DE4445823B4

DE4445823B4 - Sendevorrichtung für mobile Satellitenkommunikations-Datenstation

Info

Publication number: DE4445823B4
Application number: DE4445823A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kawabata
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: NO944905L; CN1113058A; CN1071967C; NO944905D0; DE4445823A1; US5629961A

Abstract

Sendevorrichtung für eine mobile Satellitenkommunikations-Datenstation, mit:
einem Nyquistfilter, der zwei Serien orthogonaler Daten empfängt, um Hochfrequenzkomponenten aus den zwei Serien orthogonaler Daten zu entfernen;
einem Hüllkurvenentzerrer zum Entzerren einer Amplitude eines Ausgangssignals des Nyquistfilters durch Berechnen des Phasenwinkels des komplexen Ausgangsignals des Nyquistfilters, so dass eine Hüllkurve jedes Phasenpunktes zur Phasenänderung eine kreisförmige Ortskurve mit konstantem Abstand zu einem Ursprung bildet;
einem orthogonalen Phasenmodulator zum orthogonalen Phasenmodulieren von Ausgangssignalen des Hüllkurvenentzerrers; und
einem Hochleistungsverstärker, der die Ausgangssignale vom orthogonalen Phasenmodulator empfängt, um diese in Hochfrequenzsignale umzuwandeln und mit hoher Leistung zu übertragen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sender, der phasenmodulierte Signale durch einen Hochfrequenz-Leistungsverstärker verstärkt und die Signale überträgt und insbesondere einen Sender, bei dem eine AM/PM-Umsetzungsverzerrung in der Sendeleistung einer mobilen Satellitenkommunikations-Datenstation reduziert ist.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Aufbaus eines herkömmlichen Senders. In der Figur bestehen die Eingangsdaten für den Sender aus zwei Serien von Sendedatensignalen D_I und D_Q, die aus einem phasengleichen Kanal (I-Kanal I) und einem Quadraturkanal (Q-Kanal) bestehen, die orthogonale binäre Basisbandsignale sind. Diese Daten werden als NRZ-signal bezeichnet.
Außerdem weist ein solcher Sender ein Nyquistfilter 11 zum Entfernen harmonischer Komponenten im Basisband, einen Vierphasenmodulator 13, der das Ausgangssignal vom Nyquistfilter 11 als Eingangssignal empfängt und vierphasenmodulierte Signale ausgibt, und einen Leistungsverstärker 14 zum Frequenzumsetzen der modulierten Signale (QPSK- (Quadratur-Phasenumtastung) Signale) vom Vierphasenmodulator in Hochfrequenzsignale im Mikrowellenband und zum Übertragen von Hochleistungssignalen im Mikrowellenband auf. Ein sol cher Aufbau wird beispielsweise in der JP-A-3-171953 beschrieben.
Allgemein weisen nicht-bandbreitenbegrenzte QPSK-Signale eine konstante Hüllkurve für modulierte Signale auf und werden daher durch die Nichtlinearität des Übertragungspfades (z.B. AM-AM-Umsetzung oder AM-PM-Umsetzung, wobei AM eine Amplituden- und PM- eine Phasenmodulation bezeichnet) nicht beeinflußt.
Die Spektren bandbreitenbegrenzter QPSK-Signale werden jedoch durch die nichtlineare Verstärkung eines Leistungsverstärkers verbreitert und die Signale durch eine AM/PM-Umsetzung und ähnliche Funktionen beeinflußt, so daß die Codefehlerratenkenngrößen verschlechtert werden. Wenn die Signale durch die nichtlineare Verstärkung des Leistungsverstärkers oder ähnliche Funktionen nicht beeinflußt werden sollen, müssen die Modulationskenngrößen der Hüllkurve so konstant wie möglich gehalten werden. Die vorstehenden Prozesse sind in "TDMA Communication", S. Kato et al., IECE Japan (1989), Seiten 61–76 vollständig beschrieben. Nachstehend werden die Wirkungen einer solchen Nichtlinearität des Leistungsverstärkers für den Aufbau von 2 beschrieben.
Im Sender von 2 wird das Ausgangssignal des Vierphasenmodulators 13 normalerweise durch Verwendung eines Bandbreitenfilters bandbreitenbegrenzt, um unnötige Nebengeräusche im Hoch- oder Radiofrequenzbereich und Interferenzen mit benachbarten Signalen zu verhindern.
Die bandbreitenbegrenzten modulierten Signale werden einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker 14 zugeführt. Weil insbesondere der Leistungsverbrauch des im Sender einer mobilen Satellitenkommunikations-Datenstation verwendeten Leistungsverstärkers 14 minimal sein muß, ist es wünschenswert, daß der Verstärker so weit wie möglich im nichtlinearen Verstärkungsbereich der Eingangs/Ausgangs-Kennlinie arbeitet. wenn der Verstärker im nichtlinearen Bereich der Eingangs/Ausgangskennlinie verwendet werden soll, wird jedoch zusammen mit Änderungen der Amplitude bei jeder Phase des Ausgangssignals vom Vierphasenmodulator 13 eine AM/PM-Umset zungsverzerrung erzeugt, wodurch Phasenfehler in den Sendesignalen erzeugt werden, so daß die Phasenfehler in den Sendesignalen zunehmen.
Die Sendesignale mit einem solchen Phasenfehler werden über einen Satelliten an eine andere Bodenstation übertragen. Wenn die vorstehend erwähnten modulierten Signale durch einen Decodierer in der Empfangsseite in zwei Serien von Datensignalen der orthogonalen I- und Q-Kanäle decodiert werden, werden durch das Decodieren direkt Demodulationsfehler im Ausgangssignal eines Orthogonaldetektors erzeugt, wodurch die Fehlerrate vergrößert wird. Wenn beispielsweise ein Hochfrequenz-FET-Verstärker der Klasse B oder C als Leistungsverstärker 14 verwendet und in der Nähe des Sättigungspunktes betrieben wird, würde die AM/PM-Umsetzungskenngröße einen Wert von 8–12 deg/dB annehmen.
Dadurch verursacht die im Ausgangssignal des Senders erzeugte AM/PM-Umsetzungsverzerrung an der Empfangsseite einen Phasenfehler im Ausgangssignal des Modulators, so daß der Wert von Eb/No in der Eb/No-Bitfehlerratenkenngröße im Vergleich zum theoretischen Wert, der erhalten wird, wenn keine Verzerrung auftritt, um etwa 0.3 dB verringert wird. Hierbei ist Eb/No das Verhältnis der Rauschleistungsdichte (W/Hz) im Eingangssignal des Empfängers zur Leistung pro Bit (W) im Eingangssignal des Empfängers.
Durch die Verringerung des Verhältnisses Eb/No ergeben sich ernsthafte Probleme, so daß beispielsweise der Schaltungsaufbau überprüft oder die Antennengröße verändert werden muß, wie im Fall einer Satellitenkommunikation, wo der Betrieb bei einem Verhältnis Eb/No durchgeführt werden sollte, das so niedrig wie möglich ist, um so viel Information wie möglich zu übertragen.

Es ist bekannt, die komplexe Eingangsamplitude eines Hochleistungsverstärkers adaptiv anzupassen ( US 5 049 832 A ) oder in Form einer konstanten Einhüllenden aufzubereiten ( US 4 613 976 A ).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme zu lösen und eine Sendevorrichtung für mobile Satellitenkommunikations-Datenstationen bereitzustellen, durch die eine Übertragung ohne nachteilige Beeinflussung durch eine AM/PM-Umsetzungsverzerrung durchgeführt wer den kann, auch wenn ein Leistungsverstärker in einem nichtlinearen Bereich verwendet wird. Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal der Patentansprüche gelöst. Durch die vorliegende Erfindung wird ein vor einem Vierphasenmodulator angeordneter Hüllkurvenentzerrer bereitgestellt, der die Ausgangssignale eines Zweiserien-Nyquistfilters als Eingangssignal empfängt und die Hüllkurve des Ausgangssignals des Nyquistfilters in einem rechtwinkligen Koordinatensystem konstant macht. Das Ausgangssignal des Hüllkurvenentzerrers wird dem Vierphasenmodulator zugeführt. In diesem Fall können, weil die Amplitude des Phasenmodulator-Ausgangssignals konstant gemacht werden kann, die Wirkungen einer AM/PM-Umsetzungsverzerrung von einem Hochleistungsverstärker beseitigt werden, so daß der Phasenfehler reduziert werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben; es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Sendevorrichtung für eine mobile Satellitenkommunikations-Datenstation;
3 ein Diagramm zum Darstellen einer Wellenform für jeden Phasenpunkt im in 1 dargestellten Aufbau in einem rechtwinkligen Koordinatensystem;
4 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hüllkurvenentzerrers 12;
5 ein Diagramm zum Darstellen eines detaillierten Aufbaus des in 4 dargestellten Hüllkurvenentzerrers 12;
6 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hüllkurvenentzerrers 12; und
7 die zweite Ausführungsform, wenn der erfindungsgemäße Phasenmodulator auf einen 16-Phasen-Modulator angewendet wird.
1 zeigt ein Funktions-Blockdiagramm einer Sendevorrichtung für eine bei der vorliegenden Erfindung verwendete mobile Satellitenkommunikations-Datenstation. In der Figur sind ein Nyquistfilter 11, ein Vierphasenmodulator 13 und ein Leistungsverstärker 14 ähnlich aufgebaut wie die entsprechenden Einrichtungen in 2, weshalb deren Beschreibung hier weggelassen wird.
In der Figur besteht der Unterschied zum Aufbau von 2 darin, daß der Hüllkurvenentzerrer 12 zwischen dem Nyquistfilter 11 und dem Vierphasenmodulator 13 angeordnet ist. In der Figur werden dem Nyquistfilter 11 zwei Serien von Sendedatensignalen D_I und D_Q zugeführt und jeweils codiert. Das Ausgangssignal des Nyquistfilters 11 wird darauf hin dem Hüllkurvenentzerrer 12 und dann, nachdem die Amplitude jedes Signals konstant gemacht wurde, dem Leistungsverstärker 14 zugeführt. D.h., der Hüllkurvenentzerrer 12 dient zum Empfangen zweier Serien von Datensignalen D_I' und D_Q', die im Nyquistfilter 11 bezüglich der Wellenform entzerrt werden, als Eingangssignal und zum Umwandeln der Signale in zwei Serien von Datensignalen D_I'' und D_Q'' mit einer konstanten Amplitude bei jeder Phase.
3 zeigt ein Diagramm zum Darstellen der Phasenzustände von vier Punkten in orthogonalen vierphasenmodulierten Wellen für die beiden Serien von Daten I und Q in einer Phasenebene. Der Hüllkurvenentzerrer dient zum Entzerren der Signale, so daß die Koordinaten jedes Phasenpunktes als Funktion der Phase eine kreisförmige Ortskurve (Hüllkurve) mit einem konstanten Abstand Zum Ursprung (der Wert "a" in der Figur) bildet.
4 zeigt ein Beispiel eines detaillierten Aufbaus des Hüllkurvenentzerrers 12. In der Figur werden Eingangsanschlüsse A und B verwendet, um orthogonale Daten D_I' bzw. D_Q' einzugeben. Ein Phasenpunkt im ersten Quadranten ist in diesem Fall in 3 durch X gekennzeichnet. In diesem Fall liegt dieser Punkt auf einer von der kreisförmigen Ortskurve verschiedenen Ortskurve. Der Entzerrer bestimmt durch eine Absolutwertschaltung 20 Absolutwerte |D_I'| und |D_Q'| der orthagonalen Daten D_I' und D_Q'. Jeder dieser Werte wird einer Dividierschaltung 21 zugeführt, um die Division |D_I'|/|D_Q'| auszuführen.
Daher wird ein Wert D = |DI'|/|DQ'| (1)am Ausgang der Dividierschaltung 21 erzeugt.
Das Ausgangssignal der Dividierschaltung 21 wird daraufhin einer Arkustangens-Recheneinrichtung 22 zugeführt, um den Phasenwinkel θ zwischen den Daten D_I' und den Daten D_Q' durch die folgende Beziehung basierend auf dem durch die Dividierschaltung 21 bestimmten Divisionswert D zu erhalten: θ = tan–1D = tan–1(|DI'|/|DQ'|) (2)
Das Ausgangssignal der Arkustangens-Recheneinrichtung 22 wird einer Kosinus-Recheneinrichtung 23 und einer Sinus-Recheneinrichtung 24 zugeführt.
Weil der Abstand a vom Ursprung in 3 bekannt ist, führt die Kosinus-Recheneinrichtung 23 unter Verwendung des Phasenwinkels θ die folgende Berechnung aus, um eine konstante Ortskurve zu konstruieren, und bestimmt die Ausgangsdaten D_I''. DI'' = a × cos θ (3)
Ähnlich führt die Sinus-Recheneinrichtung 24 die folgende Berechnung aus, um eine konstante Ortskurve zu konstruieren. DQ'' = a × sin θ (4)
Daher wird das Ausgangssignal des Hüllkurvenentzerrers 12 in die Daten eines Phasenpunktes Y in 3 umgewandelt.
Daher können die Daten Y verwendet werden, um eine kreisförmige Ortskurve mit einem konstanten Abstand a vom Ursprung zu konstruieren.
Die Kosinus-Recheneinrichtung 23 und die Sinus-Recheneinrichtung 24 führen in den Gleichungen (3) und (4) eine Multiplikation mit dem Abstand a vom Ursprung aus, die jedoch durch eine vorangehende Normalisierung eliminiert werden kann.
5 zeigt einen detaillierten Aufbau des Hüllenentzerrers 12.
In der Figur werden Eingangsanschlüssen 34 und 35 zwei Serien orthogonaler Daten D_I' und D_Q' zugeführt. In der Figur wird vorausgesetzt, daß diese Daten beispielsweise par allele 8-Bit-Datensignale sind. Diese Datensignale werden in 1-Bit-Codebits 36 und 37 und 7-Bit-Informationsbits 38 und 39 unterteilt.
Die 7-Bit-Informationsbits 38 und 39 werden den Absolutwertumwandlungsschaltungen 42 bzw. 43 zugeführt, um Absolutwerte |D_I'| und |D_Q'| zu berechnen. Die Ausgangssignale der Absolutwertumwandlungsschaltungen 42 und 43 werden kombiniert und einem ROM-Speicher (Festspeicher) 32 als 14-Bit-Signal zugeführt.
Der ROM-Speicher 32 gibt die folgenden Werte als Daten aus, durch die die vorher gespeicherte kreisförmige Ortskurve gebildet wird, indem die durch die Absolutwertumwandlungsschaltungen 42 und 43 bestimmten Absolutwerte |D_I'| und |D_Q'| als Adressen (14 Bit) verwendet werden. |cos(tan–1(|DI'|/|DQ'|))| (5) |sin(tan–1(|DI'|/|DQ'|))| (6)
Wenn hierin vorausgesetzt wird, daß das Ausgangssignal des ROM-Speichers 32 16-Bit-Daten sind, genügt es, wenn der ROM-Speicher eine Kapazität von 256 kBit aufweist, weil die Bitlänge der Daten für die Eingangsadresse mit 14 Bit 16-Bit beträgt.
Nachdem die Ausgangsdaten des ROM-Speichers 32 in das Kosinus- und das Sinus-Ausgangssignal unterteilt wurden, werden diese Komponenten durch Multipliziererschaltungen 31 und 33 mit dem Codebit 36 bzw. 37 multipliziert. Dadurch können orthogonale Daten D_I'' und D_Q'' mit einem konstanten Abstand vom Ursprung der Hüllkurve erhalten werden.
Nachstehend wird eine andere Ausführungsform des Hüllkurvenentzerrers 12 unter Bezug auf 6 beschrieben.
Zwei-Serien-Datenausgangssignale D_I' und D_Q' des Nyquistfilters 11 werden einer Hüllkurven-Recheneinrichtung 53 zugeführt. Die Hüllkurven-Recheneinrichtung 53 bestimmt gemäß der folgenden Gleichung einen Abstand R vom Ursprung.
Das Ausgangssignal R der Hüllkurven-Recheneinrichtung 53 wird Dividierschaltungen 51 und 52 zugeführt. Die Dividierschaltungen 52 und 52 empfangen auch die Zwei-Serien-Da ten D_I' bzw. D_Q' und führen die folgende Divisionsfunktion aus, um D_I'' und D_Q'' zu bestimmen: DI'' = DI'/R (8) DQ'' = DQ'/R (9)
Dadurch können orthogonale Datensignale D_I'' und D_Q'' erhalten werden, durch die eine Ortskurve mit einem konstanten Abstand vom Ursprung erhalten wird.
Obwohl die vorstehend erläuterte Ausführungsform für einen Aufbau beschrieben wurde, bei dem ein Vierphasenmodulator verwendet wird, kann die Ausführungsform auch auf andersartige digitale Modulatoren angewendet werden.
7 zeigt beispielsweise einen Aufbau, bei dem die vorliegende Erfindung bei einer 16-Phasen-Modulation (16-PSK) verwendet wird.
Das Bezugszeichen 61 bezeichnet einen 16-Phasen-Kartograph zum Unterteilen digitaler Eingangssignale D₁–D₄ in zwei orthogonale Komponenten D_I' bzw. D_Q'. Die Bezugszeichen 62 und 63 bezeichnen Nyquistfilter, die Hochfrequenzkomponenten aus den durch den 16-Phasen-Kartograph unterteilten Komponenten D_I' und D_Q' entfernen. Die Ausgangssignale der Nyquistfilter 62 und 63 werden einem Hüllkurvenentzerrer 12 zugeführt, wo die Ausgangssignale entzerrt werden, um den Abstand vom Ursprung konstant zu machen und Daten D_I'' und D_Q'' zu erhalten. Daraufhin werden diese Daten einem 16-PSK-Modulator 60 zugeführt und durch einen Leistungsverstärker 14 verstärkt, um Hochfrequenzsignale für eine Übertragung zu erzeugen.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der erfindungsgemäßen Sendevorrichtung für mobile Satellitenkommunikations-Datenstationen die Amplitude des Phasenmodulator-Ausgangssignals konstant gemacht, so daß die Sendevorrichtung auch durch eine starke AM/PM-Umsetzungsverzerrung eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkers nicht beeinflußt wird, wodurch der Phasenfehler reduziert werden kann.
Wenn die erfindungsgemäße Sendevorrichtung verwendet wird, kann auch bei Verwendung eines im nichtlinearen Bereich arbeitenden Hochfrequenzverstärkers der C-Klasse ver hindert werden, daß eine erhöhte Zwischencode-Interferenz erzeugt wird, indem durch einen einfachen Hüllkurvenentzerrer eine Wellenformentzerrung bezüglich der Amplitudenkomponente in einem Sendefilterausgangssignal ausgeführt wird, wobei der Verstärker in einem Bereich mit geringer Unteraussteuerung arbeiten kann, so daß die geringe Größe und der niedrige Leistungsverbrauch einer Sendevorrichtung für eine mobile Satellitenkommunikations-Datenstation vorteilhaft erreicht werden.

Claims

Sendevorrichtung für eine mobile Satellitenkommunikations-Datenstation, mit: einem Nyquistfilter, der zwei Serien orthogonaler Daten empfängt, um Hochfrequenzkomponenten aus den zwei Serien orthogonaler Daten zu entfernen; einem Hüllkurvenentzerrer zum Entzerren einer Amplitude eines Ausgangssignals des Nyquistfilters durch Berechnen des Phasenwinkels des komplexen Ausgangsignals des Nyquistfilters, so dass eine Hüllkurve jedes Phasenpunktes zur Phasenänderung eine kreisförmige Ortskurve mit konstantem Abstand zu einem Ursprung bildet; einem orthogonalen Phasenmodulator zum orthogonalen Phasenmodulieren von Ausgangssignalen des Hüllkurvenentzerrers; und einem Hochleistungsverstärker, der die Ausgangssignale vom orthogonalen Phasenmodulator empfängt, um diese in Hochfrequenzsignale umzuwandeln und mit hoher Leistung zu übertragen.
Sendevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Hüllkurvenentzerrer aufweist: eine Absolutwertschaltung, die zwei Serien von Ausgangssignalen vom Nyquistfilter empfängt, um Absolutwerte davon zu bestimmen; eine Dividierschaltung zum Dividieren der Absolutwerte von der Absolutwertschaltung; eine Arcustangens-Necheneinrichtung, die die Ausgangssignale der Dividierschaltung empfängt, um den Arcustangens davon zu berechnen, um einen Phasenwinkel der zwei Serien von Filterausgangssignalen zu bestimmen; eine Kosinus-Recheneinrichtung zum Bestimmen des Kosinuswertes des Phasenwinkels; und eine Sinus-Recheneinrichtung zum Bestimmen des Sinuswertes des Phasenwinkels, um dadurch zwei Serien von Datensignalen zu erhalten, wobei die Ausgangsdaten von der Cosinus-Recheneinrichtung und von der Sinus-Recheneinrichtung orthogonal zueinander sind.
Sendevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Hüllkurvenentzerrer aufweist: eine erste und eine zweite Absolutwertumwandlungsschaltung, die jeweils Informatiansdaten von den arthogonalen Daten der Ausgangssignale des Nyquistfilters empfangen, um den Absolutwert der Informationsdaten zu berechnen; einen ROM-Speicher (Festwertspeicher), der kombinierte Daten der Ausgangssignale von der ersten und der zweiten Absolutwertumwandlungsschaltung empfängt, um einen Sinuswert und einen Cosinuswert aus dem Speicher auszulesen, die im voraus mit den kombinierten Daten als Adresse gespeichert werden; und eine Multiplizierschaltung, die die Ausgangsdaten vom ROM-Speicher in zwei Serien von Informationsdaten unterteilt und jede Serie der Informationsdaten mit Codebits von Signalen vom ersten und vom zweiten Absolutwertumwandler multipliziert.
Sendevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Hüllkurvenentzerrer aufweist: eine Hülllkurven-Recheneinrichtung, die zwei Serien orthogonaler Daten des Nyguistfilter-Ausgangssignals empfängt, und für jede dieser Serien von Daten ein quadratisches Mittel bildet; und eine Dividierschaltung zum Dividieren jeder der beiden Serien von Daten des Ausgangssignals von der Hüllkurven-Recheneinrichtung, um zwei Serien orthogonaler Datensignale auszugeben, deren Hüllkurve durch Verwendung der Ausgangssignale der Dividierschaltung entzerrt ist.