DE19740739A1

DE19740739A1 - Verfahren zur empfangsseitigen automatischen Erkennung eines gemäß dem QAM-Modus gesendeten Signals auf der Empfangsseite sowie Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE19740739A1
Application number: DE19740739A
Authority: DE
Inventors: Herbert Ing Grad Koellner; Petri Dipl Ing Solanti
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-03-18
Also published as: WO1999014913A1; US6314141B1

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet eines Sende/Empfangs systems für nach dem QAM-Modus gesendeten digitalen Signalen. Insbesondere schafft die Erfindung ein Verfahren zur emp fangsseitigen automatischen Erkennung des gemäß der QAM(Quadratur-Amplituden-Modulation)-Modulation gesendeten QAM-Modus (16-, 64-, 256-QAM; 32-, 128-QAM) eines empfangenen Signals, bei dem das empfangene Signal unter Gewinnung von Symbolwerten I-Sym und Q-Sym unterschiedlicher Wertigkeit de moduliert wird.

Es ist bekannt, statistische Auswerteverfahren anzuwenden, um den QAM-Modus eines entsprechend gesendeten Signals empfangs seitig zu erkennen. Diese bekannten Verfahren erfordern bis lang einen hohen Schaltungsaufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrun de, ein Verfahren zur empfangsseitigen automatischen Erken nung des gemäß der QAM-Modulation gesendeten QAM-Modus eines empfangenen Signals der im Oberbegriff des Anspruchs 1 ge nannten Art zu schaffen, das bei relativ geringem Schal tungsaufwand realisierbar ist. Außerdem soll durch die Erfin dung eine entsprechende Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wertigkeit der Symbolwerte I_Sym und Q_Sym erfaßt wird, und daß die Symbolwerte I_Sym und Q_Sym entsprechend ihrer Wertigkeit zur Gewinnung einer statistischen Verteilung von Maxima als Abbild des gesendeten QAM-Modus aufaddiert werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens ist vorgesehen, daß empfangsseitig mehrere Symbol werte I_Sym und Q_Sym erfaßt werden, daß die Häufigkeiten der Absolutwerte I_abs und Q_Abs der Symbolwerte I_Sym und Q_Sym gezählt werden, daß der kleinste Häufigkeitswert als Minimal wert festgelegt wird, daß der größte Häufigkeitswert als Ma ximalwert festgelegt wird, daß ein Entscheidungspegel (Schwellenwert) als (Maximalwert + Minimalwert)/2 festgelegt wird, daß die einzelnen Häufigkeitswerte zur Gewinnung eines Bitvektors in Bezug zu dem Entscheidungspegel gesetzt werden, und daß der Bitvektor zur Erkennung des QAM-Modus mit modula tionsspezifischen Bitmasken (Referenzmuster) verglichen wird.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bezüglich der Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der vorstehend angeführten bevorzugten Variante dadurch gelöst, daß vorgesehen sind: ein vom Symbolwert I_Sym beaufschlagter erster Absolutwertbildner zur Erzeugung des Absolutwerts I_abs und ein vom Symbolwert Q_Sym beaufschlagter zweiter Ab solutwertbildner zur Erzeugung des Absolutwerts Q_Abs, ein Dekoder, dessen Eingänge mit den Ausgängen der ersten und zweiten Absolutwertbildner verbunden sind, um aus den Abso lutwerten Zählimpulse entsprechend den Häufigkeiten der Abso lutwerte zu erzeugen, mehrere Zähler entsprechend der Anzahl der Häufigkeiten zum Zählen der Zählimpulse, ein Zwi schenspeicher zum Zwischenspeichern der Zählerwerte der Zäh ler, eine Einrichtung, die ansprechend auf das Erreichen ei nes vorgegebenen maximalen Zählerstandes von einem der Zähler den minimalen Zählerstand unter den weiteren Zählern ermit telt und den Schwellenwert (Entscheidungspegel) als (maximaler Zählerstand + minimaler Zählerstand) /2 bildet, ein Komparator, der die zwischengespeicherten Zählerwerte mit dem Schwellenwert vergleicht, und eine Auswerteeinrichtung, die die Vergleichsergebnisse mit einem Referenzmustern vergleicht und bei Übereinstimmung mit einem Referenzmuster einen ent sprechenden QAM-Modus ausgibt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a die Inphase-Komponenten eines gemäß der 16-QAM- Modulation gesendeten Signals,

Fig. 1b die Inphase-Komponenten eines gemäß der 64-QAM- Modulation gesendeten Signals,

Fig. 1c die Inphase-Komponenten eines gemäß der 256-QAM-Modu lation gesendeten Signals,

Fig. 2a das Empfangssignal eines gemäß der 16-QAM-Modulation gesendeten Signals,

Fig. 2b das Empfangssignal eines gemäß der 64-QAM-Modulation gesendeten Signals,

Fig. 2c das Empfangssignal eines gemäß der 256-QAM-Modulation gesendeten Signals,

Fig. 3 die relative Verteilung der Maxima und Minima des ge mäß 16-, 64- und 256-QAM modulierten Empfangssignals, und

Fig. 4 ein schematisches Schaltdiagramm der erfindungsgemäßen Schaltung zur empfangsseitigen automatischen Erkennung der QAM-Modulation eines im QAM-Modus gesendeten emp fangenen Signals.

Bei der QAM-Modulation (Quadratur-Amplituden-Modulation) wer den die Eingangs-Bitmuster eines gesendeten Signals in Inpha se- und Quadratur-Komponenten aufgeteilt, die zusätzlich in 2 bis 16 Signalpegel (4-256-QAM) kodiert werden. Die einzel nen Signalpegel weisen im gesamten Signalbereich von maximal -4 bis +4, beispielsweise 3, -1, 1, 3, für eine 16-QAM glei che Abstände auf. Bekanntlicherweise kommt es dabei auf die Maßeinheit nicht an, da nur die relativen Abstände zur Aus wertung anstehen. In Fig. 1a, 1b und 1c sind jeweils die In phasen-Komponenten der 16-, 64- und 256-QAM dargestellt.

Während in Fig. 1a, 1b und 1c die Signalform des gesendeten Signals gezeigt ist, ist in Fig. 2a, 2b und 2c die Signalform des jeweiligen Signals auf der Empfangsseite dargestellt. Im einzelnen entspricht das Empfangssignal gemäß Fig. 2a dem Sendesignal gemäß Fig. 1a; das empfangene Signal gemäß Fig. 2b entspricht dem gesendeten Signal gemäß Fig. 1b und das empfangene Signal gemäß Fig. 2c entspricht dem gesendeten Si gnal gemäß Fig. 1c. Wie aus Fig. 2a, 2b und 2c hervorgeht, unterscheidet sich das empfangene Signal vom jeweiligen ge sendeten Signal durch eine Gauß'sche Signalverteilung symmetrisch um die jeweiligen Symbolwerte. Diese Verbreite rung der ursprünglichen Symbolwerte beruht auf Rausch-, Ver zerrungs- und Echoanteilen, die sich zum gesendeten Signal bis zum Empfang addieren.

Wie aus Fig. 2a, 2b und 2c hervorgeht, bilden sich die Maxima um die ungeraden Symbolwerte und die Minima bilden sich um die geraden Symbolwerte. Wenn sämtliche Konstellationen auf 256-QAM erweitert werden, oder wenn jede Konstellation die höchste Auflösung hat, werden die Maxima und Minima konstel lationsabhängig verteilt, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Positio nen dieser Punkte bzw. Symbolwerte können statistisch analy siert werden, um die richtige Konstellation auch bei Vorlage solcher Störpegel zu erkennen, mit welchen ansonsten ein qua si fehlerfreier Empfang nicht mehr möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen der Konstellation bzw. des gemäß der QAM-Modulation gesendeten QAM-Modus eines empfangenen Signals macht sich die gleichmäßige Verteilung der gesendeten Symbole zunutze. Demnach können die Inphase- und Quadratur-Komponenten zusammengefügt und die Absolutwerte benutzt werden, um die zu analysierende Datenmenge zu reduzie ren.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, zunächst mehrere Symbole, beispielsweise mehr als 100 Symbole zu lesen, und daraufhin die Häufigkeiten der Absolutwerte des jeweiligen Signalpegels zu zählen. Daraufhin wird der kleinste Häufigkeitswert als Minimum festgelegt und der größte Häufigkeitswert wird als Maximum festgelegt. Ein Entscheidungspegel bzw. ein sogenannter Threshold-Pegel wird in der Mitte zwischen den errechneten Maxima und Minima festgelegt. Die einzelnen Häu figkeitswerte werden daraufhin mit dem Entscheidungspegel verglichen und gegebenenfalls den Maxima bzw. Minima zugeord net. Der so gewonnene Bit-Vektor wird mit konstellationsspe zifischen Bit-Masken bzw. Referenzwerten verglichen, woraus die gesendete Konstellation mit statistischer Genauigkeit er kannt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet nicht nur mit den vorstehend genannten Konstellationen 16-, 64- und 256-QAM, sondern auch mit den Kreuzkonstellationen 32- und 128-QAM.

in Fig. 3 ist eine Schaltung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens dargestellt. Diese Schaltung dient zur Er kennung des QAM-Modus auf Grundlage der 25 Symbolwerte I_Sym und Q_Sym, die nach der Demodulation des empfangenen Signals am Ausgang eines Quadraturdemodulators anstehen. Die Wort breite der Signale hängt vom übertragenen QAM-Modus ab. Der Wertebereich von I_Sym und Q_Sym beträgt -4. . .3 bei 16-QAM (2er Komplement) und -16. . .15 bei 256-QAM. Werden die Sym bolwerte I_Sym und Q_Sym graphisch dargestellt, ergibt sich eine quadratische Anordnung über die vier Quadranten, und pro Quadrant entstehen 2 Zeilen/Spalten bei 16-QAM und 8 Zei len/Spalten bei 256-QAM. Werden die Symbolwerte entsprechend ihrer Wertigkeit aufaddiert (der Symbolwert 0 imkrementiert einen Zähler 0, und der Symbolwert 1 inkrementiert einen Zäh ler 1 usw., wie im nachfolgenden ausgeführt), entsteht eine statistische Verteilung, die vom gesendeten QAM-Modus ab hängt. Dabei entstehen bei 16-QAM zwei Maxima, bei 32-QAM drei Maxima und bei 64-QAM vier Maxima usw. Am Eingang 1 bzw. am Eingang 2 der Schaltung liegen die Symbolwerte bzw. Signa le I_Sym bzw. Q_Sym an.

Auf den Eingang folgen eine erste und eine zweite Absolut wertbildungseinrichtung 3 bzw. 4, um aus den Signalen I_Sym und Q_Sym die jeweiligen Absolutwerte I_abs und Q_abs zu berechnen, wodurch diese Signale auf 4 Quadranten reduziert werden.

Die Absolutwerte I_abs und Q_abs werden jeweils in einen De koder 5 eingespeist, der aus ihnen Zählimpulse Inc0. . .Inc15 für dem Dekoder nachgeschaltete Zähler Z0. . .Z15 erzeugt, an deren Ausgänge die Zählerstände C0. . .C15 anliegen. Für den Fall, daß die Signale bzw. Symbolwerte I_Sym und Q_Sym gleich sind, inkrementiert der jeweils zugeordnete Zähler Z0. . .Z15 um 2. Nachdem einer der Zähler Z0. . .Z15 ein festgelegtes Maxi mum erreicht hat, wird aus den Zählerständen Z0. . .Z15 in ei ner ersten Auswerteeinrichtung 6, die aus einem Komparator und einem Register besteht, und die eingangsseitig von den Zählerständen C0. . .C15 beaufschlagt ist, die Auswertung der Zählerstände gestartet, indem das Minimum ermittelt wird.

Daraufhin wird der vorstehend erläuterte Entscheidungspegel bzw. Schwellenwert berechnet als: MIN/2 + MAX/2. Dieser Wert wird mit jedem der im Register der Auswerteeinrichtung 6 zwi schengespeicherten und am Ausgang der ersten Auswerteschal tung 6 anliegenden Zählerwerte S0. . .S15 in einem nachgeschal teten Komparator 7 verglichen, dessen Ausgangssignale K0. . .K15 als Ergebnis des Vergleichs im Komparator 7 den Wert "1" annehmen, wenn der Schwellenwert kleiner als der Zähler wert S0. . .S15 ist; ansonsten nehmen diese Ausgangssignale den Wert "0" ein.

Die Komparatorausgangssignale K0. . .K15 werden in den Eingang einer zweiten Auswerteeinrichtung 8 eingegeben, die eine wei tere Serie von Eingängen hat, an welchen Referenzwerte, die in einem Speicher abgelegt sind und ein Referenzmuster fest legen, für 16-QAM bis 256-QM anliegen. Dieses Referenzmuster wird mit den Inhalten der Komparatorausgangssignale K0. . .K15 verglichen. Bei Übereinstimmung mit einem Referenzmuster wird für das Ausgangssignal der zweiten Auswerteeinrichtung die entsprechende Bit-Kombination gesetzt, woraufhin die zweite Auswerteschaltung an ihrem Ausgangssignal Mode_OK auf "1" geht, entsprechend einer erfolgreichen automatischen Erken nung des QAM-Modus auf der Senderseite.

Claims

1. Verfahren zur empfangsseitigen automatischen Erkennung des gemäß der QAM (Quadratur-Amplituden-Modulation) -Modulation ge sendeten QAM-Modus (16-, 64-, 256-QAM; 32-, 128-QAM) eines empfangenen Signals, bei dem das empfangene Signal unter Ge winnung von Symbolwerten I-Sym und Q-Sym unterschiedlicher Wertigkeit demoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertigkeit der Symbolwerte I_Sym und Q_Sym erfaßt wird, und daß die Sym bolwerte I_Sym und Q_Sym entsprechend ihrer Wertigkeit zur Gewinnung einer statistischen Verteilung von Maxima als Ab bild des gesendeten QAM-Modus aufaddiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß empfangssei tig mehrere Symbolwerte I_Sym und Q_Sym erfaßt werden, daß die Häufigkeiten der Absolutwerte I_abs und Q_abs der Symbol werte I_Sym und Q_Sym gezählt werden, daß der kleinste Häu figkeitswert als Minimalwert festgelegt wird, daß der größte Häufigkeitswert als Maximalwert festgelegt wird, daß ein Ent scheidungspegel (Schwellenwert) als (Maximalwert + Minimal wert)/2 festgelegt wird, daß die einzelnen Häufigkeitswerte zur Gewinnung eines Bitvektors in Bezug zu dem Entscheidungs pegel gesetzt werden, und daß der Bitvektor zur Erkennung des QAM-Modus mit modulationsspezifischen Bitmasken (Referenzmuster) verglichen wird.

3. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen vom Symbolwert I_Sym beaufschlagten ersten Absolutwertbildner (3) zur Erzeu gung des Absolutwerts I_abs und einen vom Symbolwert Q_Sym beaufschlagten zweiten Absolutwertbildner (4) zur Erzeugung des Absolutwerts Q_abs, einen Dekoder (5), dessen Eingänge mit den Ausgängen der ersten und zweiten Absolutwertbildner (3, 4) verbunden sind, um aus den Absolutwerten Zählimpulse (Inc1,. . ., Inc15) entsprechend den Häufigkeiten der Abso lutwerte zu erzeugen, mehrere Zähler (Z0,. . ., Z15) entspre chend der Anzahl der Häufigkeiten zum Zählen der Zählimpulse, einen Zwischenspeicher zum Zwischenspeichern der Zählerwerte (S0,. . ., S15) der Zähler, eine Einrichtung (6), die anspre chend auf das Erreichen eines vorgegebenen maximalen Zähler standes von einem der Zähler den minimalen Zählerstand unter den weiteren Zählern ermittelt und den Schwellenwert (Entscheidungspegel) als (maximaler Zählerstand + minimaler Zählerstand)/2 bildet, einen Komparator (7), der die zwi schengespeicherten Zählerwerte mit dem Schwellenwert ver gleicht, und eine Auswerteeinrichtung (8), die die Vergleich sergebnisse mit Referenzmustern vergleicht und bei Überein stimmung mit einem Referenzmuster einen entsprechenden QAM- Modus ausgibt.