DE4020191A1 - Verfahren zur kompensation von phasen- und frequenzfehlern eines quadraturphasenmodulierten traegersignals und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Phasen- und Frequenzfehlern eines quadraturphasenmodulierten Trägersig­ nals und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Digitalmobilfunk-Telefonnetz (D-Netz), bei dem zur Übertragung von Informationssignalen im wesentlichen eine Quadraturphasenmo­ dulation eines Trägersignals zur Anwendung kommt, ist bei kohären­ tem Empfang eine hohe Präzision in der Trägerversorgung erfor­ derlich. Dabei werden die Träger- bzw. Oszillatorfrequenzen auf Sende- und Empfangsseite für die zahlreichen Funkkanäle üblicher­ weise durch Synthesizer-Phasenregelkreise (PLL) realisiert. Die so erzeugten Frequenzen laufen im Sender und im Empfänger frei. Die Synthesizer-Phasenregelkreise orientieren sich an lokalen Quarzoszillatoren, deren Frequenzgenauigkeit in den meisten Fäl­ len nicht ausreicht. Es gibt deshalb im System spezielle abruf­ bare Bursts zur Messung der Frequenzdrift zwischen den Oszilla­ toren auf Sende- und Empfangsseite. Aufgrund der Burst-Struktur enthalten die Empfänger keine spezielle Phasenregelkreise zur kohärenten Trägerrückgewinnung.

Üblicherweise wird durch Ausnutzen der Bursts die Phasendrift über einen Phasenvergleicher detektiert. Zur Beseitigung der Phasendrift wird nun abhängig von der vom Phasenvergleicher erkannten Phasendrift der Quarz-Referenzoszillator durch einen langsamen Phasenregelkreis, einen sogenannten long-Loop-PLL, nachgestellt. Dies bringt jedoch folgende Nachteile mit sich:

• - Der an sich konstante Quarz-Referenzoszillator muß als steuer­ barer Oszillator aufgebaut sein. Hierdurch leidet jedoch die Langzeitfrequenzkonstanz des Referenzoszillators.
• - Das Steuersignal für den steuerbaren Oszillator muß in rela­ tiv langen Intervallen zwischen den Bursts hochpräzise ge­ speichert sein.
• - Nach diesem Verfahren aufgebaute Systeme weisen eine relativ große Einschwingzeit auf.
• - Bei der Durchführung des bekannten Verfahrens ist ein erheb­ licher Schaltungsaufwand notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, bei dem diese Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 3 gelöst. Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert.

Die zu übertragenden Informationen sind durch zwei zueinander um 90° phasenverschobene, ansonsten identische, also orthogonale Informationssignale is und ic gegeben. Die beiden Informations­ signale is und ic werden einem Quadraturmodulator zugeführt, der aus zwei Multiplizierern M1 und M2 sowie einem Addierer A1 be­ steht. An die Eingänge der beiden Multiplizierer M1 und M2 ist zum einen das Informationssignal is bzw. ic und zum anderen je­ weils ein Teilsignal ms bzw. mc angelegt. Die Teilsignale ms und mc sind die orthogonalen Komponenten eines durch einen Oszil­ lator OC1 erzeugten Trägersignals. Die Ausgangssignale der beiden Multiplizierer M1 und M2 werden mittels des Addierers A1 auf­ addiert, dessen Ausgangssignal das quadraturphasenmodulierte Trägersignal tr bildet. Die Multiplizierer M1 und M2, der Addie­ rer A1 sowie der Oszillator OC1 sind als Sender T vorgesehen.

Das vom Sender abgegebene quadraturphasenmodulierte Trägersignal tr wird einem Empfänger R zugeführt. Dieser weist zur Demodulation zwei Multiplizierer M5 und M6 sowie zwei Tiefpässe L1 und L2 auf. Den beiden Multiplizierern M5 und M6 wird jeweils das quadratur­ phasenmodulierte Trägersignal tr und zum anderen ein Teilsignal ds bzw. dc angelegt. Die Teilsignale ds und dc bilden wiederum orthogonale Komponenten eines von einem Oszillator OC2 abgegebe­ nen Signals. Den Multiplizierern M5 und M6 ist jeweils einer der Tiefpässe L1 und L2 nachgeschaltet.

Zur Kompensation von Phasen- und Frequenzfehlern, beispielsweise durch Frequenzdriften der Oszillatoren OC1 und OC2 sowie einer generellen Phasenverschiebung zwischen den Signalen beider Oszil­ latoren OC1 und OC2 hervorgerufen, werden Phasenunterschiede durch eine Auswerteschaltung CC1 detektiert. Als Detektionsprin­ zipien sei hier stellvertretend ein beispielsweise bei Phasen­ regelkreisen üblicher Phasenvergleicher oder Anordnungen, die nach bekannten Probiermethoden unter Ausnutzung eines fehlerer­ kennenden Codes arbeiten, genannt. Die Auswerteschaltung CC1 spricht beispielsweise bevorzugt nur auf die Bursts an. Beim ge­ zeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteschaltung CC1 zum einen mit dem quadraturphasenmodulierten Trägersignal tr und ei­ nem Signal des Oscillators OC2, das beispielsweise gleich einem der Teilsignale ds oder dc sein kann, beaufschlagt. Die Auswerte­ schaltung CC1 erzeugt vier Steuersignale k₁, k₂, k₃ und k₄, die jeweils an den Eingang je eines Multiplizierers M7, M8, M9 bzw. M10 angelegt sind. Der jeweils andere Eingang der Multiplizierer M7, M8 ist mit dem Ausgang des Tiefpasses L1 und der jeweils andere Eingang der Multiplizierer M9 und M10 mit dem Ausgang des Tief­ passes L2 verbunden. An den Ausgängen der Multiplizierer M7 bis M10 liegen Korrektursignale an, wobei das Korrektursignal am Ausgang des Multiplizierers M9 von dem Korrektursignal am Ausgang des Multiplizierers M7 mittels eines Subtrahierers S2 subtrahiert wird. Die Korrektursignale an den Ausgängen der Multiplizierer M9 und M10 werden durch einen Addierer A2 aufsummiert. An den Aus­ gängen des Summierers S2 und des Addierers A2 erscheinen die de­ modulierten und in der Phase korrigierten Ausgangssignale is′ und ic′.

Neben diesem Phasenfehler, der zwischen den Signalen des Oszilla­ tors OC1 und des Oscillators OC2 der bei unterschiedlicher Pha­ sen- und/oder Frequenzlage beider auftritt, ergeben sich auf Empfängerseite Probleme bei der Demodulation, wenn die Teilsig­ nale mc und ms, also die orthonogalen Komponenten des Trägersig­ nals, nur in etwa orthogonal sind, d.h. eine Phasenverschiebung ungleich 90° auftritt. Dieser Orthogonalitätsphasenfehler wird er­ heblich reduziert, wenn in Weiterbildung der Erfindung eines der beiden Informationssignale is und ic, nämlich beispielsweise das Informationssignal is, mit einem fünften Steuersignal k₅ multi­ pliziert wird und wenn vom anderen Informationssignal ic das mit dem fünften Steuersignal k₅ und einem sechsten Steuersignal k₆ multiplizierte Informationssignal is subtrahiert wird. Dies er­ folgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit den Multiplizie­ rern M3 und M4 sowie dem Subtrahierer S1. Das Informationssignal is ist dabei auf einen Eingang des Multiplizierers M3 geführt, an dessen anderen Eingang das Steuersignal k₅ angelegt ist. Der Ausgang des Multiplizierers M3 führt nun zum einen auf einen Eingang des Multiplizierers M1 und zum anderen auf einen Eingang des Multiplizierers M4. Dessen anderer Eingang wiederum ist mit dem Steuersignal k₆ belegt. Mittels des Subtrahierers S1 wird von dem Informationssignal ic das Ausgangssignal des Multipli­ zierers M4 subtrahiert. An den Ausgang des Subtrahierers S1 ist ein Eingang des Multiplizierers M2 angeschlossen. Die Steuersig­ nale k₅ und k₆ werden durch eine Auswerteschaltung CC2 erzeugt, an deren Eingängen die Teilsignale mc und ms anliegen. Die Aus­ werteschaltung CC2 ist beispielsweise wiederum als Phasenver­ gleicher ausgeführt.

Aus der gewonnenen Phasendifferenz gewinnt die Auswerteschaltung CC2 die Steuersignale k₅ und k₆, indem sie für das Steuersignal k₅ den Kehrwert des Kosinus der ermittelten Phasendifferenz und damit des Orthogonalitätsphasenfehlers und das Steuersignal k₆ aus dem Sinus dieses Orthogonalitätsphasenfehlers bildet.

Die Auswerteschaltung CC1 auf Empfängerseite ermittelt die Pha­ sendifferenz zwischen den Signalen des Oszillators OC1 und OC2, auch Kohärenzphasenfehler genannt, und gewinnt daraus die Steuer­ signale k₁ bis k₄, indem sie für die Steuersignale k₁ und k₄ den Kosinus und für die Steuersignale k₂ und k₃ den Sinus des Kohe­ renzphasenfehlers bildet. Die in dem Ausführungsbeispiel Sende- und Empfangseinheiten T, R können ganz oder teilweise sowohl ana­ log als auch digital ausgeführt werden. Wie gezeigt wurde, ist der schaltungstechnische Aufwand dabei insgesamt sehr gering. Außerdem ist zur Kompensation nur eine geringe Einschwingzeit erforderlich.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß ein Vertauschen jeweils zweier orthogonaler Signale auf Sende- und Empfangsseite unter­ einander möglich ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Kompensation von Phasen- und Frequenzfehlern eines quadraturphasenmodulierten Trägersignals,
bei dem empfangsseitig der Phasenfehler des Trägersignals detek­ tiert wird,
bei dem empfangsseitig zwei durch Quadraturphasendemodulation aus dem quadraturphasenmodulierten Trägersignal hervorgehende orthogonale Teilsignale jeweils zum einen mit einem ersten bzw. vierten Steuersignal (k₁, k₄) ein erstes bzw. viertes Korrektur­ signal bildend und zum anderen mit einem zweiten bzw. dritten Steuersignal (k₂, k₃) ein zweites bzw. drittes Korrektursignal bildend multipliziert werden,
bei dem vom ersten das zweite Korrektursignal ein erstes Aus­ gangssignal (is′) bildend subtrahiert sowie ein drittes und ein viertes Korrektursignal ein zweites Ausgangssignal (ic′) bildend miteinander addiert werden, und
bei dem das erste und vierte Steuersignal (k₁, k₄) gleich dem Kosinus des Phasenfehlers (Q_D) und das zweite und dritte Steuer­ signal (k₂, k₃) gleich dem Sinus des Phasenfehlers (Q_D) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß senderseitig ein Trägerorthogonalitätsphasenfehler bei der Quadraturphasenmodulation detektiert wird,
daß eines von zwei orthogonalen, zur Modulation des Trägersig­ nals vorgesehenen Informationssignalen (is, ic) mit einem fünften Steuersignal (k₅) multipliziert wird,
daß vom anderen Informationssignal (ic) das mit dem fünften Steuersignal (k₅) und einem sechsten Steuersignal (k₆) multi­ plizierte eine Informationssignal (is) subtrahiert wird,
daß das fünfte Steuersignal (k₅) gleich dem Kehrwert des Kosinus des Orthogonalitätsphasenfehlers ist, und
daß das sechste Steuersignal (k₆) gleich dem Sinus des Orthogo­ nalitätsphasenfehlers ist.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Auswerteschaltung (CC1) zur Phasenfehlerdetektion, an die das quadraturphasenmodulierte Trägersignal (tr) angelegt ist,
durch vier Multiplizierer (M7, M8, M9, M10) zur Multiplikation mit jeweils einem Steuersignal (k₁, k₂, k₃, k₄), an deren Ausgängen die Korrektursignale anliegen,
mit einem Subtrahierer (S2) zur Subtraktion von erstem und drit­ tem Korrektursignal, an dessen Ausgang das erste Ausgangssignal (is′) anliegt, und
mit einem Addierer (A2) zur Addition von zweitem und viertem Korrektursignal, an dessen Ausgang das zweite Ausgangssignal (ic′) anliegt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch zwei weitere, in Reihe geschaltete Multiplizierer (M3, M4) zur Multiplikation mit fünftem und sechstem Steuersignal (k₅, k₆),
wobei ein Multiplizierer (M3) mit einem der Informationssignale (is) beaufschlagt ist und ein zur Modulation des Trägersignals vorgesehenes Signal abgibt, und
durch einen Subtrahierer (S2), an dessen Eingänge das andere In­ formationssignal (ic) und das Ausgangssignal des anderen Multi­ plizierers (M4) angelegt sind und der ein anderes zur Modulation des Trägersignals vorgesehenes Signal abgibt.