DE3830729C2 - Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenbandsignals und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Einseitenbandsignals, bei dem ein NF-Signals mittels Hilbert-Transformation in seine I- und Q-Komponenten zerlegt wird, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Modulationsverfahren zur Erzeugung von Einseitenbandsignalen sind grundsätzlich bekannt. Das bekannteste Verfahren ist die sogenannte Filtermethode, bei der in ana­ loger Technik ein Doppelseitenband erzeugt wird, von dem anschließend ein Seiten­ band mit mechanischen oder Quarzfiltern herausgefiltert wird. Darüber hinaus ist aus der Analogtechnik die sogenannte Phasenmethode und das in der Fachliteratur be­ schriebene Verfahren D. K. Weaver - genannt dritte 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.

In der DE 23 02 298 wird allgemein ein Hilbertumsetzer für Kommunikationssyste­ me beschrieben, bei denen ein Signal mit einem frequenzunabhängigen Phasengang von 90° bei konstanter Betrags-Übertragungsfunktion zu beaufschlagen ist. Die DE 1.265.236 betrifft einen SSB-Modulator nach der Phasenmethode.

In "Information Transmission, Modulation and Noice" von M. Schwartz, McGraw- Hill Book Company, New York, 1970, wird u. a. eine Einseitenbandmodulation unter Verwendung der Hilbert-Transformation beschrieben, durch die ein NF-Signal in I- und Q-Signale umgesetzt wird. Diese Signale werden mit Modulatoren mit zueinan­ der orthogonalen Trägersignalen auf eine ZF gemischt. Dabei entstehen zwei Zwei­ seitenbandsignale, die auf eine Kombinationsschaltung geführt werden, um ein Sei­ tenband auszulöschen und somit das SSB-Signal zu erzeugen.

Diese Modulationsverfahren sind jedoch rein analog und haben die bekannten Nachteile wie Alterungs- und Temperaturdrift und erfordert einen aufwendigen Abgleich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeu­ gen eines Einseitenbandsignals, bei dem ein NF-Signals mittels Hilbert- Transformation in seine I- und Q-Komponenten zerlegt wird, sowie eine Schaltungs­ anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, das/die auf digitaler Ebene mit hinreichender Rechengenauigkeit und hinreichender Rechengeschwindig­ keit arbeiten kann.

Gelöst wird diese Aufgabe verfahrensgemäß dadurch, daß der Wurzelbetrag aus der Summe der quadrierten I- und Q-Komponenten gebildet und dieser Betrag mit dem Sinus aus der Summe oder der Differenz zwischen einer Trägerphase ϕ_T(t) und der NF-Phase ϕ_NF multipliziert wird, wobei für die Trägerphase die Werte 0, π/2, π und 3/2π gewählt werden.

Die Aufgabe wird ferner mit einer Schaltungsanordnung gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen Multiplexer mit vier Eingängen, an denen jeweils die mit einem Analog-Digital-Wandler digitalisierten und mit dem Hilbert-Transformator erzeug­ ten Signale I, Q, -I, bzw. -Q anliegen, sowie einen mit vierfacher Trägerfrequenz ar­ beitenden Taktgenerator, der den Analog-Digital-Wandler, einen an den Ausgang des Multiplexers angeschlossenen Digital-Analog-Wandler und einen Zwei-Bit- Zähler ansteuert, dessen Ausgangssignal den Multiplexer schaltet.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die mathematische Ver­ arbeitung, insbesondere die digitale Verarbeitung, Alterungs-, Temperatur- und Ab­ gleichprobleme hinfällig werden, wobei die heute zur Verfügung stehenden digitalen Bausteine eine hinreichende 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) 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 ϕ_T ergibt.

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

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 ϕ_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, bei dem ein NF-Signals mit­ tels Hilbert-Transformation in seine I- und Q-Komponenten zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wurzelbetrag aus der Summe der quadrierten I- und Q-Komponenten gebildet und dieser Betrag mit dem Sinus aus der Summe oder der Differenz zwischen einer Trägerphase ϕ_T(t) und der NF-Phase ϕ_NF multipliziert wird, wobei für die Trägerphase die Werte 0, π/2, π und 3/2π gewählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den I- und Q-Komponenten des NF-Signals zusätz­ lich ein negatives Signalpaar -I, -Q gebildet wird und daß durch Ausgabe der Signal­ paare in der Reihenfolge I, Q, -I, -Q das obere Seitenbandsignal bzw. in der Reihen­ folge -I, Q, I, -Q das untere Seitenband entsteht.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, mit einem Hilbert-Transformator, gekennzeichnet durch einen Multiplexer (8) mit vier Eingängen (0, 1, 2, 3), an denen jeweils die mit einem Analog-Digital-Wandler (2) digitalisierten und mit dem Hilbert-Transformator (3) erzeugten Signale I, Q, -I, bzw. -Q anliegen, sowie einen mit vierfacher Trägerfrequenz arbeitenden Taktgenerator (4), der den Analog- Digital-Wandler (2), einen an den Ausgang des Multiplexers (8) angeschlossenen Digital-Analog-Wandler (10) und einen Zwei-Bit-Zähler (9) ansteuert, dessen Aus­ gangssignal den Multiplexer (8) schaltet.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Inverter (6, 7) zur Erzeugung des -I- bzw. -Q-Signals aus dem I- bzw. dem Q-Signal.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 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.