IT8224938A1 - Sistema di trasmissione a modulazione di ampiezza in quadratura - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industria-

le dal titolo "Sistema di trasmissione a modulazione di ampiez-

za in quadratura"

RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

In un sistema di trasmissione, in particolare, per ponti radio digitali ad alta capacit?, che impiega tecniche del tipo QAM, cio? a (de) modulazione di ampiezza in quadratura con un numero di livello "n" superiore almeno a quattro, si dispongono soglie centrate, ciascuna, su ogni allineamento, orizzon tale o verticale, di occhi?

Applicazione di questo sisterna ad es. al recupero della portante in ricezione disponendo 2n soglie al centro e alle estremit? degli occhi.

La presente invenzione concerne un sistema di trasmissione a (de) modulazione di ampiezza in quadratura, in particolare

per ponti radio digitali ad alta capacit?.

La "quadrature amplitnde modulation" (QAM) consiste notoria-

mente nel trasmettere un numero discreto di livelli modulali? do due portanti in quadratura fra di loro, una delle due portanti essendo il prodotto dell'altra portante per il COS ?/2 o, piu semplicemente, l'altra portante sfasata di 90?.

Tanto per fissare subito le voci, ogni livello ? ottenuto dalla somma di due segnali (portanti) del tipo QAM =

dove: sono segnali digitali multilivello di perio?do "~T, di preferenza del tipo NRZ.

Nel caso molto semplice e pi? diffuso in cui ogni portante pu? assumere 2 valori (positivi e negativi) in ogni quadrante di un diagramma avente come assi saranno pos sibili 4 livelli per cui la QAM avr? un totale di 16 valori o livelli possibili.

In questo (come pure in altri casi) si ha uno spettro senza righe e senza portanti. In effetti la QAM ? in sostanza una modulazione di ampiezza a doppia banda laterale soppressa. Questo vantaggio ? purtroppo accompagnato dalle difficolt? che si incontrano ad esempio per il recupero della portante in ricezione. A tutt'oggi si ? tentato di effettuare questo recupero utilizzando generalmente varianti e adattamenti di metodi sfruttati per lo stesso scopo ad esempio nel sistema PSK (Phase Shift Key).

Pi? in particolare i metodi attualmente pi? impiegati sono: i)loop a moltiplicazione (in frequenza) del segnale QAM: in pratica lo si realizza inviando il QAM in una ngn-linea rit?.di ordine,pari al.numero di livelli digitali (nel 16 QAM si avrebbe una non-linearita del 4? ordine. Si ottiene in tal modo una riga a frequenza quadrupla di portante che va filtrata e poi divisa per il numero di livelli (ad es, 4),

II) Loop di Costas (modificato per numero di liv?lli superiti re a_2 ad es, tramite soluzioni circuitali particolari come gates selettivi ecc.) si tratta di una elaborazione dei segnali di banda base onde ottenere una tensione in grado di pilotare un VCO (voltage controlled oscillatori in'modo da agganciarlo in frequenza e fase alla portan? te del segnale ricevuto,

III) La riraodulazione o modulazione inversa a -freq^uenza intermedia (IF).

L'utilizzazione in QAM dei metodi I) e III) ha presentato diff?colt? e complessit? notevoli per cui il metodo di recupero della (e) portante (i) pi? largamente impiegato nei sistemi QAM ? quello di Costas del PSK modificato con diverse varian? ti.

Anche se in questa maniera si ? riusciti a dare una soluzione all'esigenza del recupero della portante nel sistema QAM, rimangono pur sempre irrisolti molti problemi legati non solo alla complessit? dell'adattamento di un metodo tipico del PSK al QAM ma soprattutto al fatto che il loop di Costas anche se arrichito con le varianti pi? brillanti ed efficaci non pu? essere mai generalizzato nei QAM nel senso che esso non ? universale cio? non si presta per tutti i QAM ma ha una buona efficacia solo per i ?? (a pochi livelli molto vicini ai PSK (4),

Per contro con i QAM a livelli multipli superiori a 4, che sono quelli di maggior interesse, non esiste a tutt'oggi un metodo universale e flessibile, applicabile cio? a qualsiasi QAM con numero qualsiasi di livelli,

Primo scopo della presente invenzione ? quello di provvedere un sistema che non presenti i suddetti inconvenienti e che abbia carattere universale essendo cio? applicabile a QAM con qualsiasi numero di livelli superiore a quattro. Altro scopo del trovato ? un sistema che consenta il recupero di una portante molto pulita cio? con alto rapporto segnale/rumore , e molto sicura. -

Ancora un altro scopo del trovato ? quello di provvedere dispositivi circuitali semplici e affidabili per la realizzazione dei sistemi precedenti.

Questi ed altri scopi vengono ottenuti con il sistema secondo il trovato caratterizzato dal fatto che si elaborano i segnali di banda base utilizzando soglie e circuiti di decisi^ ne in numero di 2n, n essendo il numero di livelli del detto segnale digitale in banda base.

Secondo un aspetto fondamentale dell'invenzione le soglie so no poste al centro e sugli estremi di ogni "occhio",del cosidetto diagramma ad "occhi" del segnale ricevuto e demodulato.

In una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa e preferita, per il recupero della portante in un QAM a n li-

velli trasmessi su ciascuna delle due vie (cio? su ogni portante in quadratura) per cui il cosidetto diagramma ad occhi consiste di n-1 occhi,-le 2n soglie sono ottenute utilizzan-

do le n-1 soglie al centro e agli estremi degli n-1 occhi del diagramma di una via, e come ultima soglia mancante, una soglia disposta sulla parte centrale del diagramma ad occhi

dell'altra via. Si ? sorprendentemente trovato che sommando i segnali provenienti dai circuiti di decisione che sfruttano le suddette n soglie si ottiene una tensione che ? in grado di pilotare un oscillatore controllato in tensione (VCO) fino ad agganciarlo in frequenza e fase con la portante del segnale ricevuto, per cui l'uscita del VCO ? la portante ricostruita,

I diversi'aspetti e vantaggi dell'invenzione appariranno pi? dettagliamente dalla descrizione seguente della forma di realizzazione, preferita ma non limitativa rappresentata nei disegni allegati, nei quali le figure 1 e 4 sono schemi rap? presentativi della modulazione, rispettivamente demodulazione QAM, le figure 2 e 3 sono diagrammi che mostrano due segnali digitali a quattro livelli di modulazione della portan te (fig, 2), e la rappresentazione vettoriale del relativo segnale 16 QAM; la fig. 5 d? il cosidetto "diagramma ad occhio" 'eye pattern) del segnale ricevuto (dopo la demodulazione); e le figure 6 e 7 sono due schemi circuitali a blocchi che rappresentano il sistema secondo l'invenzione.

Come si vede dalla figura 1, il segnale QAM da trasmettere ? ottenuto sommando in 10 due portanti in quadratura ottenute ad esempio da un'unica onda generata dall'oscillatore 11 di cui una (12) ? fornita direttamente al modulatore 14 e la altra 13 ? applicata al modulatore 15 dopo aver subito uno sfasamento di 90? in 17, 1 segnali di modulazione applicati ai modulatori 14 e 15 sono P (t) e Q (t), per cui il segnale QAM in uscita dal sommatore 10 ?:

A titolo puramente indicativo la fig- 2 mostra come si presentano i segnali P(t) e Q(t) del tipo NRZ sincroni nel caso di 4 livelli equispaziati?

La figura 3 ? la rappresentazione vettoriale del relativo

segnale 16 QAM (sul piano aventi;per assi

Pertanto in ogni intervallo di tempo T viene trasmesso il valore di uno dei 16 vettori possibili i cui estre

mi vanno dal centro 0 ad uno qualsiasi dei punti indicati nel;

diagramma, ad es. V1 che vM a 0 a 11..

La fig. 4 riporta lo schema di demodulazione del tipo "coerente", necessitante cio? della portante PO, che si immagina

di disporre in 21 e che si applic^ direttamente cio? come

al demodulatore 24 tramite la linea 22, e indirettamente cio? dopo sfasamento di 90?in 27 come al demodulatore 25

II segnale di ingresso

? applicato ai due demodulatori ,24 e 25 i cui segnali di uscita 24* e 25' sono filtrati in 28 e 29 per cui all?uscita di questi filtri si riottengono i segnali digitali cosidetti di banda base P(t) e Q(t),

La fig. 5 riporta il "diagramma ad occhi" (eye pattern) del segnale ricevuto dopo demodulazione che presenta nel tempo di clock T tre occhi (definiti da quattro livelli verticali in To e quattro livelli verticali in Tl,

Generalizzando per un qualsiasi QAM a n livelli si hanno n-1 occhi secondo la caratteristica essenziale dell'invenzione (

si ? ora sorprendentemente trovato che disponendo 2n soglie ; e circuiti di decisione posti al centro e agli estremi di ogni occhio, cio? coincidenti con i livelli trasmessi, ed elaborando i segnali dei circuiti,di decisione associati a dette soglie si ottiene un segnale in,grado di pilotare un oscillatore ad es. del tipo VCO fino ad agganciarlo in frequenza e fase con la portante del segnale ricevuto.

In fig, 15 si vede come le soglie 1, 3, 5 e 7 sono poste in corrispondenza degli estremi degli occhi mentre le soglie 2,4 e 6 sono al centro di questi stessi occhi.

La fig. 6 rappresenta un sistema preferito di recupero della portante in cui le 2n soglie sono ottenute sfruttando le 2n-l soglie disposte come in fig, 5 al centro e agli estremi dei n-1 occhi di una via, ad es. quella corrispondente al segnale P(t) ed utilizzando come ultima soglia quella piazzata al centro del diagramma ad occhi dell'altra via Q(t).

In effetti il segnale QAM ricevuto ? ora demodulato su una via in 24 con la portante (da immaginarsi ricostruita) e sull'altra via in 25 con la portante a 90? cio?

I segnali di demodulazione uscenti da 24 e 25 sono filtrati rispettivamente in 28 e 29,

Secondo l'invenzione il segnale filtrato da 28 sulla prima via ? applicato ora alle sette soglie da SI a S7 disposte come in fig. 5 mentre il segnale in uscita dal filtro ,29 ? applicato ad una soglia S'4 che ? disposta analogamente a S4, al centro del diagramma ad occhi dell'altra via,

Claims (4)

RIVENDICAZIONI

1) Sistema di trasmissione, in particolare per ponti radio digitali ad alta capacit?, a (de) modulazione di ampiezza in quadratura con un numero "n" di livelli, caratterizzato dal fatto di comprendere in ricezione un numero 2n di soglie (e relativi circuiti di decisione) centrate al centro e agli estremi degli occhi del codidetto diagramma ad occhi (eyes pattern).

2) Sistema secondo la rivendicazione 1, per il recupero della portante in ricezione, caratterizzato dal fatto che si dispongono 2n-l soglie al centro e agli estremi degli' occhi di una via e come ultima soglia si utilizza un.

soglia disposta sulla parte centrale del diagramma ad occhi dell'a-ltra via.

3) Sistema secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che tutti i segnali forniti dai circuiti di decisione associati alle soglie sono sommati e la tensione risultante dalle filtrazioni di questo segnale di elaborazione ? utilizzata per pilotare un oscillatore (con-Crollato in tensione) fino ad agganciarlo in frequenza e fase con la portante del segnale QAM ricevuto.

4) Circuito per la realizzazione secondo la rivendicazione 3, comportante in ricezione: un demodulatore (mixer) seguito da un filtro per ogni via, 2n soglie con relativi circuiti di decisione, di cui 2n-l soglie su una via e una soglia sull'altra via, un sommatore, di preferenza un EX-OR, preferibilmente un filtro del segnale dal sommatore ed un VCO che fornisce la portante ricostruita al demodulatore dell'altra via.