DE19928497C2 - Verfahren zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle und Empfangsvorrichtung zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle - Google Patents
Verfahren zum Empfangen von digitalen Funksignalen über Funkkanäle und Empfangsvorrichtung zum Empfangen von digitalen Funksignalen über FunkkanäleInfo
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- DE19928497C2 DE19928497C2 DE1999128497 DE19928497A DE19928497C2 DE 19928497 C2 DE19928497 C2 DE 19928497C2 DE 1999128497 DE1999128497 DE 1999128497 DE 19928497 A DE19928497 A DE 19928497A DE 19928497 C2 DE19928497 C2 DE 19928497C2
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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
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 5th
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.
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.
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.
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.
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