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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Nachführen einer Trägerzeitablaufsteuerung
in einem Empfänger,
in dem eine einzelne Frequenzquelle verwendet wird, um einen Referenztakt
und ein Trägersignal
zu erzeugen. Die Erfindung betrifft insbesondere Sender-Empfänger, in
denen ein Teil der Funktionalität
in diskreten Zeitschritten stattfindet.
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Hintergrund der Erfindung
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In
den meisten modernen Sender-Empfängern
wird sowohl aus technischen als auch aus Kostengründen eine
einzelne Frequenzreferenz für
den Referenztakt und den Trägeroszillator
im Sender verwendet, und eine einzelne Frequenzreferenz wird für den Referenztakt
und die Trägerreferenz
in dem Empfänger
verwendet. Der Trägeroszialltor
und die Trägerreferenz
werden jeweils durch Vervielfachen der entsprechenden Frequenzreferenz
um einen vorbestimmten Wert erzeugt.
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Im
Sender wird der Referenztakt als Abtasttakt in dem Modulator und
in einem Digital-Analog-Wandler verwendet, und in dem Empfänger wird der
Referenztakt in dem Analog-Digital-Wandler und in einer digitalen
Signalverarbeitungsschaltung (die den Demodulator umfasst) verwendet.
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In
solchen Sender-Empfängerausführungen, in
welchen ein Teil der Funktionalität in diskreten Zeitschritten
stattfindet, ist es nötig,
die Abtastzeitsteuerung des Empfängers
mit der Abtastzeitsteuerung des Senders zu synchronisieren, wie
z. B. in der
EP 0 762 662 ,
d. h. den Referenztakt des Empfängers mit
dem des Senders zu synchronisieren. Es gibt bekannte Techniken,
die Abtastnachführung
aus dem empfangenen Signal abzuleiten. Solche bekannte Techniken
benötigen
jedoch einen komplexen Schaltungsaufbau in dem Empfänger, um
eine Zeitablaufsteuerungsnachführung
des Trägers
sicherzustellen.
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In
dem Empfänger
ist üblicher
Weise ein Verfahren vorgesehen, um ihn mit dem Träger, auf
welchem das empfangene Signal moduliert wird, zu synchronisieren.
Diese Synchronisation beinhaltet das Feststellen und Beseitigen
des Fehlers zwischen Trägerfrequenz
des Senders und der Referenzträgerfrequenz
in dem Empfän ger.
Besonders in kohärenten
Detektionsempfängern
muss der Empfänger sehr
starr mit dem empfangenen Träger
synchronisiert oder verriegelt werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schaltungsaufbau
zu vereinfachen, der in dem Empfänger
für die
Nachführung
der Zeitablaufsteuerung des empfangenen Referenztaktes dem Übertragungsreferenztakt
unter Verwendung eines in dem Empfänger vorgesehenen Schaltungsaufbaus zur
Synchronisierung des Empfängers
mit dem Träger
benötigt
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Schaltung zum Empfangen eines übertragenen
Signals vorgesehen, das übertragene
Signal umfasst ein moduliertes Signal, das unter der Steuerung eines Übertragungszeitsteuerungssignals
mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt wurde und das durch
eine Trägerfrequenz
mit einem n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz aufwärtsgemischt wurde,
die Schaltung umfasst eine Signalquelle zum Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals
mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten
Frequenz verschieden ist; einen Frequenzvervielfacher mit einem
Vervielfachungsverhältnis
von n, der zum Empfangen des Empfängerzeitsteuerungssignals und
zum Erzeugen eines Trägerreferenzsignals
mit einer Referenzfrequenz mit einem n-fachen der zweiten vorbestimmten
Frequenz geschaltet ist; einem Abwärtsumsetzer, der zum Empfangen
des übertragenen
Signals als ersten Eingang und des Trägerreferenzsignal als zweiten
Eingang geschaltet ist, um an einem Ausgang ein versetztes abwärts gemischtes
moduliertes Signal entsprechend dem Basisband modulierten Signal
zu erzeugen, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen
der Trägerfrequenz
und der Referenzfrequenz versetzt ist; einem Frequenzkompensator,
der zum Empfangen des versetzten modulierten Signals und zum Erzeugen
eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend der Differenz
zwischen der Trägerfrequenz
und der Referenzfrequenz an einem Ausgang geschaltet ist; einem
Frequenzteller mit einem Teilungsverhältnis von n, der zum Empfangen
des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals mit einer
Frequenz gleich der Differenz zwischen der ersten und zweiten vorbestimmten
Frequenz an einem Ausgang geschaltet ist; Zeitablaufsteuerungsmittel,
die zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen zumindest eines
Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit vom Fehlersignal geschaltet
sind; und Zeitablaufeinstellmittel, die mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzers
zum Einstellen der Zeitphase des Ausgangs des Abwärtsumsetzers in
Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal gekoppelt
sind.
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Die
vorliegende Erfindung schafft also eine Technik zur Zeitablaufsteuerungsnachführung, in welcher
die Fehlerinformation, die normaler Weise für die Trägerfrequenznachführung erzeugt
wird, auch verwendet wird, um die Referenzzeitablaufsteuerung des
Empfängers
in Bezug auf den Sender in Abhängigkeit
eines bekannten Verhältnisses
zwischen der Senderträgerfrequenz
und der Senderreferenzzeitablaufsteuerung nachzuführen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
eine Versatz-Beseitigungsschaltung vorgesehen, die zwischen den
Abwärtsumsetzer
und die Zeitablaufeinstellmittel geschaltet ist, um den Versatz
aus dem versetzten modulierten Signal zu beseitigen, und die einen
ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Abwärtsumsetzer verbunden ist,
sowie einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang des Frequenzkompensators
verbunden ist, zum Erzeugen des modulierten Signals an einem Ausgang
aufweist. Somit verwendet die Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
in vorteilhafter Weise eine effiziente und ökonomische Schaltung zur Trägernachführung.
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In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfassen die Zeitablaufsteuerungsmittel Vergleichermittel zum Vergleichen
des Fehlersignals mit einem vorbestimmten Fehlerwert, wobei das
zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal in Abhängigkeit von dem Fehlersignal,
das größer als
der vorbestimmte Fehlerwert ist, erzeugt wird. Somit ermöglicht die
Erfindung in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter
Weise die Einstellung der Zeitablaufsteuerung des modulierten Signals
lediglich im Empfänger,
wenn die Referenzzeitablaufsteuerung in dem Empfänger einen Fehler aufweist,
der größer als
ein vorbestimmter Wert ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Nachführen der
Trägerzeitablaufsteuerung
für ein übertragenes
Signal in einem Empfänger,
das übertragene
Signal umfasst ein moduliertes Signal, das unter der Steuerung eines Übertragungszeitsteuerungssignals
mit einer ersten vorbestimmten Frequenz erzeugt und durch eine Trägerfrequenz mit
einem n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz aufwärtsgemischt
wurde, das Verfahren umfasst Empfangen des übertragenen Signals; Erzeugen
eines Empfängerzeitsteuerungssignals
mit einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten
Frequenz verschieden ist, Erzeugen eines Trägerreferenzsignals mit einer
Referenzfrequenz, die ein n-faches der zweiten vorbestimmten Frequenz
ist; Abwärtsmischen
des übertragenen
Signals durch Mischen des Signals mit dem Trägerreferenzsignal, wodurch
ein versetztes moduliertes Signal entsprechend dem Basisband modulierten
Signal erzeugt wird, das um eine Frequenz gleich der Differenz zwischen
der Trägerfrequenz
und der Referenzfrequenz versetzt ist; Erzeugen eines Differenzsignals
mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen der Trägerfrequenz
und der Referenzfrequenz; Teilen des Differenzsignals durch n, wodurch
ein Fehlersignal mit einer Frequenz gleich der Differenz zwischen
den ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzen erzeugt wird; Erzeugen
zumindest eines Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit
vom Fehlersignal; und Einstellen der Zeitphase des abwärts gemischten
Signals in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal.
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In
einer weiteren Ausgestaltung schafft die vorliegende Erfindung ein
Kommunikationssystem mit einem Sender mit einer Signalquelle zum
Erzeugen eines Senderzeitsteuerungssignals mit einer ersten vorbestimmten
Frequenz; einem Frequenzvervielfacher mit einem Vervielfachungsverhältnis von
n, der zum Empfang des Senderzeitsteuerungssignal als Eingang geschaltet
ist und ein Trägersignal
mit einer Frequenz eines n-fachen der ersten vorbestimmten Frequenz
erzeugt; und einem Aufwärtsumsetzer, der
zum Empfangen eines zu übertragenden
modulierten Signals als ersten Eingang und des Trägersignals
als zweiten Eingang und zum Erzeugen eines Sendesignals als Ausgang
geschaltet ist; das Kommunikationssystem umfasst ferner einen Empfänger mit
einer Signalquelle zum Erzeugen eines Empfängerzeitsteuerungssignals mit
einer zweiten vorbestimmten Frequenz, die von der ersten vorbestimmten
Frequenz verschieden ist; einem Frequenzvervielfacher mit einem
Vervielfachungsverhältnis
von n, der zum Empfangen des Empfängerzeitsteuerungssignals und
zum Erzeugen eines Trägerreferenzsignal
mit einer Referenzfrequenz, die ein n-faches der zweiten vorbestimmten Frequenz
ist, geschaltet ist; einem Abwärtsumsetzers,
der zum Empfangen des übertragenen
Signals als ersten Eingang und des Trägerreferenzsignals als zweiten
Eingang und zum Erzeugen an einem Ausgang eines abwärts gemischten
versetzten modulierten Signals entsprechend dem Basisband modulierten
Signal geschaltet ist, das um eine Frequenz gleich der Differenz
zwischen der Trägerfrequenz
und der Referenzfrequenz versetzt ist; einem Frequenzkompensator,
der zum Empfangen des versetzten modulierten Signals als Eingang
und zum Erzeugen eines Differenzsignals mit einer Frequenz entsprechend
der Differenz zwischen der Trägerfrequenz
und der Referenzfrequenz an einem Ausgang geschaltet ist; einem
Frequenzteiler mit einem Teilungsverhältnis von n, der zum Empfangen
des Differenzsignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals mit einer
Frequenz gleich der Differenz zwischen der ersten und zweiten vorbestimmten
Frequenz an einem Ausgang geschaltet ist; Zeitablaufssteuerungsmittel,
die zum Empfangen des Fehlersignals und zum Erzeugen zumindest eines
Zeitablaufsteuerungssignals in Abhängigkeit von dem Fehlersignal
geschaltet sind; Zeitablaufeinstellmittel, die mit dem Ausgang des
Abwärtsumsetzers
gekoppelt sind und zum Einstellen der Zeitphase des Ausgangs des Abwärtsumsetzers
in Antwort auf das zumindest eine Zeitablaufsteuerungssignal.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei
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1 ein
schematisches Blockdiagramm eines einfachen Senders ist;
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2 ein
schematisches Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Empfängers ist;
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3 eine
schematische Zeichnung eines beispielhaften Frequenzversatzkompensators
ist, der in einem Ausführungsbeispiel
des Empfängers
aus 2 verwendet wird; und
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4 eine
schematische Zeichnung einer beispielhaften Zeitsteuerungsschaltung
darstellt, die in einem Ausführungsbeispiel
des Empfängers
aus 2 verwendet wird.
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Ausführliche Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
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Bezugnehmend
auf 1 ist eine einfache Senderschaltung dargestellt,
die im Allgemeinen mit 2 gekennzeichnet ist. Die Senderschaltung 2 umfasst einen
Modulator 4, einen Digital-Analog-Wandler (DAC) 6,
einen Aufwärtsumsetzer 8,
einen Oszillator 12 und einen Phasenregelkreis (PLL) 14.
Die Senderschaltung 2 empfängt zu übertragene digitale Daten TXDATA
auf Leitung 28 und gibt ein Signal zur Übertragung, TXSIGNAL auf Leitung 30,
an eine Antenne 26 aus.
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Der
Oszillator 12 erzeugt einen Abtasttakt, von welchem ein Übertragungstakt
TXC auf Leitung 32 abgeleitet wird. Der Übertragungstakt
TXC liegt bei einer ersten vorbestimmten Frequenz und bildet ein
Eingangssignal jeweils für
den Modulator 4, den DAC 6 und den PLL 14.
Die vorliegende Erfindung kann mit jeglicher bekannten Modulationstechnik
verwendet werden. Die verwendete Modulationstechnik hat keinen Einfluss
auf die Verwirklichung des erfinderischen Konzepts. Der Modulator 4 empfängt auch die
zu übertragenen
Daten TXDATA auf Leitung 28, moduliert die Daten in Übereinstimmung
mit bekannten Techniken, und erzeugt ein zu übertragenes moduliertes digitales
Datensignal TXMODSIGD auf einer Signalleitung 34, welche
in den DAC 6 eingeht und welches in ein zu übertragenes
analoges moduliertes Signal TXMODSIGA auf Leitung 36 bei
dem Ausgang des DAC 6 umgesetzt wird. Der Übertragungstakt
TXC steuert die Abtastung in dem Modulator 4 und die Abtastung
in dem DAC 6.
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Der
Aufwärtsumsetzer 8,
welcher einen Mischer 10 umfasst, setzt das modulierte
analoge Datensignal TXMODSIGA auf Leitung 36 in eine Frequenz
um, die für
die Übertragung
durch die Antenne 26 geeignet ist. Zu diesem Zweck ist
der PLL 14 vorgesehen, um als Frequenzvervielfacher zu
wirken und ein Trägersignal
TXCARRIER auf Leitung 38 an den Aufwärtsumsetzer 8 zu liefern,
wobei dessen Frequenz ein Vielfaches der Frequenz des Übertragungstakts
TXC auf Leitung 32 ist.
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Der
PLL 14 umfasst einen Phasenvergleicher 16, einen
Schleifenfilter umfassend einen Widerstand 20 und einen
Kondensator 22, einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 24,
und einen Teiler 18. Diese Komponenten werden in einer
dem Fachmann wohl bekannten Weise miteinander verschaltet, um einen
Frequenzvervielfacher zu umfassen. Das Vervielfachungsverhältnis des
PLL 14 wird durch das Teilungsverhältnis n des Teilers 18 festgelegt.
Somit weist das Trägersignal
TXCARRIER auf Leitung 38 bei dem Ausgang des PLL eine Frequenz auf,
welche das n-fache der Frequenz des Übertragungstakts TXC bei dem
Eingang zu dem PLL ist.
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Der
Aufwärtsumsetzer 8 empfängt das
analoge modulierte Signal TXMODSIGA an einem ersten Eingang zu dem
Mischer 10 und das Trägersignal TXCARRIER
an einem zweiten Eingang zu dem Mischer 10, und mischt
das analoge modulierte Signal TXMODSIGA auf Leitung 36 zu
einer Trägerfrequenz
des Trägersignals
TXCARRIER auf Leitung 38 aufwärts. Das somit auf Leitung 30 bei
dem Ausgang des Mischers 10 erzeugte aufwärts gemischte
Signal wird in die Antenne 26 eingegeben und als das Signal TXSIGNAL übertragen.
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Bezugnehmend
auf 2 ist eine beispielhafte Empfängerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
zum Empfangen eines durch die Senderschaltung der 1,
die im Allgemeinen als 74 gekennzeichnet ist, übertragenen
Signals dargestellt. Die Empfängerschaltung 74 umfasst
einen Signalprozessor 46, einen Abwärtsumsetzer 48, einen
Analog-Digital-Wandler (ADC) 50, einen Oszillator 42 und
einen Phasenregelkreis (PLL) 44. Die Empfängerschaltung 74 empfängt ein
Signal RXSIGNAL über
eine Antenne 40 auf Leitung 76 und gibt ein empfangenes
demoduliertes digitales Datensignal RXDATA auf Leitung 78 aus.
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Der
Oszillator 42 erzeugt einen Abtasttakt, von dem ein Empfangstakt
RXC auf Leitung 80 abgeleitet wird. Der Empfangstakt RXC
liegt bei einer zweiten vorbestimm ten Frequenz und bildet ein Eingangssignal
zu dem Signalprozessor 46, dem ADC 50 und dem
PLL 44. Der PLL 44 der Empfängerschaltung ist identisch
zu dem PLL 14 der Senderschaltung aufgebaut und umfasst
einen Phasenvergleicher 64, einen Schleifenfilter umfassend
einen Widerstand 66 und einen Kondensator 68,
einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 70 und einen
Teiler 72. Wie in dem Sender sind diese Komponenten miteinander
verschaltet, um einen Frequenzvervielfacher zu schaffen, wobei dessen
Vervielfachungsverhältnis
durch das Teilungsverhältnis
des Teilers 72 festgelegt ist. In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung weist der Teiler 72 ein Teilungsverhältnis von
n gleich dem Teilungsverhältnis
n des Teilers 18 des PLL 14 in der Senderschaltung auf.
Entsprechend vervielfacht der PLL 44 das Empfangstaktsignal
RXC um den Faktor n in der gleichen Weise wie der PLL 14 das Übertragungstaktsignal TXC
um den Faktor n vervielfacht. Somit liefert der PLL 44 ein
Signal an seinem Ausgang auf Leitung 82 mit einer Frequenz
gleich dem n-fachen der Frequenz des Empfangstaktsignals RXC.
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Das
Signal an dem Ausgang des PLL auf Leitung 82 bildet das
Trägerreferenzsignal
REFCARR für
den Empfänger 74,
der, wie später
beschrieben wird, verwendet wird, um das an der Antenne 40 zur
Verarbeitung in dem Empfänger
empfangene Signal abwärts
zu mischen.
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Der
Abwärtsumsetzer 48 mischt
das an der Antenne 40 empfangene Signal abwärts. Der
Abwärtsumsetzer 48,
der einen Mischer 84 umfasst, empfängt als ein erstes Eingangssignal
zu dem Mischer 84 das empfangene Signal RXSIGNAL auf Leitung 76 und
als zweites Eingangssignal zu dem Mischer 84 das Trägerreferenzsignal
REFCARR auf Leitung 82, und erzeugt ein Ausgangssignal
an den ADC 50, welches ein Ergebnis der Mischung seiner beiden
entsprechenden Eingänge
ist.
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Der
Zweck des Abwärtsumsetzer 84 ist,
den umgekehrten Arbeitsvorgang des Aufwärtsumsetzers 8 des
Senders durchzuführen
und die Trägerfrequenz
von dem Signal RXSIGNAL, das bei der Antenne 40 empfangen
wird, zu beseitigen. Wenn die Frequenz und Phase des durch den PLL 44 auf
Leitung 82 zu dem Abwärtsumsetzer 48 gelieferte
Signal mit der Frequenz und Phase des durch den PLL 14 auf
Leitung 38 an den Aufwärtsumsetzer 8 gelieferten Signals
identisch ist, dann entspricht die Frequenz und Phase des Signals
an dem Ausgangs des Abwärtsumsetzer 48 direkt
der Frequenz und Phase des analogen modulierten Signals TXMODSIGA
an der Eingangsleitung 36 zu dem Aufwärtsumsetzer 8.
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Die
Sender- und Empfängerschaltungen weisen
jedoch jeweils unabhängige
Oszillatoren 12 und 42 auf, und somit existiert
ein Unterschied in ihrer Frequenz und Phase. Somit entspricht das
Ausgangssignal des Abwärtsumsetzers 84 einem
Signal OFFRXMODSIGA, welches das analoge modulierte Signal RXMODSIGA
umfasst, das in dem empfangenen Signal RXSIGNAL enthalten ist, welches
durch ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Differenz zwischen
der Frequenz des durch den PLL 14 erzeugten Signals und
der Frequenz des durch den PLL 44 erzeugten Signals versetzt
ist. Dieses Signal OFFRXMODSIGA wird durch den ADC 50 in
ein digitales Signal OFFRXMODSIGD auf Leitung 86 umgesetzt.
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Das
Signal auf Leitung 86 bildet ein Eingangssignal zu dem
Signalprozessor 46, der eine Frequenzversatzkompensatorschaltung 52,
einen Teiler 54, eine Zeitablaufsteuerungschaltung 56,
einen Vervielfacher 58, einen Interpolationsfilter 60 und einen
Demodulator 62 umfasst. Das Ausgangssignal des Signalprozessors 46 bildet
das ausgegebene empfangene Datensignal des Empfänger RXDATA auf Leitung 78.
Die Elemente des Signalprozessors empfangen zusätzlich das Empfangstaktsignal
RXC auf Leitung 80, obwohl die spezifische Verbindung zu den
Elementen in 2 nicht gezeigt ist.
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Das
Signal auf Leitung 86 bildet ein Eingangssignal zu dem
Frequenzversatzkompensator des Signalprozessors 46. Der
Frequenzversatzkompensator umfasst eine Schaltung zum Messen des Frequenzversatzes
des Signals OFFRXMODSIGD, das durch den ADC auf Leitung 86 ausgegeben
wird, d. h. die Differenz zwischen der Frequenz des durch den PLL 14 erzeugten
Signals und der Frequenz des durch den PLL 44 erzeugten
Signals.
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Das
Ausgangssignal der Schaltung zum Messen des Frequenzversatzes wird
verwendet, um ein Drehvektorsignal mit einer Drehfrequenz gleich dem
gemessenen Frequenzfehler zu erzeugen. Das Drehvektorsignal wird
von dem Frequenzversatzkompensator 52 auf Leitung 88 ausgegeben.
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Bezugnehmend
auf 3 ist eine schematische Zeichnung eines Beispiels
eines Frequenzversatzkompensators 52 gezeigt. Die Implementierung des
Frequenzversatzkompensators 42 ist davon abhängig, welches
Modulationsverfahren für
das gesendete Signal verwendet wird. Der Frequenzversatzkompensator 52 wird
im Folgenden zum Zweck der Veranschaulichung für ein Phasenmodulationsverfahren
beschrieben, das in dem Sender angewandt wird. Solch eine Phasenmodulation
kann beispielsweise die binäre
Pulslagenmodulation (BPSK) sein. Die Implementierung des Frequenzversatzkompensators 52 liegt
innerhalb des fachmännischen Wissens
hinsichtlich der verwendeten Modulationstechnik. Ein Beispiel für BPSK-Modulation
wird hier der Vollständigkeit
halber präsentiert,
wobei die Implementierung außerhalb
des Fokus der Erfindung und innerhalb dem Umfang des fachmännischen Wissens
liegt.
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Der
Frequenzversatzkompensator 52 umfasst eine Phasenabschätzungsschaltung 100,
eine Referenzphasenschaltung 102, eine Abziehschaltung 104,
eine Mittlerschaltung 106 und eine Drehvektorerzeugungsschaltung 108.
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Die
Phasenabschätzungsschaltung 100 empfängt als
Eingangssignal das Signal OFFRXMODSIGD an dem Eingang zu dem Frequenzversatzkompensator
auf Leitung 86. Die Phasenabschätzungsschaltung 100 schätzt (misst)
die Phase des eingehenden Signals auf Leitung 86 für jedes Symbol
ab. Der abgeschätzte
Phasenfehler für
jedes Symbol wird von dem abgeschätzten Phasenfehler für das vorangegangene
Symbol abgezogen, um eine abgeschätzte Phasendifferenz für zwei aufeinander
folgende Symbole zu erzeugen. Die abgeschätzte Phasendifferenz stellt
somit eine Abschätzung
der Phasendifferenz zwischen dem aktuellen empfangenen Symbol des
eingehenden Signals und dem unmittelbar vorangegangenen Symbol dar.
Die abgeschätzte
Phasendifferenz wird durch die Phasenabschätzungsschaltung 100 auf
Leitung 110 ausgegeben.
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Für BPSK können die
Phasendifferenzen zwischen aufeinander folgend eingehenden Symbolen
entweder 0° oder
180° sein,
und diese beiden möglichen
Phasendifferenzen werden als Referenzphasen in der Referenzphasenschaltung 102 gespeichert.
Die abgeschätzte
Phasendifferenz des eingehenden Signals wird durch die Phasenabschätzungsschaltung
auf Leitung 110 ausgegeben, und die in der Referenzphasenschaltung
gespeicherte Referenzphase wird auf Leitung 112 ausgegeben.
Die Abziehschaltung 104 empfängt die abgeschätzte Phasendifferenz
auf Leitung 110 und die Referenzphase 112 und
zieht eine von der anderen ab, um ein Signal an ihrem Ausgang auf
Leitung 114 zu liefern, welches den Phasenfehler darstellt.
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Die
Mittlerschaltung empfängt
das Signal an dem Ausgang der Abziehschaltung 104 und mittelt den
Phasenfehler über
mehrere empfangene Symbole, um eine bessere Abschätzung des
mittleren Phasenfehlers abzuleiten.
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Schließlich gibt
die Mittlerschaltung 106 den gemittelten Phasenfehler an
die Drehvektorerzeugungsschaltung 108 aus, welche den gemittelten Phasenfehler
verwen det, um ein Drehvektorsignal mit der Drehfrequenz gleich dem
Phasenfehler zu konstruieren.
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Der
Vervielfacher 58 empfängt
als erstes Eingangssignal das Ausgangssignal OFFRXMODSIGD des ADC 50 auf
Leitung 86 und als zweites Eingangssignal das Ausgangssignal
des Frequenzversatzkompensators 52 auf der Leitung 88 und
multipliziert diese zwei Eingangssignale miteinander, um ein Ausgangssignal
auf Leitung 90 zu erzeugen. Wenn der Multiplizierer 58 das
Signal auf Leitung 86 mit dem analogen modulierten Signal
RXMODSIGD, das durch ein Signal mit einer Frequenz entsprechend
der Differenz zwischen den Frequenzen der durch die PLLs 14 und 44 erzeugten
Signale versetzt ist, und das Signal auf Leitung 88 eine
Drehfrequenz gleich dem gemessenen Frequenzversatz aufweist, erzeugt
der Ausgang des Multiplizierers 58 ein Signal entsprechend
dem analogen modulierten Signal RXMODSIGD auf Leitung 90.
Somit beseitigt der Multiplizierer 58 in effektiver Weise
den Frequenzversatz von dem Signal, das von dem Abwärtsumsetzer 48 ausgegeben
wird, und erzeugt das digitale modulierte Signal RXMODSIGD auf Leitung 90,
das in dem in der Antenne 40 empfangenen Signal RXSIGNAL
getragen ist.
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Das
Signal RXMODSIGD auf Leitung 90 ist somit bereit für die Demodulation,
um die modulierten Daten zu erhalten. Um jedoch in korrekter Weise
dieses Signal zu demodulieren, ist es notwendig, die Zeitablaufsteuerung
des Empfangstaktsignals RXC mit dem Übertragungstaktsignal zu synchronisieren, unter
dessen Steuerung die Daten moduliert wurden. Dies wird in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung durch Vorsehen des Teilers 54 und
der Zeitablaufsteuerungsschaltung 56 erreicht.
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Der
Teiler 54 empfängt
den Drehvektor an dem Ausgang des Frequenzversatzkompensators 52 auf
Leitung 88. Der Teiler 54 weist ein Teilungsverhältnis von
n, gleich dem Teilungsverhältnis
von n in sowohl dem Teiler 18 der PLL 14 des Senders
und des Teilers 72 der PLL 44 des Empfängers auf.
Somit schafft der Teiler 54 ein Ausgangssignal auf Leitung 92,
welches eine Frequenz entsprechend zu der Frequenzdifferenz zwischen
dem Übertragungstaktsignal
TXC und dem Empfangstaktsignal RXC aufweist, d. h. der Differenz
zwischen den ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzen.
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Da
sowohl im Sender als auch im Empfänger die entsprechenden Übertragungs-
und Empfangstaktsignale TXC und RXC verwendet werden, um die Signale
im Modulator 4 bzw. im Signalprozessor 46 abzutasten,
kann das Signal auf Leitung 92 mit einer Frequenz entsprechend
der Frequenzdifferenz zwischen der Übertragungs- und Empfangstaktsignale
TXC und RXC verwendet werden, um den Fehler der Abtastfrequenz in
dem Empfänger
zu bestimmen, d. h. die Frequenz des Empfangstakts RSC in Bezug
auf die Abtastfrequenz im Sender, d. h. die Frequenz des Übertragungstakts
TXC.
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Das
Signal auf Leitung 92 bildet ein Eingangssignal für die Zeitablaufsteuerungsschaltung 56.
Die Zeitablaufsteuerungsschaltung verwendet den Fehler der Abtastfrequenz
im Empfänger,
d. h. den Fehler in der Empfangstaktfrequenz RXC verglichen mit
der Übertragungstaktfrequenz
TXC, um den Abtasttaktphasenfehler im Empfänger zu bestimmen. Das heißt, dass
das Fehlersignal zwischen den Empfangs- und Übertragungstaktfrequenzen,
oder die Ableitung den Empfangs- und Übertragungstakte, dem Steuerungssignal
entspricht. Wenn der Fehler des Abtasttakts im Empfänger zu
hoch wird, wird ein Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 erzeugt.
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Das
Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 bildet ein Eingangssignal
für den
Interpolationsfilter, welcher auch als Eingangssignal das modulierte Signal
RXMODSIGD am Ausgang des Multiplizierers 58 auf Leitung 90 empfängt. In
Antwort auf das Zeitablaufsteuerungssignal auf Leitung 94 verschiebt
der Interpolationsfilter das Signal auf Leitung 90, um
die Zeitdrift zwischen den Sender- und Empfänger-Abtasttakten zu kompensieren.
Das zeitverschobene modulierte Signal wird auf Leitung 96 ausgegeben.
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Es
gibt mehrere Arten, auf die die Zeitablaufsteuerungsschaltung 56 implementiert
werden kann, und mehrere Arten, um das Zeitablaufssteuerungsignal 94 aus
dem Signal 92 zu erzeugen. Eine Art der Erzeugung des Zeitablaufsteuerungssignals 94 wird im
Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben, welche eine beispielhafte
Implementierung der Zeitablaufsteuerungsschaltung 56 am
Beispiel der BPSK-Modulation veranschaulicht, welche oben erläutert wurde.
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Die
Zeitablaufsteuerungsschaltung umfasst einen Nulldurchgangszähler 118,
einen Schwellenspeicher 122 und eine Vergleichsschaltung 120.
Der Nulldurchgangszähler 118 empfängt das
Signal auf Leitung 92 und zählt die Nulldurchgänge des
Fehlers des Abtasttakts. Die Anzahl der Nulldurchgänge wird auf
Leitung 124 an die Vergleichsschaltung 120 ausgegeben,
welche auch einen voreingestellten Schwellenwert auf Leitung 126 von
dem Schwellenspeicher 122 empfängt. Der voreingestellte Schwellenwert
bestimmt, um wieviel der Empfangstakt RXC von dem Übertragungs takt
TXC abweichen muss, bis eine Zeitablaufseinstellung ausgelöst wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieser Wert auf 5% gesetzt.
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Wenn
der voreingestellte Schwellenwert überschritten wird, setzt die
Vergleichsschaltung 120 das Zeitablaufsteuerungssignal
auf Leitung 94, um den Betrieb des Interpolationsfilters 60 auszulösen. Der
Interpolationsfilter verschiebt die empfangenen Abtastungen, so
dass, wenn der aktuelle Zeitversatz oder Drift zwischen dem Empfangstakt
RXC und dem Übertragungstakt
TXC gleich 5% ist, an dem Ausgang des Interpolationsfilters auf
Leitung 96 die Drift als 0% erscheint.
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Der
Interpolationsfilter 60 ist ein gut bekannter Filter, der
in einfacher Weise durch einen Fachmann implementiert werden kann.
Der Interpolationsfilter kann einen Aufbau mit einer endlichen Impulsanwort
(FIR) aufweisen, in welcher die Abgriffe des Filters im Anfangszustand
so sind, dass der Filter einer Zeitverschiebung des demodulierten
Signals von Null ausgibt. Wenn das Zeitablaufsteuerungssignal auf
Leitung 94 gesetzt ist, werden die Abgriffe des Interpolationsfilters
neu berechnet, so dass der Filter eine Zeitverschiebung in Übereinstimmung
mit dem durch den Schwellenwert in der Zeitablaufssteuerungsschaltung 56 bestimmten
Wert ausgibt. Eine Neuberechnung der Abgriffe kann unter Verwendung der
Lagrange-Interpolationsfunktion durchgeführt werden, welche allgemein
bekannt ist.
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Es
ist für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass eine noch weitergehende Implementierung der Zeitablaufsteuerungsschaltung 94 eine
Vielzahl von Zeitablaufsteuerungssignalen 94 erzeugen kann. Die
Zeitablaufsteuerungsschaltung kann eine Anzahl von Schwellenwerten
speichern, so dass die Zeitablaufsteuerungskompensation, die durch
den Interpolisationsfilter 60 vorgesehen ist, in Übereinstimmung mit
dem gemessenen Zeitablaufsteuerungsfehler variiert wird.
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Das
zeitversetzte modulierte Signal auf Leitung 96 wird dem
Demodulator 62 als Eingangssignal gegeben, und der Demodulator
demoduliert das Signal durch Anwendung von geeigneten Techniken
in Übereinstimmung
mit den Modulationstechniken, welche in dem Modulator 4 angewendet
werden, und gibt das empfangene Datensignal RXDATA auf Leitung 78 des
Empfängers
aus.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die spezifische Implementierung der
Empfängerschaltung 74 auch
variieren kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
können
der Analog-Digital-Wandler 50 und der Mischer 58 zur
Beseitigung des Versatzes am Ausgang des Interpolisationsfilters 60 angeschlossen
sein.