DE10209056C2

DE10209056C2 - I/Q-Modulator

Info

Publication number: DE10209056C2
Application number: DE2002109056
Authority: DE
Inventors: Peter Muehlbacher
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: DE10209056A1

Description

Die Erfindung betrifft einen I/Q-Modulator laut Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei analogen I/Q-Modulatoren dieser Art, wie sie bei der Direktmodulation eines digitalen Basisbandsignals auf einen Hochfrequenzträger verwendet werden und z. B. aus der DE 197 52 206 A1 bekannt sind, kommt es durch Bauteiltoleranzen und unterschiedliche Leitungslängen in der analogen Basisbandverarbeitung bzw. durch unterschiedliche Leitungslängen in der Taktsignalzuführung zu den Digital-/Analog-Wandlern zu unterschiedlichen Laufzeiten der Signale im I- und Q-Zweig. Dadurch entsteht ein störender Frequenzgang in der Seitenbandunterdrückung, der durch einen einfachen Phasenausgleich nicht mehr kompensiert werden kann. So führen schon wenige Zehntel Nanosekunden Laufzeitunterschied zu einem Frequenzgang in der Seitenbandunterdrückung, der auf einer Bandbreite von 4 MHz einen Abfall der Seitenbandunterdrückung auf < 40 dB bewirkt, wie dies Fig. 1 zeigt. Ein Längenausgleich in einem der Zweige oder ein Abgleich der Bauteile in den analogen Filtern zwischen D/A-Wandlern und Modulationsstufen löst dieses Problem nicht, da die auftretenden Fehler durch Bauteil- bzw. Materialtoleranzen verursacht werden und daher die Richtung eines solchen Abgleichs nicht vorhergesagt werden kann.

Bei der Erzeugung von Einseitenbandsignalen nach der Phasenmethode ist es bekannt, zur Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandes bei der 90°-Phasenverschiebung zur Erzeugung der I/Q-Komponenten digitale Filter zu verwenden (LEUTHOLD, Peter; TISI, Felix: "Ein Einseitenbandsystem für Datenübertragung", in A.E.Ü., Band 21, 1967, Heft 7, Seiten 354-362). Ferner ist es bekannt, bei einem Einkanal-System zur digitalen Erzeugung eines analogen ZF-TV-Signals zum Ausgleich der unter anderem im Tiefpaßfilter nach dem D/A-Wandler entstehenden Gruppenlaufzeit ein FIR-Filter vorzusehen und so eine Vorverzerrung des Gruppenlaufzeit- und/oder Betragsfrequenzgangs durchzuführen (WENZEL; Dietmar: Ein digitaler Fernseh- und Tonmodulator für digitale Breitbandverteilnetze, in Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 10, Informatik/Kommunikation, Nr. 617, Seiten 36-72).

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen I/Q-Modulator zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln ein Frequenzgang in der Seitenbandunterdrückung vermieden wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem I/Q-Modulator laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch den Einbau eines FIR-Filters (Finite impulse response-Filter) im I- und/oder Q-Zweig wird der in Fig. 1 gezeigte frequenzabhängige Phasenfehler ausgeglichen, wie dies das in Fig. 2 dargestellte Simulationsergebnis mit einem 3-Tap-FIR-Filter im Q-Zweig zeigt. Dieses FIR-Filter besitzt die vorteilhaften Eigenschaften, daß der Amplitudenfrequenzgang nicht beeinflußt wird, jedoch ein proportionales Ansteigen oder Abfallen der Phase mit der Frequenz eingestellt werden kann. Zum Ausgleich der Laufzeit des im einen Zweig angeordneten FIR-Filters ist es nur noch erforderlich, im anderen Zweig eine entsprechende Verzögerungseinrichtung anzuordnen. Bei einem erfindungsgemäßen Modulator wird nicht nur der Frequenzgang in der Seitenbandunterdrückung vermieden, sondern dieser kann auch sehr einfach und preiswert realisiert werden. Bei einer reinen Hardware-Realisierung ist nur ein einziges FIR-Filter erforderlich, im anderen Zweig genügt eine einfache und preiswerte Laufzeit- Verzögerungseinrichtung. Bei einer Realisierung des FIR- Filters als programmierbare Logikschaltung wird an Chipfläche gespart, die für andere Zwecke nutzbar ist. Bei einer Realisierung des FIR-Filters als Algorithmus in einem digitalen Signalprozessor wird durch die Verzögerungseinrichtung Ausführungszeit gespart, die wiederum für andere Funktionen nutzbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein DVB-Signal Amplitudenspektrum (Halbbandbelegung mit fehlerhafter Seitenbandunterdrückung).

Fig. 2 die Simulation eines DVB-Signal Amplitudenspektrums (Halbbandbelegung) eines erfindungsgemäßen I/Q-Modulators und

Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen I/Q- Modulators.

Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen I/Q-Modulators bestehend aus zwei analogen Amplituden- Modulatorstufen 1 und 2, die aus einem Trägeroszillator 3 jeweils mit 90° Phasenverschiebung mit der Trägerfrequenz angesteuert werden. Das digitale Inphase liegende I- Basisband-Signal wird im I-Zweig 4 über einen D/A-Wandler 5 (Digital/Analog-Wandler) und einer nachfolgenden analogen Filter- und Verstärker-Anordnung 6 der einen Modulationsstufe I zugeführt. Das um 90° gegenüber dem I- Basisbandsignal phasenverschobene Quadratur-Basisbandsignal wird im Q-Zweig 7 über einen D/A-Wandler 8 und einer nachfolgenden analogen Filter- und Verstärker-Anordnung 9 der zweiten Modulationsstufe 2 zugeführt. Im Q-Zweig 7 ist erfindungsgemäß vor dem D/A-Wandler zum digitalen Laufzeitausgleich ein FIR-Filter 10 angeordnet. Im gezeigten Beispiel ist im I-Zweig zum Ausgleich der Filterdurchlaufzeit eine Verzögerungseinrichtung 11 vorgesehen. Die beiden D/A-Wandler 5 und 8 und das FIR- Filter 10 sowie die Verzögerungsanordnung 11 werden über einen gemeinsamen Taktgenerator mit dem Taktsignal ClK angesteuert. Die in den beiden Modulatorstufen 1 und 2 in der Hochfrequenzlage entstehenden beiden I- und Q- Signalkomponenten werden in einer Addierstufe 12 zum Ausgangssignal RF addiert.

Eine unterschiedliche Laufzeit im I- und Q-Zweig erzeugt in dem modulierten Trägersignal RF eine konstante Phasenverschiebung zwischen I und Q, die der Grundlaufzeit bei der Frequenz 0 entspricht und die mit herkömmlichen Methoden, beispielsweise einer Phasenverschiebung der beiden Trägerschwingungen, ausgeglichen werden kann. Dieser konstanten Phasenverschiebung ist eine proportional zur Frequenz ansteigende oder abfallende Phasenverschiebung überlagert, durch die der in Fig. 1 dargestellte abfallende Verlauf der Seitenbandunterdrückung hervorgerufen wird. Dieser Fehler wird durch das zwischengeschaltete FIR-Filter 10 in einem der beiden Zweige 4 oder 7 ausgeglichen. Der andere Zweig enthält nur einen Ausgleich für die Filterdurchlaufzeit hervorgerufen durch die Anzahl der verwendeten Verzögerungsstufen im Filter. Anstelle der Verzögerungseinrichtung 11 könnte auch im zweiten Zweig ein weiteres FIR-Filter vorgesehen werden.

Ein für den erfindungsgemäßen Zweck geeignetes FIR-Filter besitzt folgende Filterstruktur:

F(z) = . . . -a₂ - a₁.z^-1 + 1.z^-2 + a₁.z^-3 + a₂.z^-4 + . . .

Die Phasenverschiebung des FIR-Filters ist nur in einem Frequenzbereich annähernd proportional zur Frequenz, der unterhalb der halben Abtastfrequenz der D/A-Wandler liegt. Das Verhältnis von maximaler Signalfrequenz der I- und Q- Basibandsignale zur halben Abtastfrequenz der D/A-Wandler bestimmt außerdem die Anzahl der Filterkoeffizienten, die für das FIR-Filter benötigt werden. Ab einem Faktor 1 : 5 genügen drei Filterkoeffizienten für die Realisierung des Filters. Wenn die Koeffizienten außerdem in einem Bereich von ±0,5 liegen, so kann sowohl ein über die Frequenz ansteigender bzw. über der Frequenz abfallender Phasengang erzeugt werden, der im Bereich der Signalfrequenzen weitgehend proportional zur Frequenz ist. Bei der Frequenz 0 entsteht keine Beeinflussung.

Das FIR-Filter kann auf verschiedenartige Weise realisiert werden, beispielsweise als Hardware-Filter in einem gesonderten Baustein, der vor dem D/A-Wandler in die Schaltung eingefügt wird. Auch eine Realisierung innerhalb einer programmierbaren Logikschaltung, die für andere Zwecke bereits im I/Q-Modulator beispielsweise für die Signalaufbereitung vorgesehen ist, kann für die Realisierung des FIR-Filters 10 benutzt werden; ebenso ein im I/Q- Modulator sowieso vorgesehener digitaler Signalprozessor, der mit einem entsprechenden Berechnungsalgorithmus für das FIR-Filter ausgestattet wird.

Claims

1. I/Q-Modulator zur Einseitenband- und/oder Restseitenband-Modulation, bei dem die digitalen I- und Q- Signale in getrennten I- und Q-Zweigen (4, 7) jeweils über Digital/Analog-Wandler (5, 8) den Modulationsstufen (1, 2) zugeführt und dort mit in Quadratur zueinander stehenden Trägersignalen auf einen Hochfrequenzträger aufmoduliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Zweige (7) vor dem zugehörigen Digital/Analog-Wandler (8) ein digitales FIR-Filter (10) angeordnet ist, dessen Phasenfrequenzgang so gewählt ist, daß ein störender Frequenzgang der Seitenbandunterdrückung kompensiert wird, und im anderen Zweig (4) eine die Filterlaufzeit ausgleichende Verzögerungseinrichtung (11) angeordnet ist.

2. I/Q-Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischengeschaltete FIR-Filter (10) so einstellbar ist, daß die Phase proportional mit der Frequenz ansteigt oder abfällt.

3. I/Q-Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das FIR-Filter (10) als Hardware-Filter realisiert ist.

4. I/Q-Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das FIR-Filter (10) als programmierbare Logikschaltung realisiert ist.

5. I/Q-Modulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das FIR-Filter (10) als Algorithmus in einem digitalen Signalprozessor realisiert ist.