DE3707761A1

DE3707761A1 - Demodulator

Info

Publication number: DE3707761A1
Application number: DE19873707761
Authority: DE
Inventors: Volker Dr Ing Hespelt; Thomas Dipl Ing Alberty
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1987-03-11
Publication date: 1988-09-29

Description

Die Erfindung betrifft einen Demodulator gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Demodulatoren sind bekannt, beispielsweise durch das Buch von Gardner "Phaselock-Techniques" in Wiley-Interscien ce 1979,/1/.

In der Nachrichtenübertragung gewinnt Mobilfunk zunehmend an Bedeutung. Eines der dabei auftretenden Probleme ist aller dings, daß infolge der Bewegung des Mobils eine Doppelver schiebung der Trägerfrequenz auftritt. Im Empfänger müssen deshalb Maßnahmen zur Kompensation der Trägerfrequenzver schiebung ergriffen werden.

Beim Mobilfunk wie auch bei der Datenübertragung über Satel liten werden zumeist kohärente Empfänger verwendet, welche als wesentliche Komponente eine Phasenregelschleife (Phase lock Loop, PLL) enthalten, siehe auch Literaturstelle /1/. Phasenregelschleifen arbeiten ausgezeichnet im Gauß'schen Rauschen, sind aber empfindlich gegenüber Trägerfrequenzver schiebungen. Bei zu großer Trägerfrequenzverschiebung kann die Phasenregelschleife unter Umständen nicht mehr synchro nisieren, und einer Dopplerverschiebung der Trägerfrequenz kann sie nur bedingt folgen. Aus diesem Grunde werden im Empfänger zusätzlich zur Phasenregelschleife Frequenzregel kreise verwendet. In dem Aufsatz "Improving Frequency Acqui sition of a Costas Loop", IEEE, Com-25, No. 12, Dec. 1977, /2/ beschreibt Chan das verbesserte Synchronisationsverhal ten eines BPSK-Empfängers mit Frequenzregelkreis, und in dem Aufsatz von Schweikert und anderen "Performance of a Costas/AFC-Binary PSK Receiver", ICDSC-7, München, May 12- 16, 1986, /3/, wird der Einsatz eines solchen Empfängers zur Datenübertragung zwischen Schiff und Satellit beschrieben.

Die in der Literatur beschriebenen Systeme haben im Prinzip die Struktur gemäß Fig. 1. Die Phasenregelschleife PLL ent hält einen Phasenfehler-Detektor PD, ein Schleifenfilter Loop-Filter, LF einen spanungsgesteuerten Oszillator VCO, eine Demodulator-Mischstufe DE und ein Tiefpaßfilter TP. Die Frequenzregelschleife besteht aus einem Frequenzfehler-De tektor FFD, einem Integrator I dem vorgenannten spannungsge steuerten Oszillator VCO, der Demodulator-Mischstufe DEM und dem Tiefpaßfilter TP, welcher sowohl zur Unterdrückung der Oberwellen der Demodulator-Mischstufe als auch gleichzeitig als Matched Filter dient. Wesentlich ist, daß die Ausgangs signale des Intergrators I und des Schleifenfilters LF ge meinsam auf den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO gelangen. Dadurch entsteht eine Verkopplung der Fre quenzregelschleife mit der Phasenregelschleife. Diese Ver kopplung weist zwei wesentliche Nachteile auf:

1. Die Phasenregelschleife PLL ist verhältnismäßig lang, d. h. infolge der Laufzeit des Tiefpasses TP ist auch die Laufzeit in der Phasenregelschleife groß. Dies führt zu Stabilitätsproblemen in der Phasenregelschleife und ver ändert beispielsweise eine schnelle Ausregelung von Pha senjitter.
2. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 verhält sich wie eine Phasenregelschleife zweiter Ordnung mit erweitertem Fangbereich, wenn als Schleifenfilter LF ein Filter er sten Grades verwendet wird. Das aber führt dazu, daß eine zeitlich lineare Änderung der Trägerfrequenz zu einem konstanten Phasenfehler im Demodulator führt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Demodulator der eingangs genannten Art anzugeben, der ohne großen zu sätzlichen Aufwand in der Lage ist, bei großem Akquisitionsbereich stabil und ohne Phasenfehler zu ar beiten.

Diese Aufgabe wurde gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Unteransprüche.

Durch den erfindungsgemäßen Demodulator ergeben sich die Vorteile, daß ohne großen zusätzlichen Aufwand eine sta bile und nahezu fehlerlose Funktionsweise bei großem Fangbereich ermöglicht wird.

Es erfolgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Fig. 2.

Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild des erfindungsgemä ßen Demodulators, wobei der Frequenzregelkreis mit Fre quenzfehler-Detektor FFD, anschließendem Integrator I, spannungsgesteuertem Oszillator VCO, Demodulator-Misch stufe DEM und dem Tiefpaß TP völlig getrennt ist vom Phasenregelkreis, der aus dem Phasenfehlerdetektor PD, dem sich anschließenden Schleifenfilter LF, dem folgenden spannungsgesteuerten Oszillator VCO 2 und einem Phasen drehglied PDG besteht. Das tiefpaßgefilterte demodulierte Empfangssignal wird dabei zum einen in bekannter Weise dem Frequenzregelkreis zugeführt und zum andern in dem erwähnten Phasendrehglied PDG, welches durch den zweiten spannungsgesteuerten Oszillator VCO 2 angesteuert wird, phasenverschoben, und anschließend einer nachfolgenden Verarbeitungseinheit zugeführt. Diese Verarbeitungsein heit kann beispielsweise bei analogen Modulationsver fahren ein Verstärker, Integrator usw. sein oder für di gitale Datenübertragung, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Entscheider E sein. Bevor das demodulierte tiefpaßgefilterte und phasenverdrehte Empfangssignal dem Phasenfehlerdetektor PD bzw. dem Entscheider E zugeführt wird, kann es zusätzlich noch durch einen zweiten Tiefpaß TP 2 von Oberwellen, die eventuell durch das Phasendrehglied PDG erzeugt werden, be freit werden. Der erste Tiefpaß TP hat dieselbe Funktion wie der Tiefpaß nach Fig. 1, d. h. er dient zur Unterdrüc kung der Oberwellen des Demodulators und gleichzeitig als Matched Filter, wobei die Funktion als Matched Filter da durch gewährleistet ist, daß infolge des Frequenzregelkrei ses die Mittenfrequenz des demodulierten Signals Null ist.

Der zweite Tiefpaß TP 2 kann bei komplexer Realisierung der Phasendrehung entfallen, dies ist aus dem Aufsatz von Spaul ding "A New Digital Coherent Demodulator" IEEE Transactions on Communications, March 1973, Seiten 237-238, /4/ bekannt.

Sofern die Phasendrehung nicht auf komplexe Weise erfolgt, so kann ein Tiefpaß TP 2 mit geringer Laufzeit und in ganz einfacher Ausführung eingesetzt werden. Durch die geringe Laufzeit ist auch die Laufzeit in der Phasenregelschleife gering, so daß keine Stabilitätsprobleme auftreten.

Die totale Entkopplung von Frequenzregelkreis und Phasen regelkreis führt dazu, daß bei einer zeitlich linearen Ände rung der Trägerfrequenz kein konstanter Phasenfehler ver bleibt. Dieses Verhalten entspricht dem einer Phasenregel schleife dritter Ordnung, wobei aber im Gegensatz dazu bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 der Fangbereich sehr groß ist und demjenigen der Frequenzregelschleife entspricht, wodurch weder die Synchronisation von Frequenz noch von Pha se problematisch ist.

Der Demodulator gemäß Blockschaltbild nach Fig. 2 eignet sich besonders gut für eine digitale Realisierung des Emp fängers. Vorteilhaft ist auch der Einsatz in Mobilfunksyste men, bei denen große zeitliche Änderungen der Trägerfrequenz infolge des Doppler-Effekts auftreten. Der erfindungsgemäße Demodulator erlaubt eine schnelle Synchronisation auch bei großer Frequenzabweichung von der nominalen Trägerfrequenz.

Claims

1. Demodulator in einem Empfänger mit einer Phasenregel schleife (PLL) und einer Frequenzregelschleife, wobei das tiefpaßgefilterte (TP) demodulierte Empfangssignal er stens einem Frequenzfehler-Detektor (FFD) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal über einen Integrator (I) einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) ansteuert, mit des sen ausgangsseitigem Signal das eingehende Empfangssignal demoduliert wird, wobei das tiefpaßgefilterte demodulier te Empfangssignal zweitens einem Phasenfehler-Detektor (PD) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einem Schlei fenfilter (LF) zugeführt wird, welches ein Steuersignal für einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) liefert, und wobei das demodulierte tiefpaßgefilterte Empfangssig nal drittens einer oder mehreren nachfolgenden Verarbei tungsstufen zur weiteren Verarbeitung zugeführt wird, da durch gekennzeichnet,
daß ein zweiter spannungsgesteuerter Oszillator (VCO 2) vorgesehen ist,
daß dieser von dem Ausgangssignal des Schleifenfilters (LF) angesteuert wird,
daß ein Phasendrehglied (PDG) vorgesehen ist, dem das demodulierte tiefpaßgefilterte Empfangssignal zugeführt wird, dessen Ausgangssignal das Eingangssignal des Phasen fehler-Detektors (PD) und der nachfolgenden Verarbei tungsstufe ist und das von dem zweiten spannungsgesteuer ten Oszillator (VCO 2) angesteuert wird (Fig. 2).

2. Demodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Phasendrehgliedes (PDG) mit tels eines zweiten Tiefpasses (TP 2) gefiltert wird, bevor es dem Phasenfehlerdetektor (PD) und der nachfolgenden Verarbeitungsstufe zugeführt wird (Fig. 2).

3. Demodulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Demodulator in einem Empfänger für digitale Datenübertragung vorgesehen ist und
daß die nachfolgende Verarbeitungsstufe für das demo dulierte tiefpaßgefilterte Empfangssignal ein Ent scheider (E) ist (Fig. 2).