NL8201533A

NL8201533A - Een zender ingericht voor het zenden van fm gemoduleerde signalen.

Info

Publication number: NL8201533A
Application number: NL8201533A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-04-13
Filing date: 1982-04-13
Publication date: 1983-11-01
Also published as: FR2525054B1; GB2118406A; IT8320520A0; FR2525054A1; JPS58187048A; DE3312849A1; SE8301977L; AU556010B2; BR8301828A; JPH047622B2; BE896425A; DE3312849C2; GB2118406B; IT1170123B; US4531221A; SE8301977D0; SE459624B; CA1221740A; CH661626A5; AU1341883A

Description

τ ^ » «'j EHN 10.331 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Een zender ingericht voer het zenden van EM gemoduleerde signalen"

De uitvinding heeft betrekking op een zender ingericht voor het zenden van EM gemoduleerde signalen, bevattende een voor-modulatiefilter voor het uit een binnenkomende data signaal opwekken van een data signaal welke op de aftasttijdstippen t = nT tenminste 5 vijf signaalniveau's bezit en een op het voormodulatie filter aangesloten frequentie modulator.

Een dergelijke zender is bekend uit het artikel "Tamed Frequency Modulation, A Novel Method to Achieve Spectrum Economy in Digital Transmission" van F. de Jager en gepubliceerd in "IEEE 10 Transactions on Communications" Vol.Ccm. 26 No. 5, mei 1978. De in dit artikel beschreven modulatie heeft betrekking op zogeheten getemde frequentie modulatie.

EM modulatie wordt in radiocommunicatie systemen bij voorkeur toegepast vanwege de constante amplitude van een in frequentie I5 gemoduleerde draaggolf, welke versterking met een hoog-rendement, door middel van niet lineaire versterking, mogelijk maakt. Een nadeel van frequentie modulatie is evenwel dat het spectrum nogal breed is.

Om dit spectrum bij digitale signaaltransmissie te verkleinen, wordt de uit te zenden data voorbewerkt door een bepaalde intersymbool 20 interferentie toe te passen, waardoor signalen met pseudo meerwaardige signaalniveau's worden verkregen, alvorens deze aan de frequentie modulator toe te voeren.

Zo wordt volgens bovengenoemd artikel voor het opwekken van een TEM signaal eerst een pseudo vijfwaardig signaal samengesteld 25 uit een binnenkomend datasignaal volgens de coderingsregel : j£/2(an_i/4 + an/2 + an+^/4), waarbij an het n-de bit representeert van het binnenkomend datasignaal met n = 1, 2, ... , waarna het door een Nyquist III filter, gerealiseerd met behulp van een Nyquist I opgetild cosinusfilter, wordt gefilterd en vervolgens in een frequentie 30 modulator op een draaggolf signaal gemoduleerd wordt.

Met een dergelijke of soortgelijke voorbewerking wordt weliswaar de vereiste bandbreedte aanzienlijk verlaagd doch een pseudo vijfwaardig signaal vereist een relatief complexe detectie-schakeling 8201533 * » * PHN 10.331 2 aan de ontvangkant en normaliter een coherente detectie.

De uitvinding beoogt een zender te realiseren, waarbij met eenvoudige ontvangers kan worden volstaan en in het algemeen een betere signaal-ruisverhouding wordt verkregen bij de overdracht 5 van datasignalen in een comunicatiesysteem voorzien van een dergelijke zender en optimaal is voor niet coherente detectie.

De zender van de in de aanhef vermelde soort is overeenkomstig de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat :het voormodulatie filter verder is ingericht cm qp de tijdstippen t = (2m-1)T/2 een 10 nagenoeg driewaardig signaal af te geven waarbij T de periode van de bittijd van de data signalen is en m een geheel getal is-i

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van een zender overeenkomstig de uitvinding waarbij het voormodulatiefilter de serie-schakeling van een niet recursief tweede orde digitaal filter met drie 15 weegfactoren waarvan er twee aan elkaar gelijk zijn,bevat en een laagdoorlaatfilter, welke aan het derde Nyquist criterium voldoet en gerealiseerd is met behulp van een "opgetild cosinus" filter welke aan het eerste Nyquist criterium voldoet is deze zender gekenmerkt, doordat de aan elkaar ongelijke weegfactoren de waarden A en B hebben, 20 waarbij de waarde van de weegfactor A respectievelijk B van het niet recursieve tweede orde filter kleiner dan 1/4 respectievelijk groter dan 1/2 is waarbij 2A + B = 1 en de afval coëfficiënt rg van het "opgetild cosinus" filter ongelijk aan nul is.

Te dezer plaatse wordt opgemerkt dat uit het artikel 25 "On a class of generalized MSK" van P. Gaiko en:.S. Pasupathy, gepresenteerd qp de conferentie ICC '81, Denver, juni 1981, pagina's 1-6 het qp zich bekend is on de weegfactoren van een niet recursief tweede orde digitaal filter instelbaar te maken. Het betreft hier evenwel een generalisatie van MSK signalen welke, in tegenstelling 30 tot de huidige uitvinding, een verbetering van het oogpatroon op de aftasttijdstippen t = nT beoogt, waarbij T de signaalperiode van de bittijd van de data signalen is en n = 0, 1, 2, 3, .... en welke voor coherente detectie geschikt is.

De uitvinding en hare voordelen zullen aan de hand van 35 de in de figuren weergegeven uitvindingsvoorbeelden nader worden toegelicht, waarbij overeenkomstige elementen in de verschillende figuren met dezelfde verwijzingstekens zijn aangeduid.

8201533 V * * EHN 10.331 3

Daarbij toont:

Figuur 1 een blokschema van een deel van een zender geschikt voor het uitzenden van een frequentie gemoduleerd draaggolf-signaal, gemoduleerd door een pseudo vijfwaardig signaal afgeleid 5 uit een inkomend datasignaal;

Figuur 2 een bekend voormodulatie filter toegepast in de zender volgens figuur 1 voor het opwekken van een TEM signaal;

Figuur 3 de impulsresponsie van het injfiguur 2 weergegeven voormodulatie filter; 10 Figuur 4 het oogpatroon verkregen met behulp van het voor modulatie filter volgens figuur 3;

Figuur 5 een uitvoeringsvoorbeeld van een voormodulatie filter overeenkomstig de uitvinding;

Figuur 6 de impulsr espons ie van het voormodulatie filter 15 volgens figuur 5 voor B - 0,62 en rg = 0,36;

Figuur 7 een oogpatroon verkegen met behulp van het voormodulatie filter volgens figuur 5 voor B = 0,62 en rB = 0,36

Figuur 8 een oogpatroon verkregen net een voormodulatie filter volgens figuur 5 met B = 0,58 en r_ = 0,3 en 20 Figuur 9 een oogpatroon verkregen met een voormodulatie filter volgens figuur 5 met B = 0,54 en rg = 0,2

Het in figuur 1 weergegeven gedeelte van een EM zender is onder andere bekend uit het amerikaanse octrooischrift 4,229,821.

Het bevat een vxonodulatie filter 1, waaraan ingangsklem 2 een bij 25 voorkeur differentieel gecodeerd datasignaal a(t) toegevoerd wordt, welke geschreven kan worden als a(t) = > aR . I (t-nT) waarbij an = +1 of -1 en T de signaalperiode van de bittijd is en t = nT de aftastmcmenten zijn.

Met behulp van dit nog nader te beschrijven voormodulatie 30 filter wordt een pseudo-meerwaardig signaal opgewekt. Dit pseudo meerwaardige signaal wordt aan een frequentie modulator 5 toegevoerd waaraan ook een van een draaggolfgenerator 4 afkomstig draaggolf-signaal wordt toegevoerd. Het aldus door de modulator 5 gevormde signaal S(t) wordt aan een antenneklem 23 afgegeven.

35 Het frequentie gemoduleerde signaal S(t) is te schrijven als f / S(t) = sin · <i^t + 0(tu 8201533 PHN 10.331 4 \ • * waarin Cü de draaggolfhoekfrequentie is en 0(t) de informatie dragende v met de tijd variërende fasehoek is.

Zoals o.a. in het artikel "Tamed Frequency Modulation, A Novel Method to Achieve Spectrum Economy in Digital Transmission" 5 van F. de Jager en C.B. Dekker gepubliceerd in IEEE Transactions on Communications, Vol. Corn. 26, No. 5, mei 1978 is beschreven wordt de fasehoek 0(t) door het voormodulatie filter 1 bij TEM bepaald volgens de formule t Γ *Ί *· . ..

10 0(t) = K0 an . gCJ'-nT) . d?+ CQ

Je* Ln=-°° J

waarbij g(t) de overdrachtsfunctie van het .voormodulatie filter 1 is en KQ de gevoeligheid van de modulator 5 in radialen/Volt/seconde is, 15 en waarbij CQ een willekeurige constante is.

Voor het opwekken van TEM signalen bevat dit voormodulatie filter 1 een niet recursief tweede orde digitaal filter 6 en een daarop aangesloten laagdoorlaatfilter 8 welke aan het derde Nyquist criterium voldoet.

20 Dit voormodulatie filter 1 is in figuur 2 nader weer gegeven. Behalve dat in het filter 6 het ingangssignaal op niet weergegeven wijze met een constante C =TC/2KQ vermenigvuldigd wordt, wordt door een optelinrichting 14 de som bepaald van het onvertraagde met C vermenigvuldigde ingangsignaal na in vermenigvuldiger 11 met 25 een weegfactor van 1/2 te zijn vermenigvuldigd, van het over één bittijd T in een vertragingselement 9 vertraagde met C vermenigvuldigde ingangssignaal na in vermenigvuldiger 12 met een weegfactor 1/4 te zijn vermenigvuldigd en van het over één bittijd -T in een vertragingselement 10 vertraagde met C vermenigvuldigde ingangssignaal 30 na in vermenigvuldiger 13 met een weegfactor 1/4 te zijn vermenigvuldigd.

De overdrachtsfunctie S(£u) van dit filter 6 is derhalve gelijk aan: 35 S (Cj) = C jTl/4 exp - jCuT + 1/2 + 1/4 exp jcjtJ = C cos2(00T/2)

Dit signaal wordt aan het laagdoor laatf ilter 8 toegevoerd waarvan de overdrachtsfunctie H(Co) gegeven wordt door 8201533 * * ^ ESN 10.331. 5 Γ-. — H(o» = (CJT/2) / (2 sin(CJT/2)) . N.,(Q) waarin (60) het Fourier spectrum is van een functie welke aan het 5 eerste Nyquist criterium voldoet en waarvoor die, die van het opgetilde cosinus type (raised cosine type), is gekozen, zodat voor N.j (co) geldt dat:

{1 voor j^7C. (l-r)/T

jj-sin |f(T<ü-7^2r)j voor ΐ (1-r)/T7L^(1+r)/T 0 voor alle overige waarden van 6j

De zogeheten afvalfactor r (roll off factor) wordt daarbij 15 kleiner dan 0,25 gekozen.

De overdrachtsfunctie G((J) van het voormodulatie filter 1, waarbij voor H(£0) de smalste bandbreedte is gekozen (r = 0) bedraagt derhalve: 20 G(Co) = I C . ωτ . cos2(C0T/2)/2(sin(CjT/2)) voor I jco lt! t en ( 0 voor alle overige waarden van Co

De corresponderende inpulsresponsie g(t) is hierdoor 25 bepaald en daanrede de informatiedragende net de tijd variërende fasehoek 0 (t).

De inpuls responsie van dit voormodulatie filter 1 is in figuur 3 weergegeven. De waarden van de inpulsresponsie voor de aftastmanenten t = nT met n = 0, 1, 2, ... zijn volgens deze figuur 30 voor t = 0 gelijk aan Vp, voor t = T gelijk aan Vp/2 en voor t = 2T ongeveer gelijk aan nul. Vanwege het feit dat voor t = T de inpulsresponsie ongelijk is aan nul treedt er intersymbool interferentie op. Cmdat van een datasignaal an gelijk is aan +1 of -1 heeft het door het voormodulatie filter 1 afgegeven signaal tengevolge van de 35 intersymbool interferentie vijf mogelijke waarden. Het oogpatroon van het door het voormodulatie filter volgens figuur 2 afgegeven signaal is in figuur 4 weergegeven. In deze figuur is de grootheid V = an . g(T - nT) tegen de tijd uitgezet. Zoals deze figuur 4 8201533 EHN 10.331 6 •V » > toont heeft het signaal op de aftasttijdstippen t = nT de bovenvermelde vijf signaalniveau's. Een niet coherente ontvanger voorzien van een frequentie demodulator ingericht voor de ontvangst van een dergelijk TEM gemoduleerd signaal is vanwege de vijf signaalniveau's 5 nogal complex. Cm een eenvoudiger niet coherente signaalontvanger te kunnen toepassen wordt het signaal niet op de tijdstippen t = nT maar op de tijdstippen t = (2m-1)T/2 met m = 0, 1, 2, ... etc. gedetecteerd, zoals in de niet vóórgepubliceerde nederlandse octrooiaanvrage nr. 8200943 uitvoerig is beschreven.

10 Cm de signaal detectie qp de tijdstippen t = (2m-1)T/2 in de ontvanger te optimaliseren met de zender gemodificeerd warden.

Figuur. 4 toont dat het oogpatroon qp de tijdstippen t = (2mr1)T/2 niet optimaal is. Dit komt omdat de in figuur 3 weergegeven impulsresponsie qp het tijdstip t = T/2 de waarde p V heeft

P

15 en op het tijdstip t = 3T/2 de waarde q V heeft. Dit geeft dat in JΓ figuur 4 qp het tijdstip T/2 behalve de waarden p V en nul voorkomen

P

er ook een verbreding van deze waarden optreedt met maximaal de waarde q omhoog en omlaag. Het voonrcdulatie filter 1 volgens figuur 2 is derhalve minder geschikt.

20 Door het voormodulatie filter 1 van figuur 2 te modificeren kan een optimaal oog op de detectie tijdstippen t = (2m-1)T/2 warden verkregen. Een dergelijk gemodificeerd filter 1 is in figuur 5 weergegeven.

Dit filter 1 bevat weer een niet recursief tweede orde 25 digitaal filter 15 en een daarop aangesloten laagdoorlaatfilter welke l aan dat derde Nyquist criterium voldoet. Het digitale filter 15 bevat twee in serie geschakelde vertragingselementen 17 en 18, welke ieder een vertraging van één bittijd T bezitten. Drie van vermenigvuldigers 19, 20 en 21 voorziene aftakkingen voor het met een weegfactor A 30 vermenigvuldigen van het onvertraagde binnenkanende signaal, voor het met een weegfactor B vermenigvuldigen van het over een bittijd T vertraagde binnenkomende signaal en voor het met een weegfactor A vermenigvuldigen van het over een bittijd T vertraagde uitgangssignaal van element 17, waarbij de weegfactoren A en B zo gekozen zijn dat 35 afgezien van de eerder genoemde factor C geldt dat 2A + B = 1.

De aldus verkregen signalen warden in een smriatieinrichting 22 opgeteld en aan een laagdoorlaatfilter 16 welke aan het derde Nyquist criterium voldoet, toegevoerd en wordt het na filtering door 8201533 H3N 10.331 7 dit laagdocrlaatfilter aan de modulator ingang 3 afgegeven.

De waarde van de weegfactor A resp. B is daarbij kleiner dan 1/4 resp. groter dan 1/2, welke gelden voor een TEM signaal.

Een EM signaal gemoduleerd door een signaal verkregen met behulp g van het in figuur 5 weergegeven voormodulatiefiiter 1 waarbij de weegfactor B ^ 0,5 wordt verder een gegeneraliseerd getemd frequentie gemoduleerd signaal genoemd, aangeduid met GTFM.

Een dergelijk GTEM signaal moet aan de eis voldoen dat een maximaal open driewaardig oog wordt gerealiseerd op de detectie ig tijdstippen t = (2nr1)T/2, welk signaal op de aftasttijdstippen t = nT een pseudo vijfwaardig signaal is. Daartoe moeten enerzijds de waarden van de weegfactoren van het filter 15 en daarmede de waarden van het vijfwaardige oog op de aftasttijdstippen t = nT zodanig veranderd werden dat het mogelijk is dat de waarden van het oogpatroon 15 op de detectietijdstippen t = (2rtr1)T/2 slechts drie waarden kan hebben en moet anderzijds de afvalfactor r van het laagdoorlaat-filter 16, welke af valf actor r het verloop van het signaal tussen de waarden op de aftasttijdstippen t = nT beïnvloedt, een zodanige waarde r_ gegeven warden dat het oogpatroon op de detectie tijdstippen 2o t = (2m-1)T/2 ook de drie genoemde waarden heeft. Met de indices β toegevoegd aan de afvalcoëfficient r wordt aangeduid dat een specifieke waarde van de afvalcoëfficient is toegevoegd aan elke waarde B van die weegfactor die ongelijk is aan een van de twee andere weegfactoren.

In figuur 6 is de iirpulsresponsie g(t) gegeven van het 2g vocrmodulatie filter 1 volgens figuur 5 voor de weegfactor B = 0,62 en een daarbij behorende afvalcoëfficient fB = 0,36. Zoals deze figuur toont is op het tijdstip t = T/2 de waarde van de impulsresponsie gelijk van p V en is op het tijdstip t = 3T/2 de waarde van de impuls-responsie q V gelijk aan nul. Hierdoor is intersymboolinterferentie 30 op de detectie tijdstippen t = (2m-1)T/2 vermeden.

Het met dit voormodulatie filter 1 verkregen oogpatroon is in figuur 7 weergegeven. Deze figuur toont duidelijk een optimaal epen driewaardig oog cp het tijdstip t = T/2, hetgeen een optimale signaal-ruisverhouding geeft. Het vijfwaardige oog op het tijdstip 35 t = 0, T, ... is daardoor echter aanzienlijk verslechterd.

In figuur 9 is het oogpatroon weergegeven voor een waarde van de weegfactor B gelijk aan 0,58 en de daarbij behorende optimale waarde van de afvalcoëfficient gelijk aan 0,3. De waarden van het 8201533 i *> EHN 10.331 8 oogpatxoon op de detectietijdstippen t = (2m-1)T/2 wijken slechts weinig af van de waarden van het ideale driewaardige oogpatroon volgens figuur 7. Hetzelfde geldt voor een waarde van de weegfactor B gelijk aan 0,68 en een daarbij behorende afvalcoëfficient rD welke o 5 waarde van B op even grote afstand doch aan de andere zijde van de optimale waarden van B = 0,62 gelegen is t.o.v. die welke het oogpatroon volgens figuur 8 geven.

In figuur 9 is voor de waarden B = 0,54 air = 0,2 het oogpatroon weergegeven. Deze figuur toont een duidelijke afwijking 10 van het ideale oogpatroon op het tijdstip t = T/2 ten opzichte van het in figuur 7 weergegeven oogpatroon, welke afwijking nog groter is voor het in figuur 4 weergegeven oogpatroon van een TEM signaal.

In de praktijk wordt derhalve een goed driewaardig oog op de detectietijdstippen t = (2irr1)T/2 verkregen, voor waarden van de weegfactor B 15 gelegen tussen 0,54 en 0,66 en voor de daarbij behorende afvalcoëfficient rB welke empirisch bepaald kan worden, bijvoorbeeld met behulp van corputer simulatie technieken.

20 25 30 35

820 1 53X

Claims

1. Een zender ingericht voor het zenden van EM gemoduleerde signalen, bevattende een voormodulatie filter voor het uit een binnenkomende data signaal opwekken van een data signaal welke op de aftast-tijdstippen t = nT (tenminste) vijf signaalniveau's bezit, en een qp 5 het voormodulatie -filter aangesloten frequentie modulator, daardoor gekenmerkt, dat het voormodulator filter verder is ingericht cm qp de tijdstippen t = (2m-1)T/2 een nageneog driewaardig signaal af te geven, waarbij T de periode van de bittijd van de data signalen is en m een geheel getal is.

2. Een zender volgens conclusie 1, waarbij het voormodulatie filter de serieschakeling van een niet recursief tweede orde digitaal filter bevat met drie weegfactoren waarvan er twee aan elkaar gelijk o zijn en een laagdoorlaatfilter welke aan het derde Nyquist criterium voldoet en gerealiseerd is met behulp van een "opgetild cosinus" 15 filter welke aan het eerste Nyquist criterium voldoet, daardoor gekenmerkt, dat de aan elkaar ongelijke weegfactoren de waarden A en B hebben, waarbij de waarde van de weegfactor A respectievelijk B van het niet recursieve tweede orde filter kleiner dan 1/4 respectievelijk groter dan 1/2 is, waarbij 2A + B = 1 en de afvalcoëfficient r^ van 20 het "opgetilde cosinus” filter groter dan rail is.

3. Een zender volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de weegfactor B gelegen is in een gebied tussen de waarden 0,50 en 0,66 en de afvalcoëfficient rB de daarmede corresponderende waarde voor een optimaal driewaardig signaal heeft , in een gebied tussen de 25 waarden 0,3 en 0,42. 30 35 8201533