EP1197051A1 - Modulation switch for the generation of a similtaneously phase- and amplitude modulated signal - Google Patents

Modulation switch for the generation of a similtaneously phase- and amplitude modulated signal

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Publication number
EP1197051A1
EP1197051A1 EP00936644A EP00936644A EP1197051A1 EP 1197051 A1 EP1197051 A1 EP 1197051A1 EP 00936644 A EP00936644 A EP 00936644A EP 00936644 A EP00936644 A EP 00936644A EP 1197051 A1 EP1197051 A1 EP 1197051A1
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EP
European Patent Office
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stage
phase
signal
output
modulation circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00936644A
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German (de)
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Inventor
Ludwig Hofmann
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1197051A1 publication Critical patent/EP1197051A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03C—MODULATION
    • H03C5/00—Amplitude modulation and angle modulation produced simultaneously or at will by the same modulating signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/361—Modulation using a single or unspecified number of carriers, e.g. with separate stages of phase and amplitude modulation

Definitions

  • the invention relates to a modulation circuit for generating an RF signal that is simultaneously phase and amplitude modulated according to the preamble of claim 1.
  • phase shift keying or PSK phase shift keymg modulation
  • PSK phase shift keymg
  • the manipulation of frequency shift keying (FSK Frequency Shift Keymg) modulation, in which the modulation information emits a change in frequency of the carrier signal, is also detaoled. If, in the interest of high bandwidth efficiency, em is quickly used from one frequency to another switched oscillator, one obtains continuous phase changes during the transition from one symbol to another, which is why this method is called CPFSK (Contmuous Phase Frequency Shift Keymg) process is called.
  • CPFSK Contmuous Phase Frequency Shift Keymg
  • QAM quality amplitude modulation
  • Qudrature modulators As a modulator circuit for quadrature modulation methods (including the QPSK (Quadrature Phase Snift Keymg) modulation method already established in mobile radio systems), so-called Qudrature modulators are usually used, which allow the generation of frequency or phase-modulated signals with high frequency or phase accuracy ,
  • QPSK Quadrature Phase Snift Keymg
  • these modulators have a complex analog part, require the use of closely tolerated components and are only of limited suitability for a (highly) integrated design.
  • VCO voltage-controlled oscillator
  • PLL phase locked loop
  • An output signal with a constant amplitude is amplified in an output stage, which in this case can work non-linearly and is relatively simple and can be implemented with sufficient efficiency.
  • a similar concept which is also known as the "envelope curve elimination and restoration method", is used to increase the efficiency of the transmitting end stage of the satellite radio technology.
  • the object of the invention is to provide a modulation circuit of the generic type which is improved, in particular with regard to the expenditure on discrete components and from a cost point of view.
  • the invention concludes the fundamental idea of assigning separate frequency, phase and amplitude and amplitude information to a stream of data words or symbols for realizing the greatest possible digital modulation processing ar> mitio and this information in a digital phase modulator stage on the one hand and a digital amplitude signal generator stage on the other hand to process separately in the reception area of the transmission stage.
  • the major part of the technical effort for the modulation lies in the digitalization and digital processing, which, however, is known to be extremely precise and highly integrable. Components can be realized. This results in a significant reduction in the cost of discrete components and, overall, the cost.
  • the proposed modulation circuit can be referred to as a "polar actuator", since its operation based on the separate processing of phase and amplitude information can advantageously be described in a polar coordinate system.
  • this analog process is additionally connected to the output of the output stage via a power control loop.
  • an assignment memory for storing a table-like assignment rule of an input-side data bit stream m has the modulation information consisting of a sequence of phase-amplitude value pairs.
  • the signal processor stage has a calculation unit for real-time calculation of the mentioned phase-amplitude value pairs from the data bit stream on the basis of a calculation algorithm stored in an assigned program memory.
  • the phase modulator stage has a voltage-controlled oscillator which is controlled directly or indirectly (especially via a D / A converter) by means of a digital phase modulation signal.
  • the phase modulator stage comprises a frequency synthesis circuit, which in particular has a control input for a combined carrier frequency and phase modulation signal.
  • the power control loop mentioned can be designed in an advantageous embodiment for logarithmic detection and processing of the output stage output power.
  • the amplitude signal generator stage is then also for logarithmic processing Ar ⁇ plitudenmodulationssignal formed, or it is followed by a converter stage for converting a linear m eme logarithmic output characteristic.
  • This converter stage can be formed in particular from a D / A Wanoler and an amplifier with a logarithmic characteristic connected downstream of it.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a transmission stage according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 eme schematic diagram of a transmission stage according to a second embodiment
  • FIG. 3 em functional block diagram of a third, derived from the second embodiment (including the digital processing section).
  • FIG. 1 shows, in the form of a schematic diagram, how, according to a first embodiment of the invention, digital frequency / phase format and separate digital amplitude information for obtaining a transmission signal for supply to an antenna are processed separately.
  • the digital frequency / phase format is fed to a digital frequency modulator, the output signal of which controls a voltage-controlled oscillator VCO, the (frequency or phase modulated) output signal of which is fed as a transmission frequency signal via a first input to an output stage.
  • the digital amplitude information arrives at the input of a digital / analog converter, at the output of which it is available as analog amplitude information, which is fed to a second input of the output stage (for example for controlling the supply voltage), thus bringing it together the frequency / phase format and the amplitude information for a QAM transmit signal.
  • FIG. 2 shows the second embodiment modified compared to the second embodiment, which is distinguished by a different type of control of the output stage.
  • the output stage is preceded here by a preamplifier stage, which is referred to in the figure as "power control" and which outputs the output signal of the voltage-controlled oscillator VCO via a first input and the output signal of the digital / analog
  • Converter i.e. the analog amplitude information are supplied via a second input.
  • the provision of this additional stage enables a simpler design of the actual output stage.
  • the input of the pre-amplifier stage is via a suitable detector circuit
  • FIG. 3 shows a transmission arrangement 1 of a mobile radio terminal, which is supplied with an encoded data bit stream SIG as an input signal from the baseband (not shown) and outputs the transmission signal STX to a combined transmission / reception antenna 3.
  • the input signal SIG first arrives at the input of a modulation signal processor 5, the core of which is a table memory 5a for storing a tabular assignment between sections of the data bit stream (symbols) and
  • phase-amplitude value pairs of a modulation signal Phase-amplitude value pairs of a modulation signal.
  • Separate frequency / phase modulation signals PM and amplitude modulation signals AM are available at the output of the table memory 5a addressed with the data bit stream.
  • the frequency / phase modulation signal PM forms the input signal of a frequency synthesis circuit 7.
  • the frequency synthesis circuit 7 has the basic structure of a PLL synthesizer, which can be set extremely remotely and precisely via the digital input signal PM.
  • DDS Direct Digital Synthesizmg
  • the latter in turn is connected on the input side to the output of a voltage-controlled oscillator 7c, the output signal thereof
  • OSC also forms the output signal of the frequency synthesis circuit 7.
  • the output of DDS circuit 7a abuts the em Syn ⁇ synthesis signal SYN is connected to a first input of a phase comparing circuit 7d, 7e on the other input a reference oscillator with a reference signal REF supplied is.
  • the reference oscillator 7e in the form of a quartz oscillator supplies a reference signal with a constant frequency, the phase position of which is compared to that of the synthesis signal SYN from the DDS circuit 7a.
  • the tuning signal TUN thus reflects the result of this comparison, so that (after the low-pass filtering) the control voltage reflecting the comparison result is also supplied to the voltage-controlled oscillator.
  • the output signal OSC is sinusoidal and serves directly as a transmission frequency signal; in the case of the formation of the voltage-controlled oscillator 7c for the output of a rectangular pulse signal, the clock shaping circuit 7b would be dispensable.
  • the transmission frequency signal OSC is phase-locked, but is connected to the reference signal REF with a frequency that can be set via the DDS circuit 7a.
  • the digital amplitude modulation signal AM is first a D / A converter 9 is ready for conversion loga ⁇ thmêts m em analog Amplitu ⁇ denmodulationssignal and then supplied to a strong Klemsignalver- 11 with a logarithmic characteristic, em at the output amplitude modulation signal LAM.
  • the signal LAM is fed to a control input of a power control stage 13, whose power-controlled output signal is fed to the transmission output stage 15 and, after amplification m, forms the transmission signal STX.
  • Em part of the end signal STX is diverted (via a directional coupler not shown) to a power detector 17 whose output signal together with the signal LDS LAM to Steue ⁇ tion of the transmission power control stage 13 is used.
  • a merging of the phase and amplitude modulation branch into a phase modulation with a non-constant envelope curve and also a power control of the transmission output stage are realized.
  • the embodiment of the invention is not limited to the described embodiments, but is also possible in m different combinations as well as in a multitude of modifications which are within the scope of professional action.
  • a calculation unit for real-time calculation of the separate frequency / phase and amplitude modulation signals can be used, which accesses a calculation algorithm stored in an assigned program memory.

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Abstract

This invention concerns a modulation switch (1) for the generation of a similtaneously phase- and amplitude-modulated HF-signal, in particular a QAM-HF-signal having a digital phase modulated stage (7) and final stage switched to thereto (15), which is connected via a first direct input or via a power control stage (13) to the output of the phase modulator stage, whereby one of the digital amplitude signal generation stages is separated from the phase modulator stage (5, 13) and is connected at least indirectly on the output side to a second input of the end stage or the power control step.

Description

Beschreibungdescription
MODULATIONSSCHALTUNG ZURERZEUGUNGEINES ZUGLEICH PHASEN- UND AMPLITUDENMODULIERTEN SIGNALSMODULATION CIRCUIT TO GENERATE A PHASE AND AMPLITUDE MODULATED SIGNAL
Die Erfindung betrifft eine Modulationsschaltung zjr Erzeugung eines zugleich phasen- und amplitudenmodulierten HF-Sig- nals nach dem Oberbegriff des 7Λnspruchs 1.The invention relates to a modulation circuit for generating an RF signal that is simultaneously phase and amplitude modulated according to the preamble of claim 1.
In modernen zellularen Mobilfun systemen werden a sschließ- lieh digitale Modulationsverfahren eingesetzt. Diese zeichnen sich aus durch eine hohe Bandbreiteneffizienz, eine gunstige Leistungsbilanz, hohe Storfestigkeit sowie vorteilhafte Implementierungseigenscnaften, insbesondere unter αen Ge¬ sichtspunkten der fortscnreitenden Miniaturisierung αer Mo- bilfunk-Endgerate und αes hohen Kostendrucks bei deren Realisierung.Finally, digital modulation methods are used in modern cellular mobile radio systems. These are characterized by a high bandwidth efficiency, a favorable current account, high Storfestigkeit and advantageous Implementierungseigenscnaften, especially among αen Ge ¬ the fortscnreitenden miniaturization view points αer Mo bilfunk-Endgerate and αes high cost pressure in their implementation.
Wie auch bei analogen Modulationsverfahren, gibt es bei digitalen Modulationsverfahren zur Aufpragung eines - nier m di- gitaler Form vorliegenden - Nachrichtensignals auf ein Tragersignal die grundsätzlichen Möglichkeiten der Amplituden- oder Phasenmodulation, wobei die letztere als zwe_ relativ selbständige Ausprägungen die Frequenz- und Phasenumtastung begrifflich einschließt.As with analog modulation methods, there are basic possibilities of amplitude or phase modulation in digital modulation methods for impressing a message signal, which has a nier digital form, onto a carrier signal, the latter concepting frequency and phase shift keying as two relatively independent variants includes.
Insbesondere das Verfahren der Phasenumtastung oαer PSK (Phase Shift Keymg) -Modulation wird heute sowohl m digitalen Mobilfunksystemen als aucn m der Rieht- und Satellitenfunk- technik eingesetzt. Etaoliert ist auch das Verfanren der Fre- quenzumtastung oder FSK Frequency Shift Keymg) -Modulation, bei dem die Modulationsinformation eme Frequenzanderung des Tragersignals emgent. Wird hierbei im Interesse einer hohen Bandbreiteneffizienz em schnell von einer Frequenz zu einer anderen umgesteuerter Oszillator eingesetzt, erhalt man kontinuierliche Phasenanderungen beim Übergang von einem Symbol zum anderen, weshalo dieses Verfahren als CPFSK(Contmuous Phase Frequency Shift Keymg) -Verfahren bezeichnet wird.In particular, the method of phase shift keying or PSK (phase shift keymg) modulation is used today both in digital mobile radio systems and in radio and satellite radio technology. The manipulation of frequency shift keying (FSK Frequency Shift Keymg) modulation, in which the modulation information emits a change in frequency of the carrier signal, is also detaoled. If, in the interest of high bandwidth efficiency, em is quickly used from one frequency to another switched oscillator, one obtains continuous phase changes during the transition from one symbol to another, which is why this method is called CPFSK (Contmuous Phase Frequency Shift Keymg) process is called.
Vorteilhafte Modulationsschaltungen zur Realisierung digita- 1er Frequenz- bzw. Phasenmodulationsverfahren hat die Anmel- deπn in der DE-A-197 40 196 sowie der DE-A-197 52 438 beschrieben.The applicants have described advantageous modulation circuits for implementing digital frequency or phase modulation methods in DE-A-197 40 196 and DE-A-197 52 438.
Im Kontext der Entwicklung emes Zukunfts-Standards für Mo- bilfunksysteme mit wesentlich erhöhter Übertragungskapazität und Flexibilität gewinnt das Verfahren αer Quaαratur-Amplitu- denmodulation (QAM) zunehmende Bedeutung. Speziell QAM-Ver- fahren höherer Ordnung haben gegenüber PSK-Verfahren Vorteile bei der Storsicherheit und Zuverlässigkeit, stellen aller- d gs hohe Anforderungen an die Realisierαng der Sendeendstu- fen.In the context of the development of a future standard for mobile radio systems with significantly increased transmission capacity and flexibility, the method of quality amplitude modulation (QAM) is becoming increasingly important. Higher-order QAM processes in particular have advantages in terms of interference safety and reliability compared to PSK processes, but place high demands on the implementation of the transmission output stages.
Als Modulatorschaltung für Quadratur-Modulationsverfahren (einschließlich des bereits m Mobilfunksystemen etablierten Verfahrens der QPSK (Quadrature Phase Snift Keymg) -Modulation) werden üblicherweise sogenannte Qudraturmodulatoren eingesetzt, die die Erzeugung von frequenz- bzw. phasenmodu- lierten Signalen mit hoher Frequenz- bzw Pnasengenauigkeit erlauben. Diese Modulatoren haben jedocn einen aufwendigen Analogteil, erfordern den Einsatz eng tolerierter Bauelemente und eignen sich nur bedingt für eme (hoch) integrierte Ausfuhrung .As a modulator circuit for quadrature modulation methods (including the QPSK (Quadrature Phase Snift Keymg) modulation method already established in mobile radio systems), so-called Qudrature modulators are usually used, which allow the generation of frequency or phase-modulated signals with high frequency or phase accuracy , However, these modulators have a complex analog part, require the use of closely tolerated components and are only of limited suitability for a (highly) integrated design.
Eme Vielzahl von bekannten Modulatorkonzepten sieht zur Erzeugung spektral reiner Signale die Ansteuerung eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) über eine Phasenregel- schleife (PLL = Phase Locked Loop) vor. Em Ausgangssignal mit konstanter Amplitude wird m einer Endstufe, die m diesem Fall nichtlinear arbeiten kann und daner relativ einfach und mit ausreichendem Wirkungsgrad realisierbar ist, verstärkt. In diesem Zusammenhang ist es aucn bekannt, bei einem modulierten Signal mit nicht-konstanter Amplitude dessen Einhüllende getrennt zu erfassen und einer Leistungssteuerschaltung getrennt zuzuführen. Em ähnliches Konzept, das auch als "Hullkurvenelimmations- und Restaurationsverfahrer" bekannt ist, wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Sende- endstufe der Satellitenfunktechmk verwendet.A large number of known modulator concepts provide for the control of a voltage-controlled oscillator (VCO) via a phase locked loop (PLL = phase locked loop) in order to generate spectrally pure signals. An output signal with a constant amplitude is amplified in an output stage, which in this case can work non-linearly and is relatively simple and can be implemented with sufficient efficiency. In this context it is also known to use a modulated signal with a non-constant amplitude thereof Envelope to be recorded separately and fed to a power control circuit separately. A similar concept, which is also known as the "envelope curve elimination and restoration method", is used to increase the efficiency of the transmitting end stage of the satellite radio technology.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eme insbesondere hinsichtlich des Aufwandes an diskreten Bauelementen und unter Kostengesichtspunkten verbesserte Modulationsschaltung der gattungsgemaßen Art anzugeben.The object of the invention is to provide a modulation circuit of the generic type which is improved, in particular with regard to the expenditure on discrete components and from a cost point of view.
Diese Aufgabe wird durch eme Modulationsschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelost.This object is achieved by a modulation circuit with the features of claim 1.
Die Erfindung schließt den grundlegenden Gedanken em, einer Strom von Datenworten bzw. Symbolen zur Realisierung einer möglichst weitgehend digitalen Modulations-Verarbeitung ar> mitio separate Frequenz- bzw. Phasen- sowie Amplitudenmoαu- lations-Information zuzuordnen und diese Information m einer digitalen Phasenmodulatorstufe einerseits und einer digitaler Amplitudensignalerzeugerstufe andererseits im Emgangsbereici der Sendestufe separat zu verarbeiten. Der Großteil des tecr- nischen Aufwandes für die Modulation liegt hierbei m der D_- gitalisierung und digitalen Verarbeitung, die jedoch bekannt- lieh mit höchster Präzision und m hochgradig integrierbarer. Komponenten realisierbar ist. Hierdurch ergibt s ch eme wesentliche Verringerung des Aufwandes an diskreten Bauelementen und insgesamt des Kostenaufwandes.The invention concludes the fundamental idea of assigning separate frequency, phase and amplitude and amplitude information to a stream of data words or symbols for realizing the greatest possible digital modulation processing ar> mitio and this information in a digital phase modulator stage on the one hand and a digital amplitude signal generator stage on the other hand to process separately in the reception area of the transmission stage. The major part of the technical effort for the modulation lies in the digitalization and digital processing, which, however, is known to be extremely precise and highly integrable. Components can be realized. This results in a significant reduction in the cost of discrete components and, overall, the cost.
Die vorgeschlagene Modulationsschaltung ist als "Polarmoαuia- tor" zu bezeichnen, da ihr auf der getrennten Verarbeitung von Phasen- und Amplitudeninformationen beruhender Betrieo vorteilhaft m einem Polarkoordmatensystem beschreibbar ist.The proposed modulation circuit can be referred to as a "polar actuator", since its operation based on the separate processing of phase and amplitude information can advantageously be described in a polar coordinate system.
Der Amplitudensignalerzeugerstufe ist ausgangsseitig entweder unmittelbar der Eingang der Endstufe oder der Eingang einer Leistungssteuerstufe nachgeschaltet . In einer vorteilhafter Ausführung ist hier em Dιgιtal-/Analog-Wandler zwischenge¬ schaltet, der den digitalen Ausgang der Amplituoensignaler- zeugerstufe mit einem Analogeingang der Endstufe bzw. Leistungssteuerstufe verbindet.On the output side of the amplitude signal generator stage, either the input of the output stage or the input of a power control stage is connected directly. In a more advantageous Embodiment is here em Dιgιtal- / analog converter zwischenge ¬ on, the zeugerstufe the digital output of the Amplituoensignaler- to an analog input of the power amplifier or power control stage connects.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist dieser Ana- logemgang über eme Leistungsregelschleife zusatzlich mit dem Ausgang der Endstufe verbunden.In a further preferred embodiment, this analog process is additionally connected to the output of the output stage via a power control loop.
Die Umsetzung des Datenb tstromes m die Modulationsinformation erfolgt alternativ unter Einsatz von Zuordnungstabellen oder durch Echtzeitberechnung aufgrund eines voroestimmten Algorithmus. Entsprechend weist m einer ersten Ausfuhrung eme digitale Signalprozessorstufe einen Zuordnungsspeicher zur Speicherung einer tabellenartigen Zuordnungsvorschrift eines emgangsseitigen Datenbitstromes m die aus einer Folge von Phase-Amplitude-Wertepaaren bestehende Modulationsinformation auf. In einer anderen Ausfuhrung weist die Signalprozessorstufe eme Berechnungseinheit zur Echtzeitöerechnung der erwähnten Phase-Amplitude-Wertepaare aus dem Datenbit- strom aufgrund eines m einem zugeordneten Programmspeicher gespeicherten Berechnungsalgonthmus auf.The implementation of the data stream m the modulation information is alternatively carried out using assignment tables or by real-time calculation based on a predetermined algorithm. Correspondingly, in a first embodiment of a digital signal processor stage, an assignment memory for storing a table-like assignment rule of an input-side data bit stream m has the modulation information consisting of a sequence of phase-amplitude value pairs. In another embodiment, the signal processor stage has a calculation unit for real-time calculation of the mentioned phase-amplitude value pairs from the data bit stream on the basis of a calculation algorithm stored in an assigned program memory.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrung weist die Phasen o- dulatorstufe einen spannungsgesteuerten Oszillator auf, der durch em digitales Phasenmodulationssignal direkt oder indirekt (speziell über einen D/A-Wandler) angesteuert wird. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrung umfaßt die Phasenmodulatorstufe eme Frequenzsyntheseschaltung, die insbesondere einen Steuereingang für em kombiniertes Tragerfrequenz- und Phasenmodulationssignal hat.In a further preferred embodiment, the phase modulator stage has a voltage-controlled oscillator which is controlled directly or indirectly (especially via a D / A converter) by means of a digital phase modulation signal. In a further preferred embodiment, the phase modulator stage comprises a frequency synthesis circuit, which in particular has a control input for a combined carrier frequency and phase modulation signal.
Im Fall des Einsatzes der erwähnten Leistungsregelschleife kann diese einer vorteilhaften Ausgestaltung zur logarith- mischen Detektion und Verarbeitung der Endstufen-Ausgangsleistung ausgebildet sein. Die Amplitudensignalerzeugerstufe ist dann ebenfalls zu einer logarithmischen Verarbeitung eines Arαplitudenmodulationssignals ausgebildet, oder ihr ist eme Umsetzerstufe zur Konvertierung einer linearen m eme logarithmische Ausgangscharakteristik nachgeschaltet. Diese Umsetzerstufe kann insbesondere aus einem D/A-Wanoler und einem diesen nachgeschalteten Verstarker mit logarithmischer Charakteristik gebildet sein.If the power control loop mentioned is used, it can be designed in an advantageous embodiment for logarithmic detection and processing of the output stage output power. The amplitude signal generator stage is then also for logarithmic processing Arαplitudenmodulationssignal formed, or it is followed by a converter stage for converting a linear m eme logarithmic output characteristic. This converter stage can be formed in particular from a D / A Wanoler and an amplifier with a logarithmic characteristic connected downstream of it.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteranspruchen sowie der nachfolgenden Be- Schreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen:Advantages and advantages of the invention result from the subclaims and the following description of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Of these show:
Fig. 1 eme Prinzipskizze einer Sendestufe gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung,1 shows a schematic diagram of a transmission stage according to a first embodiment of the invention,
Fig. 2 eme Prinzipskizze einer Sendestufe gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform undFig. 2 eme schematic diagram of a transmission stage according to a second embodiment and
Fig. 3 em Funktions-Blockschaltbild einer dritten, aus der zweiten abgeleiteten Ausfuhrungsform (unter Einschluß des digitalen Verarbeitungsabschnittes) .Fig. 3 em functional block diagram of a third, derived from the second embodiment (including the digital processing section).
In Fig. 1 ist m Form einer Prinzipskizze dargestellt, wie gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung eme digi- tale Frequenz-/Phasenmformatιon und eme separate digitale Amplitudeninformation zur Gewinnung eines Sendesignals zur Zufuhrung an eme Antenne separat verarbeitet werden. Die digitale Frequenz-/Phasenmformatιon wird einem digitalen Frequenzmodulator zugeführt, dessen Ausgangssignal einen span- nungsgesteuerten Oszillator VCO ansteuert, dessen (frequenz- bzw. phasenmoduliertes) Ausgangssignal als Sendefrequenzsig- nal über einen ersten Eingang einer Endstufe zugeführt wird. Die digitale Amplitudeninformation gelangt zum Eingang eines Dιgιtal-/Analog-Wandlers, an dessen Ausgang sie als analoge Amplitudeninformation bereitsteht, die einem zweiten Eingang der Endstufe (beispielsweise zur Steuerung der Versorgungsspannung) zugeführt wird, m der somit eme Zusammenfuhrung der Frequenz-/Phasenmformatιon und der Amplitudeninformation zu einem QAM-SendeSignal erfolgt.1 shows, in the form of a schematic diagram, how, according to a first embodiment of the invention, digital frequency / phase format and separate digital amplitude information for obtaining a transmission signal for supply to an antenna are processed separately. The digital frequency / phase format is fed to a digital frequency modulator, the output signal of which controls a voltage-controlled oscillator VCO, the (frequency or phase modulated) output signal of which is fed as a transmission frequency signal via a first input to an output stage. The digital amplitude information arrives at the input of a digital / analog converter, at the output of which it is available as analog amplitude information, which is fed to a second input of the output stage (for example for controlling the supply voltage), thus bringing it together the frequency / phase format and the amplitude information for a QAM transmit signal.
Fig. 2 zeigt eme der ersten Ausfuhrungsform gegenüber modi- fizierte zweite Ausfuhrungsform, die sich durch eme andere Art der Steuerung der Endstufe auszeichnet. Zum einen ist der Endstufe hier eme m der Figur als "Leistungsregelung" bezeichnete Vorverstarkerstufe vorgeschaltet, der das Ausgangs- signal des spannungsgesteuerten Oszillators VCO über einen ersten Eingang und das Ausgangssignal des Dιgιtal-/Analog-FIG. 2 shows the second embodiment modified compared to the second embodiment, which is distinguished by a different type of control of the output stage. On the one hand, the output stage is preceded here by a preamplifier stage, which is referred to in the figure as "power control" and which outputs the output signal of the voltage-controlled oscillator VCO via a first input and the output signal of the digital / analog
Wandlers, d.h. die analoge Amplitudeninformation, über einen zweiten Eingang zugeführt werden. Durch das Vorsehen dieser zusätzlichen Stufe wird eme einfachere Auslegung der eigentlichen Endstufe möglich. Weiterhin ist der Eingang der Vor- verstarkerstufe über eme geeignete Detektorschaltung zurConverter, i.e. the analog amplitude information are supplied via a second input. The provision of this additional stage enables a simpler design of the actual output stage. Furthermore, the input of the pre-amplifier stage is via a suitable detector circuit
Erfassung der Sendeausgangsleistung mit dem Ausgang der Sendeendstufe m Form einer Leistungsregelschleife ruckgekoppelt. Hierdurch wird em Betrieb der Endstufe m einem unzulässigen Bereich, insbesondere eme Übersteuerung, vermieden.Detection of the transmission output power with the output of the transmission output stage m fed back in the form of a power control loop. In this way, operation of the output stage in an impermissible range, in particular oversteer, is avoided.
Fig. 3 zeigt eme Sendeanordnung 1 eines Mobilfunk-Endgera- tes, der aus dem (nicht gezeigten) Basisband als Eingangssignal ein kodierter Datenbitstrom SIG zugeführt wird und die em Sendesignal STX an eme kombinierte Sende- /Empfangsantenne 3 ausgibt.3 shows a transmission arrangement 1 of a mobile radio terminal, which is supplied with an encoded data bit stream SIG as an input signal from the baseband (not shown) and outputs the transmission signal STX to a combined transmission / reception antenna 3.
Das Eingangssignal SIG gelangt zunächst zum Eingang eines Mo- dulations-Signalprozessors 5, dessen Kernstück em Tabellen- speicher 5a zur Speicherung einer tabellarischen Zuordnung zwischen Abschnitten des Datenbitstromes (Symbolen) undThe input signal SIG first arrives at the input of a modulation signal processor 5, the core of which is a table memory 5a for storing a tabular assignment between sections of the data bit stream (symbols) and
Phase-Amplitude-Wertepaaren eines Modulationssignais ist. Am Ausgang des mit dem Datenbitstrom adressierten Tabellensprei- chers 5a stehen separate Frequenz-/Phasenmodulatιonssιgnale PM und Amplitudenmodulationssignale AM bereit. Das Frequenz- /Phasenmodulationssignal PM bildet das Eingangssignal einer Frequenzsyntheseschaltung 7. Die Frequenzsyntheseschaltung 7 hat den grundsätzlichen Aufbau eines PLL-Synthesizers, der über das digitale Eingangssignal PM äußerst fern und präzise einstellbar ist. Ihr Kernstuck ist eme kommerziell erfugbare DDS (Direct Di- gital Synthesizmg) -Schaltung 7a, an deren Addierwerteingang das Frequenz-Phasenmodulationssignal PM anliegt und die über einen Takteingang mit einer Taktformschaltung 7b verbunden ist, über die em Taktsignal CLK zugeführt wird. Die letztere wiederum ist emgangsseitig mit dem Ausgang eines spannungs- gesteuerten Oszillators 7c verbunden, dessen AusgangssignalPhase-amplitude value pairs of a modulation signal. Separate frequency / phase modulation signals PM and amplitude modulation signals AM are available at the output of the table memory 5a addressed with the data bit stream. The frequency / phase modulation signal PM forms the input signal of a frequency synthesis circuit 7. The frequency synthesis circuit 7 has the basic structure of a PLL synthesizer, which can be set extremely remotely and precisely via the digital input signal PM. At its core is a commercially available DDS (Direct Digital Synthesizmg) circuit 7a, at whose add value input the frequency phase modulation signal PM is present and which is connected via a clock input to a clock form circuit 7b, via which a clock signal CLK is supplied. The latter in turn is connected on the input side to the output of a voltage-controlled oscillator 7c, the output signal thereof
OSC zugleich das Ausgangssignal der Frequenzsyntheseschaltung 7 bildet. Der Ausgang der DDS-Schaltung 7a, an dem em Syn¬ thesesignal SYN anliegt, ist mit einem ersten Eingang einer Phasenvergleicherstufe 7d verbunden, deren anderer Eingang über einen Referenzoszillator 7e mit einem Referenzsignal REF versorgt wird. Der Ausgang der Phasenvergleicherschaltung 7d, an dem em (analoges) Abstimmsignal TUN bereitsteht, ist über einen Tiefpaß 7f mit einem Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators 7c verbunden.OSC also forms the output signal of the frequency synthesis circuit 7. The output of DDS circuit 7a, abuts the em Syn ¬ synthesis signal SYN is connected to a first input of a phase comparing circuit 7d, 7e on the other input a reference oscillator with a reference signal REF supplied is. The output of the phase comparator circuit 7d, at which an (analog) tuning signal TUN is available, is connected via a low-pass filter 7f to a control input of the voltage-controlled oscillator 7c.
Der als Quarzoszillator ausgebildete Referenzoszillator 7e liefert em Referenzsignal mit konstanter Frequenz, mit dessen Phasenlage diejenige des Synthesesignals SYN aus der DDS- Schaltung 7a verglichen wird. Das Abstimmsignal TUN reflek- tiert also das Ergebnis dieses Vergleiches, so daß (nach der Tiefpaßfllterung) dem spannungsgesteuerten Oszillator eme ebenfalls das Vergleichsergebnis reflektierende Steuerspannung zugeführt wird. Bei der vorliegenden Ausfuhrung ist angenommen, daß das Ausgangssignal OSC sinusförmig ist und unmittelbar als Sendefrequenzsignal dient; im Falle der Ausbildung des spannungsgesteuerten Oszillators 7c zur Ausgabe eines Rechteck-Impulssgmals wäre die Taktformschaltung 7b verzichtbar. Im Ergebnis der Wirkung der m der Frequenzsyntheseschaltung 7 realisierten PLL-Schleife ist das Sendefrequenzsignal OSC phasenstarr, aber mit über die DDS- Schaltung 7a einstellbarer Frequenz an das Referenzsignal REF angebunden. Das digitale Amplitudenmodulationssignal AM wird zunächst einem D/A-Wandler 9 zur Umwandlung m em analoges Amplitu¬ denmodulationssignal und anschließend einem Klemsignalver- starker 11 mit logarithmischer Kennlinie zugeführt, an dessen Ausgang em logaπthmiertes Amplitudenmodulationssignal LAM bereitsteht. Das Signal LAM wird einem Steuereingang einer Leistungssteuerstufe 13 zugeführt, deren leistungsgesteuertes Ausgangssignal der Sendeendstufe 15 zugeführt wird und nach Verstärkung m dieser das Sendesignal STX bildet. Em Teil des Sendsignals STX wird (über einen nicht dargestellten Richtkoppler) zu einem Leistungsdetektor 17 abgezweigt, dessen Ausgangssignal LDS zusammen mit dem Signal LAM zur Steue¬ rung der Sendeleistungssteuerstufe 13 herangezogen wird. In der Sendeleistungssteuerstufe 13 wird mithin einerseits eme Zusammenfuhrung des Phasen- und Amplitudenmodulationszweiges zu einer Phasenmodulation mit nicht-konstanter Hullkurve und zudem eme Leistungsregelung der Sendeendstufe realisiert.The reference oscillator 7e in the form of a quartz oscillator supplies a reference signal with a constant frequency, the phase position of which is compared to that of the synthesis signal SYN from the DDS circuit 7a. The tuning signal TUN thus reflects the result of this comparison, so that (after the low-pass filtering) the control voltage reflecting the comparison result is also supplied to the voltage-controlled oscillator. In the present embodiment it is assumed that the output signal OSC is sinusoidal and serves directly as a transmission frequency signal; in the case of the formation of the voltage-controlled oscillator 7c for the output of a rectangular pulse signal, the clock shaping circuit 7b would be dispensable. As a result of the effect of the PLL loop implemented in the frequency synthesis circuit 7, the transmission frequency signal OSC is phase-locked, but is connected to the reference signal REF with a frequency that can be set via the DDS circuit 7a. The digital amplitude modulation signal AM is first a D / A converter 9 is ready for conversion logaπthmiertes m em analog Amplitu ¬ denmodulationssignal and then supplied to a strong Klemsignalver- 11 with a logarithmic characteristic, em at the output amplitude modulation signal LAM. The signal LAM is fed to a control input of a power control stage 13, whose power-controlled output signal is fed to the transmission output stage 15 and, after amplification m, forms the transmission signal STX. Em part of the end signal STX is diverted (via a directional coupler not shown) to a power detector 17 whose output signal together with the signal LDS LAM to Steue ¬ tion of the transmission power control stage 13 is used. In the transmission power control stage 13, therefore, on the one hand, a merging of the phase and amplitude modulation branch into a phase modulation with a non-constant envelope curve and also a power control of the transmission output stage are realized.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsformen beschrankt, sondern auch m verschiedenartigen Kombinationen sowie m einer Vielzahl von Anwandlungen möglich, die im Rahmen fachmannischen Handelns liegen. So ist insbesondere im Modulations-Signalprozessor der Sendeanord- nung anstelle des Tabellenspeichers eme Berechnungseinheit zur Echtzeit-Berechnung der separaten Frequenz-/Pnasen- und Amplitudenmodulationssignale einsetzbar, die auf einen m einem zugeordneten Programmspeicher abgelegten Berechnungsal- goπthmus zugreift. The embodiment of the invention is not limited to the described embodiments, but is also possible in m different combinations as well as in a multitude of modifications which are within the scope of professional action. Thus, in particular in the modulation signal processor of the transmission arrangement, instead of the table memory, a calculation unit for real-time calculation of the separate frequency / phase and amplitude modulation signals can be used, which accesses a calculation algorithm stored in an assigned program memory.

Claims

Patentansprüche claims
1. Modulationsschaltung (1) zur Erzeugung eines zugleich pha¬ sen- und amplitudenmodulierten HF-Signals, insbesondere eines QAM-HF-Signals, mit einer digitalen Phasenmodulatorstufe (7) und einer dieser nachgeschalteten Endstufe (15), die über einen ersten Eingang direkt oder über eme Leistungssteuerstufe (13) mit dem Ausgang der Phasenmodulatorstufe verbunden1. modulation circuit (1) directly to produce a simultaneously pha ¬ transmitter and amplitude modulated RF signal, in particular a QAM RF signal with a digital phase modulator stage (7) and one of said downstream output stage (15), said first via an input or connected to the output of the phase modulator stage via a power control stage (13)
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eme von der Phasenmodulatorstufe getrennte digitale Amplitudensignalerzeugerstufe (5, 13), die ausgangsseitig mindestens mittelbar mit einem zweiten Eingang der Endstufe oder der Leistungssteuerstufe verbunden ist.The digital amplitude signal generator stage (5, 13), which is separate from the phase modulator stage and is connected at least indirectly on the output side to a second input of the output stage or the power control stage.
2. Modulationsschaltung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die digitale Amplitudensignalerzeugerstufe (5, 13) über einen D/A-Wandler (9) mit einem Analogeingang der Leistungssteuer- stufe (13) verbunden ist.2. Modulation circuit according to claim 1, so that the digital amplitude signal generation stage (5, 13) is connected via a D / A converter (9) to an analog input of the power control stage (13).
3. Modulationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Eingang der Leistungssteuerstufe (13) über eme Leistungsregelschleife zusätzlich mit dem Ausgang der Endstufe (15) verbunden ist.3. Modulation circuit according to claim 1 or 2, so that the second input of the power control stage (13) is additionally connected to the output of the output stage (15) via a power control loop.
4. Modulationsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die digitale Phasenmodulatorstufe (7) und die digitale Amplitudensignalerzeugerstufe (5, 13) als Polarmodulator aufgrund von m einer Signalprozessorstufe (5) getrennt erzeugten Phasen- und Amplitudensignaldaten (PM, AM) arbeiten.4. Modulation circuit according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the digital phase modulator stage (7) and the digital amplitude signal generator stage (5, 13) work as a polar modulator on the basis of m a signal processor stage (5) separately generated phase and amplitude signal data (PM, AM).
5. Modulationsschaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Signalprozessorstufe (5) einen Zuordnungsspeicher (5a) zur tabellenartigen Speicherung einer Zuordnungsvorschπft eines e gangsseitigen Datenbitstromes (SIG) zu Phase-Ampli- tude-Wertepaaren (PM, AM) einer Modulationsinformation aufweist.5. Modulation circuit according to claim 4, characterized in that the signal processor stage (5) has an assignment memory (5a) for the table-like storage of an assignment rule of an input data bit stream (SIG) to phase amplitude value pairs (PM, AM) of modulation information.
6. Modulationsschaltung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Signalprozessorstufe eme Berechnungsemheit zur Echt- Zeitberechnung von Phase-Amplitude-Wertepaaren aus einem einlaufenden Datenbitstrom aufgrund eines m einem zugeordneten Programmspeicher gespeicherten Algorithmus aufweist.6. Modulation circuit according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the signal processor stage eme calculation unit for real-time calculation of phase-amplitude value pairs from an incoming data bit stream based on an m stored algorithm associated program memory.
7. Modulationsschaltung nach einem der vorangehenden Anspru- ehe, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Phasenmodulatorstufe (7) einen spannungsgesteuerten Oszillator (7c) aufweist, der durch em digitales Phasenmodulationssignal (PM) direkt oder indirekt angesteuert wird.7. Modulation circuit according to one of the preceding claims, so that the phase modulator stage (7) has a voltage-controlled oscillator (7c) which is controlled directly or indirectly by a digital phase modulation signal (PM).
8. Modulationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Phasenmodulatorstufe eme Frequenzsyntheseschaltung (7a) aufweist, die insbesondere einen Steuereingang für em ko bi- niertes Tragerfrequenz- und Phasenmodulationssignal (PM) hat.8. Modulation circuit according to one of claims 1 to 6, that the phase modulator stage has a frequency synthesis circuit (7a) which in particular has a control input for a combined carrier frequency and phase modulation signal (PM).
9. Modulationsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leistungsregelschleife zur logarithmischen Detektion und Verarbeitung der Endstufen-Ausgangsleistung und die Amplitudensignalerzeugerstufe (5, 13) zur logarithmischen Verarbeitung eines Amplitudensignals ausgebildet ist oder der Amplitudensignalerzeugerstufe eme Umsetzerstufe (9, 11) zur Konvertierung einer linearen m eme logarithmische Ausgangscha- rakteristik nachgeschaltet ist. 9. Modulation circuit according to one of claims 3 to 8, characterized in that the power control loop for logarithmic detection and processing of the output stage output power and the amplitude signal generator stage (5, 13) is designed for logarithmic processing of an amplitude signal or the amplitude signal generator stage eme converter stage (9, 11) for converting a linear m eme logarithmic output characteristic.
10. Modulationsschaltung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Umsetzerstufe einen D/A-Wandler (9) mit nachgeschaltetem logarithmischen Verstärker (11) aufweist. 10. modulation circuit according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the converter stage has a D / A converter (9) with a downstream logarithmic amplifier (11).
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