DE10157864B4

DE10157864B4 - Quadratur-Amplituden-Modulations- (QAM) Empfänger

Info

Publication number: DE10157864B4
Application number: DE10157864A
Authority: DE
Inventors: Ruth Meijer; Andreas Menkhoff
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: DE10157864A1; US7251284B2; US20030123561A1

Abstract

Quadratur-Amplituden-Modulations- (QAM) empfänger für ein Empfangssignal mit:
a) einer Trägerfrequenzschleife (35, 38, 48, 22, 25, 28, 30) zur Detektion der Trägerfrequenz eines Empfangssignals;
b) einer Taktphasenschleife (36, 50, 58, 25, 28) zur Detektion der Taktphase eines Empfangssignals;
c) wobei die Trägerfrequenzschleife (35, 38, 48, 22, 25, 28, 30) und die Taktphasenschleife (36, 50, 58, 25, 28) eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung (28) enthaltent;
wobei
d) der QAM-Empfänger (7) eine integrierte Steuerschaltung (43) aufweist, die durch ein externes Steuersignal zwischen einem normalen Betriebsmodus und einem Messbetriebsmodus umschaltbar (S1),
e) wobei die integrierte Steuerschaltung (43) in dem Messbetriebsmodus ein erstes Einstellsignal (MFES) zur Einstellung einer Mittenfrequenz (f_Mitte) an einen Eingang eines Multiplexers (41) der Trägerfrequenzschleife und ein zweites Einstellsignal (FBES) zur Einstellung einer Frequenzbandbreite (Δf_i) eines Teilfrequenzbandes (S5, S6) an einen Eingang eines Multiplexers (53) der Taktphasenschleife anlegt;
f) wobei die Verstärkungsregelungsschaltung (28) den durchschnittlichen Leistungspegel (L)...

Description

Die Erfindung betrifft einen Quadratur-Amplituden-Modulationsempfänger für ein Empfangssignal mit einer Trägerfrequenzschleife zur Detektion der Trägerfrequenz eines Empfangssignals, einer Taktphasenschleife zur Detektion der Taktphase eines Empfangssignals, wobei die Trägerfrequenzschleife und die Taktphasenschleife eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung enthalten.
1 zeigt beispielhaft einen QAM-Empfänger zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik.

Die WO 01/28310 A2 beschreibt einen Transceiver mit einer Selbsttesteinheit und einem Empfängerschaltkreis. Der Transceiver ist für verschiedene Modulationsraten, insbesondere auch für QAM programmierbar. Die Selbsttesteinheit erzeugt ein Testsignal mit unterschiedlichen Amplituden und Frequenzbereichen, das jeweils an den Empfängerschaltkreis, einen Sensor und an einen LO-Generator angelegt wird. Das angelegte Testsignal wird verarbeitet und an die Selbsttesteinheit zurückgeführt. Die an die Selbsttesteinheit zurückgeführten Signale werden zur Bestimmung und Verstärkung des Frequenzganges, der Selektivität, des Rauschens und des Entzerrverhaltens des Empfängerschaltkreises, des Senders und des LO-Generators benutzt. Dies wird erreicht, indem man Signalstärken des von der Selbsttestschaltung abgegebenen Signals mit dem rückgeführten Signal in den getesteten Frequenzbereichen vergleicht.

Wie in 1 dargestellt, empfängt der QAM-Empfänger ein analoges Empfangssignal von einem Sender S. Das von einer Datenquelle stammende Datensignal wird durch den Sender S über einen Übertragungskanal an einen Tuner T übertragen. Der Tuner T ist dem eigentlichen QAM-Empfänger-IC vorgeschaltet und dient der Abstimmung auf das Empfangssignal. Das Empfangssignal wird von dem Tuner T, über ein Anti-Aliasing-Filter AAF an mindestens einen Analog/Digital-Wandler ADC abgegeben. Das ADC-Ausgangssignal wird einer Mischstufe zugeführt. Am Ausgang der Mischstufe liegen die Inphasensignalkomponente I und die Quadraturkomponente Q an. Das Inphasensignal I und das Quadraturphasensignal Q werden, mit einem Steuersignal im Zeitbereich multipliziert. Die Ausgangssignale der Mischstufe werden digitalen Resampling-Filtern zugeführt. Die Resampling-Filter führen eine Umtastung des Empfangssignals durch, wobei gleichzeitig eine Bandbegrenzung erfolgt. Dabei empfangen die Resampling-Filter ein Steuersignal von einem numerisch gesteuerten Oszillator NCO innerhalb einer Taktphasenschleife. Das Steuersignal stellt den Zeitpunkt der Abtastung in Abhängigkeit von einem gefilterten Taktphasenabweichungssignal TP ein.

Ausgangsseitig sind die Resampling-Filter RES mit einer automatischen Verstärkungsregelung AGC (AGC: Automatic Gain Control) verbunden. Der automatischen Verstärkungsregelung AGC sind sogenannte Matched-Filter MF nachgeschaltet. Bei der Übertragung über den realen Übertragungskanal weist das Empfangssignal in der Regel lineare Verzerrungen und eine zusätzliche Rauschkomponente auf. Die Aufgabe des QAM-Empfängers besteht darin, aus dem Empfangssignal die Bitfolge der Datenquelle zu rekonstruieren. Die Matched-Filter (MF) sind digitale Empfangsfilter, die an ein Sendefilter innerhalb des Senders S derart angepasst sind, dass die Amplitude des empfangenen Signals zu den Abtastzeitpunkten maximal ist. Das Matched-Filter MF kann dabei adaptiv aufgebaut sein, so dass es an den Übertragungskanal angepasst werden kann. Vor oder nach den Matched-Filtern (MF) kann zusätzlich ein adaptiver Entzerrer vorgesehen sein, der die Verzerrung des Übertragungskanals kompensiert.

Das Ausgangssignal der Matched-Filter (MF) wird in eine Rückkopplungsschleife an die automatische Verstärkungsregelung AGC zurückgeführt. Zusätzlich werden die Ausgangssignale der beiden Matched-Filter MF einem Taktphasendetektor TPD und einem Trägerfrequenzdetektor TFD zugeführt. Der Taktphasendetektor TPD generiert aus den beiden Ausgangssignalen ein Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP, das einem nachgeschalteten digitalen Filter B zugeführt wird. Das Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP gibt die Abweichung der Taktphase des empfangenen Signals von einem Sollwert an.

Das gefilterte Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP wird dem numerisch gesteuerten Oszillator NCOB zugeführt, der ein Steuersignal zur Einstellung der Abtastzeitpunkte der Resampling-Filter RES generiert.

Der Trägerfrequenzdetektor TFD bildet aus den Ausgangssignalen der beiden Matched-Filter MF ein Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF, das einem digitalen Filter A zugeführt wird. Das gefilterte Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF wird einem numerisch gesteuerten Oszillator NCOA zugeführt, der ein Steuersignal für die Mischstufe generiert.

Die Mischstufe bildet mit den Resampling-Filtern RES, der Verstärkungsreglung AGC, den Matched-Filtern MF, dem Trägerfrequenzdetektor TFD, dem Filter A und dem numerisch gesteuerten Oszillator NCOA eine Trägerfrequenzschleife.

Die Resampling-Filter RES bilden mit der automatischen Verstärkungsregelung AGC, den beiden Matched-Filtern MF, dem Taktphasendetektor TPD, dem Filter B und dem numerisch gesteuerten Oszillator NCOB eine Taktphasenschleife.

Der in 1 dargestellte QAM-Empfänger nach dem Stand der Technik ist somit zweistufig aufgebaut. Trägerfrequenzschleife regelt in einem ersten Trägerfrequenz-Fangbereich solange, bis das Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF bei einer Träger-Sollfrequenz den Abweichungswert null aufweist. In der zweiten Stufe regelt die Taktphasenschleife solange, bis das Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP in einem Taktphasen-Fangbereich ebenfalls den Wert null aufweist. Dies wird dem QAM-Empfänger durch eine (nicht dargestellte) Trägerphasen- und Taktphasen-Einrasterkennungsschaltung angezeigt.

Nach der Herstellung des QAM-Empfänger-ICs und dessen Verschaltung mit dem Tuner wird sowohl das QAM-Empfänger-IC, der Tuner und die Verschaltung des hergestellten QAM-Empfängers-ICs getestet. Hierbei wird insbesondere getestet, ob der Tuner T, das Anti-Aliasing-Filter AAF und der nachgeschaltete Analog/Digital-Wandler ADC einwandfrei funktionieren. Dies erfolgt bei einer Messschaltung nach dem Stand der Technik mit Hilfe eines externen Spectrum Analysers zum Messen der Leistungsdichte eines angelegten Frequenzspektrums.

2 zeigt beispielhaft eine Messanordnung zum Ausmessen des Tuners zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde liegenden Problematik. Ein bekanntes Sendesignal wird an einem Einspeiseknoten E vor dem Tuner eingespeist und an einem Abgriffsknoten A wird das von dem Tuner abgegebene Signal an den Spektrum Analyser angelegt. Der Spektrum Analyser misst den Frequenzgang des Tuners aus, um festzustellen, ob dieser einwandfrei funktioniert.

3 zeigt eine weitere Messanordnung nach dem Stand der Technik zum Ausmessen des in dem Empfänger-IC enthaltenen Anti-Aliasing-Filters AAF. Das AAF-Filter kann in dem Empfänger-IC integriert sein oder diesem vorgeschaltet sein. Bei der in 3 dargestellten Messanordnung befindet sich der Abgriffpunkt A innerhalb des hergestellten QAM-Empfänger-ICs, so dass der Abgriff hinter dem Anti-Aliasing-Filter AAF nur mit sehr großer Mühe zu bewerkstelligen ist.

4 zeigt eine weitere Messanordnung zum Ausmessen des Analog/Digital-Wandlers innerhalb des QAM-Empfänger-ICs. Bei der in 4 dargestellten Messanordnung befindet sich sowohl der Einspeisepunkt E als auch der Abgriffpunkt A innerhalb des Empfänger-ICs, so dass sowohl die Signaleinspeisung als auch der Signalabgriff nur mit sehr großer Mühe zu bewerkstelligen ist.

Die Messanordnung nach dem Stand der Technik, wie sie in den 2 bis 4 dargestellt sind, benötigen einen externen Spektrum Analyser zum Ausmessen der in dem QAM-Empfänger enthaltenen Bauteile. Ein derartiger Spektrum Analyser ist sehr kostspielig und darüber hinaus nicht immer verfügbar. Der Aufbau der in 2 bis 4 dargestellten Messanordnungen ist oft sehr aufwendig, insbesondere da die Signaleinspeisepunkte E und die Abgriffpunkte A zum Teil innerhalb des QAM-Empfänger-ICs liegen. Die Signaleinspeisung und der Signalabgriff werden aufgrund der hohen Signalfrequenzen zusätzlich erschwert.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen QAM-Empfänger zu schaffen, bei dem interne Bauelemente auf ihre Funktionsfähigkeit hin getestet werden können, ohne dass ein externer Spektrum Analyser erforderlich ist.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die Erfindung bietet zudem den Vorteil, das Spektrum des Eingangssignals auszumessen, um zu erkennen, in welchem Frequenzbereich ein Signalanteil und in welchem Frequenzbereich Rauschen vorliegt. Damit kann auf einfache Weise die Taktfrequenz und die Trägerfrequenz des Empfangssignals bestimmt werden.

Der QAM-Empfänger weist eine integrierte Messschaltung zur Messung der Leistungsdichte eines Empfangssignals auf.

Durch die integrierte Messschaltung ist es möglich, die analogen Baukomponenten des QAM-Empfängers auszumessen.

Die Erfindung schafft einen QAM-Empfänger mit integrierter Messschaltung zur Messung der Leistungsdichte eines Empfangssignals.

Der QAM-Empfänger weist vorzugsweise einen Anti-Aliasing-Filter AAF auf, der einem Tuner für das analoge Empfangssignal nachgeschaltet ist.

Dem Anti-Aliasing-Filter AAF ist vorzugsweise ein Analog/Digital-Wandler ADC nachgeschaltet, der das analoge Empfangssignal in ein digitales Empfangssignal umwandelt.

Die Mischstufe des erfindungsgemäßen QAM-Empfänger multipliziert das digitale Empfangssignal mit einem Steuersignal der Trägerfrequenzschleife und gibt das erzeugte Signal an nachgeschaltete Resampling-Filter ab.

Die Resampling-Filter führen vorzugsweise eine Umtastung und Bandbegrenzung des digitalen Inphasensignals und des digitalen Quadraturphasensignals in Abhängigkeit von einem Steuersignal der Trägerphasenschleife durch.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße QAM-Empfänger eine automatische Verstärkungsregelung AGC, die dem Resampling-Filter nachgeschaltet ist.

Der erfindungsgemäße QAM-Empfänger enthält bei einer bevorzugten Ausführungsform
ein Matched-Filter MF für das digitale Inphasensignal und
ein Matched-Filter MF für das digitale Quadraturphasensignal.

Die Trägerfrequenzschleife des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers enthält vorzugsweise
einen Trägerfrequenzdetektor, der in Abhängigkeit von den gefilterten Ausgangssignalen der beiden Matched-Filter MF ein Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF generiert,
ein nachgeschaltetes digitales Schleifenfilter und
einen numerisch gesteuerten Oszillator zur Erzeugung des Steuersignals für die Mischstufe.

Die Taktphasenschleife des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers enthält vorzugsweise einen Taktphasendetektor, der in Abhängigkeit von dem gefilterten Ausgangssignalen der beiden Matched-Filter ein Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP generiert,
ein nachgeschaltetes digitales Schleifenfilter und einen numerisch gesteuerten Oszillator zur Erzeugung eines Steuersignals für die Resampling-Filter.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers ist in der Trägerfrequenzschleife und in der Taktphasenschleife jeweils der Multiplexer zwischen dem digitalen Schleifenfilter und dem numerisch gesteuerten Oszillator vorgesehen.

Dabei weisen die beiden Multiplexer jeweils vorzugsweise einen ersten Eingang für das durch das digitale Schleifenfilter gefilterte Signal,
einen zweiten Eingang für das jeweilige Einstellsignal,
einen Ausgang zum Anschluss an den numerisch gesteuerten Oszillator NCO und
einen Steuereingang zum Umschalten zwischen den beiden Eingängen auf.

Der erfindungsgemäße QAM-Empfänger enthält bei einer bevorzugten Ausführungsform eine integrierte Steuerschaltung, die in einem normalen Empfangsbetriebsmodus den ersten Eingang der Multiplexer an den numerischen gesteuerten Oszillator NCO durchschaltet und
in einem Messbetriebsmodus den zweiten Eingang der Multiplexer an den numerisch gesteuerten Oszillator NCO durchschaltet.

Die Steuerschaltung legt im Messbetriebsmodus, vorzugsweise
ein Mittenfrequenzeinstellsignal MFES an den zweiten Eingang des Multiplexers der Trägerfrequenzschleife und
ein Frequenzbandbreiten-Einstellsignal FBES an den zweiten Eingang des Multiplexers der Taktphasenschleife an.

Die Steuerschaltung steuert vorzugsweise zusätzlich die automatische Verstärkungsreglung AGC zum Auslesen der Leistungspegelwerte über eine Steuerleitung an.

Die integrierte Steuerschaltung empfängt vorzugsweise ein externes Steuersignal zum Umschalten zwischen dem Empfangsbetriebsmodus und dem Messbetriebsmodus über eine Steuerleitung.

Dem Anti-Aliasing-Filter AAF ist vorzugsweise ein Multiplexer nachgeschaltet, der durch die Steuerschaltung über eine weitere Steuerleitung geschaltet wird.

Der dem Anti-Aliasing-Filter AAF nachgeschaltete Multiplexer enthält einen ersten Eingang, der an den Ausgang des Anti-Aliasing-Filters AAF angeschlossen ist,
einen zweiten Eingang, der an den Eingang des Anti-Aliasing-Filters AAF angeschlossen ist und
einen Ausgang, der an den Analog/Digital-Wandler ADC angeschlossen ist.

Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.

Es zeigen:
1 einen QAM-Empfänger nach dem Stand der Technik;
2 eine erste Messanordnung zum Ausmessen eines Tuners T innerhalb eines QAM-Empfängers nach dem Stand der Technik;
3 eine zweite Messanordnung zum Ausmessen eines Anti-Aliasing-Filters AAF innerhalb eines QAM-Empfängers nach dem Stand der Technik;
4 eine dritte Messanordnung zum Ausmessen eines Analog/Digital-Wandlers innerhalb eines QAM-Empfängers nach dem Stand der Technik;
5 eine Messanordnung für einen erfindungsgemäßen QAM-Empfänger;
6 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise eines Messvorgangs bei dem erfindungsgemäßen QAM-Empfänger;
7 ein Blockdiagramm der in dem erfindungsgemäßen QAM-Empfänger enthaltenen automatischen Verstärkungsreglung;
8 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers.
5 zeigt einen erfindungsgemäßen QAM-Empfänger-IC 1 mit einem Signaleingang 2, dem über eine Leitung 3 ein Tuner 4 vorgeschaltet ist. Der Tuner 4 ist eingangsseitig über eine Leitung 5 an einen Signaleingang 6 eines QAM-Empfängers 7 angeschlossen. Das QAM-Empfänger-IC 1 und der Tuner 4 bilden die wesentlichen Bestandteile des QAM-Empfängers 7. Der QAM-Empfänger 7 empfängt von einem Sender 8 über einen Übertragungskanal 9 ein analoges Empfangssignal. Der Tuner 4 wird auf die Empfangsfrequenz des empfangenen Signals abgestimmt.
Im weiteren wird der interne Aufbau des QAM-Empfänger-IC 1 im Detail erläutert. Dem Signaleingang 2 des QAM-Empfänger-ICs 1 ist ein Anti-Aliasing-Filter 10 nachgeschaltet. Das Anti-Aliasing-Filter 10 ist ausgangsseitig über eine Leitung 11 an einen ersten Eingang 12 eines Multiplexers 13 angeschlossen. Der Multiplexer 13 weist einen weiteren Eingang 14 auf, der über eine Leitung 15 an einen Abzweigknoten 16 vor dem Anti-Aliasing-Filter 10 angeschlossen ist. Der Multiplexer 13 weist einen Signalausgang 17 auf, der über eine Leitung 18 an einen Signaleingang 19 des nachgeschalteten Analog/Digital-Wandlers 20 angeschlossen ist. Der Analog/Digital-Wandler 20 wandelt das analoge gefilterte Eingangssignal in ein digitales Eingangssignal um. Das digitale Eingangssignal wird über eine Leitung 21 einer nachgeschalteten Mischstufe 22 zugeführt. Die Mischstufe 22 multipliziert im Zeitbereich das digitale Eingangssignal mit einem Steuersignal, das über eine Leitung 23 angelegt wird, und gibt die erzeugten Ausgangssignale als Inphasensignalkomponente und Quadraturphasenkomponente über Leitungen 24a, 24b an nachgeschaltete Resampling-Filter 25a, 25b ab. Die Resampling-Filter 25a, 25b führen eine Umtastung des digitalen Inphasensignals und des digitalen Quadraturphasensignals in Abhängigkeit von einem Steuersignal durch, das über eine Leitung 26 angelegt wird. Die Resampling-Filter 25a, 25b sind über Leitungen 27a, 27b mit einer nachgeschalteten Verstärkungsregelungsschaltung 28 verbunden. Die Verstärkungsregelungsschaltung 28 führt eine automatische Verstärkungsregelung durch und gibt geregelte Ausgangssignale über Leitungen 29a, 29b an ein Matched-Filter 30a für die digitale Inphasensignalkomponente und ein Matched-Filter 30b für die digitale Quadraturphasensignalkomponente ab. Die automatische Verstärkungsregelung 28 weist ferner eine Ausleseleitung 31 auf, die an einen Ausleseanschluss 32 des QAM-Empfänger-ICs 1 angeschlossen ist. Die Ausleseleitung 31 dient zum Auslesen von Leistungspegelwerten L. Die Ausgangssignale der Matched-Filter 30a, 30b werden über Leitungen 33a, 33b zur weiteren Auswertung an eine nachgeschaltete Datenverarbeitungsschaltung geführt. Die Ausgangssignale der beiden Matched-Filter 30a, 30b werden zusätzlich über Rückkopplungsleitungen 34a, 34b an die automatische Verstärkungsregelung 28 zurückgekoppelt. Darüber hinaus werden die Ausgangssignale der beiden Matched-Filter 30a, 30b an einen Trägerfrequenzdetektor 35 und an einen Taktphasendetektor 36 angelegt. Der Trägerfrequenzdetektor 35 ist ausgangsseitig über eine Leitung 37 an ein digitales Schleifenfilter 38 angeschlossen. Der Trägerfrequenzdetektor 35 bildet in Abhängigkeit des gefilterten Inphasensignals und des gefilterten Quadraturphasensignals ein Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF, das durch das digitale Schleifenfilter 38 gefiltert wird. Das digitale Schleifenfilter 38 ist ausgangsseitig über eine Leitung 39 mit einem Eingang 40 eines Multiplexers 41 verbunden. Der Multiplexer 41 wird über eine Steuerleitung 42 durch eine integrierte Steuerschaltung 43 zwischen dem Eingang 40 und einem weiteren Eingang 44 umgeschaltet. Der zweite Eingang 44 des Multiplexers 41 ist über eine Einstellleitung 45 ebenfalls mit der integrierten Steuerschaltung 43 verbunden. Der Multiplexer 41 weist einen Signalausgang 46 auf, der über eine Leitung 47 mit einer numerisch gesteuerten Oszillatorschaltung 48 ver bunden ist. Die numerisch gesteuerte Oszillatorschaltung 48 bildet in Abhängigkeit von dem gefilterten Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF, welches durch den Multiplexer 41 durchgeschaltet wird, in einen normalen Empfangsbetriebsmodus ein Steuersignal für die Mischstufe 22. Die Mischstufe 22 bildet mit den Resampling-Filtern 25, der automatischen Verstärkungsregelung 28, den Matched-Filtern 30, dem Trägerfrequenzdetektor 35, dem digitalen Schleifenfilter 38 und dem numerisch gesteuerten Oszillator 48 eine Trägerfrequenzschleife.
Der Taktphasendetektor 36 empfängt ebenfalls die Ausgangssignale der Matched-Filter 30a, 30b und bildet ein Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP in Abhängigkeit von dem anliegenden Inphasensignal und dem anliegenden Quadraturphasensignal. Der Taktphasendetektor 36 ist über eine Leitung 49 an ein digitales Schleifenfilter 50 angeschlossen. Das digitale Schleifenfilter 50 filtert das anliegende Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP und gibt es über eine Leitung 51 an einen Eingang 52 eines weiteren Multiplexers 53 ab. Der Multiplexer 53 wird ebenfalls durch die Steuerleitung 42 von der integrierten Steuerschaltung 43 geschaltet. Der Multiplexer 53 weist neben dem Eingang 52 einen weiteren Eingang 54 auf, der über eine Leitung 55 an die integrierte Steuerschaltung 43 angeschlossen ist. Der Multiplexer 53 weist darüber hinaus einen Ausgang 56 auf, der über eine Leitung 57 an einen nachgeschalteten numerisch gesteuerten Oszillator 58 angeschlossen ist. Der numerisch gesteuerte Oszillator 58 bildet das Steuersignal für die Einstellung der Resampling-Filter 25a, 25b.
Die integrierte Steuerschaltung 43 schaltet über eine Steuerleitung 59 den Multiplexer 13 und steuert über eine Steuerleitung 60 die automatische Verstärkungsreglung 20 an. Die integrierte Steuerschaltung 43 ist zwischen zwei Betriebsmodi umschaltbar. Hierzu empfängt die integrierte Steuerschaltung 43 über eine Leitung 61 über einen Signaleingang 62 des inte grierten QAM-Empfänger-ICs 1 ein Umschaltsignal von einer externen Auswerteschaltung 63 über eine externe Umschaltleitung 64.
In einem normalen Empfangsbetriebsmodus ist die Trägerfrequenzschleife und die Taktphasenschleife geschlossen, d.h. die Steuerschaltung 43 steuert die beiden Multiplexer 41, 53 über die Steuerleitung 42 derart an, dass der Eingang 40 des Multiplexers 41 an den nachgeschalteten numerisch gesteuerten Oszillator 48 durchgeschaltet wird und der Eingang 52 des Multiplexers 53 an den nachgeschalteten numerisch gesteuerten Oszillator 58.
Wird die integrierte Steuerschaltung 43 über die externe Leitung 64 von dem normalen Betriebsmodus in einen Testbetriebsmodus umgeschaltet, schaltet sie die beiden Multiplexer 41, 53 auf den anderen Signaleingang 44 bzw. 54 um. Die Steuerschaltung 43 legt nach dem Umschalten des Multiplexers über die Leitung 55 ein Mittenfrequenzeinstellsignal MFES an den Signaleingang 44 des Multiplexers 41 der Trägerfrequenzschleife an. Das Mittenfrequenzseinstellsignal MFES für den numerisch gesteuerten Oszillator 48 erzeugt das Steuersignal an die Mischstufe 22 und stellt die Mittenfrequenz des erfassten Signal-Teil-Spektrums ein.
Die integrierte Steuerschaltung 43 legt ferner nach dem Umschalten über die Einstellleitung 55 ein Frequenzbandbreiten-Einstellsignal FBES an den zweiten Eingang 54 des Multiplexers 53 der Taktphasenschleife an. Das Einstellsignal stellt über den numerisch gesteuerten Oszillator 58 und die Steuerleitung 26 die Frequenzbandbreite Δf der Resampling-Filter 25a, 25b ein. Nach dem Einstellen der Mittenfrequenz f_mitte in der Mischstufe 22 und der Frequenzbandbreite Δf_i wird die Energie in dem gemessenen Frequenzband Δf_i bestimmt und als Leistungspegelwert L_i für das i-te betrachtete Frequenzband des Empfangssignals aus der automatischen Verstärkungsrege lung 28 über die Ausleseleitung 31 durch die externe Auswerteschaltung 63 ausgelesen.
Die integrierte Steuerschaltung 43 stellt zunächst Frequenzbandbreite Δf über das Frequenzbandbreiten-Einstellsignal FBES ein und ändert anschließend die Mittenfrequenz f_mitte durch das Mittenfrequenzeinstellsignal MFES bis das gesamte, zwischen einer unteren und einer oberen Grenzfrequenz f_GRENZ liegende Signalspektrum des Eingangssignals ausgemessen ist.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Betriebs des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers, wie er in 5 dargestellt ist. Nach einem Startschritt S0 prüft die integrierte Steuerschaltung 43 in einem Schritt S1, ob über den externen Steueranschluss 62 ein Umschaltsignal anliegt. Liegt kein Umschaltsignal zum Umschalten in einen Messbetrieb vor, so geht der QAM-Empfänger 7 im Schritt S2 in einen normalen Empfangsbetrieb über. Das Umschaltsignal wird im normalen Empfangsbetrieb in regelmäßigen Zeitabständen abgefragt. Erkennt die integrierte Steuerschaltung 43 im Schritt S1, dass ein Umschaltsignal zum Umschalten in einen Messbetrieb anliegt, schaltet die integrierte Steuerschaltung 43 in einem Schritt S3 den QAM-Empfänger 7 in einen Test-Betriebsmodus um. Anschließend werden in einem Schritt S4 die beiden Multiplexer 41, 53 über die Steuerleitung 42 von der integrierten Steuerschaltung 43 auf den zweiten Eingang 44 bzw. 54 umgeschaltet.
In einem Schritt S5 stellt die integrierte Schaltung 43 über das Frequenzband-Einstellsignal FBES die Frequenzbandbreite Δf für eine Spektralmessung ein.
In einem Schritt 56 wird anschließend die Mittenfrequenz f_MITTE durch die integrierte Steuerschaltung 43 mittels des Mittenfrequenzeinstellsignal MFES eingestellt.
Die integrierte Steuerschaltung 43 wartet dann in einem Schritt 57 eine vorbestimmte Zeitdauer, bis die Resampling-Filter 25a, 25b und die automatische Verstärkungsreglung 28 eingeschwungen sind.
In einem weiteren Schritt S8 gibt die integrierte Steuerschaltung 43 über die Leitung 60 ein Steuersignal an die automatische Verstärkungsregelung 28 zum Auslesen eines Leistungspegelwertes L_i ab. Der Leistungspegelwert L_i gibt die Energie in dem eingestellten Teilfrequenzband Δf wieder. Die Leistungspegelwerte L1, L2, L3 ... L_N für das gesamte betrachtete Frequenzband des Empfangssignals werden nacheinander gemessen und in der Auswerteschaltung 63 zwischengespeichert und anschließend ausgewertet.
In einem Schritt S9 prüft die integrierte Steuerschaltung 43 ob eine Umschaltung zurück in einen normalen Betriebsmodus erfolgen soll oder nicht. Falls das Umschaltsignal weiterhin einen Messbetrieb angibt, kehrt der Vorgang zu Schritt S5 zurück und die integrierte Steuerschaltung 43 stellt im Schritt S6 die Mittenfrequenz f_mitte des nächsten auszumessenden Teilfrequenzbandes Δf_i innerhalb ΔF des gesamten Frequenzbandes ein. Durch den in 6 dargestellten Betriebsablauf ist es möglich, das Leistungsdichtespektrum eines unbekannten Empfangssignals bei bekanntem Frequenzgang der analogen Komponenten, d.h. des Tuners des Anti-Aliasing-Filters 10 und des Analog/Digital-Wandlers 20 auszumessen. Der Messbetriebsmodus und der Normalbetriebsmodus können im Zeitmultiplex alternierend geschaltet werden.
Darüber hinaus bietet die in dem QAM-Empfänger 7 integrierte Messschaltung die Möglichkeit, mittels eines bekannten Eingangssignals den bis dahin unbekannten Frequenzgang der analogen Bauteile, d.h. des Tuners des analogen Anti-Aliasing-Filters 10 und des Analog/Digital-Wandlers 20 auszumessen, um deren Funktionsfähigkeit festzustellen.
Hierzu wird mittels eines Signalgenerators 65 ein bekanntes Eingangssignal über die Leitung 66 an einem Einspeisepunkt 67 eingespeist und dem Signaleingang 2 des QAM-Empfänger-ICs 1 zugeleitet. Die integrierte Steuerschaltung 43 schaltet zunächst den Multiplexer 13 über die Steuerleitung 59 derart, dass der Signalausgang des Anti-Aliasing-Filters 10 an dem Signaleingang 19 des Analog/Digital-Wandlers 20 anliegt. Das Anti-Aliasing-Filter 10 und der Analog/Digital-Wandler 20 sind somit zunächst in Reihe geschaltet.
Wie in dem in 6 dargestellten Ablauf gezeigt, werden die gemessenen Leistungspegelwerte L_i des gesamten auszumessenden Frequenzbandes ΔF zwischen den beiden Grenzfrequenzen f_GRENZ aus der automatischen Verstärkungsregelung 28 über die Leitung 31 durch die Auswerteschaltung 63 ausgelesen und daraus ein Ausgangssignal berechnet. Die Auswerteschaltung 63 vergleicht das an der Leitung 68 anliegende bekannte Ausgangssignal des Signalgenerators 65 mit dem aus den Leistungspegelwerten L_i errechneten Ausgangssignal. Sind das berechnete Ausgangssignal und das generierte Eingangssignal weitestgehend identisch kann daraus gefolgert werden, dass das Anti-Aliasing-Filter 10 und der dazu in Reihe geschaltete Analog-Digital-Wandler 20 fehlerfrei arbeiten. Falls umgekehrt festgestellt wird, dass das generierte Eingangssignal und das aus den Leistungspegelwerten berechnete Ausgangssignal des QAM-Empfänger-Chips 1 nicht identisch sind, ist entweder das Anti-Aliasing-Filter 10 oder der nachgeschaltete Analog-Digital-Wandler 20 fehlerhaft.
Um festzustellen, welche der beiden analogen Baukomponenten fehlerhaft arbeitet, wird in einem weiteren Messschritt durch die integrierte Steuerschaltung 43 der Multiplexer 13 von dem Eingang 12 auf den Eingang 14 umgeschaltet, so dass das Anti-Aliasing-Filter 10 umgangen wird bzw. bygepasst wird. Das durch den Signalgenerator 65 erzeugte bekannte Eingangssignal wird unter Umgehung des Anti-Aliasing-Filters 10 direkt an den Analog-Digital-Wandler 20 angelegt. Anschließend werden wieder die Leistungspegelwerte L_I durch die Auswerteschaltung 63 ausgelesen und daraus ein Signal rekonstruiert. Die Auswerteschaltung 63 vergleicht das durch den Signalgenerator 65 generierte eingespeiste Signal mit dem rekonstruierten Ausgangssignal. Sind die beiden Signale weitgehend identisch, kann daraus gefolgert werden, dass der Analog/Digital-Wandler 20 fehlerfrei arbeitet und somit eine Fehleinstellung des Anti-Aliasing-Filters 10 vorliegt. Weichen das eingespeiste Signal und das rekonstruierte Ausgangssignal auch bei diesem zweiten Messschritt ab, kann festgestellt werden, dass sowohl das Anti-Aliasing-Filter als auch der Analog/Digital-Wandler 20 fehlerbehaftet sind.
7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der automatischen Verstärkungsregelung 28 innerhalb des erfindungsgemäßen QAM-Empfängers 7. Die automatische Verstärkungsregelung 28 enthält ein Multiplikationsglied 70, das das Eingangssignal mit einem Integratorwert IW zu einem Ausgangssignal multipliziert. Das Ausgangssignal wird in einem Signalwandler 71 so angepasst, dass es mit einem Referenzwert REF verglichen werden kann. Hierzu enthält die automatische Verstärkungsreglung 28 ein Differenzglied 72 mit dem das angepasste Ausgangssignal von dem Referenzwert subtrahiert wird. Das Differenzglied 72 liefert einen Differenzwert DW der an einen Multiplikationsglied 72a abgegeben wird. Dem Multiplikationsglied 72a ist ein einstellbarer Verstärker 72b nachgeschaltet. Der Verstärkungsfaktor k des Verstärkers 72b wird durch die Steuerschaltung 43 über die Steuerleitung 60 eingestellt. Der Integratorwert IW wird über ein Divisionsglied 75 zur Multiplikation mit dem Differenzwert DW zurückgeführt.
Die Steuerschaltung 43 stellt zu Beginn der Messung das Integrierglied 73 auf einen vorbestimmten Anfangswert ein. Der Verstärkungsfaktor k, des Verstärkers 72b wird durch die Steuerschaltung 43 über die Steuerleitung 60 zunächst auf einen hohen Verstärkungswert eingestellt. Hierdurch ist die Verstärkungsregelungsschleife 28 zu Beginn der Messung schnell und relativ ungenau. Im Laufe der Messung wird der Verstärkungsfaktor k des Verstärkers 72b durch die Steuerschaltung 43 sukzessive verringert, so dass die Regelung langsamer und genauer erfolgt.
Ein Integrierglied 73 integriert das von dem Verstärker 72b abgegebene Signal. Bei einem positiven Signal wird der Integratorwert IW erhöht und bei einem negativen Differenzwert Δ_IN wird der Integratorwert IW erniedrigt. Der Ausgang des Integriergliedes 73 wird an einem Abzweigknoten 74 verzweigt, um die Leistungspegelwerte am Ausgang des Integriergliedes 73 auslesen zu können.
8 zeigt das Spektrum eines Empfangssignals am Signaleingang 2 des QAM-Empfänger-Chips. In dem Messbetriebsmodus kann dieses Signalspektrum mit der in dem QAM-Empfänger integrierten Messschaltung zur Messung der Leistungsdichte des Empfangssignals innerhalb der beiden Grenzfrequenzen f_GRENZ ausgemessen werden. Hierzu stellt die integrierte Steuerschaltung 43 mittels des Frequenzbandeinstellsignals FBES die Frequenzbandbreite Δf_i eines Teilfrequenzbandes innerhalb des gesamten Spektrums ΔF ein. Anschließend wird durch Veränderung des Mittenfrequenzeinstellsignals MFES die Mittenfrequenz an der Mischstufe 22 verändert und das Leistungsspektrum des Empfangssignals durch ein Messfenster mit der Frequenzbandbreite Δf_i durchgeschoben. Die automatische Verstärkungsreglung 28 misst den durchschnittlichen Leistungspegel in dem Frequenzband Δf und gibt einen Leistungspegelwert L_i über die Leitung 31 an die Auswerteschaltung 63 ab.
Die Auswerteschaltung 63 speichert die nacheinander gewonnenen Leistungsdichtespektralwerte L_i ab und erhält ein aus mehreren Leistungsdichtespektralwerten L_i bestehendes Leistungsdichtespektrum des Empfangssignals. Aus diesem Leistungsdichtespektrum kann entweder das empfangene Signal rekonstruiert werden oder bei bekannten Empfangssignalen der Frequenzgang der analogen Baukomponenten des QAM-Empfängers 7, d.h. des Anti-Aliasing-Filters 10 oder des Analog/Digital-Wandlers 20 ermittelt werden. Hierdurch ist es möglich, Fehleinstellungen bzw. fehlerhaft hergestellte analoge Bauteile innerhalb des QAM-Empfängers 7 zu ermitteln.
Durch die integrierte Testschaltung zur Messung der Leistungsdichte des Empfangssignals kann auf eine externe Messanordnung, insbesondere auf einen externen Spektrum Analyser verzichtet werden. Die Messung des Leistungsdichtespektrums ist daher einerseits weniger störanfällig und kann andererseits auch mit einem einfachen Testequipment durchgeführt werden. Die integrierte Messschaltung umfasst die integrierte Steuerschaltung 43 sowie die beiden zusätzlich eingebauten Multiplexer 41, 53. Zum Ausmessen des Anti-Aliasing-Filters 10 und des nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers 20 ist zusätzlich optional der weitere Multiplexer 13 vorgesehen. Nach jeder Messung eines Leistungsdichtewerts L_i gibt bei einer bevorzugten Ausführungsform die integrierte Steuerschaltung 43 Interruptsignale an die Auswerteschaltung 63 durch eine Interruptleitung ab, so dass die Auswerteschaltung 63 erkennt, dass eine Einzelmessung abgeschlossen ist.

Claims

Quadratur-Amplituden-Modulations- (QAM) empfänger für ein Empfangssignal mit: a) einer Trägerfrequenzschleife (35, 38, 48, 22, 25, 28, 30) zur Detektion der Trägerfrequenz eines Empfangssignals; b) einer Taktphasenschleife (36, 50, 58, 25, 28) zur Detektion der Taktphase eines Empfangssignals; c) wobei die Trägerfrequenzschleife (35, 38, 48, 22, 25, 28, 30) und die Taktphasenschleife (36, 50, 58, 25, 28) eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung (28) enthaltent; wobei d) der QAM-Empfänger (7) eine integrierte Steuerschaltung (43) aufweist, die durch ein externes Steuersignal zwischen einem normalen Betriebsmodus und einem Messbetriebsmodus umschaltbar (S1), e) wobei die integrierte Steuerschaltung (43) in dem Messbetriebsmodus ein erstes Einstellsignal (MFES) zur Einstellung einer Mittenfrequenz (f_Mitte) an einen Eingang eines Multiplexers (41) der Trägerfrequenzschleife und ein zweites Einstellsignal (FBES) zur Einstellung einer Frequenzbandbreite (Δf_i) eines Teilfrequenzbandes (S5, S6) an einen Eingang eines Multiplexers (53) der Taktphasenschleife anlegt; f) wobei die Verstärkungsregelungsschaltung (28) den durchschnittlichen Leistungspegel (L) in dem eingestellten Teilfrequenzband (Δf_i) misst und einen zugehörigen Leistungspegelwert (L_i) (S8) erzeugt, g) wobei die integrierte Schaltung (43) durch Veränderung des Mittenfrequenzeinstellsignals (MFES) die Mittenfrequenz (f_mitte) an eine Mischstufe (22) der Trägerfrequenzschleife (22) schrittweise innerhalb des Frequenzbandes (Δf) verändert (S6).
QAM-Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anti-Aliasing-Filter (10) vorgesehen ist, der an einen Tuner (4) für das analoge Empfangssignal angeschlossen ist.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anti-Aliasing-Filter (10) ein Analog/Digital-Wandler (20) nachgeschaltet ist, der das analoge Eingangssignal in ein digitales Eingangssignal umwandelt.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mischstufe (22) vorgesehen ist, die das digitale Inphasensignal und das digitale Quadraturphasensignal mit einem Steuersignal der Trägerfrequenzschleife multipliziert und an nachgeschaltete Resampling-Filter (25a, 25b) abgibt.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resampling-Filter (25a, 25b) eine Umtastung des digitalen Inphasensignals und des digitalen Quadraturphasensignals in Abhängigkeit von einem Steuersignal der Taktphasenschleife durchführen.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Verstärkungsregelung (28) den beiden Resampling-Filtern (25a, 25b) nachgeschaltet ist.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Matched-Filter (30a) für das digitale Inphasensignal und ein zweites Matched-Filter (30b) für das digitale Quadraturphasensignal vorgesehen sind.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfrequenzschleife (35, 38, 48, 22, 25, 28, 30) einen Trägerfrequenzdetektor (35), der in Abhängigkeit von den gefilterten Ausgangssignalen der beiden Matched-Filter (30a, 30b) ein Trägerfrequenz-Abweichungsdetektionssignal TF generiert, ein nachgeschaltetes digitales Schleifenfilter (38) und einen numerisch gesteuerten Oszillator (48) zur Erzeugung des Steuersignals für die Mischstufe (22) aufweist.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktphasenschleife (36, 50, 58, 25, 28) einen Taktphasendetektor (36), der in Abhängigkeit von den gefilterten Ausgangssignalen der beiden Matched-Filter (30a, 30b) ein Taktphasen-Abweichungsdetektionssignal TP generiert, ein nachgeschaltetes digitales Schleifenfilter (50) und einen numerisch gesteuerten Oszillator (50) zur Erzeugung eines Steuersignals zur Einstellung der Resampling-Filter (25a, 25b) aufweist.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trägerfrequenzschleife (35, 38, 48, 22, 25, 28, 30) und in der Taktphasenschleife (36, 50, 58, 25, 28) jeweils ein Multiplexer (41, 53) zwischen dem digitalen Schleifenfilter (38, 50) und dem numerisch gesteuerten Oszillator (48, 58) vorgesehen ist.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Multiplexer (41, 53) jeweils einen ersten Eingang (40, 52) für das durch das digitale Schleifenfilter (38, 50) gefilterte Signal, einen zweiten Eingang (44, 54) für ein Einstellsignal, einen Ausgang zum Anschluss an den numerisch gesteuerten Oszillator (48, 58) und einen Steuereingang zum Umschalten zwischen den beiden Eingängen aufweisen.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Steuerschaltung (43) in dem normalen Empfangsbetriebsmodus den ersten Eingang (40, 52) der beiden Multiplexer (41, 53) an den numerisch gesteuerten Oszillator (48, 58) durchschaltet und in dem Messbetriebsmodus den zweiten Eingang (44, 54) der beiden Multiplexer (41, 53) an den numerisch gesteuerten Oszillator (48, 58) durchschaltet.
QAM-Empfänger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (43) in dem Messbetriebsmodus ein Mittenfrequenz-Einstellsignal (MFES) an den zweiten Eingang (44) des Multiplexers (41) der Trägerfrequenzschleife und das Frequenzbandbreiten-Einstellsignal (FBES) an den zweiten Eingang (54) des Multiplexers (53) der Taktphasenschleife anlegt.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (43) die automatische Verstärkungsregelung (28) zum Auslesen von Leistungspegelwerten L_i über eine Steuerleitung (60) ansteuert.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (43) ein externes Steuersignal zum Umschalten zwischen dem Empfangsbetriebsmodus und dem Messbetriebsmodus über eine externe Steuerleitung (64) empfängt.
QAM-Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anti-Aliasing-Filter (10) ein Multiplexer (13) nachgeschaltet ist, der durch die Steuerschaltung (43) über eine Steuerleitung (59) geschaltet wird.
QAM-Empfänger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplexer (13) einen ersten Eingang (12), der an den Ausgang des Anti-Aliasing-Filters (10) angeschlossen ist einen zweiten Eingang (14), der an den Eingang des Anti-Aliasing-Filters (10) angeschlossen ist und einen Ausgang (17) aufweist, der an den Analog/Digital-Wandler (20) angeschlossen ist.