WO2004064347A2 - Demodulation eines frequenzmodulierten empfangssignals durch abbilden der nulldurchgänge auf eine folge von parameterwerten - Google Patents
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- WO2004064347A2 WO2004064347A2 PCT/DE2003/004279 DE0304279W WO2004064347A2 WO 2004064347 A2 WO2004064347 A2 WO 2004064347A2 DE 0304279 W DE0304279 W DE 0304279W WO 2004064347 A2 WO2004064347 A2 WO 2004064347A2
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- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
- H04L27/14—Demodulator circuits; Receiver circuits
- H04L27/156—Demodulator circuits; Receiver circuits with demodulation using temporal properties of the received signal, e.g. detecting pulse width
- H04L27/1563—Demodulator circuits; Receiver circuits with demodulation using temporal properties of the received signal, e.g. detecting pulse width using transition or level detection
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for demodulating an analog received signal transmitted via radio, which was frequency-modulated on the transmitter side with a data symbol sequence.
- the method and the device to which the invention relates are preferably components of cordless digital communication systems which are based on the Bluetooth, DECT, DCT standard or a similar standard.
- Receiver concepts are also known in which the intermediate frequency signal is converted into the digital range with the aid of an analog-digital converter and the signal detection is implemented with the aid of methods of digital signal processing.
- Such a method is described for example in the publication DE 101 03 479.3. Although such methods can achieve high-quality signal detection, the disadvantage is a complex analog-to-digital converter.
- the document DE 102 14 581.4 which represents the state of the art according to Section 3 (2) PatG, describes a demodulation method of a digitally frequency-modulated analog received signal in a cordless communication system, in which the time intervals between the zero crossings of the received signal or one out generated intermediate frequency signal determined and used to detect the digital signal data.
- the data symbols ⁇ d k ⁇ of a CPFSK-modulated (Continuous Phase Frequency Shift Keying) signal are detected in such a way that the data symbol sequence is divided into subsections which contain a plurality of zero crossings and the length of which can comprise several symbol intervals.
- the sequence of zero-crossing distances can be stored in digital form in a shift register chain and compared in a classification device with previously stored distance sequences, a city block metric being proposed for the distance measurement between the measured and the stored sequences.
- the previously stored pattern sequence which is the smallest distance from the measured sequence is interpreted as the transmitted pattern.
- the data sequence corresponding to this selected pattern represents the detected data sequence and thus the solution to the detection problem.
- the data symbol sequence is reconstructed on the basis of a sequence of determined zero-crossing distances of the received signal in such a way that among the possible data symbol sequences the data symbol sought is the one sought - Bol sequence is selected in which the Euclidean distance between the sequence of the zero crossing distances and a sequence calculated by the receiver is minimal.
- a Viterbi algorithm suitably expanded by a reactive component is used for the reconstruction (reactive Viterbi algorithm). This is where the branch metric is calculated Varying number of zero crossings taken into account and thus the entire received sequence (instead of only partial sequences) evaluated.
- the disadvantage is that when calculating the branch metrics, an inherent assumption must be made about the data sent. This leads to an additive error component in the branch metric.
- US Pat. No. 5,469,112 describes a demodulation method in which the received signal is split into an in-phase and a quadrature branch and the received signal is mixed with the output signal of a local oscillator, which is fed to one of the two branches after a phase shift by 90 ° , After passing through a low-pass filter and a limiter, both signals are fed to a zero-crossing detector.
- a phase angle estimator which contains a bidirectional counter, the direction of the phase change of the I and Q
- phase angle estimator and the counter integrated in it represent a relatively complex solution.
- the present invention relates to a method for demodulating an analog received signal frequency-modulated on the transmitter side with a data symbol sequence.
- the zero crossings of the received signal or of an intermediate frequency signal generated from the received signal are first detected.
- An essential idea of the present invention is to map the sequence of zero crossings, which is not equidistant in terms of time, to a sequence of time-constant parameter values, the number of which is constant per symbol interval. With this sequence of time-constant parameter values, the transmitted data symbol sequence can then be reconstructed using a conventional detection algorithm.
- the demodulation method according to the invention thus has the following method steps:
- the observed zero crossings which are within a symbol interval [kT b , (k + l) T b ], are thus mapped to a fixed number of sample or parameter values zi, which then form a sequence ⁇ zi ⁇ and subsequently one conventional detection algorithm, such as a Viterbi sequence detection algorithm, can be supplied.
- a conventional detection algorithm such as a Viterbi sequence detection algorithm
- the effect of this dependency on the sequence ⁇ zi ⁇ is taken into account and can thus be used advantageously in the subsequent detection step (for example Viterbi sequence detection).
- the dependencies (in particular correlations) of the sequence elements zi on one another can be determined analytically or empirically.
- the dependencies can be calculated a priori in any case and can thus be stored as a parameter set in a read-only memory. If necessary, for example if all parameters have not been perfectly synchronized, Different sets of values for different detected but not compensated synchronization parameters are stored.
- the average of the zero crossing distances over a symbol interval can be used as a very simple non-linear mapping of the zero crossings onto the parameter sequence ⁇ zi ⁇ .
- a sequence ⁇ t ⁇ ⁇ can thus first be generated, a sequence element t ⁇ being determined by the difference pi + i - ⁇ ⁇ from the times ⁇ i and ⁇ i + i belonging to two successive zero crossings. Then the parameter values of the sequence ⁇ zi ⁇ are generated by averaging over a number of sequence elements.
- the received signal is split into an in-phase (I) and a quadrature (Q) branch and in each branch, according to method step (a), the zero crossings are detected and corresponding sequences ⁇ t 2 i ⁇ and ⁇ t 2 i- ⁇ generated. Then the zero-crossing sequences ⁇ t 2 ⁇ and ⁇ t 2 i- ⁇ are preferably combined alternately to form a sequence ⁇ t'i ⁇ and finally the parameter sequence ⁇ zi ⁇ is generated from the combined sequence ⁇ t'i ⁇ ,
- a more complex option is the additional consideration of the variance in a symbol interval1.
- the slope per interval can also be used. Regardless of whether one or more parameters are extracted per symbol interval, the correlations between the parameters must be determined a priori so that they can then be used in the subsequent detection stage (such as the Viterbi sequence detector).
- Figure 1 shows the operation of a detector for zero crossings.
- FIG. 2 shows a model of a transmission system containing a receiving device for carrying out the method according to the invention
- FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a transmitted data symbol sequence, a resultant zero crossing sequence, and its mapping to a parameter sequence.
- the zero crossings themselves, for example their number per symbol interval (or section of the symbol interval), or the time interval Di between the zero crossings of the rectangular signal, averaged over a symbol interval, can be used for signal detection according to the invention.
- a data symbol sequence ⁇ d ⁇ to be transmitted is fed to a modulator 2 on the transmitter side.
- Quadrature modulation is carried out in the modulator 2, by means of which an I signal s R (t) and a Q signal S ⁇ (t) are generated.
- Both signals are fed to a high-frequency part 3, in which a high-frequency carrier oscillation is modulated onto both baseband signals and the signals are combined and emitted into a single signal x (t).
- a CPFSK modulation of the baseband signals can be generated in the high-frequency part 3.
- the signal x (t) is then transmitted via a transmission channel 4, in which a noise component n (t) is added to the transmitted signal x (t).
- the received signal r (t) is fed to a receiving high-frequency part 5, in which quadrature demodulation is carried out at the same time.
- the quadrature demodulation splits the signal into an I branch and a Q branch and mixes them in each of the branches with an intermediate frequency, which is fed to the Q branch with a 90 ° phase shift with respect to the I branch.
- the signals x R (t) and X ⁇ (t) generated in this way are fed to a limiter / discriminator 10.
- the limiter / discriminator 10 is an embodiment of the zero crossing detector 1 and it thus supplies corresponding zero crossing sequences ⁇ ti ⁇ and ⁇ t 2 i_ ⁇ to its two outputs, ie the corresponding ones Timings of the zero crossings of both signals.
- a mathematical processing unit 6 in which a mathematical non-linear mapping of the merged zero-crossing sequences onto a parameter sequence ⁇ zi ⁇ is carried out. It can be provided that the processing unit 6 first forms zero crossing distances, ie differences between successive zero crossing times, from the combined zero crossing sequence and that the sequence of differences formed in this way is mapped to the parameter sequence. Finally, the parameter values of the parameter sequence ⁇ zi ⁇ are fed to a Viterbi sequence detector 7, in which a conventional Viterbi sequence detection is carried out to determine the data symbol sequence.
- a zero crossing sequence ⁇ t ' ⁇ ⁇ which is combined from the zero crossing sequences of the I and Q signals is generated on the receiving side from a transmitted data symbol sequence ⁇ d k ⁇ .
- differences are formed between the zero crossing times and both averaging of the differences and a number determination of the zero crossings are carried out and both parameters are mapped to the parameter sequence ⁇ zi ⁇ .
- Both parameters are mapped to the parameter sequence ⁇ zi ⁇ by using both equations alternately, one for each symbol interval.
- the first Zi per symbol interval is through the chung (1) and the second zi in the same symbol interval by equation (2).
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Abstract
Es werden von einem Detektor (1; 10) für Nulldurchgänge die Nulldurchgänge des Empfangssignals oder eines aus dem Empfangssignal erzeugten Zwischenfrequenzsignals ermittelt. Da die Anzahl der Nulldurchgänge pro Symbolintervall bei frequenzmodulierten Signalen naturgemäß nicht konstant ist, wird die Nulldurchgangsfolge durch eine mathematische, insbesondere nicht-lineare Abbildung auf eine Sequenz {zi} zeitlich äquidistanter Parameterwerte zi abgebildet. Für die Abbildung kann eine Mittelwertbildung über Nulldurchgangsabstände oder eine Bestimmung der Anzahl der Nulldurchgänge herangezogen werden. Die zeitlich äquidistante Folge von Parameterwerten zi kann einem konventionellen Detektionsalgorithmus, wie einem Viterbi-Detektionsalgorithmus zugeführt werden.
Description
Beschreibung
Demodulation eines frequenzmodulierten Empfangssignals durch Abbilden der Nulldurchgänge auf eine Folge von Parameterwer- ten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Demodulation eines über Funk übertragenen a- nalogen EmpfangsSignals, welches senderseitig mit einer Da- tensymbolfolge frequenzmoduliert wurde.
Das Verfahren und die Vorrichtung, auf welche sich die Erfindung bezieht, sind vorzugsweise Bestandteile von schnurlosen digitalen Kommunikationssystemen, welchen der Bluetooth-, DECT-, DCT-Standard oder ein ähnlicher Standard zugrunde liegt .
In derartigen Kommunikationssystemen werden empfängerseitig zur Demodulation des frequenzmodulierten Empfangssignals und zur Signaldetektion klassische Signalverarbeitungsmethoden verwendet. Ein oftmals verwendetes Verfahren basiert auf dem sogenannten Limiter-Diskriminator-FM-Demodulator, bei welchem nach einer harten Limitierung des in der Regel komplexen Bandpass-Signals eine Demodulation des frequenzmodulierten Signals, z.B. durch einen analogen Koinzidenzdemodulator, mit einer entsprechenden Signaldetektion erfolgt .
Ferner sind Empfängerkonzepte bekannt, bei denen das Zwi- schenfrequenzsignal mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers in den Digitalbereich umgesetzt wird und die Signaldetektion mit Hilfe von Methoden der digitalen Signalverarbeitung realisiert wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der Druckschrift DE 101 03 479.3 beschrieben. Mit derartigen Verfahren lässt sich zwar eine qualitativ hochwertige Signalde- tektion erzielen, jedoch ist der Nachteil ein aufwändiger A- nalog-Digital-Wandler .
In der Druckschrift DE 102 14 581.4, welche Stand der Technik nach § 3 Abs. 2 PatG darstellt, wird ein Demodulationsverfah- ren eines digital frequenzmodulierten analogen Empfangssignals in einem schnurlosen Kommunikationssystem beschrieben, bei welchem die zeitlichen Abstände zwischen den Nulldurchgängen des Empfangssignals oder eines aus dem Empfangssignal erzeugten ZwischenfrequenzSignals ermittelt und zur Detektion der digitalen Signaldaten genutzt werden. Die Datensymbole {dk} eines CPFSK-modulierten (Continuous Phase Frequency Shift Keying) Signals werden derart detektiert, indem die Da- tensymbolfolge in Teilabschnitte aufgeteilt wird, die eine Mehrzahl von Nulldurchgängen enthalten und deren Länge mehrere Symbolintervalle umfassen kann. Die Folge von Nulldurch- gangsabständen kann in einer Schieberegisterkette in digita- 1er Form gespeichert und in einer Klassifizierungseinrichtung mit vorab gespeicherten Abstandsfolgen verglichen werden, wobei für die Distanzmessung zwischen der gemessenen und den gespeicherten Sequenzen eine City-Block-Metrik vorgeschlagen wird. Diejenige vorab abgespeicherte Mustersequenz, welche die kleinste Distanz von der gemessenen Sequenz aufweist, wird als das gesendete Muster interpretiert. Die diesem ausgewählten Muster entsprechende Datenfolge stellt die detek- tierte Datenfolge' und somit die Lösung des Detektionsproblems dar.
Bei dem in der ebenfalls Stand der Technik nach § 3 Abs. 2 PatG bildenden Druckschrift DE 102 37 867.3 beschriebenen Demodulationsverfahren wird ausgehend von einer Folge von ermittelten Nulldurchgangsabständen des Empfangssignals die Da- tensymbolfolge derart rekonstruiert, indem unter den möglichen Datensymbolfolgen diejenige als die gesuchte Datensym- bolfolge ausgewählt wird, bei welcher die euklidische Distanz zwischen der Folge der Nulldurchgangsabstande und einer emp- fängerseitig berechneten Folge minimal ist. Bei der Rekon- struktion wird ein geeignet um eine reaktive Komponente erweiterter Viterbi-Algorithmus verwendet (reactive Viterbi algorithm) . Hier wird bei der Berechnung der Zweigmetrik die
variierende Anzahl von Nulldurchgängen berücksichtigt und somit die gesamte empfangene Sequenz (anstelle von nur Teilsequenzen) bewertet. Nachteilig ist dabei, dass bei der Berechnung der Zweigmetriken eine inhärente Annahme über die gesen- deten Daten gemacht werden muss. Dieses führt zu einer additiven Fehlerkomponente in den Zweigmetrik.
Beide zuvor beschriebenen Demodulationsverfahren weisen zudem das inhärente Problem auf, dass die Anzahl der Nulldurchgänge in einem SymbolIntervall in Abhängigkeit der Daten, einiger bekannter Systemparameter und unbekannter Störeinflüsse schwankt. Konventionelle digitale Empfängerkonzepte setzen jedoch stets eine feste Anzahl von Abtastwerten pro Symbolintervall voraus.
In der Druckschrift US 5,469,112 wird ein Demodulationsverfahren beschrieben, bei welchem das Empfangssignal in einen Inphase- und einen Quadraturzweig aufgespalten wird und das Empfangssignal mit dem Ausgangssignal eines lokalen Oszilla- tors gemischt wird, welches einem der beiden Zweige nach einer Phasenverschiebung um 90° zugeführt wird. Beide Signale werden nach Durchgang durch einen Tiefpassfilter und einen Limiter einem Nulldurchgangsdetektor zugeführt . In einem Pha- senwinkelschätzer, welcher einen bidirektionalen Zähler ent- hält, wird die Richtung der Phasenänderung des I- und Q-
Signals beim Nulldurchgang ermittelt und aus dem Ergebnis die Datensymbolfolge detektiert. Die Implementierung des Phasen- winkelschätzers und des darin integrierten Zählers stellen jedoch eine relativ aufwändige Lösung dar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Demodulation eines digital frequenzmodulierten Empfangssignals anzugeben, mit welchem eine hohe Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig niedrigem Realisie- rungsaufwand erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, in welchem ein Demodulationsverfahren beschrieben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Ebenso ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
Demgemäß bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Demodulation eines senderseitig mit einer Daten- symbolfolge frequenzmodulierten analogen Empfangssignals. Es werden zunächst die Nulldurchgänge des Empfangssignals oder eines aus dem Empfangssignal erzeugten Zwischenfrequenzsig- nals detektiert. Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die - wie eingangs dargelegt - zeitlich nicht äquidistante Folge von Nulldurchgängen auf ei- ne Sequenz von zeitlich aquidistanten Parameterwerten abzubilden, deren Anzahl pro SymbolIntervall konstant ist. Mit dieser Sequenz von zeitlich aquidistanten Parameterwerten kann dann anschließend die ausgesandte Datensymbolfolge durch einen konventionellen Detektionsalgorithmus rekonstruiert werden.
Das erfindungsgemäße Demodulationsverfahren weist somit die folgenden Verfahrensschritte auf:
(a) Detektieren von Nulldurchgängen des Empfangssignals;
(b) Generieren einer Sequenz von zeitlich aquidistanten Parameterwerten, deren Anzahl pro Symbolintervall konstant ist und die durch eine mathematische, insbesondere nichtlineare Abbildung aus den Nulldurchgängen erzeugt werden, und
(c) Rekonstruieren der Datensymbolfolge aus der Sequenz durch einen Detektionsalgorithmus.
Es werden somit die beobachteten Nulldurchgänge, die sich in- nerhalb eines Symbolintervalls [kTb, (k+l)Tb] befinden, abgebildet auf eine feste Anzahl von Abtast- oder Parameterwerten zi, die dann eine Sequenz {zi} bilden und nachfolgend einem
konventionellen Detektionsalgorithmus, etwa einem Viterbi- Sequenz-Detektionsalgorithmus, zugeführt werden können. Eine solche mathematische, insbesondere nicht-lineare Abbildung ermöglicht so die Verwendung eines im Allgemeinen kosten- und aufwandsgünstigen Zwischenfrequenzempfängers mit limitiertem Ausgang in Kombination mit leistungsfähigen digitalen Empfängerkonzepten.
Die Wahl der mathematischen/ nicht-linearen Abbildung beein- flusst maßgeblich die Qualität und Komplexität des gesamten Detektionsalgorithmus. Prinzipiell ermöglicht eine größere Anzahl von festen Abtast- oder Parameterwerten pro Symbolintervall eine genauere Beschreibung der Nulldurchgangsfolge {ti} durch die Sequenz {zi}. Hiermit geht dann ein geringerer Informationsverlust einher und die Kanalkapazität verringert sich weniger. Durch die Wahl der Abbildung und damit der Anzahl der Parameter pro Symbolintervall kann eine praktisch beliebige Anpassung an die geforderte Qualität des Empfängers bzw. an dessen Komplexität erfolgen. Ein weiterer Vorteil re- sultiert daraus, dass Abhängigkeiten zwischen den so erzeugten Elementen der Sequenz {zi} bei der Detektion berücksichtigt werden können. Da die Elemente der Nulldurchgangsfolge {ti} bzw. der Nulldurchgangsfolgen {t2i} und {t2i-ι} (der I- und Q-Komponente) , immer eine Form von Intersymbolinterferenz aufweisen (womit hierdurch angedeutet ist, dass aufeinander folgende Elemente miteinander korreliert sind) , wird die Auswirkung dieser Abhängigkeit auf die Sequenz {zi} berücksichtigt und kann so vorteilhaft bei dem folgenden Detekti- onsschritt (etwa Viterbi-Sequenz-Detektion) verwendet werden. Die Bestimmung der Abhängigkeiten (insbesondere Korrelationen) der Sequenzelemente zi voneinander kann dabei analytisch oder empirisch erfolgen. Die Berechnung der Abhängigkeiten kann in jedem Fall a priori durchgeführt werden und kann somit als Parametersatz etwa in einem Festwertspeicher hinter- legt werden. Gegebenenfalls, etwa falls keine perfekte Synchronisation aller Parameter stattgefunden hat, können ver-
schiedene Wertesätze für verschiedene detektierte aber nicht kompensierte Synchronisationsparameter hinterlegt werden.
Als eine sehr einfache nicht-lineare Abbildung der Nulldurch- gänge auf die Parameter-Sequenz {zi} kann der Mittelwert der Nulldurchgangsabstande über ein Symbolintervall (oder einen Abschnitt eines Symbolintervalls) verwendet werden. In dem Verfahrensschritt (b) kann somit zunächst eine Folge {tφ} generiert werden, wobei ein Folgenglied tφ durch die Differenz pi+i - φ± von den zu zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen gehörenden Zeitpunkten φi und φi+i bestimmt wird. Dann werden die Parameterwerte der Sequenz {zi} durch Mittelwertbildung über jeweils eine Anzahl von Folgengliedern generiert.
Bei einer bevorzugten Anwendung der Erfindung wird das Empfangssignal in einen Inphase- (I) und einen Quadratur- (Q-) Zweig aufgespalten und in jedem Zweig werden gemäß Verfahrensschritt (a) die Nulldurchgänge detektiert und entsprechende Folgen {t2i} und {t2i-ι} generiert. Dann werden Vorzugs- weise die Nulldurchgangsfolgen {t2ι} und {t2i-ι} alternierend zu einer Folge {t'i} zusammengeführt und schließlich wird die Parameter-Sequenz {zi} aus der zusammengeführten Folge {t'i} generiert .
Bildet man in diesem Fall den Mittelwert der Nulldurchgangsabstande über ein Symbolintervall, so ergibt sich
I(k + 1)
I(k + 1) - I(k) Σ t« (1) cp = I(k) + 1
mit den Nulldurchgangsabständen t'φ im Intervall [kTb, (k+l)Tb] und dem Index i als Funktion des Index k und der Anzahl der Parameter pro Symbolintervall N (z.B. für N = 1 ist i = k) .
Ein weiterer einfach zu berechnender Parameter ist die Anzahl der Nulldurchgänge pro Symbolinterval1. Hierfür gilt
= #{t'φ|l(k)< φ < I(k+1} (2)
ebenfalls mit i als Funktion von k und N.
Eine aufwändigere Möglichkeit ist die zusätzliche Berücksichtigung der Varianz in einem Symbolinterval1. Weiter kann etwa auch die Steigung pro Intervall verwendet werden. Unabhängig davon, ob pro SymbolIntervall ein oder mehrere Parameter extrahiert werden, müssen die Korrelationen zwischen den Parame- tern a priori bestimmt werden, damit diese dann in der nachfolgenden Detektionsstufe (etwa Viterbi-Sequenz-Detektor) verwendet werden können.
Die Wahl der Parameter und somit die nicht-lineare Abbildung hängt ab von der erlaubten Komplexität und der geforderten Qualität .
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Wirkungsweise eines Detektors für Nulldurchgänge;
Fig. 2 ein Modell eines Übertragungssystems enthaltend eine Empfangsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsge- mäßen Verfahrens;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine gesendete Datensym- bolfolge, eine daraus resultierende Nulldurchgangsfolge, und deren Abbildung auf eine Parameter- Sequenz .
In der Fig. 1 ist dargestellt, wie ein analoges Empfangssignal, das sich beispielsweise im Zwischenfrequenzbereich be-
findet, mit Hilfe eines Nulldurchgangsdetektors 1 in ein rechteckförmiges Signal umgesetzt wird, dessen Nulldurchgänge auszuwerten sind. Die Nulldurchgänge selbst, etwa deren Anzahl pro Symbolintervall (oder Abschnitt des Symbolinter- valls) , oder der zeitliche Abstand Di zwischen den Nulldurchgängen des rechteckförmigen Signals, gemittelt über ein Symbolintervall, kann zur Signaldetektion gemäß der Erfindung genutzt werden.
In der Fig. 2 ist ein Modell eines frequenzmodulierenden Ü- bertragungssystems dargestellt, dessen Empfangsvorrichtung die vorliegende Erfindung beinhaltet. Senderseitig wird eine zu übertragende Datensymbolfolge {d} einem Modulator 2 zugeführt . In dem Modulator 2 wird eine Quadraturmodulation durchgeführt, durch die ein I-Signal sR(t) und ein Q-Signal Sι(t) erzeugt wird. Beide Signale werden einem Hochfrequenzteil 3 zugeführt, in welchem auf beide Basisbandsignale eine hochfrequente Trägerschwingung aufmoduliert wird und die Signale zu einem einzigen Signal x(t) zusammengeführt und abge- strahlt werden. In dem Hochfrequenzteil 3 kann beispielsweise eine CPFSK-Modulation der Basisbandsignale erzeugt werden. Das Signal x(t) wird sodann über einen Übertragungskanal 4 ausgesandt, in welchem dem übertragenen Signal x(t) eine Rauschkomponente n(t) hinzugefügt wird.
Empfangsseitig wird das empfangene Signal r(t) einem Empfangs-Hochfrequenzteil 5 zugeführt, in welchem gleichzeitig eine Quadraturdemodulation durchgeführt wird. Durch die Quadraturdemodulation wird das Signal in einen I-Zweig und einen Q-Zweig aufgespalten und in jedem der Zweige mit einer Zwischenfrequenz gemischt, welche dem Q-Zweig mit einer 90°- Phasenverschiebung gegenüber dem I-Zweig zugeführt wird. Die solchermaßen erzeugten Signale xR(t) und Xι(t) werden einem Limiter/Diskriminator 10 zugeführt. Der Limiter/Diskriminator 10 ist eine Ausfuhrungsform des Nulldurchgangsdetektors 1 und er liefert somit an seine zwei Ausgänge entsprechende Nulldurchgangsfolgen {ti} und {t2i_ι}, d.h. die entsprechenden
Zeitpunkte der Nulldurchgänge beider Signale. Diese Nulldurchgangsfolgen werden einer mathematischen Verarbeitungs- einheit 6 zugeführt, in welcher eine mathematische nicht- lineare Abbildung der zusammengeführten Nulldurchgangsfolgen auf eine Parameter-Sequenz {zi} durchgeführt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass in der Verarbeitungseinheit 6 zunächst aus der zusammengeführten Nulldurchgangsfolge Nulldurchgangsabstande, d.h. Differenzen zwischen aufeinander folgenden NulldurchgangsZeitpunkten gebildet werden und die solcherma- ßen gebildete Differenzenfolge auf die Parameter-Sequenz abgebildet wird. Schließlich werden die Parameterwerte der Parameter-Sequenz {zi} einem Viterbi-Sequenz-Detektor 7 zugeführt, in welchem eine konventionelle Viterbi-Sequenz- Detektion zur Ermittlung der Datensymbolfolge durchgeführt wird.
In der Fig. 3 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Abbildung von einer Datensymbolfolge auf eine Nulldurchgangsfolge und auf eine Parameter-Sequenz dargestellt. In dem Ausfüh- rungsbeispiel wird aus einer gesendeten Datensymbolfolge {dk} empfangsseitig eine aus den Nulldurchgangsfolgen der I- und Q-Signale zusammengeführte Nulldurchgangssequenz {t'φ} erzeugt. Im vorliegenden Fall werden Differenzen zwischen den Nulldurchgangszeitpunkten gebildet und es wird sowohl eine Mittelwertbildung der Differenzen als auch eine Anzahlbestimmung der Nulldurchgänge durchgeführt und beide Parameter auf die Parameter-Sequenz {zi} abgebildet. Somit wird aus der Nulldurchgangssequenz {t'φ} durch Mittelwertbildung und Anzahlbestimmung die Parameter-Sequenz {zi} mit N = 2 Pararae- terwerten pro Symbolintervall abgeleitet. In diesem Fall gilt die Gleichung (1) i = 2k und in Gleichung (2) i = 2k+l .
Es werden in der Weise beide Parameter auf die Parameter- Sequenz {zi} abgebildet, indem beide Gleichungen alternierend und zwar jeweils einmal pro Symbolintervall verwendet werden. Somit ist das erste Zi pro Symbolintervall durch die Glei-
chung (1) definiert und das zweite zi in demselben Symbolintervall durch die Gleichung (2) .
Claims
Patentansprüche
1. Verfahren zur Demodulation eines senderseitig mit einer Datensymbolfolge {dk} frequenzmodulierten analogen Empfangs- signals, mit den Verfahrensschritten:
(a) Detektieren von Nulldurchgängen des Empfangssignals;
(b) Generieren einer Sequenz {zi} von zeitlich aquidistanten Parameterwerten z±, deren Anzahl pro Symbolintervall konstant ist und die durch eine mathematische, insbesondere nicht-lineare Abbildung aus den Nulldurchgängen erzeugt werden, und
(c) Rekonstruieren der Datensymbolfolge aus der Sequenz {zi} durch einen Detektionsalgorithmus.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Detektionsalgorithmus eine Viterbi-Detektion beinhaltet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Verfahrensschritt (b) die folgenden Teilschritte beinhaltet :
(b.l) Generieren einer Folge {tφ}, wobei ein Folgenglied tφ durch die Differenz φi+1 - φi von den zu zwei aufeinander folgenden Nulldurchgängen gehörenden Zeitpunkten φi und φi+ι bestimmt wird;
(b.2) Generieren der Parameterwerte der Sequenz {zi} durch
Mittelwertbildung über jeweils eine Anzahl von Folgen- gliedern.
. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- im Verfahrensschritt (b) die mathematische Abbildung durch die Anzahl der Nulldurchgänge pro Symbolintervall oder Abschnitt eines Symbolintervalls bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das Empfangssignal in einen Inphase-(I-) und einen Quadratur- (Q-) Zweig aufgespalten wird, - in jedem Zweig gemäß dem Verfahrensschritt (a) die Null- durchgänge detektiert und entsprechende Folgen {ti}, {t2i-ι} generiert werden,
- die Folgen {t2i} und {t2i-χ} alternierend zu einer Folge {t'φ} zusammengeführt werden, und - die Sequenz {zi} aus der zusammengeführten Folge generiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - das frequenzmodulierte Empfangssignal ein CPFSK-Signal ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
- einem Detektor (1; 10) für Nulldurchgänge des Empfangssig- nals,
- eine mathematische Verarbeitungseinheit (6) zum Generieren der Sequenz {zi} durch mathematische, insbesondere nichtlineare Abbildung aus den Nulldurchgängen, und
- einer Detektionseinheit (7) zur Detektion der Datensymbol- folge { dk } aus der Sequenz {z } der Parameterwerte Zi .
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Detektionseinheit (7) ein Viterbi-Sequenz-Detektor (7) ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die mathematische Verarbeitungseinrichtung (6) dafür ausge- bildet ist, zeitliche Differenzen von aufeinander folgenden
Nulldurchgängen zu bestimmen und eine Mittelwertbildung über eine Anzahl von Differenzen durchzuführen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die mathematische Verarbeitungseinheit (6) für die Bestim- mung der Anzahl der Nulldurchgänge ausgelegt ist .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- mit ihr eine Quadraturdemodulation durchführbar ist, und - die in dem Detektor (1; 10) für Nulldurchgänge detektierten Nulldurchgangsfolgen des I- und des Q-Signals von dem Detektor (1; 10) oder der mathematischen Verarbeitungseinheit (6) zu einer gemeinsamen Nulldurchgangsfolge zusammenführbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- sie ein Empfangs-Hochfrequenzteil (5) enthält, in welchem das I-Signal und das Q-Signal mit einer Zwischenfrequenz mischbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Detektor (1; 10) für Nulldurchgänge ein Limi- ter/Diskriminator (10) ist.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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