DE69318753T2

DE69318753T2 - Methode und Arrangement zur Demodulierung eines frequenzmodulierten Signals

Info

Publication number: DE69318753T2
Application number: DE69318753T
Authority: DE
Inventors: Karl Bo S-181 46 Lidingoe Lindell
Original assignee: Ericsson Inc; Ericsson GE Mobile Communications Holding Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2013-03-06
Also published as: AU655355B2; JPH0621984A; US5323104A; SE470077B; SE9200990D0; SE9200990L; AU3560193A; FI931431A; FI107088B; EP0564426A1; DE69318753D1; FI931431A0; EP0564426B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vefahren und eine Anordnung zum Demodulieren eines frequenzmodulierten Signals und insbesondere zum Demodulieren eines frequenzverschobenen modulierten Signals, vorzugsweise in einem Funk- Kommunikationssystem für die Übertragung von digitalen Signalen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In bestimmten Arten von Daten-Kommunikationssystemen, die Funkverbindungen verwenden, wird gewöhnlicher Weise eine Frequenzumtastungs-Modulation in Signalmodulationsprozessen verwendet. Dies ermäglicht weitestgehend die Verwendung von Standardkomponenten auf der Empfängerseite, beispielsweise in der letzten Stufe des Zwischenfrequenzteils und in dem FM- Detektor. Der zwischenfrequenz-Verstärker wird dann aus einem Amplitudenbegrenzungsverstärker bestehen, der ein MF Signal mit einer konstanten Amplitude und mit einem Rechtecktyp liefert. Der gebräuchlichste Typ von Detektor ist der analoge Typ, beispielsweise ein Quotienten-Detektor, der ein analoges detektiertes Signal erzeugt. In der Mehrzahl von Mobilfunk- Systemen wird eine digitale Signalverarbeitung verwendet, um Fehler zu erfassen und zu korrigieren. Es ist bekannt, einen A/D-Wandler zu verwenden, der mit dem Ausgang des FM-Detektors verbunden ist, um ein digitales Signal für Signalverarbeitunszwecke zu erhalten. Im Fall eines mobilen Datenkommunikationssystems, beispielsweise des MOBITEX-Typs (registrierte Marke), treten Probleme bezüglich der Detektortemperaturdrift und Detektor-Nullpunkt-Fehler auf.
Beispielsweise ist es aus der GB 2 086 158, US 3 548 328, US 3 600 680, US 3,670,250, US 4,236,110 oder der US 4,409,984 bekannt, in einem EM-Empfänger und einem Frequenz-Meßgerät die Frequenz einer Rechteckwelle der Frequenz f mit Hilfe eines digitalen Periodenzählers zu bestimmen, der mit einem Referenzoszillator mit einem hohen Genauigkeitsgrad getaktet wird. Der Referenzoszillator mit einer Frequenz fr versorgt einen Zähler, der Referenzimpulse fr über eine maximale Meßzeit T einzählt. Die maximale Meßzeit T wird durch die informationstheoretische Betrachtung (das Abtast-Theorem) bestimmt. In den untersuchten Systemen ist die benötigte Abtastfrequenz 32 kHz, was eine maximale Meßzeit von 1/32 x 10&supmin;³ s ergibt.
Wenn die Mittenfrequenz des FN Signals fnom ist, ist es möglich in ungefähr fnom T Perioden des Signals f während der Meßzeit T zu zählen. Wenn einer festen Anzahl von N&sub1;=f*T Perioden der gegenwärtigen Zwischenfrequenz f nun erlaubt wird, Referenzfrequenzimpulse in der Richtung auf den Zähler hin durchzuschalten, wird der Zähler N&sub2; Perioden der Referenzfrequenz einzählen. Die Periodenzeit für N&sub1; Perioden von f kann dann mit einer normalen Zählerunsicherheit von +1 Periode der Referenzfrequenz fr bestimmt werden. Die Anzahl von Impulsen ist eine nicht-lineare Funktion der erfaßten Frequenz und erfordert deshalb eine Linearisierungsoperation, damit das Ausgangssignal eine lineare Funktion der Frequenz ist. Eine derartige Umwandlung wird beispielsweise über die Mitwirkung von Tabellen oder mit Hilfe einer geeigneten arithmetischen Operation in einer an sich bekannten Weise bewirkt. In ähnlicher Weise kann die Modulationsfrequenz mittels einer einfachen bekannten Operation erhalten werden.
Der Fehler in der Periodenzeit ist
= ±1/fr*1/N&sub1; = ±1/fr*1/fnom*1/T und
der relative Fehler wird
r = ±1/fr*T (1)
sein. Gemäß einem gegenwärtigen Beispiel, bei dem die Referenzfrequenz von einem für die Einheit gebräuchlichen Taktgenerator erhalten wurde, war fr 12,8*106 Hz und T war 10&supmin;³/325.
Dies ergab einen relativen Fehler von Er = 2,5*10&supmin;³. Demzufolge ist bei einer Zwischenfrequenz von 450*10³ Hz die Unsicherheit bei der Bestimmung der Frequenz f
= 450*103*2,5*10&supmin;³ = 1125 Hz
Demzufolge ist es kaum möglich die Frequenz mit einer größeren Genauigkeit als ±1125 Hz zu bestimmen, wenn rein digitale Verfahren bei der normalerweise verwendeten Zwischenfrequenz von 450 kHz verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung bereitzustellen, um in einem Empfänger-Mobilfunkgerät einen Verkehr eines frequenzmodulierten digitalen Signals zu demodulieren, das im wesentlichen eine Rechteckwelle umfaßt, indem die Anzahl von Perioden einer Referenzfrequenz fr gezählt wird, die über eine vorgegebene Anzahl von Perioden des frequenzmodulierten Signals auftritt. Der Empfänger umfaßt oft einen Referenzoszillator, dessen Frequenz durch andere Funktionen in dem Empfänger bestimmt wird. Die Frequenz dieses Oszillators ist oft zu gering, um eine ausreichende Genauigkeit bei dem Frequenzbestimmungsprozeß bereitzustellen, wenn er für einen Frequenzdetektor der voranstehend erwähnten Art (siehe das obige Beispiel) verwendet wird. Gemäß der Erfindung kann ein Empfänger, der mit Standardkomponenten aufgebaut ist, und eine existierende Referenzfrequenz verwendet werden, ohne die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Die charakteristischen Merkmale der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen aufgeführt.
KUZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die einzige Figur der Zeichnung ist ein Blockschaltbild, das die betreffenden Teile in einem Mobilfunkempfänger darstellt.

BEVORZUGTE VORGEHENSWEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Das in der Figur gezeigte Bezugszeichen 11 identifiziert den Eingang eines begrenzenden Zwischenfrequenzverstärkers 12. Die Zwischenfrequenz f, die normalerweise von einem zweiten Mischer erhalten wird, weist gewöhnlicherweise die Trägerwellenfrequenz 450 kHz auf. Die Trägerwelle ist beispielsweise mit fd = ± 4 kHz moduliert. Das auf dem Ausgang des Begrenzungsverstärkers 12 erhaltene Signal ist ein Rechteckwellensignal oder kann einfach in ein derartiges Signal umgewandelt werden. Der begrenzende Zwischenfrequenzverstärker 12 kann ein Standardtyp sein, der in verschiedenen Typen von Empfängern für frequenzmodulierte Signale verwendet wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 12 wird an einen Mischer 13 einer herkömmlichen Art geliefert, in dem das Signal gemischt wird mit einem Signal der Frequenz f&sub1;, das von einem Frequenzteiler 18 erhalten wird, der die Ausgangsfrequenz fr von dem Empfänger-Referenzoszillator 19 durch einen Faktor m teilt.
Das Ausgangsprodukt von dem Mischer 13 wird in einem Tiefpaßfilter 14 gefiltert, das die Differenzfrequenz f3 = f&sub1; - f herausfiltert. Das Differenzsignal wird in einem Impuls- Former 15 auf eine Rechteckwelle zurückgewandelt, die die Zählerschaltung 16 steuert. Nach dem Mischungsprozeß wird die Rechteckwelle mit einer Frequenzabweichung moduliert, die unverändert fd ist. Wenn eine Rechteckwelle mit der Momentanfrequenz f ± fd auf dem Zählersteuereingang auftritt, startet der Zähler eine Zählung und zählt die Impulse von dem Referenzoszillator 19 auf dem Eingang 21, bis die Rechteckwelle nicht mehr vorhanden ist. Die Anzahl von Impulsen N&sub2;, die während der Meßperiode gemessen werden, ist deshalb eine Messung der momentanen Periodenzeit T für die dritte Zwischenfrequenz f&sub3;. Da N&sub2; eine nichtlineare Funktion der Frequenz ist, wird in der Zählerschaltung eine Korrektur bewirkt, die ein Hinzufügen eines Korrekturterms zu der Zählerwertauslesung beinhaltet, so daß dieser Wert die Frequenz des empfangenden Signals darstellen wird.
In einem Beispiel beträgt die Zwischenfrequenz f = 450 kHz, die Modulationsabweichung fd = ± kHz, die Referenzoszillator- Frequenz fr = 12,8 MHz und der Teilungsfaktor m = 26. Die Mischfrequenz f&sub1; ist dann 492,31 kHz und die Differenzfrequenz des Mischers ist 42,31 kHz. Die Zählerschaltung erzeugt einen digitalen Wert, der sich nicht korrigiert ± 30 von einem Zwischenwert von 302 verändert.
-Gemäß der obigen Gleichungen 1 und 2 wird mit den gewählten Werten ein relativer Fehler r = 3,3*10&supmin;¹&sup0; und ein absoluter Fehler = 140 Hz erhalten. Dieser Wert liegt weit unter der maximalen Unsicherheit für eine positive Erfassung um ± 250 Hz herum, die zugelassen werden kann.
Der Ausgang 22 der Zählerschaltung 16 ist mit einem digitalen Demodulator und Dekoder 17 verbunden, die eine geeignete Abtastfrequenz fs für die gewählte Modulation verwenden. Die digitalen Daten, die nach einer Demodulation und Dekodierung erhalten werden, werden beispielsweise von einem Prozessor 23 zur Speicherung in einem geeigneten Speicher gesammelt, von dem die Daten von einem Benutzer zur weiteren Verwendung gesammelt werden können. Demodulatoren und Dekoder für digitale Signale sind in dem technischen Gebiet altbekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Momentanfrequenz eines Zwischenfrequenzsignals (f), das mit digitalen Signalen über eine Frequenzumtastung moduliert ist, in einem EM- Empfänger für einen Landmobilfunkverkehr, wobei das Zwischenfrequenzsignal im wesentlichen eine Rechteckwelle umfaßt, indem Referenzimpulse (fr) einer hohen Frequenz während wenigstens einer Periode des Zwischenfrequenzsignals (f) wiederholt gezählt werden und der Zählerwert fortwährend als eine Darstellung der Momentanfrequenz des frequenzmodulierten Signals gelesen wird, gekennzeichnet durch ein Mischen des Zwischenfrequenzsignals mit einem lokal erzeugten Signal (f&sub1;), das eine Frequenz derart aufweist, daß die Differenzfrequenz (f&sub3;) zwischen dem Zwischenfrequenzsignal (f) und dem lokal erzeugten Signal höher als die Frequenz des Abtastsignals (fs), die zum Erfassen und Dekodieren des durch die Frequenzumtastungsmodulation transferierten Zwischensignals benötigt wird, ist; und durch ein Ausführen des wiederholten Zählens der Referenzimpulse über einer Periode der Differenzfrequenz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Herunterteilen der Referenzimpulse (fr), um das lokal erzeugte Signal (f&sub1;) zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erneutes Bilden des Differenzfrequenzsignals (f&sub3;) in eine Rechteckwelle, bevor das Differenzfrequenzsignal (f&sub3;) den Referenzimpuls-Zählprozeß steuert.

4. Anordnung zum Messen der Momentanfrequenz eines frequenzmodulierten Signals, umfassend einen FM-Empfänger mit wenigstens einer amplitudenbegrenzenden MF-Stufe und einen Zählerdetektor (16), der zum Zählen von Referenzimpulsen (fr) mit einer gegebenen Frequenz während eines bestimmten Intervalls des frequenzmodulierten Signals dient,

gekennzeichnet durch

eine Mischerstufe, deren Eingang mit der FM-Stufe verbunden ist, und eine Signalquelle (18, 19), wobei der Ausgang der Mischerstufe mit einer Schaltung (14, 15) zum Herausfiltern und zur Impulsformung der Differenzfrequenz (f&sub3;) zwischen der Frequenz des MF-Signals (f) und der Frequenz (f&sub1;) der Signalquelle (18, 19) verbunden ist; und dadurch, daß der Ausgang der Schaltung (14,15) mit einem Steuereingang (20) auf dem Zählerdetektor (16) verbunden ist, um so den Zähler während jeder Periode der Differenzfrequenz (f&sub3;) zu aktivieren, und so, daß der Zählerausgang (22) konstant einen digitalen Wert liefern wird, der die Momentanfrequenz der Differenzfrequenz darstellt, wobei die Signalquellenfrequenz so gewählt wird, daß die Differenzfrequenz nur geringfügig höher als die Abtastfrequenz sein wird, die zum Erfassen eines digitalen Signals, das die Trägerwelle moduliert, benötigt wird.