DE69735252T2

DE69735252T2 - Demodulator

Info

Publication number: DE69735252T2
Application number: DE69735252T
Authority: DE
Inventors: Shigeki Minato-ku Maeda
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: CA2206137A1; DE69735252D1; CA2206137C; JPH09321675A; EP0810760A1; US5880629A; JP3130794B2; EP0810760B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsgebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Demodulator und insbesondere die Verbesserung des Entzerrungsvermögens bei Auftreten von Signalformverzerrung infolge von Fading in einem Demodulator in einem digitalen Funkkommunikationssystem.
2. Beschreibung des Standes der Technik:
Beider Entwicklung von digitalen Funkkommunikationssystemen wurde in den zurückliegenden Jahren für eine Anzahl von Signalpunkten in der QAM (Quadratur-Amplituden-Modulation) als Mittel zum Anheben der Verwendbarkeit von Funkfrequenzen Fortschritte gemacht. Weil digitale Funkkommunikationssysteme durch Signalformverzerrung infolge von Fading leicht beeinflusst werden, ist der Fortschritt einer Anzahl von Signalpunkten in der QAM von der Entwicklung von adaptiven Entzerrern begleitet worden, die Signalformverzerrung entzerren. Ein Beispiel eines derartigen adaptiven Entzerrers, das in praktischen Gebrauch genommen worden ist, ist ein adaptiver Zeitdomänenentzerrer mit einem Transversalfilter, das den Abgriffkoeffizienten eines Transversalfilters adaptiv steuert.
Ein Beispiel eines Demodulators, der einen volldigitalen adaptiven Entzerrer verwendet (offengelegtes japanisches Patent Nr. 110930/91: Automatic Equalizer) ist in der 1 gezeigt.
Dieser Demodulator gemäß dem Stand der Technik besteht aus einem Dämpfungsfilter (nicht dargestellt) zur Signalformung, einem Multiplizierer 10, einem Verdichter 11, einem Analog/Digital-(A/D)-Konverter 12, einem Transversalfilter 13, einem variablen Expander 14 und einer Abgriffkoeffizientensteuerschaltung 15. Ein gesteuertes Eingangssignal 1 eines Zwischenfrequenzbandes oder eines Funkfrequenzbandes wird mit einem regenerierten Trägersignal 3 durch einen Multiplizierer 10 multipliziert und ein demoduliertes Basisbandsignal wird so ausgegeben, dass der Ausgangspegel des Transversalfilters 13 ein festliegender Pegel ist. Das demodulierte Basisbandsignal wird an einem Verdichter 11 eingegeben und mit einem vorgeschriebenen Verdichtungsverhältis verdichtet und dann an einen A/D-Konverter 12 eingegeben. Entweder vor oder nach dem Multiplizierer ist ein Dämpfungsfilter angeordnet. Das Verdichtungsverhältnis des Verdichters 11 ist so gesetzt, dass es nicht den Bereich des zulässigen Eingangspegels (dynamischer Bereich) des A/D-Konverters überschreitet, und zwar selbst für den Fall, bei dem die Signalformverzerrung infolge von Fading in der Übertragungsleitung auftritt. Dieses Verdichtungsverhältnis ist hier als [Nach-Verdichtungsamplitude/Vor-Verdichtungsamplitude] definiert. Wenn der Ausgang des Verdichters 11 auf den volldynamischen Bereich des A/D-Konverters 12 in einen Zustand gesetzt ist, bei dem keine Signalformverzerrung infolge von Fading vorhanden ist, wird der Demodulator nicht in der Lage sein, eine korrekte Signalformentzerrung durchzuführen, weil, wenn Fading auftritt, ein Signal, das den dynamischen Bereich überschreitet, an dem A/D-Konverter 12 eingegeben wird und bei der A/D-Konversion eine nicht lineare Verzerrung auftreten wird.
Das A/D-konvertierte digitale Signal wird als Nächstes an einem volldigitalen Transversalfilter 13 eingegeben, automatisch durch ein Abgriff-Koeffizientensteuersignal von der Abgriff-Koeffizientensteuerschaltung 15 entzerrt und an einem Expander 14 eingegeben. Der Expander 14 multipliziert das Eingangssignal mit einem Expansionsverhältnis gleich dem inversen Wert des Verdichtungsverhältnisses, um das ursprüngliche Signal, das durch den Verdichter 11 verdichtet worden war, wiederherzustellen und gibt das Ergebnis an den Anschluss 2 aus.
Ein anderer Demodulator ist mit einer Verdichtungs-/Expansions-Verhältnissteuerschaltung (nicht dargestellt) versehen, die das Verdichtungsverhältnis des Verdichters 11 und das Expansionsverhältnis des Expanders 14 basierend auf einem Abgriff-Koeffizientensteuersignal variiert und ein derartiger Demodulator ist als ein Verfahren zur Reduzierung des Quantisierungsfehlers infolge der A/D-Konversion in einem stetigen Zustand entwickelt worden und verhindert die Sättigung des A/D-Konverters während der A/D-Konversion in einem Fading-Zustand.
Wie vorstehend beschrieben, muss in einem adaptiven Entzerrer gemäß dem Stand der Technik der Eingangssignalpegel eines Multiplizierers 10 auf einen niedrigen Wert gesetzt sein, um nicht den dynamischen Bereich zu überschreiten, wenn eine Signalformverzerrung als Ergebnis von Fading auftritt. Die Reduzierung des Eingangssignalpegels führt jedoch zu dem Problem, dass das S/N-Verhältnis des Demodulators ebenfalls verringert ist.
Die US-A-5,509,030 offenbart ein automatisches Verstärkungsfaktorsteuerungsgerät, das an dem Eingang eines Analog/Digital-Konverters einen Inhaltspegel bereitstellt, um Abgleich/Basis und Breite zu ändern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Demodulator zu schaffen, der die Sättigung des Signalpegels infolge von Signalformverzerrung bei Auftreten von Fading verhindert und der das S/N-Verhältnis der Schaltungen vor dem A/D-Konverter im stetigen Zustand, bei dem kein Fading auftritt, verbessert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist in dem Unteranspruch angegeben.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung basierend auf den begleitenden Figuren hervor, die ein Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist: ein Blockschaltbild eines Beispiels des Standes der Technik;
2 ist: ein Blockschaltbild der Konstruktion einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Beispiel eines A/D-Konverters, der bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
4 zeigt das Pegeldiagramm des Demodulators gemäß der vorliegenden Erfindung im stetigen Zustand;
5 zeigt ein Pegeldiagramm des Demodulators gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn Fading auftritt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Demodulator der vorliegenden Erfindung ist mit einem Signalpegeldetektor versehen, der den Maximalpegel des Eingangssignals eines Multiplizierers detektiert und ist ferner mit einem variabler, Verstärker, der, basierend auf den Detektionsergebnissen, den Signalpegel des Multiplizierereingangs variiert und einen A/D-Konverter mit variablem Standardkonversionspegel versehen. Weil der Spitzenpegel des Eingangssignals des Multiplizierers so gesteuert wird, dass er nicht einen feststehenden Wert überschreitet, kann eine nicht lineare Verzerrung des Multiplizierers, die durch die Signalformverzerrung hervorgerufen wird, welche infolge von Fading auftritt, in dem Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden, und es kann daher eine Verbesserung des S/N-Verhältnisses des Demodulators erzielt werden.
Als Nächstes wird mit Bezug auf die begleitenden Figuren ein Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus dem variablen Verstärker 16 eines Zwischenfrequenzbandes oder eines Funkkommunikationsfrequenzbandes, dem Multiplizierer 10, dem Verdichter 11, dem Analog/Digital-(A/D)-Konverter 12, dem Transversalfilter 12, dem Expander 14, der Abgriff-Koeffizientsteuerungsschaltung 15 und einem Signalpegeldetektor 17.
Bezüglich der Funktionsweise des Demodulators der vorliegenden Erfindung wird ein Demodulator-Eingangssignal 1 eines Zwischenfrequenzbandes oder eines Funkkommunikationsfrequenzbandes, das am variablen Verstärker 16 eingegeben ist, so gesteuert, dass der Ausgang des Transversalfilters 13 auf einem feststehenden Pegel gehalten wird, wird im variablen Verstärker 16 verstärkt und mit dem regenerierten Trägersignal 3 im Multiplizierer 10 multipliziert, um ein demoduliertes Basisbandsignal zu werten. Der Verstärkungsfaktor des variablen Verstärkers 16 ist so eingestellt, dass das Pegeldiagramm von der Eingangssektion des variablen Verstärkers 16 und bis zu der Eingangssektion des A/D-Konverters 12 konstant auf einem geeigneten Pegel gehalten ist. das demodulierte Basisbandsignal wird am Verdichter 11 eingegeben, in einem vorbestimmten Verdichtungsverhältnis verdichtet, und dann am A/D-Konverter 12 eingegeben.
Das A/D-konvertierte digitale Signal wird an dem volldigitalen Transversalfilter 13 und der Abgriff-Koeffizientensteuerschaltung 15 eingegeben. Die Abgriff-Koeffizientensteuerschaltung 15 steuert das volldigitale Transversalfilter 13 basierend auf dem Ausgangssignal des A/D-Konverters 12 und des Demodulatorausgangssignals 2.
Als Nächstes wird das am volldigitalen Transversalfilter 13 eingegebene A/D-konvertierte digitale Signal durch das Abgriff-Koeffizientsteuersignal von der Abgriff-Koeffizientensteuerschaltung 15 automatisch entzerrt und am Expander 14 eingegeben. Der Expander 14 multipliziert das eingegebene Signal mit einer Expansionsrate gleich der Umkehrung des Verdichtungsverhältnisses, um das ursprüngliche Signal, das in dem Verdichter 11 der Verdichtung unterzogen worden ist, wiederherzustellen und gibt das Ergebnis an den Anschluss 2 aus.
Der Signalpegeldetektor 17 detektiert den Grad der Signalformverzerrung basierend auf dem Ausgang der Abgriff-Koeffizientensteuerungsschaltung 15 und steuert das Verstärkungsverhältnis des variablen Verstärkers 16 so, dass der Eingangssignalpegel des Multiplizierers 17 auf einem geeigneten Pegel aufrechterhalten wird. Der Signalpegeldetektor 17 steuert auch die Standardspannung des A/D-Konverters 12 und hält den A/D-Konversionsausgang auf einem geeigneten Pegel.
3 zeigt ein Beispiel eines hier verwendeten A/D-Konverters, der in diesem Fall ein 2-Bit-A/D-Konverter ist. Die von den ersten und zweiten Standardspannungs-Eingangsanschlüssen 121 und 122 eingegebenen Standardspannungen werden durch die Widerstände R1 bis R5 spannungsgeteilt und den Komparatoren 124 bis 127 als Standardspannungen zugeführt. Die Komparatoren 124 bis 127 vergleichen die eingegebenen Standardspannungen mit der Spannung eines Signals, das vom Signal-Eingangsanschluss 123 eingegeben worden ist und geben die Vergleichsergebnisse an die Logikschaltung 128 aus. Die Logikschaltung 128 konvertiert logisch den Ausgang jedes Komparators und gibt die Ergebnisse als digitale Signale aus.
Wenn die Standardspannung, die am Standardspannungseingang 122 eingegeben worden ist, V_INMIN ist, ist die Standardspannung, welche am Standardspannungs-Eingangsanschluss 121 eingegeben worden ist, V_INMAX, und die Spannung, die dem Eingangssignalanschluss 123 aufgedrückt wird, ist V_IN, der A/D-Konverter 12 gibt (D1, D0) = (0, 0) als das digitale Ausgangssignal aus, wenn V_IN kleiner als (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 1 + V_INMIN ist;
gibt (D1, D0) = (0, 1) aus, wenn V_IN im Bereich zwischen (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 1 + V_INMIN und (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 2 + V_INMIN liegt;
gibt (D1, D0) = (1, 0) aus, wenn V_IN im Bereich zwischen (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 2 + V_INMIN und (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 3 + V_INMIN liegt; und
gibt (D1, D0) = (1, 1) aus, wenn V_IN im Bereich zwischen (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 3 + V_INMIN und (V_INMAX – V_INMIN)/5 × 4 + V_INMIN liegt.
Das digitale Ausgangssignal kann die Relation zwischen der Spannung, welche dem Signal-Eingangsanschluss 123 aufgedrückt wird und dem digitalen Ausgangssignal variieren, indem die Standardspannungen variiert werden.
4 zeigt das Pegeldiagramm jeder Sektion im stetigen Zustand für ein Vierpegel-Basisbandsignal im Augenmuster-(Augendiagramm)-Format. Das Vierpegel-Basisbandsignal wird als das Basisbandsignal der 16-Quadratur-Amplitudenmodulation (16 QAM) verwendet. In der Figur bezeichnen die Punkte A bis D die Signalpegel der ursprünglichen Signalpunkte. Die ursprünglichen Signalpunkte entsprechen den Signalpegeln, die empfangen werden sollten, wenn Signale an der Senderseite nicht infolge von beispielsweise Fading durch Signalformverzerrung beeinträchtigt sind, übertragen werden. Anders ausgedrückt, die Signalpegel entsprechen den Konvergenzpunkten eines Augenmusters (Augendiagramms von ideal empfangenen Signalen. Der Pegel des Demodulator-Eingangssignals 1 wird so gesteuert, dass der Ausgang des Transversalfilters 13 auf einem feststehenden Pegel gehalten wird. Anders ausgedrückt, der Pegel des Demodulator-Eingangssignals 1 ist auf einen solchen Pegel gesetzt, dass der Ausgang des Transversalfilters 13 mit Bezug auf den Signalpegel A (2^–1, 2^–2, 2^–3) = (1, 0, 1) ist, mit Bezug auf den Signalpegel B (1, 0, 0) ist, mit Bezug auf den Signalpegel C (0, 1, 1) ist, und mit Bezug auf den Signalpegel D (0, 1, 0) ist. Der Eingangspegel des Multiplizierers 10 muss so groß als möglich sein, um den Einfluss des Hintergrundrauschens zu minimieren. Wenn jedoch der Eingangspegel des Multiplizierers 10 zu hoch angehoben wird, resultiert ein Pegel, der infolge der nicht linearen Verzerrung in der Fehlerrate verschlechtert ist, der Eingangspegel des Multiplizierers 10 ist auf einen vorbestimmten Standardwert gesetzt, der innerhalb eines Bereiches das Maximum ist, welcher die gewünschte Linearität aufrechterhält, d. h. innerhalb des dynamischen Eingangsbereiches des Multiplizierers 10. Bei dem in der 4 gezeigten, nicht verzerrten Beispiel ist der Verstärkungsfaktor des variablen Verstärkers 16 auf ungefähr das 10-fache gesetzt, wie dies in der Figur gezeigt ist. Der Verdichter 11 verdichtet das Eingangssignal auf 1/2 und gibt dies an den A/D-Konverter 12 aus. Wie vorstehend beschrieben, ist die Standardspannung des A/D-Konverters 12 so gesetzt, dass der Ausgang des Transversalfilters 13 (2^–1, 2^–2, 2^–3) = (1, 0, 1) bezogen auf den Signalpegel A ist, bezogen auf den Signalpegel B (1, 0, 0) ist, bezogen auf den Signalpegel C (0, 1, 1) ist, und bezogen auf den Signalpegel D (0, 1, 0) ist. In einem idealen, nicht verzerrten Zustand sind der Eingang und der Ausgang des Transversalfilters 13 identisch und der Ausgang des A/D-Konverters 12 ist daher mit dem Ausgang des Transversalfilters 13 identisch. Wenn die Signalformverzerrung infolge von Fading auftritt, ziehen sich die offenen Teile des Augenmusters, wie in der 5 gezeigt, zusammen, und das Eingangssignal des variablen Verstärkers 16 wird so gesteuert, dass der Ausgang des Transversalfilters 13 konstant gehalten wird, woraus eine erhöhte maximale Amplitude resultiert. Anders ausgedrückt, die Signalpunkte des variablen Verstärkereingangs in der 4 und der 5 sind nicht gegenüber den Signalpegeln der Punkte A bis D geändert. Das Ausmaß der Signalformverzerrung wird an der Abgriff-Koeffizientsteuerschaltung 15 detektiert und der Verstärkungsfaktor des variablen Verstärkers 16 wird reduziert, wenn die Signalformverzerrung stark ist (in dem Beispiel gemäß 5 ist der Verstärkungsfaktor ungefähr das Fünffache) und die maximale Amplitude des am Multiplizierer 10 eingegebenen Signals wird auf den zulässigen Wert oder darunter unterdrückt. Gleichzeitig wird die Zwischenanschlussspannung zwischen den ersten und zweiten Standortspannungs-Eingangsanschlüssen 121 und 122 des A/D-Konverters 12 in gleichem Verhältnis zu der Reduktion des Verstärkungsfaktors gesenkt (bei dem Beispiel gemäß 5, 1/2 des Beispiels gemäß 4). Demgemäß sind, wie in der 3 erläutert, die Ausgänge des A/D-Konverters 12 und des Transversalfilters 13 für die Signalpegel A bis D gleich (1, 0, 1), (1, 0, 0), (0, 1, 1) bzw. (0, 1, 0), was gleich den Ausgängen für das Beispiel gemäß 4 ist.
In dem Demodulator der vorliegenden Erfindung wird der Spitzenpegel des Eingangssignals am Multiplizierer 10 so gesteuert, dass er konstant auf oder unterhalb eines feststehenden Wertes bleibt und als Ergebnis hat dieser Demodulator die Wirkung, dass die nicht lineare Verzerrung des Multiplizierers 10, welche durch die Signalformverzerrung hervorgebracht wird, die durch Fading verursacht wird, reduziert wird.
Es ist jedoch zu verstehen, dass, obwohl die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung angegeben worden sind, die Offenbarung nur zur Illustration dient und Änderungen in der Anordnung der Teile innerhalb des Umfanges der anhängenden Patentansprüche durchgeführt werden können.

Claims

Demodulator versehen mit: Multipliziermitteln (10) zum Multiplizieren eines empfangenen, modulierten Signals eines Zwischenfrequenzbandes oder eines Funkfrequenzbandes mit einem regenerierten Trägersignal; Verdichtermitteln (11) zum Verdichten des Ausgangs der Multipliziermittel (10); einer Analog/Digital-Konvertereinrichtung (12) zum Umwandeln des Ausgangs der Verdichtermittel in ein digitales Signal; Signalformentzerrmitteln (13) zum Empfangen des Ausgangs der Analog/Digital-Konvertereinrichtung zum Entzerren einer Signalform des Ausgangssignals der Analog/Digital-Konvertereinrichtung; Expandiermittel (14) zum digitalen Verstärken eines Ausgangs der Signalformentzerrmittel (13), wobei der Ausgang der Expandiermittel der Ausgang des besagten Demodulators ist; und Signalformentzerrsteuerungsmitteln (15) zum Steuern der Signalformentzerrmittel basierend auf dem Ausgang der Analog/Digital-Konvertereinrichtung (12) und dem Ausgang der Expandiermittel (14); gekennzeichnet durch Signalpegeldetektiermittel (17) zum Detektieren eines Grades der Signalformverzerrung basierend auf dem Ausgang der Signalformentzerrsteuerungsmittel (15) und Zuführen des detektierten Ergebnisses; und eine Verstärkungseinrichtung mit variablen Verstärkungsfaktor (16), die ein moduliertes Signal eines Zwischenfrequenzbandes oder eines Funkfrequenzbandes empfangen kann, zum Verstärken des empfangenen Signals und Bereitstellen des verstärkten Signals für die Multipliziermittel (10), wobei der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung mit variablem Verstärkungsfaktor (16) durch den Ausgang der Signalpegeldetektiermittel (17) so gesteuert wird, dass die Verstärkungseinrichtung mit variablem Verstärkungsfaktor (16) den Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung (16) senkt, wenn das Detektionsergebnis der Signalpegeldetektiermittel anzeigt, dass der Ausgangssignalpegel der Verstärkungseinrichtung (16) einen höheren Wert hat, als wenn er in einem nicht verzerrten Zustand ist und den Verstärkungsfaktors der Verstärkungseinrichtung (16) erhöht, wenn das Detektionsergebnis der Signalpegeldetektiermittel (17) anzeigt, dass der Ausgangssignalpegel der Verstärkungseinrichtung (16) einen niedrigeren Wert als im nicht verzerrten Zustand hat, und wobei die Analog/Digital-Konvertereinrichtung (12) mit Mitteln zum Variieren ihres dynamischen Bereiches unter Steuerung des Ausgangssignals der Signalpegeldetektiermittel (17) versehen ist, wodurch die Mittel zum Variieren des dynamischen Bereiches so ausgebildet sind, dass sie den dynamischen Bereich der Analog/Digital-Konverter-einrichtung senken, wenn das Detektionsergebnis der Signalpegeldetektiermittel (17) anzeigt, dass der Ausgangssignalpegel der Verstärkungseinrichtung einen höheren Wert als in einem nicht verzerrten Zustand hat, und den dynamischen Bereich der Analog/Digital-Konvertereinrichtung erhöhen kann, wenn das Detektionsergebnis der Signalpegeldetektiermittel (17) anzeigt, dass der Ausgangssignalpegel der Verstärkereinrichtung einen niedrigeren Wert als im nicht verzerrten Zustand hat.
Demodulator nach Anspruch 1, wobei die Analog/Digital-Konvertereinrichtung (12) aufweist: eine Spannungsteilerschaltung (R1, R2, R3, R4, R5) die eine Referenzspannung (121, 122) in wenigstens 2² Spannungen teilt; 2² Komparatoren (124, 125, 126, 127), die mit einem Eingangssignal (123) der Analog/Digital-Konvertereinrichtung (12) als einem zu vergleichenden Signal und 2² Spannungen von wenigstens 2² Spannungen als Referenzspannungen zum jeweiligen Vergleich gespeichert werden; und eine Logikschaltung (128) zum logischen Umwandeln der Ausgangssignale der 2² Komparatoren in ein n-Bit-Signal, das den Pegel des Eingangssignals (123) der Analog/Digital-Konvertereinrichtung (12) anzeigt; wobei die Referenzspannung (121, 122) unter Steuerung des Ausgangs der Signalspegeldetektiermittel (17) variabel ist.