DE19827029A1

DE19827029A1 - Demodulation durch Phasenverschiebung eines Lokaloszillators

Info

Publication number: DE19827029A1
Application number: DE1998127029
Authority: DE
Inventors: Uwe Sydon
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 1999-12-30
Also published as: WO1999066687A1

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Demodulator zur Demodulation eines digital modulierten HF-Signals vorgesehen. Der Demodulator weist dabei einen Mischer (2) auf, dem ein zu demodulierendes Signal (S1) sowie ein zweites Signal (S2) von einem Lokaloszillator (3) zugeführt werden. Ein Teiler (19) teilt das Ausgangssignal des Mischers (2) in einen ersten und einen zweiten Zweig, wobei eine Verzögerungseinheit (6) die beiden Zweige gegeneinander um eine vorbestimmte Phase (beispielsweise 90 DEG ) verzögert. Eine Auswerteeinheit (7) ermittelt auf der Grundlage des verzögerten und des nicht verzögerten Zweigs des Ausgangssignals des Mischers (2) die Lage eines Signalvektors, der einer Modulation entspricht. Dabei wird die Phase des zweiten Signals (S2) von dem Lokaloszillator (3) in vorbestimmten Abständen um einen vorbestimmten Wert verändert. Beispielsweise kann die Phase des zweiten Signals von dem Lokaloszillator (3) nach jedem empfangenen Bit um einen Wert verändert werden, der der Drehung des Signalvektors aufgrund der Modulation entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Demodulator, ein Verfahren zur Demodulation eines digital modulierten HF- Signals sowie auf ein Mobilfunkgerät, das einen solchen Demo dulator aufweist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Ge biet der Modulation digital modulierter HF-Signale. Ein Bei spiel einer solchen Modulation ist beispielsweise die Phasen umtastung (PSK, Phase Shift Keying), bei der die zu übertra gende Information in den Phasenwechsel einer hochfrequenten Trägerspannung gelegt wird. Bei PSK mit Bezugsphase bezieht sich der Phasenwechsel auf die nicht modulierte Trägerspan nung. Beim Differenz-PSK bezieht sich der Phasenwechsel auf den dem Wechsel vorhergehenden Zustand. Bei dieser Differenz phasenumtastung wird die Phasendifferenz zwischen den aufein anderfolgenden Zuständen zugrunde gelegt. Deshalb wird der Phasenzustand des Bits mit dem Zustand des vorher empfangenen Bits verglichen. Sendeseitig tastet ein Puls, dessen Frequenz so groß ist wie die Übertragungsrate, die Datenbits ab.

Zur Demodulation beispielsweise einer Zweiphasenumtastung (2- PSK) erfolgt beim Empfänger die Demodulation beispielsweise durch einen Multiplizierer bzw. Ringmodulator. Dieser kann mit einer Rechteck-Wechselspannung angesteuert werden, die an Frequenz so groß ist wie die Trägerfrequenz des Senders. Da bei wird der Multiplizierer bzw. Ringmodulator des Empfängers synchron zum Multiplizierer bzw. Ringmodulator angesteuert.

Die sogenannten limitierenden homodynen Empfänger weisen den Nachteil auf, daß sie für Systeme mit hohen Datenraten nicht geeignet sind, da die Drehung des Signalvektors entsprechend der Modulation in der komplexen Signalebene nicht sicher aus reicht, um eine Überschreitung der Achsen und damit eine ein deutige Erfassung des Signals zu gewährleisten.

Eine Ablösung zur Abhilfe dieses Problems stellt der soge nannte Mehrachsendemodulator dar, der in Fig. 2 dargestellt ist. Bei einem Mehrachsendemodulator werden aus den Signalen die I (Inphasenanteil) und Q (Quadraturphasenanteil) des de modulierten Signals durch Verknüpfung zusätzlicher Achsen ge neriert, so daß eine Drehung des Signalvektors entsprechend einer Modulation detektiert werden kann. Wie in Fig. 2 er sichtlich, wird ein empfangenes zu demodulierendes HF-Signal von einer Antenne 1 in zwei Zweige aufgeteilt, wobei ein Zweig bezüglich des anderen um 90° verzögert (6) wird. Somit werden in bekannter Weise der I-Anteil und der Q-Anteil des modulierten Signals bereitgestellt. Nunmehr erfolgen Verknüp fungen (8, 9, 10) der I- und Q-Bestandteile, um somit mehrere Achsen zu schaffen. Die Ausgangssignale der Verknüpfung (8, 9, 10) werden mit einem Ausgangssignal eines Lokaloszillators (14) vermischt (11, 12, 13). Danach werden die herunterge mischten Signale, d. h. die Ausgangssignale der Mischer 11, 12, 13 Begrenzern (Limitern) 15, 16, 17 zugeführt, und das Ausgangssignal der Begrenzer 15, 16, 17 wird jeweils einer Auswerteeinheit 18 zur Erfassung der Drehung des Signalvek tors entsprechend der Modulation zugeführt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat ein Mehrachsendemodulator den Nachteil, daß es zu seiner Implementierung eines hohen Aufwands bedarf, da beispielsweise für jede Achse eine entsprechende Limiterstufe und ein Mischer benötigt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Demodu lationstechnik bereitzustellen, bei der die Demodulationsge nauigkeit mit der eines Mehrachsendemodulators vergleichbar ist und gleichzeitig der Implementierungsaufwand verringert werden kann.

Die grundlegende Idee gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist es dabei, während der Demodulation durch die Phase eines Lokaloszillators zu ver stellen.

Genauer gesagt wird die oben genannte Aufgabe durch die Merk male der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Erfindungsgemäß ist also ein Demodulator zur Demodulation di gitaler modulierter HF-Signale vorgesehen. Der Demodulator weist dabei einen Mischer auf, dem ein zu demodulierendes Si gnal sowie ein zweites Signal von einem Lokaloszillator zuge führt werden. Ein Teiler teilt das Ausgangssignal des Mi schers in einen ersten und einen zweiten Zweig. Eine Verzöge rungseinheit verzögert einen des ersten und des zweiten Zweigs um eine vorbestimmte Phase, beispielsweise um 90°. Ei ne Auswerteeinheit ermittelt dann auf Grundlage des verzöger ten und des nicht verzögerten Zweigs des Ausgangssignals des Mischers die Lage eines Signalvektors, der einer Modulation entspricht. Die Phase des zweiten Signals von dem Lokaloszil lator wird gemäß der Erfindung in vorbestimmten Abschnitten um einen vorbestimmten Wert verändert.

Die Phase des zweiten Signals von dem Lokaloszillator kann beispielsweise nach jedem empfangenen Bit verändert werden.

Die Phase kann jeweils um einen Wert verändert werden, der der Drehung des Signalvektors aufgrund einer Modulation ent spricht. Die Auswerteeinheit kann ermitteln, in welchem Qua dranten sich der Signalvektor befindet.

Die Demodulation kann dadurch ausgeführt werden, daß die Aus werteeinheit ermittelt, ob sich der Signalvektor in demselben Quadranten wie bei der unmittelbar vorhergehenden Abtastung befindet.

Gemäß der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Demodula tion eines digital modulierten HF-Signals vorgesehen. Dabei wird ein zu demodulierendes Signal sowie ein zweites Signal von einem Lokaloszillator einem Mischer zugeführt. Das Aus gangssignal des Mischers wird in einem ersten und einem zwei ten Zweig geteilt. Die beiden Zweige werden gegeneinander um eine vorbestimmte Phase verzögert. Dann wird die Lage eines Signalvektors, der einer Modulation entspricht, auf Grundlage der relativ zueinander verzögerten Zweige des Ausgangssignals des Mischers ermittelt. Die Phase des zweiten Signals von dem Lokaloszillator kann dabei in vorbestimmten Abständen um ei nen vorbestimmten Wert verändert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Mobilfunk gerät vorgesehen, das einen Demodulator mit den zuvor genann ten Merkmalen aufweist.

Die vorliegende Erfindung wird nun im Detail bezugnehmend auf ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Zur weiteren Ver deutlichung von Merkmalen und Vorteilen der Erfindung wird dabei auf die begleitenden Figuren der Zeichnungen Bezug ge nommen, in denen zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Demodulators gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 einen Demodulator gemäß dem Stand der Technik.

Ein Ausführungsbeispiel für einen Demodulator gemäß der vor liegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Ein erstes Si gnal S1 von einer Antenne 1 wird einem Mischer 2 zugeführt. Dem Mischer 2 wird weiterhin ein zweites Signal S2 von einem Lokaloszillator (Synthesizer) 3 zugeführt. Die Phase des zweiten Signals S2, das von dem Lokaloszillator 3 ausgegeben wird, kann dabei durch eine Phasensteuereinheit 4 in ein stellbaren Anschnitten um einen wählbaren Wert verändert wer den. Das Ausgangssignal des Mischers 2 wird einem Begrenzer (Limiter) 5 zugeführt. Ein Teiler 19 teilt das Ausgangssignal des Begrenzers (Limiters 5) in zwei Zweige, wobei ein Zweig Q mittels einer Verzögerungseinheit 6 bezüglich des anderen Zweigs I um 90° verzögert wird. Eine Auswerteeinheit 7 ermit telt dann die Lage eines Signalvektors, der eine Modulation wiedergibt, ausgehend von den beiden zugeführten Signalkompo nenten I, Q. Die Phasensteuereinheit 4 ist mit der Auswerte einheit 7 verbunden, um dieser die Information zu über mit teln, wie, d. h. insbesondere in welcher Richtung (Vorzeichen der Phasenänderung) die Phase des Ausgangssignals S2 geändert wird.

Das Ausgangssignal S2 des Lokaloszillators 3, welches zum Mi schen 2 des zu empfangenen Signals S1 verwendet wird, kann beispielsweise nach jedem empfangenen Bit (Abtastung) in der Phase verstellt werden. Die Signale I und Q bilden dann ein gemeinsames Koordinatensystem, in dem das zu empfangene Nutz signal liegt und rotiert, wobei die Rotationsrichtung des Ko ordinatensystem gemäß der detektierten Signale I und Q an gibt, ob eine "1" oder eine "0" übertragen wird. Durch die Verstellung der Phase des Ausgangssignals S2 des Lokaloszil lators 3 wird sozusagen das Koordinatensystem, das durch die Achsen der Signale I und Q gebildet wird, laufend nachge führt. Durch diese bitweise Nachführung des Koordinatensy stems ist es bei der vorliegenden Erfindung nicht mehr nötig, durch Verknüpfungen der I und Q Signale mehrere Achsen zu bilden, um die Drehung des Signalvektors zu detektieren.

Das Verstellen der Phase des Ausgangssignals S2 des Lokalos zillators 3 entspricht einer Drehung in der komplexen I, Q- Ebene durch das durch die I- und Q-Signale aufgespannte Koor dinatensystem. Der Winkel, um den dabei die Phase des Aus gangssignals S2 des Lokaloszillators 3 nach jedem empfangenen Bit verstellt wird, wird dabei so gewählt, daß er der Drehung des Signalvektors aufgrund der Modulation entspricht, so daß die Auswerteeinheit 7 aus der Lage des Signalvektors auf die aufmodulierten Daten schließen kann. Die Auswerteeinheit 7, die sozusagen eine Demodulationseinheit für sich darstellt, wertet dann die Lage des Signalvektors aus, indem sie bei spielsweise anhand des Verhältnisses der I- und Q-Komponenten feststellt, in welchem Quadranten der komplexen I, Q-Ebene sich der Signalvektor befindet. Ist der Signalvektor in dem selben Quadranten wie bei der unmittelbar vorhergehenden Ab tastung, so hat sich der Signalvektor in Richtung des Koordi natensystems gedreht, d. h. er hat sich zusammen mit dem Koor dinatensystem gedreht. Ist der Signalvektor indessen bei der momentanen Abtastung in einem anderen Quadranten als bei der unmittelbar zuvorgehenden Abtastung, so hat sich der Signal vektor entgegengesetzt der Drehung des Koordinatensystems ge dreht.

Dabei ist anzumerken, daß die Auswerteeinheit/Demodulations einheit 7 weiß, in welcher Richtung das Koordinatensystem ge dreht wurde, d. h. ihr wird ein Signal zugeführt 20, das die Verstellung der Phase durch die Phasensteuereinheit 4 an zeigt. Die modulierten Daten sind einer Drehrichtung zugeord net, so daß beispielsweise eine Drehung des Signalvektors in der komplexen I, Q-Ebene einer "1" entspricht, und eine Dre hung des Signalvektors in der komplexen I, Q-Ebene nach rechts einer "0" entspricht.

Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird anstatt der Definition einer Vielzahl neuer Achsen, wie es bei dem Mehr achsendemodulator gemäß dem Stand der Technik der Fall ist, durch eine gezielte Phasenverschiebung des Ausgangssignals S2 des Lokaloszillators 3 eine Auflösung des Einheitskreises in viele Sektoren zu realisieren, wodurch die Demodulationsge nauigkeit gleichgehalten werden kann und gleichzeitig der im plementierungsaufwand verringert werden kann, da nur eine Be grenzerstufe und ein Mischer benötigt werden.

Claims

1. Demodulator zur Demodulation eines digital modulierten HF- Signals, aufweisend

- einen Mischer (2), dem ein zu demodulierendes Signal (S1) sowie ein zweites Signal (S2) von einem Lokaloszillator (3) zugeführt werden,
- einen Teiler (19), der das Ausgangssignal des Mischers (2) in einen ersten und einen zweiten Zweig teilt,
- einer Verzögerungseinheit (6), die einen des ersten und des zweiten Zweigs um eine vorbestimmte Phase verzögert, und
- eine Auswerteeinheit (7), die auf Grundlage des verzögerten und des nicht verzögerten Zweigs des Ausgangssignals des Mischers (2) die Lage eines Signalvektors ermittelt, der einer Modulation entspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des zweiten Signals (S2) von dem Lokaloszilla tor (3) in vorbestimmten Abständen um einen vorbestimmten Wert verändert wird.

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des zweiten Signals (S2) von dem Lokaloszilla tor (3) nach jedem empfangenen Bit verändert wird.

3. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase jeweils um einen Wert verändert wird, der der Drehung des Signalvektors aufgrund einer Modulation ent spricht.

4. Demodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (7) ermittelt, in welchem Quadranten sich der Signalvektor befindet.

5. Demodulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (7) ermittelt, ob sich der Signalvek tor in demselben Quadranten wie bei der unmittelbar vorherge henden Abtastung befindet.

6. Verfahren zur Demodulation eines digital modulierten HF- Signals, aufweisend die folgenden Schritte:

- Zuführen eines zu demodulierenden Signals (S1) sowie eines zweiten Signals (S2) von einem Lokaloszillator (3) zu einem Mischer (2),
- Teilen (19) des Ausgangssignals des Mischers (2) in einen ersten und einen zweiten Zweig,
- Verzögern (6) von einem des ersten und des zweiten Zweigs um eine vorbestimmte Phase, und
- Ermitteln (7) der Lage eines Signalvektors, der einer Modu lation entspricht, auf Grundlage des verzögerten und des nicht verzögerten Zweigs des Ausgangssignals des Mischers (2),

dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des zweiten Signals (S2) von dem Lokaloszilla tor (3) in vorbestimmten Abständen um einen vorbestimmten Wert verändert wird.

7. Verfahren zur Demodulation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des zweiten Signals (S2) von dem Lokaloszilla tor (3) nach jedem empfangenen Bit verändert wird.

8. Verfahren zur Demodulation nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase jeweils um einen Wert verändert wird, der der Drehung des Signalvektors aufgrund einer Modulation ent spricht.

9. Verfahren zur Demodulation nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit (7) ermittelt, in welchem Quadranten sich der Signalvektor befindet.

10. Verfahren zur Demodulation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (7) ermittelt, ob sich der Signalvek tor in demselben Quadranten wie bei der unmittelbar vorherge henden Abtastung befindet.

11. Mobilfunkgerät, aufweisend einen Demodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5.