NL9001360A - Zender bevattende een elektronische inrichting voor het opwekken van een gemoduleerd draaggolfsignaal. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Zender bevattende een elektronische inrichting voor het opwekken van een gemoduleerd draaggolfsignaal.

De uitvinding heeft betrekking op een zender bevattende een elektronische inrichting voor het opwekken van een gemoduleerd draaggolfsignaal, welke inrichting een uit tenminste een in een gesloten signaal-lus opgenomen optel-eenheid, een laag-doorlaatfilter en een met een bepaalde bemonsteringsfrequentie aangestuurde puls-vormer bestaande sigma-delta (één-bits) signaal-omvormer bevat.

Een dergelijke elektronische inrichting is algemeen bekend als éên-bits coder. Wanneer aan de ingang van de optel-eenheid van de bekende inrichting een signaal met frequenties f uit de band rondom f=o wordt aangeboden (basisbandsignaal), en de puls-vormer wordt aangestuurd met frequentie fs, dan bevat het uitgangssignaal van de coder naast het basisbandsignaal rond f=o, het basisbandsignaal amplitude gemoduleerd op draaggolven met frequenties fc = n.fs (n =____,-2,-1,+1,+2,____). Het frequentiespectrum tussen de amplitude gemoduleerde draaggolven is opgevuld met zogeheten quantisatieruis. Met behulp van een band-doorlaatfilter kan een gewenste amplitude gemoduleerde draaggolf met frequentie fc worden uitgefilterd, en heeft men aldus in principe de beschikking over een éên-bits zender.

Ter voorkoming van signaal-doorspraak kan de puls-vormer zodanig ontworpen worden, dat deze een éên-bits signaal genereert dat is opgebouwd uit (onderling gelijke) positieve en (onderling gelijke) negatieve pulsen met een breedte 1/(2.fs), gescheiden door blanco's (dat wil zeggen periodes waarin het signaal afwezig is) van dezelfde breedte.

Aan de bekende inrichting is een inherent nadeel verbonden. In een praktische uitvoering krijgen de pulsen van het éên-bits signaal een eindige breedte. Tengevolge hiervan zijn de amplitude gemoduleerde draaggolven verzwakt ten opzichte van het basisbandsignaal. Bij toepassing van een eindversterkertrap voor twee-niveau of drie-niveau signalen (gevolgd door een band-doorlaatfilter) leidt dit tot een rendementsverlies in de eindversterkertrap van de zender waarin de inrichting wordt toegepast.

Doel van de uitvinding is een éên-bits zender te verschaffen waaraan dit bezwaar niet is verbonden. Dit doel wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt met een inrichting voor het opwekken van een gemoduleerd draaggolfsignaal, die een met draaggolf-frequentie fc aangestuurde mixer bevat, op zodanige wijze dat het uitgangssignaal van de puls-vormer wordt toegevoerd aan de mixer en de frequentie fc gelijk aan of een geheel veelvoud van de halve bemonsteringsfrequentie is.

In een éên-bits zender volgens de uitvinding genereert de mixer een som van in frequentie verschoven spectra zodanig dat de amplitude gemoduleerde draaggolf rond fc (en -fc) onverzwakt is. Het basisbandsignaal en alle overige amplitude gemoduleerde signalen zijn nu wel verzwakt. Bij dezelfde dissipatie van de eindversterkertrap wordt nu een groter signaal via het band-doorlaatfilter aan de antenne afgeleverd. Teneinde te voorkomen dat quantisatie-ruis wordt gemoduleerd naar een frequentieband rond de draaggolffrequentie fc, wordt overeenkomstig de uitvinding de draaggolffrequentie fc zodanig gekozen dat deze gelijk aan of een geheel veelvoud van de halve bemonsteringsfrequentie is (fc = n.fs/2, waarin fs de bemonsteringsfrequentie van de puls-vormer is, en n = 1,2,3----).

In een voorkeursuitvoering van een zender volgens de uitvinding maakt de mixer deel uit van de gesloten signaal-lus en bevat deze lus een tweede met draaggolffrequentie fc aangestuurde mixer, op zodanige wijze dat het uitgangssignaal van de eerste mixer wordt toegevoerd aan de tweede mixer. In deze voorkeursuitvoering worden vervormingen en ruis binnen de basisband in de eerste mixer sterk onderdrukt, nu deze mixer is opgenomen in het voorwaartse deel van de gesloten signaal-lus. Het gemoduleerde signaal wordt in het terugkoppel-gedeelte van de gesloten lus door de tweede mixer gedemoduleerd. Indien de pulsen in het één-bits signaal worden gescheiden door blanco's kan dit signaal worden verwerkt in een drie-niveau uitgangstrap, gevolgd door een band-doorlaatfilter. Wanneer de pulsen niet door blanco's worden gescheiden kan worden volstaan met een eenvoudiger twee-niveau uitgangstrap.

In een uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting met een tweede mixer bevat de gesloten signaal-lus tevens een vermogensversterker. Met een vermogensversterker die is opgenomen in de signaal-lus beschikt men over een eindversterker waarin, als gevolg van de signaalterugkoppeling, de signaalvervorming sterk wordt gereduceerd.

Het vereiste dat de draaggolffrequentie fc gelijk aan of een geheel veelvoud van de halve bemonsteringsfrequentie moet zijn stelt in het geval van een digitaal ingangssignaal en/of een digitaal laag-doorlaatfilter in de signaal-lus zware beperkingen aan de vrije keuze van de draaggolffrequentie fc.

In een volgend uitvoeringsvoorbeeld van een zender volgens de uitvinding is deze voorzien van een digitaal/analoog signaal-omvormer dan wel van een bemonsteringsfrequentie-omvormer (“sample rate convertor"), waarin de uitgang met een ingang van de optel-eenheid is verbonden. Als sample rate convertor kan bijvoorbeeld een met een bepaalde frequentie fs aangestuurde digitale interpolator-schakeling worden gebruikt. Met de digitale interpolator-schakeling kan een digitaal ingangssignaal worden omgevormd in een één-bits signaal.

Wanneer een analoog in plaats van een digitaal laag-doorlaatfilter in de signaal-lus wordt toegepast is het mogelijk om de interpolator-schakeling vóör de lus en de puls-vormer in de lus met een verschillende bemonsteringsfrequentie aan te sturen.

In weer een volgend uitvoeringsvoorbeeld wordt een zender bevattende een elektronische inrichting verkregen voor het opwekken van een exponentieel gemoduleerd draaggolfsignaal, welke tenminste twee parallelle schakelingen bevat voor het moduleren van een draaggolfsignaal, respectievelijk een ten opzichte van dat draaggolfsignaal 90° in fase verschoven signaal, met een infase basisbandsignaal respectievelijk een quadratuur basisbandsignaal. In dit uitvoeringsvoorbeeld bestaan de parallelle schakelingen elk uit een voorkeursuitvoering van een inrichting volgens de uitvinding, waarbij de gesloten signaal-lussen van beide parallelle schakelingen elk twee mixers bevatten, en waarbij de beide mixers in de ene parallelle schakeling worden aangestuurd met een signaal dat in frequentie fc gelijk is aan en in fase 90° verschilt van het signaal waarmee de beide mixers in de andere parallelle inrichting worden aangestuurd. Voor de aansturing van de mixers worden bij voorkeur drie-niveau signalen gebruikt, bijvoorbeeld van het type waarbij de pulsen gescheiden door blanco's, met dezelfde breedte als de pulsen, zijn.

De uitgangssignalen van beide parallelle schakelingen zijn twee 90° in fase ten opzichte van elkaar verschoven, gemoduleerde één-bits signalen. De pulsen in deze signalen zijn gescheiden door blanco's. De blanco's van het ene signaal vallen samen met de pulsen van het andere signaal en andersom, zodat de signalen kunnen worden gecombineerd tot een enkel twee-niveau signaal. Dit laatste signaal kan vervolgens op bekende wijze worden verwerkt in een vermogens-efficiênte geschakelde uitgangsversterker.

Met dit laatste uitvoeringsvoorbeeld beschikt men in de frequentieband rond de draaggolffrequentie over een exponentiële modulator, die transparant kan worden gebruikt, bijvoorbeeld voor amplitude-modulatie, restzijband amplitude-modulatie, enkelzijband amplitude-modulatie, frequentie-modulatie of fase-modulatie. De aard van de modulatie wordt bepaald door de ingangssignalen op de parallelle schakelingen, niet door deze schakelingen op zich.

Een zender bevattende een twee-niveau exponentiële modulator volgens de uitvinding biedt belangrijke praktische voordelen boven de uit de Nederlandse octrooi-aanvrage no. 8101109 bekende drie-niveau exponentiële modulator, welke als nadeel heeft dat onder bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld in geval van signalen met een kleine amplitude, het drie-niveau signaal zeer smalle pieken kan vertonen, die door de schakeling niet onvervormd gemaakt kunnen worden. E.e.a. leidt dan tot signaalvervorming. Daarenboven is een twee-niveau geschakelde uitgangstrap eenvoudiger te construeren dan een drie-niveau trap.

In een uitvoeringsvoorbeeld van een zender bevattende een twee-niveau exponentiële modulator volgens de uitvinding is deze voorzien van twee digitaal/analoog (D/A) signaal-omvormers dan wel van twee bemonsteringsfrequentie-omvormers ("sample rate convertors*), waarbij de uitgang van de ene respectievelijk de andere D/A-omvormer c.q. sample rate convertor met een ingang van de optel-eenheid in de ene respectievelijk de andere parallelle schakeling is verbonden. Bij een dergelijke exponentiële modulator kunnen digitale ingangssignalen met de sample rate convertors worden omgevormd in analoge signalen c.q. in één-bits signalen.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader worden toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden onder verwijzing naar de tekening, waarbij:

Fig. 1 een blokschema toont van een eenvoudig uitvoeringsvoorbeeld van een éên-bits zender;

Fig. 2. een blokschema toont van een éên-bits zender die een tweede mixer in de gesloten signaal-lus bevat, en die is voorzien van een digitale interpoltor-schakeling;

Fig. 3 een één-bits zender voor exponentiële modulatie toont, voorzien van twee interpolator-schakelingen.

Fig. 1 toont een blokschema van een eenvoudig uitvoeringsvoorbeeld van een zender bevattende een inrichting voor het opwekken van een gemoduleerd draaggolfsignaal volgens de uitvinding, met een sigma-delta (één-bits) signaal-omvormer die bestaat uit een in een gesloten lus opgenomen optel-eenheid (1), een laag-doorlaatfilter (2) en een met een bemonsteringsfrequentie 2.fc/n (waarin fc de draaggolffrequentie en n een natuurlijk getal is) aangestuurde puls-vormer (3), alsmede een met draaggolffrequentie fc aangestuurde (schakelaar)mixer (4). De inrichting bevat voorts nog een band-doorlaatfilter (5) voor frequenties in de band om draaggolffrequentie fc.

Aan een van de ingangen van de optel-eenheid (1) wordt een modulatie-signaal (6) aangeboden. In het uitgangssignaal van de puls-vormer (3) is het ingangssignaal als amplitude-modulatie aanwezig op draaggolffrequenties fc die een geheel veelvoud van de bemonsteringsfrequentie van de puls-vormer (3) bedragen. Het spectrum van het uitgangssignaal van de mixer (4) is een som van in frequentie verschoven spectra van het uitgangssignaal van de puls-vormer, zodanig dat de gemoduleerde draaggolf met frequenie fc een maximale waarde heeft. Om te voorkomen dat laatstbedoeld uitgangssignaal ook quantisatie-ruis gemoduleerd in de band rond fc bevat, moet draaggolffrequentie fc gelijk aan of een geheel veelvoud van de halve bemonsteringsfrequentie van de puls-vormer (3) zijn. Het uitgangssignaal van de mixer (4), een ëén-bits signaal, wordt geleid naar een uitgangsversterker met (antenne-)band-doorlaatfilter (5).

Fig. 2 toont een blokschema van een zender met weer een optel-eenheid (1), een laag-doorlaatfilter (2), een puls-vormer (3), een (schakelaar-)mixer (4) en een band-doorlaatfilter (5). Anders dan in Fig. 1 is de mixer (4) thans in de gesloten signaal-lus opgenomen, en bevat deze lus nog een tweede (schakelaar-)mixer (7). Vervormingen en ruis binnen de basisband worden door de eerste mixer (4) sterk onderdrukt, nu deze is opgenomen in het voorwaartse deel van de gesloten signaal-lus. De tweede mixer (7) in de gesloten lus zorgt voor demodulatie van het door de eerste mixer (4) gemoduleerde terugkoppel-signaal. Het band-doorlaatfilter (5) is een filter voor analoge signalen; de doorlaat-band kan betrekkelijk breed worden gekozen wanneer voorzieningen worden getroffen die ervoor zorgen dat het frequentiespectrum naast de frequentie-banden die van belang zijn betrekkelijk schoon zijn (weinig quantisatie-ruis). Dergelijk voorzieningen kunnen op een op zich bekende wijze worden getroffen, ten koste van een lage bemonsteringsfrequentie voor de puls-vormer (3).

Fig. 2 toont voorts nog een digitale interpolator-schakeling (8), welke als sample rate convertor fungeert. Met deze interpolator-schakeling kan een ingangssignaal (6) dat digitaal is, worden omgevormd in een éên-bits signaal. Wanneer bovendien als laag-doorlaatfilter (2) niet een digitaal maar een analoog filter wordt gebruikt, kunnen verschillende bemonsteringsfrequenties worden gebruikt voor de interpolator-schakeling (8) en de puls-vormer (3), hetgeen aan de keuze voor de draaggolffrequentie fc, welke is gerelateerd aan de bemonsteringsfrequentie van de puls-vormer, in beginsel dan geen additionele beperkingen stelt.

Fig. 3 toont een blokschema van een één-bits zender voor exponentiële modulatie, voorzien van twee interpolator-schakelingen (8 resp. 15). De zender bestaat uit twee parallelle schakelingen, die elk een gesloten signaal-lus met optel-eenheid (1 resp. 9), laag-doorlaatfilter (2 resp. 10), puls-vormer (3 resp. 11) en twee mixers (4 en 7 resp. 12 en 14) omvatten, alsmede een combinatie-trap (16) en een band-doorlaatfilter (5).

In deze zender worden het (digitale) basisband-signaal (6) en het quadratuur-signaal (13) daarvan aangeboden aan de interpolator-schakelingen (8 resp. 13), waarna de aldus tot één-bits signalen omgevormde modulatie-signalen worden aangeboden aan de optel-eenheden (1 resp. 9) van de beide parallelle schakelingen. De beide mixers (4 en 7) in de ene parallelle schakeling worden aangestuurd met een signaal dat in frequentie fc gelijk is aan, en in fase 90° verschilt van het signaal waarmee de beide mixers (12 en 14) in de andere parallelle schakeling worden aangestuurd. Indien in beide parallelle schakelingen de puls-vormers zodanig zijn ontworpen dat deze één-bits signalen genereren die zijn opgebouwd uit (onderling gelijke) positieve en (onderling gelijke) negatieve pulsen met een bepaalde breedte, gescheiden door blanco's van dezelfde breedte, dan leveren de beide parallelle schakelingen een gemoduleerd signaal met draaggolffrequentie fc, waarbij telkens wanneer het gemoduleerde signaal uit de ene parallelle schakeling informatie draagt (dat wil zeggen niet gelijk aan nul is) het signaal uit de andere parallelle schakeling nul is, en omgekeerd. Deze beide 90° in fase verschoven, gemoduleerde éên-bits signalen (met blanco's) worden in de combinatie-trap (16) gecombineerd tot een twee-niveau signaal, dat vervolgens aan het band-doorlaatfilter (5) wordt aangeboden. Met interpolator-schakelingen 8 resp. 15) kunnen weer digitale ingangssignalen worden omgevormd in één-bits signalen, die weer worden toegevoerd aan de optel-eenheid (1 resp. 9) in elke van de twee parallelle schakelingen.

Claims (6)

1. Zender bevattende een elektronische inrichting voor het opwekken van een gemoduleerd draaggolfsignaal, welke inrichting een uit tenminste een in een gesloten signaal-lus opgenomen optel-eenheid, een laag-doorlaatfilter en een met een bepaalde bemonsteringsfrequentie aangestuurde puls-vormer bestaande sigma-delta (één-bits) signaal-omvormer bevat, met het kenmerk, dat deze een met draaggolffrequentie fc aangestuurde mixer bevat, op zodanige wijze dat het uitgangssignaal van de pulsvormer wordt toegevoerd aan de mixer en de frequentie fc gelijk aan of een geheel veelvoud van de halve bemonsteringsfrequentie is.

2. Inrichting volgens Conclusie 1, met het kenmerk, dat de mixer deel uitmaakt van de gesloten signaal-lus en deze lus een tweede met draaggolffrequentie fc aangestuurde mixer bevat, op zodanige wijze dat het uitgangssignaal van de eerste mixer wordt toegevoerd aan de tweede mixer.

3. Inrichting volgens Conclusie 2, met het kenmerk, dat de gesloten signaal-lus een vermogensversterker bevat.

4. Inrichting volgens één der Conclusies 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een digitaal/analoog signaal-omvormer dan wel van een bemonsteringsfrequentie-omvormer, waarvan de uitgang met een ingang van de optel-eenheid is verbonden.

5. Zender bevattende een elektronische inrichting voor het opwekken van een exponentieel gemoduleerd draaggolfsignaal, welke tenminste twee parallelle schakelingen bevat voor het moduleren van een draaggolfsignaal, respectievelijk een ten opzichte van dat draaggolf-signaal 90° in fase verschoven signaal, met een in fase basisband-signaal respectievelijk een quadratuur basisband-signaal, met het kenmerk, dat de parallelle schakelingen elk bestaan uit een inrichting volgens Conclusie 2, waarbij de beide mixers in de ene parallelle schakeling worden aangestuurd met een signaal dat in frequentie fc gelijk is aan en in fase 90° verschilt van het signaal waarmee de beide mixers in de andere parallelle inrichting worden aangestuurd.

6. Zender volgens Conclusie 5, met het kenmerk, dat deze is voorzien van twee digitaal/analoog signaal-omvormers dan wel van twee bemonsteringsfrequentie-omvormers, waarbij de uitgang van de ene respectievelijk de andere digitaal/analoog signaal-omvormer c.q. frequentie-omvormer met een ingang van de optel-eenheid in de ene respectievelijk de andere parallelle schakeling is verbonden.