DK160388B - Modtager til fasemodulerede baereboelgesignaler - Google Patents

Description

DK 160388 B

Opfindelsen angår en modtager til ikke-kohærent detektering af fasemodulerede bærebølgesignaler, omfattende en indgangskreds til optagelse af det transmitterede fasemodulerede bærebølgesignal fra en transmis-5 sionskreds, en referencebærebølgekreds, en demodulationskreds koblet til indgangskredsen til demodulation af det transmitterede fasemodulerede bærebølgesignal med referencebærebølger til generering af primære og sekundære demodulerede signaler, en regeneratorkreds forbun-10 det med demodulationskredsen og en forsinkelseskreds forbundet med regeneratorkredsen, og hvor modtageren yderligere omfatter en afgørelseskreds for at opnå regenererede binære datasignaler fra de primære og sekundære demodulerede signaler.

15 I radiokommunikationssystemer anvendes fortrinsvis modulationsmetoder, som giver et moduleret bærebølgesignal med en(i det væsentlige) konstant amplitude (indhyl ling) , hvilket betyder brug af fasemodulation. Se f.eks. F. de Jager, C.B. Dekker, IEEE Trans, Comm., Vol.

20 CDM-26, nr. 5, maj 1978, siderne 534-542 om anvendelsen af indirekte ("tamed"FM, (TFM)) i denne hensigt. Man har fundet, at en modtager til TFM signaler har et fordelagtigt signal/støjforhold kontra fejlhyppigheden (udtrykt i BER:bit error rate), hvis der anvendes kohe-25 rent demodulation.

Specielt ved mobil radiokommunikation hænder det ofte, at det modtagne signal forsvinder f.eks. på grund af fading. Den kreds i modtageren, i hvilken bærebølgen, som kræves til koherent detektering, regenereres, har 30 en vis indfangningstid dvs., at korrekt modtagelse ikke er mulig før efter at, omkring 50 bit er blevet modtaget. Efter hver fading kræves indfangning igen, hvilket resulterer i informationstab. I hemmeligholdelsesradio-kommunikation benyttes ofte "frekvensskift" dvs., at un-35 der kommunikationen skiftes bærebølgefrekvensen for at hindre uønsket overhøring. Også i dette tilfælde vil der

DK 160388 B

2 efter indstilling af en forskellig bærebølgefrekvens ske et informationstab på grund af fornyet indfangning.

I mange situationer, hvor man anvender radiokommunikationer, kan man ikke acceptere tab af information 5 under indfangning af den til kohærent detektion fornødne bærebølge, og i så fald må man gå over til ikke-kohærent detektering, til trods for mindsket signal/støj-forhold sammenlignet med omfanget af fejl ved kohærent detektering. En artikel af C.B. Dekker: "On the application of 10 Tamed Frequency Modulation to various fields of digital transmission via radio", Proc. IEEE 1980, International Zurich Seminar on Digital Communications, pp A1.1-A1.10, handler om en sådan modtager til kohærent detektering af TFM-signaler.

15 Baseret på de ovenfor anførte betragtninger giver opfindelsen anvisning på en modtager af den indledningsvis angivne art, hvori der på enkel og påligelig måde kan foretages detektion af de binære fasemodulerede signaler, praktisk taget uden behov for indfangningstid.

20 Ifølge opfindelsen er en modtager af den indled ningsvis angivne art ejendommelig ved, at referencebære-bølgekredsen i modtageren omfatter en bærebølgeoscillator, hvis frekvens tilnærmelsesvis er lig med frekvensen for senderens bærebølgeoscillator, at afgørelseskredsen 25 i modtageren bestemmer faseforskellen mellem slutningen af en periode, der er to symbolintervaller lang, og begyndelsen af denne periode, at afgørelseskredsen er indrettet til at generere en første logisk værdi, hvis faseforskellen overstiger en afgørelsestærskel, og til 30 generering af en anden logisk værdi, hvis faseforskellen er under nævnte afgørelsestærskel, at afgørelsestærsklen for den næste periode, der har en længde på to symbolintervaller og overlapper den aktuelle periode med et symbolinterval, er lig med hvis den første logiske værdi 35 genereres i den aktuelle periode, at afgørelsestærsklen for den næste periode er lig med + hvis den anden lo- 3

DK 160388 B

giske værdi blev genereret i den aktuelle periode og i det sidste interval, i hvilket en første logiske værdi blev genereret, hvor faseforskellen var positiv (negativ) og antallet af symbolintervaller mellem nævnte anden 5 periode og den aktuelle periode er lige (ulige), og at ir afgørelsestærsklen for den næste periode er - ^ i de øvrige tilfælde.

Opfindelsen og dens fordele beskrives yderligere under henvisning til vedføjede tegninger, hvor 10 fig. 1 viser et blokdiagram af en kendt sender til binære datasignaler, fig. 2 nogle signalformer, som forekommer i senderen på fig. 1, fig. 3 en udførelse af en modtager til binære 15 datasignaler ifølge opfindelsen, og fig. 4 nogle fasetrajektorier, som er genereret i senderen, der er vist i fig. 1 og anvendt i modtageren, der er vist i fig. 3.

Fig. 1 viser et blokdiagram af en sender til trans-20 mittering af binære datasignaler til en modtager gennem en radiotransmissionskanal. Denne sender, der i og for sig er kendt, omfatter en datasignalkilde 1, som synkroniseres af taktsignalkilden 2. De binære datasignaler, der aftages fra kilden 1 med symbolhastighed 25 1/T, tilføres en formodulationskreds 3, hvis udgang er forbundet til en bærebølgeoscillator 4 til generering af et fasemoduleret bærebølgesignal, der i alt væsentligt har konstant amplitude og en kontinuerlig fase. Nævnte modulerede signal tilføres en transmis-30 sionskanal via en udgangskreds 5, i hvilken der - hvis det er nødvendigt - sker effektforstærkning og konvertering til det ønskede radiofrekvensbånd. For at simplificere genvindeisen af referencebærebølgen i modtageren antages det yderligere, at de binære datasignaler i sen-35 deren er differentielt kodet ved hjælp af en differentiel kodningskreds 6, som styres af taktsignalkilden 2.

4

DK 160388 B

Som nævnt foran er formodulationskredsen 3 indrettet til at generere et fasemoduleret bærebølgesignal med i det væsentlige konstant amplitude. I denne hensigt skiftes den kontinuerlige fase 0(t) for det fase-5 modulerede bærebølgesignal i hvert symbolinterval med en længde på T i følgende eksempler på indirekte (tamed) FM med en værdi udtrykt i radianer fra området- -j>0, 7Γ 77 ~ξ og 2' Værdien af det relevante symbolinterval bestemmes af disse konsekutive datasymboler. Formen af fasen 10 0(t) til tiden t i det relevante symbolinterval be stemmes af en filtreret version af nævnte tre konsekutive datasymboler. Dette beskrives yderligere under henvisning til fig. 2. Figur 2a viser et eksempel på de binære datasignaler, der aftages fra datasignalkilden 1.

15 Figur 2b viser, hvorledes de i fig. 2a viste datasignaler kan kodes korrelativt over tre symbolintervaller. Begyndelsespunktet var en kodning af datasignalerne, hvorved den nye bitværdi S(0) opnås fra summen af den øjeblikkelige bitværdi S(0), det dobbelte af den fore-20 gående bitværdi 2S (-T) og bitværdien Sa(-2T), der gik a. α forud for denne, således, at bitværdien er forsinket to symbolintervaller. Følgelig resulterer denne korrelative kodning i et fem niveau eller pentavalent datasignal.

Fig. 2c viser ret skematisk, hvorledes den kontinuerlige 25 fase 0(t) opnås fra de forudkodede signaler, der er vist i fig. 2b. For yderligere detaljer, der imidlertid ikke er nødvendige for forståelse af opfindelsen, henvises til artiklen af F. de Jager og C.B. Dekker publiceret i IEEE Trans. Comm. Vol. CDM 26, nr. 5, maj 1978, 30 siderne 334-542. Fig. 7 i nævnte publikation viser impulsresponsen af formodulationskredsen 3, der er beskrevet i det foregående.

Det skal understreges, at modtageren, der beskrives herefter, ikke blot er egnet til at modtage fase-35 modulerede signaler af den beskrevne indirekte (tamed) type, men at fomodulationskredsen 3 alternativt kan

DK 160388 B

5 indrettes til at tilvejebringe en impulsrespons af den Gaussiske type eller af den forhøjede kosinus (raised-cosine) type. Især fra publikationen i Proceedings fra den 29. IEEE Vehicular Tecnology Conference, Arlington, 5 Illinois, U.S.A., 27.-30. marts 1979, siderne 13-9 fremgår det at være tilfældet, hvis formodulationskredsen er et Gaussisk lavpasfilter med en standardiseret båndbredde BT på 0,19.

I nævnte artikel beskrives også, hvorledes en mod-10 tager kan indrettes til at genoprette det originale binære datasignal ved hjælp af koherent detektering. Den kreds i modtageren, i hvilken bærebølgen, der kræves til koherent detektering, regenereres, har en vis indfangningstid, dvs., at korrekt modtagelse ikke er mulig før 15 efter, at der er modtaget omkring 50 bit. Nævnte indfangningstid forekommer også i tilfælde af, at modtagelsen af signalet påvirkes alvorligt af fading, hvad der ofte sker i mobil radiokommunikation. Når man gør brug af "frekvensskift”, vil ligeledes en ny indfangnings-20 tid være nødvendig.

Fig. 3 viser en modtager til ikke-koherent modtagelse, i hvilken disse mangler undgås. I denne modtager aftages det modulerede signal fra transmissionskanalen ved hjælp af en indgangskreds 7, i hvilken der, hvis 25 det er påkrævet, sker forstærkning og konvertering til det oprindelige frekvensbånd. Det transmitterede modulerede signal tilføres en ortogonal demodulationskreds 8 omfattende to synkrone demodulatorer 9 og 10, hvortil er forbundet lavpasfiltre 11 og 12. Disse de-30 modulatorer 9 og 10 forsynes med to referencebærebølger, der har en faseforskel på rad. I denne hensigt omfatter modtageren en oscillator 13, der direkte forsyner demodulatoren 10 og demodulatoren 9 via en faseskiftkreds 14. Oscillatoren 13 er en frit-35 svingende oscillator, hvis frekvens f derfor almindeligvis vil afvige fra bærebølgefrekvensen fm. Følge-

DK 160388 B

6 lig er f = f + Δ f, hvor Δ f almindeligvis er forskellig fra nul.

To demodulerede signaler cos [ø(t) + Δ], sin [0(t) + Δ]/ der tilføres en regenerationskreds 15, 5 fremkommer ved udgangen på lavpasfiltrene 11 og 12. Regenerationskredsen 15 omfatter to A/D konvertere 16 og 17, som sampler det demodulerede signal og konverterer den samplede analogværdi til en digital værdi.

A/D konverterne 16 og 17 styres af et reference-10 taktsignal, der regenereres fra de demodulerede signaler af taktregeneratoren 18. Reference-taktsignalet har en frekvens, der er lig med symbolhastigheden 1/T. I en kombinationskreds 19 bestemmes med den opnåede digitalværdi den tilsvarende digitalværdi af øjebliksfasen 15 [0(t) + Δ]. Denne kombinationskreds kan være udformet som et read-only lager (ROM), i hvilket fortegns- og cosinusværdierne og de tilsvarende argumenter er lagret i form af en tabel. For at spare på lagerkapacitet er tabellen 0 - (sinø, cosø) kun lagret for et kvadrant.

20 Fortegnene tilføjes særskilt. Den utvetydige digitalværdi, der således er bestemt af fasen [0(t) + Δ], tilføjes til sidst til en afgørelseskreds 21 til opnåelse af de originale binære datasignaler, der tilføres en datasignaludgang 22 til yderligere bearbejdning.

25 Modtageren omfatter yderligere en forsinkelseskreds 23 forbundet til udgangen på read-only lageret 19 til at forsinke analogværdien af fasen ved nul med et eller to symbolintervaller T. De forsinkede versioner af denne fase tilføres også afgørelseskredsen 21. Indretningen 30 og virkemåden for afgørelseskredsen 21 beskrives nærmere i det følgende.

Til genoprettelsen af de originale binære datasignaler betragtes faseændringen af 0(t) i modtageren og mere specifikt i afgørelseskredsen 21 mellem to sym-35 bolintervaller. Faktisk bestemmer afgørelseskredsen om der i en periode med en længde på to symbolintervaller 7

DK 160388 B

er sket en bitændring (01 eller 10) eller ingen bit-ændring (00,11). Dette kan yderligere beskrives med henvisning til de mulige fasetrajektorier i en sådan periode med en længde på to symbolintervaller, hvilke fase-5 trajektorier er vist i fig. 4. Fig. 4a viser de mulige fasetrajektorier (a,b,c,d) i det tilfælde, hvor en bitværdi 1 transmitteredes i det første bitinterval (bitintervallet, som slutter ved T^) , og hvor der ikke er sket nogen bitændring i modtageperioden, som har en 10 længde på to symbolintervaller og slutter ved T·^, således at fasen ved begyndelsen af intervallet andrager k^. Fig. 4b viser de mulige fasetrajektorier (a,b,c,d) i det tilfælde, at en bitværdi 1 også transmitteredes i det første bitinterval, men hvor der er sket en bit-15 ændring i den foregående periode, der har en længde på to symbolintervaller, og som slutter ved T^ således at fasen ved begyndelsen af intervallet andrager ti ~ k^· + Fasetra;jektorierne kan afledes fra variationen af den kontinuerlige fase 0(t) for det modulerede sig-20 nal, således som det f.eks. er vist i fig. 2c.

Af fig. 4a fremgår, at trajektorierne a eller b passerer igennem i det tilfælde, at der ikke er sket nogen bitændring (NR) i øjebliksdibit'en (dibits er par af bits, som er kodet i en periode med en længde på to 25 symbolintervaller). Den minimums faseændring, som da forekommer andrager ~ rad. Trajektorierne c eller d passerer igennem i det tilfælde, hvor en bitændring (angivet ved R i fig. 4) sker i øjebliksdibit'en. Den maksimums faseændring, der da forekommer andrager rad. 30 Ved indstilling af en afgørelsestærskel på rad. kan derfor sondres mellem om en bitændring er forekommet eller ikke forekommet i øjebliksdibit'en. I dette tilfælde andrager støjmargenen j rad. til hver side.

For de fasetrajektorier, der er vist i fig. 4b er 35 situationen en noget anden. Trajektorierne a og b passerer der også igennem, hvis der ikke forekommer nogen bitændring i øjebliksdibitintervallet. Her er 8

DK 160388 B

7Γ minimums faseændringen imidlertid ^ rad. Trajektorier-ne c og d passerer igennem, hvis der sker en bitændring. Maksimums faseændringen er da imidlertid 0 rad. Således kræves der for de i fig. 4b viste fasetrajekto-5 rier en afgørelsestærskel på tilnærmelsesvis j rad. I dette tilfælde andrager støjmargenen også j på hver side af denne tærskel.

Figurerne 4a og 4b viser yderligere,at fasen for det næste dibitinterval begynder (ved T^) ved k^·, når der 10 ikke er nogen bitændring i øjebliksintervallet, og ved kj +"' *£, når en bitændring forekommer.

De to yderligere muligheder for opnåelse af fase-trajektorier (bitværdi 0 i det første symbolinterval) er vist i fig. 4c og fig. 4d. Fig. 4c er spejlbilledet af 15 fig. 4a. Den minimums faseændring, som her forekommer er-—-ξ rad., når trajektorierne a og b passerer i-gennem (ingen bitændring), og maksimums faseændringen er - —ξ rad., når trajektorierne c og d passerer i-gennem (bitændring). Det er derfor fordelagtigt at væl-20 ge af gør el ses tær sklen — rad., idet der på hver side heraf da forekommer en margen på rad.

Fasetrajektorierne i fig. 4d er spejlbilledet af trajektorierne, der er vist i fig. 4b. Fasetrajektorierne a og b passerer igennem, hvis der ikke forekommer 25 nogen bitændring (minimums faseændring —j rad.), fasetrajektorierne c og d passerer igennem, hvis der forekommer en bitændring (maksimums faseændring 0 rad.). Det er derfor fordelagtigt at vælge afgørelsestærsklen - j rad., således at der på hver side opnås en ligestor 30 margen på j rad.

Figurerne 4c og 4d viser yderligere, at fasen for ar det næste dibitinterval begynder (ved T^) ved kj, når der ikke forekommer nogen bitændring i øjebliksintervallet, og ved k^ + når der sker en ændring.

35 I afgørelseskredsen 21 sammenlignes faseforskel len mellom slutningen af en periode med en længde på to

DK 160388 B

9 symbolintervaller og begyndelsen heraf med den afgørelsestærskel, der gælder for dette interval. Afhængig af om tærsklen overskrides eller ikke, detekteres en bitændring eller ingen bitændring. Den næste periode med 5 en længde på to symbolintervaller skiftes altid med én periode i forhold til den umiddelbart foregående periode, og følgelig vil konsekutive intervaller med en længde på to symboler overlappe hinanden med nøjagtigt ét symbolinterval.

10 Derfor må tærsklen for det næste dibitinterval indstilles ved -s- (en tærskel indstilles samtidigt ved TF “ - -£) , når der under tiden for det øjeblikkelige dibitinterval tages afgørelsen af, at der ikke er sket nogen bitændring, idet fasen for det næste interval da be-15 gynder ved k—.

Tærsklen for det næste dibitinterval må indstilles + 7Γ —77 ved —j eller (tærskler indstilles samtidigt ved hen- _3π +2τ[ holdsvis —j og —j), når en "bitændring" detekteres i ^ ^ +ΤΓ det øjeblikkelige dibitinterval. Tærsklen bliver —ξ , 20 hvis den anden bit i det øjeblikkelige dibitinterval tr er 1 og bliver - -j, hvis denne bit er 0. Imidlertid er det for det øjeblikkelige dibitinterval kun muligt at detektere, at en bitændring er forekommet, men det er ikke muligt at være sikker på om det er 10 eller 01 25 (se f.eks. figurerne 4a og b, trajektorie c). Værdien af den anden bit i det øjeblikkelige dibitinterval, i hvilket "bitændring" blev detekteret, kan imidlertid opnås fra fortegnet på faseændringen i det sidste dibitinterval, hvori "ingen ændring" detekteredes, idet der 30 her forekom to bit med samme "polaritet". Fortegnet for bit'ene følger af fortegnet for faseændringen. Fortegnet for den anden bit i det interval, hvor "ændring" er detekteret følger nu utvetydigt af fortegnet for nævnte bit og antallet af bitintervaller (lige eller 35 ulige), som siden er forløbet.

På basis af de mulige fasetrajektorier, der er be-

DK 160388 B

10 skrevet foran kan afgørelseskriteriet opsummeres således: 1. Hvis der i det øjeblikkelige dibitinterval ikke er detekteret nogen bitændring (NR) (således at fase- 5 trajektoriet er i overensstemmelse med et af trajektorierne a eller b i fig. 4), så er afgørelsestærsklen for det næste dibitinterval (som begynder halvvejs i det øjeblikkelige dibitinter-val) indstillet ved (-j rad.)· 10 Fortegnet for faseændringen i det øjeblikkelige dibitinterval (positivt eller negativt) lagres.

2. Hvis der i det øjeblikkelige dibitinterval er detekteret en bitændring (R) (således at fase-trajektoriet er i overensstemmelse med et af 15 trajektorierne c eller d i fig. 4), så er afgørel sestærsklen for det næste dibitinterval indstillet ved: a) + hvis det sidste dibitinterval, i hvilket der ikke detekteredes nogen bitændring, havde et 20 positivt (negativt) fortegn og antallet af symbol intervaller mellem det øjeblikkelige dibitinterval og nævnte sidste interval er lige (ulige).

b) - I i andre tilfælde.

Afgørelseskredsen 21 omfatter en subtraktions-25 kreds 24, en komparatorkreds 25 og en tærskelstyrekreds 26. Subtraktionskredsen 24 er forbundet til udgangene på forsinkelseskredsen 23 for at bestemme forskellen mellem fasen ved begyndelsen og ved slutningen af en periode med en længde på to bitintervaller.

30 Dette kan, som antaget her, gøres ved at bestemme faseændringen pr. bitinterval og ved at bestemme værdien pr. dibit fra summen af to konsekutive faseændringer eller direkte fra faseændringen pr. dibit. Udgangen på subtraktionskredsen 24 er forbundet til indgangen på kom-35 paratorkredsen 25. I komparatorkredsen 25 sammenlignes faseforskellen, der er bestemt af subtraktions-

Claims (3)

5 PATENTKRAV

1. Modtager til ikke-kohærent detektering af fasemodulerede bærebølgesignaler, omfattende en indgangskreds (7) til optagelse af det transmitterede fasemodulerede bærebølgesignal fra en transmissionskanal, 10 en referencebærebølgekreds, en demodulationskreds (8) koblet til indgangskredsen (7) til demodulation af det transmitterede fasemodulerede bærebølgesignal med referencebærebølger til generering af primære og sekundære demodulerede signaler, en regeneratorkreds (15) forbun-15 det med demodulationskredsen (8) og en forsinkelseskreds (23) forbundet med regeneratorkredsen (15), og hvor modtageren yderligere omfatter en afgørelseskreds (81) for at opnå regenererede binære datasignaler fra de primære og sekundære demodulerede signaler, kendeteg-20 net ved, at referencebærebølgekredsen i modtageren omfatter en bærebølgeoscillator (13), hvis frekvens tilnærmelsesvis er lig med frekvensen for senderens bærebølgeoscillator (4), at afgørelseskredsen (21) i modtageren bestemmer faseforskellen mellem slutningen af en 25 periode, der er to symbolintervaller lang, og begyndelsen af denne periode, at afgørelseskredsen (21) er indrettet til at generere en første logisk værdi, hvis faseforskellen overstiger en afgørelsestærskel, og til generering af en anden logisk værdi, hvis faseforskel-30 len er under nævnte afgørelsestærskel, at afgørelsestærsklen for den nævnte periode, der har en længde på to synbolintervaller og overlapper den aktuelle periode med et symbolinterval, er lig med |, hvis den første logiske værdi genereres i den aktuelle periode, at af-35 gørelsestærsklen for den næste periode er lig med +^, hvis den anden logiske værdi blev genereret i den ak- DK 160388 B tuelle periode og i det sidste interval, i hvilket en første logisk værdi blev genereret, hvor faseforskellen var positiv (negativ) og antallet af symbolintervaller mellem nævnte anden periode og den aktuelle periode er 5 lige (ulige) og at afgørelsestærsklen for den næste periode er i de øvrige tilfælde.

2. Modtager til fasemodulerede bærebølgesignaler ifølge krav 1, kendetegnet ved, at modtageren omfatter en taktsignalgenerator (18), at de primære og 10 sekundære demodulerede signaler samples og konverteres til en primær og sekundær digital værdi under styring fra taktsignalgeneratoren (18), at modtageren omfatter et digitalt ROM-lager (19), hvori mulige digitale værdier, som de demodulerede signaler kan antage, er lagret 15 på adresselagerpladser, og hvor der på tilhørende lagerpladser er lagret fasevinklen, der svarer til nævnte digitale værdier, og at fasevinklen opnås ved at adressere ROM-lageret med den primære og sekundære digitale værdi.

3. Modtager til fasemodulerede bærebølgesignaler 20 ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at afgørelseskredsen (21) omfatter en subtraktionskreds (24), en komparatorkreds (25) og en tærskelstyrekreds (26), at en udgang på subtraktionskredsen (24) er forbundet til en første indgang på komparatorkredsen (25) 25 til sammenligning med en tærskelværdi, at udgangen på subtraktionskredsen (24) yderligere er forbundet til en første indgang på tæsskelstyrekredsen (26), at en udgang på komparatorkredsen (25) er forbundet til en anden indgang på tærskelstyrekredsen (26), at en udgang på 30 nævnte styrekreds (26) er forbundet til en anden indgang på komparatorkredsen (25) til indstilling af en tærskelværdi, at udgangen på komparatorkredsen (25) er forbundet til en udgang på afgørelseskredsen (21), og at tærskelstyrekredsen (26) styres af taktsignalgenera-35 toren (18).