DE19928497C2 - Verfahren zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle und Empfangsvorrichtung zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren bzw. eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von digitalen Funksignalen über Funkkanäle vorgeschlagen. Das bzw. die dazu dient, die Nutzdatensignale entsprechend der Übertragungseigenschaften des Funkkanals und der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung zu entzerren. Die Schätzung der Übertragungsfunktion des Funkkanals wird mittels übertragener Referenzsignale vorgenommen. Um die Übertragungsfunktion des Funkkanls auf die Nutzdatensignale zu übertragen, werden Interpolationsfilter für den Zeit- und den Frequenzbereich verwendet. Diese digitalen Filter werden aufgrund der Übertragungsfunktion des Funkkanals, die aus den Referenzsignalen bestimmt wurde, aus der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung und aus der Trägerfrequenz der Signale ermittelt. Mit diesen digitalen Filtern wird dann die ermittelte Übertragungsfunktion für die Nutzdatensignale interpoliert, um dann die Nutzdatensignale zu entzerren.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle bzw. von einer Empfangsvorrichtung zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.

Es ist bereits aus P. Hoeher: "TCM an Frequency-Selective Land-Mobile Fading Channels", Proceedings of the 5^th Tirrenia International Workshop on Digital Communications, Tirrenia, Italien, 08.09.1991 bis 12.09.1991, Seite 317 bis 328, bekannt, daß digitale Funksignale bei orthogonalem Frequenzmultiplex an der Empfangsvorrichtung mittels einer Funkkanalschätzung entzerrt werden, um die durch die Übertragungsfunktion des Funkkanals beeinflußten Funksignale rekonstruieren zu können. Die Kanalschätzung in der Empfangsvorrichtung wird mittels Referenzsignalen ermittelt. Die Funksignale weisen neben den Referenzsignalen auch Nutzdatensignale auf. Die Referenzsignale werden zu bestimmten Zeiten auf einigen Frequenzen übertragen. Nach der Bestimmung der Übertragungsfunktion des Funkkanals in der Empfangsvorrichtung mit den Referenzsignalen, wird die Übertragungsfunktion für die Nutzdatensignale mittels digitaler Interpolationsfilter bestimmt. Das heißt, zu den Zeitpunkten bzw. Frequenzen, zu und auf denen Nutzdatensignale übertragen werden, wird die Übertragungsfunktion, die für die Referenzsignale bestimmt wurde, mittels der digitalen Interpolationsfilter interpoliert. Diese digitalen Interpolationsfilter sind für die schlechteste Empfangssituation ausgelegt, es wird nämlich hier eine maximale Verzögerungszeit und bei mobilen Empfängern eine maximale Dopplerverschiebung angenommen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche, hat demgegenüber den Vorteil, daß die Interpolationsfilter aufgrund der sich ändernden Übertragungseigenschaften des Funkkanals bestimmt werden, so daß die Nutzdatensignale eine optimale Entzerrung im Empfänger erfahren. Mobile Empfänger sind damit leistungsfähiger. Da nun immer optimal entzerrt wird, kommt es zu weniger Systemausfällen. Es treten zum Beispiel bei DVB (Digital Video Broadcasting) weniger Bildstörungen auf und die Abdeckung eines Sendegebiets wird erhöht.

Darüber hinaus weist die Erfindung den Vorteil auf, daß sie den stationären Empfang verbessert. Schlechte Empfangslagen für eine Empfangsvorrichtung aufgrund von Abschattungen werden mittels der Erfindung nicht so stark ins Gewicht fallen.

Als ein weiterer Vorteil ist anzusehen, daß durch die optimale Interpolation der Übertragungsfunktion für die Nutzdatensignale weniger Signalleistungsverluste bei der Signalrekonstruktion entstehen. Die Übertragungseigenschaften werden mittels der Erfindung besser kompensiert.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des bzw. der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahren und Empfangsvorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung mit Mitteln zur Geschwindigkeitsmessung oder -schätzung ermittelt wird, so daß die Dopplerverschiebung der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz, welche die Wahl der digitalen Interpolationsfilter bestimmt, in der Empfangsvorrichtung einfach berechnet wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung zum einen in Richtung des Senders und zum anderen von einem weiteren Sender weg festgelegt, so daß die maximal möglichen Frequenzverschiebungen der Trägerfrequenz an der Empfangsvorrichtung aufgrund des Dopplereffekts bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des Funkkanals die Koeffizienten der digitalen Interpolationsfilter ermittelt werden.

Die Erfindung wird dadurch verbessert, daß die Koeffizienten der digitalen Interpolationsfilter aus einer Mehrzahl von abgespeicherten Filtersätzen ausgewählt werden. Damit entfällt die Berechnung der Koeffizienten der digitalen Interpolationsfilter, und durch die Empfangsvorrichtung werden die geeigneten Koeffizientensätze aufgrund der Dopplerverschiebung und der Übertragungseigenschaften des Funkkanals bestimmt.

Die Entzerrung der empfangenen Nutzdatensignale wird genauer, wenn die Koeffizienten der digitalen Interpolationsfilter unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung, der Trägerfrequenz und der ermittelten Übertragungsfunktion des Funkkanals berechnet werden. Dies kann so vorgesehen sein, daß die digitalen Interpolationsfilter für jedes Referenzsignal berechnet werden oder daß die Koeffizienten der digitalen Interpolationsfilter nach festen Zeitabständen neu berechnet werden. Die erste Methode ist genauer, während die zweite Methode Rechenleistung spart.

Die Erfindung kann dadurch vereinfacht werden, daß die Dopplerverschiebung der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz durch ein in der Empfangsvorrichtung befindliches, frei programmierbares Gatterfeld aufgrund der Geschwindigkeit bestimmt wird.

In einfacher Weise kann die Erfindung dadurch ausgestaltet werden, daß zur Geschwindigkeitsbestimmung der Empfangsvorrichtung ein Navigationssystem und/oder ein Tachometer verwendet wird. Mit dem Navigationssystem wird insbesondere die maximal zulässige Geschwindigkeit auf Straßen mit Geschwindigkeitsbegrenzung ermittelt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Funkübertragungssystem, Fig. 2 eine Rahmenstruktur des orthogonalen Frequenzmultiplex, Fig. 3 eine Empfangsvorrichtung und Fig. 4 eine Empfangsvorrichtung ohne Speicher für die Interpolationsfilterkoeffizienten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Funkübertragungssystem dargestellt. Ein Sender 1 ist über eine angeschlossene Antenne 2 über einen Funkkanal 3 mit einer Empfangsvorrichtung 4 über eine Antenne 2 verbunden. Der Sender 1 strahlt über die Antenne 2 ein Funksignal über den Funkkanal 3 ab. Die Empfangsvorrichtung 4 nimmt das Funksignal mittels der Antenne 2 auf.

Bewegt sich die Empfangsvorrichtung 4 im Vergleich zum Sender 1, ändert sich der Funkkanal 3 aufgrund der sich ändernden geometrischen Gegebenheiten, zum Beispiel wegen unterschiedlichen Gebäuden, Änderungen in der Landschaft oder wegen im Funkkanal 3 befindlichen Fahrzeugen. Diese geometrischen Gegebenheiten bestimmen die Übertragungseigenschaften des Funkkanals 3. Daher ist es leicht einzusehen, daß sich die Übertragungseigenschaften des Funkkanals 3 als Funktion der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 verändern, denn die Dämpfung und die Phasenverzerrungen als die Übertragungseigenschaften hängen von der Entfernung zwischen Sender 1 und Empfangsvorrichtung 4, von der auftretenden Mehrwegeausbreitung und von der Dopplerverschiebung der empfangenen Frequenzen ab.

Mathematisch sind die Übertragungseigenschaften des Funkkanals, Dämpfung und Phasenverzerrung, im Frequenzbereich durch die Übertragungsfunktion gegeben. Die Übertragungsfunktion beschreibt die Abhängigkeit der Dämpfung und Phasenverzerrung von der Frequenz. Wenn man ein zu sendendes Signal im Frequenzbereich darstellt, ist es nun erforderlich, diese Darstellung zu nehmen, sie mit der Übertragungsfunktion des Funkkanals zu multiplizieren, und man erhält das empfangene Signal im Frequenzbereich.

Die empfangenen Nutzdatensignale werden in der Empfangsvorrichtung 4 unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des jeweiligen Funkkanals rekonstruiert. Zur Nutzdatensignalrekonstruktion wird daher eine Schätzung der Übertragungsfunktion des Funkkanals benötigt. Diese Schätzung wird mittels Referenzsignalen, die die Funksignale aufweisen, durchgeführt. Die Referenzsignale sind in ihrer ursprünglichen Form in der Empfangsvorrichtung 4 abgespeichert, so daß sie erkannt werden können. Damit ist auch ein Vergleich der empfangenen Referenzsignale mit den abgespeicherten Referenzsignalen möglich, um Dämpfung und Phasenverzerrung als Übertragungseigenschaften des Funkkanals 3 zu bestimmen. Die Referenzsignale werden in Amplitude und Phase verglichen, so daß damit die Dämpfung und die Phasenverzerrung des Funkkanals ermittelt werden können. Der Unterschied in der Amplitude ergibt die Dämpfung, während sich aus der Phasendifferenz die Phasenverzerrung ergibt.

Um die Übertragungseigenschaften des Funkkanals auszugleichen, wird die Dämpfung des Funkkanals durch eine entsprechende Dämpfung des verstärkten empfangenen Signals kompensiert. Dabei führt eine starke Dämpfung des Funkkanals zu einer geringen Dämpfung des verstärkten Signals und umgekehrt. Die Phasenverzerrung wird ausgeglichen, so daß dann das Signal seine ursprüngliche Phase wieder aufweist. Dieser Vorgang wird Entzerrung genannt, und in einem Entzerrer durchgeführt.

Der Entzerrer ist ein digitaler Filter. In einem digitalen Filter wird ein Eingangssignal mit unterschiedlichen Faktoren gewichtet, so daß die Summe unterschiedlich gewichteten Signale ein Signal zeigt, daß entsprechend den Gewichtungsfaktoren gefiltert wurde.

Anhand von Fig. 2 wird die Rahmenstruktur eines DVB-Systems mit orthogonalem Frequenzmultiplex (engl. Orthogonal Frequency Division Multiplex = OFDM) gezeigt. DVB bezeichnet ein digitales Übertragungsverfahren für Fernsehsignale, wobei die einzelnen Ensemble im Frequenzmultiplex vorliegen. Ein Ensemble ist ein Programmultiplex, wobei in einem Programmultiplex zwei bis sechs Programme je nach Betriebsart in einem Datenstrom vorliegen. Die Ensemble liegen also bei unterschiedlichen Trägerfrequenzen, wobei sich die Funksignale gegenseitig nicht beeinflussen. Ein Ensemble bei DVB umfaßt entweder eine Bandbreite von 6, 7 oder 8 MHz, wobei jedem Ensemble eine Trägerfrequenz zugeordnet ist, und über diese Bandbreite ist mittels OFDM das Funksignal eines Ensembles auf 6816 Frequenzen verteilt. Diese Frequenzzahl ist von der Betriebsart abhängig. Auch die verteilten Funksignale weisen keine Querbeeinflussung auf. Dies ist vorteilhaft für Mehrwegeausbreitung, da es mit OFDM vermieden wird, daß ein Funksignal durch eine frequenzselektive Dämpfung stark abgeschwächt wird. Der Vorteil von OFDM liegt nun darin, daß nur ein geringer Teil des Funksignals, das mittels OFDM auf mehrere Frequenzen verteilt ist, stark gedämpft wird, und zwar nur der Teil, der auf den Frequenzen gesendet wird, die eine starke Dämpfung erfahren.

In Fig. 2 ist beispielhaft gezeigt, wie die Referenzsignale im Vergleich zu den Nutzdatensignalen zeitlich und auf welcher Frequenz sie liegen. Die ausgefüllten Kreise bezeichnen die Referenzsignale 13. Die leeren Kreise stehen für die Nutzdatensignale 14. In vertikaler Richtung sind die unterschiedlichen Symbolzeiten gezeigt, indiziert mit dem Index S. während in horizontaler Richtung die unterschiedlichen Frequenzen, indiziert mit dem Index K, gezeigt sind.

Bei der Frequenz K = 0 sind alle Symbole Referenzsignale. Es weisen weiterhin alle Frequenzen K, die ein Vielfaches von drei sind, sogenannte verteilte Referenzsymbole in Abständen von vier Symbolzeiten auf. Sie werden verteilt genannt, weil jeweils nur ein Signal von vier Signalen ein Referenzsymbol darstellt.

Während es die Aufgabe ist, mit den Referenzsignalen 13 bei K = 0 eine grobe Frequenzschätzung durchzuführen, sind die verteilten Referenzsignale für die Schätzung der Übertragungseigenschaften des Funkkanals 3 notwendig. Es ist jedoch zu beachten, daß zwischen den verteilten Referenzsignalen, also bei den Symbolzeiten und Frequenzen, bei denen die Nutzdatensignale empfangen werden, die Übertragungsfunktion des Funkkanals 3 anders ist, als bei den Symbolzeiten und Frequenzen, bei denen die Referenzsignale empfangen werden. Das liegt daran, daß sich die Übertragungsfunktion des Funkkanals 3 in Abhängigkeit von der Zeit ändert, aufgrund der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung im Vergleich zu einem Sender, und daß die Übertragungsfunktion selbst auch von der Frequenz abhängt. Daher ist eine Interpolation der zu den Zeitpunkten und Frequenzen der Referenzsignale berechneten Übertragungsfunktion sowohl in Zeitrichtung als auch in Frequenzrichtung notwendig. Diese Interpolationen werden jeweils mit Hilfe von digitalen Interpolationsfiltern durchgeführt. Dies wird so vorgenommen, daß die Übertragungsfunktion des Funkkanals 3, die für die Referenzsignale berechnet wurde, mittels der digitalen Interpolationsfilter auf die Symbolzeiten und Frequenzen, zu denen Nutzdatensignale übertragen werden, abgebildet wird.

Interpolation bezeichnet also eine Schätzung der Übertragungsfunktion für die Nutzdatensignale, ausgehend von den Übertragungsfunktionen, die für die Referenzsignale ermittelt wurden. Die Vorschrift, wie die Übertragungsfunktion, welche für ein Referenzsignal ermittelt wurde, für die Nutzdatensignale verändert wird, liefern die digitalen Interpolationsfilter, die wiederum aufgrund der Übertragungseigenschaften und der Dopplerverschiebung durch die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 bestimmt werden.

Zunächst wird die Zeitinterpolation durchgeführt und daraus dann die Frequenzinterpolation.

Zur Zeitinterpolation werden die Nutzdatensignale nach einem Referenzsignal abgespeichert, bis das nächste Referenzsignal empfangen wird, dann wird die Zeitinterpolation der Übertragungsfunktion für die Nutzdatensignale mittels der beiden Schätzungen der Übertragungsfunktion zu den Symbolzeiten der Referenzsignale und mittels eines digitalen Interpolationsfilters durchgeführt. Die Symbolzeit liegt bei DVB unter einer Millisekunde, so daß der Benutzer des DVB- Empfängers diese Zwischenspeicherung der Nutzdatensignale nicht bemerken wird.

Die Frequenzinterpolation wird so durchgeführt, daß ausgehend von der zeitinterpolierten Übertragungsfunktion auf den Frequenzen, welche Referenzsignale aufweisen, eine Frequenzinterpolation für die übrigen Frequenzen durchgeführt wird.

In Fig. 3 ist schematisch ein Blockschaltbild der Empfangsvorrichtung 4 dargestellt. Eine Antenne 2 ist über eine Leitung an einen Empfänger 5 angeschlossen. Über einen ersten Datenausgang des Empfängers 5 ist der Empfänger 5 an einen ersten Dateneingang eines Prozessors 6 angeschlossen. Am ersten Datenausgang des Empfängers 5 liegt die Trägerfrequenz vor. Ein zweiter Datenausgang des Empfängers 5 führt zu einem ersten Dateneingang eines Kanalschätzers 11, während ein dritter Datenausgang des Empfängers 5 an einen ersten Dateneingang eines Entzerrers 12 angeschlossen ist. Am zweiten Datenausgang des Empfängers 5 liegen die empfangenen Referenzsymbole vor. Am dritten Datenausgang des Empfängers 5 liegen die, empfangenen Nutzdatensignale vor.

Der Prozessor 6 ist über einen zweiten Dateneingang mit einem Datenausgang eines Tachometers 8 angeschlossen. Der Prozessor 6 ist über einen ersten und zweiten Datenausgang an den ersten und zweiten Dateneingang eines Koeffizientenspeichers 10 angeschlossen. Am ersten Datenausgang des Prozessors liegt ein Steuersignal vor.

Der Koeffizientenspeicher 10 weist einen Teil 15 für die Koeffizienten für die digitalen Filter für die Zeitinterpolation auf und einen Teil 16 für die digitalen Filter für die Frequenzinterpolation. Über einen dritten Dateneingang ist der Prozessor 6 mit einem ersten Datenausgang des Kanalschätzers 11 verbunden. Am ersten Datenausgang des Kanalschätzers 11 liegt die Kanalschätzung zu den Zeitpunkten der Referenzsymbole vor. Über einen zweiten Datenausgang ist der Prozessor 6 mit einem zweiten Dateneingang des Kanalschätzers 11 verbunden. Am zweiten Datenausgang des Prozessors liegt ein Steuersignal vor.

Der Koeffizientenspeicher 10 ist über einen Datenausgang mit einem dritten Dateneingang des Kanalschätzers 11 verbunden. Von einem zweiten Datenausgang des Kanalschätzers 11 führt eine Verbindung zu dem Dateneingang des Entzerrers 12. Am zweiten Datenausgang des Kanalschätzers 11 liegt die interpolierte Kanalschätzung vor.

Über die Antenne 2 gelangen die empfangenen Funksignale in den Empfänger 5. Der Empfänger 5 filtert zunächst die empfangenen Funksignale, so daß nur die vom Benutzer selektierten Funksignale, die zu einem Fernsehprogramm gehören, weiterverarbeitet werden. Die gefilterten Funksignale werden dann in dem Empfänger 5 verstärkt und auf eine niedrigere Frequenz umgesetzt. Diese verstärkten und umgesetzten Signale werden im Empfänger 5 digitalisiert.

Im folgenden Schritt entnimmt der Empfänger 5 dem entstandenen digitalen Datenstrom die Referenzsignale und die Nutzdatensignale. Die Referenzsignale gelangen von dem zweiten Datenausgang des Empfängers 5 an den ersten Dateneingang des Kanalschätzer 11. Über den ersten Datenausgang des Empfängers 5 werden die Nutzdatensignale an den ersten Dateneingang des Entzerrers 12 übergeben. Der Prozessor 6 erhält über den ersten Dateneingang von dem ersten Datenausgang des Empfängers 5 die Trägerfrequenz des vom Benutzer selektierten Programms. Der Kanalschätzer 11 ermittelt die Übertragungsfunktion des Funkkanals 3 durch Vergleich der empfangenen Referenzsignale mit den im Kanalschätzer 11 abgespeicherten Referenzsignalen. Dieser Vergleich wird so durchgeführt, wie er zu Fig. 1 oben beschrieben wurde. Als Ergebnis erhält man die Übertragungsfunktion des Funkkanals zu den Symbolzeiten und Frequenzen der Referenzsignale.

Der Kanalschätzer 11 verwendet zunächst fest vorgegebene digitale Interpolationsfilter für die Zeit- und Frequenzinterpolation der Übertragungsfunktion für die Symbolzeiten und Frequenzen, bei denen Nutzdatensignale empfangen wurden. Diese digitalen Interpolationsfilter sind für die schlechtesten Empfangsbedingungen, maximal mögliche Dopplerfrequenz und maximal zulässige Verzögerungszeit der Funksignale, ausgelegt.

Der Kanalschätzer 11 führt zunächst die Interpolation im Zeitbereich aus und dann ausgehend davon die Interpolation im Frequenzbereich.

Die so erhaltene Übertragungsfunktion des Funkkanals wird vom Kanalschätzer 11 als digitaler Datenstrom dem Prozessor 6 von dem ersten Datenausgang des Kanalschätzers 11 zu dem dritten Dateneingang des Prozessors 6 übergeben. Aus der Übertragungsfunktion berechnet der Prozessor 6 die maximale Verzögerungszeit der empfangenen Funksignale. Dies ist möglich, weil die Übertragungsfunktion eines Funkkanals durch Dämpfung, Dopplereffekt und Mehrwegeausbreitung bestimmt ist. Die maximale Verzögerungszeit tritt aufgrund der Mehrwegeausbreitung auf und bestimmt die Grenzfrequenz der Übertragungsfunktion. Damit läßt sich daher umgekehrt aus der Übertragungsfunktion die Verzögerungszeit ausrechnen.

Mit der maximalen Verzögerungszeit wird der digitale Interpolationsfilter für die Frequenzrichtung ausgewählt, denn aufgrund der Verzögerungszeit kann der Durchlaßbereich für den Frequenzfilter bestimmt werden. Der Prozessor 6 wählt dazu zunächst durch ein Steuersignal über den ersten Datenausgang zu dem ersten Dateneingang des Koeffizientenspeichers 10 den Teil 16 dieses Koeffizientenspeichers 10. Dann überprüft der Prozessor 6 anhand des berechneten Durchlaßbereiches bei der Frequenz für das digitale Interpolationsfilter, welcher Koeffizientensatz im Koeffizientenspeicher 10 diesem Durchlaßbereich am nächsten kommt.

Der Prozessor 6 veranlaßt dann über digitale Steuersignale von über den zweiten und dritten Datenausgang an jeweils den zweiten Dateneingang des Koeffizientenspeichers 10 und den zweiten Dateneingang des Kanalschätzers 11, daß der ausgewählte Koeffizientensatz vom Koeffizientenspeicher 10 als digitaler Datenstrom an den Kanalschätzer 11 über den Datenausgang des Koeffizientenspeichers 10 an den dritten Dateneingang des Kanalschätzers 11 übergeben wird. Der Kanalschätzer 11 führt damit die Interpolation im Frequenzbereich durch. Diese Interpolation wird zu jeder Symbolzeit nach der Interpolation für den Zeitbereich durchgeführt, da, wie es aus Fig. 2 zu sehen ist, Nutzdatensignale auf Frequenzen liegen, die keine Referenzsignale aufweisen, aber für eine optimale Rekonstruktion der Nutzdatensignale ist eine Interpolation der ermittelten Übertragungsfunktion für diese Nutzdatensignale notwendig.

Für den digitalen Interpolationsfilter für den Zeitbereich ist es notwendig, die maximale Dopplerfrequenz, die sich aus der Geschwindigkeit des Empfängers 5 und der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz berechnen läßt, zu ermitteln. Für die maximale Dopplerfrequenz wird angenommen, daß sich die Empfangsvorrichtung 4 auf den Sender zu bewegt und von einem weiteren Sender weg bewegt. Die Geschwindigkeit wird mittels des Tachometers 8 ermittelt.

Der Prozessor 6 erhält die Geschwindigkeit vom Tachometer 8 über den zweiten Dateneingang als Datum. Die Geschwindigkeitsinformation steht dem Prozessor 6 dauernd zur Verfügung, so daß immer die richtige Geschwindigkeit in die Auswahl für den digitalen Interpolationsfilter für den Zeitbereich eingeht. Geschwindigkeitsänderungen während der Interpolation sind aufgrund der schnellen Rechenzeit zu vernachlässigen.

Ist die maximale Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 ermittelt, so wird die maximale Dopplerfrequenz berechnet. Die Frequenz, für die diese Dopplerverschiebung ermittelt wird, ist durch die Programmwahl und damit der Trägerfrequenzwahl des Benutzers festgelegt. Damit wird dann die maximal verschobene Trägerfrequenz aufgrund des Dopplereffekts berechnet. Es ist notwendig immer die maximal mögliche Dopplerverschiebung zu berücksichtigen, um alle Empfangssituationen zu berücksichtigen. Mit diesem Ergebnis wird aus dem Koeffizientenspeicher 10 der dazugehörige digitale Interpolationsfilter für den Zeitbereich ausgewählt, wobei die maximale Dopplerverschiebung die Bandbreite des digitalen Interpolationsfilters bestimmt.

Der Prozessor 6 wählt den Koeffizientensatz aus dem Koeffizientenspeicher 10 aus, der die nächst höhere Bandbreite aufweist, so daß der digitale Interpolationsfilter nicht zu klein ausgelegt ist. Der Prozessor 6 sendet dafür zuerst ein digitales Steuersignal über den ersten Datenausgang an den ersten Dateneingang des Koeffizientenspeichers 10, daß der Teil 15 des Koeffizientenspeichers 10 für die digitalen Interpolationsfilter zu selektieren ist, während der Prozessor 6 dann den geeigneten Koeffizientensatz unter Berücksichtigung der maximalen Dopplerverschiebung auswählt.

Durch Steuersignale, die von dem zweiten und dritten Datenausgang des Prozessors 6 an den zweiten Dateneingang des Koeffizientenspeichers 10 und an den zweiten Dateneingang des Kanalschätzers 11 gelangen, veranlaßt der Prozessor 6, daß der selektierte Koeffizientensatz für den digitalen Interpolationsfilter für den Zeitbereich von dem Datenausgang des Koeffizientenspeichers 10 als digitaler Datenstrom an den dritten Dateneingang des Kanalschätzers 11 gelangt.

Die in Zeitrichtung und dann in Frequenzrichtung interpolierte Übertragungsfunktion wird von dem zweiten Datenausgang des Kanalschätzers 11 über den zweiten Dateneingang dem Entzerrer 12 als digitaler Datenstrom übergeben. Der Entzerrer entzerrt und rekonstruiert damit die gepufferten Nutzdatensignale. Der Kanalschätzer 11 und der Entzerrer 12 sind auf digitalen Signalprozessoren implementiert, während der Koeffizientenspeicher 10 ein statischer Speicher ist.

Zur Bestimmung der Geschwindigkeit kann alternativ ein Navigationssystem verwendet werden, weil es die Straßenklasse liefert. Damit läßt sich die maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit ermitteln und als Datum dem Prozessor 6 übergeben. Daher wird das Navigationssystem im Stadtbereich und auf Land- sowie Bundesstraßen verwendet, während eine maximale Geschwindigkeit für Straßen ohne Geschwindigkeitsbegrenzung im Navigationssystem abgespeichert ist, die manuell eingegeben wird oder vom Fahrzeugtyp abhängt. Oder es ist vorzusehen, daß das Navigationssystem in Verbindung mit einem Tachometer verwendet wird, um die maximal zulässige Geschwindigkeit festzulegen. Diese obere Abschätzung der Geschwindigkeit ist notwendig, weil es insbesondere bei DVB bei einem Filter, der für eine zu geringe Geschwindigkeit ausgelegt ist, zu Bildausfällen kommen kann.

Anstatt der Dopplerverschiebung der jeweils durch den Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz zu berechnen, ist es möglich, mit Hilfe eines weiteren statischen Speichers, in dem die Dopplerverschiebungen in Form einer Tabelle abgelegt sind, mit Hilfe eines frei programmierbaren Gatterfeldes anstatt eines Prozessors die Dopplerverschiebung aus einem Speicher auszuwählen, wobei die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 und die Trägerfrequenz die Eingangsgrößen sind. In das frei programmierbare Gatterfeld wird ein Programm geladen, daß anhand der Eingangsgrößen, der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 und der Trägerfrequenz, bestimmt, welche Dopplerverschiebung in der Tabelle im Speicher diesen Eingangsgrößen entspricht. Dies hat den Vorteil, daß die Herstellung billiger und einfacher wird, weil auf den Prozessor 6 und damit die notwendige Software verzichtet wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel ohne Koeffizientenspeicher. Die Antenne 2 ist über eine Leitung mit dem Empfänger 5 verbunden. Von dem Empfänger 5 führt ein erster Datenausgang zum Kanalschätzer 11 und ein zweiter Datenausgang zum Entzerrer 12. Über einen dritten Datenausgang ist ein erster Dateneingang des Prozessors 6 angeschlossen. Am ersten Datenausgang des Empfängers liegen die empfangenen Referenzsymbole vor, am zweiten die Nutzdatensignale und am dritten die Trägerfrequenz.

Der Prozessor 6 ist über einen zweiten Dateneingang mit dem Tachometer 8 verbunden. Über einen dritten Dateneingang und einen ersten Datenausgang ist der Prozessor 6 mit einem ersten Datenausgang und einem zweiten Dateneingang des Kanalschätzer 11 verbunden. Am ersten Datenausgang des Kanalschätzers 11 liegt die Kanalschätzung zu den Referenzsiymbolzeiten vor. Über einen zweiten Datenausgang ist der Kanalschätzer 11 an den Entzerrer 12 angeschlossen. Am zweiten Datenausgang des Kanalschätzer 11 liegt die interpolierte Kanalschätzung vor.

Die empfangenen Funksignale gelangen über die Antenne 2 in den Empfänger 5, wo sie gefiltert werden, so daß nur die Funksignale weiterverarbeitet werden, die zu dem vom Benutzer ausgewählten Programm gehören. Die gefilterten Signale werden dann verstärkt und schließlich digitalisiert, so daß sie als digitaler Datenstrom vorliegen.

Der Empfänger 5 entnimmt dem digitalen Datenstrom die Nutzdatensignale und die Referenzsignale. Die Nutzdatensignale gelangen über den zweiten Datenausgang des Empfängers 5 zu dem ersten Dateneingang des Entzerrers 12, wo sie bis zur Entzerrung zwischengespeichert werden. Die Referenzsignale werden über den ersten Datenausgang des Empfängers 5 an den Kanalschätzer 11 gesendet. Der Empfänger 5 übergibt dem Prozessor 6 über den dritten Datenausgang die Trägerfrequenz als Datum. Der Tachometer 8 liefert über den Datenausgang dem Prozessor 6 die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 als Datum.

Der Kanalschätzer 11 bestimmt die Übertragungsfunktion des Funkkanals 3 zu den Symbolzeiten und Frequenzen in der oben beschriebenen Weise. Dem Prozessor 6 wird die Übertragungsfunktion von dem Kanalschätzer 11 als Datum übergeben. Der Prozessor 6 berechnet mit den üblichen Berechnungsmethoden für digitale Filter unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion, der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung 4 und der Trägerfrequenz zunächst den digitalen Interpolationsfilter für die Zeit und dann den digitalen Interpolationsfilter für die Frequenz, wobei die maximale Verzögerungszeit vorher aus der Kanalschätzung ermittelt werden muß. Nach der Berechnung des jeweiligen digitalen Interpolationsfilters werden die digitalen Interpolationsfilter dem Kanalschätzer 11 als Datum von dem Prozessor 6 über den Datenausgang übergeben.

Der Kanalschätzer 11 führt mit dem jeweiligen digitalen Interpolationsfilter zunächst die Interpolation in Zeitrichtung aus und davon ausgehend die Interpolation in Frequenzrichtung. Die interpolierte Übertragungsfunktion wird über den Datenausgang des Kanalschätzers 11 als Datum dem Entzerrer 12 gesendet, der damit die Entzerrung der Nutzdatensignale vornimmt. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispieles, ist die optimale Kanalnachführung, wodurch die Empfangsvorrichtung 4 die Nutzdatensignale optimal entzerrt.

In einer Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist, können die digitalen Interpolationsfilter in festen Zeitabständen berechnet werden, wobei die Zeitabstände größer sind, als die Zeitabstände zwischen zwei Referenzsignalen, so daß Rechenaufwand eingespart wird. Allerdings ist zu berücksichtigen, daß dann die maximale Dopplerfrequenz und Verzögerungszeit größer gewählt werden müssen, als sie sich aus der letzten Rechnung ergeben haben, damit keine Störungen bis zur nächsten Berechnung auftreten, das heißt, man muß eine größere Verzögerungszeit und Dopplerfrequenz annehmen. Vorteil hierbei ist, daß ein Filter eine gewisse Einschwingzeit benötigt und diese somit implizit berücksichtigt wird.

Claims (17)

1. Verfahren zum Empfang von digitalen Funksignalen über Funkkanäle (3), wobei die digitalen Funksignale auf verschiedene Trägerfrequenzen verteilt sind, wobei die auf verschiedene Trägerfrequenzen verteilten, digitalen Funksignale sich gegenseitig unbeeinflußt lassen, wobei die digitalen Funksignale Referenzsignale und Nutzdatensignale aufweisen, wobei die Empfangsvorrichtung (4) zum Empfang für die digitalen Funksignale sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt in der Empfangsvorrichtung (4) zum Empfang der digitalen Funksignale aus den empfangenen Referenzsignalen die Übertragungsfunktion des Funkkanals (3), sowohl zur Empfangszeit der Referenzsignale, als auch bei der Frequenz, bei der Referenzsignale gesendet worden sind, ermittelt wird, daß in einem zweiten Verfahrensschritt unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung (4), der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz und der ermittelten Übertragungsfunktion jeweils Koeffizienten eines digitalen Filters für die Empfangszeit und für die Frequenz der Referenzsignale bestimmt werden, daß in einem dritten Verfahrensschritt jeweils mittels des digitalen Filters die Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) für die Empfangszeiten und die Frequenzen der Nutzdatensignale bestimmt wird und daß in einem vierten Verfahrensschritt die empfangenen Nutzdatensignale mittels der Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) entzerrt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung (4) mit Mitteln zur Geschwindigkeitsmessung oder -schätzung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung (4), in Richtung eines Senders und von einem weiteren Sender weg, festgelegt wird, daß damit die maximalen Frequenzverschiebungen der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz an der Empfangsvorrichtung (4) aufgrund des Dopplereffekts bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) die Koeffizienten des digitalen Filters ermittelt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten des digitalen Filters aus einer Mehrzahl von abgespeicherten Koeffizientensätzen ausgewählt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten der digitalen Filter unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung (4) der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz und der ermittelten Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) berechnet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten der digitalen Filter für jedes Referenzsignal berechnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten der digitalen Filter nach festen Zeitabständen neu berechnet werden.

8. Empfangsvorrichtung zum Empfang von digitalen Funksignalen über Funkkanäle (3), wobei die digitalen Funksignale auf verschiedene Trägerfrequenzen verteilt sind, wobei die auf verschiedene Trägerfrequenzen verteilten digitalen Funksignale sich gegenseitig unbeeinflußt lassen, wobei die digitalen Funksignale aus Referenzsignalen und Nutzdatensignalen bestehen, wobei die Empfangsvorrichtung (4) zum Empfang für die digitalen Funksignale sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanalschätzer (11) eine Schätzung der Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) für die Referenzsignale vornimmt, daß die Empfangsvorrichtung (4) mit der Schätzung der Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) und der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung (4) Koeffizienten für digitale Filter für die Empfangszeit und die Frequenz der Nutzdatensignale bestimmt, daß der Kanalschätzer (11) mit den digitalen Filtern jeweils für die Empfangszeit und die Frequenzen der Nutzdatensignale die Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) berechnet und daß der Entzerrer (12) mit der Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) die Nutzdatensignale entzerrt.

9. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung mit Mitteln zur Geschwindigkeitsmessung oder -schätzung die Geschwindigkeit bestimmt.

10. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung (4) ihre Geschwindigkeit in Richtung eines Senders und von einem weiteren Sender weg festlegt, daß die Empfangsvorrichtung damit die maximalen Frequenzverschiebungen der Trägerfrequenz aufgrund des Dopplereffekts bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) die Koeffizienten des digitalen Filters ermittelt.

11. Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung (4) Koeffizienten der digitalen Filter aus den im Koeffizientenspeicher (10) abgespeicherten Koeffizientensätzen auswählt.

12. Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung (4) Koeffizienten der digitalen Filter unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung (4) der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz und der ermittelten Übertragungsfunktion des Funkkanals (3) berechnet.

13. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung (4) die Koeffizienten der digitalen Filter für jedes empfangene Referenzsignal berechnet.

14. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung (4) die Koeffizienten der digitalen Filter nach festen Zeitabständen neu berechnet.

15. Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung ein frei programmierbares Gatterfeld aufweist, das aufgrund der vom Benutzer ausgewählten Trägerfrequenz und der Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung die Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz aus einem Speicher wählt.

16. Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit und/oder die maximal zulässige Geschwindigkeit der Empfangsvorrichtung mit einem Tachometer und/oder Navigationssystem bestimmt wird.

17. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Navigationssystem für die Geschwindigkeitsbestimmung auf Straßen ohne Geschwindigkeitsbeschränkung einen manuell abgespeicherten Wert, einen vom Fahrzeugtyp abhängigen Wert oder ein Tachometer benutzt.