WO1999067736A1 - Verfahren zum auswerten eines eingangsdatensignals und schaltungsanordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum auswerten eines eingangsdatensignals und schaltungsanordnung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO1999067736A1
WO1999067736A1 PCT/IB1999/001128 IB9901128W WO9967736A1 WO 1999067736 A1 WO1999067736 A1 WO 1999067736A1 IB 9901128 W IB9901128 W IB 9901128W WO 9967736 A1 WO9967736 A1 WO 9967736A1
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data signal
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PCT/IB1999/001128
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Wolfgang Tobergte
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Koninklijke Philips Electronics N.V.
Philips Ab
Philips Corporate Intellectual Property Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008—General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating an input data signal generated by load modulation and to a circuit arrangement for carrying out such a method.
  • the data transmission from the data carrier to the read / write device and vice versa is checked on the basis of the so-called maximum read / write distance.
  • the maximum read / write distance provides an important criterion for the behavior of the devices mentioned.
  • the contactless data carriers are magnetically coupled to the read / write device. Both the energy for powering the data carrier and the data signals themselves are transmitted via the magnetic coupling.
  • the data signals are transmitted from the data carrier to the read / write device by load modulation.
  • an additional impedance referred to as load impedance, is switched on and off on the data carrier with the data signal.
  • load impedance an additional impedance, referred to as load impedance, is switched on and off on the data carrier with the data signal.
  • a first impedance 3 is connected, which serves as a fixed load, and a load impedance 5 that can be connected via a switch 4.
  • the switch 4 is preferably controlled electronically by the data signal to be transmitted from the data carrier to the read / write device, compare the Arrow 6
  • the ISO / TEC JTC1 / SC17 / WG8 / TF2 standard presents a measuring arrangement for determining the modulation of the data carrier with a coil arrangement, which is shown schematically in FIG. 2, the mechanical and electrical ones Data of this measuring arrangement are defined in the document "Working Draft ISO / 124443".
  • a field coil 7 generates a magnetic field with an adjustable field strength. Without a data carrier, this field induces in two measuring coils 8, 9, which are symmetrical to the field coil Equal voltages are arranged 7.
  • the two measuring coils 8, 9 are connected in series in phase opposition, so that the differential voltage from the voltages induced in the measuring coils is at least approximately zero.
  • a load modulation of the data carrier thus effects an amplitude modulation of the differential voltage.
  • This amplitude-modulated differential voltage is designated in FIG. 2 by the reference symbol UD. It has been shown in practice that the evaluation of the amplitude modulation from
  • the invention has for its object to provide a method and a circuit arrangement which enable a more reliable evaluation of a data signal transmitted by load modulation. According to the invention, this object is achieved by a method according to
  • the method according to the invention and the circuit arrangement according to the invention make use of the knowledge that not only a modulation of the amplitude but also of the phase occurs due to the load modulation. Through the invention, both the amplitude modulation and the phase modulation are evaluated together, whereby greater interference immunity can be achieved.
  • a plurality of transmission parameters can be determined very easily at the same time for measurement purposes. These parameters can be recorded and determined in automatic measuring devices.
  • the process according to the invention turns the through
  • Load modulation generated input data signal allows a determination of the modulation properties.
  • a complex data signal is first generated from the input data signal.
  • this can be achieved by quadrature mixing and by assigning the So-called LN phase signals of a quadrature mixer used for the real part and the quadrature signal for the imaginary part of a complex envelope are made for the complex data signal, which is now in the form of the complex envelope, is then in the complex level, ie in the representation of this signal as complex Locus curve, a decision is determined by approximating the complex envelope to a straight line, rotating it by 90 ° in the representation of the complex locus and laying it through the mean value of the complex envelope.
  • the decision envelope makes the complex envelope m two areas for the two load states "loaded” and "unloaded” divided, which are to be distinguished in the demodulation of the input data signal generated by load modulation.
  • the two mean values of the complex envelopes can be determined for these two load states and an evaluation d he modulation properties and the input data signal can be carried out instead of the complex envelope, a complex baseband signal can also be evaluated.
  • the evaluation can also be carried out by digital or analogue Fourier transformation.
  • sampling can be carried out in the time domain, and preferably by means of two sample and hold circuits, the sampling times of which are offset by at least almost a quarter of the period of the carrier oscillation of the input data signal
  • the amphtudy stroke can be determined from the signal values separately averaged for the loaded and the unloaded state by evaluating the amplitude modulation, which results from the difference between the amounts of the two mean values for the two states. This value, divided by the sum of the amounts of the two mean values mentioned determines the modulation index
  • the phase modulation can be evaluated by determining the phase angles of the input data signal for the two states on average.
  • the amount of the difference between the two complex mean values for the loaded and for the unloaded state can be evaluated as a complex modulation stroke.
  • the invention can preferably be used in a device for evaluating an input data signal which is generated by a data carrier by load modulation.
  • these are measuring devices; on the other hand, it can also be used in a wide variety of data communication applications. In practice, high transmission security can be achieved in a wide variety of applications.
  • FIGS. 3 to 10 of the drawing An embodiment of the invention is shown in FIGS. 3 to 10 of the drawing and is described in more detail below. Show it
  • Fig. 3 is a block diagram of a circuit arrangement according to the invention
  • Fig. 4 shows an example of a typical time course of the
  • FIG. 5 shows a representation of a complex envelope according to real part and imaginary part generated from the input data signal according to FIG. 4,
  • FIG. 6 shows a representation of the complex envelope according to FIG. 5 as a complex locus
  • FIG. 7 shows a diagram to illustrate the signal processing steps for evaluating the input data signal or the complex envelope
  • FIG. 8 shows a somewhat more detailed illustration of a part of the circuit arrangement according to FIG. 3
  • FIG. 9 shows a somewhat more detailed illustration of a further part of the
  • FIG. 10 shows a further diagram for signal evaluation according to the invention, represented as a complex locus.
  • the circuit arrangement according to FIG. 3 has an input 11, to which, for example, the differential voltage UD according to FIG. 2 is supplied as an input data signal.
  • This differential voltage UD has, for example, a time profile, as shown in FIG. 4.
  • t is the time.
  • tb there is the "loaded” state, ie the switch 4 in FIG. 1 is conductive.
  • tu there is the unloaded state in which the switch 4 in FIG. 1 is non-conductive.
  • the amplitude of the input data signal is thus in the loaded state (Differential voltage UD) less than in the unloaded state
  • the circuit arrangement according to Fig. 3 also contains a quadrature mixer
  • the complex envelope formed in this way can be represented as a temporal course of the real part and the imaginary part. This is shown in FIG. 5, in which FIG. 5a shows the real part R and FIG. 5b the imaginary part I of the complex envelope over time t.
  • FIG. 6 Another representation of the complex envelope is shown as a complex locus according to FIG. 6.
  • the real part R and the imaginary part I span the representation level in which the individual signal values of the complex envelopes are entered according to the real part R and imaginary part I.
  • FIG. 6 shows a series of signal values for the complex envelope, such as result from a signal curve according to FIGS. 4 and 5. This
  • the illustration has two accumulations of signal values, which are marked by circles in FIG. 6 and are designated by the reference symbols U for the unloaded state and B for the loaded state.
  • the complex envelope is divided into two areas in the representation as a complex locus curve according to FIG. 6, whereby one area is assigned to the unloaded state of the data carrier, the other to the state of the loaded data carrier.
  • a decision line also called decision threshold
  • the mean value of the complex envelope can first be determined by separately calculating the mean values both for the real part R and for the imaginary part I.
  • the resulting mean M of complex envelope which also represents a complex value, is shown in FIG. 6 as an arrow.
  • the circuit arrangement according to FIG. 3 contains a mean value detector 14 for the described mean value determination.
  • the complex envelope from the complex output 13 of the quadrature mixer 12 is fed to the mean value detector 14.
  • An average value RM is formed from the real part R in the mean value detector 14.
  • a mean value LM is independently formed in the mean value detector 14.
  • the mean values RM and LM together form the complex mean value M of the complex envelope, which is provided at an output 15 of the mean detector 14.
  • the circuit arrangement according to FIG. 3 also contains a subtraction circuit 16, which separates the complex envelope, according to real part R and imaginary part I, at a first input 17, and via a second input 18 the mean value M of the complex envelope, separated according to real part RM and imaginary part EM , are fed. At the output 19 of the subtraction circuit 16 there is then an averaged complex signal, i.e. the mean-free complex envelope. This is plotted in FIG. 7 as a locus curve, here in the representation of the imaginary part I-IM over the real part R-RM of the complex envelope without mean value.
  • the decision threshold E is represented as a straight line which leads between the signal values of the complex envelopes for the loaded state and the unloaded state by the mean value M of the complex envelopes or by the zero point in the representation of the mean-free complex envelopes is.
  • the slope of the decision threshold can be determined by approximating the complex envelope on a straight line and by rotating this straight line by 90 ° in the position curve display.
  • the approximating straight line is identified by G in FIGS. 6 and 7.
  • the slope of the approximating straight line G and thus the decision threshold E is preferably determined by calculating the smallest square of errors.
  • FIG. 7 shows an explanation
  • FIG. 8 shows an example of a circuit arrangement that carries out this signal operation. 8 shows an example of what is also referred to as a phase detector
  • Circuit position which is designated in Fig. 3 with the reference numeral 20.
  • This phase detector 20 is connected to the output 19 of the subtraction circuit 16 for supplying the complex envelopes free of mean values.
  • a slope signal is emitted at an output 21 of the phase detector 20.
  • the output 19 of the Subtraction circuit 16 ago the imaginary part I-LM of the mean-free, complex envelope supplied to a first input 22 of a first multiplication circuit 23.
  • the real part R-RM of the mean-value-free complex envelope is fed to the first multiplication circuit 23 at a second input 24.
  • the signal corresponding to the product of this real part and the imaginary part is sent to a first stage 25 to form a
  • Decision circuit 29, also called decision maker, which is shown in somewhat more detail in FIG. 9.
  • the decision-maker 29 comprises a second subtraction circuit 30, in which, comparable to the (first) subtraction circuit 16, the mean-value-free, complex envelope according to the real part and imaginary part is first formed by subtracting the mean value M from the complex envelope. Your imaginary part I-LM is fed directly to a first input 31 of a third subtraction circuit 32.
  • the real part R-RM of the mean-free complex envelope is multiplied in a third multiplication circuit 33 by the slope signal from the output 21 of the phase detector 20.
  • This product represents the decision threshold signal, whose representation in the complex locus is line E.
  • the decision threshold signal is fed to a second input 34 of the third subtraction circuit 32 and subtracted in this third subtraction circuit 32 from the imaginary part I-IM of the mean-free complex envelope.
  • the result is fed to a comparison circuit 35 and checked therein whether its value is greater or less than zero.
  • the decision maker thus checks whether the imaginary part of the mean-free complex envelope, also referred to as the mean-free imaginary part signal, in the representation of the complex locus above or below the decision threshold E. lies, ie above or below that value on the decision threshold E, which is due to the associated value of the real part R-RM of the mean-free complex envelope, also referred to as mean-free real part signal.
  • a switch 36 is controlled by the comparison circuit 35.
  • the changeover switch 36 connects the complex output 13 of the quadrature mixer 12 to a first decision output 37 when the "loaded" state is present; in the unloaded state, the changeover switch 36 connects the complex output 13 to a second decision output 38.
  • the circuit arrangement according to FIG. 3 each includes a further mean value detector 39 for the loaded state or 40 for the unloaded state.
  • the corresponding mean values are made available via outputs 41 and 42, respectively.
  • the mean value calculation in the mean value detectors 39, 40 can be carried out in different ways. In particular, a linear, square or geometric mean value can be determined, for example.
  • FIG. 10 shows the representation of the mean values MU or MB in a manner comparable to FIG. 6, namely without subtracting the mean value M of the complex envelope.
  • the mean values resulting in this case are designated as MUP for the unloaded state and as MBP for the loaded state and are shown as pointers in FIG. 10.
  • This representation or a corresponding signal processing is particularly recommended for evaluating the phase modulation.
  • the circuit arrangement according to FIGS. 3, 8 and 9 can be carried out with circuit modules of both the analog and the digital signal processing technology.

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Abstract

Ein Verfahren zum Auswerten eines Eingangsdatensignals und eine Schaltungsanordnung zum Durchführen dieses Verfahrens ermöglichen eine sichere Auswertung eines durch Belastungsmodulation übertragenen Datensignals. Dazu zeichnen sich das Verfahren und die Schaltungsanordnung dadurch aus, daß aus dem Eingangsdatensignal ein komplexes Datensignal abgeleitet wird, welches eine erste als Realteil bezeichnete Signalkomponente und eine zweite als Imaginärteil bezeichnete Signalkomponente aufweist; durch Mittelwertbildung des Realteils einerseits und des Imaginärteils andererseits ein Mittelwertsignal des komplexen Datensignals gebildet wird; durch Differenzbildung zwischen dem komplexen Datensignal und dem Mittelwertsignal des komplexen Datensignals ein mittelwertfreies komplexes Signal gebildet wird, umfassend ein mittelwertfreies Realteilsignal und ein mittelwertfreies Imaginärteilsignal; durch Signalmultiplikation des mittelwertfreien Realteilsignals mit sich selbst ein erstes quadratisches Fehlersignal und durch Signalmultiplikation des mittelwertfreien Realteilsignals mit dem mittelwertfreien Imaginärteilsignal ein zweites quadratisches Fehlersignal gebildet wird; aus einer Signaldivision des ersten quadratischen Fehlersignals durch das zweite quadratische Fehlersignal ein Steigungssignal gebildet wird; aus Signalmultiplikation des Steigungssignals mit dem mittelwertfreien Realteilsignal ein Entscheiderschwellensignal gebildet wird und aus dem Vergleich des mittelwertfreien Imaginärteilsignals mit dem Entscheiderschwellensignal ein Informationssignal darüber abgeleitet wird, ob ein Wert des Eingangsdatensignals aus einem belasteten oder einem unbelasteten Zustand bei der Belastungsmodulation erzeugt ist.

Description

Verfahren zum Auswerten eines Eingangsdatensignals und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswerten eines durch Belastungsmodulation erzeugten Eingangsdatensignals sowie auf eine Schaltungsanordnung zum Durchfuhren eines derartigen Verfahrens.
In magnetisch gekoppelten, kontaktlosen Identifikationssystemen, die aus einem oder mehreren kontaktlosen Datenträgern und einem Schreib-Lesegerat bestehen, wird die Datenübertragung vom Datenträger zum Schreib-Lesegerat und umgekehrt anhand des sogenannten maximalen Lese-Schreib-Abstandes überprüft. Insbesondere, wenn das Schreib- Lesegerat und der bzw. die Datenträger nur in der überprüften Kombination zu betreiben sind, liefert der maximale Lese-Schreib- Abstand ein bedeutsames Kriterium für das Betπebs verhalten der genannten Vorrichtungen.
Die kontaktlosen Datenträger sind mit dem Schreib-Lesegerat magnetisch gekoppelt. Sowohl die Energie zur Stromversorgung der Datenträger als auch die Datensignale selbst werden über die magnetische Kopplung übertragen. Die Übertragung der Datensignale von dem Datenträger zum Schreib-Lesegerat erfolgt durch eine Belastungsmodulation. Dazu wird eine zusätzliche Impedanz, als Belastungsimpedanz bezeichnet, auf dem Datenträger mit dem Datensignal ein- und ausgeschaltet. Eine derartige Anordnung ist grob schematisch in Fig. 1 wiedergegeben. Dann bilden eine Induktivität 1 des Schreib-Lesegerats und eine Induktivität 2 des Datenträgers die Anordnung zur magnetischen Kopplung für die Datensignale und die Stromversorgung. Parallel zur Induktivität 2 des Datenträgers ist eine erste Impedanz 3 geschaltet, die als feste Last dient, und eine über einen Schalter 4 zuschaltbare Belastungsimpedanz 5. Der Schalter 4 wird vorzugsweise elektronisch durch das vom Datenträger zum Schreib-Lesegerat zu übertragende Datensignal gesteuert, vergleiche den Pfeil 6
Zur unabhängigen Entwicklung des Schreib-Lesegerates einerseits und des Datenträgers andererseits und zur Definition der Betriebsparameter ist im Sinne einer
Normierung durch die ISO-Norm 14443 eine Spezifizierung dieser beiden Komponenten notwendig. In diesem Zusammenhang ist in der Norm ISO/TEC JTC1/SC17/WG8/TF2 eine Meßanordnung zur Bestimmung der Modulation des Datenträgers mit einer Spulenanordnung vorgestellt, die schematisch m Fig 2 wiedergegeben ist Die mechanischen und elektπschen Daten dieser Meßanordnung sind im Dokument „Working Draft ISO/124443" definiert. In diesem Aufbau gemäß Fig. 2 erzeugt eine Feldspule 7 ein magnetisches Feld mit einer einstellbaren Feldstärke. Ohne Datenträger induziert dieses Feld in zwei Meßspulen 8, 9, die symmetrisch zur Feldspule 7 angeordnet sind, gleich große Spannungen. Die beiden Meßspulen 8, 9 sind gegenphasig in Reihe geschaltet, so daß die Differenzspannung aus den in den Meßspulen induzierten Spannungen wenigstens annähern Null ist. Durch eine nicht dargestellte Abgleichvorrichtung läßt sich die Differenzspannung auf ein Minimum abgleichen.
Wird nun in eine der Meßspulen ein Datenträger 10 eingebracht, bewirkt die Belastung durch den Datenträger 10, daß sich die in den Meßspulen 8, 9 induzierten
Spannungen nicht mehr kompensieren, so daß die Differenzspannung die Belastung durch den Datenträger 10 anzeigt. Eine Belastungsmodulation des Datenträgers bewirkt somit eine Amplitudenmodulation der Differenzspannung. Diese amplitudenmodulierte Differenzspannung ist in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen UD bezeichnet. Es zeigt sich in der Praxis, daß die Auswertung der Amplitudenmodulation vom
Abgleich der Meßspulen 8, 9 abhängig ist, also durch Abgleichfehler verfälscht werden kann. Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine sicherere Auswertung eines durch Belastungsodulation übertragenen Datensignals ermöglichen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 10. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung machen sich die Erkenntnis zunutze, daß durch die Belastungsmodulation nicht nur eine Modulation der Amplitude, sondern auch der Phase eintritt. Durch die Erfindung werden sowohl die Amplitudenmodulation als auch die Phasenmodulation gemeinsam ausgewertet, wodurch eine größere Störsicherheit erreicht werden kann. Außerdem können für Meßzwecke sehr einfach gleichzeitig eine Mehrzahl von Übertragungsparametern ermittelt werden. Die Erfassung und Bestimmung dieser Parameter kann in automatischen Meßeinrichtungen vorgenommen werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird aus dem durch
Belastungsmodulation erzeugten Eingangsdatensignal eine Bestimmung der Modulationseigenschaften ermöglicht. Dazu wird aus dem Eingangsdatensignal zunächst ein komplexes Datensignal erzeugt. Dieses kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Unteransprüchen durch Quadraturmischung und durch Zuordnung des sogenannten LN-Phase-Signals eines verwendeten Quadraturmischers zum Realteil und des Quadratursignals zum Imaginarteil einer komplexen Einhüllenden vorgenommen werden Für das komplexe Datensignal, welches nun m Form der komplexen Einhüllenden vorliegt, wird dann in der komplexen Ebene, d.h. in der Darstellung dieses Signals als komplexe Ortskurve, eine Entscheidungshme bestimmt, indem die komplexe Einhüllende an eine Gerade angenähert, diese um 90° in der Darstellung der komplexen Ortskurve gedreht und durch den Mittelwert der komplexen Einhüllenden gelegt wird Auf diese Weise wird mit der Entscheidungshme die komplexe Einhüllende m zwei Bereiche für die beiden Lastzustande „belastet" und „unbelastet" eingeteilt, welche bei der Demodulation des durch Belastungsmodulation erzeugten Eingangsdatensignals zu unterscheiden sind Schließlich können die beiden Mittelwerte der komplexen Einhüllenden für diese beiden Belastungszustande bestimmt werden und daraus eine Auswertung der Modulationseigenschaften und des Eingangsdatensignals vorgenommen werden Anstelle der komplexen Einhüllenden kann auch ein komplexes Basisbandsignal ausgewertet werden. Die Auswertung kann anstelle durch Quadraturmischung auch durch digitale oder analoge Fouπertransformation vorgenommen werden. Auch kann anstelle eines Quadraturmischers eine Abstastung im Zeitbereich vorgenommen werden, und zwar vorzugsweise durch zwei Abtast- und -Halteschaltungen, deren Abtastzeitpunkte zumindest nahezu um ein Viertel der Peπodendauer der Tragerschwingung des Eingangsdatensignals versetzt sind
Damit ist das erfindungsgemaße Verfahren und die zu seiner Durchfuhrung dienende Schaltungsanordnung sehr universell einsetzbar
Gemäß den in den Unteranspruchen beschπebenen vorteilhaften Ausgestaltungen kann aus den für den belasteten und den unbelasteten Zustand getrennt gemittelten Signalwerten durch Auswertung der Amplitudenmodulation der Amphtudenhub bestimmt werden, der sich aus der Differenz der Betrage der beiden Mittelwerte für die beiden Zustande ergibt Dieser Wert, dividiert durch die Summe der Betrage der genannten beiden Mittelwerte, bestimmt den Modulationsindex
Eine Auswertung der Phasenmodulation kann dadurch erfolgen, daß die Phasenwinkel des Eingangsdatensignals für die beiden Zustande im Mittel bestimmt werden Die Differenz dieser Phasenwinkel, d h der Phasenwinkel zwischen den beiden komplexen Mittelwerten für die beiden Zustande, ergibt den Phasenhub der Belastungsmodulation Außerdem kann der Betrag der Differenz der beiden komplexen Mittelwerte für den belasteten und für den unbelasteten Zustand als komplexer Modulationshub ausgewertet werden.
Die Erfindung ist bevorzugt in einem Gerät zum Auswerten eines Eingangsdatensignals einsetzbar, welches von einem Datenträger durch Belastungsmodulation erzeugt wird. Dies sind zum einen Meßapparaturen; zum anderen ist auch ein Einsatz in verschiedensten Anwendungen im Bereich der Datenkommunikation möglich. Dabei können gerade im praktischen Einsatz in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen hohe Übertragungssicherheiten erzielt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 3 bis 10 der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, Fig. 4 ein Beispiel für einen typischen zeitlichen Verlauf des
Eingangsdatensignals,
Fig. 5 eine Darstellung einer aus dem Eingangsdatensignal gemäß Fig. 4 erzeugten komplexen Einhüllenden nach Realteil und Imaginärteil,
Fig. 6 eine Darstellung der komplexen Einhüllenden gemäß Fig. 5 als komplexe Ortskurve,
Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Signalverarbeitungsschritte zur Auswertung des Eingangsdatensignals bzw. der komplexen Einhüllenden,
Fig. 8 eine etwas detailliertere Darstellung eines Teils der Schaltungsanordnung nach Fig. 3, Fig. 9 eine etwas detailliertere Darstellung eines weiteren Teils des
Blockschaltbilds nach Fig. 3 und
Fig. 10 ein weiteres Diagramm zur Signalauswertung gemäß der Erfindung, dargestellt als komplexe Ortskurve.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 weist einen Eingang 11 auf, dem beispielsweise die Differenzspannung UD gemäß Fig. 2 als Eingangsdatensignal zugeführt wird. Diese Differenzspannung UD weist beispielsweise einen zeitlichen Verlauf auf, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Diagramm ist mit t die Zeit bezeichnet. Im Zeitabschnitt tb liegt der Zustand „belastet" vor, d.h. der Schalter 4 in Fig. 1 ist leitend. Im Zeitabschnitt tu liegt dagegen der unbelastete Zustand vor, in dem der Schalter 4 in Fig. 1 nichtleitend ist. Im belasteten Zustand ist somit die Amplitude des Eingangsdatensignals (Differenzspannung UD) geringer als im unbelasteten Zustand. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält weiterhin einen Quadraturmischer
12, der in an sich üblicher Weise aufgebaut ist und einen In-Phase-Ausgang und einen Quadraturausgang aufweist. Beide sind als komplexer Ausgang 13 zusammengefaßt. Das Signal am In-Phase-Ausgang des Quadraturmischers 12 beschreibt dann den Realteil der komplexen Einhüllenden der Differenzspannung UD am Eingang 11, das Signal am Quadraturausgang des Quadraturmischers 12 wird dem Imaginärteil der komplexen
Einhüllenden zugeordnet. Die so gebildete komplexe Einhüllende kann als zeitlicher Verlauf des Realteils und des Imaginärteils dargestellt werden. Dies ist in Fig. 5 wiedergegeben, worin Fig. 5a den Realteil R und Fig. 5b den Imaginärteil I der komplexen Einhüllenden über der Zeit t zeigen. In einer anderen Darstellung der komplexen Einhüllenden ist diese als komplexe Ortskurve gemäß Fig. 6 wiedergegeben. In der Darstellung als komplexe Ortskurve spannen der Realteil R und der Imaginärteil I die Darstellungsebene auf, in der die einzelnen Signalwerte der komplexen Einhüllenden nach Realteil R und Imaginärteil I eingetragen werden. Fig. 6 zeigt eine Reihe von Signalwerten für die komplexe Einhüllende, wie sie sich beispielsweise aus einem Signalverlauf gemäß den Fig. 4 bzw. Fig. 5 ergeben. Diese
Darstellung weist zwei Häufungen von Signalwerten auf, die in Fig. 6 durch Kreise markiert und mit den Bezugszeichen U für den unbelasteten Zustand bzw. B für den belasteten Zustand bezeichnet sind.
Um die Modulationseigenschaften zu bestimmen bzw. eine automatische Trennung zwischen dem belasteten und dem unbelasteten Zustand sowie eine dafür notwendige, eindeutige Zuordnung einzelner Signalwerte vornehmen zu können, wird die komplexe Einhüllende in der Darstellung als komplexe Ortskurve gemäß Fig. 6 in zwei Bereiche eingeteilt, wobei der eine Bereich dem unbelasteten Zustand des Datenträgers, der andere dem Zustand des belasteten Datenträgers zugeordnet wird. Für diese Einteilung ist die Festlegung einer Entscheidungslinie, auch Entscheiderschwelle genannt, erforderlich. Zur Bestimmung der Entscheiderschwelle kann zunächst der Mittelwert der komplexen Einhüllenden ermittelt werden, indem sowohl für den Realteil R als auch für den Imaginärteil I die Mittelwerte separat berechnet werden. Der sich daraus ergebende Mittelwert M der komplexen Einhüllenden, der ebenfalls einen komplexen Wert darstellt, ist in Fig. 6 als Pfeil eingezeichnet.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält für die beschriebene Mittelwertbestimmung einen Mittelwertdetektor 14. Dem Mittelwertdetektor 14 wird die komplexe Einhüllende vom komplexen Ausgang 13 des Quadraturmischers 12 zugeleitet. Aus dem Realteil R wird im Mittel wertdetektor 14 ein Mittelwert RM gebildet. Aus dem Imaginärteil I der komplexen Einhüllenden wird im Mittelwertdetektor 14 unabhängig ein Mittelwert LM gebildet. Die Mittelwerte RM und LM bilden zusammen den komplexen Mittelwert M der komplexen Einhüllenden, der an einem Ausgang 15 des Mittel ertdetektors 14 bereitgestellt wird.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält weiterhin eine Subtraktionsschaltung 16, der an einem ersten Eingang 17 die komplexe Einhüllende, nach Realteil R und Imaginärteil I getrennt, und über einen zweiten Eingang 18 der Mittelwert M der komplexen Einhüllenden, nach Realteil RM und Imaginärteil EM getrennt, zugeführt werden. Am Ausgang 19 der Subtraktionsschaltung 16 steht dann ein mittelwertfreies komplexes Signal, d.h. die mittelwertfreie komplexe Einhüllende, zur Verfügung. Diese ist in Fig. 7 als Ortskurve aufgetragen, hier in der Darstellung des Lmaginärteils I-IM über dem Realteil R-RM der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden.
In den Fig. 6 und 7 ist die Entscheiderschwelle E als Gerade dargestellt, die zwischen den Signalwerten der komplexen Einhüllenden für den belasteten Zustand und den unbelasteten Zustand durch den Mittelwert M der komplexen Einhüllenden bzw. durch den Nullpunkt bei der Darstellung der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden geführt ist. Die Steigung der Entscheiderschwelle kann dadurch bestimmt werden, daß die komplexe Einhüllende an einer Geraden approximiert wird und daß diese Gerade um 90° in der Ortskurvendarstellung gedreht wird. Die approximierende Gerade ist in Fig. 6 und Fig. 7 mit G gekennzeichnet. Die Steigung der approximierenden Geraden G und damit der Entscheiderschwelle E wird bevorzugt durch Berechnung des kleinsten Fehlerquadrats ermittelt. Fig. 7 zeigt dazu eine Erläuterung, Fig. 8 ein Beispiel für eine diese Signaloperation ausführende Schaltungsanordnung. Fig. 8 zeigt ein Beispiel für einen auch als Phasendetektor bezeichneten
Schaltungstell, der in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist. Dieser Phasendetektor 20 ist mit dem Ausgang 19 der Subtraktionsschaltung 16 zum Zuführen der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden verbunden. An einem Ausgang 21 des Phasendetektors 20 wird ein Steigungssignal abgegeben. Zur Bildung dieses Steigungssignais wird vom Ausgang 19 der Subtraktionsschaltung 16 her der Imaginärteil I-LM der mittelwertfreien, komplexen Einhüllenden einem ersten Eingang 22 einer ersten Multiplikationsschaltung 23 zugeführt. An einem zweiten Eingang 24 wird der ersten Multiplikationsschaltung 23 der Realteil R-RM der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden zugeleitet. Das dem Produkt dieses Realteils und des Imaginärteils entsprechende Signal wird einer ersten Stufe 25 zur Bildung eines
Mittelwertes MI des genannten Produkts zugeführt. In entsprechender Weise wird in einer zweiten Multiplikationsschaltung 26 das Quadrat des Realteils R-RM der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden gebildet und in einer zweiten Stufe 27 gemittelt. Dieser Mittelwert wird als MR bezeichnet. In einer sich anschließenden Divisionsschaltung 28 wird der Quotient aus den Mittelwerten MI und MR gebildet. Dieser stellt das Steigungssignal am Ausgang 21 dar. Dieses Steigungssignal liefert den Wert der Steigung der Entscheiderschwelle E in den Fig. 6 und 7. In Fig. 7 ist zur Veranschaulichung dieser Berechnung mit einem ersten Dreieck Dl die Steigung der approximierenden Geraden und mit einem zweiten Dreieck D2 die Steigung der Entscheiderschwelle E dargestellt. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 umfaßt weiterhin eine
Entscheidungsschaltung 29, auch Entscheider genannt, die etwas detaillierter in Fig. 9 wiedergegeben ist. Im Entscheider 29 wird mit der Steigung der Entscheiderschwelle gemäß dem Steigungssignal am Ausgang 21 des Phasendetektors 20 und dem Mittelwert M der komplexen Einhüllenden die Entscheiderschwelle in der komplexen Ortskurve gemäß Fig. 6 bzw. Fig. 7 festgelegt. Der Entscheider 29 umfaßt dazu eine zweite Subtraktionsschaltung 30, in der vergleichbar zur (ersten) Subtraktionsschaltung 16 zunächst die mittel wertfreie, komplexe Einhüllende nach Realteil und Imaginärteil durch Subtraktion des Mittelwerts M von der komplexen Einhüllenden gebildet wird. Ihr Imaginärteil I-LM wird unmittelbar einem ersten Eingang 31 einer dritten Subtraktionsschaltung 32 zugeführt. Der Realteil R-RM der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden wird in einer dritten Multiplikationsschaltung 33 mit dem Steigungssignal vom Ausgang 21 des Phasendetektors 20 multipliziert. Dieses Produkt stellt das Entscheiderschwellensignal dar, dessen Darstellung in der komplexen Ortskurve die Gerade E ist. Das Entscheiderschwellensignal wird einem zweiten Eingang 34 der dritten Subtraktionsschaltung 32 zugeführt und in dieser dritten Subtraktionsschaltung 32 vom Imaginärteil I-IM der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden subtrahiert. Das Ergebnis wird einer Vergleichsschaltung 35 zugeleitet und darin geprüft, ob sein Wert größer oder kleiner als Null ist. Durch den Entscheider wird somit geprüft, ob der Imaginärteil der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden, auch als mittelwertfreies Imaginärteilsignal bezeichnet, in der Darstellung der komplexen Ortskurve oberhalb oder unterhalb der Entscheiderschwelle E liegt, d.h. oberhalb oder unterhalb desjenigen Wertes auf der Entscheiderschwelle E, der durch den zugehörigen Wert des Realteils R-RM der mittelwertfreien komplexen Einhüllenden, auch als mittelwertfreies Realteilsignal bezeichnet, liegt.
Von der Vergleichsschaltung 35 wird ein Umschalter 36 gesteuert. Der Umschalter 36 verbindet den komplexen Ausgang 13 des Quadraturmischers 12 mit einem ersten Entscheiderausgang 37, wenn der Zustand „belastet" vorliegt, im unbelasteten Zustand verbindet der Umschalter 36 den komplexen Ausgang 13 dagegen mit einem zweiten Entscheiderausgang 38.
Nachdem eine Einteilung der Signalwerte der komplexen Einhüllenden nach dem belasteten und dem unbelasteten Zustand erfolgt ist, kann eine Mittelwertberechnung für die beiden Zustände getrennt erfolgen. Dazu umfaßt die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 je einen weiteren Mittelwertdetektor 39 für den belasteten Zustand bzw. 40 für den unbelasteten Zustand. Die entsprechenden Mittelwerte werden über Ausgänge 41 bzw. 42 zur Verfügung gestellt. Die Mittelwertberechnung in den Mittelwertdetektoren 39, 40 kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. Insbesondere kann beispielsweise ein linearer, quadratischer oder geometrischer Mittelwert bestimmt werden.
In der Darstellung gemäß Fig. 7 ist beispielsweise je ein derartig bestimmter Mittelwert MB für den belasteten Zustand und MU für den unbelasteten Zustand eingetragen. Im Vergleich dazu zeigt Fig. 10 die Darstellung der Mittelwerte MU bzw. MB in einer zu Fig. 6 vergleichbaren Weise, nämlich ohne Subtraktion des Mittelwertes M der komplexen Einhüllenden. Die sich in diesem Fall ergebenden Mittelwerte sind als MUP für den unbelasteten Zustand und als MBP für den belasteten Zustand bezeichnet und als Zeiger in Fig. 10 dargestellt. Diese Darstellung bzw. eine entsprechende Signalverarbeitung empfiehlt sich insbesondere für eine Auswertung der Phasenmodulation. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3, 8 und 9 kann mit Schaltungsbausteinen sowohl der analogen als auch der digitalen Signalverarbeitungstechnik vorgenommen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Auswerten eines durch Belastungsmodulation erzeugten Eingangsdatensignals, dadurch gekennzeichnet, daß
• aus dem Eingangsdatensignal ein komplexes Datensignal abgeleitet wird, welches eine erste als Realteil bezeichnete Signalkomponente und eine zweite als Imaginärteil bezeichnete Signalkomponente aufweist,
• durch Mittelwertbildung des Realteils einerseits und des Imaginärteils andererseits ein Mittelwertsignal des komplexen Datensignals gebildet wird,
• durch Differenzbildung zwischen dem komplexen Datensignal und dem Mittelwertsignal des komplexen Datensignals ein mittelwertfreies komplexes Signal gebildet wird, umfassend ein mittelwertfreies Realteilsignal und ein mittelwertfreies Imaginärteilsignal,
• durch Signalmultiplikation des mittelwertfreien Realteilsignals mit sich selbst ein erstes quadratisches Fehlersignal und durch Signalmultiplikation des mittelwertfreien Realteilsignals mit dem mittelwertfreien Imaginärteilsignal ein zweites quadratisches Fehlersignal gebildet wird, » aus einer Signaldi vision des ersten quadratischen Fehlersignals durch das zweite quadratische Fehlersignal ein Steigungssignal gebildet wird,
• aus Signalmultiplikation des Steigungssignals mit dem mittelwertfreien Realteilsignal ein Entscheiderschwellensignal gebildet wird und
• aus dem Vergleich des mittelwertfreien Imaginärteilsignals mit dem Entscheiderschwellensignal ein Informationssignal darüber abgeleitet wird, ob ein Wert des Eingangsdatensignals aus einem belasteten oder einem unbelasteten Zustand bei der Belastungsmodulation erzeugt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des komplexen Datensignals durch Quadraturmischung ein In-Phase-Signal und ein
Quadratursignal erzeugt werden, wobei das In-Phase-Signal den Realteil und das Quadratursignal den Imaginärteil des als komplexe Einhüllende bezeichneten Datensignals bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als komplexes Datensignal aus dem Eingangsdatensignal ein komplexes Basisbandsignal abgeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des komplexen Datensignals durch Fouriertransformation ein In-Phase-Signal und ein
Quadratursignal erzeugt werden, wobei das In-Phase-Signal den Realteil und das Quadratursignal den Imaginärteil des als komplexe Einhüllende bezeichneten Datensignals bilden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Realteil und der
Imaginärteil durch Abtasten des Eingangsdatensignals zu zwei um wenigstens nahezu eine Viertelperiode einer Trägerschwingung des Eingangsdatensignals gegeneinander versetzten Zeitpunkten gewonnen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signalwerte des komplexen Datensignals für den belasteten Zustand und den unbelasteten Zustand getrennt gemittelt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den für den belasteten und den unbelasteten Zustand getrennt gemittelten Signalwerten ein
Amplitenhubsignal und/oder ein Modulationsindexsignal abgeleitet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den für den belasteten und den unbelasteten Zustand getrennt gemittelten Signalwerten ein Phasenwinkelsignal und/oder ein Phasenhubsignal abgeleitet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus den für den belasteten und den unbelasteten Zustand getrennt gemittelten Signalwerten ein komplexes Modulationshubsignal abgeleitet wird.
10. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch • eine Datensignal-Erzeugungsschaltung zum Bilden des komplexen Datensignals aus dem Eingangssignal, • einen Mittelwertdetektor zum Bilden des Mittelwertsignals,
• eine Subtraktionsschaltung zum Bilden des mittelwertfreien komplexen Signals,
• je eine Multiplikationsschaltung zum Bilden des ersten und des zweiten quadratischen Fehlersignals sowie des Entscheiderschwellensignals,
• eine Divisionsschaltung zum Bilden des Steigungssignals und
• eine Vergleichsschaltung zum Bilden des Informationssignals.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensignal-Erzeugungsschaltung einen Quadraturmischer umfaßt.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensignal-Erzeugungsschaltung eine Fouriertransformationsschaltung umfaßt.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensignal -Erzeugungsschaltung zwei Abtast- und Halteschaltungen umfaßt, die mit einem aus der Frequenz einer Trägerschwingung des Eingangsdatensignals abgeleiteten Taktsignal gesteuert werden.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10, 11, 12 oder 13, gekennzeichnet durch
• einen weiteren Mittelwertdetektor zum getrennten Mitteln der Signalwerte des komplexen Datensignals für den belasteten Zustand und den unbelasteten Zustand.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Signalauswerteschaltung zum Bestimmen der Amplitudenmodulation und/oder der
Phasenmodulation und/oder des Modulationshubs.
16. Gerät zum Auswerten eines von einem Datenträger durch Belastungsmodulation erzeugten Eingangsdatensignals, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
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