DE69219412T2 - Rückwinnung der Trägerphase für einen adaptiven Entzerrer - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Digitalkommunikation und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rückgewinnen der Trägerphase in einem adaptiven Entzerrer ohne die Verwendung von Phasendrehung (Phasenrotation) oder Rückdrehung (De-Rotation).
• Digitale Daten wie beispielsweise digitalisierte Videodaten zur Verwendung beim Senden von Hochauflösungs-Fernsehsignalen (HDTV - High Definition Television) können über analoge Kanäle mit terrestrischer Ultrakurzwellen-Frequenz (UKW) oder Dezimeterwellen-Frequenz (UHF) für die Kommunikation an Endbenutzer gesendet werden. Analoge Kanäle liefern korrumpierte und transformierte Versionen ihrer Eingangswellenformen. Die Korrumpierung der Wellenformen, welche üblicherweise statistisch ist, kann additiv und/oder multiplikativ wegen möglichem thermischen Rauschen des Hintergrundes, Impulsstörungen und Überblendungen sein. Transformationen, die durch den Kanal durchgeführt werden, sind Frequenzübersetzung, nichtlineare oder harmonische Verzerrung und Zeitdispersion.
• Um digitale Daten über einen analogen Kanal zu kommunizieren, werden die Daten moduliert unter Verwendung beispielsweise einer Form von Puls-Amplitudenmodulation (PAM). Es wird typischerweise die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) verwendet, um die Datenmenge zu erhöhen, die innerhalb einer zur Verfügung stehenden Bandbreite gesendet werden kann. QAM ist eine Form von PAM, bei der eine Mehrzahl von Informationsbits zusammen in einem Muster gesendet werden, auf welches als eine "Konstellation" Bezug genommen wird, das beispielsweise 16 oder 32 Punkte enthalten kann.
• Bei Puls-Amplitudenmodulation ist jedes Signal ein Puls, dessen Amplitudenhöhe bestimmt wird durch ein gesendetes Symbol. Bei 16-QAM werden Symbolamplituden von -3, -1, 1 und 3 in jedem Quadraturkanal typischerweise verwendet. Bei bezüglich der Bandbreite effizienten digitalen Kommunikationssystemen erstreckt sich die Wirkung jedes Symbols, welches über einen zeitdispersiven Kanal gesendet wird, über das Zeitintervall hinaus, welches benutzt wird, um das Symbol darzustellen. Die Verzerrung, die verursacht ist durch den resultierenden Überlapp von empfangenen Symbolen, wird Zwischensymbol-Interferenz genannt (ISI - Intersymbol Interference). Diese Verzerrung ist eine der größten Hindernisse für zuverlässige Hochgeschwindigkeitsdatensendung über Kanäle mit begrenzter Bandbreite und niedrigem Hintergrundrauschen gewesen. Ein Gerät, welches als ein "Entzerrer" bekannt ist, wird eingesetzt, um mit dem ISI-Problem fertigzuwerden.
• Zur Reduzierung der Zwischensymbol-Interferenz, welche durch einen Kommunikationskanal eingeführt wird, ist eine ziemlich präzise Entzerrung erforderlich. Darüber hinaus sind die Kanalwerte üblicherweise von vornherein nicht bekannt. Daher ist es üblich, einen Kompromiß- (oder einen statistischen) Entzerrer zu entwickeln und zu verwenden, der für den Durchschnitt des Bereiches von erwarteten Kanalamplituden- und Laufzeitverzögerungs-Kennwerten kompensiert. Seit mehr als 20 Jahren ist ein adaptives Filterschema mit kleinstem mittleren Fehlerquadrat (LMS - Last Mean Square) in Gebrauch als ein adaptiver Entzerrungsalgorithmus gewesen. Dieser Algorithmus ist beschrieben in B. Widrow und M. E. Hoff, Jr., "Adaptive Switching Circuits" in IRE Wescon Conv. Rec., Part 4, pp. 96- 104, Aug. 1960. Der Gebrauch des LMS-Algorithmuses in einem adaptiven Entzerrer zur Reduzierung von Zwischensymbol-Interferenz wird bei S. U. H. Qureshi, "Adaptive Equalization", Proc. IEEE, Vol 73, No. 9, pp. 1349-1387, September 1987.
• Bei einem LMS-Entzerrer werden die Entzerrer-Filterkoeffizienten gewählt, um den mittleren quadratischen Fehler zu minimieren, d.h. die Summe der Quadrate der gesamten ISI- Terme plus die Rauschleistung an dem Ausgang des Entzerrers. Der LMS-Entzerrer maximiert daher das Signal-zu-Verzerrungsverhältnis an seinem Ausgang innerhalb der Einschränkungen der Entzerrerzeitspanne und der Laufzeitverzögerung durch den Entzerrer. Bevor eine reguläre Datensendung beginnt, kann eine automatische Synthese des LMS-Entzerrers für unbekannte Kanäle während einer Trainingsperiode durchgeführt werden. Dies beinhaltet im allgemeinen die iterative Lösung eines Satzes von simultanen Gleichungen. Während der Trainingsperiode wird ein bekanntes Signal gesendet und eine synchronisierte Version des Signals wird in dem Empfänger erzeugt, um Information über die Kanalkennwerte zu erfassen. Das Trainingssignal kann aus periodischen isolierten Impulsen bestehen oder aus einer kontinuierlichen Sequenz mit einem breiten gleichförmigen Spektrum wie ein allgemein bekanntes Maximumlängenschieberegister oder einer Pseudorausch-Sequenz.
• Ein wichtiger Aspekt der Entzerrerleistung ist seine Konvergenz, die allgemein gemessen wird durch das Maß an Zeit in Symbolperioden, welche erforderlich ist für die Fehlervarianz in dem Entzerrer, um sich auf ein minimales Niveau zu legen, das idealerweise Null ist. Um den effizientesten Betrieb für einen Datenempfänger zu erhalten, muß die Entzerrer-Konvergenz zeit minimiert sein.
• Nach einer anfänglichen Trainingsperiode können die Koeffizienten eines adaptiven Entzerrers kontinuierlich in einer entscheidungsgerichteten Weise angepaßt werden. In diesem Modus wird das Fehlersignal abgeleitet von dem Endempfänger- Schätzwert (der nicht notwendigerweise korrekt ist) der gesendeten Sequenz. Beim Normalbetrieb sind die Empfängerentscheidungen mit hoher Wahrscheinlichkeit korrekt, so daß die Fehlerschätzwerte oft genug korrekt sind, um es dem adaptiven Entzerrer zu ermöglichen, präzise Entzerrung aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann ein entscheidungsgerichteter adaptiver Entzerrer langsamen Variationen in den Kanalkennwerten oder linearen Störungen in dem Empfängervorfeld wie beispielsweise ein langsames Jittern in der Abtasterphase folgen.
• Viele Sendesysteme verwenden Modulationsschemata, die mit komplexen Signalsätzen konstruiert sind. Die Signale werden in anderen Worten als Vektoren in der komplexen Ebene angesehen, wobei die reelle Achse der Inphasen(I)-Kanal und imaginäre Achse der Quadratur(Q)-Kanal genannt wird.
• Demzufolge erscheint Nebensprechen zwischen den I- und Q- Kanälen, wenn die Signale Kanalverzerrung und Empfängerbeeinträchtigungen unterworfen sind, was einen komplexen adaptiven Entzerrer erforderlich macht. In diesem Falle sind die Koeffizienten des Entzerrers komplexwertig. Falls wie oben angemerkt die Kanalverzerrung durch den Empfänger unbekannt ist, dann müssen die Koeffizienten angepaßt werden, nachdem das System in Betrieb gewesen ist, um die Kanalverzerrung aufzuheben. Der Begriff "adaptiv" in einem komplexen adaptiven Entzerrer gibt die fortlaufende Anpassung der Koeffizienten zu erkennen.
• Bei vielen praktischen Sendesystemen muß ein Verfahren vorgesehen werden, um ein Referenzsignal an dem Demodulator des Empfängers abzuleiten, das phasenkohärent ist mit dem empfangenen Signal. Solche kohärenten Demodulatoren werden verwendet, um Signale zu demodulieren, die Information in ihrer Phase enthalten. Beispielsweise ist bei einer binären Phasenverschiebungstastung (BPSK - binary phase shift keying) die Modulation einer digitalen "Eins" dargestellt durch eine Phase von null Grad und die Modulation einer "Null" ist dargestellt durch eine Phase von 180º in dem modulierten Signal. Daten, die unter der Verwendung von QAM-Verfahren moduliert sind, werden auf der Basis von ähnlichen, jedoch komplizierteren, Phasenverhältnissen demoduliert. Auf diese Weise beruhen Demodulatoren für solche Daten auf einem Referenzsignal, das in Phase synchronisiert werden muß mit dem Datenträger. Dieser Prozeß ist bekannt als Trägerphasen-Rückgewinnung (CPR - carrier phase recovery).
• Ein Phasenregelkreis (PLL - phase locked loop) ist eine übliche und gut bekannte Methode, welche benutzt wird, um den Träger in Signaldemodulatoren wiederzugewinnen. Wenn ein PLL in solchen Anwendungen verwendet wird, wird er manchmal auch als Träger-Rückgewinnungsschleife (CRL - carrier recovery loop) bezeichnet. Wenn ein adaptiver Entzerrer verwendet ist, dann ist es übliche Praxis gewesen, den CRL nach dem Entzerrer in dem Empfänger zu lokalisieren. Ein freilaufender Oszillator wird verwendet, um die Eingangssignalfrequenz auf Basisband zu überführen und ein Phasendreher (Phasenrotator) ist erforderlich, um die Trägerphase zurückzugewinnen. Zusätzlich ist ein Phasen-Rückdreher (Phasenderotator) in dem adaptiven Entzerrer erforderlich, um ein Fehlersignal mit korrekter Phase zur Verwendung beim Aktualisieren der Filterkoeffizienten bereitzustellen. Das Erfordernis eines Phasendrehers und Rückdrehers kompliziert den Empfängeraufbau und fügt Kosten bezüglich des Empfängerschaltkreises hinzu.
• Der Artikel "IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol SAC-5, No. 3, April 1987, New York, NY, US, pages 349 - 356, Chamberlin J.W. et al.: "Design and Field of a 256-QAM DIV Modem" und insbesondere Fig. 2 offenbart einen Demodulator mit einer Träger-Rückgewinnungsschleife, in welche ein adaptiver Entzerrer eingefügt ist.
• Der Demodulator umfaßt vier hauptsächliche und Kontrollschleifen, welche sind: Träger-Rückgewinnungsschleife, adaptiver Entzerrer, digitaler AGC und Symbol-Zeitrückgewinnung. Jede Kontrollschleife hat einen anfänglichen Erfassungs- und Verfolgungs-Modus.
• Alle vier hauptsächlichen Kontrollschleifen werden auf eine sequentielle Weise betrieben.
• Zusätzlich ist offenbart, daß alle vier Schleifen zu ihren Erfassungsmoden zurückkehren, wenn die Phase oder Amplitude des Trägers, welcher durch die Träger-Rückgewinnungsschleife geführt wird, sich plötzlich und auf signifikante Weise ändert, und die Erfassung wird dann in den vier Schleifen auf einer sequentiellen Weise verarbeitet. IEEE Transactions on Communications, Vol COM-30, No. 10, October 1982, pages 2385 - 2390, Matsuo Y. et al.: "Carrier Recovery Systems for Arbitrarily Mapped APK Signals" beschäftigt sich mit Trägerphasenrückgewinnung und offenbart Schalten von einer Erfassung auf einen Verfolgungsmodus in dem Trägerrückgewinnungsprozeß.
• IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol SAC-5, No. 3, April 1987, New York, NY, US, pages 466 - 475, Baccetti B. et al.: "Full Digital Adaptive Equalization in 64-QAM Radio Systems" offenbart eine digitale Implementation eines adaptiven Entzerrers für ein 64-QAM-System. Der adaptive Entzerrer verwendet einen blinden Entzerrungsalgorithmus zum Erfassen und einen kleinsten-mittleren- Fehlerquadrat-Algorithmus zum Führen.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für das adaptive Entzerren von Datensignalen bereitzustellen und ein Entzerrungssystem für einen Kommunikationsempfänger mit verbesserten Kennwerten.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum adaptiven Entzerren von Datensignalen in einem Kommunikationsempfänger gelöst, wobei das Verfahren umfaßt:
• Demodulation eines nichtentzerrten Datensignals durch Verwendung einer Träger-Rückgewinnungsschleife und
• Filtern des demodulierten Datensignals in einem adaptiven Entzerrer durch Verwendung von Adaptiv-Filter-Koeffizienten, wobei das Filtern innerhalb der Träger-Rückgewinnungsschleife erfolgt,
• Aktualisieren der Adaptiv-Filter-Koeffizienten durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus einem ersten Algorithmus abgeleitet werden, oder durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus einem zweiten effizienteren Algorithmus abgeleitet werden,
• wobei der erste Algorithmus die Adaptiv-Filter-Koeffizienten unabhängig von Trägerphasenrückgewinnung aktualisiert,
• während Trägerphasenrückgewinnung die Adaptiv-Filter- Koeffizienten aktualisiert werden durch Verwendung von Fehlersignalen, welche von dem ersten Algorithmus abgeleitet werden,
• ein Trägerkopplungssignal wird erzeugt, wenn ein Trägerphasenfehler eines gefilterten Signalausgangs des adaptiven Entzerrers einen Schwellenwert erreicht, welcher bezeichnend ist für Trägerphasenrückgewinnung
• und der zweite Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmus wird anstatt des ersten Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmuses als Antwort auf das Trägerkopplungssignal ausgewählt.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8.
• Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Entzerrungssystem für einen Kommunikationsempfänger, wobei das System umfaßt:
• Eine Träger-Rückgewinnungsschleife, in welcher ein nichtentzerrtes Datensignal demoduliert wird,
• und einen adaptiven Entzerrer zum Filtern der demodulierten Datensignale durch Verwendung von Adaptiv-Filter-Koeffizienten,
• wobei der adaptive Entzerrer innerhalb der Träger-Rückgewinnungsschleife angeordnet ist,
• wobei der adaptive Entzerrer die Adaptiv-Filter-Koeffizienten aktualisiert durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus einem ersten Algorithmus abgeleitet werden, oder durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus einem zweiten effizienteren Algorithmus anstelle des ersten Koeffizienten- Aktualisierungs-Algorithmuses abgeleitet werden,
• wobei der erste Algorithmus die Adaptiv-Filter-Koeffizienten unabhängig von Trägerphasenrückgewinnung aktualisiert,
• der adaptive Entzerrer die Adaptiv-Filter-Koeffizienten während Trägerphasenrückgewinnung durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus dem ersten Algorithmus abgeleitet werden, aktualisiert,
• ein Kopplungsgenerator vorgesehen ist zum Erzeugen eines Trägerkopplungssignals, wenn ein Trägerphasenfehler eines gefilterten Signalausgangs von dem adaptiven Entzerrer einen Schwellenwert erreicht, welcher bezeichnend ist für Trägerphasenrückgewinnung
• und daß der adaptive Entzerrer den zweiten Koeffizienten- Aktualisierungs-Algorithmus anstelle des ersten Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmuses als Antwort auf das Trägerkopplungssignal auswählt.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen dieser Lösung sind Gegenstand der Ansprüche 10 bis 22.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Wiederherstellen der Trägerphase in Systemen, welche adaptive Entzerrung einsetzen, ohne den Bedarf für Phasendrehungs- und Rückdrehungs- Hardware bereitgestellt.
• Weiter wird ein adaptiver Entzerrer für einen Kommunikationsempfänger bereitgestellt, der anfänglich die Entzerrerkoeffizienten in der Abwesenheit von Trägerphasenrückgewinnung anpassen kann und dabei die Erfassungszeit des Systems reduziert.
• Die Reduktion der Systemkomplexität durch Verwendung von selbst-wiederherstellenden Entzerrungsalgorithmen, die keine Trainingssequenz erfordern, ist ein weiterer Vorteil. Solch ein System ist in der Lage, Entzerrung zu beginnen ohne daß ein Warten auf Trägerrückgewinnung stattfindet.
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum adaptiven Entzerren von Datensignalen in einem Kommunikationsempfänger bereitgestellt. Ein nichtentzerrtes Datensignal wird demoduliert. Das demodulierte Datensignal wird in einem adaptiven Entzerrer gefiltert, der anfänglich Adaptiv-Filter-Koeffizienten aktualisiert unter Verwendung von Fehlersignalen, welche von einem ersten Algorithmus abgeleitet werden. Ein Trägerkopplungssignal wird erzeugt, wenn ein Phasenfehler eines gefilterten Signalausgangs aus dem adaptiven Entzerrer einen Schwellenwert erreicht. Die Adaptiv-Filter-Koeffizienten werden in dem adaptiven Entzerrer aktualisiert unter Verwendung von Fehlersignalen, welche von einem zweiten Algorithmus anstelle des ersten Algorithmus als Antwort auf das Trägerkopplungssignal abgeleitet werden.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Phasenfehler während des Betriebs des adaptiven Entzerrers überwacht und der erste Algorithmus übernimmt, wenn es während des Überwachungsschrittes ermittelt wird, daß der Phasenfehler nicht länger die Schwelle erreicht.
• Vorteilhafterweise ist der erste Algorithmus ein selbstwiederherstellender Entzerrungsalgorithmus, wie beispielsweise ein Konstant-Modul-Algorithmus. Der zweite Algorithmus ist vorteilhafterweise ein entscheidungsgerichteter Algorithmus.
• Die Phasenfehlerschwelle ist erreicht, wenn mindestens ein Minimumsprozentsatz von Proben des gefilterten Signals genommen über die Zeit innerhalb einen vorbestimmten Bereich fällt. Bei einer Ausführungsform, bei der das demodulierte Datensignal Koordinaten umfaßt, die ein N-Bit-Konstellationsmuster für ein demoduliertes N-Bit-Quadratur-amplituden- moduliertes Signal darstellen, kann der Bereich eine Mehrzahl von getrennten festen Gebieten umfassen, wobei jedes Gebiet einen der Konstellationspunkte einschließt. Die getrennten festen Gebiete können beispielsweise eine Ellipse umfassen, welche einen Konstellationspunkt umgibt. In einer dargestellten Ausführungsform ist die Ellipse ausgerichtet mit einem zugehörigen Radius, welcher sich erstreckt von einem Ursprung des Konstellationsmusters zu dem Konstellationspunkt, den die Ellipse umgibt.
• Ein adaptiver Entzerrer für einen Kommunikationsempfänger gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Mittel zum Demodulieren eines nichtentzerrten Datensignals. Eine Entzerrerschleife enthält einen Filter, welches angekoppelt ist, um demodulierte Daten von dem demodulierenden Mittel zu empfangen, einen Fehlersignal- Generator, welcher angekoppelt ist, um gefilterte Daten von dem Filter zu empfangen, und ein Mittel, welches auf die Fehlersignale von dem Fehlersignal-Generator zum Aktualisieren der Koeffizienten zur Eingabe an den Filter anspricht. Eine Träger-Rückgewinnungsschleife umfaßt einen Phasendetektor, welcher angekoppelt ist, um die gefilterten Daten zum empfangen und ein erstes Phasenfehlersignal zum Steuern oder Regeln des Demodulators bereitzustellen. Ein Mittel, welches angekoppelt ist, um ein zweites Phasenfehlersignal von dem Phasendetektor zu empfangen, erzeugt ein Trägerkopplungssignal, wenn das zweite Phasenfehlersignal eine Schwelle erreicht. Der Fehlersignal-Generator spricht an auf das Trägerkopplungssignal zum Erzeugen von Fehlersignalen aus einem ersten Algorithmus, wenn das zweite Phasenfehlersignal die Schwelle nicht erreicht, und zum Erzeugen von Fehlersignalen aus dem zweiten Algorithmus, wenn das zweite Phasenfehlersignal die Schwelle erreicht.
• Der Fehlersignal-Generator kann beispielsweise einen Speicher umfassen, welcher einen ersten Satz von Fehlersignalen speichert, die berechnet werden unter Verwendung des ersten Algorithmus und einen zweiten Satz von Fehlersignalen, welche berechnet werden unter Verwendung des zweiten Algorithmus. Bei solch einer Ausführungsform werden die gefilterten Daten und das Trägerkopplungssignal verwendet, um den Speicher zu adressieren, Fehlersignale auszugeben.
• Bevorzugterweise ist der erste Algorithmus ein selbst-wiederherstellender Entzerrungsalgorithmus wie beispielsweise ein Konstant-Modul-Algorithmus. Der zweite Algorithmus kann ein entscheidungsgerichteter Algorithmus sein. Die Phasenfehlerschwelle wird erreicht, wenn mindestens ein Minimumsprozentsatz von Proben des gefilterten Signals genommen über die Zeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt. Bei einer gezeigten Ausführungsform umfaßt das demodulierte Datensignal Koordinaten, welche ein N-Bit-Konstellationsmuster darstellen für ein demoduliertes N-Bit-Quadratur-amplitudenmoduliertes Signal. Der vorbestimmte Bereich zum Bestimmen, ob die Schwelle erreicht ist, umfaßt eine Mehrzahl von getrennten festen Gebieten, wobei jedes einen der Konstellationspunkte einschließt. Jedes der getrennten festen Gebiete kann eine Ellipse umfassen, welche einen Konstellationspunkt umgibt, wobei jede Ellipse ausgerichtet ist mit einem zugehörigen Radius, der sich von einem Ursprung des Konstellationsmusters zu dem Konstellationspunkt erstreckt, den die Ellipse umgibt.
• Die vorliegende Erfindung stellt auch einen adaptiven Entzerrer für einen Kommunikationsempfänger bereit, wobei ein adaptiver Filter bereitgestellt ist zum Filtern von nichtentzerrten Daten, welche bezeichnend sind für Koordinaten in einem Konstellationsmuster. Ein Fehlersignal-Generator konvertiert die gefilterten Daten von dem Filter in Fehlersignale auf der Basis eines ersten und zweiten Algorithmus. Mittel sind angekoppelt, um Fehlersignale, die von dem Fehlersignal-Generator ausgegeben werden, zum Aktualisieren von Koeffizienten für den adaptiven Filter zu empfangen. Ein Phasendetektor konvertiert die gefilterten Daten von dem Filter in Phasenfehlersignale. Mittel, welche ansprechen auf die Phasenfehlersignale, steuern oder regeln den Fehlersignal-Generator, um Fehlersignale bereitzustellen gemäß dem ersten Algorithmus, wenn ein Phasenfehler, welcher repräsentiert ist durch die Phasenfehlersignale, oberhalb einer vorbestimmten Schwelle ist. Fehlersignale werden bereitgestellt gemäß dem zweiten Algorithmus, wenn der Phasenfehler unterhalb der vorbestimmten Schwelle liegt.
• Der Fehlersignal-Generator des adaptiven Entzerrers kann eine Nachschautabelle umfassen, welche Fehlersignaldaten enthält, die unter den ersten und zweiten Algorithmen berechnet wurden. Die Nachschautabelle wird durch die Filterdaten adressiert und die Steuer- oder Regelmittel, um die Fehlersignale auszugeben. Der Phasendetektor kann auch eine Nachschautabelle umfassen. Diese Tabelle enthält dann Phasenfehlerdaten und kann durch die Filterdaten adressiert werden, um die Phasenfehlersignale auszugeben.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der Detailbeschreibung offenbart.
• Die Zeichnungen zeigen das folgende:
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Kommunikationsempfängers gemäß dem Stand der Technik, welches einen adaptiven Entzerrer zeigt, dem eine Träger-Rückgewinnungsschleife mit einem Phasendreher folgt;
• Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Kommunikationssystem zeigt, das einen erfindungsgemäßen adaptiven Entzerrer aufweist;
• Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches den erfindungsgemäßen adaptiven Entzerrer in größerem Detail zeigt;
• Fig. 4 zeigt drei graphische Streudarstellungen, die das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Entzerrers zu verschiedenen Zeitpunkten zeigt;
• Fig. 5 ist ein Schaubild, welches den mittleren quadratischen Fehler über die Zeit eines erfindungsgemäßen adaptiven Entzerrers zeigt;
• Fig. 6 ist ein Schaubild, welches ein Trägerkopplungssignal zeigt, welches für den erfindungsgemäßen Entzerrer bereitgestellt wird; und
• Fig. 7 ist eine graphische Darstellung eines Konstellationsmusters für Sechzehn-Bit-QAM-Daten, welches die festen elliptischen Gebiete zeigt, die verwendet sind, um zu bestimmen, wenn eine Phasenfehlerschwelle erreicht ist.
• Fig. 1 zeigt ein Daten-Sende-/Empfangs-System gemäß dem Stand der Technik, bei welchem der Kommunikationsempfänger einen adaptiven Entzerrer umfaßt, dem eine Träger-Rückgewinnungsschleife nachfolgt, die einen Phasendreher verwendet. Modulierte Digitaldaten werden an einen Sender 12 über eine Eingangsanschlußeinheit 10 auf eine konventionelle Weise eingegeben. Der Sender überträgt die Daten über einen Kanal 14, der Amplituden- und/oder Laufzeit(Phasen)-Verzerrung überträgt. Wenn die modulierten Daten Multipegel-Puls-Amplitudenmodulierte Daten umfassen, wie beispielsweise QAM-Daten, findet Zwischensymbol-Interferenz innerhalb des Kanals statt. Ein adaptiver Entzerrer 20 ist in dem Empfänger bereitgestellt, um für die Zwischensymbol-Interferenz zu kompensieren. Der Entzerrer ist im wesentlichen ein Filter mit Koeffizienten, die gewählt sind, um die Auswirkungen der Kanalverzerrung rückgängig zu machen.
• Die Daten, welche von dem Kanal 14 empfangen werden, werden bei dem Empfänger in einem Demodulator 16 demoduliert, der gesteuert ist durch einen freilaufenden Oszillator 18. Bei der gezeigten Ausführungsform wird ein Quadratur-Demodulator verwendet, um komplexe QAM-Daten zu empfangen. Die empfangenen Daten werden demoduliert, um die realen und imaginären komplexen Komponenten zu gewinnen. Diese Komponenten werden an ein adaptives Filter eines adaptiven Entzerrers 20 eingegeben. Die gefilterten Ausgangssignale von dem Filter 24 werden an eine unabhängige Träger-Rückgewinnungsschleife 22 eingegeben. Ein Phasendreher 26 in der Träger-Rückgewinnungsschleife verschiebt die Phase der gefilterten Signale durch einen Schätzwert des Phasenfehlers zwischen einem gesendeten Signal und einem empfangenen Signal. Ein Phasendetektor 30, welcher an den Ausgang des Phasendrehers 26 gekoppelt ist, erzeugt ein Fehlersignal, welches bezeichnend ist für die Differenz zwischen der geschätzten Phasenverschiebung und der aktuellen Verschiebung, die durch den Kanal 14 eingeführt wurde. Das Fehlersignal wird durch einen Schleifenfilter 32 gefiltert und als ein Eingangssignal an einen numerisch gesteuerten Oszillator 34 verwendet, um den Phasendreher 26 in einer Weise anzupassen, die versucht, das Fehlersignal auf Null zu reduzieren.
• Der Ausgang des Phasendrehers 26 ist auch an einen Fehlersignal-Generator 36 in dem adaptiven Entzerrer gekoppelt. Ein Fehlersignal wird erzeugt, welches bezeichnend ist für das Maß an Zwischensymbol-Interferenz, welche in den gefilterten, demodulierten Eingangssignalen enthalten ist. Die Phase des Fehlersignals wird zurückgedreht oder entdreht in einem Phasen-Rückdreher 38, und eingegeben an einen Koeffizienten- Aktualisierungs-Berechnungskreis 40 zur Verwendung beim Aktualisieren der Adaptiv-Filter-Koeffizienten. Auf diese Weise wird die Zwischensymbol-Interferenz über die Zeit reduziert, so daß die gesendeten Daten durch einen konventionellen Decoder 28 auf genaue Weise decodiert werden können.
• Ein Nachteil bei der Struktur gemäß dem Stand der Technik, welche in Fig. 1 gezeigt ist, ist, daß sie kompliziert und teuer ist, insbesondere wegen der Anforderung, einen Phasendreher in der Träger-Rückgewinnungsschleife vorzusehen und einen Phasen-Rückdreher in dem adaptiven Entzerrer. Ein typischer Phasendreher erfordert vier Multiplikationen und zwei Additionen, um die gewünschte Phasenkorrektur bereitzustellen. Ähnliche Operationen sind in dem Rückdreher erforderlich. Es ist daher durch Eliminieren des Phasendrehers und des Phasen-Rückdrehers möglich, die Hardware einzusparen, die acht Multiplikationsschritte und vier Additionsschritte durchführt.
• Die vorliegende Erfindung stellt einen adaptiven Entzerrer bereit, der die Phasendrehung und die Phasendrehungs- und Phasen-Rückdrehungskomponenten eliminiert, indem der Entzerrer innerhalb der Träger-Rückgewinnungsschleife angeordnet ist. Dies ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Wie beim Stand der Technik werden die modulierten Daten an einen Sender 52 über eine Eingabeanschlußeinheit 50 eingegeben. Die Daten werden über einen Kanal 54 übertragen, der die Verzerrungen einführt, die Zwischensymbol-Interferenz in den Vielpegelmodulierten Daten verursachen. Ein erfindungsgemäßer Kommunikationsempfänger verwendet eine Träger-Rückgewinnungsschleife 56, die einen Demodulator 58 beinhaltet, einen adaptiven Entzerrer 60 und einen Trägerrückgewinnungskreis 62. Bei der gezeigten Ausführungsform werden 16-QAM-Daten empfangen und der Demodulator 58 ist ein Quadratur-Demodulator, der die realen und imaginären komplexen Komponenten aus den 16-QAM-Daten gewinnt. Da komplexe Daten bereitgestellt sind, ist der adaptive Entzerrer 60 ein komplexer adaptiver Entzerrer. Der Trägerrückgewinnungskreis 62 stellt ein Phasenfehlersignal dem Demodulator 58 bereit und stellt auch ein "Phasenkopplungs"-Signal oder "Phasenlock"-Signal dem adaptiven Entzerrer 60 bereit. Das Phasenkopplungs-Signal wird, wie weiter unten ausführlicher diskutiert wird, benutzt, um zwischen einem Zwischensymbol-Interferenz-Fehlersignal auszuwählen, welches von einem ersten, selbst-wiederherstellenden Entzerrungsalgorithmus wie beispielsweise dem Konstant-Modul-Algorithmus abgeleitet wird, und einem zweiten entscheidungsgerichteten Algorithmus zum Gebrauch beim Aktualisieren von Filterkoeffizienten für den Entzerrer. Ein konventioneller Decoder 64 ist bereitgestellt, um individuelle Datenbits von dem entzerrten Kanaldatenausgang aus dem adaptiven Entzerrer zu gewinnen.
• Fig. 3 zeigt die Träger-Rückgewinnungsschleife 56 in größerem Detail. Ein Phasenregelkreis, welcher einen Phasendetektor 76, ein Schleifenfilter 80 und einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO - voltage control oszillator) 82 umfaßt, umgibt den adaptiven Entzerrer 60. Der adaptive Entzerrer verwendet zwei kleinste mittlere Quadrat- (LMS - least mean square) Algorithmen, um die Koeffizienten anzupassen (d.h. zu aktualisieren), die durch ein adaptives Filter 70 verwendet werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der erste verwendete LMS-Algorithmus der Konstant-Modul-Algorithmus (CMA), der auf dem Gebiet gut bekannt ist und beispielsweise beschrieben ist bei D. N. Godard, "Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data Communications Systems", IEEE Trans. on Commun., Vol COM-28, pp. 1867-1875,&submin;November 1980. Der zweite LMS-Algorithmus, der durch den adaptiven Entzerrer verwendet wird, ist ein entscheidungsgerichteter Algorithmus (DDA - decision directed algorithm). Die Zwei-Koeffizienten-Aktualisierungsalgorithmen unterscheiden sich nur in der Art, wie das Fehlersignal erzeugt wird, das verwendet wird, um die Koeffizienten zu aktualisieren. Der LMS-Algorithmus ist gegeben durch:
• C(k+1)=C(k)+ Δ E(k)X*(k),
• wobei C(k) der komplexe Vektor der Koeffizienten ist, X(k) der komplexe Vektor der zeitverzögerten Daten ist, * bedeutet die komplexe Konjugierung, E(k) ist das komplexe Fehlersignal und Δ ist ein Skalenfaktor. Für den CMA ist das Fehlersignal gegeben durch:
• E(k)cma={ y(k) ²-R&sub2;}y(k),
• wobei y(k) das komplexe Ausgangssignal des adaptiven Entzerrers ist und R&sub2; eine Konstante ist. Für den DDA ist das Fehlersignal gegeben durch:
• E(k)dda=y' (k)-y(k),
• wobei y'(k) die "Signalentscheidung" ist. Die Signalentscheidung basiert auf einer Bestimmung, bezüglich welchen Konstellationspunktes ein empfangener Koordinatensatz am nächsten ist. Auf Auffinden des nächsten Konstellationspunktes zu dem empfangenen Datenpunkt wird eine Entscheidung getroffen, daß der empfangene Datenpunkt zu dem nächsten Konstellationspunkt korrespondiert.
• Der adaptive Entzerrer 60 umfaßt eine innere Schleife, welche einen Fehlersignal-Generator 72 aufweist, Koeffizienten- Aktualisierungsberechnungskreis 74 und adaptives Filter 70. Der Fehlersignal-Generator empfängt die gefilterten Kanaldaten von dem adaptiven Filter 70, bestimmt den Fehler in den gefilterten Daten (d.h. die Differenz zwischen den gefilterten Daten und einem idealen Konstellationsmuster) und gibt ein Fehlersignal aus, welches dafür bezeichnend ist, zur Verwendung durch den Koeffizienten-Aktualisierungsberechnungskreis. Als Antwort auf das Fehlersignal werden dem adaptiven Filter 70 aktualisierte Koeffizienten bereitgestellt, so daß nach einer Zeitperiode die Ausgangssignale von entzerrten Kanaldaten von dem Filter 70 in einen Zustand zurückgeführt werden, aus dem die gesendeten Daten durch einen konventionellen Decoder wiederhergestellt werden können. Erfindungsgemäß wird der CMA-Algorithmus, der ein selbstwiederherstellender Entzerrungsalgorithmus (auch bekannt als blinder Entzerrungsalgorithmus) ist, der keine Initialisierung durch eine Trainingssequenz erfordert, zuerst benutzt, um die Koeffizienten anzupassen, bis die Kanaldaten genügend entzerrt sind, so daß Trägerphasenrückgewinnung erreicht werden kann. Ein wichtiger Aspekt des CMA-Algorithmus für Zwecke der vorliegenden Erfindung ist, daß er unabhängig ist von Trägerphasenrückgewinnung. Der CMA-Algorithmus stellt die anfängliche Entzerrung bereit, die notwendig ist für die äußere Träger-Rückgewinnungsschleife (Phasendetektor 76, Schleifenfilter 80 und VCO 82), um betriebsbereit zu sein.
• Wie der Fehlersignal-Generator 72 überwacht der Phasendetektor 76 auch die gefilterten Daten von dem adaptiven Filter 70. Er bestimmt den Phasenfehler zwischen den gefilterten Daten und dem idealen Konstellationsmuster für das benutzte Modulationsschema. Der Phasenfehler wird auf eine gut bekannte Weise quantisiert, um ein erstes Phasenfehlersignal auf Leitung 77 bereitzustellen, das zur Verwendung durch den Demodulator 48 beim Rückgewinnen der Trägerphase verarbeitet wird. Ein Beispiel für solch ein Quantisierungsschema ist vorgestellt bei A. Ledert and P. Vandamme, "Universal Carrier Recovery Loop for QASK and PSK Signal Sets," IEEE Trans. on Communications, Vol. COM-31, No. 1, Jan. 1983, pp. 130-136. Die Betriebsweise des Phasendetektors wird unten näher erläutert. An dieser Stelle wird angemerkt, daß ein Ausgang des Phasendetektors an das Schleifenfilter 80 und den VCO 82 auf eine konventionelle Weise gekoppelt ist, um den Quadratur-Demodulator 58 zu steuern oder zu regeln, basierend auf dem detektierten Phasenfehler. Die Betriebsweise der Träger-Rückgewinnungsschleife treibt den Demodulator 58 zu einem Punkt, bei dem der Phasenfehler minimiert ist hinsichtlich der Rückkopplung, die durch die Schleife bereitgestellt wird.
• Der Phasendetektor 76 quantisiert auch den Phasenfehler unter Benutzung eines zweiten Quantisierungsschemas, um ein zweites Phasenfehlersignal auf Leitung 75 zu erzeugen, das eingegeben wird an einen erfindungsgemäßen Trägerkopplungs-Generator 78. Obwohl die Quantisierungsschemata, welche verwendet werden, um die ersten und zweiten Phasenfehlersignale zu erzeugen, die gleichen sein können, ist es bevorzugt, verschiedene Schemata zu verwenden, wobei das Schema, welches verwendet wird, um das erste Phasenfehlersignal zu erzeugen, ausgewählt wird für seine leichte Implementierungsfähigkeit und um die Möglichkeit von falschen Kopplungspunkten für QAM zu reduzieren. Das zweite Quantisierungsschema wird ausgewählt, um eine frühe Anzeige bereitzustellen, wenn der CMA-Algorithmus konvergiert ist. Solch ein Quantisierungsschema ist unten im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben.
• Der Generator 78 verwendet ein gleitendes Durchschnittsverfahren, um zu bestimmen, wann der Phasenfehler unterhalb eine vorbestimmte Schwelle fällt. Wenn die Schwelle erreicht ist, ist die Phase des gefilterten Datensignals genügend nahe zu der des gesendeten Signals, so daß genaue Datenwiedergewinnung beginnen kann. An diesem Punkt hat der CMA- Algorithmus seine Funktion der Selbstwiederherstellung erfüllt und kann durch den DDA-Algorithmus ersetzt werden, um einen effizienteren Entzerrerbetrieb bereitzustellen. Auf diese Weise gibt der Kopplungs-Generator 78 ein Trägerkopplungssignal an den Fehlersignal-Generator 72 aus, wenn die Schwelle erreicht ist. Als Antwort auf das Trägerkopplungssignal schaltet der Fehlersignal-Generator 72 von dem CMA-Verfahren des Berechnens der Fehlersignale auf das DDA-Verfahren. Im Falle, daß die Schwelle nicht länger bei einer Zeit während des Betriebs des Entzerrers erreicht wird, schaltet das Trägerkopplungssignal ab und der Fehlersignal- Generator schaltet zurück zudem CMA-Algorithmus. Auf diese Weise arbeitet das System automatisch in dem CMA-Modus sofern nötig und schaltet über zu dem DDA-Modus sobald der Phasenfehler reduziert wurde unter den vorbestimmten Schwellenwert.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen der Fehlersignal-Generator 72 und der Phasendetektor 76 beide programmierbare Nur-Lesespeicher-(PROM - programmable readonly memory)-Geräte, um einen Hocngeschwindigkeitsbetrieb des Entzerrers zu ermöglichen, beispielsweise bei Symbolraten in der Größenordnung von 5 MHz Der PROM, welcher benutzt wird für den Fehlersignal-Generator, umfaßt zwei Sätze von Werten. Ein Satz umfaßt Fehlersignalwerte, welche unter Verwendung des CMA-Algorithmus berechnet werden. Der andere Satz umfaßt Fehlersignalwerte, welche unter Verwendung des DDA-Verfahrens berechnet werden. Das Eingangssignal von gefilterten Daten an den Fehlersignal-Generator-PROM von dem adaptiven Filter 70 wird verwendet, um den Speicher zu adressieren und die Fehlersignale auszugeben, die vorberechnet wurden für die spezifischen gefilterten Datenwerte. Der Trägerkopplungssignal-Eingang an den Fehlersignal-Generator-PROM stellt ein zusätzliches Adreßsignal bereit, um zwischen dem ersten Satz von Werten (CMA) oder zweiten Satz von Werten (DDA) zu wählen, abhängig davon, ob die Phasenfehlerschwelle erreicht worden ist.
• Der Phasendetektor-PROM speichert zwei Sätze von vorberechneten Phasenfehlerwerten entsprechend dem gefilterten Datenwerten-Ausgang vom adaptiven Filter 70. Ein Satz von Phasenfehlerwerten repräsentiert quantisierte Werte gemäß dem ersten Quantisierungsschema, welches oben diskutiert wurde, und der zweite Satz von Phasenfehlerwerten entspricht den quantisierten Werten, welche durch das zweite Quantisierungsschema bereitgestellt sind, das oben diskutiert wurde und ausführlicher in Verbindung mit Fig. 7 erklärt wird. Die gefilterten Datenwerte werden verwendet, um den Phasendetektor-PROM zu adressieren, und die ersten und zweiten Phasenfehlersignale auszugeben, welche verbunden sind mit den besonderen gefilterten Datenwerten. Der Kopplungs-Generator 78 berechnet einen gleitenden Durchschnitt der zweiten Phasenfehlersignale auf der Basis einer relativ großen Anzahl von Proben. Beispielsweise kann der Kopplungs-Generator 78 einen Akkumulator umfassen, der die Fehlersignalausgabe von dem Phasendetektor 76 für eintausend Proben des gefilterten Datenausgangs vom Filter 70 akkumuliert. In dem Falle, daß ein besonderer Datenkoordinatensatz-Ausgang vom adaptiven Filter 70 einen Punkt repräsentiert, der innerhalb ein vorbestimmtes Gebiet des Konstellationsmusters fällt, kann der Phasendetektor 76 ein zweites Phasenfehlersignal ausgeben, das beispielsweise eine "+1" ist. Andererseits kann eine "-1" als das zweite Phasenfehlersignal ausgegeben werden, wenn die Datenkoordinaten einen Punkt repräsentieren, der außerhalb des vorbestimmten Gebiets in dem Konstellationsmuster fällt. Wenn die letzten tausend Fehlersignalproben, welche dem Kopplungsgenerator eingegeben werden, einen durchschnittlichen Wert von beispielsweise null oder darüber hat, dann gibt der Kopplungsgenerator 78 das Trägerkopplungssignal aus, um den Fehlersignal-Generator zu betätigen, um von dem CMA- Modus zu dem DDA-Modus zu schalten.
• Fig. 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Phasenfehlerdetektionsschemas (d.h. des zweiten Quantisierungsschemas), welches benutzt wird, um die zweiten Phasenfehlersignale zu erzeugen, die vom Phasendetektor 76 ausgegeben werden. Bei der gezeigten Ausführungsform wird 16-QAM verwendet, um die Daten zu senden. Demgemäß umfaßt das Konstellationsmuster 120 sechzehn Punkte. Jeder Punkt ist umgeben durch ein vorbestimmtes elliptisches Gebiet wie beispielsweise die gezeigten Gebiete 126 und 132. Die Ellipse 126 umgibt den Konstellationspunkt 122 und ist ausgerichtet mit einem korrespondierenden Radius 124, welcher sich von dem Ursprung des Konstellationsmusters zu dem Konstellationspunkt 122 erstreckt. Ähnlicherweise umgibt die Ellipse 132 den Konstellationspunkt 128 und ist mit einem Radius 130 ausgerichtet, welcher sich von dem Konstellationsmuster-Ursprung zu dem Punkt 128 erstreckt. Auf ähnliche Weise ausgerichtete elliptische Gebiete (nicht gezeigt) sind um jeden der anderen Punkte des Konstellationsmusters definiert.
• Im Falle, daß ein empfangener Datenpunkt innerhalb einer der Ellipsen fällt, gibt der Phasendetektor-PROM 76 ein Fehlersignal aus, welches die Amplitude "1" hat. Im Falle, daß ein empfangener Datenpunkt nicht innerhalb irgendeiner der Ellipsen fällt, welche um die Konstellationspunkte definiert sind, wird ein "-1"-Fehlersignal vom Phasendetektor 76 ausgegeben. Sobald ein bestimmter Prozentsatz von "1"-Fehlersignalen empfangen ist, erklärt der Kopplungsgenerator 78 eine Kopplung und gibt das Trägerkopplungssignal zu dem Fehlersignal-Generator 72 aus.
• Als ein Beispiel ist in einem 16-QAM-System, bei dem elliptische Gebiete wie in Fig. 7 gezeigt benutzt werden, kann das Verhältnis der großen Hauptachse der Ellipse zu der kleinen Hauptachse der Ellipse gewählt werden auf 29:20 auf einem Gitter, welches Achsen aufweist, die von -128 zu +128 laufen, mit 0-128 korrespondierend zu Signalamplituden von 0- 4. Das Verhältnis des Gebiets innerhalb der Ellipsen zu dem Gesamtgebiet kann ungefähr 40 % sein. Eine Kopplung wird erklärt, wenn 50 % der einlaufenden Daten innerhalb der 40 % des Gesamtgebietes, welches durch die Ellipsen definiert ist, fallen. Es wird angemerkt, daß die gewählten spezifischen Gebiete und Prözentsätze für verschiedene Anwendungen variieren. Wenn die Gebiete zu groß gewählt werden, treten falsche Kopplungen auf. Umgekehrt, wenn die Gebiete zu klein gewählt werden, koppelt das System nicht so früh wie es sollte und koppelt unter Umständen überhaupt nicht. Es wird ferner angemerkt, daß die Formen der Gebiete, welche die Konstellationspunkte umgeben, nicht Ellipsen sein müssen. Andere Formen wie Kreise oder Quadrate können definiert werden.
• Computersimulation der Erfindung hat ihre Effektivität beim Verbessern der Leistung eines komplexen adaptiven Entzerrers verifiziert. Bei der Simulation war das Sendesystem 16-QAM bei einer Symbolrate von 5 MHz mit zusätzlichem weißen Rauschen (AWGN - additive white Gaussian noise) und Vielpfäd- Verzerrung. Der Träger war um 500 Hz in der Frequenz versetzt und um 45 Grad in der Phase. Das Träger-zu-Rausch-Verhältnis (C/N) war 30 dB und der Vielpfad hatte einen reflektierten Strahl, welcher um 10 Mikrosekunden verzögert war, was unterhalb -6 dB von dem direkten Strahl war. Ein 256-Komplexabzweiger-fraktional-beabstandeter Entzerrer wurde verwendet.
• Die PLL-Rauschbandbreite wurde bei 50 KHz mit einem Dämpfungsfaktor von 2 (bei C/N = 30 dB) gesetzt. Die Simulationsresultate sind in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt.
• Fig. 4 zeigt die graphischen Streudarstellungen der simulierten Daten an dem Ausgang des adaptiven Entzerrers zu verschiedenen Zeiten. Die Streudarstellung 90 zeigt die Daten, wie sie anfänglich empfangen wurden. Die Streudarstellung 92 zeigt die Daten gerade nachdem der CMA-Modus des Betriebs endet und der DDA startet. Die Streudarstellung 94 zeigt den Ausgang des Entzerrers am Ende der Simulation.
• Wie die graphischen Streudarstellungen von Fig. 4 zeigen, ist die Kombination des anfänglichen CMA-Modus und der Trägerrückgewinnungs-PLL erfolgreich, um die Streudarstellung aufzuräumen, so daß der DDA-Modus des Betriebs übernehmen kann.
• Fig. 5 zeigt den mittleren quadratischen Fehler (MSE - mean square error), welcher im ganzen mit 96 bezeichnet ist, aus dem adaptiven Entzerrer heraus. Fig. 6 zeigt das Trägerkopplungs-Signal, welches als ganzes mit 104 bezeichnet wird, das durch den Kopplungsgenerator bereitgestellt ist. Kopplung tritt auf an dem Nulldurchgang 110 nachdem ungefähr 10 000 Symbole empfangen wurden. Wie bei 108 gezeigt, war das Kopplungssignal beständig, nachdem es einmal erzeugt wurde. Wie in Fig. 5 gezeigt, war die Konvergenz unter dem CMA-Modus des Betriebs, wie durch 98 angezeigt, akzeptabel. Nachdem Kopplung bei 102 stattgefunden hat, wurde die Konvergenz durch Verwendung des DDA-Modus des Betriebs verbessert.
• Es ist damit klar, daß die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zurückgewinnen von Trägerphasen in Systemen, welche adaptive Entzerrung verwendet, bereitstellt, ohne die Verwendung eines Phasendrehers oder Phasen-Rückdrehers. Dies ist erreicht durch Anordnen des adaptiven Entzerrers innerhalb der Träger-Rückgewinnungsschleife. Ein blinder Entzerrungsalggrithmus, wie beispielsweise CMA wird verwendet, um anfänglich die Entzerrer-Koeffizienten in der Abwesenheit der Trägerphasenrückgewinnung anzupassen, wodurch die Erfassungszeit des Systems reduziert wird. Dies findet ohne die Verwendung einer Entzerrer- Trainingssequenz statt, was die Komplexität des Systementwurfs reduziert. Ein Trägerkopplungs-Signal wird verwendet, um zu bestimmen, wann von dem blinden Entzerrer- Algorithmus auf einen entscheidungsgerichteten Algorithmus zu schalten ist, um die Konvergenz des adaptiven Entzerrers und des Phasenregeikreises zu vervollständigen. Daher ist es nicht nötig, auf Trägerrückgewinnung zu erwarten, während die empfangenen Daten entzerrt werden.
• Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist für den Fachmann deutlich, daß zahlreiche Anpassungen und Modifikationen möglich sind, ohne von dem Gedanken der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist.

Claims (22)

1. Verfahren zum adaptiven Entzerren von Datensignalen in einem Kommunikationsempfänger, wobei das Verfahren umfaßt

Demodulation eines nicht entzerrten Datensignals durch Verwendung einer Träger-Rückgewinnungsschleife (56) und

Filtern des demodulierten Datensignals in einem adaptiven Entzerrer (60) durch Verwendung von Adaptiv-Filter- Koeffizienten,

wobei das Filtern innerhalb der Träger-Rückgewinnungsschleife (56) erfolgt,

Aktualisieren der Adaptiv-Filter-Koeffizienten durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus einem ersten Algorithmus abgeleitet werden, oder durch Verwendung von Fehlersignalen, welche aus einem zweiten effizienteren Algorithmus abgeleitet werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Algorithmus die Adaptiv-Filter-Koeffizienten unabhängig von der Trägerphasenrückgewinnung aktualisiert,

während der Trägerphasenrückgewinnung die Adaptiv- Filter-Koeffizienten durch Verwendung von Fehlersignalen, welche von dem ersten Algorithmus abgeleitet werden, aktualisiert werden,

ein Trägerkopplungssignal erzeugt wird, wenn ein Trägerphasenfehler eines gefilterten Signalausgangs des adaptiven Entzerrers (60) einen Schwellenwert erreicht, welcher bezeichnend ist für die Trägerphasenrückgewinnung,

und daß der zweite Koeffizienten-Aktualisierungs- Algorithmus anstatt des ersten Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmus als Antwort auf das Trägerkopplungssignal ausgewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches die weiteren Schritte umfaßt:

Überwachen des Phasenfehlers während des Betriebs des adaptiven Entzerrers (60); und

Rückkehr zu dem ersten Algorithmus, wenn es während dem ersten Überwachungsschritt ermittelt wird, daß der Phasenfehler nicht länger die Schwelle erreicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Algorithmus ein sich selbst wiederherstellender Entzerrungs- Algorithmus ist

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der sich selbst wiederherstellende Entzerrungs-Algorithmus ein Konstant-Modul- Algorithmus ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Algorithmus ein entscheidungsgerichteter Algorithmus ist.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwert erreicht wird, wenn mindestens ein Mindestprozentsatz von Proben des gefilterten Signals über die Zeit genommen innerhalb einen vorbestimmten Bereich fällt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei:

das demodulierte Datensignal Koordinaten umfaßt, die ein N-Punkt-Konstellationsmuster für ein N-Bit-Quadraturamplitudenmoduliertes Signal repräsentieren; und

wobei der Bereich eine Mehrzahl von getrennten festen Gebieten umfaßt, wobei jedes Gebiet einen der Punkte in dem Konstellationsmuster einschließt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes der getrennten festen Gebiete eine Ellipse umfaßt, die einen der Punkte in dem Konstellationsmuster umgibt, wobei jede Ellipse mit einem zugehörigen Radius ausgerichtet ist von einem Ursprung des Konstellationsmusters zu dem Punkt, den die Ellipse umgibt.

9. Entzerrungssystem für einen Kommunikationsempfänger, wobei das System umfaßt:

eine Trägerrückgewinnungsschleife (56), in der ein nicht entzerrtes Signal demoduliert wird,

und einen adaptiven Entzerrer (60) zum Filtern des demodulierten Datensignals durch Verwendung von Adaptiv- Filter-Koeffizienten,

wobei der adaptive Entzerrer (60) innerhalb der Trägerrückgewinnungsschleife (56) angeordnet ist,

wobei der adaptive Entzerrer (60) die Adaptiv-Filter- Koeffizienten durch Verwendung von Fehlersignalen, die aus einem ersten Algorithmus abgeleitet werden, oder durch Verwendung von Fehlersignalen, die aus einem zweiten effizienteren Algorithmus anstatt des ersten Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmus abgeleitet werden, aktualisiert,

dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Algorithmus die Adaptiv-Filter-Koeffizienten unabhängig von einer Trägerphasenrückgewinnung aktualisiert,

wobei der adaptive Entzerrer (60) die Adaptiv-Filter- Koeffizienten während der Trägerphasenrückgewinnung durch Fehlersignale, welche aus dem ersten Algorithmus abgeleitet werden, aktualisiert,

ein Kopplungsgenerator (78) vorgesehen ist zum Erzeugen eines Trägerkopplungssignals, wenn ein Trägerphasenfehler eines gefilterten Signalausgangs des adaptiven Entzerrers (60) einen Schwellenwert erreicht, der bezeichnend ist für die Trägerphasenrückgewinnung,

und daß der adaptive Entzerrer (60) den zweiten Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmus anstatt des ersten Koeffizienten-Aktualisierungs-Algorithmus auswählt als Antwort auf das Trägerkopplungssignal.

10. System nach Anspruch 9, wobei

der adaptive Entzerrer (60) ein adaptives Filter (70) und einen Fehlersignalgenerator (72), welcher angekoppelt ist, um gefilterte Daten von dem adaptiven Filter (70) zu empfangen, wobei der Fehlersignalgenerator Fehlersignale gemäß dem ersten oder zweiten Algorithmus erzeugt, und Mittel (74), die auf die Fehlersignale zum Aktualisieren der Adaptiv-Filter-Koeffizienten ansprechen, umfaßt.

11. System nach Anspruch 10, wobei

eine Trägerrückgewinnungsschleife einen Demodulator (58) und einen Phasendetektor (76) umfaßt, welcher angekoppelt ist, um den gefilterten Signalausgang des adaptiven Entzerrers (60) zu empfangen und ein erstes Phasenfehlersignal zum Steuern oder Regeln des Demodulators (58) bereitzustellen; und

der Kopplungsgenerator empfängt ein zweites Phasenfehlersignal von dem Phasendetektor (76) zum Erzeugen des Trägerkopplungssignals, wenn das zweite Phasenfehlersignal eine Schwelle erreicht.

12. System nach Anspruch 9, wobei der Fehlersignalgenerator (72) einen Speicher umfaßt, welcher einen festen Satz von Fehlersignalen, die unter Verwendung des ersten Algorithmus berechnet werden, und einen zweiten Satz von Fehlersignalen, die unter Verwendung des zweiten Algorithmus berechnet werden speichert.

13. System nach Anspruch 12, wobei die gefilterten Daten und das Trägerkopplungssignal verwendet werden, den Speicher zu adressieren, um Fehlersignale auszugeben.

14. System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der erste Algorithmus ein sich selbst wiederherstellender Entzerrungsalgorithmus ist.

15. System nach Anspruch 14, wobei der sich selbst wiederherstellende Algorithmus ein Konstant-Modul-Algorithmus ist.

16. System nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei der zweite Algorithmus ein entscheidungsgerichteter Algorithmus ist.

17. System nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Phasenfehlerschwelle erreicht ist, wenn mindestens ein Minimumprozentsatz von Proben der gefilterten Daten über die Zeit genommen innerhalb einen vorbestimmten Bereich fällt.

18. System nach Anspruch 17, wobei:

das demodulierte Datensignal umfaßt Koordinaten, die ein N-Punkt-Konstellationsmuster für ein demoduliertes N-Bit-Quadratur-amplitudenmoduliertes Signal repräsentieren; und

der Bereich umfaßt eine Mehrzahl von getrennten festen Gebieten, von denen jedes einen der Punkte in dem Konstellationsmuster einschließt.

19. System nach Anspruch 16, wobei jedes der getrennten festen Gebiete eine Ellipse umfaßt, die einen der Punkte in dem Konstellationsmuster umgibt, wobei jede Ellipse ausgerichtet mit einem zugehörigen Radius sich von einem Ursprung des Konstellationsmusters zu dem Punkt, den die Ellipse umgibt, erstreckt.

20. System nach Anspruch 9, welches umfaßt:

ein adaptives Filter (70) zum Filtern nicht entzerrter Daten, welche repräsentativ sind für Koordinaten in einem Konstellationsmuster;

einen Fehlersignalgenerator (72) zum Konvertieren der gefilterten Daten von dem Filter zu Fehlersignalen auf Basis des ersten oder zweiten Algorithmus;

Mittel (74), die angekoppelt sind, um Fehlersignale zu empfangen, die von dem Fehlersignalgenerator (72) zum Aktualisieren von Koeffizienten des adaptiven Filters (70) ausgegeben werden;

einen Phasendetektor (76) zum Konvertieren von gefilterten Daten von dem Filter (70) zu Phasenfehlersignalen; und

wobei der Kopplungsgenerator (78) anspricht auf die Phasenfehlersignale zum Steuern oder Regeln des Fehlersignalgenerators (72), um Fehlersignale gemäß dem ersten Algorithmus bereitzustellen, wenn ein Phasenfehler, welcher durch Phasenfehlersignale repräsentiert ist, oberhalb einer vorbestimmten Schwelle liegt, und um Fehlersignale gemäß dem zweiten Algorithmus bereitzustellen, wenn der Phasenfehler unterhalb der vorbestimmten Schwelle ist.

21. System nach Anspruch 20, wobei

der Fehlersignalgenerator (72) eine Nachschau-Tabelle umfaßt, welche Fehlersignaldaten enthält, die unter den ersten und zweiten Algorithmen berechnet werden und durch die gefilterten Daten und die Steuerungs- oder Regelungsmittel adressiert werden, um die Fehlersignale auszugeben.

22. System nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Phasendetektor (76) eine Nachschau-Tabelle umfaßt, die Phasenfehlerdaten enthält und durch die gefilterten Daten adressiert wird, um die Phasenfehlersignale auszugeben.