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Die
Erfindung betrifft eine Demodulationsanordnung für ein Funksignal.
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In
Empfängersystemen
für Funksignale
mit digitalem Inhalt werden die empfangenen Signale mit Hilfe eines
I/Q-Mischers in ihre komplexen Bestandteile zerlegt, auf eine Zwischenfrequenz
umgesetzt und die Bestandteile dann einer Demodulatoreinheit zur
Umwandlung in ein demoduliertes Signal zugeführt. Das demodulierte Signal
wird in verschiedenen Schaltungen weiter verarbeitet und schließlich einer Schaltung
zugeführt,
die es in einen binären
logischen Zustand umwandelt.
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In
einer Ausführung
eines FSK-Empfängers ist
die Demodulatoreinheit als Quadrikorrelator ausgebildet. Diese erzeugt
abhängig
von den eingangsseitig angelegten komplexen I- und Q-Signalen eine Pulsfolge
mit bezüglich
einer Referenz positiven oder negativen Pulsamplituden. Mehrere
dieser Pulse werden in einem Analog- oder Digitalfilter gemittelt, und
das gemittelte Signal wird einer Auswerteeinheit zugeführt.
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Innerhalb
des Quadrikorrelators sind an der Bildung der Pulse verschiedene
Schaltungsblöcke beteiligt.
Aufgrund von Bauteilstreuungen und Missmatch sind die einzelnen
Schaltungsblöcke
nicht ideal aufeinander abgestimmt. Dies führt am Ausgang des Quadrikorrelators
zu Pulsen, die keine einheitliche Form besitzen und beispielsweise
unterschiedliche große
Amplituden oder unterschiedlichen Null-Punkt aufweisen. Da der Missmatch
zwischen den einzelnen Schaltungsblöcken innerhalb des Quadrikorrelators
konstant ist, wiederholt sich die uneinheitliche Form der Pulse
sowie die Amplitudenmodulation der Pulse in periodischen Abständen. Daraus
entstehen im Spektrum diskrete Anteile mit niedrigen Frequenzen,
die das Nutzsignal stören
können. Diese
Störung
wird an einem erhöh ten
Jitter im demodulierten Signal sichtbar und verursacht Fehler bei
der nachfolgenden Signalverarbeitung.
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Der
Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Demodulationsanordnung
mit geringen Störungen
des demodulierten Aus- gangssignals vorzusehen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine
Demodulationsanordnung für
ein Funksignal umfaßt
einen I/Q-Mischer mit einem Eingang und einem Zwischenfrequenzausgang
mit zwei Abgriffen, der zur Umsetzung eines eingangsseitig angelegten
Signals mit einer ersten Frequenz in eine reelle und in eine imaginäre Komponente
mit einer zweiten Frequenz ausgebildet ist. Ein Abgriff des Zwischenfrequenzausgangs
ist zum Bereitstellen der reellen Komponente und der andere Abgriff
zum Bereitstellen der imaginären
Komponente ausgebildet. Die Demodulationsanordnung umfaßt weiterhin
eine Begrenzungsschaltung mit zwei Eingangsanschlüssen, die
mit den Abgriffen des Zwischenfrequenzausgangs verbunden sind. Die
Begrenzungsschaltung ist zur Begrenzung der Amplitude eingangsseitig
angelegter Signale und zum Abgriff ausgangsseitig amplitudenbegrenzter
Signale ausgebildet. Die Demodulationsanordnung umfaßt eine
Demodulatorschaltung, die einen Ausgang und zwei Eingänge aufweist, die
mit den Ausgängen
der Begrenzungsschaltung verbunden sind, wobei die Demodulatorschaltung
zur Umwandlung eingangsseitig angelegter Signale in ein demoduliertes
Signal ausgebildet ist. Das demodulierte Signal ist als Folge von
Pulsen am Ausgang der Demodulatorschaltung abgreifbar.
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Erfindungsgemäß umfaßt die Demodulationsanordnung
eine Pulsformerschaltung mit einem Ausgang und mit einem Eingang,
der mit dem Ausgang der Demodulatorschaltung gekoppelt ist, wobei die
Pulsformerschaltung zur Umsetzung von Eingangspulsen mit Pulsamplituden
größer als
ein erster Schwellwert auf Aus gangspulse mit einer vorbestimmten
ersten Amplitude ausgebildet ist.
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Mit
dieser Anordnung wird in einfacher Weise ein demoduliertes Signal
als Pulsfolge mit immer gleicher Amplitude erzeugt. Eine Amplitudenmodulation
der Pulse und damit störende
diskrete Frequenzanteile im Spektrum des Ausgangssignals werden dadurch
reduziert.
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Die
Demodulatorschaltung der Demodulationsanordnung kann als ein Quadrikorrelator
ausgebildet sein. Aufgrund der Schaltungselemente innerhalb des
Quadrikorrelators werden Pulse erzeugt, die wegen des Missmatches
eine unterschiedliche Amplitude aufweisen und damit zu Störungen führen. Durch
das Vorsehen einer Pulsformerschaltung am Ausgang des Quadrikorrelators
wird erreicht, daß die Demodulationsanordnung
zur Abgabe eines demodulierten Signals als Folge von Pulsen mit
gleicher Amplitude ausgebildet ist.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung
ist die Ausgestaltung der Pulsformerschaltung zur Umsetzung von
Eingangspulsen mit Pulsamplitude kleiner als ein zweiter Schwellwert
auf Ausgangspulse mit einer vorbestimmten zweiten Amplitude. Wenn
die der Pulsformerschaltung vorgeschaltete Demodulatorschaltung
Pulse unterschiedlicher Orientierung bezüglich einer Referenz erzeugt,
ermöglicht
dies eine Umsetzung von Pulsen verschiedener Orientierung mit unterschiedlichen
Amplituden auf Pulse verschiedener Orientierung mit gleicher Amplitude.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Eingang der Pulsformerschaltung
mit einem Stromquelle und einem Widerstand gekoppelt, wobei der andere
Anschluß des
Widerstandes mit einem Bezugspotential verbunden ist. Dadurch wird
der Eingang der Pulsformerschaltung auf einen Gleichspannungsarbeitspunkt
gelegt. Am Eingang der Pulsformerschaltung anliegende Pulse erzeugen
somit Spannungssignale, die oberhalb bzw. unterhalb des Gleichspannungsarbeitspunktes
liegen.
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In
einer Ausgestaltung der Anordnung weist die Pulsformerschaltung
einen ersten und einen zweiten Differenzverstärker mit jeweils einem ersten und
einem zweiten Eingang auf. Der erste Eingang des ersten Differenzverstärkers und
der zweite Eingang des zweiten Differenzverstärkers sind mit dem Eingang
der Pulsformerschaltung gekoppelt und die jeweils anderen Eingänge der
Differenzverstärker sind
mit jeweils einer Referenzsignalquelle verbunden. Die Amplitude
der jeweiligen Referenzsignalquelle bildet dabei den ersten bzw.
den zweiten Schwellwert. In diesem Zusammenhang wird in einer Weiterbildung
jeweils eine Referenzquelle durch eine Stromquelle und einem mit
der Stromquelle verbundenen Widerstand gebildet, wobei der andere
Anschluß des
Widerstandes mit einem Bezugspotential gekoppelt ist. Vorzugsweise
ist das Bezugspotential die Masse. Zwischen dem Widerstand und dem Stromspiegel
ist eine Verbindung zu dem Eingang des Differenzverstärkers vorgesehen.
Der so erzeugte Schwellwert ist eine Gleichspannung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind die Ausgänge der beiden Differenzverstärker miteinander sowie
mit einer Stromquelle und einem Widerstand gekoppelt. Die andere
Seite des Widerstandes ist mit einem Bezugspotential verbunden und
die Kopplung zwischen den Ausgängen
der Differenzverstärker
der Stromquelle und dem Widerstand bildet den Ausgang der Pulsformerschaltung.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im Detail erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Ausgestaltung der
Erfindung,
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2 eine Ausgestaltung einer
Pulsformerschaltung,
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3 ein Diagramm mit dem zeitlichen
Verlauf von Pulsen an verschiedenen Abgriffen der Pulsformerschaltung.
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1 zeigt eine Demodulationsanordnung für ein Funksignal.
Eine Antenne AN ist mit einem Verstärker LNA gekoppelt, der seinerseits
mit den Eingängen
eines I/Q-Mischers IQ verbunden ist. Der I/Q-Mischer IQ weist zwei
Mischer auf, die jeweils einen Signaleingang, einen Signalausgang
sowie einen Lokaloszillatoreingang besitzen. Am Lokaloszillatoreingang
des einen Mischers liegt ein Lokaloszillatorsignal LO an. Am Lokaloszillatoreingang
des anderen Mischers liegt ein Lokaloszillatorsignal LO an, das
gegenüber
dem Lokaloszillatorsignal des ersten Mischers eine um 90 Grad versetzte
Phase aufweist. Beide Mischer setzen ein Eingangssignal auf ein Ausgangssignal
mit einer Zwischenfrequenz um. Der I/Q mischer zerlegt das Eingangssignal
in seine komplexen Komponenten und gibt diese als Signale mit einer
Zwischenfrequenz aus. Die Zwischenfrequenzausgänge des I/Q-Mischers sind mit
einem Kanalfilter CF, das als Tiefpaßfilter ausgebildet ist, verbunden.
Die Ausgänge
der Kanalfilter CF sind mit den Anschlüssen einer Begrenzungsschaltung
L verbunden.
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Die
Ausgänge
der Begrenzungsschaltung L führen
zu den Signaleingängen
der Demodulatorschaltung QC. Der Ausgang A ist mit dem Eingang PFE
einer Pulsformerschaltung PF gekoppelt. Der Ausgang PFA der Pulsformerschaltung
PF ist mit einem Digitalfilter DF verbunden, an dessen Ausgang ein
Signal zur weiteren Signalverarbeitung abgreifbar ist.
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Ein
an der Antenne empfangenes und durch die Verstärkungseinrichtung LNA verstärktes Signal wird
in dem I/Q-Mischer in seine komplexen Bestandteile zerlegt und auf
eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Am Zwischenfrequenzausgang I des I/Q-Mischer IQ ist die
reelle Komponente des umgesetzten Eingangssignals abgreifbar, am
Zwischenfrequenzausgang Q die imaginäre Komponente. Beide, an den
Ausgängen
des I/Q-Demodulators
abgreifbare Signale werden durch die Kanalfilter CF gefiltert, und
höherwertige
Frequenzanteile, die durch den Mischvorgang entstehen, dadurch unterdrückt. In
der Begren zungsschaltung L werden eingangsseitig angelegte Signale
in ihrer Amplitude begrenzt, so daß nachfolgende Schaltungen
nicht übersteuert
werden. Die Begrenzungsschaltung läßt Signale mit geringerer Amplitude
als einen Grenzwert unverändert
durch und begrenzt nur Signale mit größerer Amplitude auf diesen
Grenzwert. Die so amplitudenbegrenzten Signale I und Q sind die
Eingangssignale für
den Quadrikorrelator QC, der sie demoduliert und am Ausgang als
Folge von Pulsen abgibt.
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Das
demodulierte, als Folge von Pulsen vorliegende Ausgangssignal des
Quadrikorrelators QC wird der Pulsformerschaltung PF zugeführt. Diese formt
aus den Eingangspulsen Pulse gleicher Amplitude und gibt sie am
Ausgang PFA aus. Das Ausgangssignal wird in einem Filter DF erneut
gefiltert und weiterverarbeitet.
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Einen
Ausschnitt einer Ausgestaltungsform der Pulsformerschaltung PF zeigt 2. Der Eingang PFE, der
mit dem Ausgang A des Quadrikorrelators QC verbunden ist, ist weiterhin
mit einer Stromquelle Idc sowie einem Widerstand R gekoppelt. Die andere
Seite des Widerstandes R ist mit einem Bezugspotential verbunden.
Der Eingang PFE ist mit zwei Differenzverstärkern OTA1 und OTA2 verbunden,
die als Transkonduktanzverstärker
ausgebildet sind. Die beiden Transkondukdanzverstärker weisen jeweils
einen ersten Eingang "+" und einen zweiten Eingang "–" auf. Der Eingang PFE der Pulsformerschaltung
PF ist mit dem ersten Eingang "+" des Transkonduktanzverstärkers OTA1
und mit dem zweiten Eingang "–" des Transkonduktanzverstärkers OTA2
verbunden.
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Der
zweite Eingang "–" des ersten Transkonduktanzverstärkers OTA1
ist mit einer Stromquelle Idc1 sowie einem Widerstand R1 gekoppelt,
dessen anderer Anschluß mit
einem Bezugspotential verbunden ist. Der erste Eingang "+" des zweiten Verstärkers OTA2 ist seinerseits
mit einer Stromquelle Idc2 und einem Widerstand R2 gekoppelt. Die
beiden Ausgänge
der Transkonduk danzverstärker
OTA1 und OTA2 sind miteinander sowie mit der Stromquelle Idc und
einem weiteren Widerstand R verbunden, und bilden den Ausgang PFA
der Pulsformerschaltung PF. Die andere Seite dieses Widerstandes
R ist mit dem Bezugspotential gekoppelt.
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Die
Widerstände
R, R1 und R2 sind so gewählt,
daß der
Wert des Widerstands R1 um ein Viertel größer als der Wert des Widerstands
R und der Wert des Widerstands R2 um ein Viertel kleiner als der
Wert des Widerstands R ist.
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Die
Strompulse, die der Quadrikorrelator QC an seinem Ausgang A in der 2 abgibt, sind in der ersten
Teilzeichnung 3A der 3 zu
sehen. Durch den Missmatch in den verschiedenen Schaltungsblöcken des
Quadrikorrelators besitzen die am Ausgang A abgegebenen Strompulse
verschiedene Amplituden, und auch der Null-Punkt des Signals schwankt über die
Zeit.
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Die
Stromquelle Idc und der Widerstand R erzeugen eine Gleichspannung
Udc, die einen Arbeitspunkt darstellt und auch dann an den Eingängen der
Transkonduktanzverstärker
anliegt, wenn der Quadrikorrelator keinen Strompuls abgibt. Vom
Quadrikorrelator QC erzeugte Strompulse werden am Eingang PFE des
Quadrikorrelators durch den Widerstand R und durch die Stromquelle
Idc in Spannungspulse UIN umgesetzt und
dem ersten Eingang "+" des ersten Verstärkers OTA1
und dem zweiten Eingang "–" des zweiten Verstärkers OTA2
zugeführt. Der
zeitliche Verlauf der Spannungspulse UIN bezüglich der
Spannungsreferenz Udc ist in der mittleren Teilzeichnung 3B der 3 zu erkennen.
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Die
Aufgabe der Verstärker
OTA1 und OTA2 besteht in dem Vergleich der anliegenden Spannungspulse
UIN mit einer jeweils festen DC-Spannung.
Die erste Spannung Uu wird durch die Stromquelle Idc1 und den Widerstand
R1 generiert und dem zweiten Eingang "–" des ersten Transkonduktanzverstärkers OTA1
zugeführt.
Die zweite Spannung Ud, welche am ersten Ein gang des zweiten Verstärkers OTA2
anliegt, ist durch die Stromquelle Idc2 und den Widerstand R2 vorgegeben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
liefern alle Stromquellen Idc, Idc1 und Idc2 die gleiche Stromstärke. Somit
ist das Verhältnis
der festen DC-Spannungen Uu und Ud vom Gleichspannungsarbeitspunkt
Udc, der durch die Stromquelle Idc und den Widerstand R bestimmt
ist, nur von den Verhältnissen
zwischen R, R1 und R2 abhängig.
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Der
Wert des Widerstands R1 ist in diesem Ausführungsbeispiel um 25% größer als
der Wert des Widerstands R. Dies erzeugt eine Gleichspannung Uu,
die um 25% größer als
die den DC-Arbeitspunkt bildende
Spannung Udc ist, welches sich aus dem Strom der Stromquelle Idc
und dem Widerstand R ergibt. Der Wert des Widerstands R2 ist so
gewählt, daß sich die
daraus ergebende Spannung Ud 25% kleiner als die Spannung Udc ist.
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Ausgangsseitig
wird mittels eines Widerstandes R und der Stromquelle Idc eine Gleichspannung und
somit ein ausgangsseitiger Arbeitspunkt erzeugt. Die Ausgänge der
Verstärker
OTA1 und OTA2 generieren Strompulse, die an dem Widerstand R in
Spannungspulse umgesetzt werden und am Ausgang PFA abgreifbar sind.
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Der
erste Verstärker
OTA1 erzeugt bei eingangsseitig anliegenden Pulsen, deren Amplituden oberhalb
der ersten Spannung Uu liegen, Strompulse mit jeweils gleicher Amplitude
und gleichem Null-Punkt. Pulse mit einer Amplitude unterhalb des DC-Arbeitspunktes
Udc werden von dem ersten Transkonduktanzverstärker OTA1 unterdrückt. Negative
Pulse, deren Amplitude unterhalb des zweiten Potentials Ud liegt,
werden von dem zweiten Verstärker
OTA2 in Pulse negativer Amplitude umgesetzt. Die beiden Verstärker sind
so eingestellt, daß der Spannungshub
bei beiden Pulsen gleich groß ist.
Die Pulse besitzen somit die gleiche Amplitude.
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Die
Strompulse am Ausgang der Verstärker werden
durch den Widerstand R in Spannungspulse gewandelt. Der Null-Punkt
ist für
Pulse mit positiver wie auch negativer Amplitude gleich und ergibt
sich aus der Gleichspannung am Ausgang PFA. Somit ergibt sich am
Ausgang PFA der Pulsformerschaltung PF eine Folge von Pulsen jeweils
gleicher Höhe
und gleichem Null-Punkt.
Eine solche Pulsfolge ist in der letzten Teilzeichnung der 3 gezeigt. Die einheitliche
Form der Pulse reduziert störende
Frequenzanteile und Jitter im Datensignal. Die Höhe der Ausgangsamplitude läßt sich
dabei durch das Ausgangssignal der Transkonduktanzverstärker direkt
einstellen.
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- AN
- Antenne
- LNA
- Verstärker
- IQ
- I/Q-Mischer
- I,
Q
- Zwischenfrequenzausgänge
- LO
- Lokaloszillatoreingang
- CF
- Kanalfilter
- L
- Begrenzungsschaltung
- QC
- Quadrikorrelator
- A,
PFA
- Ausgang
- PFE
- Eingang
- PF
- Pulsformerschaltung
- DF
- Filter
- Idc,
Idc1, Idc2
- Stromquellen
- R,
R1, R2
- Widerstände
- Udc
- DC-Arbeitspunkt,
Spannung
- Uu,
Ud
- DC-Spannungen
- "+", –
- Eingänge
- OTA1,
OTA2
- Transkonduktanzverstärker
- t
- Zeit