Signals mit
der niedrigen Zwischenfrequenz 6 anwendet und auf dieser
Basis die spannungsgesteuerten Oszillatoren 4, 8 auf
einen Wert so nah am korrekten Wert justiert, dass der Demodulator
mit fester Rate 9 in der Lage ist, auf das Signal zu verriegeln.
-
Weiterhin
mit Bezug auf 2 wird die Folge von Proben
somit vorzugsweise nicht nur zum Demodulator 9 geführt, sondern
auch zu den drei Energiemesszweigen 11'. Jeder Zweig ist zunächst mit
einem digitalen Schmalbandfilter 11a, danach mit einer
Kombinationslogik 11b zum Berechnen des Quadrats eines
Probenwertes bzw. der Augenblicksleistung ausgestattet. Die so gemessenen
Leistungswerte werden mit Hilfe von Tiefpassfiltern 11c gemittelt.
-
Gemäß 3 sind
die Schmalbandfilter 11c auf Frequenzen von 1/4 fN, 1/2 fN und 3/4
fN abgestimmt, wobei fN für ein Halbes
der Probenfrequenz, d.h. für
eine so genannte Nyquist-Frequenz steht.
-
Der
Betrieb des Messsystems wird von einem Mikroprozessor
12 gesteuert,
der die drei Messergebnisse ausliest. Der Controller
12 ist
mit einer Software ausgestattet, die aus den Messungen schließt, in welche Richtung
die Abwärtskonvertierungsfrequenz
4 und
die Probenfrequenz
8 eines AD-Wandlers justiert werden sollen,
um die niedrige Zwischenfrequenz
6 gleich der Symbolrate
und die Probenfrequenz viermal so groß wie die Symbolrate zu machen.
c2 + s2 =
1 -
Das
oben Stehende zeigt die Struktur eines Schmalbandfilters. Es handelt
sich dabei um einen digitalen unipolaren IIR-Filter. Ein Parameter
b wird zum Auswählen
von Transkonduktanz für
den Filter und die gegenseitig verbundenen Parameter c und s für das Auswählen einer
durchschnittlichen Frequenz verwendet. Bei derzeit angewendeten
Frequenzen können
die Parameter c und s folgende Werte aufweisen:
-
Parameter
b wird so ausgewählt,
dass er etwas weniger als Eins beträgt. Je näher sein Wert der Eins ist,
umso schmaler ist das Band des erzielten Filters. Außerdem wird
die Auswahl vorzugsweise in solcher Weise vorgenommen, dass der
Faktor b
1 0,5 so genau wie möglich innerhalb
der verfügbaren
Wortlänge
dargestellt werden kann. In dem in
3 dargestellten
Fall beträgt
der Parameter b = 0,99.
-
Das
oben stehende Diagramm stellt einen speziellen Tiefpassfilter dar,
der zum Mitteln gemessener Augenblicksschmalbandausgabewerte verwendet
wird. Zuerst werden vier aufeinander folgende Proben summiert. Dies
beseitigt die natürliche
sinusförmige
Fluktuation von Augenblicksausgabewerten oder -leistung bei gegenwärtig verwendeten
Frequenzen von 1/4 fN, 1/2 fN und
3/4 fN.
-
Der
letzte Schritt ist ein einfaches rekursives Filtern. Parameter 9
wählt die
Breite eines Tiefpassbands aus. Je weniger g unter Eins bleibt,
desto schmaler ist das Band, d.h. desto länger ist die Integrationszeit.
-
Es
ist natürlich
offensichtlich, dass ein Verfahren der Erfindung nicht nur in den
vorangegangenen und beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden
kann, sondern auch unter den verschiedensten Umständen. Natürlich stellen
die gezeigten beispielhaften Funktionsdiagramme nur allgemeine Funktionsprinzipien
dar und sollen andere komplementäre
elektronische Bauelemente zum Bereitstellen zusätzlicher Funktionen nicht ausschließen. So
ist es auch möglich,
z.B. das in 2 dargestellte Messsystem solcherart
anzuwenden, dass die Kombinationslogik und die Anordnung zum Tiefpassfiltern,
die den Energiemesszweigen nachgeordnet sind, ausgehend von einer
einzelnen einstückigen
Einheit gestaltet sind, die jeden Energiemesszweig einzeln nacheinander
benutzt, was natürlich
deutlich langsamer in seinen Funktionen ist als die oben beschriebene
Ausführungsform.
