DE19939588A1

DE19939588A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Senden eines quadraturamplitudenmodulierten Sendesignals

Info

Publication number: DE19939588A1
Application number: DE1999139588
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schenk; Thomas Magesacher; Martin Krueger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-01
Also published as: WO2001015314A3; WO2001015314A2

Abstract

Vorrichtung zum Senden eines QAM-Sendesignals mit einer Triggerfrequenz f 0 , wobei die Vorrichtung aufweist: DOLLAR A eine Codiereinrichtung (9) zur Codierung von Daten zu aus zwei Daten bestehenden komplexwertigen Datenpaaren (a, b); eine Abtasteinrichtung (14) zur Abtastung der komplexwertigen Datenpaar-Signale mit einer ersten Abtastfrequenz; DOLLAR A eine Auswahleinrichtung (36) zur Auswahl der Trägerfrequenz f 0 ; DOLLAR A einen Speicher (31), aus dem ein der Trägerfrequenz zugeordnetes Phaseninkrement ^ auslegbar ist; DOLLAR A einen Akkumulator (25) zur Erzeugung eines Phasensignals ^ in Abhängigkeit von dem ausgelesenen Phaseninkrement ^; und mindestens eine Berechnungseinrichtung (24) zur Erzeugung des QAM-Sendesignals durch Multiplikation der komplexwertigen Datenpaare mit einem Phasendrehoperator, wobei das komplexwertige Datenpaar um einen Phasenwinkel ^ entsprechend dem Phasensignal gedreht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Senden eines quadraturamplitudenmodulierten Sendesignals (QAM-Sendesignal) mit einer bestimmten Trägerfrequenz, insbe sondere in einem Rückkanal bei Kabelfernseh- Übertragungssystemen.

Fernsehsignale werden zunehmend von einer zentralen Fernseh station über ein Breitbandkabelnetz an Endgeräte von Fernseh teilnehmern übertragen. Ursprünglich wurden die Fernsehsigna le nur in einer Richtung von der Fernsehstation hin zu den Teilnehmern analog übertragen. Damit das vorhandene Breit bandkabelnetz auch für interaktive Dienste, insbesondere In ternet-Dienste, verwendbar gemacht werden kann, ist es not wendig, neben dem Hinkanal, der in einem Frequenzspektrumsbe reich von etwa 90 MHz bis 800 MHz liegt, einen Rückkanal be reitzustellen, in dem digitale Daten von dem Teilnehmer an den Dienstleistungsanbieter gesendet werden können. Über den Hinkanal und den Rückkanal ist eine bidirektionale Kommunika tion zwischen dem Dienstleistungsanbieter und dem Teilnehmer, der an das Breitbandkabelnetz angeschlossen ist, möglich. Der Teilnehmer kann beispielsweise über den Rückkanal digitale Befehle zum Auswählen von Filmen oder Videospielen an den Dienstleistungsanbieter senden oder auch Kaufbefehle zum Kau fen von Gütern senden. Die bidirektionale Kommunikation über den Hinkanal und der Rückkanal ermöglicht auch ein interakti ve Lernen über das Breitbandkabelnetz, beispielsweise die Be antwortung von übertragenen Fragen.

Von den Kabelnetzbetreibern sind die Frequenzbereiche für den Hin- und Rückkanal standardisiert worden. Für den Hinkanal ist ein Frequenzbereich von etwa 90 bis 800 MHz und für den Rückkanal ein Frequenzbereich von etwa 5 bis 65 MHz festge legt worden. Als Modulationsart zur Übertragung der Daten ist das Quadraturamplitudenmodulationsverfahren (QAM) festgesetzt worden.

Bei der Quadraturamplitudenmodulation erfolgt die Modulation der Amplitude und der Frequenz bzw. der Phase einer harmoni schen Schwingung durch zwei verschiedene Zeitfunktionen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen QAM- Senders nach dem Stand der Technik.

Die zu übertragenden Daten werden einem Codierer zugeführt, der jeweils eine Folge von binären Daten zusammenfaßt und ei nem Zahlenpaar (a, b) zuordnet. Der Wertevorrat für die Zah lenpaare bestimmt dabei die genaue Modulationsart. Werden beispielsweise nur vier Wertepaare ((1, 1), (1, -1), (-1, 1), (-1, -1)) verwendet, so handelt es sich um eine reine Phasen modulation (QPSH). Nehmen die beiden Werte a und b des Zah lenpaares jeweils mehrere Amplitudenwerte ein, so handelt es sich um ein QAM-Modulationsverfahren. Das Zahlenpaar (a, b) kann als eine komplexe Zahl c = a + jb aufgefaßt werden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen QAM-Sender wird das komplexwertige Datensignal mit einer bestimmten Abtastrate abgetastet und zwei identischen Tiefpässen (g(t)) zur Bandbe grenzung zugeführt. Anschließend werden die tiefpaßgefilter ten abgetasteten Datensignale durch Multiplikation mit Trä gersignalen, die zueinander orthogonal sind, moduliert. Das Sendesignal wird durch Summation der beiden Signalkomponen ten, d. h. der Normal- und Quadraturkomponente, gebildet. Die Trägerfrequenz f₀ der orthogonalen Trägersignale bestimmt da bei die spektrale Lage des Sendesignals x(t). Die spektrale Lage des Sendesignales x(t)liegt bei der Anwendung in einem Rückkanal für ein Breitbandkabelnetz in einem Bereich von et wa 5 MHz bis 65 MHz entsprechend dem festgelegten Standard.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten QAM-Sender nach dem Stand der Technik sind zwei analoge Mischstufen M1, M2 zur Erzeugung des Sendesignals notwendig. Diese Mischstufen sind schal tungstechnisch aufwendig, da die Modulation bzw. Multiplika tion bei einer sehr hohen Frequenz durchgeführt werden muß. Die Abtastfrequenz der in Fig. 1 gezeigten Abtastschalter S1, S2 muß dem Abtasttheorem genügen. Der Frequenzbereich des Rückkanals liegt zwischen 5 MHz und ca. 65 MHz, so daß die Abtastfrequenz mehr als 100 MHz betragen muß.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Senden eines QAM- Sendesignals zu schaffen, bei der das Sendesignal mit gerin gem schaltungstechnischem Aufwand direkt in die Trägerfre quenzlage gebracht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Senden eines QAM-Sendesignals mit dem in Patentanspruch 1 an gegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren zum Senden ei nes QAM-Sendesignals mit den in Patentanspruch 21 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine analogen Mischstufen zur Erzeugung des QAM-Sendesignals not wendig sind.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Senden eines QAM- Sendesignals mit einer Trägerfrequenz, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Codiereinrichtung zur Codierung von Daten in jeweils aus zwei Daten bestehende komplexwertige Datenpaare,
eine Abtasteinrichtung zur Abtastung der komplexwertigen Da tenpaar-Signale mit einer ersten Abtastfrequenz,
einer Auswahleinrichtung zur Auswahl der Trägerfrequenz,
einen Speicher, aus dem ein der Trägerfrequenz zugeordnetes Phaseninkrement auslesbar ist,
einen Akkumulator zur Erzeugung eines Phasensignals in Abhän gigkeit von einem ausgelesenen Phaseninkrement,
mindestens eine Berechnungseinrichtung zur Erzeugung des QAM- Sendesignals durch Multiplikation des komplexwertigen Daten paares mit einem Phasen-Drehoperator, wobei das komplexwerti ge Datenpaar um einen Phasenwinkel entsprechend dem Phasensi gnal gedreht wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die abgetasteten komplexwertigen Datenpaa re durch digitale Tiefpaßfilter zur Bandbegrenzung gefiltert.

Dies bietet den Vorteil, daß eine Vielzahl von Frequenzbän dern auf einem Breitbandkabel gleichzeitig benutzbar sind.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung werden die gefilterten Ausgangs signale der digitalen Tiefpaßfilter durch eine weitere Abta steinrichtung mit einer zweiten Abtastfrequenz abgetastet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung weist der Akkumulator einen getakte ten Zwischenspeicher zur Zwischenspeicherung des Phasensi gnals auf.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung weist der Akkumulator einen Addierer zur Addition des ausgelesenen Phaseninkrements mit dem zwi schengespeicherten Phasensignal des vorherigen Taktzyklus auf.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung weist der Akkumulator eine Modulo- Berechnungseinheit auf.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung ist die Modulo-Berechnungseinheit eine Zweier-Komplement-Berechnungseinheit.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind mehrere Berechnungseinrichtun gen zur Parallel-Datenverarbeitung einer Vielzahl von kom plexwertigen Datensignalen parallel geschaltet.

Dies bietet den besonderen Vorteil, daß die Datenverarbei tungsgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung liegt die Trägerfrequenz des QAM- Sendesignals zwischen 5 MHz und 65 MHz.

Dies bietet den besonderen Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung als Sendevorrichtung in einem Rückkanal eines Breitband-Fernsehkabelnetzes einsetzbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung beträgt die zweite Abtastfrequenz ein Vielfaches der ersten Abtastfrequenz.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung beträgt die zweite Abtastfrequenz mehr als 100 MHz.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind die digitalen Tiefpaßfilter nicht-rekursive Filter.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind die digitalen Tiefpaßfilter In terpolationsfilter.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung sind die digitalen Tiefpaßfilter schmalbandig mit einer einstellbaren Bandbreite, die abhängig von der Symbolrate einstellbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung enthält die Berechnungseinrichtung mindestens eine kordische Berechnungseinheit.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung weist die kordische Berechnungsein heit auf:
zwei Schieberegister zum bitweisen Verschieben der Daten ei nes komplexwertigen Datenpaares in Abhängigkeit von einer Iterationszahl,
eine erste Additions-/Subtraktionseinrichtung zur Additi on/Subtraktion des ersten Datums des komplexwertigen Daten paares mit dem verschobenen zweiten Datum des komplexwertigen Datenpaares in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasenwin kels zur Bildung des ersten Datums für die nächste Iteration,
eine zweite Additions-/Subtraktionseinrichtung zur Additi on/Subtraktion des zweiten Datums des komplexwertigen Daten paares mit dem verschobenen ersten Datum des komplexwertigen Datenpaares in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasenwin kels zur Bildung des zweiten Datums für die nächste Iterati on.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung enthält die kordische Berechnungs einheit eine dritte Additions-/Subtraktionseinrichtung zur Addition/Subtraktion des Phasensignals mit einem abgespei cherten Arcus-Tangenswert in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasenwinkels zur Bildung des Phasensignals für die näch sten Iteration.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung enthält die kordische Berechnungseinheit eine Dekrementeinrichtung zur Dekrementierung der Iterationszahl.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Be rechnungseinrichtung eine kordische Berechnungseinheit auf, die über einen Zwischenspeicher rückgekoppelt ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung weist die Berechnungseinrichtung mehrere seriell hintereinandergeschaltete kordische Berech nungseinheiten auf.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Senden eines QAM-Sendesignals mit einer bestimmten Trägerfrequenz, das die folgenden Schritte aufweist:

a) Codieren von binären Daten zu komplexwertigen Daten paar-Signalen,
b) Abtasten der komplexwertigen Datenpaar-Signale mit ei ner Abtastfrequenz,
c) Auswählen einer Trägerfrequenz und Auslesen eines zuge ordneten Phaseninkrements,
d) Erzeugen eines Phasensignals mit einer Drehphase in Ab hängigkeit von dem ausgelesenen Phaseninkrement,
e) Multiplizieren der komplexwertigen Datenpaar-Signale mit einem Drehoperator, der die Datenpaar-Signale zur Erzeugung des QAM-Sendesignals um die Drehphasen pha sendreht, wobei von den gedrehten komplexwertigen Da tenpaar-Signalen jeweils der reale Signalanteil verwen det wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im weiteren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zur Erläute rung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Sender zur Erzeugung eines QAM-Sendesignals nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Kabelnetz anschlusses, bei dem die erfindungsgemäße Vorrich tung verwendet werden kann;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrich tung zum Senden eines QAM-Sendesignals;

Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer kordischen Berech nungseinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 5 einen zweite Ausführungsform der kordischen Berech nungseinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Berechnungs vorgangs innerhalb einer kordischen Berechnungsein heit gemäß der Erfindung.

Fig. 7 ein kordisches Berechnungselement gemäß der Erfin dung.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Kabelanschlusses, bei dem die erfindungsgemäße Sendevorrichtung einsetzbar ist.

Über ein Fernseh-Breitbandkabel 1 ist der Kabel- Fernsehanschluß 2 eines Teilnehmers mit einem Dienstlei stungsanbieter über einen Daten-Hinkanal im Frequenzbereich von ca. 90 MHz bis 800 MHz und über einen Daten-Rückkanal im Frequenzbereich von etwa 5 MHz bis 65 MHz verbunden. Der Ka bel-Fernsehanschluß 2 ist über eine Signalleitung 3 an ein Teilnehmer-Fernsehkabelmodem 4 angeschlossen. Das Teilnehmer- Fernsehkabelmodem 4 gibt über eine analoge Signalleitung 5 ein analoges Fernsehsignal an ein Fernsehendgerät 6 ab. Über eine bidirektionale digitale Datenleitung 7 ist das Teilneh mer-Fernsehkabelmodem 4 mit einem digitalen Endgerät, insbe sondere einem Computer bzw. PC 8 verbunden. Die von einem di gitalen Endgerät 8 abgegebenen binären Daten werden von der erfindungsgemäßen Sendevorrichtung als QAM-Sendesignal für die Leitungen 3, 1 an den Dienstleistungsanbieter in einem Daten-Rückkanal gesendet.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vor richtung zum Senden eines QAM-Sendesignals. Über die digitale Signalleitung 7 werden binäre Daten einer Codiereinrichtung 9 zur Codierung von Daten in aus zwei Daten a, b bestehende komplexwertige Datenpaar-Signale zugeführt. Der Signalausgang 10 für das erste Datensignal ist über eine Leitung 11 und der zweite Ausgang 12 für das zweite Datensignal ist über eine Leitung 13 mit einer Abtasteinrichtung 14 zur Abtastung der komplexwertigen Datenpaar-Signale mit einer ersten Abtastfre quenz f_t verbunden. Das abgetastete erste Datensignal wird über eine Leitung 15 und das zweite abgetastete Datensignal wird über eine Leitung 16 den digitalen Tiefpaßfiltern 17, 18 zugeführt. Die digitalen Tiefpaßfilter 17, 18 sind vorzugs weise nicht-rekursive Filter mit einer hohen Abtastfrequenz von mehr als 100 MHz oder alternativ kaskadenförmig aufgebau te Filter, deren erste Kaskadenstufe ein nicht-rekursiver Filter ist und deren zweite Kaskadenstufe ein Interpolations filter ist, insbesondere ein COMB-Filter mit einer Abtastfre quenz von mehr als 100 MHz. Die Abtastfrequenz der ersten Kaskadenstufe, d. h. des nicht-rekursiven Filters, ist niedri ger als die Abtastfrequenz der zweiten Kaskadenstufe, d. h. des Interpolationsfilters. Die digitalen Tiefpaßfilter 17, 18 sind schmalbandige Tiefpaßfilter mit einer in Abhängigkeit von der Symbolrate einstellbaren Bandbreite.

Das abgetastete und gefilterte erste Datensignal gelangt über eine Leitung 19 und das zweite abgetastete und gefilterte Da tensignal gelangt über eine Leitung 20 zu einer weiteren Abtasteinrichtung 21, die die Signale mit einer Abtastfre quenz f_a abtastet und über Leitungen 22, 23 einer kordischen Berechnungseinrichtung 24 zur Erzeugung des QAM-Sendesignals an der Leitung 3 zuführt. Die Berechnungseinrichtung 24 führt eine Multiplikation des komplexwertigen, an den Leitungen 22, 23 anliegenden Datenpaares mit einem Drehoperator durch, wo bei das komplexwertige Datenpaar-Signal um einen Phasenwinkel ϕ entsprechend einem Phasensignal gedreht wird.

Das Phasensignal wird in einem Akkumulator 25 erzeugt, der das Phasensignal über eine Leitung 26 der Berechnungseinrich tung 24 zuführt. Der Akkumulator 25 enthält einen getakteten Zwischenspeicher 27 zur Zwischenspeicherung des Phasensi gnals. Das zwischengespeicherte Phasensignal wird über Lei tungen 28, 29 auf einen Addierer 30 zurückgekoppelt. Der Ad dierer 30 addiert das rückgekoppelte zwischengespeicherte Phasensignal mit einem aus einem Speicher 31 ausgelesenen Phaseninkrement. Der Speicher 31 ist über eine Leitung 32 mit dem zweiten Eingang des Addierers 30 verbunden. Das Summensi gnal des Addierers 30 wird über eine Leitung 33 einer Modulo- Berechnungseinheit 34 zugeführt, die ausgangsseitig über eine Leitung 35 mit dem Zwischenspeicher 27 verbunden ist. Die Mo dulo-Berechnungseinheit 34 ist vorzugsweise eine Zweier- Komplement-Berechnungseinheit. Mittels einer Auswähleinheit 36 wird eine gewünschte Trägerfrequenz f₀ ausgewählt und dies über eine Leitung 37 dem Speicher 31 mitgeteilt. Die ge wünschte Trägerfrequenz ist durch ein konstantes Phaseninkre ment δϕ charakterisiert. In dem Speicher 31 ist tabellenartig jeder Trägerfrequenz ein zugehöriges Phaseninkrement zugeord net. Das der Trägerfrequenz f₀ zugeordnete Phaseninkrement wird über die Ausleseleitung 32 ausgelesen und dem digitalen Akkumulator 25 zugeführt. Der Addierer 30 des Akkumulators 25 addiert auf den Phasenwert ϕ des vorangegangenen Taktzyklus das ausgelesene Phaseninkrement. Bei Überschreiten einer be stimmten Phasenschwelle, beispielsweise π, wird durch die Mo dulo-Berechnungseinheit der doppelte Wert des Phasenschwelle abgezogen, beispielsweise 2π. Durch entsprechende Skalierung kann der Phasenbereich von -π bis +π auf den Bereich von -1 bis +1 skaliert bzw. abgebildet werden. Bei Realisierung des digitalen Akkumulators 25 in einer Zweier-Komplement- Zahlendarstellung wird diese Modulo-Operation ohne zusätzli chen Schaltungsaufwand ausgeführt. Das iterativ gebildete Phasensignal ϕ_i+1 = ϕ_i+δϕ wird über die Leitung 26 der Berech nungseinrichtung 24 zugeführt, die einen kordischen Berech nungsvorgang durchführt. Die kordische Berechnungseinrichtung 24 weist zwei Datenausgänge 3, 38 auf. Der zweite Datenaus gang 38, an dem der berechnete Imaginärteil des Datenaus gangssignals anliegt, wird nicht angeschlossen.

Die durch die Auswahleinrichtung 36 auswählbare Trägerfre quenz liegt vorzugsweise zwischen 5 MHz und 50 MHz.

Die zweite Abtastfrequenz f_a der zweiten Abtasteinrichtung 21 beträgt vorzugsweise ein Vielfaches der ersten Abtastfrequenz f_t der ersten Abtasteinrichtung 14. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die zweite Abtastfrequenz f_a bei mehr als 100 MHz. Die erste Abtastfrequenz f_t entspricht bei spielsweise einer Symbolrate von 0,16-2,65 Mbaud.

Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform der kordischen Be rechnungseinheit 24, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.

Die kordische Berechnungseinheit 24 enthält ein kordisches Berechnungsbauelement 40 mit vier Eingängen 41, 42, 43, 44 und vier Ausgängen 45, 46, 47, 48. Über Leitungen 49, 50 ist das kordische Berechnungsbauelement 40 mit einem Festwert speicher, insbesondere einem ROM-Speicher 51 verbunden. An den ersten Eingang 41 wird über die Leitung 22 das erste Da tensignal des komplexwertigen Datensignalpaares und an den vierten Eingang 44 wird über die Leitung 23 das zweite Daten signal des komplexwertigen Datensignalpaares angelegt. An den zweiten Eingang 42 des kordischen Berechnungselements 40 ist über die Leitung 26 der in Fig. 3 dargestellte Akkumulator 25 angeschlossen. Der dritte Anschluß 43 des kordischen Berech nungselements 40 erhält über eine Leitung 52 eine Iterations zahl N, die die Anzahl der durchgeführten Iterationsschritte angibt.

Am Ausgang 45 wird das erste Datum des komplexwertigen Daten signalpaares nach einem Iterationsschritt und an dem vierten Ausgang 48 wird das zweite Datum des komplexwertigen Datensi gnalpaares nach der Iteration über Leitungen 53, 54 an getak tete Register 55, 56 angelegt. Am Ausgang 46 wird das Phasen signal für die nächste Iteration über eine Leitung 57 an ei nen getakteten Zwischenspeicher 58 angelegt. Die am Eingang 43 angelegte Iterationszahl wird innerhalb des Berechnungs elements 40 dekrementiert und am Ausgang 47 über eine Leitung 59 an einen Zwischenspeicher 60 angelegt. Der Zwischenspei cher 55 gibt nach Durchführung einer einstellbaren Anzahl von Iterationsschritten über die Leitung 3 das QAM-Sendesignal ab. Während der Durchführung der Iterationsschritte wird das in dem Zwischenspeicher 55 abgespeicherte erste Datum des komplexwertigen Datensignals über eine Rückkoppelleitung 61 an den ersten Eingang 41 zurückgekoppelt.

Der Zwischenspeicher 58, in dem das Phasensignal zwischenge speichert wird, ist über eine Rückkoppelleitung 62 mit dem zweiten Eingang 42 des kordischen Berechnungselements 40 ver bunden.

Der Zwischenspeicher 60, in dem die Iterationszahl zwischen gespeichert wird, ist über eine Rückkoppelleitung 63 an den dritten Eingang 43 des kordischen Berechnungselements 40 rückgekoppelt.

Der Zwischenspeicher 56 ist über eine Rückkoppelleitung 64 an den vierten Eingang 44 des kordischen Berechnungselements rückgekoppelt.

Die Rückkoppelleitungen 61, 62, 63, 64 werden an die Eingänge 41, 42, 43, 44 des kordischen Berechnungselements 40 über steuerbare Schalter 65, 66, 67, 68 geschaltet. Die gestri chelten Linien zeigen in Fig. 4 die Schaltstellung der Schal ter nach Durchführung des ersten Iterationsschrittes.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der kordischen Be rechnungseinheit 24. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungs form sind mehrere identische kordische Berechnungsbauelemente 40-1, 40-2, . . . 40-(n+1) seriell hintereinandergeschaltet und bilden eine sogenannte Pipeline-Struktur. Die verschiede nen kordischen Berechnungselemente 40-1, 40-2, . . . 40(M+1) sind über einen Multiplexer/Demultiplexer 69 über Lese- und Schreibleitungen 70, 71 mit einem gemeinsamen Festwertspei cher 72 zum Abspeichern von Arcus-Tangenswerten verbunden.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Berech nungsvorgangs innerhalb eines kordischen Berechnungselements 40, dessen interner Aufbau in der Fig. 7 dargestellt ist.

In einem ersten Schritt S1 werden die beiden Daten a, b des komplexwertigen Dateneingangssignals das Phasensignal p und die Anzahl N der vorzunehmenden Iterationsschritte angelegt. Das erste Datum a wird an den Eingang 41, das zweite Datum b an den Eingang 44, das Phasensignal an den Eingang 42 und die Iterationszahl N an den Eingang 43 des kordischen Berech nungselements 40 angelegt.

In einem Berechnungsschritt S2 werden die Daten a, b des kom plexwertigen Datensignalpaares iterativ in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasensignals berechnet.

a' = a - signum(ξ) . (2ⁿ . b)

b' = b + signum(ξ) . (2ⁿ . a)

In dem Berechnungsschritt S2 wird ferner das Phasensignal für den nächsten Iterationsschritt berechnet:

ξ' = ξ - signum(ξ) . arcus tangens (2 ⁿ)

Der Arcus-Tangens-Wert wird dabei bei der ersten in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform aus dem Festwertspeicher 51 und bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform aus dem Fest wertspeicher 72 ausgelesen.

Die berechneten Werte werden in einem Schritt S3 bei der in Fig. 4 gezeigten ersten Ausführungsform an die Eingänge des kordischen Berechnungselements 40 zurückgekoppelt oder bei der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform an ein nach geschaltetes identisches kordisches Berechnungselement gelei tet.

Die Schritte S2, S3 werden so lange durchgeführt, bis gilt:

n = N - M

In Schritt S4 wird am Ausgang S3 das erste Datum des kom plexwertigen Datensignals ausgelesen und als QAM-Sendesignal über die Leitung 3 abgegeben.

Es gilt:

x' = k . Re{(x + jy)e^j ^ϕ}

Fig. 7 zeigt den schaltungstechnischen Aufbau eines kordi schen Berechnungselements 40 im Detail.

Das Berechnungselement 40 enthält Schieberegister 73, 74 zur bitweisen Verschiebung in Abhängigkeit der Iterationszahl n, wobei eine bitweise Verschiebung nach links erfolgt, wenn n < 0 ist, und eine bitweise Verschiebung nach rechts er folgt, wenn n < 0 ist. Die Iterationszahl n wird an den drit ten Eingang 43 des Berechnungselements 40 angelegt.

Das Berechnungselement 40 enthält ferner eine erste Additi ons-/Subtraktionseinrichtung 75, die in Abhängigkeit von den Vorzeichen des angelegten Phasensignals das in dem zweiten Schieberegister 74 bitweise verschobene zweite Datum b mit dem ersten Datum a addiert oder von diesem subtrahiert.

Das kordische Berechnungselement 40 enthält ferner eine zwei te Additions-/Subtraktionseinrichtung 76, die in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des angelegten Phasensignals das in dem ersten Schieberegister 73 bitweise verschobene ersten Datum a mit dem zweiten Datum b summiert oder von diesem abzieht.

Das kordische Berechnungselement 40 weist ferner eine dritte Additions-/Subtraktionseinrichtung 77 auf, die das an dem Eingang 42 anliegende Phasensignal det vorhergehenden Itera tion in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasensignals mit einem Arcus-Tangens-Wert, der aus einem Festwertspeicher über die Leitung 51 ausgelesen wird, summiert oder diesen subtra hiert.

Das kordische Berechnungselement 40 umfaßt schließlich eine Dekrementiereinrichtung 78, die die an den Eingang 43 ange legte Iterationszahl für die nächste Iteration dekrementiert.

Bezugszeichenliste

1

breitbandiges Fernsehkabel

2

Kabel-Fernsehanschluß

3

Leitung

4

Teilnehmer-Kabelmodem

5

Fernseh-Signalleitung

6

Fernseher

7

binäre Datenleitung

8

digitales Endgerät

9

Codiereinrichtung

10

Ausgangsanschluß

11

Ausgangsleitung

12

Ausgangsanschluß

13

Ausgangsleitung

14

Abtasteinrichtung

15

Leitung

16

Leitung

17

digitales Filter

18

digitales Filter

19

Leitung

20

Leitung

21

Abtasteinrichtung

22

Leitung

23

Leitung

24

kordische Berechnungseinheit

25

Akkumulator

26

Leitung

27

Zwischenspeicher

28

Leitung

29

Rückkoppelleitung

30

Addierer

31

Festwertspeicher

32

Leitung

33

Leitung

34

Modulo-Berechnungseinheit

35

Leitung

36

Auswahleinrichtung

37

Leitung

38

nicht belegt

39

nicht belegt

40

kordisches Berechnungselement

41

Eingang

42

Eingang

43

Eingang

44

Eingang

45

Ausgang

46

Ausgang

47

Ausgang

48

Ausgang

49

Leitung

50

Leitung

51

Festwertspeicher

52

Leitung

53

Leitung

54

Leitung

55

Zwischenspeicher

56

Zwischenspeicher

57

Leitung

58

Zwischenspeicher

59

Leitung

60

Zwischenspeicher

61

Rückkoppelleitung

62

Rückkoppelleitung

63

Rückkoppelleitung

64

Rückkoppelleitung

65

Schalter

66

Schalter

67

Schalter

68

Schalter

69

Multiplexer/Demultiplexer

70

Leitung

71

Leitung

72

Festwertspeicher

73

Schieberegister

74

Schieberegister

75

Additions-/Subtraktionseinrichtung

76

Additions-/Subtraktionseinrichtung

77

Additions-/Subtraktionseinrichtung

78

Dekrementiereinrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Senden eines QAM-Sendesignals mit einer Trägerfrequenz f₀, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Codiereinrichtung (9) zur Codierung von Daten zu aus zwei Daten bestehenden komplexwertigen Datenpaaren (a, b);
eine Abtasteinrichtung (14) zur Abtastung der komplexwertigen Datenpaar-Signale mit einer ersten Abtastfrequenz;
eine Auswahleinrichtung (36) zur Auswahl der Trägerfrequenz f₀;
einen Akkumulator (25) zur Erzeugung eines Phasensignals ϕ in Abhängigkeit von einem der Trägerfrequenz zugeordneten Pha seninkrement δϕ; und
mindestens eine Berechnungseinrichtung (24) zur Erzeugung des QAM-Sendesignals durch Multiplikation der komplexwertigen Da tenpaare mit einem Phasendrehoperator, wobei das komplexwer tige Datenpaar um einen Phasenwinkel ϕ entsprechend dem Pha sensignal gedreht wird und von den gedrehten komplexwertigen Daten der Realteil zur weiteren Verarbeitung abgegeben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetasteten komplexwertigen Datenpaar-Signale durch di gitale Tiefpaßfilter (17, 18) zur Bandbegrenzung gefiltert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gefilterten Ausgangssignale der digitalen Tiefpaßfilter (17, 18) durch eine weitere Abtasteinrichtung (21) mit einer zweiten Abtastfrequenz f_a abgetastet werden.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (25) einen getakteten Zwischenspeicher (27) zur Zwischenspeicherung des Phasensignals aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (25) einen Addierer (30) zur Addition des ausgelesenen Phaseninkrements mit dem zwischengespeicherten Phasensignal des vorherigen Taktzyklus aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Akkumulator (25) eine Modulo-Berechnungseinheit (34) auf weist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulo-Berechnungseinheit eine Zweier-Komplement- Berechnungseinheit ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtungen (24) zur Parallel- Datenverarbeitung einer Vielzahl von komplexwertigen Datensi gnalpaaren parallel geschaltet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz f₀ zwischen 5 MHz und 65 MHz liegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abtastfrequenz f_a ein Vielfaches der ersten Ab tastfrequenz f_t beträgt.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abtastfrequenz f_a mehr als 100 MHz beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Tiefpaßfilter (17, 18) nicht-rekursive Filter sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Tiefpaßfilter (17, 18) kaskadenförmig ausgebil det sind, wobei eine erste Kaskadenstufe ein nicht-rekursiver Filter und eine zweite Kaskadenstufe ein Interpolationsfilter ist, wobei die Abtastfrequenz der ersten Kaskadenstufe nied riger ist als die Abtastfrequenz der zweiten Kaskadenstufe.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Tiefpaßfilter (17, 18) schmalbandig mit einer einstellbaren Bandbreite sind, wobei die Bandbreite von der Symbolrate abhängt.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinheit (24) mindestens ein kordisches Berech nungselement (40) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (24) ein kordisches Berechnungs element (40) aufweist, das über Zwischenspeicher (55, 56, 58, 60) rückgekoppelt ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (24) mehrere in Reihe geschaltet kordische Berechnungselemente (40) enthält.

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kordische Berechnungselement (40) zwei Schieberegister (73, 74) zum Verschieben der beiden Daten des komplexwertigen Datenpaares in Abhängigkeit von einer Iterationszahl n auf weist.

19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kordische Berechnungselement (40) eine erste Additions- /Subtraktionseinrichtung (75) zur Addition/Subtraktion des ersten Datums des komplexwertigen Datenpaares mit dem bitwei se verschobenen zweiten Datum des komplexwertigen Datenpaares in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasenwinkels zur Bil dung des ersten Datums für die nächste Iteration sowie eine zweite Additions-/Subtraktionseinrichtung (76) zur Additi on/Subtraktion des zweiten Datums des komplexwertigen Daten paares mit dem bitweise verschobenen ersten Datum des kom plexwertigen Datenpaares in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Phasenwinkels zur Bildung des zweiten Datums für die nächste Iteration aufweist.

20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Berechnungselement (40) eine Dekrementiereinrichtung (78) zur Dekrementierung der angelegten Iterationszahl für die nächste Iteration aufweist.

21. Verfahren zum Senden eines QAM-Sendesignals mit einer be stimmten Trägerfrequenz, das die folgenden Schritte aufweist: