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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Demodulieren
von Signalen, wie z. B. Radiodatensystem-(RDS)-Rundfunksignalen,
die eine mit digitalen Daten modulierte vorgegebene Trägerwelle
sind.
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BESCHREIBUNG DES STANDES DER
TECHNIK
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Im
Allgemeinen umfassen bekannte Verfahren zum Demodulieren von Signalen,
die unter Verwendung einer binären
Phasenverschiebungstastung (BPSK, binary phase-shift keying) moduliert worden
sind, die synchrone Detektion und die verzögerte Detektion. Wenn eine
synchrone Detektion durchgeführt
wird mittels digitaler Signalverarbeitung, führt ein bekannte Verfahren
eine Datenreproduktion durch mittels Abtastung von Eingangssignalen
unter Verwendung reproduzierter Trägerwellensignale.
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Dieses
Verfahren wird unter Verwendung von 1 beschrieben.
Ein eingegebenes moduliertes Signal wird einem Komparator 2 zugeführt und
in einen Bitstrom von Nullen und Einsen konvertiert. Der Ausgang
des Komparators wird sowohl einer Trägerregenerationsschaltung 3 zugeführt, die
eine Costas-Schleife enthält,
als auch mit einem Abtasttakt einer Trägerperiode, welche von der
Trägerregenerationsschaltung 2 regeneriert
wurde, in einem D-FF 4 abgetastet. Die Daten, die die auf
diese Weise erhaltene Trägerperiode
als einen Zeitschlitz verwenden, werden von einer Datenregenerationsschaltung 7 aufgenommen,
wobei die Daten der verschiedenen Symbole demoduliert werden. Bei
der Datenregenerationsschaltung 7 wird der Datenregenerationszeitablauf
der Symbolperiode bestimmt und die verschiedenen Symbole werden
mit diesem Zeitablauf regeneriert.
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Die
in 2 gezeigten Signalwellenformen werden im Folgenden
beschrieben. Die PSK-modulierten Daten weisen eine Wellenform, wie
z. B. (a), auf, wobei ein Signal, wie z. B. (b), vom Komparator 2 ausgegeben
wird. Wenn der Komparatorausgang mit dem Abtasttakt (c) abgetastet
wird, welcher von der Trägerregenerationsschaltung 3 regeneriert
worden ist, werden in (d) gezeigten Daten erhalten. Das Signal (d)
wird der Datenregenerationsschaltung 7 zugeführt, wobei
die Daten (f) der verschiedenen Symbole mit dem erfassten Datenregenerationszeitablauf
(e) regeneriert werden.
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Wenn
in der Schaltung des Standes der Technik der Abtasttakt, der von
der Trägerregenerationsschaltung
regeneriert wird, von einem geeigneten Zeitablauf abweicht, oder
wenn eine Störungskomponente
dem Eingangssignal überlagert
ist, um die Phase des Modulationssignals zu ändern, können die Daten zum Abtastzeitpunkt
von dem Signal abweichen, das existieren sollte (die Daten können für Ein-Bit-Daten
invertiert sein). Insbesondere für
ein RDS-Signal tritt dann, wenn ein ARI-Signal (ARI = automatische
Radioinformation) multiplexiert wird (das ARI-Signal wird mit einer
Phasenbeziehung von 90° auf
der gleichen Trägerfrequenz
wie das RDS-Signal
multiplexiert), ein Problem auch dort auf, wo die Phasenkomponente
des digitalen Modulationssignals mit der Symbolperiode vom ARI-Signal
variiert.
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Da
die Daten auf diese Weise fehlerhaft abgetastet sein können, ist
eine Beseitigung von Störkomponenten
durch geeignete Signalverarbeitung bei der Datenregenerationsschaltung
notwendig. Wenn jedoch die Daten aus dem obenerwähnten Grund invertiert werden,
bestehen Grenzen für
deren Wirkung.
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US 5001 728 beschreibt eine
Vorrichtung zum Demodulieren eines Bipha sen-Signals, in der die
Ausgabe der Daten von der Zeitperiode zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Flanken eines Biphasen-Signals abhängt.
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US 5436 591 beschreibt einen
Demodulator für
Radiodatensignale, wobei die Phasendifferenz zwischen einem RDS-Signal
und einem Taktsignal verwendet wird, um zu bestimmen, ob Verkehrsrundfunkinformationen
im RDS-Signal enthalten
sind.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Datendemodulationsvorrichtung gemäß den beigefügten Ansprüchen geschaffen.
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Selbst
in Fällen,
in denen die Daten aufgrund von solchen Ursachen, wie z. B. Abweichung
des Abtastzeitablaufs oder Phasenänderung im Modulationssignal,
fehlerhaft sind, befindet sich der Abtastzeitablauf häufig an
einer heiklen Position nahe der Flanke der Daten, so dass die Daten
möglicherweise fehlerhaft
abgetastet werden können.
Wenn, wie in 4 gezeigt, die Phase eines eingegebenen
Modulationssignals (a) sich aufgrund von Störungen ändert und von einer Abtastphase
(c) mit der Abtastphase um 90° eines
Zyklus eines regenerierten Trägers (b) ändert, und
wenn ein Komparatorausgang (d) abgetastet wird, können die
Daten zu den Zeitpunkten t0, t1, t2 in einem Abtastausgangssignal
(e) fehlerhaft abgetastet sein. Die Abweichung zwischen dem Zeitpunkt
der führenden
Flanke des Abtasttakts (c), der der Abtastzeitpunkt ist, und dem
Flankenzeitpunkt (f) der Daten vom Komparator wird erfasst, wobei
die Größe dieses
Intervalls codiert wird. Unter der Annahme, dass z. B. mit größeren Intervall
die Zuverlässigkeit
der abgetasteten Daten höher
wird, wird das Intervall zusammen mit den Abtastdaten der Datenregenerationsschaltung
zugeführt.
Ein schmales Zeitablaufintervall zeigt an, dass die Abtastphase heikel
ist und eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Daten fehlerhaft
abgetastet worden sind, so dass die Zuverlässigkeit der abgetasteten Daten
als niedrig betrachtet werden kann. Wenn im Gegensatz hierzu das
Zeitablaufintervall breit ist, kann die Zuverlässigkeit der abgetasteten Daten
als hoch betrachtet werden.
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Dementsprechend
wird die Demodulationsleistung in der vorliegenden Erfindung verbessert durch
Erfassen der Flanke der Daten aus dem Modulationssignal, Erfassen
der relativen Zeitablaufabweichung zwischen dem Flankenzeitpunkt
und dem Abtastzeitpunkt, um Zuverlässigkeitsdaten neu zu erzeugen,
die die Zuverlässigkeit
der verschiedenen Abtastdaten anzeigen, und addieren der Zuverlässigkeitsdaten
zu den verschiedenen Abtastdaten als LSB-Daten, um Daten für verschiedene
Symbole zu erzeugen.
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Auf
diese Weise ermöglicht
die vorliegende Erfindung Daten für die verschiedenen Symbole
zu regenerieren, während
die Bedeutung auf Daten mit hoher Verlässlichkeit in der Datenregenerationsschaltung
gelegt wird durch Erlangen von Zuverlässigkeitsdaten für alle Abtastdaten.
Wenn somit Daten aufgrund einer fehlerhaften Abtastung invertiert
wurden, kann deren Einfluss minimiert werden. Mit anderen Worten,
selbst wenn die Abtastdaten fälschlicherweise
z. B. 0 werden, können
die Daten in Ausdrücken
in einer Ebene nahe Eins verarbeitet werden, solange die Datenflanke
und der Abtastzeitablauf benachbart sind, was ermöglicht,
den Einfluss dieser Art von fehlerhaften Daten auf die Datenregenerationsschaltung
zu minimieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Beispiels des Standes der Technik.
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2 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das die Operation des Beispiels des Standes
der Technik zeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das die Operation der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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5 zeigt
Invertierungsergebnisse von Abtastdaten unter Verwendung von Zuverlässigkeitsdaten.
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6 und 7 zeigen
Konvertierungsergebnisse von Abtastdaten unter Verwendung von Mehrbit-Zuverlässigkeitsdaten.
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8 ist
ein Blockdiagramm einer Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung.
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9 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das die Operation der Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung erläutert.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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3 zeigt
eine RDS-Demodulationsvorrichtung als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ein
mit RDS-Signalen multiplexiertes FM-Kompositsignal wird in eine
57kHz-BPF-Schaltung 1 eingegeben,
wobei die RDS-Signale getrennt werden und anschließend in
einen Komparator 2 eingegeben werden. Ein Komparatorausgang
wird einer Trägerregenerationsschaltung 3 zugeführt, die
eine Costas-Schleife zum Regenerieren eines 57kHz-Trägers umfasst,
und mittels eines D-Flip-Flops 4 (im Folgenden als D-FF
bezeichnet) mit einem von der Trägerregenerationsschaltung
regenerierten 57kHz-Regenerationstakt abgetastet. Der Komparatorausgang
wird einer Flankenerfassungsschaltung 5 zugeführt, wobei
Datenflanken erfasst werden. Der Flankenzeitpunkt und der Abtastzeitpunkt
werden einer Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung 6 zugeführt, wobei
die Abweichung zwischen der Datenflanke und dem Abtastzeitpunkt
erfasst wird.
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Wie
in den Wellenformen der 4 gezeigt ist, wird ein in 4(a) gezeigtes RDS-Signal (hier einfach
mit drei Trägern
gezeigt, obwohl ein echtes RDS-Signal 24 Träger pro
Symbol aufweist) vom BPF (Bandpassfilter) 1 ausgegeben,
wobei das in (d) gezeigte Signal am Komparatorausgang erhalten wird.
Der 57kHz-Regenerationstakt, der von der Trägerregenerationsschaltung 3 regeneriert
wird, wird als Takteingang in das D-FF 4 zu dem in (c)
gezeigten Zeitpunkt eingegeben (mit einer Phase von 90° bezüglich des
Trägersignals
(b)). Als Ergebnis wird das in (e) gezeigte Signal als Ausgang des
D-FF 4 erhalten. Andererseits werden die Datenflanken (f)
von der Flankenerfassungsschaltung 5 auf der Grundlage
des Komparatorausgangs (d) erfasst, wobei die Datenflanken (f) zusammen
mit dem Regenera tionstakt (c), der den Abtastzeitablauf repräsentiert,
in die Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung 6 eingegeben werden.
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Bei
der Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung 6 werden
die Datenflanken (F), die von der Flankenerfassungsschaltung 5 erfasst
wurden, und der Abtastzeitablauf, der die führenden Flanken des Regenerationstakts
(c) darstellt, verglichen, wobei die Flankenintervalle codiert und
als Zuverlässigkeitsdaten
ausgegeben werden. Genauer, unter den Datenflanken, die nahe den
Abtastflanken existieren, werden die Intervalle für die Datenflanken
am nächsten zu
den Abtastflanken ausgewählt.
Wenn die Trennung eines Intervalls gleich 4 oder mehr Takte bei
einem Systemtakt von z. B. 4 MHz ist, wird die Zuverlässigkeit
der Abtastdaten als hoch betrachtet und die Zuverlässigkeitsdaten
1 werden ausgegeben. Wenn die Trennung kleiner als 4 Takte ist,
wird die Zuverlässigkeit
der Abtastdaten als niedrig betrachtet und Zuverlässigkeitsdaten
0 werden ausgegeben.
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Die
Zuverlässigkeitsdaten
und die Abtastdaten (e) vom D-FF 4 werden in die Datenregenerationsschaltung 7 eingegeben,
die Biphasen-Symboldaten regeneriert. In einer Datenkonvertierungsschaltung 70 in
der ersten Stufe der Datenregenerationsschaltung 7 werden
die Zuverlässigkeitsdaten zum
LSB der Abtastdaten für
eine Konvertierung zu 2-Bit-Daten addiert. Die Konvertierungsverarbeitung zu
2-Bit-Daten wird gemäß 5 durchgeführt. Auf diese
Weise werden Abtastdaten mit hoher Zuverlässigkeit als eine Ebene 3 (binär 11) oder
0 (binär
00) verarbeitet, und Abtastdaten mit geringer Zuverlässigkeit
als Ebene 1 (binär
01) oder 2 (binär
10) verarbeitet.
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Anschließend wird
eine Verarbeitung in der Datenregenerationsschaltung 7 unter
Verwendung der 2-Bit-Daten von der Konvertierung durchgeführt. Mit
anderen Worten, um zuerst die Störungskomponenten
zu beseitigen, werden die 2-Bit-Abtastdaten von der Konvertierung
in ein Tiefpassfilter 71 eingegeben, das z. B. die Symbolrate
für das
Durchlassband aufweist, wobei ein integriertes Ergebnis der Abtastdaten
in Symboleinheiten erhalten wird. Der Filterausgang wird mit einem
vorgegebenen Schwellenwert bei einem Biphasen-Decodierer 72 verglichen
und es werden Daten entsprechend dem Vergleichsergebnis ausgegeben.
Zum Beispiel werden die Daten als 1 beurteilt, wenn der Filterausgang
größer oder
gleich 2 ist, und die Daten werden als 0 beurteilt, wenn der Filterausgang
kleiner oder gleich 1 ist. Als Ergebnis werden viele der Datensignale,
die fehlerhaft abgetastet worden sind, wie z. B. aufgrund des Einflusses
von Störungen,
als Signale der Ebene 1 oder 2 verarbeitet, so dass der Einfluss
der fehlerhaft abgetasteten Daten auf den Filterausgang minimiert
werden kann, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Zuverlässigkeitsdaten
nicht als LSB-Daten addiert werden. Mit anderen Worten, ohne die
LSB-Daten werden die fehlerhaft abgetasteten Daten mit der gleichen
Gewichtung (3 oder 0) wie die korrekt abgetasteten Daten verarbeitet,
wobei die fehlerhaften Daten den Filterausgang stark beeinflussen.
Selbst wenn mehrere Abtastdatensignale aufgrund des Einflusses von
Störungen
fehlerhaft sind, kann das gewünschte
Symbol korrekt regeneriert werden, solange mehrere Datensignale
mit hoher Zuverlässigkeit in
der Symbolperiode erhalten werden.
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Eine
Biphasen-Decodierung wird mittels Differentialverarbeitung der verschiedenen
Symboldaten mittels Biphasen-Decodierers 72 durchgeführt, wobei
differentiell codierte RDS-Daten an einen Differentialdecodierer 73 ausgegeben
werden, wo eine Differentialdecodierung durchgeführt wird und die RDS-Daten
regeneriert werden.
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In
der obigen Beschreibung wurden die Daten, die von der Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung 6 ausgegeben
werden, als 1-Bit-Daten angenommen, jedoch ist es auch möglich, Mehrbit-Zuverlässigkeitsdaten
von dem Intervall zwischen dem Abtastzeitpunkt und dem Datenflankenzeitpunkt
auszugeben und der Datenregenerationsschaltung 7 zuzuführen. In
dem Fall der Ausgabe von 2-Bit-Zuverlässigkeitsdaten ist es z. B.
möglich,
eine Signalverarbeitung bei der Datenregenerationsschaltung durchzuführen und
Zuverlässigkeitsdaten
zum LSB entsprechend der in 4 gezeigten
Regel zu addieren, um 3-Bit-Daten
zu erhalten. Mit anderen Worten, in einer Konfiguration, in der
die Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung 6 Zuverlässigkeitsdaten
mit einem großen
Wert für
hohe Zuverlässigkeit
ausgibt, wird die Datenregenerationsverarbeitung durchgeführt durch
Addieren des Komplements der Zuverlässigkeitsdaten (genauer des
Einerkomplements) zum LSB, wenn die Abtastdaten gleich 0 sind, und
durch Addieren der Zuverlässigkeitsdaten
ohne Änderung zum
LSB, wenn die Abtastdaten gleich 1 sind. Im Gegensatz hierzu, wie
in 7 gezeigt ist, wird in einer Konfiguration, in
der die Zuver lässigkeit-Beurteilungsschaltung 6 Zuverlässigkeitsdaten
mit einem kleinen Wert für
hohe Zuverlässigkeit
ausgibt, vorzugsweise Zuverlässigkeitsdaten
ohne Änderung zum
LSB addiert, wenn die Abtastdaten gleich 0 sind, und das Komplement
der Zuverlässigkeitsdaten
zum LSB addiert, wenn die Abtastdaten gleich 1 sind.
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Eine
konkrete Konfiguration der Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung
wird als nächstes
beschrieben.
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8 zeigt
die konkrete Konfiguration der Zuverlässigkeit-Beurteilungsschaltung 6,
während 9 das
Zeitablaufdiagramm für
die Beurteilungsverarbeitung zeigt.
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Zuerst
werden der Flankenerfassungsausgang (f) von der Flankenerfassungsschaltung 5 und der
Regenerationstakt (c) zum Abtasten in die ersten und zweiten Zähler 61, 62 eingegeben,
wobei Flankenintervalle unter Verwendung des Systemtakts CLK gezählt werden.
Der Zähler 61 erfasst
das Interfall t1 (9(g)) zwischen der
Datenflanke e1 und der Abtastflanke c1, und das Intervall t3 (9(g)) der Datenflanke c1, und das Intervall
t3 (9(g)) zwischen der Datenflanke
e3 und der Abtastflanke c2, während
der Zähler 62 das
Intervall t2 (9(h)) zwischen der Datenflanke
e2 und der Abtastflanke c1 und das Intervall c4 (9(h))
zwischen der Datenflanke e4 und der Abtastflanke c2 erfasst. Die
gezählten
Ergebnisse d1 und d3 (9(i)) für die Perioden t1
und t3 und die gezählten
Ergebnisse d2 und d4 (9(j)) für die Perioden
t2 und t4 in den Zählern 61, 62 werden
von einer Minimalauswahlschaltung 63 aufgenommen, wo das
kleinere der gezählten
Ergebnisse ausgewählt
wird. In diesem Beispiel werden d1, dass das gezählte Ergebnis für die Periode
t1 ist, und d3, dass das gezählte
Ergebnis für
die Periode t3 ist, ausgewählt
und anschließend
in eine Codiererschaltung 64 einer späteren Stufe eingegeben. Die
Codiererschaltung 64 gibt Zuverlässigkeitsdaten 1 aus, wenn
die Ausgabe der Minimalauswahlschaltung 63 größer oder
gleich 4, und gibt Zuverlässigkeitsdaten
0 aus, wenn der Ausgang der Minimalwertauswahlschaltung 63 kleiner
als 4 ist. Die auf diese Weise erzeugten Zuverlässigkeitsdaten werden zusammen
mit den Abtastdaten S1 und S2 (9(l)), die
die Ausgaben des D-FF 4 sind, in die Datenregenerationsschaltung
eingegeben.
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Obwohl
beschrieben worden ist, was derzeit als eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung betrachtet wird, ist klar, dass verschiedene Modifikationen
daran vorgenommen werden können,
wobei die beigefügten
Ansprüche
alle solchen Modifikationen, die in dem Umfang der Erfindung fallen,
abdecken sollen.