NL8302354A - Keteninrichting voor het herstellen van een draaggolf. - Google Patents

Description

r * i -1-.

i * V04875

Keteninrichting voor het herstellen van een draaggolf.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op digitale stelsels voor het overdragen van gemoduleerde kwadratuur-gerelateerde draag-golven, en meer in het bijzonder op een voor een ontvanginrichting van dergelijke stelsels te gebruiken keteninrichting voor het herstellen 5 van een draaggolf.

Een aantal digitale stelsels zijn ingericht voor het uitzenden van een signaal met daarvan deel uitmakende lineair bij elkaar opgetelde kwadratuur-gerelateerde draaggolven/ die zijn gemoduleerd met digitale datakanaalsignalen. Elk van de kwadratuur gerelateerde draag-10 golven heeft dezelfde frequentie. Veelal wordt gebruik gemaakt van een diversiteit van verschillende modulatieschema's, zoals faseverschuiving-versleuteling (PSK) en kwadratuuramplitudemodulatie (QAM). Dergelijke modulatieschema's kunnen worden voorgesteld door een twee dimensionaal signaal-ruimtediagram met vier kwadranten. In zulk een diagram kan een 15 datapunt, dat een gedeelte van data afkomstig van elk datakanaal bevat, worden uitgezet voor elk van de uitgezonden datacombinaties.

In een ontvanger wordt een aldaar binnenkomend signaal gedemo-duleerd onder gebruikmaking van plaatselijke draaggolven en de digitale datakanalen worden geregenereerd. Voor een coherente demodulatie dienen 20 dergelijke lokale draaggolven gesynchroniseerd te zijn met de binnenkomende draaggolven. Aangezien de binnenkomende draaggolven veelal zijn onderdrukt, dient de informatie, die nodig is voor het regelen van de fase van de plaatselijke draaggolven te worden afgeleid uit het ontvangen signaal. De ketenvoorzieningen, die zijn ingericht om het fase-25 corrigerende ofwel fasefoutsignaal af te leiden, worden aangeduid als een voor het herstellen van een draaggolf dienende keteninrichting.

Dergelijke draaggolfherstellende keteninrichtingen kunnen naar soort worden ingedeeld in afhankelijkheid van de wijze waarop het fasefoutsignaal wordt afgeleid. Kenmerkend voor een soort van dergelijke 30 keteninrichtingen zijn die keteninrichtingen, waarbij een referentie-signaal met de draaggolffrequentie of enige harmonische daarvan wordt afgeleid en wel doordat voorafgaande aan de demodulatie het ontvangen signaal niet-lineair wordt verwerkt. Dergelijke keteninrichtingen voldoen in de regel niet aan de vereisten die voor talrijke systeemtoepassingen 35 zijn gesteld ten aanzien van het reduceren van "fasebibber". Kenmerkend 8302354

> V

-2- voor een tweede soort van draaggolfherstellende keteninrichtingen, die bekend staan als basisband-draaggolf herstellende keteninrichtingen, is dat daarbij een fasefoutsignaal wordt afgeleid, doordat het ontvangen signaal na demodulatie wordt verwerkt. Alhoewel bij dit soort van keten-5 inrichtingen de fasebibber wordt gereduceerd, is het verwerkingsproces als regel beperkt tot een bepaald soort van demodulatie. Het zal aldus gewenst zijn om te kunnen beschikken over een draaggolfherstellende keteninrichting, waarbij de fasebibber gering is en die tevens bruikbaar is voor een aantal verschillende modulatieschema's.

10 Een draaggolfherstellende keteninrichting voor kwadratuur gemoduleerde digitale datatransmissiestelsels is volgens de uitvinding ingericht om de gedemoduleerde datakanalen, die zijn gevormd door het demoduleren van binnenkomende kwadratuur gerelateerde draaggolven, te onderzoeken. Eerste data, die zich bevinden binnen een eerste gebied 15 in een signaal-ruimtediagram, samen met tweede data, die zich bevinden in een tweede vooraf bepaald gebied in een signaal-ruimtediagram, worden op gekozen tijden geidentificeerd, teneinde intersymbool interferentie te verminderen. De uitvinding is daardoor gekenmerkt,'dat de eerste geïdentificeerde en de tweede geïdentificeerde data binnen een 20 vooraf gekozen datakanaal afzonderlijk worden geïntegreerd, waarna de fase- en amplitudefouten, die bestaan tussen de uitgezonden draaggolf en de plaatselijk gegenereerde voor demodulatie dienende draaggolf worden bepaald overeenkomstig het verschil, dat tussen de afzonderlijke inte-gratieresultaten bestaat. De geïntegreerde datagedeelten worden gebruikt ψ 25 voor het in de pas brengen van de fase van kwadratuur gerelateerde draaggolven, die zijn gegenereerd in de ontvanger en de binnenkomende kwadratuur gerelateerde draaggolven. De in het vooraf gaande beschreven methode voor het genereren van het fasefoutsignaal is toepasbaar in stelsels, waarbij ofwel PSK-ofwel QAM-modulatie wordt toegepast.

30 De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening, waarin: figuur 1 een blokschema weergeeft van een draaggolf herstellende keteninrichting als een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; 35 figuur 2 een signaal-ruimtediagram voorstelt voor een illustratief QAM-signaal met 16 punten! 8302354 -3- r κ figuur 3 een blokschema weergeeft van een draaggolf herstellende keteninrichting als een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; en figuur 4 een blokschema voorstelt van een derde uitvoeringsvorm 5 van een draaggolf herstellende keteninrichting volgens de uitvinding.

figuur 1 toont een draaggolf herstellende keteninrichting, die deel uitmaakt van een ontvanger van een illustratief QAM digitaal radiosysteem met 16 punten.

Door de zender (niet weergegeven) worden twee kwadratuur gere-10 lateerde draaggolven gemoduleerd door twee digitale datakanalen. Deze beide draaggolven hebben een of andere vooraf gekozen middenfrequentie (IF). Na modulatie worden de kwadratuur gerelateerde draaggolven getransformeerd ofwel "omhoog gezet" tot radiofrequente draaggolven. Na voortplanting via een geschikt transmissiemedium komen de uitgezonden 15 radiosignalen binnen bij een ontvanger, waar zij worden getransformeerd ofwel "omlaag gezet" terug naar het middenfrequent gebied IF.

Het over de leiding 100 binnenkomende signaal, waarvan de gemoduleerde IF kwadratuur gerelateerde draaggolven deel uitmaken, wordt gekoppeld met de demodulatoren 101 en 102, die resp. de digitale data-20 kanalen 103 en 104 vormen. Het kanaal 103, dat in de regel wordt aangeduid als de I of in-faserail, en het kanaal 104, dat in de regel wordt aangeduid als de Q- of kwadratuurrail, omvatten elk amplitude-gemoduleerde digitale pulsen. De I- en Q- rails leiden naar op zichzelf bekende tijdsignaal herstellende en datadetecterende ketenvoorzieningen, die zich 25 in de ontvanger bevinden en die de digitale bitstromen zoals zijn aangeboden aan de zender, regenereren.

De demodulator 101 genereert het kanaal 103 door het op de leiding 100 aanwezige signaal te vermenigvuldigen met een eerste plaatselijke draaggolf, die op de leiding 105 aanwezig is. De eerste plaatselijke 30 draaggolf wordt teweeg gebracht door de spanningsbestuurde oscillator (VCO) 106. De demodulator 102 genereert op soortgelijke wijze het digitale datakanaal 104 en wel doordat het op de leiding 100 aanwezige signaal wordt vermenigvuldigd met een tweede plaatselijke draaggolf, die op de leiding 107 aanwezig is. Deze tweede plaatselijke draaggolf wordt gevormd 35 door de eerste plaatselijke draaggolf via de fasedraaier 108 over /T/2 radialen te verschuiven. Aldus zijn de eerste en tweede plaatselijke draaggolven kwadratuur gerelateerde draaggolven.

8302354 ·» -4-

Ter verkrijging van een coherente demodulatie worden de fasen van de eerste en tweede plaatselijke draaggolven in de pas gebracht met de kwadratuur gerelateerde draaggolven op de leiding 100 en wel door middel van een fasefoutsignaal, dat op de lijn 109 aanwezig is. Dit fase-5 foutsignaal wordt gegenereerd door eerste en tweede data afkomstig van het kanaal 103 selectief te integreren. De ëerste data worden geïntegreerd wanneer de data in de kanalen 103 en 104 vallen binnen een eerste gebied van het 16punts QAM signaal-ruimtediagram, terwijl de tweede data worden geïntegreerd wanneer de data in de kanalen 103 en 104 vallen binnen een 10 tweede gebied van het 16punts QAM signaal-ruimtediagram.

Zoals uit figuur 2 blijkt omvat het daarin weergegeven 16punts QAM signaal-ruimtediagram vier kwadranten A, B, C en D, die door de I-en Q-assen zijn gedefinieerd. Binnen dit diagram zijn de datapunten 201. t/m 216 afgezet, teneinde een ideale voorstelling te geven van al 15 de mogelijke uitgezonden datacombinaties. Elke datapunt heeft een I- en een Q-component, waarbij elke component korrespondeert met de data, die zijn uitgezonden vanaf een van de twee zendkanalen. De toelaatbare waarden van de I- en Q-componenten zijn -3, -1, +1 en +3 Volt. In een ideaal systeem verschijnen de I- en Q-componenten van elk uitgezonden datapunt 20 als data in de kanalen resp. 103 en 104.

Uitgaande van een uniforme voorkomenswaarschijnlijkheid van elk willekeurig datapunt zal het duidelijk zijn, dat het gemiddelde van de I- of Q-component van de datapunten in een kwadrant gelijk is in grootte aan de gemiddelde I- of Q-component in een naburig of een diagonaals-25 gewijs tegenover liggend kwadrant. Naburige kwadranten worden gedefinieerd als die kwadranten met een gemeenschappelijke grenslijn met een deel van ofwel de I- ofwel de Q-as. De mogelijke naburige kwadranten zijn aldus de kwadranten A en B, of B en C, of C en D, of A en D. De diagonaals-gewijs tegenover elkaar gelegen kwadranten zijn die kwadranten, die slechts 30 een gemeenschappelijk grenspunt hebben in de oorsprong. De diagonaals-gewijs tegenover elkaar liggende kwadranten zijn aldus de kwadranten A en C, of B en D.

Vervolgens wordt nagegaan het effekt van een fasefout, d.w.z. de fase van de plaatselijke kwadratuur gerelateerde draaggolven en die van de 35 kwadratuur gerelateerde draaggolven gegeven door de signalen op de leiding 100, lopen uit de pas. Fasefouten kunnen worden voorgesteld door een rota- 8302354 r * -5- tie van het signaal-ruimtediagram. Zoals uit figuur 2 blijkt geeft een geringe rotatie over een hoek Θ tegen de draairichting van het uurwerk in, dat de I- en Q-assen verschijnen als I' en Q* en elk van de datapunten 201 t/m 216 verschijnen als een korresponderende van de datapunten 5 201' t/m 216*. In deze situatie is de gemiddelde I- of Q-component. van datapunten in een kwadrant niet gelijk in grootte aan de gemiddelde korresponderende con5>onent van datapunten in een naburig kwadrant.

Bijv. geldt voor figuur 2, dat de gemiddelde I-component van de datapunten 201' t/m 204* in het kwadrant A kleiner is dan de gemiddelde Ι-ΙΟ component van de datapunten- 213* t/m 216' in het kwadrant D. Vanzelfsprekend geldt, dat bij een kloksgewijze verdraaiing van het signaal-ruimtediagram over dezelfde hoek Θ, de gemiddelde I-component van de datapunten 201' t/m 204* in het kwadrant A groter zal zijn dan de gemiddelde I-component van de datapunten 213' t/m 216* in het kwadrant D. Aldus geldt 15 dat het verschil tussen de gemiddelde absolute waarde van de I- of Q-component van data in een kwadrant en de gemiddelde absolute waarde van de korresponderende component van data in een tweede naburig kwadrant, varieert met de fasefout. Wegens de symmetrie van het modulatieformaat zal gelden, dat het verschil tussen de gemiddelde absolute waarde van de I-20 of Q-component van data binnen een eerste paar van diagonaalsgewijs tegenover elkaar liggende kwadranten en de gemiddelde absolute waarde van de korresponderende componenten van data in een tweede paar van dia-gonaalsgewijs tegenover elkaar liggende kwadranten, eveneens vaxieert met de fase-fout. Deze resultaten zullen worden gebruikt bij de uitvoe-25 ringsvórm van de onderhavige uitvinding.

Opnieuw verwijzend naar figuur 1, blijkt daaruit dat het fase-foutsignaal op de leiding 109 wordt gegenereerd uitgaande van het verschil tussen de gemiddelde I-component van eerste data in het kwadrant A en de gemiddelde I-component van tweede data in het kwadrant D. Compara-30 tors 110 en 111 vergelijken de data in de kanalen 103 en 104 met de resp. referentiespanningen EEF en KEF V^ van nul Volt. Op de leiding 112 bestaat een logische "1” wanneer de data in het kanaal 103 groter zijn dan nul Volt en op de leiding 113 bestaat een logische "1" wanneer de data in het kanaal 104 groter zijn dan nul Volt. Eveneens geldt, dat op 35 de leiding 114 een logische "1" bestaat wanneer de data in het kanaal 104 kleiner zijn dan nul Volt. Zulks betekent, dat de aanwezigheid van 8302354 - -6- eerste data in het kwadrant A korrespondeert met logische "1“ niveau*s op de leidingen 112 en 113, terwijl de aanwezigheid van tweede data korrespondeert met logische "1" niveau's op de leidingen 112 en 114.

Een spanning-stroomomzetter 115 en een integrator 117 vormen het gemiddel-5 de van de I-component van de eerste data en de spanning-stroomomzetter 119 en de integrator 121 vormen het gemiddelde van de I-component van de tweede data. Een verschilversterker 122 vormt het fasefoutsignaal door het uitgangssignaal van de integrator 121 en het uitgangssignaal van de integrator 117 van elkaar af te trekken. De omzetters 115 en 119 10 hebben dezelfde overdrachtskarakteristiek en worden geactiveerd gedurende de aanwezigheid van eerste en tweede data en door een logisch "1” signaal aan de uitgang van de EN-poorten 116 en 118. Alhoewel de EN-poort 116 slechts de logische EN-funktie behoeft te vervullen ten aanzien van de signalen op de leidingen 112 en 113, en de EN-poort 118 slechts de 15 logische EN-funktie behoeft te vervullen ten aanzien van de signalen op de leidingen 112 en 114, wordt elke EN-poort bij voorkeur gevoed met klokpulsen zoals aanwezig op de leiding 123 en afkomstig van de zich in de ontvanger bevindende tijdsignaalherstellende keten, een en ander teneinde intersymbool interferentie te verminderen. Dergelijke klok-20 pulsen volgen de maximale amplitude van de datapuls in de kanalen 103 en 104 en hebben een korte tijdsduur in vergelijking met die van de data-pulsen. Dit voorkeursgebruik van de door de tijdsignaalherstellende leten teweeg gebrachte klokpulsen geldt ten aanzien van de in het onderstaande te behandelen uitvoeringsvormen.

25 Alhoewel de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 bevredigend werkt wordt opgemerkt, dat slechts 50% van de ontvangen data, uitgaande van een uniforme waarschijnlijkheidsverdeling van de datapunten, wordt gebruikt voor het genereren van het fasefoutsignaal. Indien gewenst,- kern. de versterking en de gevoeligheid worden opgevoerd en wel wanneer gebruik 30 wordt gemaakt van een tweede uitvoeringsvorm, zoals weergegeven in figuur 3. Evenals bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 is aan de uitgang van de EN-poort 116 een logische "1" aanwezig, wanneer de data in de kanalen 103 en 104 zijn gelegen in het kwadrant A en aan de uitgang van de EN-poort 118 is een logische "1" aanwezig wanneer de data in de kanalen 35 103 en 104 zijn gelegen in het kwadrant D. Thans wordt bovendien de EN- poort 301 gebruikt om aan de uitgang een logische "1" teweeg te brengen 8302354 , -7- wanneer de data in de kanalen 103 of 104 zijn gelegen in het kwadrant C. De poort 301 heeft als ingangsleidingen de leidingen 114, 123 en 306 waarbij op laatst bedoelde leiding een logische "1" aanwezig is wanneer de I-raildata kleiner zijn dan nul Volt. De OP-poort 304, die is ge-5 koppeld met de uitgangen van de EN-poorten 116 en 302 geeft een logisch "1" voorbereidingssignaal aan de omzetter 115 wanneer de data in de kanalen 103 en 104 zijn gelegen in diagonaalsgewijs tegenover elkaar liggende kwadranten A of C. Op soortgelijke wijze geeft de EN-poort 302 een logisch "1" signaal aan zijn uitgang, wanneer de data in de I- en 10 Q-rail vallen in het kwadrant D. Door de uitgangen van de EN-poorten 118 en 302 te koppelen met de OF-poort 303 wordt een logisch "1" signaal teweeg gebracht, waardoor de omzetter 119 wordt voorbereid, telkens wanneer de I- en Q-raildata vallen in de kwadranten B of D. De I-rail-spanningen, die worden aangeboden aan de omzetters 115 en 119 worden ge-15 lijkgericht door de absolute waarde-keten 305. Het op de leiding 109 teweeg gebrachte fasefoutsignaal is aldus representatief voor het verschil tussen de gemiddelde absolute waarde van de I-componenten van de data in een eerste paar van diagonaalsgewijs tegenover elkaar liggende kwadranten, d.i. A of C en de I-componenten van data in een tweede paar 20 dagonaalsgewijs tegenover elkaar liggende kwadranten d.i. B of C. Aldus wordt de I-component van al de datapunten gebruikt voor het vormen van het fasefoutsignaal.

De in de figuren 1 en 3 weergegeven uitvoeringsvormen zijn toepasbaar voor stelsels, waarin ofwel van QAM- ofwel PSK modulatie gebruik 25 wordt gemaakt. Echter is gebleken, dat voor löpunts QAM modulatie het instelbereik van het fasefoutsignaal beperkt is wegens een valse ver-grendelingstoestand bij 22°. Dit effekt kan worden verminderd door de comparatorreferentiespanningen te veranderen. Gevonden is, dat bijv. de valse vergrendelingstoestand kan worden geelimineerd door de 30 referentiespanning REP vanaf nul Volt te veranderen in 2,95 Volt in de uitvoeringsvorm volgens de figuren 1 en 3, waarbij in de laatstbedoelde uitvoeringsvorm tevens is vereist, dat gebruik wordt gemaakt van een absolute-waardeketen, teneinde de ingangssignalen voor de comparator 110 gelijk te richten. Door een dergelijke oplossing worden de data gebruikt 35 voor het teweeg brengen van het fasefoutsignaal effectief beperkt tot een gedeelte van de gekozen kwadranten. Volgens een alternatieve oplossing 8302354 -8- T >ν ' kan het fase-foutsignaal bij ofwel de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 ofwel de uitvoeringsvorm volgens figuur 3 teweeg worden gebracht uitgaande van een gewogen gemiddelde van de geschikte I-componentwaarden.

Figuur 4 geeft de daartoe benodigde wijzigingen, die in de uitvoerings-5 vorm volgens figuur 3 moeten worden aangebracht. Zoals uit figuur 4 blijkt, worden de spanning-stroomomzetters 115 en 119 voorbereid wanneer de data vallen in de kwadranten resp. A of D. Bovendien is de comparator 401 werkzaam om de data in het kanaal 103 te vergelijken met een referentie-spanning REF V^ van 2,95 Volt, waarbij op de leiding 402 een logisch 10 "1" signaal teweeg wordt gebracht wanneer het kanaal 103 de spanning REF overschrijdt. De resp. van de EN-poorten 403 en 404 bereidt vervolgens de spanning-stroomomzetters 405 en 406 voor wanneer de data van de kanalen 103 en 104 vallen binnen de kwadranten A of D en de I-component groter is dan 2,95 Volt. De omzetters 405 en 406 geven elk 15 een uitgangsstroom, die tweemaal zo groot is als die van de omzetters 115 of 119, voor elke willekeurige gegeven ingangsspanning.

De selectieve activering van de omzetters 405 en 406 bewerkstelligt, dat de I-componenten van de data en de kwadranten A of D die groter is dan 2,95 Volt, driemaal zoveel worden gewogen als de I-20 component van de data en de kwadranten A of D, die kleiner dan 2,95 Volt zijn. Een dergelijke verdeling van de gekozen kwadranten kan eveneens worden verkregen bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 1.

Alhoewel bij de in het voorafgaande beschreven uitvoeringsvorm het fasefoutsignaal teweeg wordt gebracht uitgaande van gekozen I-data-25 componenten, zal het vanzelfsprekend duidelijk zijn, dat daartoe ook gebruik kan worden gemaakt van gekozen Q-datacomponenten. Tenslotte wordt opgemerkt, dat het beschreven ingangssignaal voor de draaggolf-herstellende keteninrichting,gemoduleerde IF-kwadratuur gerelateerde draaggolven omvat, de ingangsdraaggolven elke willekeurige vooraf gekozen 30 frequentie kunnen hebben.

8302354

Claims (7)

1. Draaggolfherstellende keteninrichting te gebruiken in een ontvanger voor een digitaal transmissiestelsel met kwadratuur modulatie, en omvattende een bestuurbare voor demodulatie dienende draaggolfgene- 5 rator voor elk van de in-fase (I) en kwadratuur-fase (Q) datakanalen, gekenmerkt door eerste middelen (115, 117) voor het integreren van de data in een gekozen kanaal wanneer de data in dat kanaal,vallen binnen een eerste vooraf bepaald gebied in een signaal-ruimtediagram; tweede middelen (119, 121) voor het integreren van de data in het genoemde 10 gekozen datakanaal wanneer de data in dat kanaal,vallen binnen een tweede vooraf bepaald gebied in een signaalruimtediagram; en middelen (122), die in responsie op de werking van genoemde eerste en tweede integrerende middelen werkzaam zijn om de fasen van de door genoemde voor demodulatie dienende draaggolfgeneratoren teweeg gebrachte signalen 15 en de draaggolven in genoemde datakanalen met elkaar in de pas te brengen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat genoemde eerste en tweede integrerende middelen de in het genoemde gekozen kanaal voorkomende data integreren op een gekozen tijd wanneer de data in genoemde kanalen vallen binnen genoemde eerste en genoemde tweede vooraf 20 bepaalde gebieden.

3. Inrichting volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat genoemde eerste en tweede voorafbepaalde gebieden naburige kwadranten zijn in het genoemde signaal-ruimtediagram.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat genoemde 25 eerste en tweede vooraf bepaalde gebieden vooraf bepaalde gedeelten zijn van naburige kwadranten in het genoemde signaal-ruimtediagram.

5. Inrichting volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat genoemde eerste en tweede voorafbepaalde gebieden verschillende paren zijn van diagonaalsgewijs tegenover elkaar gelegen kwadranten in het ge- 30 noemde signaal-ruimtediagram.

5. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat genoemde eerste en tweede voorafbepaalde gebieden voorafbepaalde gedeelten zijn van verschillende paren van diagonaalsgewijs tegenover elkaar gelegen kwadranten in het genoemde signaal-ruimtediagram.

7. Inrichting volgens de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat elk van genoemde eerste(405) en genoemde tweede (406) integrerende middelen een gewogen datagemiddelde beschikbaar stellen. 3302354