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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung
eines Multimodulationsrahmens, sowie einen Modulator und einen Demodulator
zur Realisierung des Verfahrens. Der Modulator und der Demodulator
gemäß der vorliegenden
Erfindung können
zum Beispiel in einer Einheit eines Funkkommunikationssystems realisiert
werden, wie in den beigefügten
Ansprüchen
bekannt gegeben.
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Ein
Rahmen ist als Signal definiert, das aufeinander folgende Zeitintervalle
umfasst. Mit Bezug auf 1 ist ein Multimodulationsrahmen
dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Zeitintervalle 1 und 2 enthält, von
denen jedes durch ihre jeweilige Modulation definiert ist, die sich
voneinander unterscheiden.
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STAND DER TECHNIK
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Ein
Rahmen des oben definierten Typs kann zum Beispiel im DECT-(Digital
Enhanced Cordless Telecommunications)-Standard angewendet werden,
der vom ETSI (European Telecommunications Standards Institute) mit
dem Ziel herausgegeben wird, die Verkehrskapazität mindestens eines Kanals oder
Zeitintervalls zu erhöhen,
ohne die für
andere Kanäle
definierte Modulation zu ändern
und dabei die Kompatibilität
zu anderen Einheiten desselben Systems, die nicht über die
Funktion zur Änderung
der Modulation verfügen,
aufrecht zu erhalten.
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Mit
Bezug auf die 1, 2A und 2B wird
zum Beispiel ein erstes Zeitintervall 1 durch eine GFSK-(Gaussian
Frequency Shift Keying)-Modulation definiert, die bereits im DECT-Standard verwendet
wird, und ein zweites Zeitintervall 2 wird durch eine π/4DQPSK-(π/4-Differential
Quadrature Phase Shift Keying)-Modulation definiert. Die beiden
Modulationen definieren entsprechende Konstellationen, die in den 2A und 2B mit
Bezug auf vordefinierte Referenzachsen gezeigt sind.
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Im
DECT-Standard wird das modulierte Signal durch eine Spektralmaske
begrenzt, wobei das modulierte Signal in dieser Maske enthalten
sein muss.
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Wenn
im selben Rahmen zwei Modulationen benutzt werden, zum Beispiel
die Modulationen, die in den 2A, bzw. 2B erscheinen,
wobei keine Kontrolle über
den Wechsel von einer Modulation zur anderen vorhanden ist, kann
das resultierende Signal einerseits ein Spektrum erzeugen, das nicht
innerhalb der begrenzten Spektralmaske liegt und andererseits Intersymbol-Störungen enthalten,
die den Verlust von Symbolen hervorrufen, die zeitlich mit dem Modulationswechsel
zusammenfallen.
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In
POKLEMBA, J J: "Digital
tracking loops for a programmable digital modern", MILITARY COMMUNICATIONS CONFERENCE,
1992, MILCOM '92,
CONFERENCE RECORD, COMMUNICATIONS – FUSING COMMAND, CONTROL AND
INTELLIGENCE, IEEE SAN DIEGO, CA, USA, 11.–14. OKT. 1992, NEW YORK, NY,
USA, SEITE 644–650
I, wird ein Modulator offen gelegt, der für den Betrieb mit mehreren
Modulationsverfahren programmiert werden kann und drei Nachlauf-Schleifen
enthält,
so dass ein Rahmen, der gemäß verschiedener
Modulationen moduliert ist, demoduliert wird. Der Rahmen entspricht
jedoch nicht einem DECT-Rahmen, und als Folge davon wird der Rahmen
nicht gemäß GFSK-
und π/4DQPSK-Verfahren
moduliert.
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Aus
MORINAGA N ET AL: "INTELLIGENT
RADIO COMMUNICATION TECHNIQUES FOR ADVANCED WIRELESS COMMUNICATIONS
SYSTEMS", IEICE
TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, INSTITUTE OF ELECTRONICS INFORMATION
AND COMM. ENG. TOKYO, JP, BAND E79-B, Nr. 3, SEITE 214–221, ist
eine adaptive Modulationstechnik bekannt, bei der das Modulationsverfahren
aus mehreren unterschiedlichen Modulationen auf der Grundlage des
Verkehrs und des empfangenen Signalpegels, d. h. C/Ic (Leistungsverhältnis des
gewünschten
Signals zu Gleichkanalstörungen)
ausgewählt
wird.
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Dieses
Dokument enthält
jedoch nichts über
den Wechsel der Modulation.
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CHARAKTERISIERUNG DER
ERFINDUNG
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Eine
erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der
ein Spektrum definiert, das in einer amplitudenbegrenzten Spektralmaske enthalten
ist und Intersymbolstörungen
unterdrückt.
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Ein
zweites Ziel der Erfindung ist die Definition eines Modulators,
zur Realisierung des von dieser Erfindung definierten Verfahrens.
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Folglich
ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der
mindestens ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall
enthält,
wobei das erste und das zweite Zeitintervall durch erste, bzw. zweite
Modulationen definiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren
eine Stufe zum schrittweisen Wechsel enthält, die mindestens zwei Schritte
aufweist, um die Koeffizienten eines Modulationsfilters von einem
ersten Satz von Koeffizienten, welcher der ersten Modulation zugeordnet
ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten zu wechseln, welcher
der zweiten Modulation zugeordnet ist.
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Typischerweise
wird die Stufe zum schrittweisen Austausch von Koeffizienten durch
aufeinander folgende teilweise Änderungen
der Koeffizienten realisiert, wobei in jedem Schritt einige Koeffizienten
im ersten Satz von Koeffizienten, die dem ersten Modulationsverfahren
zugeordnet sind, in Koeffizienten im zweiten Satz gewechselt werden,
die dem zweiten Modulationsverfahren zugeordnet sind.
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Zum
Beispiel ist die erste Modulation eine GFSK-Modulation, und die zweite Modulation
ist eine π/4DQPSK-Modulation.
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Ein
Modulator zur Realisierung des Verfahrens gemäß der Erfindung enthält Modulationsfilter-Mittel und
Mittel, um die schrittweise Änderung
der Koeffizienten der Modulationsfilter-Mittel vom ersten Satz von Filterkoeffizienten,
die der ersten Modulation zugeordnet sind, in den zweiten Satz von
Filterkoeffizienten, die der zweiten Modulation zugeordnet sind,
zu bewirken.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Eine
genauere Erklärung
der vorliegenden Erfindung, sowie weiterer Eigenschaften und Vorteile
findet sich in der folgenden Beschreibung auf der Grundlage der
beigefügten
Figuren, in denen:
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1 ein
Format eines Multimodulationsrahmens zeigt;
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Die 2A und 2B zwei
Konstellationen für
GFSK-, bzw.
-
π/4DQPSK-Modulation
zeigen;
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3 ein
Blockdiagramm eines Modulators gemäß der Erfindung zeigt;
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4 ein
Blockdiagramm eines Demodulators gemäß der Erfindung zeigt; und
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5 im
Detail und in Form eines Blockdiagramms ein in dem Modulator von 3 enthaltenes
Filter zeigt.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
vermeidet die transienten Effekte, die durch den Wechsel der Modulation
verursacht werden, wie Intersymbol-Störungen oder Phasensprünge, die
in jedem der aufeinander folgenden Rahmen erscheinen, wenn die Änderung
der Modulation ohne Justiermechanismus an dem Zeitpunkt, an den
mit Bezug auf 1 die beiden Zeitintervalle 1 und 2 getrennt
werden, angewendet wird.
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Mit
Bezug auf 3 enthält ein Modulator gemäß einer
ersten Implementation der Erfindung einen ersten Multiplizierer 10,
eine Verzögerungsleitung 11,
einen zweiten Multiplizierer 12, einen Oversampler 13, ein
konfigurierbares Filter 14 und einen Digital-/Analog-Wandler 15.
Das Binärsignal
bn wird an einen ersten Eingang des Multiplizierers 10 angelegt,
dessen Ausgangssignal einerseits über die Verzögerungsleitung 11 an
einen zweiten Eingang des Multiplizierers 10 und andererseits
an einen Eingang des Multiplizierers 12 angelegt wird.
Dieser Multiplizierer 12 empfängt über einen zweiten Eingang das
Signal ej(π/M)n,
wobei n ein Bit-Rang ist. Der Ausgang des Multiplizierers 12 ist über den
Oversampler 13 an einen Eingang des konfigurierbaren Filters 14 angeschlossen.
Der Ausgang des konfigurierbaren Filters 14 ist an einen
Eingang des Digital-/Analog-Wandlers 15 angeschlossen.
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Dieser
Modulator, wie er in 3 gezeigt ist, eignet sich zur
Durchführung
sowohl der GMSK-Modulation, als auch der π/4DQPSK-Modulation, wobei die
GMSK-Modulation gleich der GFSK-Modulation
ist, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
B × T = 0,5;
und
0,35 < h < 0,70,
wobei
B die Signalbandbreite, T die Dauer eines Symbols und h der Wert
des Modulationsindex ist.
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Der
Modulator aus 3 eignet sich auch zur Durchführung sowohl
der GMSK-Modulation, als auch der π/4DQPSK-Modulation unter den folgenden Bedingungen:
- – Für GMSK-Modulation:
*bn ∈ {1, –1}; M =
2 und das konfigurierbare Filter 14 ist ein Gauß-Filter;
und
- – Für π/4DQPSK-Modulation:
*bn ∈ {1, j, –j, –1}; M =
4 und das konfigurierbare Filter 14 ist ein Root-Raised-Cosine-Filter;
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Das
für die
GMSK-Modulation eingesetzte Gauß-Filter
führt absichtlich
Intersymbol-Störungen
zwischen den transienten Symbolen ein.
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Es
gäbe keine
speziellen unbekannten Probleme, die aus dieser Verarbeitung des
Signals mit GMSK-Modulation resultieren, wenn diese GMSK-Modulation
mit ihrem zugeordneten Gauß-Filter
nicht gleichzeitig im selben Rahmen mit einer π/4DQPSK-Modulation (oder einer
beliebigen anderen) und ihrem zugeordneten Root-Raised-Cosine-Filter
(oder dem der fraglichen Modulation entsprechenden Signalformungs-Filter) auftreten
würde.
Im Fall eines Multimodulationsrahmens erzeugen die letztendlichen
Symbole mit GMSK-Modulation in Feld 1 (1) "Ausläufer", die sich in die
vorderen Symbole von Feld 2 mit π/4DQPSK-Modulation erstrecken.
Dieser Effekt erzeugt Störungen,
die zu einem systematischen Verlust der Symbole führen, die
sich um den Zeitpunkt des Übergangs
zwischen den beiden Modulationen GMSK und π/4DQPSK befinden. Um dieses
Problem zu beseitigen, enthält
gemäß der Erfindung
ein Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der mindestens
ein erstes Zeitintervall 1 enthält, das durch eine erste Modulation
definiert ist und ein zweites Zeitintervall 2, das durch
eine zweite Modulation definiert ist, eine Stufe zur schrittweisen Änderung
mit mindestens zwei Schritten, um die Koeffizienten des konfigurierbaren
Modulationsfilters 14 von einem ersten Satz von Koeffizienten,
welcher der GMSK-Modulation
zugeordnet ist, auf einen zweiten Satz von Koeffizienten zu ändern, welcher
der π/4DQPSK-Modulation
zugeordnet ist.
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Die
Tabelle auf der nächsten
Seite zeigt eine genauere Darstellung eines Beispiels einer Stufe
zur schrittweisen Änderung
der Koeffizienten des konfigurierbaren Modulationsfilters 14.
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Bei
Gauß-Filtern
und Root-Raised-Cosine-Filtern, die für die GMSK-, bzw. die π/4DQPSK-Modulation eingesetzt
werden, wird dieselbe Anzahl von Koeffizienten verwendet, zum Beispiel
zwölf (12)
in der beschriebenen Implementation. Diese Anzahl von Koeffizienten
entspricht der größten Anzahl,
die von jedem Filter-Typ, Gauß-Filter
und Root-Raised-Cosine-Filtern, benötigt wird. Folgendes wird in
dieser Tabelle gezeigt:
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Tabellen-Legende
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- Koeffizienten des Gauß-Filters
(GMSK-Modulation)
- Koeffizienten des Root-Raised-Cosine-Filters
- Rang der justierten Bits mit entsprechenden Koeffizienten
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N
bezeichnet den Rang des letzten Symbols mit GMSK-Modulation
- – Wenn
das Symbol mit dem Rang (N – 2)
der GMSK-Modulation eintrifft, sind alle Koeffizienten des konfigurierbaren
Filters Koeffizienten des Gauß-Filters,
- – Wenn
das Symbol mit dem Rang (N – 1)
der GMSK-Modulation eintrifft, sind alle Koeffizienten des konfigurierbaren
Filters Koeffizienten des Gauß-Filters,
mit Ausnahme der ersten beiden Koeffizienten h(0) und h(1), die
Koeffizienten des π/4DQPSK-Filters
sind (Root-Raised-Cosine-Filter),
- – Wenn
das letzte Symbol der GMSK-Modulation mit dem Rang (N) eintrifft,
sind alle Koeffizienten des konfigurierbaren Filters Koeffizienten
des Gauß-Filters,
mit Ausnahme der ersten vier Koeffizienten h(0), h(1), h(2) und
h(3), die Koeffizienten des π/4DQPSK-Filters
sind,
- – Wenn
das erste Symbol der π/4DQPSK-Modulation
mit dem Rang (N + 1) eintrifft, sind die letzten sechs Koeffizienten
des konfigurierbaren Filters Koeffizienten des Gauß-Filters
und die ersten sechs sind Koeffizienten des π/4DQPSK-Filters,
- – und
so weiter.
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Somit
wird die schrittweise Änderung
der Koeffizienten durch aufeinander folgende teilweise Änderungen
der Koeffizienten realisiert, wobei in jedem Schritt einige Koeffizienten
des ersten Satzes von Koeffizienten, welcher der ersten Modulation
zugeordnet ist, in Koeffizienten des zweiten Satzes von Koeffizienten
geändert
werden, welcher der zweiten Modulation zugeordnet ist.
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Auf ähnliche
Weise kann eine schrittweise Austausch-Stufe für die Koeffizienten des konfigurierbaren Modulations-Filters 14 von
Koeffizienten, die der π/4DQPSK-Modulation
zugeordnet sind, in Koeffizienten, die der GMSK-Modulation zugeordnet
sind, konstruiert werden, wobei der Übergang von der π/4DQPSK-Modulation zur GMSK-Modulation
stattfindet. Diese Stufe scheint jedoch nicht dieselbe Wichtigkeit
zu haben, da das Problem bei der Verwendung des Gauß-Filters
für die
GMSK- Modulation
auftritt, das "Ausläufer" erzeugt, welche
die Symbole der π/4DQPSK-Modulation
stören.
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Mit
Bezug auf 5 enthält das konfigurierbare Filter 14 ein
Modulationsfilter 140, einen Synchronisations-Schaltkreis 141 und
einen Programmier-Schaltkreis 142. Der Synchronisations-Schaltkreis 141 empfängt den
Bitstrom bn und definiert abhängig
von vordefinierten Bits, zum Beispiel von Synchronisationsbits im empfangenen
Rahmen, die Rahmensynchronisation, und folglich kann der Zeitpunkt
der Modulationsänderung bekannt
sein. Wenn das Eintreffen des Bits des Ranges (N – 2) des
Rahmens erwartet wird (siehe die oben stehende Tabelle), aktiviert
der Synchronisations-Schaltkreis 141 den Programmier-Schaltkreis 142,
der schrittweise die Koeffizienten COEF des Modulations-Filters 140 lädt, wie
in der oben stehenden Tabelle gezeigt.
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Ein
Demodulator zur Demodulation eines Multimodulationsrahmens, der
von einem Modulator erzeugt wurde, der mit Bezug auf 3 beschrieben
wurde, ist in 4 gezeigt.
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Der
Demodulator enthält
ein Root-Raised-Cosine-Filter 20, einen Subsampler 21 und
einen ersten Multiplizierer 22, die in Reihe geschaltet
sind. Der erste Multiplizierer 22 empfängt das Signal e–j(π/M)n über einen anderen
Eingang. Der Ausgang des ersten Multiplizierers 22 kann
an zwei Zweige angeschlossen werden, die parallel dargestellt werden.
Ein erster Zweig wird zur Erzeugung eines Differenz-Ausgangssignals
verwendet und enthält
einen zweiten Multiplizierer 24, eine Verzögerungsleitung 23 und
einen Schwellwertdetektor 25. Der zweite Multiplizierer 24 empfängt an einem
ersten Eingang das Ausgangssignal von ersten Multiplizierer 22 und
an einem zweiten Eingang dasselbe Ausgangssignal vom ersten Multiplizierer 22,
das über
die Verzögerungsleitung 23 verzögert wird.
Das Ausgangssignal des zweiten Multiplizierers 24 wird
an einen Eingang eines Schwellwertdetektors 25 angelegt.
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Ein
zweiter Zweig wird zur Erzeugung eines kohärenten Ausgangssignals verwendet
und enthält
einen Schwellwertdetektor 26 und einen Decodierer 27,
die in Reihe geschaltet sind.
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Obwohl
diese Beschreibung der Verwendung des Demodulators mit einem festen
vordefinierten Demodulationsfilter erfolgt (Root-Raised-Cosine-Filter 20),
kann ein Fachmann zwei Filter einsetzen, die an die Form des empfangenen
Signals mit GMSK-, bzw. π/4DQPSK-Modulation
angepasst sind. In diesem Fall kann der Demodulator eine Stufe zum
schrittweisen Wechsel enthalten, um die Koeffizienten des Demodulationsfilters
von einem ersten Satz von Koeffizienten, welcher der GMSK-Modulation zugeordnet
ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten zu wechseln, welcher
der π/4DQPSK-Modulation
zugeordnet ist, wobei dies entsprechend dem Wechsel der Koeffizienten
im Modulator, wie oben beschrieben wurde, durchgeführt wird.
Der Demodulator enthält
ein konfigurierbares Demodulations-Filter und einen Schaltkreis
zum schrittweisen Wechsel der Koeffizienten dieses Demodulationsfilters
von einem ersten Satz von Koeffizienten, der an die Signalform der
ersten Modulation angepasst ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten,
der an die Signalform der zweiten Modulation angepasst ist, und
dies wird entsprechend dem Wechsel der Koeffizienten im Modulator
durchgeführt.
Dieser Modulator muss auch einen Rahmensynchronisations-Schaltkreis
enthalten, um den Zeitpunkt der Modulationsänderung zu erkennen und anschließend den
Schaltkreis zum Austausch der Koeffizienten zu aktivieren.
