DE4112860C2 - Verfahren und Anordnung zur digitalen Frequenzregelung für ein Mehrkanal-Übertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.

Die Erfindung findet insbesondere Verwendung bei der digi­ talen Frequenzregelung im Rundfunkempfänger, für das COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Modula­ tionsverfahren. Bei derartigen Verfahren werden hohe An­ forderungen an die Frequenzkonstanz lokaler Oszillatoren gestellt. Dies erfordert hochgenaue Oszillatoren, die ko­ stenaufwendig sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gat­ tungsgemäßes Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die frequenzstabil arbeitet und kostengünstig ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil der Patentan­ sprüche 1 und 5 genannten Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch den Einsatz einer Frequenzregelung kostengünstige Oszillatoren für das Mehrkanal-Übertragungssystem verwend­ bar sind. Desweiteren ist vorteilhaft, daß die Frequenzregelung digital erfolgt und die dafür notwendigen Bauelemente kostengünstig sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrie­ ben unter Verwendung von schematischen Zeichnungen.

In Fig. 1 ist anhand eines Blockschaltbildes das COFDM- Übertragungssystem angegeben;

Fig. 2 zeigt die Struktur eines Subkanals;

Fig. 3 zeigt den Regelkreis für die digitale Frequenzregelung;

Fig. 4 zeigt die Struktur des Reglers.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung für ein COFDM- Übertragungssystem beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines COFDM-Übertragungssystems. Das COFDM- Übertragungssystem ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu übertragende Datensignal auf eine große Anzahl (mehrere hundert) Unterträger schmaler Bandbreite verteilt wird, die im Frequenzbereich nebeneinander liegen.

Schaltungstechnisch wird die hierzu notwendige Filterbank durch eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) reali­ siert.

Regelungstechnisch wird die Anordnung als Vorrichtung zur Nutzung des Schutzintervalls, FFT und differentiellem De­ modulator durch eine Anordnung gemäß Fig. 2 beschrieben. Sie besitzt für jeden Unterträger einen Subkanal i, der aus einem Modulator 1, einer Vorrichtung zur Nutzung des Schutzintervalls 2, einem Integrate & Dump Filter 3 und einem differentiellen Demodulator 4 besteht. D kennzeichnet die Verzögerung um ein Datensymbol.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung (Fig. 3) wird über ein Stellglied, z. B. einem Modulator, dem Regelkreis eine Kor­ rekturfrequenz f zugeführt, mit der über eine Meßeinrich­ tung die aktuelle Abweichung von den Soll-Frequenz be­ stimmt wird. Dazu wird das Ausgangssignal z_k mindestens eines Subkanals der Meßeinrichtung zugeführt (Fig. 3). Die Meßeinrichtung besteht z. B. aus einem Hart-Entscheider, einem Modulator und einem Addierer. Durch Multiplikation des Subkanal-Ausgangssignals z_k mit dem konjugiert komple­ xen Signal des Hart-Entscheiders wird eine komplexe Größe erzeugt, deren Phase g ein Maß für den Frequenzversatz des Mischer-Ausgangssignals ist. Um Rauscheinflüsse auf den Meßvorgang zu kompensieren, wird über die in der Meßein­ richtung verarbeiteten Signale aller Subkanäle summiert und durch Mittelwertbildung die Phase g der komplexen Größe bestimmt. Dadurch werden die Subkanäle, die Signale mit großer Ausgangsamplitude besitzen, stärker bei der Phasenbestimmung berücksichtigt als Signale mit kleiner Amplitude. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Rauschver­ halten des Empfängers aus.

Die Frequenzabweichung g wird im Symboltakt periodisch wiederkehrend bestimmt. Die Folge der Meßwerte ist g_k. Die Korrekturfrequenz f bleibt für die Dauer eines Symboltak­ tes konstant. Die Folge der Korrektur-Frequenzen ist f_k.

Das dynamische Verhalten der Anordnung aus Stellglied, Mehrkanalsystem und Meßeinrichtung wird durch die Antwort g_k auf eine bekannte Erregung f_k definiert.

Die Übertragungsfunktion der Regelstrecke aus Stellglied, Mehrkanalsystem und Meßeinrichtung läßt sich durch seine z-Transformierte U(z) beschreiben, was den Einsatz eines digitalen Reglers erlaubt. Dieser läßt sich z. B. als Pro­ gramm auf einem Rechner realisieren.

Beispielsweise erhält man mit einer Übertragungsfunktion der Regelstrecke für die Symboldauer T_s U(z) = πT_s ((1 + τ) z + (1 - τ)/z²

eine Übertragungsfunktion für den Regler

R(z) = [p_o (1 - q₁ z^-1 - q₂ z^-2)]^-1

mit p_o = (πTs (1 + τ))^-1
q₁ = 2τ (1 + τ)^-1
q2 = (1 - τ) (1 + τ)^-1

wobei τ die auf die Symboldauer T_s normierte Schutzzeit angibt. Die Übertragungsfunktion R(z) des Reglers ist durch eine Reglerstruktur gemäß Fig. 4 darstellbar. D kennzeichnet die Verzögerung um ein Datensymbol.

Der Regelalgorithmis beginnt erst zu arbeiten, wenn das Ausgangssignal der Meßeinrichtung von Null verschieden ist.

Claims (5)

1. Empfängeranordnung eines Mehrkanalübertragungssystems, bestehend zumindest aus einem Mischer, mehreren Subkanälen und einem Multiplexer, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger zwischen Mischer und Multi­ plexer einen Regelkreis enthält, der aus einer Regelstrecke mit einem Stell­ glied, mehreren Subkanälen, einer Meßeinrichtung und aus einem Regler aufgebaut ist, wobei die Meßeinrichtung aus dem Ausgangssignal minde­ stens eines Subkanals einen aktuellen Frequenzversatz gegen eine Soll- Frequenz bestimmt, und wobei das Stellglied durch einen Modulator gebildet ist, der den Frequenzversatz des Ausgangssignals des Mischers mit einer im Regelkreis erstellten Korrekturfrequenz kompensiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Subkanal aus einem Modulator, einer Vorrichtung zur Nutzung des Schutzintervalls, einem Filter und einem differentiellem Demodulator besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ richtung einen Hartentscheider, einen Modulator und einen Addierer enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Regler, mit diskretem Regelalgorithmus die Korrekturfrequenz erzeugt.

5. Verfahren zur digitalen Frequenzregelung für ein Mehrkanal-Übertragungs­ system mit einer Anordnung gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet,

• 1. daß zur Bestimmung des Frequenzversatzes des Mischer-Ausgangssi­ gnals das Ausgangssignal z_k mindestens eines Subkanals des Empfän­ gers mit dem konjungiert komplexen Signal eines Hart-Entscheiders in der Meßeinrichtung multipliziert wird und durch Mittelwertbildung über alle Subkanäle die Phase g der Ausgangsgröße der Meßeinrichtung bestimmt wird,
• 2. daß bei einer von Null verschiedenen Ausgangsgröße der Meßeinrich­ tung mit einem digitalen Regelalgorithmus die Korrekturfrequenz f aus der Phase g bestimmt wird, und
• 3. daß durch Modulation des Mischer-Ausgangssignals mit der Korrekturfre­ quenz f das Basisbandsignal des Empfängers nachgeregelt wird.