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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen Kommunikationssysteme und bezieht sich insbesondere
auf einen Signalverarbeitungsmechanismus zur Rekonstruktion niederfrequenter
Information, die vor einer Datenentscheidungsverarbeitung aus einem
Basisbandsignal durch Hochpaßfiltern entfernt
wurde, und siebetrifft das Unterdrücken niederfrequenter Beeinträchtigungen
des Basisbandsignals, wie sie durch mechanische Belastung in einer gedruckten
Platine erzeugt werden, die Demodulatorkomponenten enthält, und
sie betrifft ferner das Unterdrücken
von Effekten der automatischen Verstärkungssteuerung (AGC), von
mikrofonischen Effekten sowie das Unterdrücken von Gleichstrom-Offsets,
die von einem Verstärker
mit hohem Verstärkungsfaktor
eingebracht werden, der das Basisbandsignal vor der Datenwiederherstellung
verstärkt.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
anhand eines Schaubilds einen vereinfachten Aufbau eines Basisband-Demodulators für ein RF-
(radio frequency) Modem mit einem ersten abwärts wandelnden oder untersetzenden Mischer 10,
an dessen ersten Eingang 11 das Ausgangssignal eines ersten
lokalen Zwischenfrequenz-szillators angelegt wird, und an dessen
zweiten Eingang 12 ein interessierendes moduliertes RF-Signal
angelegt wird. Der Ausgang 14 des Mischers 10 ist
ein Zwischenfrequenz (IF)-Signal, das zum Anlegen an einen Datenwiederherstellungs-Signalverarbeitungsschaltkreis
in das Basisband untersetzt wird. Zu diesem Zweck wird das Zwischenfrequenzsignal,
das im Mikrovoltbereich liegen kann, durch ein Zwischenfrequenz-Bandpaßfilter 15 an
einen ersten Eingang 21 eines zweiten untersetzenden Mischers 20 gekoppelt,
dessen zweiter Ausgang 22 so angeschlossen ist, daß er die
Ausgabe eines zweiten, lokalen untersetzenden Basisbandoszillators
empfängt,
dessen Amplitude sich üblicherweise
im Millivolt-Bereich bewegt. Der Mischer 20 hat einen Ausgang 24,
der ein Basisbandsignal erzeugt, welches die interessierenden modulierten
Daten enthält.
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Das modulierte Basisbandsignal ist
mit einem Verstärker 30 gekoppelt,
der einen hohen Verstärkungsfaktor
und eine automatische Verstärkungssteuerung
(automatic gain control, AGC) hat und der die Basisband-Modulation
(Mikrovoltbereich) in einen höheren
Bereich der Spannungsamplitudenänderungen
(beispielsweise im Millivoltbereich) verstärkt, um sie an einen nachgeschalteten
Signalverarbeitungsschaltkreis 40 anzulegen. Der Signalverarbeitungsschaltkreis 40 vergleicht
einen Abtastwert der Momentanamplitude des Basisbandsignals mit
einem oder mit mehreren Gleichstrom(DC)-Quantisierungsniveaus, um
die Modulations-/Datenwerte zu extrahieren, die mit diesen Quantisierungsniveaus
verknüpft
sind. Im Fall eines binär
modulierten Signals, als nicht einschränkendes Beispiel, kann der
Signalverarbeitungsschaltkreis 40 einen einfachen, vorzeichenabhängigen Komparator umfassen,
dessen Ausgang einen der zwei binären Werte (0/1) annimmt, abhängig von
der Polarität
des betreffenden wechselstrom-gekoppelten Basisbandsignal-Abtastwertes.
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Da die Demodulations- und Verstärkerkomponenten
des RF-Modems sehr empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen, beispielsweise
Temperatur, sind, neigen diese dazu, in das Basisbandsignal eine
wesentliche Gleichstromstörung
oder Offset-Komponente einzubringen. Ein solcher Gleichstrom-Offset
kann durch eine Reihe von Ursachen in den Signalweg des Basisbandsignals
eingebracht werden, beispielsweise durch mechanische Spannung innerhalb
der gedruckten Platine, welche die Komponenten des Demodulator-Schaltkreises
enthält,
sowie durch mikrofonische Effekte oder durch einen Gleichstrom-Offset,
der von dem Verstärker
mit hohem Verstärkungsfaktor
eingebracht wurde, wobei die Ursachen nicht auf die oben genannten
beschränkt
sind.
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Daher besteht das übliche Vorgehen
darin, das untersetzte Basisbandsignal durch einen Hochpaßfilter
(Kapazität) 29 mit
dem Verstärker 30 zu
koppeln, um solche unerwünschten
Gleichstrom-Offsetkomponenten zu entfernen. Um in gleicher Weise ähnliche
Effekte zu entfernen, die in das verstärkte Basisbandsignal durch
den Verstärker
mit hohem Verstärkungsfaktor
eingebracht werden können,
wird der Ausgang 34 des Verstärkers 30 mit dem Signalverarbeitungsschaltkreis 40 mittels
eines weiteren Hochpaßfilters
(Kapazität 39)
gekoppelt.
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Da ein solches Hochpaßfilter
die niederfrequente und Gleichstrom-Information vor dem Datenentscheidungsprozeß (Quantisierungsvergleich)
entfernt, der durch den Signalverarbeitungsschaltkreis 40 ausgeführt wird,
wird somit unglücklicherweise eine
Fehlerquelle erzeugt, die gelegentlich als niederfrequentes „Schwimmen" bezeichnet wird.
Trotz der Absicht, vor dem Datenwiederherstellungs-Prozessors eine
Wechselstrom-Kopplung einzurichten, um ein möglicherweise sehr beträchtliches
Gleichanteil-Offsetniveau zu entfernen, auf dem die Basisband-Modulation
aufsitzt, hat dieses gleichzeitig den unerwünschten Effekt, sowohl einen
festgelegten (niederfrequenten) Anteil des verwendbaren Frequenzspektrums
der betreffenden Daten zu entfernen, als auch die Amplitudenwerte
der Signalkonstellation (signal constellation) zu stören, die
in den Quantisierungsschaltkreis eingegeben wird.
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In der Veröffentlichung von Wing Shing
Djen et al. „Performance
improvement methods for DECT and other non-coherent CMSK Systems", IEEE-Konferenz „From Pioneeres
to the 21st` century" in Denver, 10. bis 13. Mai 1992, Band
1 von 2, 10. Mai 1992, S. 97 – 100,
die dem Dokument XP000339693 entspricht, wird ein Signaverarbeitungsschaltkreis
zur Kompensation eines Gleichstrom-Offsets in einem GMSK-System
offenbart. Der Signalverarbeitungsschaltkreis umfaßt einen
Nach-Verarbeitungs-Kombinierer, einen Rückkopplungsweg einschließlich eines Integrators
und einen Vor-Verarbeitungs-Kombinierer.
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In der Veröffentlichung „Quantized
feedback in an experimental 280-Mb/s digital repeater for coaxial
transmission" von
Waldhauer, IEEE Transactions on Communications, Ausgabe com-22, Nr. 1, Januar 1974,
S.1–5,
XP002055332, wird eine quantisierte Rückkopplung für einen
digitalen Repeater zur koaxialen Übertragung offenbart, bei der
das Abdriften der Grundlinie durch ein gleiches und ein entgegengesetztes
Signal behoben wird, die von dem Ausgang des Repeaters abgeleitet
werden. Der Impulsstrom wird von einem Regenerator auf ein vorab
bestimmtes Niveau quantisiert, durch einen linearen Filter geführt, der
komplementär
zu den unterdrückten
niederfrequenten Anteilen des Vorwärtswegs ist, und vor dem Regenerator
dem eintreffenden Signal hinzugefügt.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
werden die oben beschriebenen Probleme des Informationsverlustes
und der Gleichstrom-Offset-Beeinträchtigung, die mit der Wechselstromkopplung
des Signalverarbeitungsweges eines RF-Modem verbunden sind, effektiv
vermieden, indem ein Signalverarbeitungsverfahren angewendet wird,
das der Rekonstruktion oder Wiedereinführung niedriger Frequenzen sowie
der Unterdrückung
des Gleichstrom-Offsets dient. Gemäß eines ersten Aspekts dieser
Verfahrensweise wird der quantisierte Datenausgang eines Basisband-Aufteilers
(slicer)/Komparators in einem Ausgangs-Kombinierer mit dem Basis- bandsignal differenz-kombiniert,
um ein Breitband-Fehlersignal zu erzeugen. Dieses Fehlersignal wird
integriert, um eine Gleichstrom-Korrekturkomponente abzuleiten.
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Diese Gleichstrom-Korrekturkomponente wird
an einen Vor-Verarbeitungs-Kombinierer zurückgeführt, der die Gleichanteil-Korrekturkomponente mit
dem wechselstrom-gekoppelten Basisbandsignal differenz-kombiniert.
Der Ausgang des Vor-Verarbeitungs-Kombinierers ist dann das betreffende
Basisbandsignal, das keine sich langsam verändernde Gleichstrom-Offset-Fehlerkomponente
enthält,
so daß die
Amplitudenwerte der Signal-Konstellationen, die in den Quantisierungsschaltkreis
des Datenwiederherstellungs-Prozessors eingegeben werden, nicht
durch das sich langsam verändernde
Gleichstrom-Offset-Niveau gestört
werden, auf welchem die Basisband-Modulation aufsitzt.
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Gemäß eines zweiten Aspektes der
Erfindung wird der quantisierte Datenausgang des Aufteilers (slicer)/Komparators
mit einem Tiefpaßfilter
gekoppelt, dessen obere Grenzfrequenz im wesentlichen der unteren
Grenzfrequenz der Hochpaßfilterung
(kapazitive Wechselstromkopplung) des Basisbandsignals vor dem Komparator
entspricht. Die Wirkungsweise des Tiefpaßfilters ist es, eine genaue Darstellung
der niedrigfrequenten Signalkomponenten des Basisbandsignals wiederherzustellen,
die durch das Wechselstromkoppeln des Basisbandsignals entfernt
wurde, bevor dieses an den Signalverarbeitungs-Komparator angelegt
wird. Zu diesem Zweck wird der Ausgang des Tiefpaßfilters
mit einem summierenden Eingang des Vor-Verarbeitungs-Kombinierers
gekoppelt, um den Ausgang des Tiefpaßfilters mit dem wechselstrom-gekoppelten
Basisbandsignal (ohne dessen entfernten niedrigfrequenten Anteile)
zu addieren. Aufgrund des Tiefpaßfilter-Rückkopplungswegs wird der vorab
entfernte (niederfrequente) Anteil des verwendbaren Frequenzspektrums
des Basisbandsignals wiederhergestellt und von dem Vor-Verarbeitungs-Kombinierer
in den Basisbandsignalweg eingebracht, bevor das Basisbandsignal
an den Komparator angelegt wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
diagrammartig einen vereinfachten Aufbau eines Basisband-Demodulators
für ein RF-Modem;
und
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2 zeigt
diagrammartig eine bevorzugte Ausführung eines Mechanismus zur
Wiedereinführung
niedriger Frequenzen und zur Unterdrückung eines Gleichanteil-Offsets
ge mäß der vorliegenden
Erfindung, der mit einem Basisbanddemodulator es in 1 gezeigten
Typs verwendet werden kann.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Eine bevorzugte aber nicht einschränkende Ausführung der
vorliegenden Erfindung wird anhand der 2 beschrieben, die diagrammartig die
Art und Weise darstellt, in der das hochpaßgefilterte Basisbandsignal
an dem Ausgang des Verstärkers
mit hohem Verstärkungsfaktor 30 vorab
kombiniert wird, indem eine Bruchteils-Bandbreitenrückkopplung
mit einem oder mehreren Korrektursignalen verwendet wird, um diese
in den Signalverarbeitungsschaltkreis 40 einzufügen. (Wie
oben bemerkt, umfaßt
der Signalverarbeitungsschaltkreis einen Komparator, der einen Abtastwert
der Momentanamplitude des verstärkten
und wechselstromgekoppelten Basisbandsignals mit einem oder mehreren
Gleichstrom-Quantisierungsniveaus vergleicht, um Modulations-/Datenwerte
zu extrahieren, die mit diesen Quantisierungsniveaus verknüpft sind.)
Gemäß eines
ersten Aspekts der Erfindung wird der quantisierte Datenausgang 44 des
Aufteilers (slicer)/Komparators 40 mit einem ersten Eingang 51 eines
Differenz-Kombinierers oder Subtrahierers 50 verbunden,
an dessen zweiten Eingang 52 das Basisbandsignal angelegt
wird, das an den Eingang 41 des Komparators 40 angelegt wird.
Daher stellt der Ausgang 54 des Differenz-Kombinierers 50 die
quantisierten/aufgeteilten (sliced) Datenwerte dar, die von dem
Komparator 40 und dessen Eingangs-Basisbandabtastwerten
erzeugt werden. Diese abgetasteten Signalamplituden-Differenzen
bilden die Breitband-Fehlersignale, welche die sich langsam verändernde
Gleichanteils-Komponente des Basisbandsignals umfassen. Der Ausdruck
Ausdruck „sich
langsam verändern" soll eine allmähliche Änderungsrate
in der Nähe
des Gleichstroms oder im Bereich mehrerer Hertz bis 10 Hertz bedeuten,
im Gegensatz zu einer höheren Änderungsrate,
die im allgemeinen als Gaußsches
Rauschen klassifiziert werden kann.
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Dieses sich langsam verändernde
Breitband-Fehlersignal, das von dem Differenz-Kombinierer 50 erzeugt wird,
wird über
einen ersten Bruchteils-Bandbreitenrückkopplungsweg 56 mit
einem Integrator 60 gekoppelt, der bei den betreffenden
niederfrequenten Bandbreiten (beispielsweise 10 Hertz als nicht
beschränkendes
Beispiel) einen hohen Verstärkungsfaktor
hat und oberhalb dieses Bereichs einen deutlich verringerten Verstärkungsfaktor aufweist.
Der Integrator 60 integriert die Fehler und leitet somit
eine Gleichstrom-Korrekturkomponente ab, welche die akkumulierte
Veränderung
des sich langsam verändernden
Breitband-Fehlersignals darstellt.
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Die Gleichstrom-Korrekturkomponente
wird an einen ersten Differenz-Eingang (–) 71 einer Vor-Prozessor-Summiereinheit 70 rückgekoppelt,
die einen zweiten Eingang (+) 72 aufweist, der mit dem Ausgang des
Verstärkers 30 wechselstrom-gekoppelt
ist, so daß der
Signaleingang 72 der Summiereinheit 70 das betreffende
hochpaßgefilterte
Basisbandsignal ist, das einem sich langsam verändernden Gleichanteil-Offset
aufsitzt, wie es beispielsweise durch mechanische Spannung innerhalb
der gedruckten Platine, durch Effekte von Verstärkern mit automatischer Verstärkungssteuerung
(AGC) oder durch mikrofonische Effekte, wie oben beschrieben, eingeführt wird.
Der Ausgang 74 der Summiereinheit 70 ist dann
die Differenz zwischen dem Basisbandsignal und der von dem Integrator
erzeugten Gleichstrom-Korrekturkomponente,
und zwar das entsprechende hochpaßgefilterte Basisbandsignal,
das die sich langsam verändernde
Gleichstrom-Offset-Fehlerkomponente nicht aufweist.
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Gemäß eines zweiten Aspekts der
Erfindung ist der quantisierte Datenausgang 44 des Aufteilers (slicer)/Komparators
40 über
einen zweiten Bruchteils-Bandbreitenrückkopplungsweg 58 an
einen Tiefpaßfilter 80 rückgekoppelt,
welcher eine obere Grenzfrequenz hat (beispielsweise 10 Hertz),
die im wesentlichen der unteren Grenzfrequenz der Hochpaßfilterung
(kapazitive Wechselstromkopplung) entspricht. Die Wirkung des Tiefpaßfilters 80 besteht
darin, eine genaue Darstellung des Energieinhalts der niederfrequenten
Signalkomponente des Basisbandsignals wiederherzustellen, welcher
durch das Wechselstromkoppeln des Basisbandes entfernt wurde, bevor
dieses zu der Signalverarbeitungsschaltung 40 gelangt.
Der Ausgang des Tiefpaßfilters 80 wird
an einen dritten Eingang (+) 73 der Summiereinheit 70 gekoppelt,
um mit dem wechselstrom-gekoppelten Basisbandsignal (ohne dessen
entfernte niedrigfrequente Komponente) summiert zu werden. Durch
die Wirkung des Tiefpaßfilter-Kopplungswegs wird
der vorher entfernte (niederfrequente) Anteil des nutzbaren Frequenzspektrums
des Basisbandsignals wiederhergestellt und (über die Summiereinheit 70)
in den Basisbandsignalweg eingekoppelt, bevor es zu dem Komparator 40 gelangt.
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Wie der vorangegangenen Beschreibung
zu entnehmen ist, werden die oben genannten Probleme des Informationsverlustes
und des Gleichstrom-Offsets, die mit der Wechselstromkopplung des
Signalverarbeitungsweges eines RF-Modems verknüpft sind, gemäß der Erfin dung
effektiv durch eine Signalverarbeitungsverfahrensweise zur Wiederherstellung
von niedrigen Frequenzen und zur Gleichstrom-Unterdrückung vermieden,
welche die niederfrequente Information wirksam wiederherstellt, die
durch das Hochpaßfiltern
eines Basisbandsignals vor der Datenentscheidungs-Verarbeitung entfernt wurde,
und langsam veränderliche
Gleichstrom-Störungen
des Basisbandsignals unterdrückt.
Durch Integrieren der Differenz zwischen dem quantisierten Datenausgang
des Basisbandkomparators und des Basisbandsignals wird eine Gleichstrom-Korrekturkomponente
abgeleitet, die die akkumulierte Veränderung des Fehlersignals darstellt.
Durch Subtraktion dieser Gleichstrom-Korrekturkomponente von dem Basisbandsignal
wird die sich langsam verändernde Gleichstrom-Offset-Fehlerkomponente
wirksam entfernt, so daß die
Ampitudenwerte des Signalkonstellation-eingangs des Quantisierungsschaltkreises
des Datenwiederherstellungs-Prozessors nicht durch das Gleichstrom-Offsetniveau gestört werden,
dem die Basisbandmodulation aufsitzt. Das Tiefpaßfiltern des Ausgangs des Aufteilers
(slicer)/Komparators erlaubt eine genaue Darstellung der niederfrequenten
Signalkomponente des Basisbandsignals, welche durch die Wechselstromkopplung
des Basisbandsignals entfernt wurde, bevor es an den Signalverarbeitungskomparator
gelangt, so daß diese
Darstellung in das Basisbandsignal wieder eingefügt werden kann, bevor es zu
dem Komparator gelangt.
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Während
eine Ausführung
gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist ersichtlich, daß die Erfindung
nicht auf diese Ausführung
beschränkt
ist, sondern zahlreichen Änderungen
oder Modifikationen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, durchgeführt werden
können,
und daher soll die Erfindung nicht auf Details begrenzt werden, die
hierin gezeigt und beschrieben sind, sondern alle diejenigen Veränderungen
und Modifikationen umfassen, die für eine auf diesem Gebiet bewanderte Person
offensichtlich sind.