DE19513080C1 - Demodulator für orthogonal modulierte Trägersignale - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator für orthogonal modulierte Trägersignale, der eine Phasenregel­ schleife zur Trägerrückgewinnung aufweist, mit einem Phasen­ diskriminator, der die Phasenablage zwischen einem empfange­ nen modulierten Trägersignal und einer im Demodulator er­ zeugten Referenzfrequenz ermittelt, welche Phasenablage als Regelgröße zum Nachführen der Referenzfrequenz auf die Fre­ quenz des Trägersignals dient. Ein derartiger Demodulator ist aus EP 0 108 358 B1 bekannt.

Demodulatoren für orthogonal modulierte Trägersignale - z. B. 4PSK, 16QAM, 32QAM . . . Signale - besitzen üblicherweise zwei Detektoren, welche ein Eingangssignal mit einem Referenzträ­ ger multiplizieren, der beiden Detektoren mit einer gegen­ seitigen Phasenablage von 90 Grad zugeführt wird. An ihren Ausgängen liefern die beiden Detektoren ein Inphase-Signal und ein Quadratur-Signal. Um die Fehlerrate der Ausgangs­ signale möglichst gering zu halten, muß der Referenzträger dem empfangenen orthogonal modulierten Trägersignal mit ho­ her Genauigkeit nachgeführt werden. Wie auch aus EP 0 108 358 B1 bekannt, wird für die Trägerrückgewinnung eine Phasenregelschleife eingesetzt. Diese Phasenregel­ schleife enthält einen Phasendiskriminator, der die Phasenablage zwischen dem empfangenen modulierten Trägersignal und dem Referenzträger ermittelt. In Abhängigkeit von dem Eingangssignal überlagerten Rauschen oder Störsignalen verändert der Phasendiskriminator seine Kennliniensteilheit, wodurch sich die Bandbreite der Phasenregelschleife verringert. Dadurch verschlechtert sich das Führungsverhalten der Regelschleife.

An der DE 35 24 145 C2 ist eine Trägerrückgewinnungsschaltung für PSK-Signale bekannt, welche ebenfalls eine Phasenregelschleife mit einem Phasendiskriminator und einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) aufweist. Aus der im Ausgangssignal des Demodulators detektierten Bit-Fehlerrate wird ein Korrektursignal gebildet, das dem Eingangssignal des VCO additiv überlagert wird, um einen breiten Frequenz-Einfangbereich des VCO zu erzielen und die Frequenz des erzeugten Trägersignals zu stabilisieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator der eingangs genannten Art anzugeben, der unbeeinflußt von dem Eingangssignal überlagerten Rauschen oder Störsignalen den Referenzträger mit möglichst hoher Genauigkeit auf den Träger des Eingangssignals nachführt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, indem nämlich die Phasenregelschleife ein Stellglied enthält, das, gesteuert von einem aus den Demodulatorausgangssignalen abgeleiteten Fehlersignal, eine Abnahme der Kennliniensteilheit des Phasendiskriminators mit zunehmender Fehlerrate kompensiert. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Vorteile der Erfindung

Verschlechterungen der Kennliniensteilheit des Phasendiskriminators werden gemäß der Erfindung mit geringem Schaltungsaufwand kompensiert. Es ist lediglich ein in die Regelschleife eingefügtes Stellglied erforderlich, dessen Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Fehlerrate der Demodulator-Ausgangssignale gesteuert wird. Als Stellglieder können steuerbare Verstärker, Dämpfungsglieder oder Spannungsteiler verwendet werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird nachstehend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Demodulators, Fig. 2 zwei Kennlinien eines Phasendiskriminators, Fig. 3 zwei Modulationsschemata bei 4PSK-Modulation und Fig. 4 Übertragungsfunktionen der Phasenregelschleife des Demodula­ tors.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Der in der Fig. 1 dargestellte Demodulator für orthogonal modulierte Trägersignale, besitzt zwei Detektoren DI und DQ, denen zu gleichen Teilen ein empfangenes Eingangssignal S zugeführt wird. Dieses Eingangssignal S wird in den beiden Demodulatoren DI und DQ mit einem Referenzträger multipli­ ziert, den ein spannungsgesteuerter Oszillator VCO den De­ tektoren zuführt. Damit die beiden Detektoren DI und DQ den Referenzträger mit einer gegenseitigen Phasenablage von 90 Grad erhalten, sind zwischen dem spannungsgesteuerten Oszil­ lator VCO und dem jeweiligen Detektor DI bzw. DQ jeweils ein Phasenschieber PI bzw. PQ geschaltet, von denen der eine ei­ ne Phasenablage von plus 45 Grad und der andere eine Phasen­ ablage von minus 45 Grad erzeugt. Der Ausgang eines jeden Detektors DI und DQ ist mit einem Analog/Digital-Umsetzer ADI und ADQ beschaltet. Die aus den Detektoren DI und DQ hervorgehenden Signalkomponenten, ein Inphase-Signal I und ein Quadratur-Signal Q, liegen somit in digitalisierter Form vor. Eine anschließende Fehlerkorrekturschaltung FK ermit­ telt die Fehlerrate aus dem Inphase- und dem Quadra­ tur-Signal I und Q, führt Fehlerkorrekturen durch und lie­ fert an seinen Ausgängen korrigierte Signale I′ und Q′. Als Fehlerkorrekturschaltung FK kann beispielsweise eine FEC-Schaltung (Vorwärts-Fehlerkorrektur) eingesetzt werden.

Aber auch andere bekannte Arten von Fehlererkennungs- und -korrekturschaltungen können hier verwendet werden.

Für die Nachführung des vom spannungsgesteuerten Oszillator VCO erzeugten Referenzträgers auf den Träger des Eingangs­ signals S ist eine Phasenregelschleife vorgesehen, die gemäß dem Stand der Technik einen Phasendiskriminator PD und ein Schleifenfilter RG aufweist. Der Phasendiskriminator PD er­ mittelt aus dem Inphase-Signal I und dem Quadratur-Signal Q die Phasenablage gegenüber dem vom spannungsgesteuerten Oszillator VCO erzeugten Referenzträger RT. Der Phasendis­ kriminator PD erzeugt eine Steuerspannung für den spannungs­ gesteuerten Oszillator VCO, deren Größe von der besagten Phasenablage abhängt.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, hat die mit a bezeichnete Kennlinie (U = Steuerspannung, Δϕ = Phasenablage) des Phasen­ diskriminators PD in der Umgebung des Arbeitspunktes einen sprunghaften Verlauf, wenn man von dem Idealzustand ausgeht, daß das Empfangssignal S nicht von Rauschen oder Störsigna­ len überlagert ist. Je stärker das Empfangssignal S gestört ist, desto flacher wird der Verlauf der Kennlinie b des Pha­ sendiskriminators PD. Die Fig. 3 zeigt am Beispiel eines 4PSK modulierten Trägersignals ein Modulationsschema a für ein ungestörtes Empfangssignal S und ein Modulationsschema b für ein gestörtes Empfangssignal S. Der flachere Verlauf der Kennlinie eines Phasendiskriminators stellt sich deshalb ein, weil sein Ausgangssignal von der Summe aus Stör- und Nutzsignal abhängt und mit steigender statistisch verteilter Störsignalamplitude das Nutzsingal immer weniger stark in der Summe dominiert. Betrachtet man die Übertragungsfunktion S (ω) des Phasenregelkreises, so stellt man fest, daß die Schleifenbandbreite mit Abnahme der Kennliniensteilheit des Phasendiskriminators geringer wird, denn die Schleifenband­ breite ist proportional der Wurzel aus der Kennliniensteil­ heit. Der Verlauf b der Übertragungsfunktion S (co) resul­ tiert aus dem flacheren Verlauf b der Kennlinie des Phasen­ diskriminators, und der breitbandigere Verlauf a der Über­ tragungsfunktion S (ω) stellt sich bei dem sehr steilen Kennlinienverlauf a des Phasendiskriminators ein. Dieser un­ erwünschte Effekt der Bandbreitenreduzierung der Regel­ schleife in Abhängigkeit von der Kennliniensteilheit des Phasendiskriminators PD kann auf folgende Weise kompensiert werden. In die Regelschleife ist ein Stellglied SG einge­ setzt. Dieses Stellglied SG wird von einem von der Fehler­ korrekturschaltung FK abgegebenen Signal FI gesteuert, das proportional zu der von der Fehlerkorrekturschaltung FK er­ mittelten Fehlerrate in den Ausgangssignalen des Demodula­ tors ist. Das Stellglied SG kann ein steuerbarer Verstärker oder ein steuerbares Dämpfungsglied oder im einfachsten Fall ein steuerbarer Spannungsteiler sein. Die Steuerung des Stellgliedes erfolgt so, daß mit zunehmender Fehlerrate das Übertragungsmaß des Stellgliedes ansteigt, so daß die Steu­ erspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator VCO zu­ nimmt. Das Steuersignal für das Stellglied (SG) kann einen kontinuierlichen oder einen gestuften Verlauf haben.

Um störende Schwankungen des Steuersignals FI für das Stell­ glied SG zu unterdrücken, ist es zweckmäßig, das Signal FI über ein Tiefpaßfilter TP, z. B. ein RC-Glied, zu führen. Ein dem Stellglied SG vorgeschalteter Begrenzer BG sorgt dafür, daß das Stellglied SG nicht eine die Diskriminator-Kennlinie überkompensierende Spannung erzeugt.

Claims (8)

1. Demodulator für orthogonal modulierte Trägersignale, der eine Phasenregelschleife zur Trägerrückgewinnung aufweist, mit einem Phasendiskriminator, der die Phasenablage zwischen einem empfangenen modulierten Trägersignal und einer im De­ modulator erzeugten Referenzfrequenz ermittelt, welche Pha­ senablage als Regelgröße zum Nachführen der Referenzfrequenz auf die Frequenz des Trägersignals dient, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Phasenregelschleife ein Stellglied (SG) enthält, das, gesteuert von einem aus den Demodula­ tor-Ausgangssignalen (I, Q) abgeleiteten Fehlersignal (FI), eine Abnahme der Kennliniensteilheit des Phasendiskrimina­ tors (PD) mit zunehmender Fehlerrate kompensiert.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (SG) ein steuerbarer Verstärker ist.

3. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (SG) ein steuerbares Dämpfungsglied ist.

4. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Stellgliedes (SG) kontinuierlich erfolgt.

5. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Stellgliedes (SG) gestuft erfolgt.

6. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (FI) dem Stellglied (SG) über einen Tiefpaß (TP) zugeführt ist.

7. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (FI) über einen Begrenzer (BG) dem Stell­ glied (SG) zugeführt ist.

8. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine FEC-Schaltung (Vorwärts-Fehlerkorrektur) das Fehler­ signal (FI) generiert.