DE69125901T2

DE69125901T2 - Kalibrierung von Vektormodulatoren

Info

Publication number: DE69125901T2
Application number: DE69125901T
Authority: DE
Inventors: James D Mcvey; Kari A Santos
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-16
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2011-09-17
Also published as: DE69125901D1; EP0477720A2; US5119399A; EP0477720A3; JPH04248732A; JP3245195B2; EP0477720B1

Description

Die Erfindung betrifft die elektrische Nachrichtenübertragung und insbesondere die Kalibrierung eines Vektormodulators, der für die Phasenverschiebungs- und Quadraturamplitudenmodulation eines elektrischen Signales verwendet wird.
Mit dem andauernden Trend von der analogen zur digitalen Nachrichtenübertragung wurden verschiedene Modulationsverfahren entwickelt. Eine attraktive Wahl ist die Vektormodulation, bei der das resultierende Signal die Vektorsumme aus zwei amplitudenmodulierten Signalen ist. Dieser Vektor besteht aus einem Trägersignal, der mit einem Dateneingangssignal moduliert wird, wobei die beiden Vektoren um vorgegebene Größen relativ zueinander phasenverschoben sind. Spezielle Beispiele der Vektormodulation sind die Phasenumtastung vierter Ordnung (QPSK; quarternary phase shift keying), bei der nur Phasenverschiebungen auftreten, und die 64 QAM (Quadratur-Amplituden-Modulation), bei der sowohl Phasenverschiebungen als auch Amplitudenverschiebungen auftreten. Für eine Erörterung vieler der Vektormodulationstechniken siehe Kapitel 13 in Elektronic Communications Svstems von Wayne Tomasi, Prentice Hall, New Jersey, 1988, auf das Bezug genommen wird. Zwei Modulationseingangssignale modulieren simultan den Vektor der gleichphasigen Komponente (I-Kanal; In-Phase) bzw. den Vektor der Quadraturkomponente (Q-Kanal) des Trägersignals. Üblicherweise werden der I- und der Q-Kanal des Modulators kalibriert, damit sie die gleiche Verstärkung (gleiche Ausgangsamplitude für gleiche Eingangssignale) und eine zugeordnete Phasenverschiebung von genau 90º haben. Dies erfordert eine Messung und Kalibrierung der Ausgangssignale des Vektormodulators, um in jedem Kanal gleiche Verstärkungen zu gewährleisten, um sicherzustellen, daß die zugehörige Phasenverschiebung genau 90º (oder -90º) ist, und um jedes Restträgersignal zu entfernen, das am Ausgang vorhanden ist, wenn das Eingangssignal 0 ist (Trägerlecken).
Ein Vektormodulator kann mit einem Netzwerkanalysator kalibriert oder geeicht werden, der mit den Trägereingangsanschlüssen und den Ausgangsanschlüssen für das modulierte Signal verbunden ist. Der Netzwerkanalysator kann die Amplitude und Phase der zwei Ausgangssignale messen, die sich aus der Veränderung von Gleichspannungen ergeben, die getrennt an den I- und den Q-Modulationseingangsanschluß angelegt werden, und mit den Messungen kann die Kalibrierung durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist jedoch teuer, arbeitsaufwendig und erfordert häufig die Verwendung zusätzlicher Geräte, die nicht für die Selbstkalibrierung in einen Vektormodulator eingebaut werden können. Das Verfahren ist häufig in seiner Genauigkeit begrenzt und kann der Drift einiger der relevanten Parameter unterworfen sein.
Edwards et al. offenbaren in der US-A-4,717,894 ein iteratives Verfahren zum Kalibrieren von Vektormodulatoren mit einem Skalardetektor, der das von dem Modulator ausgegebene Ausgangssignal mißt. Ein iteratives Vierschritt-Eichverfahren wird durchgeführt und wiederholt, bis keine weitere Veränderung des Ergebnisses beobachtet wird. Der Quadraturphasenfehler wird minimiert, indem zwei Phasenschieber eingestellt werden, die in dem Vektormodulator vorgesehen sind. Das Trägerlecken wird dann minimiert, indem bestimmte Trägerleck-Ausgleichsquellen eingestellt werden, um die HF-Ausgangsamplituden zu minimieren, wenn ein Modulationssignal von 0 an die Eingangsanschlüsse angelegt wird. Die Amplituden des I- und des Q-Modulationskanals werden dann ausgeglichen, indem zwei Signaldämpfer eingestellt werden, die den Dateneingangsanschlüssen zugeordnet sind, bis die Ausgangsamplituden für gleiche Eingangsamplituden gleich sind. Schließlich werden die Quadraturkalibrierungsquellen eingestellt, bis die Ausgangsamplituden ausgeglichen sind. Diese Prozedur muß mehrmals wiederholt werden, weil jeder zu kalibrierende Parameter nicht präzise eingestellt werden kann, bis nicht die anderen Parameter alle perfekt eingestellt sind.
Hedberg offenbart in der US-A-4,890,301 eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Fehlern in einem Quadraturmodulator. Zwei Quadratursignale, cos a(t) und sin a(t), werden erzeugt und mit zwei Trägersignalen, cos ωt und sin ωt, kombiniert und dann addiert, um ein Standardsummensignal cos [ωt - a(t)] zu bilden. Amplitudenfehler (A) und Phasenfehler (V) in dem Summensignal werden ausgeglichen, indem ein erstes Ausgleichsnetzwerk mit drei einstellbaren Signalgeneratoren vorgesehen wird. Das Lecken (L) der Überlagerungsoszillatoren (lokalen Oszillatoren) wird durch ein zweites Ausgleichsnetzwerk ausgeglichen, das zwei weitere einstellbare Signalgeneratoren aufweist, deren Ausgangssignale von den vorher erzeugten Modulationssignalen subtrahiert werden. Diese Lösung scheint eine iterative oder wiederholte Auswahl der einstellbaren Ausgleichssignale zu erfordern, anstatt einen optimalen Ausgleich in einem einzigen Durchgang zu bringen. Es werden keine Mittel vorgeschlagen, mit denen die beiden Ausgleichsgleichungen, die von dem Erfinder erhalten wurden, elektronisch umgesetzt werden können.
Es wird daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Vektormodulators gebraucht, die keinen Netzwerkanalysator benötigen und keine Iteration brauchen, so daß jeder Schritt des Verfahrens nur einmal durchgeführt werden muß, um den Modulator zu kalibrieren (oder zu eichen).
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das erste und zweite Überlagerungsoszillator- oder Trägersignale erzeugt, wobei das zweite Überlagerungsoszillatorsignal die gleiche Frequenz und Amplitude wie das erste Überlagerungsoszillatorsignal hat, jedoch um ungefähr 90º phasenverschoben ist, und wobei die Phasen der beiden Signale unabhängig einstellbar sind. Erste und zweite Trägerrestausgleichs- oder Trägerleckausgleichs-Gleichstromsignale mit unabhängig einstellbaren Amplituden Aclc,1 und Aclc,2 werden vorgesehen, und ferner werden erste und zweite Offset-Gleichstromsignale mit unabhängig einstellbaren Amplituden Aoff,1 und Aoff,2 vorgesehen. Erste und zweite Dateneingangssignale Im(t) und Qm(t) sehen Trägersignal-Modulationsdaten vor.
Das erste Dateneingangssignal wird an die Eingangsanschlüsse einer ersten Datenaufbereitungseinrichtung angelegt, um ein erstes analoges Signal Aanalog,1 an den Ausgangsanschlüssen der ersten Datenaufbereitungseinrichtung zu erzeugen. Das zweite Dateneingangssignal wird an die Eingangsanschlüsse einer zweiten Datenaufbereitungseinrichtung angelegt, um ein zweites analoges Signal Aanlaog,2 an den Ausgangsanschlüssen der zweiten Datenaufbereitungseinrichtung zu erzeugen. Beispiele für Datenaufbereitungseinrichtungen sind: Verstärker, Tiefpaßfilter, Dämpfer, Digital-Analog-Wandler oder ein einfacher Draht. Das erste Analogsignal Aanalog,1 wird an die Eingangsanschlüsse eines ersten variablen Dämpfers mit einem zugehörigen Dämpfungsfaktor Atten&sub1; angelegt. Dies erzeugt ein skaliertes Signal Amod,1 = Atten&sub1; Aanalog,1 am Ausgangsanschluß des ersten variablen Dämpfers. Das zweite analoge Signal Aanalog,2 wird an die Eingangsanschlüsse eines zweiten variablen Dämpfers mit einem zugehörigen Dämpfungsfaktor Atten&sub2; angelegt. Dies erzeugt ein skaliertes Signal Amod,2 = Atten&sub2; Aanalog,2 am Ausgangsanschluß des zweiten variablen Dämpfers.
Die Summe eines ersten skalierten Analogsignals Amod,1 plus dem ersten Trägerrest-Ausgleichssignal Aclc,1 plus dem ersten Offsetsignal Aoff,1 wird mit dem ersten Überlagerungsoszillatorsignal Ic multipliziert, um eine erste Komponente des Ausgangssignals zu erzeugen. Die Summe eines zweiten skalierten Analogsignals Amod,2 plus dem zweiten Trägerrest-Ausgleichssignal Aclc,2 plus dem zweiten Offset-Signal Aoff, 2 wird mit dem zweiten Überlagerungsoszillatorsignal Qc multipliziert, um eine zweite Komponente des Ausgangssignals zu erzeugen. Diese beiden Komponenten des Ausgangssignals werden addiert, und die Vektorsumme daraus wird zum Ausgangssignal.
Es wird ein willkürlicher Wert für jede der Amplituden Aclc,1, Aclc,2, Aoff,1 und Aoff,2 gewählt. Es wird ein willkürlicher Wert für jede der Amplituden Aanalog,1 und Aanalog,2 (keine mit einer Amplitude von null) gewählt. Acht vorgegebene Kombinationen der Dämpfungswerte Atten&sub1; und Atten&sub2; werden gebildet, die acht Punkte auf einem Parallelogramm definieren. Atten&sub1; nimmt wenigstens drei Werte r1,1, r212, r3,3 an, so daß 0 ≤ r1,1 < r2,1 < r3,1 ist, und Atten&sub2; nimmt wenigstens drei Werte r1,2, r2,2, r3,2 an, so daß 0 ≤ r1,2 < r2,2 < r3,2 ist. Die Längen von zwei sich schneidenden Parallelogrammseiten und die bei der Schnittstelle dieser beiden Seiten innen liegenden Winkel werden ermittelt. Eine Messung von nur sieben der acht Parallelogrammpunkte ist ausreichend, um die innen liegenden Winkel von zwei nebeneinander liegenden Ecken des Parallelogramms zu bestimmen. Es kann z.B. jeweils eine von vier Zwischensignalamplituden, die einem Dämpfungsfaktor Atten&sub1; = r2,1 oder Atten&sub2; = r2,2 entsprechen, nach Wunsch gelöscht werden. Um in der folgenden Erörterung die Symmetrie beizubehalten, wird jedoch die Ermittlung aller acht Punkte des Parallelogramms berücksichtigt. Die relativen Phasenverschiebungen der ersten und zweiten Überlagerungsoszillatorsignale werden eingestellt, bis der Innenwinkel genau gleich 90º (oder -90º)ist, so daß der Quadraturwinkel des Ausgangssignals nun 90º (oder -90º) ist.
Um das Verstärkungsverhältnis vom I- zum Q-Kanal zu kalibrieren, müssen die Dateneingangssignale Im(t) und Qm(t) auf äquivalente Werte eingestellt werden, wenn das Ausgangssignal gemessen wird. Ferner müssen Im(t) und Qm(t) so eingestellt werden, daß Aanalog,1 und Aanalog,2 ≠ 0 sind. Ähnlich wie bei der Quadraturwinkelkalibrierung werden acht vorgegebene Kombinationen aus den Dämpfungswerten Atten&sub1; und Atten&sub2; gebildet, die acht Punkte auf einem Parallelogramm definieren. Für diese Werte gelten dieselben Bedingungen für die Verstärkungskalibrierung wie für die Quadraturkalibrierung. Basierend auf Messungen dieser acht Punkte (nur fünf sind unbedingt nötig) werden die Längen von zwei sich schneidenden Parallelogrammseiten ermittelt. Die Kenntnis der Seitenlängen und der Dämpfungswerte Atten&sub1; und Atten&sub2; ergeben das Verstärkungsverhältnis des I-Kanals zum Q-Kanal. Die absolute Verstärkung kann unabhängig, gestützt auf andere Überlegungen, eingestellt werden, wie der dynamische Bereich, die absolute Ausgangsleistung, der Parametereinstellbereich etc. Basierend auf dem Verstärkungsverhältnis des I-Kanals zum Q-Kanal und auf der absoluten Verstärkung werden die Werte von Atten&sub1; und Atten&sub2; berechnet. Wenn Im(t) und Qm(t) auf äquivalente Werte eingestellt werden, wenn die Quadraturkalibrierungsmessungen gemacht werden, sind keine weiteren Messungen notwendig.
Die Amplituden des ersten und zweiten Offset-Signals Aoff,1 und Aoff,2 und das erste und zweite skalierte Analogsignal Amod,1 = Atten&sub1; Aanalog1 und Amod,2 = Atten&sub2; Aanalog2 werden nun auf null eingestellt, und die Amplituden des ersten und des zweiten Trägerrest-Ausgleichssignals werden verändert, so daß die Ausgangssignalgröße minimiert wird, und Aclc,1 und Aclc,2 werden auf diese Werte festgelegt.
Die Offset-Signalamplituden können dazu verwendet werden, das ausgegebene vektormodulierte Signal einzustellen, so daß bei Vorgabe eines Bereiches aus Eingangsdatenwerten für Im(t) und Qm(t) das Ausgangssignal bei dem Punkt, der der Ausgangsleistung von null entspricht, zentriert ist. Um dies zu erreichen, werden die Amplituden der Offsetsignale Aoff,1 und Aoff,2 so eingestellt, daß die Differenz der Größen der vier Punkte eines Parallelogramms, das durch vier bestimmte Werte von Im(t) und Qm(t) beschrieben wird, minimiert werden. Der Quadraturwinkel, die beiden Trägerrest-Ausgleichssignale Aclc,1 und Aclc,2 und die beiden Dämpfungswerte Atten&sub1; und Atten&sub2; werden auf ihre kalibrierten Werte eingestellt. Mit Im(t) und Qm(t) werden Messungen der Größen durchgeführt, so daß die vier Kombinationen des maximalen und des minimalen Aanalog,1 und Aanalog,2 erhalten werden.
Mit der angegebenen Auswahl der Phasenverschiebungen, Trägerrest-Ausgleichspannungen und Offsetspannungen ist der Vektormodulator nun ausgeglichen, so daß eine relative Phasenverschiebung zwischen zwei Eingangsmodulationssignalen vorliegt, die genau 90º, oder einen anderen bestimmbaren Winkel, beträgt, und die Amplituden der beiden Ausgangskomponenten sind ausgeglichen und ein Trägerlecken oder Trägerrest, falls vorhanden, ist eliminiert.
In den Figuren zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann;
Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung eines Parallelogramms, das durch acht Messungen definiert wird und mit dem das System der Figur 1 kalibriert werden kann;
Figur 3 ist eine graphische Darstellung eines Teils des Parallelogramms, die zum Ermitteln einer Länge einer Parallelogrammseite verwendet wird;
Figur 4 ist eine graphische Darstellung eines Teils eines Parallelogramms, die zum Ermitteln der Winkel verwendet wird;
Figur 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Veränderung des Detektorausgangssignals mit einer Änderung der entsprechenden Größe des Trägerrest- Ausgleichssignals zeigt, wobei auch Nebensignale vorhanden sind.
Wie man in Figur 1 sieht, umfaßt eine Ausführungsform der Vektormodulatorvorrichtung 1 eine Trägersignalquelle 13, die ein Trägersignal Ic(t) der Frequenz fc er zeugt. Dieses Trägersignal wird von einem Signalteilermodul 15 empfangen, das das ursprüngliche Trägersignal Ic(t) bei einem ersten Ausgangsanschluß reproduziert und ausgibt und ferner das Trägersignal reproduziert, die Trägersignalphase um ungefähr 90º relativ zu dem Signal an dem ersten Ausgangsanschluß verschiebt und dann dieses phasenverschobenen Trägersignal Qc(t) bei einem zweiten Ausgangsanschluß ausgibt. Das Signal Ic(t) wird bei einem ersten einstellbaren Phasenschiebermodul 17 empfangen, das durch seine Steuereinrichtung PHASE 60 eingestellt wird und eine willkürlich einstellbare erste Phasenverschiebung φ&sub1; einführt und dieses phasenverschobene Signal als ein Ausgangssignal Ic(t,φ&sub1;) ausgibt, das von einem Multiplizierer oder einem anderen Mischermodul 19, wie gezeigt, empfangen wird. Das Signal Qc(t) wird von einem zweiten einstellbaren Phasenschiebermodul 21 empfangen, das durch seine Steuereinrichtung PHASE 61 eingestellt wird und eine willkürliche einstellbare zweite Phasenverschiebung φ&sub2; einführt und dies als ein Ausgangssignal Qc(t,φ&sub2;) ausgibt, das von einem zweiten Multiplizierer oder Mischermodul 23, wie gezeigt, empfangen wird. Das Mischermodul 19 empfängt auch ein zweites Eingangssignal I'm, das unten noch erörtert wird, und bildet und gibt die Produktfunktion I'm Ic(t,φ&sub1;) als eine erste Komponente des Ausgangssignals aus, das von einem Summenmodul 25, wie gezeigt, empfangen wird. Das zweite Mischermodul 23 empfängt auch ein zweites Eingangssignal Q'm, das unten noch erörtert ist, und bildet und gibt das Produkt Q'm Qc(t,φ&sub2;) als eine zweite Komponente des Ausgangssignals aus, das von dem Summenmodul 25, wie gezeigt, empfangen wird. Die Summe der beiden Eingangssignale, die von dem Summenmodul 25 empfangen werden, wird als das Ausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 26 ausgegeben, und ein kalibrierter Signaldetektor 27 ist so angeordnet, daß er das auf der Leitung 26 ausgegebene Signal zum Zweck der Messung oder Kalibrierung des Vektormodulators 11 überwacht.
Ein erstes Datenaufbereitungsmodul 31 empfängt ein erstes Dateneingangs-Steuersignal Im(t) auf einer Eingangsleitung 32. Das Datenaufbereitungsmodul 31 bildet und gibt ein Ausgangssignal Aanalog,1 aus, das von Im(t) abhängig ist. Dieses Signal Aanalgo,1 wird an ein Dämpfungsmodul 33 übergeben und dient als ein Eingangssignal für dieses. Das Modul 33 empfängt auch ein erstes Steuereingangssignal mit einem Wert Atten&sub1; von einem ersten Dämpfungsparameter-Eingangsmodul 35 und bildet das Produkt Amod,1 = Atten&sub1; Aanalog,1 und gibt es aus. Der Paramter Atten&sub1; kann während der Quadraturberechnung einen von drei Werten r1,1, r2,1, r3,1 haben, wobei 0 ≤ r1,1 < r2,1 < r3,1 ist, und dient als ein einstellbarer Dämpfungsparameter, dessen Wert von einem Operator bestimmt wird, der das erste Dämpfungseingabemodul 35 steuert. Ein Offsetspannungsmodul 37 liefert ein einstellbares Offset-Gleichsignal Aoff,1, und ein Trägerrest-Ausgleichsspannungsrnodul 39 liefert ein Ausgleichssignal Aclc,1 wie gezeigt. Die drei Signale Amod,1, Aoff,1 und Aclc,1 werden summiert, um ein erstes Summensignal I'm = Atten&sub1; Aanalog,1 + Aoff,1 + Aclc,1 auf einer Signalleitung 40 zu bilden, die mit einem zweiten Eingangsanschluß des ersten Mischermoduls 19, wie gezeigt, verbunden ist.
Ein zweites Datenaufbereitungsmodul 41 empfängt ein zweites Dateneingangs-Steuersignal Qm(t) auf einer Eingangsleitung 42. Das Datenaufbereitungsmodul 41 bildet und gibt ein Ausgangssignal Aanalog,2 aus, das von Qm(t) abhängig ist. Die Datenaufbereitungsmodule 31 und 41 können jeweils ein einfacher Draht, ein Digital-Analog-Wandler, ein Signalverstärker, ein Signaldämpfer, ein Tiefpaßfilter oder eine andere ähnliche Signalverarbeitungseinrichtung sein. Dieses Signal Aanalog,2 wird an ein Dämpfungsmodul 43 geliefert und dient als ein Eingangssignal für dieses. Das Modul 43 empfängt auch ein zweites Steuereingangssignal mit einem Wert Atten&sub2; von einem zweiten Dämpfungsparameter-Eingabemodul 45 und bildet das Produkt Amod,2 = Atten&sub2; Aanalog,2 und gibt dieses aus. Der Parameter Atten&sub2; hat einen von drei Werten r1,2, r2,2, r3,2, wobei 0 ≤ r1,2 < r2,2 < r3,2, während der Quadraturberechnung und dient als ein einstellbarer Dämpfungsparameter, dessen Wert von einem Operator gewählt wird, der das zweite Dämpfungseingangsmodul 45 steuert. Ein Offsetspannungsmodul 47 liefert ein einstellbares Offset-Gleichsignal Aoff,2, und ein Trägerrest- Ausgleichssignalmodul 49 liefert ein Ausgleichssignal Aclc,2, wie gezeigt. Die drei Signale Amod,2, Aoff,2 und Aclc,2 werden summiert, um das zweite Summensignal Q'm = Atten&sub2; Aanalog,2 + Aoff,2 + Aclc,2 auf einer Signalleitung 50 zu bilden, die mit einem zweiten Eingangsanschluß des zweiten Mischermoduls 43, wie gezeigt, verbunden ist.
Der erste und der zweite Dateneingang Im(t) und Qm(t) sind vorzugsweise jeweils konstant, wenn die Kalibrierungen vorgenommen werden, sie können jedoch grundsätzlich zeitveränderlich sein. Nur die Produkte Amod,1 = Atten&sub1; Aanalog,1 und Aod,2 = Atten&sub2; Aanalog,2 müssen bestimmte Werte haben, wenn die Messungen mit dem kalibrierten Detektormodul 27 durchgeführt werden.
Die konventionelle vierfache Phasenumtastung ("QPSK") gemäß der Erläuterung von W. Tomasi, Electronic Communications Systems, a.a.O., würde das Trägersignalmodul 13, das Phasenverschiebungsmodul 15, die zwei Mischermodule 19 und 23, das Summenmodul 25 und die Dateneingangsleitungen 32 und 42 verwenden, um ein herkömmliches QPSK-Ausgangssignal auf der Leitung 26 vorzusehen. Die beiden einstellbaren Phasenschiebermodule 17 und 21, die durch ihre jeweiligen Steuereinrichtungen PHASE 60 und PHASE 61 eingestellt werden, die beiden Datenaufbereitungsmodule 31 und 41, die beiden Dämpfungsmodule 33 und 43, die beiden Dämpfungsparameter-Eingabemodule 35 und 45, die beiden Offsetsignalmodule 37 und 47 und die beiden Trägerrest- Ausgleichssignale 39 und 49 werden hier ebenfalls vorgesehen, um das System gemäß der Erfindung zu messen und zu kalibrieren. Allgemeiner gesprochen, es kann eine Vektormodulation des Ausgangssignals auf der Ausgangsleitung 46 vorgesehen werden.
Am Anfang werden nominelle Werte (z.B. einige 10 Millivolt Spannung oder einige Milliamper Strom) für jedes der Signale Aoff,1, Aclc,2, Aoff,2 und Aclc,2 gewählt und vorübergehend festgehalten. Die Amplitude von Amod,1 = Atten&sub1; Aanalog,1 wird zwischen drei Werten variiert. Der Einfachheit halber sei hier angenommen, daß Aanalog,1 auf einem konstanten Wert ungleich null gehalten wird, wenn Messungen mit dem kalibrierten Detektormodul 27 durchgeführt werden, und daß der Dämpfungsparameter Atten&sub1; sich zwischen den drei Werten r1,1, r2,1, r3,1 ändert. Ähnlich wird angenommen, daß Aanalog,2 auf einem konstanten Wert ungleich null gehalten wird, wenn Messungen durchgeführt werden, und daß der Dämpfungsparameter Atten&sub2; zwischen den drei Werten r1,2, r2,2 und r3,2 variiert wird. Mit einer geeigneten Wahl der variablen Paare Amod,1, Amod,2) werden die folgenden acht Punkte in einem zweidimensionalen Koordinatenraum definiert.
A: (Aoff,1 +Aclc,1 + r1,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r1,2Aanalog,2)
B: (Aoff,1 +Aclc,1 + r3,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r1,2Aanalog,2)
C: (Aoff,1 +Aclc,1 + r3,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r3,2Aanalog,2)
D: (Aoff,1 +Aclc,1 + r1,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r3,2Aanalog,2)
E: (Aoff,1 +Aclc,1 + r2,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r1,2Aanalog,2)
F: (Aoff,1 +Aclc,1 + r1,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r2,2Aanalog,2)
G: (Aoff,1 +Aclc,1 + r2,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r3,2Aanalog,2)
H: (Aoff,1 +Aclc,1 + r3,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r2,2Aanalog,2)
Eine geeignete Gruppe von ausgewählten Werten für die Dämpfungsparameter ist r1,1 = r1,2 = 0, r2,1 = r2,2 = 0,5 und r3,1 = r3,2 = 1, es können jedoch allgemeinere Werte gewählt werden.
Die obigen Punkte, welche die Vektorsummen des Ausgangssignals I'm Ic(t,φ&sub1;) + Q'm (t,φ&sub2;) wiedergeben, sind in Figur 2 in einem zweidimensionalen Graphen als die Punkte A, B ...., H auf einem Parallelogramm (oder allgemeiner einem Vierseit) ABCD, wie gezeigt, dargestellt, wobei die vier Punkte E, F, G, und H Zwischenpositionen auf den vier Grenzlinien darstellen, welche das Parallelogramm ABCD definieren. Ein neunter Punkt, der in Figur 2 mit V bezeichnet ist, entspricht dem Ausgangssignal von Null auf der Ausgangsleitung 26 (wenn nicht einem Eckpaar). Der Scheitelpunkt V kann innerhalb oder außerhalb des Parallelogramms ABCD oder auf einem Grenzsegment liegen, er kann jedoch nicht mit einem der Ecken des Parallelogramms zusammenfallen. Die maximalen Amplituden des Ausgangssignals, die für jede der acht Gruppen aus den oben angegebenen Koordinaten auf der Ausgangsleitung 26 auftreten, werden gemessen, und die Messung der maximalen Amplitude für den Scheitelpunkt V wird von den gemessenen Amplituden jedes der acht Punkte des Vierseits subtrahiert. Diese acht Messungen werden mit den Längen der Liniensegmente AV, BV, CV, DV, EV, FV, GV und HV, die in Figur 2 gezeigt sind, identifiziert.
Figur 3 zeigt die Beziehung von zwei Dreiecken AEV und BEV, die einen Teil des in Figur 2 gezeigten Parallelogramms bilden. Die Länge LAB einer Seite des gesamten Dreiecks ABV wird nun ermittelt. Ähnliche Überlegungen gelten für die Ermittlung der Längen LAD, LCD (= LAB) und LBC (= LAD) des in Figur 2 gezeigten Parallelogramms ABCD.
Für ein Dreieck mit drei Seiten der Längen a, b und c und einer Umfangslänge, die gegeben ist durch 2s = a + b + c, ist aus der Trigonometrie bekannt, daß die Dreiecksfläche gegeben ist durch
Dreiecksfläche = [s (s-a) (s-b) (s-c)] (1/2) (1)
Die Flächen der beiden Dreiecke AEV und BEV, die in Figur 3 gezeigt sind, haben die in der Gleichung (2) angegebene Beziehung.
Fläche (AEV) (r3,1 - r1,1) / (r2,1 - r1,1) = Fläche (BEV) (r3,1 - r1,1) / (r3,1 - r2,1) (2)
Wenn 2s&sub1; und 2s&sub2; die Längen des Perimeters der jeweiligen Dreiecke AEV und BEV sind, wie durch die Gleichungen (3) und (4) gezeigt, haben die Flächen der beiden Dreiecke AEV und BEV die in Gleichung (5) angegebene Beziehung,
s&sub1; = (LAE + LEV + LAV) / 2, (3)
s&sub2; = (LBE + LEV + LBV) / 2, (4)
s&sub1; (s&sub1;-LAE) (s&sub1;-LEV) (s&sub1;-LAV) [(r3,1-r2,1)/(r3,1-r1,1)]² = s&sub2; (s&sub2;-LBE) (s&sub2;-LEV) (s&sub2;-LBV) [(r2,1-r1,1)/(r3,1-r1,1)]² (5)
wobei die Längen LAE und LBE der Liniensegmente gegeben sind durch
LAE = LAB (r2,1 - r1,1) / (r3,1 - r1,1), (6)
LBE = LAB (r3,1 - r2,1) / (r3,1 - r1,1). (7)
Die Längen der Liniensegmente Av, BV und EV sind aus den Messungen der Amplituden des Ausgangssignals bekannt, das auf der Ausgangsleitung 26 in Figur 1 auftritt. Die unbekannte Länge LAB des Liniensegments wird durch Umstellen der Gleichung (5) erhalten. Dies ergibt die in den Gleichungen (8) und (10) angegebenen Ausdrücke, nämlich
LAB = [(LAV²- LBV²) + [(LAV²- LBV²)² - (r&sub1;² - 1) ((1/r&sub1;²) (LAV²- LEV²)² - (LBV²- LEV²)²)] (1/2) x (r&sub1; + 1) / (r&sub1; - 1)]1/2 (r1 ≠ 1), (8)
r&sub1; = (r2,1 - 1,1) / (r3,1 - r2,1), (9)
LAB = 2(1/2) x [LAV² + LBV² - ²LEV²) (1/2) (r&sub1; = 1). (10)
Wenn r1,1, r2,1 und r3,1 so gewählt werden, daß r&sub1; = 1, verschwinden der Zähler und der Nenner in Gleichung (8) beide, und für die Liniensegmentlänge LAB ergibt sich ein einfacherer Ausdruck, der in Gleichung (10) angegeben ist.
Die richtige Wahl für das (+) oder (-) Vorzeichen in Gleichung (8) wird wie folgt ermittelt. Die beiden Längenwerte LAV und LBV werden mit LEV verglichen, und es wird ermittelt, welcher der drei in Tabelle 1 angegebenen (möglichen) Fällen vorliegt. Im ersten Fall (LEV < LAV, LEV ≥ LBV) wird das negative Vorzeichen in Gleichung (8) gewählt. Im zweiten Fall (LEV ≥ LAV, LEV 4: LBV) wir das positive Vorzeichung in Gleichung (8) gewählt. Im dritten Fall (LEV < LAV, LEV < LBV) werden die folgenden Verhältnisse gebildet
r&sub1;²= (r2,1 - r1,1)² / (r3,1 - r2,1)²
r² = (LAV² - LEV²) / (LBV² - LEV²)
und diese Verhältnisse werden verglichen. Wenn r&sub1;² > r², wird das positive Vorzeichen in Gleichung (8) gewählt. Wenn r&sub1;²< r², wird das negative Vorzeichen in Gleichung (8) gewählt. Wenn r&sub1;² = r², verschwindet die Größe innerhalb des inneren Quadratwurzelzeichens [ ]1/2 in Gleichung (8), so daß die Wahl des Vorzeichens ohne Bedeutung ist. Tab. 1: Beziehung der Seitenlangen in Figur 3
Wenn die Längen LAB und LAD einmal ermittelt wurden, können die Winkel ψ(VAD) und ψ(VAB) aus dem allgemeinen Cosinusgesetz der Trigonometrie ermittelt werden, nämlich
ψ(VAD) = Cos&supmin;¹ [(LAV² + LAD² - LDV²)/(2 LAVLAD)) (11)
ψ(VAB) = Cos&supmin;¹ [(LAV² + LAB² - LBV²)/(2 LBVLAB)] (12)
ψ(BAB) = ψ(VAD)± ψ(VAB) oder 360º-(ψ(VAD)+ψ(VAB)) (13)
Die Cosinusfunktion cos(w) ist eine kontinuierliche, streng monoton fallende Funktion der Variablen w in den Intervallen 0º ≤ w ≤ 180º, so daß sich in den Gleichungen (11) bis (13) keine Mehrdeutigkeiten ergeben. Die Position des Scheitelpunkts V in Bezug auf die Ecken A, B, C und D kann jedoch jede der vier in Figur 4 gezeigten Konfigurationen annehmen.
Die mit L1 und L2 bezeichneten Linien haben Linienabschnitte, die mit den Abschnitten AD bzw. AB des Parallelogramms ABCD, wie gezeigt, zusammenfallen.
Die Nebeneinanderstellung (Juxtaposition) der beiden Linien L1 und L2 teilt die Ebene in vier allgemeine Quadranten auf, die mit I, II, III und IV bezeichnet sind, wobei der Quadrant I das Parallelogramm ABCD enthält. Für den Scheitelpunkt V = V1, der im Quadranten I liegt, der die relevanten Teile der Linien L1 und L2 enthält, gelten die folgenden Beziehungen:
0º < ψ(VAB) + ψ(VAD) < 180º, (14)
ψ(VAB) + ψ(VAD) = konstant = ψ(BAD) < 180º (15)
Für den Scheitel V = V2, der im Quadranten II liegt, welcher keinen Teil der Linien L1 und L2 enthält, gelten die folgenden Gleichungen:
ψVAB) < ψ(VAD) < 180º, (16)
ψ(VAD) - ψ(VAB) = konstant = ψ(BAD) (17)
Für den Scheitel V = V4, der im Quadranten IV liegt, welcher keine Teile der Linien L1 und L2 enthält, gelten die folgenden Gleichungen:
ψ(VAD) < ψ(VAB) < 180º, (18)
ψ(VAB) - ψ(VAD) = konstant = ψ(BAD) (19)
Für den Scheitel V = V3, der im Quadranten III liegt, welcher die relevanten Teile der Linien L1 und L2 umfaßt, gelten die folgenden Gleichungen:
ψ(VAB), ψ(VAD) ≤ 180º, (20)
ψ(VAB) + ψ(VAD) = konstant ≥ 180º (21)
ψ(BAD) = 360º - (ψ(VAB) + ψ(VAD)) (22)
Für ein gegebenes Paar aus berechneten Winkeln ψ(VAB) und ψ(VAD) kann der mögliche Quadrant, welcher V und somit den Wert von ψ(BAD) enthält, von den oben beschriebenen vier möglichen Quadranten auf zwei der Quadranten reduziert werden, indem die Summe und die Differenz von ψ(VAB) und ψ(VAD) berechnet wird.
180º ≤ ψ(VAB) + ψ(VAD) ≤ 360º, V kann nicht im Quadrant I sein
ψ(VAB) + ψ(VAD) < 180º, V kann nicht im Quadrant III sein
ψ(VAD) - ψ(VAB) < 0º, V kann nicht im Quadrant IV sein
ψ(VAB) - ψ(VAD) < 0º, V kann nicht im Quadrant II sein
Der Scheitelpunkt V kann nur in einem der zwei aneinandergrenzenden Quadranten liegen, und ψ(BAD) ist einer von zwei möglichen Winkeln. Um zu ermitteln, welcher Winkel richtig ist, wird der Winkel ψ(CBA) oder der Winkel ψ(CDA) auf ähnliche Weise analysiert, um die zwei möglichen Werte für diesen Winkel zu ermitteln. Wenn z.B. der Winkel ψ(CBA) analysiert wird, werden die Werte der Winkel ψ(VBC) und ψ(VBA) berechnet, und zwei mögliche Werte für ψ(CBA) werden ermittelt. Da ABCD ein Parallelogramm ist, beträgt die Summe von zwei aufeinanderfolgenden Innenwinkeln 180º. Jeder der aufeinanderfolgenden Winkel hat zwei mögliche Werte, wie oben ermittelt wurde, so daß es vier Kombinationen aus Winkelsummen ψ(BAD) + ψ(CBA) gibt, von denen eine 180º ergibt. Dieses Wertepaar wird für ψ(BAD) und ψ(CBA) gewählt.
Nachdem die Längen LAB und LAD und der eingeschlossene Winkel ψ(BAD) gefunden wurden, wird dieser Formalismus für die Korrektur eines möglichen Quadraturfehlers im Vektormodulator 11 in Figur 1 angewendet. Im Idealfall ist der Winkel ψ(BAD) = 90º (oder -90º), obwohl auch ein anderer vorgegebener Winkel ψ0 verwendet werden kann. Wenn dieser Winkel jedoch von 90º (oder -90º) abweicht, werden entweder die einstellbare Phasenverschiebung φ&sub1; oder die einstellbare Phasenverschiebung φ&sub2; oder beide entweder von der Phasenverschiebungs- Steuereinrichtung PHASE 60 für das Phasenschiebermodul 17 oder von der Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung PHASE 61 für das Phasenschiebermodul 21 eingestellt, bis der Quadraturwinkel, der zu dem Vektormodulator 11 gehört, 90º (oder -90º) beträgt. Diese Wahl für die Phasenverschiebungswinkel wird fest eingestellt. Wenn die Phasenverschiebungen φ&sub1; und φ&sub2; beide um denselben Wert und in dieselbe Richtung verändert werden, sollte der Quadraturwinkel bei 90º (oder -90º) fest stehen bleiben, obwohl sich andere Parameter des Ausgangssignals des Vektormodulators 11 in Figur 1 ändern können.
Die zum Erzeugen eines Quaraturwinkels von 90º erforderliche Kalibrierung wird hier noch einmal durchgeführt. Es sind keine Iterationen notwendig.
Für äquivalent Dateneingangssignale Im(t) und Qm(t) sollten die I- und Q-Komponenten des vektormodulierten Ausgangssignals relative Amplituden haben, die durch ein vorgegebenes Verhältnis bestimmt sind. Dieses Verhältnis ist meistens 1. Bei der normalen QPSK-Modulation, sind z.B. die I- und Q-Amplituden gleich. Zum Kalibrieren des Verstärkungsverhältnisses vom I- Kanal zum Q-Kanal, müssen die Dateneingangssignale Im(t) und Qm(t) auf äquivalente Werte eingestellt werden, wenn das Ausgangssignal gemessen wird, und Im(t) und Qm(t) müssen so gewählt werden, daß Aanalog,1 und Aanalog,2 nicht null sind. Ähnlich wie bei der Quadraturwinkelkalibrierung werden die Seitenlängen von zwei aufeinanderfolgenden Seiten eines Parallelogramms ermittelt. Dies erfordert fünf Messungen der maximalen Amplitude des Ausgangssignals. Der Dämpfungsparameter Atten&sub1; wird zwischen drei vorgegebenen Werten r4,1, r5,1 und r6,1 variiert, so daß 0 ≤ r4,1 < r5,1 < r6,1. Der Dämpfungsparameter Atten&sub2; wird auch zwischen drei vorgegebenen Werten r4,2, r5,2 und r612 verändert, so daß 0 ≤ r4,2 < r5,2 < r6,2. Mit einer geeigneten Wahl der Variablenpaare werden die folgenden fünf Punkte in einem zweidimensionalen Koordinatenraum analog zu Figur 2 definiert.
A': (Aoff,1 +Aclc,1 + r4,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r4,2Aanalog,2)
B': (Aoff,1 +Aclc,1 + r6,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r4,2Aanalog,2)
D': (Aoff,1 +Aclc,1 + r4,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r6,2Aanalog,2)
E': (Aoff,1 +Aclc,1 + r5,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r4,2Aanalog,2)
F': (Aoff,1 +Aclc,1 + r4,1 Aanalog,1, Aoff,2 +Aclc,2 + r5,2Aanalog,2)
Es ist häufig einfacher, die Dämpfungswerte für diesen Verstärkungsverhältnis-Kalibrierungsabschnitt gleich denen für den Quadraturkalibrierungsabschnitt zu wählen, z.B. r4,i = r1,i, r5,1 = r2,i, r6,i = r3,1 (i = 1,2). Wenn die Dateneingangssignale Im(t) und Qm(t) ferner während der Quadraturkalibrierung auf äquivalent Werte eingestellt werden, müssen zu dieser Zeit keine neuen Messungen gemacht werden. Gestützt auf die Messungen dieser fünf Punkte werden erneut die Längen von zwei sich schneidenden Parallelogrammseiten mit Hilfe der Gleichungen (8), (9) und (10) ermittelt.
Das Verhältnis der kalibrierten Werte von Atten&sub1; und Atten&sub2; ist durch das Verhältnis der Parallelogrammseitenlängen mal dem Verhältnis der Differenzen der Dämpfungsfaktoren mal dem gewünschten Verstärkungsverhältnis vom I-Kanal zum Q-Kanal gegeben:
Atten&sub1;/Atten&sub2; = (LAD / LAB) [(r6,1 - r4,1) / (r6,2 - r4,2)] (gewünschtes I/Q Verhältnis)
Die absolute Verstärkung kann unabhängig eingestellt werden, basierend auf anderen Betrachtungen, wie dem dynamischen Bereich, der absoluten Ausgangsleistung, dem Parametereinstellbereich etc. Häufig ist es z.B. wünschenswert, Atten&sub1; ≤ 1 und Atten&sub2; ≤ 1 zu halten. Basierend auf dem Verstärkungsverhältnis vom I-Kanal zum Q-Kanal und auf Betrachtungen im Hinblick auf die absolute Verstärkung werden Werte für Atten&sub1; und Atten&sub2; berechnet und festgelegt. Das Verstärkungsverhältnis vom I-Kanal zum Q-Kanal muß nur einmal kalibriert werden. Es sind keine Iterationen erforderlich.
Der Beitrag des Trägerrestes oder Trägerleckens wird als nächstes kompensiert und minimiert. Die Werte von Atteni (i=1,2), oder Im und Qm werden so eingestellt, daß Amod,1 und Amod,2 gleich null sind, und die Offsetsignale Aoff,1 und Aoff,2 werden auf null gesetzt, wobei der Quadraturwinkel, wie oben erläutert, auf 90º fest eingestellt ist. Nun werden die Amplituden der Gleichspannungssignale Aclc,1 und Aclc,2 so eingestellt, daß ihre einzelnen Beiträge zum Gesamtausgangssignal, das auf der Ausgangsleitung 26 in Figur 1 gemessen wird, minimiert werden. Die Leckausgleichssignale Aclc,1 und Aclc,2 werden bei den jeweiligen Werten fest eingestellt, mit denen diese Minimierung erreicht wird.
Im Idealfall können die Trägerrestbeiträge vollständig eliminiert werden. Aufgrund bestimmter Rauschschwellwerte, die in dem Vektormodulator selbst vorhanden sind, ist es jedoch wahrscheinlich, daß die Trägerrestbeiträge in dem System weiter vorhanden sind, wenn auch mit verminderten Pegeln, die, wie oben erörtert, erhalten werden.
Der lokale Oszillator oder Überlagerungsoszillator 13 in Figur 1 erzeugt häufig kein reines Schwingungssignal bei der gewünschten Trägerfrequenz fc, so daß andere Frequenzen f ≠ fc, wie Obertöne und Untertöne, auch in dem Ausgangssignal des Modulators auf der Ausgangsleitung 26 vorhanden sind. Diese unerwünschten Beiträge zu dem Ausgangssignal des Modulators erzeugen ein Gesamtausgangssignal, das der durchgezogenen Linie in Figur 5 ähnlich ist, anstatt der ebenfalls gezeigten idealisierten Linie ähnlich zu sein, wobei in Figur 5 das gemessene Ausgangssignal des Modulators über Aclc,1 (1 = 1 oder 2) gezeigt ist. Das "wahre" Minimum des Ausgangssignals M des Modulators wird erhalten, wenn man A = A&sub0; wählt, dieses Verhalten ist jedoch durch das Auftreten der unerwünschten Beiträge zu M verdeckt. Die unerwünschten Beiträge sind näherungsweise unabhängig von der Größe des Trägerrest-Ausgleichskoeffizienten A = Aclc,i, so daß das Verhältnis dieser Beiträge geteilt durch M für Werte von A, die ausreichend weit von A&sub0; entfernt sind, sehr klein sein sollte. Die gemessenen Punkte auf der durchgezogenen Kurve haben somit die Koordinaten (Aj, Mj) (j = 1, 2, 3, 4, 5) in Figur 5, die nahe bei den Punkten einer "wahren" Kurve von M über A liegen. Es wird angenommen, daß in det Nähe von A = A&sub0; die "wahre" Ausgangssignalkurve des Modulators angenähert als eine quadratische Funktion des CLC- Parameters A dargestellt werden kann, nämlich
Mq(A) = Mq0 + Mq1A Mq2A² (23)
Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal M des Modulators für eine Folge von K-Werten von A gemessen wird, so daß K gemessene Koordinatenpaare (Aj, Mj) (j = 1, 2,..., K) zur Verfügung stehen, wobei jeder Wert A = Aj außerhalb des Intervalls A'≤ A ≤ A" gewählt wird, wo die in Figur 1 gezeigte gemessene Kurve von M über A relativ flach ist. Die Koeffizienten Mq0, Mq1 und Mq2 für die quadratische Näherung in Gleichung (23) werden dann mit der Methode der kleinsten Quadrate gefunden, bei der die Fehlersumme
im Hinblick auf die Wahl von Mq0, Mq1 und Mq2 minimiert wird. Dies erzeugt drei Gleichungen mit den drei skalaren Unbekannten Mq0, Mq1 und Mq2, für die die Lösungen in Matrixform wie folgt geschrieben werden können
Mit den numerischen Werten Mq0, Mq1 und Mq2 kann der Wert A = A&sub0;, der die Annäherung Mq(A) für das Ausgangssignal des Modulators minimiert, wie folgt gefunden werden:
A&sub0; = -Mq1 / 2Mq2 . (28)
Dieser Formalismus ist nicht nötig, wenn die Ausgangssignalkurve M über A des Modulators den deutlichen "flachen Boden" der in Figur 5 gezeigt ist, nicht hat.
Zum Kalibrieren der Offsetsignalwerte müssen die Trägerrest- Ausgleichsquellen präzise kalibriert und auf die kalibrierten Werte eingestellt sein. Vier Messungen müssen durchgeführt werden, wenn die Eingangsdatensignale Im(t) und Qm(t) solche Werte haben, bei denen Aanalog,1 und Aanalog,2 maximale oder minimale Werte haben. Diese vier Punkte beschreiben die Ecken eines Parallelogramms:
A": (Aoff,1 + Aclc,1 + Atten&sub1;Aanalog,1 min, Aoff,2 + Aclc,2 + Atten&sub2;Aanalog,2 min)
B": (Aoff,1 + Aclc,1 + Atten&sub1;Aanalog,1 max. Aoff,2 + Aclc,2 + Atten&sub2;Aanalog,2 min)
C": (Aoff,1 + Aclc,1 + Atten&sub1;Aanalog,1 max, Aoff,2 + Aclc,2 + Atten&sub2;Aanalog,2 max)
D": (Aoff,1 + Aclc,1 + Atten&sub1;Aanalog,1 min, Aoff,2 + Aclc,2 + Atten&sub2;Aanalog,2 max)
Ein fünfter Punkt "V" (Scheitel; Vertex) entspricht der Ausgangsamplitude von null. Der Absolutwert der Differenzen der Messungen der Punkte über dem Parallelogramm wird berechnet:
Differenz&sub1; = LA"V" - LC"V"
Differenz&sub2; = LB"V" - LD"V"
Aoff,1 und Aoff,2 werden eingestellt, bis Differenz&sub1; und Differenz&sub2; minimiert sind.
Ein einfacheres Verfahren ist, Atten&sub2; oder Qm(t) so einzustellen, daß Amod,2 null ist und Aoff,1 einzustellen, bis die Amplitude des Signals auf der Leitung 26 in Figur 1, wenn maximal ist, gleich der Amplitude des Signals ist, wenn Aanalog,1 minimal ist. Nun wird Atten&sub1; oder Im(t) so eingestellt, daß Amod,1 null ist, und Aoff,2 wird eingestellt, bis die Amplitude des Signals auf der Leitung 26, wenn Aanalog,2 maximal ist, gleich der Amplitude des Signals ist, wenn Aanalog,2 minimial ist. Um die Offsetsignalquellen zu kalibrieren, müssen zuerst die Verstärkerleckquellen und das Verstärkungsverhältnis des I-Kanals zum Q-Kanal kalibriert und eingestellt werden.
Bei dem Verfahren zum Kalibrieren des Vektormodulators, das in dem Patent von Edwards et al., a.a.O., offenbart ist, sind Iterationen mit vier verschiedenen Kalibrierungsschritten notwendig, weil die Fehler voneinander abhängig sind. Der Quadraturwinkel kann nicht richtig kalibriert werden, bis das Trägerlecken und die Amplitudenunterschiede vom I-Kanal zum Q-Kanal minimiert sind, und die Amplitudenunterschiede vom I-Kanal zum Q-Kanal können nicht minimiert werden, bis der Quadraturwinkel auf 90º eingestellt ist.
Das hier offenbarte Verfahren vermeidet den iterativen Prozeß und führt jeden Kalibrierungsschritt nur einmal durch, indem zuerst ein Quadraturwinkelfehler ermittelt und entfernt wird, dann die Amplitudenunterschiede des I-Kanals zum Q-Kanal und die Trägerrestbeiträge minimiert werden.

Claims

1. Verfahren für die Quadraturkalibrierung eines Vektormodulators, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

Erzeugen eines periodischen ersten lokalen Oszillatorsignals Ain,1 mit einer vorgegebenen Frequenz fc und eines zweiten lokalen Oszillatorsignals Ain,2, welches gleich dem ersten lokalen Oszillatorsignal mit einer Phasenverschiebung von ungefähr 90º ist, wobei die Phasen dieser beiden Signale unabhängig voneinander einstellbar sind; Vorsehen unabhängiger, einstellbarer erster und zweiter Träge rrestausgleichs-Gleichs tromsignale mit einstellbarer Amplitude Aclc,1 bzw. Aclc,2;

Vorsehen unabhängiger erster und zweiter Offset-Gleichstromsignale mit einstellbarer Amplitude Aoff,1 bzw. Aoff,2;

Vorsehen unabhängiger erster und zweiter Modulationssignale mit einstellbarer Amplitude Amod,1 von einem Dateneingangssignal Im bzw. Amod,2 von einem Dateneingangssignal Qm;

Addieren des ersten Trägerrestausgleichs-Signals Aclc,1 und des ersten Offset-Signals Aoff,1 zu dem ersten Modulationssignal Amod,1, um ein erstes kompensiertes Modulationseingangssignal Acomp,1 zu erzeugen;

Addieren des zweiten Trägerrestausgleichs-Signal Aclc,2 und des zweiten Offset-Signals Aoff,2 zu dem zweiten Modulationssignal Amod,2, um ein zweites kompensiertes Modulationseingangssignal Acomp,2 zu erzeugen;

Multiplizieren des ersten lokalen Oszillatorsignals mit dem kompensierten Modulationseingangssignal, um ein erstes Modulationsausgangssignal mit maximaler Amplitude Aout,1 = Ain,1 Acomp,1 zu erzeugen;

Multiplizieren des zweiten lokalen Oszillatorsignals mit dem zweiten konpensierten Modulationseingangssignal, um ein zweites Modulationsausgangssignal mit maximaler Amplitude Aout,2 = Ain,2 Acomp,2 zu erzeugen;

Addieren der Signale Aout,1 und Aout,2 miteinander, um ein Vektorsummen-Ausgangssignal Aout zu bilden;

Ausdrücken des Vektorsummen-Ausgangssignals A in Form von zweidimensionalen Koordinaten (Aout,1, Aout,2) für Aclc,1, Aclc,2, Aoff,1 und Aoff,2, welche jeweils auf einen entsprechenden ausgewählten Signalwert eingestellt werden, und für die folgende Auswahl der ersten und zweiten Modulationseingangsamplituden

(Aout,1,q, Aout,2,q) (q = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)

q = 1 Amod,1 = r1,1I Amod,2 = r1,2Q,

q = 2 Amod,1 = r3,1I Amod,2 = r1,2Q,

q = 3 Amod,1 = r3,1I Amod,2 = r3,2Q,

q = 4 Amod,1 = r1,1I Amod,2 = r3,2Q,

q = 5 Amod,1 = r2,1I Amod,2 = r1,2Q,

q = 6 Amod,1 = r3,1I Amod,2 = r2,2Q,

q = 7 Amod,1 = r2,1I Amod,2 = r3,2Q,

q = 8 Amod,1 = r1,1I Amod,2 = r2,2Q,

wobei I und Q vorgegebene Signalwerte sind, welche nicht null sind, und wobei r1,1 r2,1 und r3,1 vorgegebene Werte eines ersten Dämpfungsparameters Atten&sub1; sind, welche die folgende Bedingung erfüllen: 0 ≤ r1,1 < r2,1 < r3,1, und r1,2, r2,2 und r3,2 vorgegebene Werte eines zweiten Dämpfungsparameters Atten&sub2; sind, welche die folgende Bedingung erfüllen: 0 < r1,2 < r2,2 < r3,2, und Darstellen dieser acht Koordinatenpaare in einem zweidimensionalen Graphen, um ein Vierseit mit vier aufeinanderfolgenden Spitzen (Aout,1,q, Aout,2,q) (q = 1, 2, 3, 4) und vier Zwischengrenzpunkten für den Vierseit (Aout,1,q, Aout,2,q) (q = 5, 6, 7, 8) zu bilden;

für einen Scheitelpunkt (Av,1, Av,2), welcher dem Fall entspricht, daß das Ausgangssignal Aout in der Ebene des Vierseits null ist, Ermitteln der Distanzen Lqv zwischen diesem Scheitelpunkt und jedem der Punkte (Aout,1,q, Aout,2,q) (q = 1, 2, 4, 5, 8),

Ermitteln der Längen L&sub1;&sub2; und L&sub1;&sub4; der Seiten des Vierseits, welche sich von (Aout,1,1, Aout,2,1) zu (Aout,1,2, Aout,2,2) bzw. von (Aout,1,1, Aout,2,1) zu (Aout,1,4, Aout,2,4) erstrecken, auf dem Graphen und des Winkels ψ&sub2;&sub1;&sub4; zwischen den Schnittpunkten dieser beiden Seiten des Vierseits;

Ermitteln des Wertes des Quadraturwinkelfehlers Δψ gemäß der Beziehung Δψ = ψ&sub2;&sub1;&sub4; - ψ&sub0;, wobei ψ&sub0; gleich ± 90º ist;

Einstellen der Phasenverschiebung zwischen den ersten lokalen Oszillatorsignal und dem zweiten lokalen Oszillatorsignal, um die Größe des Quadraturwinkelfehlers Δψ auf ein Minimum zu reduzieren;

Einstellen wenigstens eines der Dämpfungsparameterwerte Atten&sub1; und Atten&sub2;, so daß die Längen L&sub1;&sub2; und das Verhältnis R haben, wenn die Eingangssignale äquivalente Werte haben, und Festlegen dieser Dämpfungsparameterwerte;

wenn die Zwischensignale Amod,1 und Amod,2 vorübergehend auf null gesetzt sind, die Offsetsignale Aoff, und Aoff,2 vorübergehend auf null gesetzt sind und der Quadraturwinkel ψ&sub2;&sub1;&sub4; auf ψ&sub0; gesetzt ist, Einstellen der ersten und zweiten Trägerrestausgleichs-Signale Aclc,1 und Aclc,2, so daß die Größe des gesamten Ausgangssignals Aout,1 + Aout,2 minimiert wird, und Festlegen der Ausgleichssignale Aclc,1 und Aclc,2 auf diese Werte;

Einstellen der ersten und zweiten Offsetsignale Aoff,1 und Aoff,2 so daß die Amplitude des gesamten Ausgangssignals Aout,1 + Aout,2 ungefähr gleich ist, wenn die Dateneingangssignale bewirken, daß Amod,1 und Amod,2 beide minimal sind, und wenn die Dateneingangssignale bewirken, daß Amod,1 und Amod,2 beide maximal sind, und so daß die Amplitude des gesamten Ausgangssignals Aout,2 ungefähr gleich ist, wenn die Dateneingangssiqnale bewirken, daß Amod,1 maximal und Amod,2 minimal ist, und wenn die Dateneingangssignale bewirken, daß Amod,1 minimal und Amod,2 maximal ist, und Festlegen der Offsetsignale Aoff,1 und Aoff,2 auf diese Werte;

wobei der Vektormodulator so kalibriert ist, daß er den Quadraturphasenwinkelfehler ungefähr minimiert, den Verstärkungsverhältnisfehler vom I- zum Q-Kanal ungefähr minimiert und den Trägerrest in den Ausgangssignalen des Vektormodulators ungefähr minimiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Ermittelns der Längen L&sub1;&sub2; und L&sub1;&sub4; gekennzeichnet ist durch die Ermittlung der Längen L&sub1;&sub2; und L&sub1;&sub4; aufgrund der folgenden Beziehungen

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dämpfungsparameter r&sub2; und r&sub4; auf ungefähr 1 eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennichnet, daß der vorgegebene Winkel als ψ&sub0; = 90º gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Winkel als ψ&sub0; = -90º gewählt wird.

6. Vorrichtung für die Quadraturkalibrierung eines Vektormodulators (15, 17, 19, 21, 23, 25), welcher ein erstes Trägersignal, ein zweites Trägersignal, das gleich dem ersten Trägersignal mit einer Phasenverschiebung von ungefähr 90º ist, ein erstes Modulationssignal und ein zweites Modulationssignal empfängt, welcher das Produkt aus dem ersten Trägersignal und dem ersten Modulationssignal als ein erstes zusammengesetztes Signal bildet, welcher das Produkt aus dem zweiten Trägersignal und dem zweiten Modulationssignal als ein zweites zusammengesetztes Signal bildet, und welcher die Summe aus dem ersten und dem zweiten zusammengesetzten Signal als ein Vektorsummen-Ausgangssignal bildet und ausgibt, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

Signaldämpfungsmittel (31, 33, 35, 41, 43, 45) zum Empfangen des ersten und des zweiten Modulationssignals, I1m(t) bzw. I2m(t), und zum Ausgeben der Signale r&sub1;I1m(t) und r&sub2;I2m(t) als Ausgangssignale, welche einem ersten bzw. einem zweiten gedämpften Modulationssignal entsprechen, wobei r&sub1; und r&sub2; zwei unabhängig voneinander einstellbare, nicht negative Realzahlen sind;

eine Offset-Spannungsquelle (37, 47), welche einstellbare Gleichstromausgangssignale I1,off und I2,off erzeugt und ausgibt;

eine erste und eine zweite Trägerrestkompensations-Quelle (39, 49), welche unabhängig einstellbare Gleichspannungs- Ausgangssignale I1,CLC und I2,CLC erzeugen und ausgeben;

eine erste Signalsummiervorrichtung (40) zum Empfangen der Signale r&sub1;I1m(t), I1,off und I1,CLC als Eingangssignale und zum Bilden und Ausgeben eines Zwischenausgangssignals I1m'(t) = r&sub1;I1m(t) + I1,off + I1,CLC;

eine zweite Signalsummiervorrichtung (50) zum Empfangen der Signale r&sub2;I2m(t). I2,off und I2,CLC als Eingangssignale und zum Bilden und Ausgeben eines Zwischenausgangssignals I2m'(t) = r&sub2;I2m(t) + I2,off + I2,CLC;

eine erste und eine zweite Phasenschiebervorrichtung (17, 21) zum Empfangen des ersten Trägersignals I1c(t) bzw. des zweiten Trägersignals I2c(t), um in diese beiden Trägersignale unabhängige Phasenverschiebungen φ&sub1; bzw. φ&sub2; einzubringen und um die phasenverschobenen Signale als Ausgangssignale I1c(t,φ&sub1;) bzw. I2c(t, φ&sub2;) auszugeben;

eine erste Mischvorrichtung (19) zum Empfangen der Signale I1m'(t) und I1c(t,φ&sub1;) als Eingangssignale und zum Bilden und Ausgeben des Produktsignals I1m'(t) I1c(t,φ&sub1;) als ein Ausgangssignal;

eine zweite Mischvorrichtung (23) zum Empfangen der Signale I2m'(t) und I2c(t,φ&sub2;) als Eingangssignale und zum Bilden und Ausgeben des Produktsignals I2m'(t) I2c(t,φ&sub2;) als ein Ausgangssignal;

eine dritte Signalssummiervorrichtung (25) zum Empfangen der Signale I1m'(t) I1c(t,φ&sub1;) und I2m'(t) I2c(t,φ&sub2;) als Eingangssignale und zum Bilden und Ausgeben der Vektorsumme Iout(t) = I1m'(t) I1c(t,φ&sub1;) + I2m'(t) I2c(t,φ&sub2;) als ein Ausgangssignal;

einen Signaldetektor (27) zum Empfangen des Signals Iout(t) und zum Ermitteln und Ausgeben der maximalen Amplitude dieses Signals als ein Ausgangssignal;

eine Ausgangssignal-Verarbeitungsvorrichtung zum Empfangen und Ermitteln der Ausgangssignalamplituden des Signaldetektors für jede von wenigstens fünf Kombinationen der ausgewählten Dämpfungszahlen (r&sub1;, r&sub2;) = (ri,1, rj,2) (i = 1, 2, 3; j = 1, 2, 3), und zum Ermitteln des Phasenwinkels zwischen den beiden Signalen I1m'(t) I1c(t,φ&sub1;) und I2m'(t) I2c(t,φ&sub2;);

Phasenschieber-Einstellmittel, welche mit der ersten und der zweiten Phasenschiebervorrichtung (17, 21) verbunden sind, um die erste und die zweite Phasenverschiebung φ&sub1; und φ&sub2; einzustellen, so daß der Phasendifferenzwinkel ψ der Signale I1m'(t) I1c(t,φ&sub1;) und I2m'(t) I2c(t,φ&sub2;) die Gleichung ψ = ψ&sub0; erfüllt, wobei ein vorgegebener Winkel ist, und zum Festlegen der Phasenverschiebungen φ&sub1; und φ&sub2; auf diese Werte;

Verstärkungseinstellmittel, welche mit der Signalverarbeitungsvorrichtung verbunden sind, zum Einstellen und Festlegen der Parameter r&sub1; und r&sub2;, welche Messungen verwenden, die beim Kalibrieren des Phasenoffsets gemacht wurden, so daß dann, wenn Ioff,1 und Ioff,2 auf null gesetzt werden und wenn ICLC,1 und ICLC,2 so eingestellt werden, daß die Größe von Iout(t) minimiert wird, wobei gilt I1m(t) = I2m(t) = Ioff,1 = Ioff,2 = 0, das Verhältnis von Iout(t), wenn I1m(t) ein konstanter Wert K ungleich null und I2m(t) = 0 ist, geteilt durch die Größe von Iout(t), wenn I1m(t) = 0 und I2m(t) = K ist, gleich R ist;

eine Trägerrest-Ausgleichsvorrichtung, welche mit der ersten und der zweiten Trägerrestkompensations-Quelle (39, 49) und mit der Signalverarbeitungsvorrichtung verbunden ist, um vorübergehend I1m(t) = 0, I2m(t) = 0, I1,off = 0 und I2,off = 0 zu setzen, um die Signale I1,CLC und I2,CLC auf Werte einzustellen, für welche die maximale Größe der Vektorsumme der Ausgangssignale I1m'(t) I1c(t,φ&sub1;) + I2m'(t) I2c(t,φ&sub2;) minimiert wird, und um die Werte von I1,CLC und I2,CLC auf diese Werte festzulegen; und

Offsetquellen-Einstellmittel, welche mit der Offsetspannungsquelle (37, 47) und mit der Signalverarbeitungsvorrichtung verbunden sind, zum Einstellen der Signale I1,off und I2,off, so daß die Amplitude des Ausgangssignals Iout(t), wenn das erste Modulationssignal I1m(t) und das zweite Modulationssignal I2m(t) beide minimal sind, ungefähr gleich der Amplitude von I&sub0;ut(t) ist, wenn die beiden Modulationssignale I1m(t) und I2m(t) beide maximal sind, und so daß die Amplitude von Iout(t), wenn I1m(t) maximal und I2m(t) minimal ist, ungefähr gleich der Amplitude von Iout(t) ist, wenn I1m(t) minimal und I2m(t) maximal ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Winkel ψ&sub0; = 90º ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Winkel ψ&sub0; = 90º ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis R ungefähr 1 ist.