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Dokumentenidentifikation DE69837656T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000969636
Titel Trägerfolgesystem unter Anwendung eines Fehleroffsetfrequenzsignals
Anmelder Lucent Technologies Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Van Driest, H., 3721 M Bilthoven, NL
Vertreter TER MEER STEINMEISTER & Partner GbR Patentanwälte, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69837656
Vertragsstaaten DE, ES, FI, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.06.1998
EP-Aktenzeichen 983051665
EP-Offenlegungsdatum 05.01.2000
EP date of grant 25.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H04L 27/233(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Nachführen einer Trägerzeitablaufsteuerung in einem Empfänger, in dem eine einzelne Frequenzquelle verwendet wird, um einen Referenztakt und ein Trägersignal zu erzeugen. Die Erfindung betrifft insbesondere Sender-Empfänger, in denen ein Teil der Funktionalität in diskreten Zeitschritten stattfindet.

Hintergrund der Erfindung

In den meisten modernen Sender-Empfängern wird sowohl aus technischen als auch aus Kostengründen eine einzelne Frequenzreferenz für den Referenztakt und den Trägeroszillator im Sender verwendet, und eine einzelne Frequenzreferenz wird für den Referenztakt und die Trägerreferenz in dem Empfänger verwendet. Der Trägeroszialltor und die Trägerreferenz werden jeweils durch Vervielfachen der entsprechenden Frequenzreferenz um einen vorbestimmten Wert erzeugt.

Im Sender wird der Referenztakt als Abtasttakt in dem Modulator und in einem Digital-Analog-Wandler verwendet, und in dem Empfänger wird der Referenztakt in dem Analog-Digital-Wandler und in einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung (die den Demodulator umfasst) verwendet.

In solchen Sender-Empfängerausführungen, in welchen ein Teil der Funktionalität in diskreten Zeitschritten stattfindet, ist es nötig, die Abtastzeitsteuerung des Empfängers mit der Abtastzeitsteuerung des Senders zu synchronisieren, wie z. B. in der EP 0 762 662, d. h. den Referenztakt des Empfängers mit dem des Senders zu synchronisieren. Es gibt bekannte Techniken, die Abtastnachführung aus dem empfangenen Signal abzuleiten. Solche bekannte Techniken benötigen jedoch einen komplexen Schaltungsaufbau in dem Empfänger, um eine Zeitablaufsteuerungsnachführung des Trägers sicherzustellen.

In dem Empfänger ist üblicher Weise ein Verfahren vorgesehen, um ihn mit dem Träger, auf welchem das empfangene Signal moduliert wird, zu synchronisieren. Diese Synchronisation beinhaltet das Feststellen und Beseitigen des Fehlers zwischen Trägerfrequenz des Senders und der Referenzträgerfrequenz in dem Empfänger. Besonders in kohärenten Detektionsempfängern muss der Empfänger sehr starr mit dem empfangenen Träger synchronisiert oder verriegelt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schaltungsaufbau zu vereinfachen, der in dem Empfänger für die Nachführung der Zeitablaufsteuerung des empfangenen Referenztaktes dem Übertragungsreferenztakt unter Verwendung eines in dem Empfänger vorgesehenen Schaltungsaufbaus zur Synchronisierung des Empfängers mit dem Träger benötigt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung zum Empfangen eines übertragenen Signals vorgesehen, das übertragene Signal umfasst ein moduliertes Signal, das unter der Steuerung eines Übertragungszeitsteuerungssignals mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt wurde und das durch eine Trägerfrequenz mit einem n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz aufwärtsgemischt wurde, die Schaltung umfasst eine Signalquelle zum Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten Frequenz verschieden ist; einen Frequenzvervielfacher mit einem Vervielfachungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Empfängerzeitsteuerungssignals und zum Erzeugen eines Trägerreferenzsignals mit einer Referenzfrequenz mit einem n-fachen der zweiten vorbestimmten Frequenz geschaltet ist; einem Abwärtsumsetzer, der zum Empfangen des übertragenen Signals als ersten Eingang und des Trägerreferenzsignal als zweiten Eingang geschaltet ist, um an einem Ausgang ein versetztes abwärts gemischtes moduliertes Signal entsprechend dem Basisband modulierten Signal zu erzeugen, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz versetzt ist; einem Frequenzkompensator, der zum Empfangen des versetzten modulierten Signals und zum Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz an einem Ausgang geschaltet ist; einem Frequenzteller mit einem Teilungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen der ersten und zweiten vorbestimmten Frequenz an einem Ausgang geschaltet ist; Zeitablaufsteuerungsmittel, die zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit vom Fehlersignal geschaltet sind; und Zeitablaufeinstellmittel, die mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzers zum Einstellen der Zeitphase des Ausgangs des Abwärtsumsetzers in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal gekoppelt sind.

Die vorliegende Erfindung schafft also eine Technik zur Zeitablaufsteuerungsnachführung, in welcher die Fehlerinformation, die normaler Weise für die Trägerfrequenznachführung erzeugt wird, auch verwendet wird, um die Referenzzeitablaufsteuerung des Empfängers in Bezug auf den Sender in Abhängigkeit eines bekannten Verhältnisses zwischen der Senderträgerfrequenz und der Senderreferenzzeitablaufsteuerung nachzuführen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Versatz-Beseitigungsschaltung vorgesehen, die zwischen den Abwärtsumsetzer und die Zeitablaufeinstellmittel geschaltet ist, um den Versatz aus dem versetzten modulierten Signal zu beseitigen, und die einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzer verbunden ist, sowie einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Frequenzkompensators verbunden ist, zum Erzeugen des modulierten Signals an einem Ausgang aufweist. Somit verwendet die Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise eine effiziente und ökonomische Schaltung zur Trägernachführung.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Zeitablaufsteuerungsmittel Vergleichermittel zum Vergleichen des Fehlersignals mit einem vorbestimmten Fehlerwert, wobei das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal in Abhängigkeit von dem Fehlersignal, das größer als der vorbestimmte Fehlerwert ist, erzeugt wird. Somit ermöglicht die Erfindung in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise die Einstellung der Zeitablaufsteuerung des modulierten Signals lediglich im Empfänger, wenn die Referenzzeitablaufsteuerung in dem Empfänger einen Fehler aufweist, der größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Nachführen der Trägerzeitablaufsteuerung für ein übertragenes Signal in einem Empfänger, das übertragene Signal umfasst ein moduliertes Signal, das unter der Steuerung eines Übertragungszeitsteuerungssignals mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt und durch eine Trägerfrequenz mit einem n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz aufwärtsgemischt wurde, das Verfahren umfasst Empfangen des übertragenen Signals; Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten Frequenz verschieden ist, Erzeugen eines Trägerreferenzsignals mit einer Referenzfrequenz, die ein n-faches der zweiten vorbestimmten Frequenz ist; Abwärtsmischen des übertragenen Signals durch Mischen des Signals mit dem Trägerreferenzsignal, wodurch ein versetztes moduliertes Signal entsprechend dem Basisband modulierten Signal erzeugt wird, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz versetzt ist; Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz; Teilen des Differenzsignals durch n, wodurch ein Fehlersignal mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzen erzeugt wird; Erzeugen zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit vom Fehlersignal; und Einstellen der Zeitphase des abwärts gemischten Signals in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal.

In einer weiteren Ausgestaltung schafft die vorliegende Erfindung ein Kommunikationssystem mit einem Sender mit einer Signalquelle zum Erzeugen eines Senderzeitsteuerungssignals mit einer ersten vorbestimmten Frequenz; einem Frequenzvervielfacher mit einem Vervielfachungsverhältnis von n, der zum Empfang des Senderzeitsteuerungssignal als Eingang geschaltet ist und ein Trägersignal mit einer Frequenz eines n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt; und einem Aufwärtsumsetzer, der zum Empfangen eines zu übertragenden modulierten Signals als ersten Eingang und des Trägersignals als zweiten Eingang und zum Erzeugen eines Sendesignals als Ausgang geschaltet ist; das Kommunikationssystem umfasst ferner einen Empfänger mit einer Signalquelle zum Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten Frequenz verschieden ist; einem Frequenzvervielfacher mit einem Vervielfachungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Empfängerzeitsteuerungssignals und zum Erzeugen eines Trägerreferenzsignal mit einer Referenzfrequenz, die ein n-faches der zweiten vorbestimmten Frequenz ist, geschaltet ist; einem Abwärtsumsetzers, der zum Empfangen des übertragenen Signals als ersten Eingang und des Trägerreferenzsignals als zweiten Eingang und zum Erzeugen an einem Ausgang eines abwärts gemischten versetzten modulierten Signals entsprechend dem Basisband modulierten Signal geschaltet ist, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz versetzt ist; einem Frequenzkompensator, der zum Empfangen des versetzten modulierten Signals als Eingang und zum Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz an einem Ausgang geschaltet ist; einem Frequenzteiler mit einem Teilungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen der ersten und zweiten vorbestimmten Frequenz an einem Ausgang geschaltet ist; Zeitablaufssteuerungsmittel, die zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit von dem Fehlersignal geschaltet sind; Zeitablaufeinstellmittel, die mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzers gekoppelt sind und zum Einstellen der Zeitphase des Ausgangs des Abwärtsumsetzers in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei

1 ein schematisches Blockdiagramm eines einfachen Senders ist;

2 ein schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Empfängers ist;

3 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Frequenzversatzkompensators ist, der in einem Ausführungsbeispiel des Empfängers aus 2 verwendet wird; und

4 eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Zeitsteuerungsschaltung darstellt, die in einem Ausführungsbeispiel des Empfängers aus 2 verwendet wird.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Bezugnehmend auf 1 ist eine einfache Senderschaltung dargestellt, die im Allgemeinen mit 2 gekennzeichnet ist. Die Senderschaltung 2 umfasst einen Modulator 4, einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 6, einen Aufwärtsumsetzer 8, einen Oszillator 12 und einen Phasenregelkreis (PLL) 14. Die Senderschaltung 2 empfängt zu übertragene digitale Daten TXDATA auf Leitung 28 und gibt ein Signal zur Übertragung, TXSIGNAL auf Leitung 30, an eine Antenne 26 aus.

Der Oszillator 12 erzeugt einen Abtasttakt, von welchem ein Übertragungstakt TXC auf Leitung 32 abgeleitet wird. Der Übertragungstakt TXC liegt bei einer ersten vorbestimmten Frequenz und bildet ein Eingangssignal jeweils für den Modulator 4, den DAC 6 und den PLL 14. Die vorliegende Erfindung kann mit jeglicher bekannten Modulationstechnik verwendet werden. Die verwendete Modulationstechnik hat keinen Einfluss auf die Verwirklichung des erfinderischen Konzepts. Der Modulator 4 empfängt auch die zu übertragenen Daten TXDATA auf Leitung 28, moduliert die Daten in Übereinstimmung mit bekannten Techniken, und erzeugt ein zu übertragenes moduliertes digitales Datensignal TXMODSIGD auf einer Signalleitung 34, welche in den DAC 6 eingeht und welches in ein zu übertragenes analoges moduliertes Signal TXMODSIGA auf Leitung 36 bei dem Ausgang des DAC 6 umgesetzt wird. Der Übertragungstakt TXC steuert die Abtastung in dem Modulator 4 und die Abtastung in dem DAC 6.

Der Aufwärtsumsetzer 8, welcher einen Mischer 10 umfasst, setzt das modulierte analoge Datensignal TXMODSIGA auf Leitung 36 in eine Frequenz um, die für die Übertragung durch die Antenne 26 geeignet ist. Zu diesem Zweck ist der PLL 14 vorgesehen, um als Frequenzvervielfacher zu wirken und ein Trägersignal TXCARRIER auf Leitung 38 an den Aufwärtsumsetzer 8 zu liefern, wobei dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz des Übertragungstakts TXC auf Leitung 32 ist.

Der PLL 14 umfasst einen Phasenvergleicher 16, einen Schleifenfilter umfassend einen Widerstand 20 und einen Kondensator 22, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 24, und einen Teiler 18. Diese Komponenten werden in einer dem Fachmann wohl bekannten Weise miteinander verschaltet, um einen Frequenzvervielfacher zu umfassen. Das Vervielfachungsverhältnis des PLL 14 wird durch das Teilungsverhältnis n des Teilers 18 festgelegt. Somit weist das Trägersignal TXCARRIER auf Leitung 38 bei dem Ausgang des PLL eine Frequenz auf, welche das n-fache der Frequenz des Übertragungstakts TXC bei dem Eingang zu dem PLL ist.

Der Aufwärtsumsetzer 8 empfängt das analoge modulierte Signal TXMODSIGA an einem ersten Eingang zu dem Mischer 10 und das Trägersignal TXCARRIER an einem zweiten Eingang zu dem Mischer 10, und mischt das analoge modulierte Signal TXMODSIGA auf Leitung 36 zu einer Trägerfrequenz des Trägersignals TXCARRIER auf Leitung 38 aufwärts. Das somit auf Leitung 30 bei dem Ausgang des Mischers 10 erzeugte aufwärts gemischte Signal wird in die Antenne 26 eingegeben und als das Signal TXSIGNAL übertragen.

Bezugnehmend auf 2 ist eine beispielhafte Empfängerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Empfangen eines durch die Senderschaltung der 1, die im Allgemeinen als 74 gekennzeichnet ist, übertragenen Signals dargestellt. Die Empfängerschaltung 74 umfasst einen Signalprozessor 46, einen Abwärtsumsetzer 48, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 50, einen Oszillator 42 und einen Phasenregelkreis (PLL) 44. Die Empfängerschaltung 74 empfängt ein Signal RXSIGNAL über eine Antenne 40 auf Leitung 76 und gibt ein empfangenes demoduliertes digitales Datensignal RXDATA auf Leitung 78 aus.

Der Oszillator 42 erzeugt einen Abtasttakt, von dem ein Empfangstakt RXC auf Leitung 80 abgeleitet wird. Der Empfangstakt RXC liegt bei einer zweiten vorbestimmten Frequenz und bildet ein Eingangssignal zu dem Signalprozessor 46, dem ADC 50 und dem PLL 44. Der PLL 44 der Empfängerschaltung ist identisch zu dem PLL 14 der Senderschaltung aufgebaut und umfasst einen Phasenvergleicher 64, einen Schleifenfilter umfassend einen Widerstand 66 und einen Kondensator 68, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 70 und einen Teiler 72. Wie in dem Sender sind diese Komponenten miteinander verschaltet, um einen Frequenzvervielfacher zu schaffen, wobei dessen Vervielfachungsverhältnis durch das Teilungsverhältnis des Teilers 72 festgelegt ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist der Teiler 72 ein Teilungsverhältnis von n gleich dem Teilungsverhältnis n des Teilers 18 des PLL 14 in der Senderschaltung auf. Entsprechend vervielfacht der PLL 44 das Empfangstaktsignal RXC um den Faktor n in der gleichen Weise wie der PLL 14 das Übertragungstaktsignal TXC um den Faktor n vervielfacht. Somit liefert der PLL 44 ein Signal an seinem Ausgang auf Leitung 82 mit einer Frequenz gleich dem n-fachen der Frequenz des Empfangstaktsignals RXC.

Das Signal an dem Ausgang des PLL auf Leitung 82 bildet das Trägerreferenzsignal REFCARR für den Empfänger 74, der, wie später beschrieben wird, verwendet wird, um das an der Antenne 40 zur Verarbeitung in dem Empfänger empfangene Signal abwärts zu mischen.

Der Abwärtsumsetzer 48 mischt das an der Antenne 40 empfangene Signal abwärts. Der Abwärtsumsetzer 48, der einen Mischer 84 umfasst, empfängt als ein erstes Eingangssignal zu dem Mischer 84 das empfangene Signal RXSIGNAL auf Leitung 76 und als zweites Eingangssignal zu dem Mischer 84 das Trägerreferenzsignal REFCARR auf Leitung 82, und erzeugt ein Ausgangssignal an den ADC 50, welches ein Ergebnis der Mischung seiner beiden entsprechenden Eingänge ist.

Der Zweck des Abwärtsumsetzer 84 ist, den umgekehrten Arbeitsvorgang des Aufwärtsumsetzers 8 des Senders durchzuführen und die Trägerfrequenz von dem Signal RXSIGNAL, das bei der Antenne 40 empfangen wird, zu beseitigen. Wenn die Frequenz und Phase des durch den PLL 44 auf Leitung 82 zu dem Abwärtsumsetzer 48 gelieferte Signal mit der Frequenz und Phase des durch den PLL 14 auf Leitung 38 an den Aufwärtsumsetzer 8 gelieferten Signals identisch ist, dann entspricht die Frequenz und Phase des Signals an dem Ausgangs des Abwärtsumsetzer 48 direkt der Frequenz und Phase des analogen modulierten Signals TXMODSIGA an der Eingangsleitung 36 zu dem Aufwärtsumsetzer 8.

Die Sender- und Empfängerschaltungen weisen jedoch jeweils unabhängige Oszillatoren 12 und 42 auf, und somit existiert ein Unterschied in ihrer Frequenz und Phase. Somit entspricht das Ausgangssignal des Abwärtsumsetzers 84 einem Signal OFFRXMODSIGA, welches das analoge modulierte Signal RXMODSIGA umfasst, das in dem empfangenen Signal RXSIGNAL enthalten ist, welches durch ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Frequenz des durch den PLL 14 erzeugten Signals und der Frequenz des durch den PLL 44 erzeugten Signals versetzt ist. Dieses Signal OFFRXMODSIGA wird durch den ADC 50 in ein digitales Signal OFFRXMODSIGD auf Leitung 86 umgesetzt.

Das Signal auf Leitung 86 bildet ein Eingangssignal zu dem Signalprozessor 46, der eine Frequenzversatzkompensatorschaltung 52, einen Teiler 54, eine Zeitablaufsteuerungschaltung 56, einen Vervielfacher 58, einen Interpolationsfilter 60 und einen Demodulator 62 umfasst. Das Ausgangssignal des Signalprozessors 46 bildet das ausgegebene empfangene Datensignal des Empfänger RXDATA auf Leitung 78. Die Elemente des Signalprozessors empfangen zusätzlich das Empfangstaktsignal RXC auf Leitung 80, obwohl die spezifische Verbindung zu den Elementen in 2 nicht gezeigt ist.

Das Signal auf Leitung 86 bildet ein Eingangssignal zu dem Frequenzversatzkompensator des Signalprozessors 46. Der Frequenzversatzkompensator umfasst eine Schaltung zum Messen des Frequenzversatzes des Signals OFFRXMODSIGD, das durch den ADC auf Leitung 86 ausgegeben wird, d. h. die Differenz zwischen der Frequenz des durch den PLL 14 erzeugten Signals und der Frequenz des durch den PLL 44 erzeugten Signals.

Das Ausgangssignal der Schaltung zum Messen des Frequenzversatzes wird verwendet, um ein Drehvektorsignal mit einer Drehfrequenz gleich dem gemessenen Frequenzfehler zu erzeugen. Das Drehvektorsignal wird von dem Frequenzversatzkompensator 52 auf Leitung 88 ausgegeben.

Bezugnehmend auf 3 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels eines Frequenzversatzkompensators 52 gezeigt. Die Implementierung des Frequenzversatzkompensators 42 ist davon abhängig, welches Modulationsverfahren für das gesendete Signal verwendet wird. Der Frequenzversatzkompensator 52 wird im Folgenden zum Zweck der Veranschaulichung für ein Phasenmodulationsverfahren beschrieben, das in dem Sender angewandt wird. Solch eine Phasenmodulation kann beispielsweise die binäre Pulslagenmodulation (BPSK) sein. Die Implementierung des Frequenzversatzkompensators 52 liegt innerhalb des fachmännischen Wissens hinsichtlich der verwendeten Modulationstechnik. Ein Beispiel für BPSK-Modulation wird hier der Vollständigkeit halber präsentiert, wobei die Implementierung außerhalb des Fokus der Erfindung und innerhalb dem Umfang des fachmännischen Wissens liegt.

Der Frequenzversatzkompensator 52 umfasst eine Phasenabschätzungsschaltung 100, eine Referenzphasenschaltung 102, eine Abziehschaltung 104, eine Mittlerschaltung 106 und eine Drehvektorerzeugungsschaltung 108.

Die Phasenabschätzungsschaltung 100 empfängt als Eingangssignal das Signal OFFRXMODSIGD an dem Eingang zu dem Frequenzversatzkompensator auf Leitung 86. Die Phasenabschätzungsschaltung 100 schätzt (misst) die Phase des eingehenden Signals auf Leitung 86 für jedes Symbol ab. Der abgeschätzte Phasenfehler für jedes Symbol wird von dem abgeschätzten Phasenfehler für das vorangegangene Symbol abgezogen, um eine abgeschätzte Phasendifferenz für zwei aufeinander folgende Symbole zu erzeugen. Die abgeschätzte Phasendifferenz stellt somit eine Abschätzung der Phasendifferenz zwischen dem aktuellen empfangenen Symbol des eingehenden Signals und dem unmittelbar vorangegangenen Symbol dar. Die abgeschätzte Phasendifferenz wird durch die Phasenabschätzungsschaltung 100 auf Leitung 110 ausgegeben.

Für BPSK können die Phasendifferenzen zwischen aufeinander folgend eingehenden Symbolen entweder 0° oder 180° sein, und diese beiden möglichen Phasendifferenzen werden als Referenzphasen in der Referenzphasenschaltung 102 gespeichert. Die abgeschätzte Phasendifferenz des eingehenden Signals wird durch die Phasenabschätzungsschaltung auf Leitung 110 ausgegeben, und die in der Referenzphasenschaltung gespeicherte Referenzphase wird auf Leitung 112 ausgegeben. Die Abziehschaltung 104 empfängt die abgeschätzte Phasendifferenz auf Leitung 110 und die Referenzphase 112 und zieht eine von der anderen ab, um ein Signal an ihrem Ausgang auf Leitung 114 zu liefern, welches den Phasenfehler darstellt.

Die Mittlerschaltung empfängt das Signal an dem Ausgang der Abziehschaltung 104 und mittelt den Phasenfehler über mehrere empfangene Symbole, um eine bessere Abschätzung des mittleren Phasenfehlers abzuleiten.

Schließlich gibt die Mittlerschaltung 106 den gemittelten Phasenfehler an die Drehvektorerzeugungsschaltung 108 aus, welche den gemittelten Phasenfehler verwendet, um ein Drehvektorsignal mit der Drehfrequenz gleich dem Phasenfehler zu konstruieren.

Der Vervielfacher 58 empfängt als erstes Eingangssignal das Ausgangssignal OFFRXMODSIGD des ADC 50 auf Leitung 86 und als zweites Eingangssignal das Ausgangssignal des Frequenzversatzkompensators 52 auf der Leitung 88 und multipliziert diese zwei Eingangssignale miteinander, um ein Ausgangssignal auf Leitung 90 zu erzeugen. Wenn der Multiplizierer 58 das Signal auf Leitung 86 mit dem analogen modulierten Signal RXMODSIGD, das durch ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen den Frequenzen der durch die PLLs 14 und 44 erzeugten Signale versetzt ist, und das Signal auf Leitung 88 eine Drehfrequenz gleich dem gemessenen Frequenzversatz aufweist, erzeugt der Ausgang des Multiplizierers 58 ein Signal entsprechend dem analogen modulierten Signal RXMODSIGD auf Leitung 90. Somit beseitigt der Multiplizierer 58 in effektiver Weise den Frequenzversatz von dem Signal, das von dem Abwärtsumsetzer 48 ausgegeben wird, und erzeugt das digitale modulierte Signal RXMODSIGD auf Leitung 90, das in dem in der Antenne 40 empfangenen Signal RXSIGNAL getragen ist.

Das Signal RXMODSIGD auf Leitung 90 ist somit bereit für die Demodulation, um die modulierten Daten zu erhalten. Um jedoch in korrekter Weise dieses Signal zu demodulieren, ist es notwendig, die Zeitablaufsteuerung des Empfangstaktsignals RXC mit dem Übertragungstaktsignal zu synchronisieren, unter dessen Steuerung die Daten moduliert wurden. Dies wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch Vorsehen des Teilers 54 und der Zeitablaufsteuerungsschaltung 56 erreicht.

Der Teiler 54 empfängt den Drehvektor an dem Ausgang des Frequenzversatzkompensators 52 auf Leitung 88. Der Teiler 54 weist ein Teilungsverhältnis von n, gleich dem Teilungsverhältnis von n in sowohl dem Teiler 18 der PLL 14 des Senders und des Teilers 72 der PLL 44 des Empfängers auf. Somit schafft der Teiler 54 ein Ausgangssignal auf Leitung 92, welches eine Frequenz entsprechend zu der Frequenzdifferenz zwischen dem Übertragungstaktsignal TXC und dem Empfangstaktsignal RXC aufweist, d. h. der Differenz zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzen.

Da sowohl im Sender als auch im Empfänger die entsprechenden Übertragungs- und Empfangstaktsignale TXC und RXC verwendet werden, um die Signale im Modulator 4 bzw. im Signalprozessor 46 abzutasten, kann das Signal auf Leitung 92 mit einer Frequenz entsprechend der Frequenzdifferenz zwischen der Übertragungs- und Empfangstaktsignale TXC und RXC verwendet werden, um den Fehler der Abtastfrequenz in dem Empfänger zu bestimmen, d. h. die Frequenz des Empfangstakts RSC in Bezug auf die Abtastfrequenz im Sender, d. h. die Frequenz des Übertragungstakts TXC.

Das Signal auf Leitung 92 bildet ein Eingangssignal für die Zeitablaufsteuerungsschaltung 56. Die Zeitablaufsteuerungsschaltung verwendet den Fehler der Abtastfrequenz im Empfänger, d. h. den Fehler in der Empfangstaktfrequenz RXC verglichen mit der Übertragungstaktfrequenz TXC, um den Abtasttaktphasenfehler im Empfänger zu bestimmen. Das heißt, dass das Fehlersignal zwischen den Empfangs- und Übertragungstaktfrequenzen, oder die Ableitung den Empfangs- und Übertragungstakte, dem Steuerungssignal entspricht. Wenn der Fehler des Abtasttakts im Empfänger zu hoch wird, wird ein Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 erzeugt.

Das Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 bildet ein Eingangssignal für den Interpolationsfilter, welcher auch als Eingangssignal das modulierte Signal RXMODSIGD am Ausgang des Multiplizierers 58 auf Leitung 90 empfängt. In Antwort auf das Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 verschiebt der Interpolationsfilter das Signal auf Leitung 90, um die Zeitdrift zwischen den Sender- und Empfänger-Abtasttakten zu kompensieren. Das zeitverschobene modulierte Signal wird auf Leitung 96 ausgegeben.

Es gibt mehrere Arten, auf die die Zeitablaufsteuerungsschaltung 56 implementiert werden kann, und mehrere Arten, um das Zeitablaufssteuerungsignal 94 aus dem Signal 92 zu erzeugen. Eine Art der Erzeugung des Zeitablaufsteuerungssignals 94 wird im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben, welche eine beispielhafte Implementierung der Zeitablaufsteuerungsschaltung 56 am Beispiel der BPSK-Modulation veranschaulicht, welche oben erläutert wurde.

Die Zeitablaufsteuerungsschaltung umfasst einen Nulldurchgangszähler 118, einen Schwellenspeicher 122 und eine Vergleichsschaltung 120. Der Nulldurchgangszähler 118 empfängt das Signal auf Leitung 92 und zählt die Nulldurchgänge des Fehlers des Abtasttakts. Die Anzahl der Nulldurchgänge wird auf Leitung 124 an die Vergleichsschaltung 120 ausgegeben, welche auch einen voreingestellten Schwellenwert auf Leitung 126 von dem Schwellenspeicher 122 empfängt. Der voreingestellte Schwellenwert bestimmt, um wieviel der Empfangstakt RXC von dem Übertragungstakt TXC abweichen muss, bis eine Zeitablaufseinstellung ausgelöst wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieser Wert auf 5% gesetzt.

Wenn der voreingestellte Schwellenwert überschritten wird, setzt die Vergleichsschaltung 120 das Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94, um den Betrieb des Interpolationsfilters 60 auszulösen. Der Interpolationsfilter verschiebt die empfangenen Abtastungen, so dass, wenn der aktuelle Zeitversatz oder Drift zwischen dem Empfangstakt RXC und dem Übertragungstakt TXC gleich 5% ist, an dem Ausgang des Interpolationsfilters auf Leitung 96 die Drift als 0% erscheint.

Der Interpolationsfilter 60 ist ein gut bekannter Filter, der in einfacher Weise durch einen Fachmann implementiert werden kann. Der Interpolationsfilter kann einen Aufbau mit einer endlichen Impulsanwort (FIR) aufweisen, in welcher die Abgriffe des Filters im Anfangszustand so sind, dass der Filter einer Zeitverschiebung des demodulierten Signals von Null ausgibt. Wenn das Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 gesetzt ist, werden die Abgriffe des Interpolationsfilters neu berechnet, so dass der Filter eine Zeitverschiebung in Übereinstimmung mit dem durch den Schwellenwert in der Zeitablaufssteuerungsschaltung 56 bestimmten Wert ausgibt. Eine Neuberechnung der Abgriffe kann unter Verwendung der Lagrange-Interpolationsfunktion durchgeführt werden, welche allgemein bekannt ist.

Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass eine noch weitergehende Implementierung der Zeitablaufsteuerungsschaltung 94 eine Vielzahl von Zeitablaufsteuerungssignalen 94 erzeugen kann. Die Zeitablaufsteuerungsschaltung kann eine Anzahl von Schwellenwerten speichern, so dass die Zeitablaufsteuerungskompensation, die durch den Interpolisationsfilter 60 vorgesehen ist, in Übereinstimmung mit dem gemessenen Zeitablaufsteuerungsfehler variiert wird.

Das zeitversetzte modulierte Signal auf Leitung 96 wird dem Demodulator 62 als Eingangssignal gegeben, und der Demodulator demoduliert das Signal durch Anwendung von geeigneten Techniken in Übereinstimmung mit den Modulationstechniken, welche in dem Modulator 4 angewendet werden, und gibt das empfangene Datensignal RXDATA auf Leitung 78 des Empfängers aus.

Es wird darauf hingewiesen, dass die spezifische Implementierung der Empfängerschaltung 74 auch variieren kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können der Analog-Digital-Wandler 50 und der Mischer 58 zur Beseitigung des Versatzes am Ausgang des Interpolisationsfilters 60 angeschlossen sein.


Anspruch[de]
Schaltung zum Empfangen eines übertragenen Signals, das übertragene Signal umfasst ein moduliertes Signal (TXMODSIGA), das unter der Steuerung eines Übertragungszeitsteuerungssignals (TXC) mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt wurde und das durch eine Trägerfrequenz mit einem n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz aufwärtsgemischt wurde, die Schaltung umfasst:

– eine Signalquelle (42) zum Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals (RXC) mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten Frequenz verschieden ist;

– einen Frequenzvervielfacher (44) mit einem Vervielfachungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Empfängerzeitsteuerungssignals (RXC) und zum Erzeugen eines Trägerreferenzsignals (REFCARRIER) mit einer Referenzfrequenz mit einem n-fachen der zweiten vorbestimmten Frequenz geschaltet ist;

– einem Abwärtsumsetzer (48), der zum Empfangen des übertragenen Signals als ersten Eingang und des Trägerreferenzsignal (REFCARRIER) als zweiten Eingang geschaltet ist, um an einem Ausgang ein abwärtsgemischtes versetztes moduliertes Signal (OFFRXMODSIGD) entsprechend dem Basisband modulierten Signal (TXMODSIGA) zu erzeugen, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz versetzt ist;

– einem Frequenzkompensator (52), der zum Empfangen des versetzten modulierten Signals (OFFRXMODSIGD) und zum Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz an einem Ausgang geschaltet ist;

– einem Frequenzteiler (54) mit einem Teilungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen der ersten und zweiten vorbestimmten Frequenz an einem Ausgang geschaltet ist;

– Zeitablaufsteuerungsmittel (56), die zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit vom Fehlersignal geschaltet sind;

– Zeitablaufeinstellmittel (60), die mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzers (48) zum Einstellen der Zeitphase des Ausgangs des Abwärtsumsetzers (48) in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal gekoppelt sind.
Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend:

– eine Versatz-Beseitungsschaltung (58), die zwischen den Abwärtsumsetzer und die Zeitablaufeinstellmittel geschaltet ist, um den Versatz aus dem versetzten modulierten Signal (OFFRXMODSIG) zu beseitigen, und die einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzer verbunden ist, sowie einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Frequenzkompensators verbunden ist, zum Erzeugen des modulierten Signals an einem Ausgang aufweist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitablaufsteuerungsmittel (56) Vergleichermittel (120) zum Vergleichen des Fehlersignals mit einem vorbestimmten Fehlerwert aufweisen, wobei das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal in Abhängigkeit von dem Fehlersignal, das größer als der vorbestimmte Fehlerwert ist, erzeugt wird. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend:.

– einen Analog-Digital-Wandler (50), der mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzers gekoppelt ist und auf das Empfangszeitsteuerungssignal antwortet, wobei der Ausgang des Abwärtsumsetzers ein analoges Signal ist.
Verfahren zum Nachführen einer Trägerzeitablaufsteuerung für ein übertragenes Signal in einem Empfänger, das übertragene Signal umfasst ein moduliertes Signal (TXMODSIGA), das unter der Steuerung eines Übertragungszeitsteuerungssignals (TXC) mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt und durch eine Trägerfrequenz mit einem n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz aufwärtsgemischt wurde, das Verfahren umfasst:

– Empfangen des übertragenen Signals;

– Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals (RXC) mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten Frequenz verschieden ist,

– Erzeugen eines Trägerreferenzsignals (REFCARRIER) mit einer Referenzfrequenz, die ein n-faches der zweiten vorbestimmten Frequenz ist;

– Abwärtsmischen des übertragenen Signals durch Mischen des Signals mit dem Trägerreferenzsignal (REFCARRIER), wodurch ein versetztes moduliertes Signal (OFFRXMODSIG) entsprechend dem Basisband modulierten Signal erzeugt wird, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz versetzt ist;

– Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz;

– Teilen des Differenzsignals durch n, wodurch ein Fehlersignal mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzen erzeugt wird;

– Erzeugen zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit vom Fehlersignal; und

– Einstellen der Zeitphase des abwärtsgemischten Signals in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend das Beseitigen des Versatzes aus dem versetzten modulierten Signal (OFFRXMODSIG). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend das Vergleichen des Fehlersignals mit einem vorbestimmten Fehlerwert, wobei das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal in Abhängigkeit von dem Fehlersignal, das größer als der vorbestimmte Fehlerwert ist, erzeugt wird. Kommunikationssystem mit einem Sender mit:

– einer Signalquelle (12) zum Erzeugen eines Senderzeitsteuerungssignals (TXC) mit einer ersten vorbestimmten Frequenz;

– einem Frequenzvervielfacher (14) mit einem Vervielfachungsverhältnis von n, der zum Empfang des Senderzeitsteuerungssignal (TXC) als Eingang geschaltet ist und ein Trägersignal (TXCARRIER) mit einer Frequenz eines n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt; und

– einem Aufwärtsumsetzer (48), der zum Empfangen eines zu übertragenden modulierten Signals als ersten Eingang und des Trägersignals (TXCARRIER) als zweiten Eingang und zum Erzeugen eines Sendesignals als Ausgang geschaltet ist;

– das Kommunikationssystem umfasst ferner einen Empfänger mit:

– einer Signalquelle (42) zum Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten Frequenz verschieden ist;

– einem Frequenzvervielfacher (44) mit einem Vervielfachungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Empfängerzeitsteuerungssignals (RXC) und zum Erzeugen eines Trägerreferenzsignal (REFCARRIER) mit einer Referenzfrequenz, die ein n-faches der zweiten vorbestimmten Frequenz ist, geschaltet ist;

– einem Abwärtsumsetzers (48), der zum Empfangen des übertragenen Signals als ersten Eingang und des Trägerreferenzsignals (REFCARRIER) als zweiten Eingang und zum Erzeugen an einem Ausgang eines abwärtsgemischten versetzten modulierten Signals (OFFRXMODSIGD) entsprechend dem Basisband modulierten Signal (TXMODSIGA) geschaltet ist, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz versetzt ist;

– einem Frequenzkornpensator (52), der zum Empfangen des versetzten modulierten Signals (OFFRXMODSIGD) als Eingang und zum Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenz an einem Ausgang geschaltet ist;

– einem Frequenzteiler (54) mit einem Teilungsverhältnis von n, der zum Empfangen des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen der ersten und zweiten vorbestimmten Frequenz an einem Ausgang geschaltet ist;

– Zeitablaufssteuerungsmittel (56), die zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit von dem Fehlersignal geschaltet sind;

– Zeitablaufeinstellmittel (60), die mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzers (48) gekoppelt sind und zum Einstellen der Zeitphase des Ausgangs des Abwärtsumsetzers (48) in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal.






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