DE9301170U1

DE9301170U1 - Inkohärenter Demodulator mit Viterbi-Detektion

Info

Publication number: DE9301170U1
Application number: DE9301170U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2003-01-29

Description

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R. 25902
26.1.1993 Bc/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 30

Inkohärenter Demodulator mit Viterbi-Detektion Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Demodulation von gedachtnxsbehaftet modulierten Signalen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist eine Vorrichtung zur Demodulation von gedächtnisbehaftet modulierten Signalen bekannt, bei der ein kohärenter Demodulator aus den modulierten Signalen eine Folge von Abtastwerten ermittelt und diese an einen Viterbi-Detektor weiterleitet. Der Viterbi-Detektor detektiert aus der Folge der Abtastwerte eine binäre Datenfolge. Diese Vorrichtung erfordert jedoch einen kohärenten Demodulator, der eine phasenkohärente Trägerregelung besitzt. Die Ausgestaltung der phasenkohärenten Trägerregelung ist technisch sehr aufwendig und teuer.

Das Verfahren der Maximum-Likelihood-Sequence-Estimation unter dem Einfluß von linearen Kanalverzerrungen mittels Viterbi-Detektion ist erstmals bei G.D. Forney: "Maximum Likelihood Sequence Estimation for Digital Sequences in the Presence of Intersymbol Interference", IEEE Trans, on Information Theory, vol. IT-18 (1972), S. 363 bis und bei K.D. Kammeyer "Nachrichtenübertragung", Teubner Stuttgart, 1992, beschrieben.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein inkohärenter Demodulator verwendet wird und dieser keine phasenkohärente Trägerregelung erfordert und somit kostengünstig ausgeführt werden kann.

Durch die Anordnung des inkohärenten Demodulators mit einem Viterbi-Detektor wird insbesondere die Beseitigung linearer Kanalverzerrungen bei der Übertragung von Datensignalen mit geringem Aufwand ermöglicht. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß ein Korrelator die Impulsantwort des realen Ersatzübertragungssystems unter Annahme eines linearen Ersatzübertragungssystems ermittelt.

Des weiteren ist von Vorteil, daß der Korrelator durch Vergleich der vom inkohärenten Demodulator demodulierten Signale wahlweise mit einer Trainingsseguenz (während einer Lernphase) oder mit den vom Viterbi-Detektor detektierten Daten die Impulsantwort des linearen Ersatzübertragungssystem während der Übertragung von Daten ermittelt. Dadurch kann die Impulsantwort des linearen Ersatzübertragungssystems der Impulsantwort des realen Übertragungssystems, das sich zeitlich ändert, angepaßt werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Übertragungssystem mit einem inkohärenten Demodulator,

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wobei die Impulsantwort des Übertragungssystem^ während der Trainingsphase ermittelt wird, Figur 2 ein Übertragungssystem mit einem inkohärenten Demodulator, wobei die zeitlich sich ändernde Impulsantwort während des Empfangs von Datenwerten laufend aktualisiert wird.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Figur 1 zeigt eine Datenquelle 1, die entsprechend den zu übertragenden digitalen binären Werten gewichtete digitale Impulse liefert und diese an einen Impulsformer 2 weitergibt. Der Impulsformer 2 wandelt die diskreten Datenimpulse in gewichtete Impulse bestimmter Form (z.B. Rechteck für Freguency-Shift-Keying oder Gaußform für Gauß-Minimum-Shift-Keying) um und führt diese einem Frequenz-Modulator (FM-Modulator) 3 zu. Der FM-Modulator 3 variiert in Abhängigkeit vom Momentanwert des impulsgeformten Datensignals die Frequenz eines Trägersignals. Das Trägersignal wird anschließend über eine Übertragungsstrecke (Übertragungskanal) 6 übertragen.

Da auf einer Übertragungsstrecke 6 mehrere Trägerfrequenzen übertragen werden bzw. vorhanden sind, wird die interessierende Frequenz mit einem Bandbegrenzungsfilter (ZF-Filter) 4 aus dem vorhandenen Frequenzspektrum herausgefiltert· Das gefilterte frequenzmodulierte Trägersignal wird einem inkohärenten FM-Demodulator 5 zugeführt. Der inkohärente FM-Demodulator 5 ermittelt aufgrund der Frequenzmodulation eine Folge von Abtastwerten und gibt diese an den Korrelator 12 und den Viterbi-Detektor 11 weiter.

In einem zweiten Speicher 9 ist eine Trainingssequenz an Datenfolgen abgelegt. Die gleiche Trainingssequenz wird von der Datenquelle 1 über den Inpulsformer 2, den Modulator 3, den Übertragungskanal 6, dem ZF-Filter 4 und dem inkohärenten Demodulator 5 an den Korrelator 12 übertragen. Um die Impulsantwort des realen Ubertragungssystems

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durch Annahme eines linearen Übertragungssystems zu ermitteln, korreliert der Korrelator 12 die vom inkohärenten Demodulator 5 aus der Übertragung der Trainingssequenz demodulierten Abtastwerte mit der im zweiten Speicher 9 abgelegten Trainingsseguenz und ermittelt so die Impulsantwort des linearen Ersatzübertragungssystems.

Die Kreuzkorrelationskoeffizienten stellen Abtastwerte der Impulsantwort dar und werden vom Korrelator 12 im ersten Speicher 10 abgelegt. Der erste Speicher 10 stellt die Kreuzkorrelationskoeffizienten dem Viterbi-Detektor 11 zur Entscheidung der binären Datenfolge zur Verfügung. Der Viterbi-Detektor 11 gibt die binäre Datenfolge zur weiteren Verarbeitung z.B. zur Bildguelldecodierung oder Sprachquelldecodierung aus.

Figur 2 zeigt einen inkohärenten Demodulator 5 nach Abschluß der Trainingsphase, der eine modulierte, z.B. frequenzmodulierte, Trägerfrequenz empfängt und aus der Frequenzmodulation die vom Impulsformer 2 gebildete Datenimpulsfolge ermittelt. Der Demodulator 5 führt die Datenfolge dem Viterbi-Detektor 11 und dem Korrelator 12 zu. Der Viterbi-Detektor 11 entscheidet aufgrund der Eingangsfolge eine binäre Datenfolge (0,1) unter Verwendung der im ersten Speicher 10 abgelegten Impulsantwort des linearen Ersatzsystems h(k). Der Viterbi-Detektor 11 gibt die entschiedene binäre Datenfolge an den Korrelator 12 weiter und zur weiteren Verarbeitung, z.B. zur Bildguelldecodierung oder Sprachquelldecodierung, aus.

Der Korrelator 12 korreliert die vom inkohärenten Demodulator 5 ermittelte Abtastfolge mit der vom Viterbi-Detektor 11 daraus entschiedenen binären Datenfolge. Der Viterbi-Detektor 11 ruft eine Verzögerung hervor. Dementsprechend muß auch das Ausgangssignal des Demodulators 5, das dem Korrelator 12 zugeführt wird, durch ein Verzögerungsglied 13 verzögert werden. Auf diese Weise werden die Werte der Impulsantwort h(k) des linearen Ersatzsystems fortlaufend

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aktualisiert und in festgelegten zeitlichen Abständen vom Korrelator 12 dem ersten Speicher 10 übergeben. Der Viterbi-Detektor 11 verwendet bei der weiteren Detektion die neuen Kreuzkorrelationskoeffizienten der Impulsantwort h(k), die im ersten Speicher 10 abgelegt sind.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 und 2 wird näher erläutert. Die Verwendung eines inkohärenten Demodulators, z.B. eines Diskriminator-Demodulators oder eines Differentiellen Demodulators, wie in J.B. Anderson,"Digital Phase Modulation", Plenum Press, New York 1989 beschrieben, und eines Viterbi-Detektors zur Maximum-Likelihood-Sequenz-Estimation (MLSE), beschrieben bei G.D. Forney: "Maximum Likelihood Sequence Estimation for Digital Sequence in the Presence of Intersymbol Interference", IEEE Trans, on Information Theory, vol. IT-18 (1972), S. 363 bis 378 und bei K.D. Kammeyer "Nachrichtenübertragung", Teubner Stuttgart, 1992, S. 445-448, unter Intersymbolinterferenz-Einfluß erfordert eine Neudefinierung der Impulsantwort des Übertragungssystems, da sich infolge der inkohärenten Demodulation unter Bandbegrenzung insgesamt ein nicht lineares Übertragungsverhalten ergibt.

Das Übertragungssystem besteht in diesem Beispiel aus einem Impulsformer 2, einem FM-Modulator 3, einem Übertragungskanal 6, einem ZF-Filter 4 und einem inkohärenten FM-Demodulator 5. Der Viterbi-Detektor 11 verwendet die im ersten Speicher 10 abgelegten Kreuzkorrelationskoeffizienten des Übertragungssystems zur Entscheidung der binären Daten aus der vom Demodulator 5 ermittelten Abtastfolge. Die Impulsantwort des Übertragungssystems wird ermittelt, indem näherungsweise anstelle des realen Übertragungssystems ein lineares Ersatzübertragungssystems angenommen wird. Die Theorie des linearen Ersatzsystems ist in K.D. Kammeyer "Nachrichtenübertragung", Teubner Stuttgart, 1992, S. 60-64 und S. 449-455 beschrieben.

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Das Verfahren ist besonders unter schwach nicht linearen Eigenschaften des realen Übertragungssystems leistungsfähig, wie es bei dem gewählten Beispiel bei Verwendung eines nicht idealen Bandbegrenzungs(ZF)-Filters 4 vor dem inkohärenten FM-Demodulator 5 der Fall ist. Zur schaltungstechnischen Realisierung des linearen Ersatzsystems wird der Korrelator 12 verwendet, der die Berechnung der Impulsantwort und der daraus folgenden Kreuzkorrelationskoeffizienten des linearen Ersatzsystems ermöglicht.

Zur Ermittlung der Kreuzkorrelationskoeffizienten und damit der Im-.pulsantwort vergleicht der Korrelator 12 unter Annahme des linearen Ersatzübertragungssystems die vom inkohärenten FM-Demodulator 5 dem Korrelator 12 zugeführte Abtastfolge, mit den digitalen Impulsen, die von der Datenquelle 1 ausgegeben wurden und aus denen die Abtastfolge ermittelt wurde.

Die Impulsantwort h (k) wird z.B. bei redundanzfreien Daten als Wiener-Lösung folgendermaßen ermittelt:

h(k)= r

yu u

wobei s die Leistung der Sendedaten und r , (k) die Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen der vom inkohärenten Demodulator 5 erhaltenen Abtastfolge am Eingang des Viterbi-Detektors 11 und den von der Datenquelle 1 ausgegebenen digitalen Impulsen beschreiben.

Bei realen Übertragungssystemen, die nicht von der Zeit abhängen, kann, wie in Figur 1 dargestellt, die Impulsantwort einmal ermittelt werden und dem Viterbi-Detektor 11 über einen ersten Speicher 10 zur Verfugung gestellt werden. Bei dieser Vorrichtung entscheidet der

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Viterbi-Detektor 11 die vom inkohärenten Demodulator 5 ermittelte Abtastfolge mit Hilfe der einmal ermittelten Kreuzkorrelationskoeffizienten.

Bei zeitlich sich ändernden realen Übertragungssystemen wird nach Abschluß einer Trainingsphase eine Vorrichtung, wie in Figur 2 dargestellt, verwendet. Bei dieser Vorrichtung wird eine modulierte
Trägerfrequenz vom inkohärenten Demodulator 5 demoduliert und die ermittelte Abtastfolge an den Viterbi-Detektor 11 und über das Verzögerungsglied 13 an den Korrelator 12 weitergegeben. Der Viterbi-Detektor 11 entscheidet eine binäre Datenfolge unter Verwendung der vom Korrelator 12 ermittelten und im ersten Speicher 10 abgelegten Kreuzkorrelationskoeffizienten. Da sich das reale Übertragungssystem mit der Zeit ändert, vergleicht der Korrelator 12 die vom inkohärenten Demodulator 5 übergebene Abtastfolge mit der vom Viterbi-Detektor 11 entschiedenen binären Datenfolge. Der Korrelator 12 ermittelt aus dem Vergleich die Kreuzkorrelationskoeffizienten und gibt diese an den ersten Speicher 10 weiter.

Der Viterbi-Detektor 11 verwendet zur Entscheidung der binären Daten die aktuellen Kreuzkorrelationskoeffizienten, die im ersten Speicher 10 abgelegt sind.

Claims

R. 25902 26.1.1993 Bc/Hm ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 30 Ansprüche

1. Vorrichtung zur Demodulation von Signalen, die nach gedächtnisbehafteten Modulationsverfahren, insbesondere nach kontinuierlichen Phasenmodulationsverfahren moduliert sind, mit einem Demodulator und einem Viterbi-Detektor, dadurch gekennzeichnet, daß als Demodulator ein inkohärenter Demodulator (5) zur Demodulation der modulierten Signale angeordnet ist, daß weiterhin der Viterbi-Detektor (11) mit dem inkohärenten Demodulator (5) und einem ersten Speicher (10) verbunden ist und daß die vom inkohärenten Demodulator (5) demodulierten Signale vom Viterbi-Detektor (11) unter Verwendung der vom ersten Speicher (10) dem Viterbi-Detektor (11) zugeführten Kreuzkorrelationskoeffizienten der Impulsantwort des verwendeten Übertragungsystems nach dem Maximum-Likelihood-Seguence-Estimation Verfahren entscheidbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß einem Korrelator (12) die demodulierten Signale des inkohärenten Demodulators (5) zuführbar sind und

daß vom Korrelator (12) aus dem Vergleich der von einer Datenquelle (1) ausgegebenen Signale mit den vom inkohärenten Demodulator (5) daraus demodulierten Signalen unter Annahme eines linearen Ersatzübertragungssystems eine lineare Impulsantwort ermittelbar ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die dem inkohärenten Demodulator (5) während einer Trainingsphase über einen Impulsformer (2), einen FM-Modulator (3), einen Ubertragungskanal (6) und einem ZF-Filter (4) zugeführten Signale der Datenquelle (1) in einem zweiten Speicher (9) abgelegt sind, daß die im zweiten Speicher (9) abgelegten Signale dem Korrelator (12) zuführbar sind,

daß die vom inkohärenten Demodulator (5) demodulierten Signale dem Korrelator (12) zuführbar sind, und

daß vom Korrelator (12) die Impulsantwort des realen Übertragungssystems unter Annahme eines linearen Ersatzübertragungssystems ermittelbar ist, und daß die Impulsantwort dem Viterbi-Detektor (11) zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Korrelator (12) über ein Verzögerungsglied (13) mit dem Ausgang des inkohärenten Demodulators (5) und dem Ausgang des Viterbi-Detektors (11) verbunden ist und

daß vom Korrelator (12) die Impulsantwort unter Annahme des linearen Ersatzübertragungssystems durch Vergleich der vom inkohärenten Demodulator (5) demodulierten Signale mit den vom Viterbi-Detektor (11) detektierten Daten ermittelbar ist und dem Viterbi-Detektor (11) zugeführt wird.