DE3830729A1 - Verfahren zum erzeugen modulierter einseitenbandsignale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenbandsignals mit nach mathematischen Regeln aufbereiteten Amplituden- und Phasenwerten.

Modulationsverfahren zur Erzeugung von Einseitenband­ signalen sind grundsätzlich bekannt. Das bekannteste Verfahren dieser Art ist die sogenannte Filtermethode, bei der in analoger Technik ein Doppelseitenband erzeugt wird, von dem anschließend ein Seitenband mit mechanischen oder Quarzfiltern herausgefiltert wird. Darüber hinaus ist aus der Analogtechnik die sogenannte Phasenmethode und das in der Fachliteratur beschriebene Verfahren von D. K. Weaver - genannt 3. Methode - bekannt.

Mit dem Anwachsen der Digitaltechnik sind auch Über­ legungen zur mathematischen Erzeugung von Einseiten­ bandsignalen angestellt und in zahlreichen Veröffent­ lichungen behandelt worden. Hier wird besonders auf den Fachaufsatz "Die Bedeutung der Hilbert-Transformation in der Nachrichtentechnik" von P. Leuthold, in SCIENTIA ELECTRICA der ETH-Zürich aus 1974 verwiesen, sowie auf den Artikel "Digitale Signalverarbeitung in SSB-Sendern und Empfängern" von E. Hunecke, Journal Ortung und Navigation 3/87. Darüber hinaus wurde der praktische Einsatz dieser mathematischen Methode in der Firmenbroschüre Brown Boveri 6/87 unter dem Titel "Neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Hochleistungs­ sender" von den Verfassern Tschol und Bocksberger angedeutet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung modulierter Einseitenbandsig­ nale mit hinreichender Rechengenauigkeit und hin­ reichender Rechengeschwindigkeit zu schaffen. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein NF-Signal nach der sogenannten Hilbert-Transformation in seine I- und Q-Komponenten zerlegt und vom Träger­ signal die Phase ϕ _T(t) gebildet wird und daß das gewünschte Einseitenbandsignal sich aus dem Wurzel­ betrag der quadrierten und summierten I- und Q-Kompo­ nenten multipliziert mit dem Sinus aus Trägerphase ϕ _T(t) plus/minus zugehöriger NF-Phase ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die mathematische Verarbeitung, insbesondere digitale Verarbeitung Alterungs-, Temperatur- und Abgleichprobleme hinfällig werden, wobei die heute zur Verfügung stehenden digitalen Bausteine eine hin­ reichende Rechengeschwindigkeit und Rechengenauigkeit gewährleisten. Dabei ist es zweckmäßig, für die Träger- phase die Werte 0, π/2, π und 3/2 π zu wählen.

Bei der Erzeugung von Einseitenbandsignalen, im folgen­ den kurz SSB-Signale genannt (SSB = single side band), wird das NF-Signal, z.B. ein Sprachsignal, analog-digi­ tal gewandelt und in der Regel auch digital gefiltert. Anschließend folgt durch digitale Signalverarbeitung die Hilbert-Transformation, d.h. die Erzeugung der I-Komponente (I = Inphase-Signal) und der Q-Komponente (Q = Quadratursignal zum I-Signal). Anstatt einer digitalen Signalverarbeitung ist auch eine analoge Verarbeitung mit einem analogen Filter und analoger Hilbert-Transformation möglich. Eine analoge Signalver­ arbeitung verlangt dann allerdings zwei Analog-Digital- Wandler, und zwar jeweils einen für den I-Zweig und den Q-Zweig. Neben der Hilbert-Transformation des NF-Sig­ nals ist es notwendig, vom Trägersignal die Phase ϕ _T(t) zu bilden. Das gewünschte Einseitenbandsignal ergibt sich dann zu:

Das obere Seitenband eines Einseitenbandsignals ergibt sich hierbei durch Addition der NF-Phase ϕ _NF zur Trägerphase ϕ _T, während das untere Seitenband sich durch Subtraktion der NF-Phase ϕ _NF von der Trägerphase d _T ergibt.

Die zur Erzeugung des Einseitenbandsignals erforder­ liche Trägerphase ϕ _T(t), insbesondere die Phasen 0, π/2, π, 3/2π kann in einfacher Weise mit einem Taktgenerator vierfacher Trägerfrequenz und einem davon angesteuerten Zwei-Bit-Zähler erzeugt werden. Die Zählstufen 0, 1, 2, 3 entsprechen dann jeder Phase der Trägerfrequenz von ϕ=0, ϕ=π/2, ϕ=π, ϕ=3/2π.

Die zuvor erläuterte Wahl der Trägerphasen ϕ _T(t) hat den Vorteil, daß sich ein Einseitenbandsignal aus Betrag mal Sinuswert auch mit einer einfachen Schal­ tungsanordnung erzeugen läßt.

In der dargestellten Schaltungsanordnung wird das zu modulierende NF-Signal über einen Tiefpaß 1 auf einen von einem Taktgenerator 4 über eine Teilerstufe 5 gesteuerten Analog-Digital- Wandler 2 gegeben. Das digitale Ausgangssignal wird dann in einem Hilbert-Transformator in seine I- und Q-Komponenten zerlegt, welche je einem Eingang eines Multiplexers 8 zugeleitet werden. Die Signale der I- und Q-Komponenten werden darüber hinaus über je einen Inverter 6, 7 geleitet, um als negative Signale -I bzw. -Q ebenfalls Eingänge des Multiplexers 8 zu belegen. Der Taktgenerator 4 steuert den Multiplexer 8 über einen Zwei-Bit-Zähler 9, und außerdem steuert der Taktgenerator 4 einen dem Ausgang des Multiplexers 8 nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler 10. Über einen Tiefpaß 11 kann dann das gewünschte Einseitenbandsignal für eine weitere Verarbeitung abgenommen werden.

Mit der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanord­ nung ergibt sich durch Abtastung der Multiplexerein­ gänge 0, 1, 2, 3 eine Ausgangsreihenfolge I, Q, -I, -Q und damit das obere Seitenband für ein Einseitenbandsignal. Um das untere Seitenband zu erhalten, ist es notwendig, die Eingänge des Multiplexers 8 für das I-Signal und das -I-Signal zu vertauschen. Man erhält dann durch Auslesen der Multiplexereingänge 0, 1, 2, 3 eine Ausgangs­ reihenfolge -I, Q, I, -Q und damit das untere Seitenband. Das Erzeugen von Einseitenbandsignalen durch Multi­ plexen der Signale I, Q, -I, -Q ist deshalb möglich, weil mit der geschickten Wahl der Trägerphasen d _T(t) sich Sinuswerte des SSB-Signals ergeben, die den I, Q, -I und -Q Werten entsprechen und damit nur noch digital-analog gewandelt werden müssen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenbandsignals mit nach mathematischen Regeln aufbereiteten Ampli­ tuden- und Phasenwerten, dadurch gekennzeichnet, daß ein NF-Signal nach der sogenannten Hilbert- Transformation in seine I- und Q-Komponenten zerlegt wird und vom Trägersignal die Trägerphase ϕ _T(t) gebildet wird und daß das gewünschte Ein­ seitenbandsignal sich aus dem Wurzelbetrag der quadrierten und summierten I- und Q-Komponenten multipliziert mit dem Sinus aus Trägerphase ϕ _T plus/minus zugehöriger NF-Phase ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trägerphase ϕ _T(t) die Werte 0, π/2, π und 3/2π und (π/2, 3/2π) gewählt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu den I- und Q-Komponenten des NF-Signals zusätzlich ein negatives Signalpaar -I, -Q gebildet wird und daß durch Ausgabe der Signalpaare in der Reihenfolge I, Q, -I, -Q das obere Seitenbandsignal bzw. in der Reihenfolge -I, Q, I und -Q das untere Seitenbandsignal entsteht.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gefilterte NF-Signal über einen von einem Taktgenerator (4) über eine Teilerstufe (5) gesteuerten Analog-Digital-Wandler (2) einem Hilbert-Transformator (3) zugeleitet ist, daß die I-Komponente einem Eingang (0) und über einen Inverter (6) einem Eingang (2) eines Multiplexers (8) zugeleitet ist, dessen Eingänge (1, 3) die Q-Komponente bzw. die über einen Inverter (7) geführte -Q-Komponente erhalten und daß der mit vierfacher Trägerfrequenz arbeitende Taktgenerator (4) einen Digital-Analog-Wandler (10) und einen Zwei-Bit-Zähler (9) ansteuert, dessen Ausgangs­ signal den schaltenden Multiplexer (8) und mit seinem Ausgangssignal den Digital-Analog-Wandler (10) ansteuert, der von der vierfachen Träger­ frequenz getaktet wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Seitenband des Einseitenbandsignals durch Vertauschen der I- und -I-Signale an den Eingängen (0, 2) des Multiplexers (8) bestimmbar ist.