NO320253B1 - Fremgangsmate ved fasemodulering av et digitalt signal i et digitalt kommunikasjonssystem og tilsvarende anordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte ved fasemodulering av et digitalt signal i et digitalt kommunikasjonssystem og en anordning for modulasjon av et digitalt signal i samsvar med fremgangsmåten.

Fig. 1 på de vedføyde tegninger viser skematisk en vanlig fasemodulasjonsanordning. Fasemodulasjonsanordningen vist i fig. 1 består av et båndbreddebegrensende filter 12 som mottar to sendebasisbåndsignaler l,N(t) og QjN (t) og som utfører båndbegrensning ved å fjerne høyfrekvente komponenter, og en fasemodulator 13 som mottar utgangssignaler lF(t) og QF(t) fra det båndbreddebegrensende filter 12 for å avgi et fasemodulert signal S(t). I denne fasemodulasjonsanordning en er utgangssignalene lF(t) og QF(t) fra det båndbreddebegrensende filter 12 alltid faseforskjøvet med n [rad], slik som vist i fig. 2. Fig. 3 og 4 anskueliggjør transmisjonssimuleringsresultater for BPSK-modulasjon hvor to utgangssignaler fasemoduleres ved hjelp av fasemodulatoren 13. Med BPSK-modulasjon blir de to sendebasisbåndsignaler l,N(t) og Q)N(t) identiske. Fig. 3 viser et tilfelle hvor en BPSK-modulert bølge som har gjennomgått båndbegrensning, forsterkes ved hjelp av en ikke-lineær forsterker. Fig. 4 viser et tilfelle hvor en BPSK-modulert bølge forsterkes ved utnyttelse av metningsområdet for en forsterker av klasse C.

Med det konvensjonelle BPSK-modulasjonsutstyr er, som beskrevet ovenfor, utgangssignalet fra modulatoren alltid faseforskjøvet med n [rad] i samsvar med en endring i signaltilstandsovergangen i sendebasisbåndsignalet. Selv om det ikke er nevnt ovenfor, har en QPSK-modulator også en tilstandsovergangsmodus med en faseforskyvning lik n [rad]. Når en fasemodulert bølge som gjennomgår båndbegrensning forsterkes av en ikke-lineær forsterker, strekker spekteret seg utover den estimerte sendebåndbredde, hvilket forårsaker spektral overstrømning, og den uønskede støy eller omhyllingsvaria-sjonene øker pga. forvrengning ved AM/AM-omvandlingen i forsterkeren, slik som vist i fig 3. Dette gjelder også forsterkning som utnytter en forsterker av klasse C, slik som vist i fig. 4. Av denne grunn er interferens fra nabokanaler et problem. I tillegg øker forvrengningen ved AM/PM-omvandlingen fasefeilene i sendesignalet. Disse problemer øker den digitale feilrate på mottagersiden.

For å unngå sådanne problemer utnytter konvensjonell BPSK-modulasjon såkalt ABPSK (7r/2-forskjøvet BPSK). Med QPSK-modulasjon benyttes 7i/4-forskjøvet QPSK eller såkalt OQPSK. Siden ABPSK, 7i/4-forskjøvet QPSK og OQPSK fordrer tilsvarende demodula-sjonsteknikker, forbedres ikke den demodulerte bølges karakteristikk i et kommunikasjonssystem som utnytter BPSK- eller QPSK-modulasjon.

Det er således et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en fremgangsmåte og anordning for fasemodulasjon, som kan undertrykke en utvidelse av spekteret utover transmisjonsbåndbredden, frembragt ved fasemodulasjon under modulasjon av digitale signaler med flere verdier, slik som BPSK eller QPSK.

I henhold til oppfinnelsen er det således skaffet tilveie en fremgangsmåte ved fasemodulering av et digitalt signal i et digitalt kommunikasjonssystem og som omfatter trinn hvor: - det mottas et binært, digitalt signal som har to komponenter, nemlig en komponent i fase og en komponent i kvadratur,

- tilstandsoverganger i det binære, digitale signal påvises, og

- den ene av de to komponenter som skal forsinkes, velges på grunnlag av de påviste tilstandsoverganger.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra publikasjonen EP 0 397 077, har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at den ene valgte av de to komponenter forsinkes i forhold den annen på tidspunktet for en tilstandsovergang på grunnlag av den påviste tilstandsovergang, slik at faseforskjellen mellom de to komponenter alltid blir n/ 2 [rad], for så å fasemodulere de to komponenter.

Fortrinnsvis er forsinkelsen 1/16 av en bit-lengde, og fremgangsmåte kan også omfatte et trinn hvor de to komponenters båndbredde begrenses etter forsinkelsestrinnet og forut for fasemoduleringstrinnet.

Oppfinnelsen gjelder også en anordning for modulasjon av et digitalt signal i et digitalt kommunikasjonssystem ifølge fremgangsmåten angitt ovenfor, og som omfatter: - utstyr for mottagning av et binært, digitalt signalsom har to komponenter, nemlig en komponent i fase og en komponent i kvadratur,

- utstyr for påvisning av tilstandsoverganger i det binære, digitale signal, og

- utstyr for valg av den ene av de to komponenter som skal forsinkes, på grunnlag av de påviste tilstandsoverganger.

På samme bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk som ovenfor, har da anordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at den også omfatter utstyr for å forsinke den ene valgte av de to komponenter i forhold den annen på tidspunktet for en tilstandsovergang på grunnlag av den påviste tilstandsovergang, slik at faseforskjellen mellom de to komponenter alltid blir n/2 [rad], og utstyr for fasemodulering av de to komponenter.

Fortrinnsvis omfatter forsinkelsesutstyret utstyr for å forsinke den ene valgte av de to komponenter med 1/16 av en bit-lengde. I henhold til oppfinnelsen kan anordningen også omfatte Alterutstyr for å begrense de to komponenters båndbredde etter at den ene er blitt forsinket ved hjelp av forsinkelsesutstyret og før de to komponenter er blitt fasemodulert ved hjelp av nevnte modulasjonsutstyr. Videre kan utstyret for valg av den ene av de to komponenter som skal forsinkes, være en vender anordnet for selektivt å koble den ene av komponentene i fase eller i kvadratur til forsinkelsesutstyret, idet venderen er operativt forbundet med utstyret for påvisning av tilstandsoverganger i det binære, digitale signal, og arbeider som reaksjon på resultatet av dette utstyrs påvisning.

Det er vedføyd tegninger, på hvilke:

Fig. 1 er et blokkskjema som viser det generelle arrangement for en konvensjonell

fasemodulasjonsanordning,

fig. 2 er et diagram som viser utgangssignalet fra et konvensjonelt båndbreddebegrensende filter,

fig. 3 er et diagram som viser spekteret for utgangssignalet fra en ikke-lineær

forsterker i arrangementet vist i fig. 1,

fig. 4 er et diagram som viser spekteret for utgangssignalet fra en forsterker av klasse

C i arrangementet vist i fig. 1,

fig. 5 er et blokkskjema som viser det samlede arrangement for en fasemodulasjonsanordning i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse,

fig. 6A er et blokkskjema som viser det indre arrangement i en faseforskyver i en første

utførelsesform,

fig. 6B er et diagram som viser utgangssignalet fra et båndbreddebegrensende filter i

den første uførelsesform,

fig. 7A er et diagram som viser de respektive kvadranter i faseforskyveren vist i fig. 6A, fig. 7B er et signaltidsdiagram,

fig. 8 er et diagram som viser spekteret for utgangssignalet fra en ikke-lineær

forsterker i faseforskyveren vist i fig. 6A,

fig. 9 er et blokkskjema som viser det indre arrangement for en faseforskyver i

samsvar med en andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse,

fig. 10A og 10B er flytskjemaer som viser forskjellige operasjoner for faseforskyveren vist i fig. 9,

fig. 11A er et diagram som viser utgangssignalet fra det båndbreddebegrensende filter i

arrangementet vist i fig. 9 basert på flyten vist i fig. 10A,

fig. 11B er et signaltidsdiagram,

fig. 12 er et diagram som viser spekteret for utgangssignalet fra den ikke-lineære

forsterker basert på driften vist i fig. 11A og 11B,

fig. 13A er et diagram som viser utgangssignalet fra det båndbreddebegrensende filter i

arrangementet vist i fig. 9 basert på flyten vist i fig. 10B,

fig. 13B er et signaltidsdiagram,

fig. 14 er et diagram som viser spekteret for utgangssignalet fra den ikke-lineære

forsterker basert på driften vist i fig. 13A og 13B, og

fig. 15 er et diagram som viser spekteret for utgangssignalet fra en forsterker av klasse

C basert på driften vist i fig. 13A og 13B.

Utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet nedenfor med henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 5 er et blokkskjema som viser den første utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. En fasemodulasjonsanordning i samsvar med denne utførelsesformen består av en faseforskyver 11 som mottar et binært sendebasisbåndsignal B)N(t) [l,N(t) og Q(N(t)] fra inngangsklemmen og som avgir to utgangssignaler ls(t) og Qs(t) som alltid har en faseforskyvning som beløper seg til n/2 [rad] når signaltilstanden endrer seg, et båndbreddebegrensende filter 12 som fjerner høyfrekvente komponenter som inneholdes i disse sendebasisbåndsignaler for båndbegrensning og en fasemodulator 13 som mottar utgangsdata fra det båndbreddebegrensende filter 12 og avgir et fasemodulert signal. Fig. 6A er et blokkskjema som viser det indre arrangement for faseforskyveren 11. Faseforskyveren 11 består av en forsinkerkrets 21 for 1/16 symbolforsinkelse. Det binære sendebasisbåndsignal BjN(t) tilføres faseforskyveren 11 og avgrenes til to signaler. Et signal avgis direkte som ls(t) mens det annet signal forsinkes med 1/16 ved hjelp av forsinkerkretsen 21 som gir en forsinkelse på 1/16 symbol, og avgis som Qs(t). Signalene ls(t) og Qs(t) avgis som en modulert bølge S(t) via det båndbreddebergrens-ende filter 12 og fasemodulatoren 13. Som et resultat oppviser utgangssignalene lF(t) °9 Qp(t)fra det båndbreddebegrensende filter 12 egenskaper som vist i fig. 6B. Fig. 7B er et tidsdiagram som viser forholdet mellom signalet B,N(t) tilført faseforskyveren 11 og signalene ls(t) og Qs(t) avgitt fra faseforskyveren 11, og kvadrantene i faseplanet. Fig. 7 A viser de forskjellige kvadranter. For signalene ls(t) og Qs(t) avgitt fra faseforskyveren 11 er signalet Qs(t) alltid forsinket med 1/16 i forhold til signalet ls(t) på tidspunktet for endring i signaltilstand. Av denne grunn faller signalfasen i kvadrant II eller IV i den periode som tilsvarer 1/16 av symboltiden. Faseforskyvningen beløper seg til ti/2 [rad].

Når mengden av faseforskyvning ved tidspunktet for endring i signaltilstand er innstilt til

å være % I2 [rad] og transmissjonsutgangssignalet S(t) fra fasemodulatoren 13 tilføres en ikke-lineær forsterker, oppnås et simuleringsresultat for sendeutgangssignalet, som vist i fig. 8. Som det kan ses av fig. 8 undertrykkes uønsket støy sammenlignet med simuler-ingsresultatet for det konvensjonelle sendeutgangssignal vist i fig. 3.

Fig. 9 er et blokkskjema som viser det indre arrangement for faseforskyvingen, som utnyttes i den andre urførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Faseforskyveren 11 omfatter her en forsinkerkrets 21 som gir 1/16 symbolforsinkelse, en tilstandsovergangs-detektor 22 for å påvise tilstandsovergangen i et inngangssignal B,N(t) og vendere 23 og 24 for å svitsje forsinkerkretsen 21 som gir en forsinkelse på 1/16 symbol til ls(t)- eller Qs(t)-siden på grunnlag av utgangssignalet fra tilstandsovergangsdetektoren 22. Det tilførte, binære sendebasisbåndsignal B,N(t) forgrenes til to signaler. Et signal forsinkes med et 1/16 symbol ved hjelp av forsinkerkretsen 21 som gir en forsinkelse på 1/16 symbol, til B!N(t - Ts/16). Ts er symbolperioden. Tilstandsovergangsdetektoren 22

påviser tilstandsovergangen i signalet B)N(t) og avgir styresignaler til venderene 23 og 24 i samsvar med et flytskjema som vil bli beskrevet senere. Venderen 23 svitsjer utgangssignalet ls(t) til BjN(t) eller BjN(t - Ts/16) i samsvar med utgangssignalet fra tilstandsovergangsdetektoren 22. Venderen 24 svitsjer utgangssignalet Qs(t) til B,N(t) eller B,N(t -

Ts/16) i samsvar med utganssignalet fra tilstandsovergangsdetektoren 22. Signalene ls(t) og Qs(t) avgis som en modulert bølge ls(t) via et båndbreddebegrensende filter 12 og en fasemodulator 13.

Fig 10A er et fllytskema som viser et eksempel på den selektive flyt for venderene 23 og 24 i tilstandsovergangsdetektoren 22. I dette eksempel blir, for hvert like-symbol, forsinkerkretsen som gir en forsinkelse på 1/16 symbol, koblet til ls(t)-siden for å forsinke signalet ls(t). Med hensyn til ulike-symboler, blir signalet Qs(t) forsinket. Følgelig oppviser utgangssignalene lF(t) og QF(t) fra det båndbreddebegrensende filter 12 egenskaper som vist i fig. 11 A. Fig. 11B viser forholdet mellom signalene B)N(t), ls(t) og Qs(t) på vedkommende tidspunkt og kvadrantene i faseplanet for signalene. Som det fremgår av fig. 11B og med hensyn til signalene ls(t) og Qs(t) avgitt fra faseforskyveren 11, blir et av signalene Qs(t) og ls(t) forsinket med 1/16 symbol i forhold til det annet i samsvar med signaltilstandsovergangen. Av denne grunn faller signalfasen i kvadranten II eller IV i en periode tilsvarende 1/16 symbol. Faseforskyvningen beløper seg til n/ 2 [rad].

Når mengden av faseforskyvning på tidspunktet for endringer i signaltilstand innstilles til å være n/ 2 [rad] og sendeutgangssignalet S(t) fra fasemodulatoren 13 tilføres den ikke-lineære forsterker, oppnås et simulert resultat for sendeutgangssignalet, som vist i fig. 12. Det fremgår av fig. 12 at uønsket støy undertrykkes sammenlignet med det simulerte resultat for det konvensjonelle senderutgangssignal vist i fig. 3.

Anta på den annen side at flytskjemaet vist i fig. 10A anvendes som valgflyt for venderene 23 og 24 i tilstandsovergangsdetektoren 22. Når signalet B,N(t) går over fra 1 til 0, kobles forsinkerkretsen 21 som gir en forsinkelse på 1/16 symbol, til ls(t)-siden for å forsinke signalet ls(t). Når signalet B)N(t) går over fra 0 til 1, forsinkes signalet Qs(t). Følgelig oppviser utgangssignalene lF(t) og QF(t) fra det båndbreddebegrensende filter 12 egenskaper som vist i fig. 13A. Fig. 13B viser forholdet mellom signalene B)N(t), ls(t) og Qs(t) på vedkommende tidspunkt og kvadrantene i faseplanet for signalene. Med hensyn til signalene ls(t) og Qs(t) avgitt fra faseforskyvningen 11 blir, slik det fremgår av fig. 13B, et av signalene Qs(t) og ls(t) forskjøvet med en lengde tilsvarende 1/16 symbol i forhold til det annet i samsvar med signaltilstandsovergangen. Av denne grunn faller signaltilstandsfasen i kvadranten II eller IV i en periode som tilsvarer 1/16 symbol. Faseforskyvningen beløper seg til n/ 2 [rad].

Når mengden av faseforskyvning på tidspunktet for endring i signaltilstand innstilles til å være n/ 2 [rad] og sendeutgangssignalet S(t) fra fasemodulatoren 13 påføres den ikke-lineære forsterker, oppnås et simulert resultat for sendeutgangssignalet, som vist i fig. 14. Som fremgår av fig. 14 undertrykkes uønsket støy sammenlignet med simulerings-resultatet for det konvensjonelle sendeutgangsssignal vist i fig. 3. Fig. 15 viser et simulert resultat for sendeutgangssignaler oppnådd ved forsterkning ved utnyttelse av metning som rådet for en forsterker av klasse C. Også i dette tilfelle undertrykkes i stor grad uønsket støy sammenlignet med det simulerte resultat for et konvensjonelt sendeutgangssignal fra en forsterker av klasse C, vist i fig. 4.

I hver av utførelsesformene ovenfor anvendes foreliggende oppfinnelse for BPSK-modulasjon. Foreliggende oppfinnelse kan imidlertid selvsagt også anvendes på QPSK-modulasjon.

Når et digitalt signal med flere verdier blir fasemodulert utsettes det i henhold til foreliggende oppfinnelse først for faseomvandling for alltid å inneholde en periode hvor mengden av faseforskyvning i det digitale signal i et ortogonalt koordinalsystem blir n/ 2 [rad], for så å fasemoduleres, slik det er blitt beskrevet ovenfor. Med dette arrangement utføres fasemodulasjon ikke mens signalfaseforskyvningen beløper seg til n [rad]. Dessuten kan utvidelse av spekteret utover transmisjonsbåndbredden, som skyldes forvrengning ved AM/AM-omvandling, undertrykkes i en ikke-lineær forsterker eller forsterker av klasse C, slik at interferens fra nabokanaler kan forhindres. Siden den største mengde faseforskyvning er n/ 2 [rad] kan dessuten amplitudevariasjoner i utgangssignalet fra det båndbreddebegrensende filter reduseres, og påvirkningen fra forvrengning ved AM/PM-omvandling i en ikke-lineær forsterker, kan minskes for å forbedre den digitale feilrate. Siden ingen spesiell metode fordres for demodulasjon, kan dette arrangement anvendes i et kommunikasjonssystem som benytter BPSK- eller QPSK-modulasjon, uten noen form for modifikasjoner.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte ved fasemodulering av et digitalt signal i et digitalt kommunikasjonssystem og som omfatter trinn hvor: - det mottas et binært, digitalt signal som har to komponenter, nemlig en komponent i fase og en komponent i kvadratur, - tilstandsoverganger i det binære, digitale signal påvises, og - den ene av de to komponenter som skal forsinkes, velges på grunnlag av de påviste tilstandsoverganger, karakterisert ved at den ene valgte av de to komponenter forsinkes i forhold den annen på tidspunktet for en tilstandsovergang på grunnlag av den påviste tilstandsovergang, slik at faseforskjellen mellom de to komponenter alltid blir n/ 2 [rad], for så å fasemodulere de to komponenter.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og hvor forsinkelsen er 1/16 av en bit-lengde.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og som videre omfatter et trinn hvor de to komponenters båndbredde begrenses etter forsinkelsestrinnet og forut for fasemoduleringstrinnet.

4. Anordning for modulasjon av et digitalt signal i et digitalt kommunikasjonssystem ifølge fremgangsmåten angitt i krav 1, og som omfatter: - utstyr (11) for mottagning av et binært, digitalt signal (BjN (t)) som har to komponenter, nemlig en komponent i fase (l!N(t)) og en komponent i kvadratur (Q!N (t)), - utstyr (22) for påvisning av tilstandsoverganger i det binære, digitale signal, og - utstyr (23, 24) for valg av den ene av de to komponenter som skal forsinkes, på grunnlag av de påviste tilstandsoverganger, karakterisert ved at anordningen videre omfatter utstyr (21) for å forsinke den ene valgte av de to komponenter i forhold den annen på tidspunktet for en tilstandsovergang på grunnlag av den påviste tilstandsovergang, slik at faseforskjellen mellom de to komponenter alltid blir n/ 2 [rad], og utstyr (13) for fasemodulering av de to komponenter.

5. Anordning som angitt i krav 4, og hvor forsinkelsesutstyret (21) omfatter utstyr for å forsinke den ene valgte av de to komponenter med 1/16 av en bit-lengde.

6. Anordning som angitt i krav 4, og som videre omfatter Alterutstyr (12) for å begrense de to komponenters båndbredde etter at den ene er blitt forsinket ved hjelp av forsinkelsesutstyret (21) og før de to komponenter er blitt fasemodulert ved hjelp av nevnte modulasjonsutstyr (13).

7. Anordning som angitt i krav 4, og hvor utstyret for valg av den ene av de to komponenter som skal forsinkes, er en vender (23, 24) anordnet for selektivt å koble den ene av komponentene i fase eller i kvadratur til forsinkelsesutstyret (21), idet venderen er operativt forbundet med utstyret (22) for påvisning av tilstandsoverganger i det binære, digitale signal, og arbeider som reaksjon på resultatet av dette utstyrs påvisning.