SE517138C2 - Sätt och apparat för faskompensering - Google Patents

Description

20 25 30 35 '5172f138 2 genomgàngarna i förhållande till fasen vid de negativa nollgenomgàngarna. Sàsom visas i fig 6 är tiden Tl 707 kortare än tiden T2 709. I ett system som använder posi- tiva och negativa nollgenomgàngar för sampling av fasen hos den mottagna signalen resulterar skillnaden i tid i distorderad fasinformation. I de flesta konventionella system löses detta problem genom att sampling sker endast vid de positiva nollgenomgàngarna hos den spänningsbegrän- sade signalen. Det är emellertid önskvärt att ett fasdemo- duleringssystem kan sampla bàde vid de positiva och nega- tiva nollgenomgàngarna. Om så sker kan faskvantiserings- delen av systemet arbeta vid halva den frekvens som nor- malt erfordras för att extrahera fasinformation.

För att kvantifiera skillnaden mellan faserna vid de positiva och de negativa nollgenomgàngarna kan den mottag- na mellanfrekvenssignalen representeras som s(t) - A(t)sin[2flfi t + 8(t)] där 8(t) är den fasmodulering som skall áterhämtas. Vid IF-nollgenomgàngarna kommer s(t) att vara noll, och fas- signalen 8(t) kan representeras som 8+(t) = [-Zflfitk + asin(Vt/A(t))]mod 2n vid positiva nollgenomgàngar 9_(t) = [-Zflfitk + K - asin(Vt/A(t))]mod 2n vid negativa nollgenomgàngar.

När fasmoduleringen är konstant skall 9+(t) och 6_(t) skilja sig med exakt n radianer. Ett frán noll skilt be- gränsartröskelvärde Vt resulterar emellertid i en medel- fasfelterm lika med m u E (8+(t) - 9_(t) + n) 2asin[Vt/A(t)] För att kompensera för de skadliga effekterna av asym- metrisk begränsning måste denna fasfelterm elimineras. 10 15 20 25 30 35 .517~”138 3 Implementeringen av fasdemodulatorsystem som samplar vid bàde positiva och negativa nollgenomgàngar möjliggör en reducering av mellan- och referensoscillatorfrekvensen med hälften. Resultatet är en minskning i strömuttag, vilket visar sig i längre batterilivslängd i en portabel produkt. Det skulle följaktligen vara fördelaktigt att ut- veckla ett sätt att digitalt kompensera för spänningsbe- gränsarasymmetrier.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning omfattar ett sätt att kompen- sera för distorsion av fasen för en mottagen signal, var- vid sampling av fasen vid både positiva och negativa noll- genomgångar medges. Distorsionen orsakas av den asym- metriska karakteristikan hos en spänningsbegränsare. För det första samplas fasen hos den mottagna signalen vid de positiva och negativa nollgenomgàngarna, varvid ett mot- svarande positiv-genomgängsfasvärde och ett motsvarande negativ-genomgàngsfasvärde bildas för den mottagna signa- För det andra kombineras negativ-genomgángsfasvärdet och positiv-genomgángsfasvärdet, varvid en första skill- nadssignal bildas. För det tredje bildas en skattad fel- signal med användning av den första skillnadssignalen. För det fjärde kombineras den skattade felsignalen med posi- tiv- eller negativ genomgàngsfassignalen, varvid den asym- len. metriska distorsionen väsentligen elimineras.

Kort beskrivning av ritningarna Fig 1 är ett blockschema för ett radiotelefonsystem i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 2 är ett blockschema för en fasdemodulator i en- lighet med Fig 3 i enlighet Fig 4 seringsenheten i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 5 är ett diagram och visar prestandan hos syste- föreliggande uppfinning. är ett blockschema för en faskompenseringskrets med föreliggande uppfinning. är en alternativ utföringsform av faskompen- met som utnyttjar föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 35 ~s17¥1sa 4 Fig 6 är ett diagram för en mottagen signal och ut- signalen frán en icke-ideal spänningsbegränsare.

Beskrivning av en föredragen utföringsform Den föredragna utföringsformen omfattar en faskompen- sationskrets som korrigerar för den asymmetri som en icke-ideal spänningsbegränsare orsakar. Denna faskompensa- tionskrets gör det möjligt för ett fasdemoduleringssystem att sampla fasen vid bàde de positiva och de negativa nollgenomgàngarna hos en mottagen datasignal, varvid den erfordrade frekvensen hos referensoscillatorn reduceras med en faktor tvá. Resultatet är en avsevärd minskning av effektförbrukningen för en radiomottagare.

Fig 1 är ett blockschema för ett radiotelefonsystem, som kan utnyttja föreliggande uppfinning. I radiotelefon- systemet sänder och mottar den fasta sändtagaren 103 radiofrekventa signaler (RF-signaler) till respektive frán mobila och portabla radiotelefoner som finns inom ett bestämt geografiskt.omràde som betjänas av den fasta sänd- tagaren 103. Radiotelefonen 101 är en sádan radiotelefon som betjänas av den fasta sändtagaren 103.

När radiotelefonen 101 tar emot signaler från den 105 för att elektriskt elektriska 101. Mottaga- ren lll alstrar mellanfrekvenssignalen (IF-signalen) 115. fasta sändtagaren 103 använder den antennen koppla RF-signalen och omvandla den till en RF-signal. Radiomottagaren 111 tar emot den RF-signalen för användning i radiotelefonen Denna signal matas in i fasdemodulatorn 119. Fasdemodula- torn 119 matar ut en symbolsignal 123 som skall användas av processorn 121. Processorn 121 formaterar symbolsigna- len 123 till tal eller data för användargränssnittet 125.

Användargränssnittet 125 innefattar en mikrofon, en hög- talare och en tangentdosa.

Vid sändningen av RF-signaler från den portabla radiotelefonen 101 till den fasta sändtagaren 103 forma- terar processorn 121 tal- och/eller datasignalerna frán användargränssnittet. De formaterade signalerna matas in i sändaren 109. Sändaren 109 omvandlar datana till elek- 10 15 20 25 30 35 517*138 5 triska RF-signaler. Antennen 105 tar emot de elektriska RF-signalerna och matar ut dessa signaler som RF-signaler.

Den fasta sändtagaren 103 tar emot RF-signalerna.

*Pig 2 är ett blockschema för den i fig 1 visade fas- demodulatorn 119. Fasdemodulatorn 119 innefattar begränsa- ren 301, den direkta fasdigitaliseraren 303, faskompen- seringskretsen 304, fasbehandlingskretsen 305 och symbol- skivaren 319. Begränsaren 301 tar emot IF-signalen 115 och begränsar spänningen för IF-signalen 115 till två spän- ningsnivàer som svarar mot en logisk nivå 0 och en logisk nivå 1. Begränsaren 301 matar ut en begränsad mottagen signal 309. Den-direkta fasdigitaliseraren 303 använder både de negativa och de positiva nollgenomgàngarna för den begränsade mottagna signalen 309 för att kvantisera fasen för den mottagna vàgformen till den N-bitars digitalisera- de fassignalen 307 (8(t) + Q). Den digitaliserade fassig- nalen 307 matas som en insignal till faskompensationskret- sen 304. Faskompensationskretsen 304 kompenserar digitalt för asymmetrier som orsakas av begränsaren 301 för alst- ring av den kompenserade fassignalen [6c(t) + ÖC] 311.

Fasbehandlingsenheten 305 tar emot den kompenserade fas- signalen 311. Fasbehandlingsenheten 305 eliminerar den konstanta fasförskjutningen (êc). Fasbehandlingsenheten 305 kan antingen innehålla en koherent fasprocessor eller en differentiellt koherent fasprocessor. I den föredragna utföringsformen används en differentiellt koherent faspro- cessor för eliminering av den konstanta fasförskjutningen (šc). Den resulterande digitala fassignalen (8'(t)) 313 matas till symbolskivaren 319. Symbolskivaren 319 matar ut symbolbesluten 123 som svarar mot den detekterade fassig- nalen 313.

Pig 3 är ett detaljerat blockschema för den i fig 2 visade faskompensationskretsen 304. Denna faskompensa- tionskrets skattar fasfelet e(t) och adderar därefter den- na term till fasvärdena för de negativa nollgenomgàngarna.

Ett likvärdigt system, i vilket ett skattat fel adderas till fasvärdena för de positiva nollgenomgángarna, kan ut- 10 15 20 25 30 35 ¿s11~1za 6 vecklas. Denna alternativa utföringsform ligger inom ramen för den visade uppfinningen.

Utsignalen fràn den direkta fasdigitaliseraren 303 innefattar tvà N-bitars signaler. Den första utsignalen (8+(t)) 401 innehåller de fasvärden som samplas vid de positiva nollgenomgàngarna för den mottagna signalen. Den andra utsignalen (8_(t)) 407 innehåller motsvarande fas- värden fràn de negativa nollgenomgàngarna för den mottagna signalen. Först förskjuter kombineraren 421 6_(t) 407 med n radianer, varvid den fasförskjutna signalen (9_(t) + K) 403 alstras. Denna fasförskjutning, som behövs eftersom informationen fràn de positiva och de negativa nollgenom- gångarna är 1ä0° fasförskjuten, för 6_(t) 407 till samma kvadrant som 8+(t) 401. Härefter subtraherar kombineraren 436 den fasförskjutna signalen (9_(t) + n) 403 från 6+(t), varvid en fasskillnadssignal 409 bildas. Teckenextrahe- ringsenheten 425 bestämmer tecknet för skillnadssignalen 409. Teckensignalen 411 matas in i en upp-/nedräknare 427.

I den föredragna utföringsformen förinställs upp-/nedräk- naren 427 vid initialisering till värdet 0. Om fassignalen 8+(t) 401 är större än den fasförskjutna signalen (6_(t) + n) 403 medför teckensignalen 411 att räknaren 427 ökas. Om fassignalen 6+(t) 401 á andra sidan âr» mindre än den fasförskjutna signalen (8_(t) + x) 403 med- för teckensignalen 411 att räknaren 427 minskas.

Utsignalen 413 fràn upp-/nedräknaren 427 är lika med det aktuella värdet för räknaren 427. Komparatorn 429 jäm- för upp-/nedräknarens utsignal 413 med ett positivt trös- kelvärde 434 och vidare med ett negativt tröskelvärde 433.

Anpassning av komparatorns 429 tröskelvärden ändrar den effektiva bandbredden för kompensationskretsen. Ökning av tröskelvärdenas 433 och 434 storlek reducerar kompensa- tionskretsens bandbredd. Till följd av detta svarar kret- sen làngsammare pá momentana fasfel. Mindre tröskelvärden svarar omvänt mot en ökning av kompensationskretsens band- bredd. 10 15 20 25 30 35 517'*f138 7 Om värdet av räknarutsignalen 413 är större än det positiva tröskelvärdet 434 medför komparatorutsignalen 415 att N-bitars upp-/nedrâknaren 431 ökas. Om à andra sidan värdet av räknarutsignalen 413 är mindre än det negativa tröskelvärdet 433 medför komparatorutsignalen 415 att N-bitars upp-/nedrâknaren 431 minskas. I den föredragna utföringsformen är upp-/nedräknarens 431 ini- tialvärde noll. N-bitars upp-/nedräknarens utsignal 417 är den skattade felsignalen, vilken är lika med det aktuella värdet för upp-/nedräknaren 431. Den skattade felsignalen 417 kombineras med 8_(t) 407, vilket resulterar i en korrigerad fasvärdessignal 405. Den korrigerade, fasför- skjutna signalen 403 och 8+(t) 401 kombineras i 2-till-l- multiplexeraren 423. Indikatorn 435 för positiv nollgenom- gång fràn den direkta fasdigitaliseraren 303 används för val av fassignalen 8+(t) 401; indikatorn för negativ noll- 'genomgång används för val av den korrigerade, fasförskjut- na signalen 403. Detta resulterar i den digitalt kompense- rade fassignalen 311. Denna behandlingskrets 304 tar sà- lunda effektivt bort det fasfel s(t) som orsakas av de asymmetriska egenskaperna hos spänningsbegränsaren 301.

I Fig 4 visar en alternativ utföringsform av faskompen- sationskretsen 304. Med denna teknik elimineras felsigna- len s(t) och den är något enklare att implementera än det i fig 3 visade sättet. Kretsen genererar modulo-2n-medel- värdet av de båda signalerna 502, 503 för att kompensera för begränsarens asymmetriska egenskaper. Först förskjuter kombineraren 504 8_(t) 501 med K radianer, varvid den fas- förskjutna signalen (8_(t) + K) 502 alstras. Denna fasför- skjutningsoperation krävs eftersom fasvärdena för positiva och negativa nollgenomgángar skiljer sig àt med l80°. Fas- kompensationskretsen 304 subtraherar därefter signalen 502 från 9+(t) 503 vid kombineraren 505. Därefter divideras den resulterande signalen 507 med 2 i divideraren 509.

Slutligen adderas signalen 502 till den resulterande sig- nalen 511 för alstring av den digitalt kompenserade fas- signalen 311. 10 15 20 25 30 35 .51v»1aa 8 Bitfelsfrekvenssimuleringar (BER-simuleringar) har utförts för att utvärdera prestandan hos de båda före- slagna begränsarkompensationsteknikerna, som diskuteras här och som visas i fig 3 och 4. Systemet använder 384 Kbps n/4 QPSK-modulering vid en mellanfrekvens av 480 kHz.

Resultaten visas i fig 5, i vilken den Eb/No ("energi per bitintervall/bruseffektspektraltätheten") som erfordras vid en BER av 1% som funktion av begränsarsymmetrin för fyra olika detektorstrukturer, plottas. En första kurva 601 svarar mot en detektor som använder endast positiva nollgenomgángar. En andra kurva 603 svarar mot en detektor som använder båda nollgenomgàngarna utan den här visade begränsarkompensationen. En tredje kurva 605 svarar mot en detektor som använder båda nollgenomgàngarna med den i 0 fig 3 visade, adaptiva begränsarkompensationsslingan. En fjärde kurva 605 svarar mot en detektor som använder båda nollgenomgàngarna med den i fig 4 visade fasmedelvärdes- bildningskretsen. För resultaten i fig 5 definierar en be- gränsarutsignalpulskvot begränsarasymmetrin. En 50% puls- kvot svarar mot en ideal spänningsbegränsare.

Såsom simuleringsresultaten visar ger en detektor med en begränsare med en 50% pulskvot förbättrad tidsupplös- ning när båda nollgenomgàngarna används. Detektorn som an- vänder bàda nollgenomgàngarna uppvisade en 1,25 dB BER- förbättring i förhållande till en enkel nollgenomgàngs- detektor. Utan kompensation försämras emellertid prest- andan hos detektorn som använder båda nollgenomgàngarna tämligen snabbt med ökad begränsarasymmetri. Båda begrän- sarkompensationsteknikerna är mycket effektiva vad gäller att avhjälpa detta problem. I fig 5 visas att den adaptiva begränsarkompensationsslingan är ca 0,25 dB bättre än fas- medelvärdesbildningskretsen vid 1% BER. Förbättringar i prestandan för fasmedelvärdesbildningsmetoden àstadkoms emellertid genom ökning av medelvärdesbildningskretsens noggrannhet. Med denna förbättrade noggrannhet är fasme- delvärdesbildningsmetodens prestanda nästan identisk med den för den med kurvan 602 i fig 5 visade adaptiva slingan.

Claims (10)

u; 10 15 20 25 30 35 s17«1sa PATENTKRAV

1. .l. Sätt för faskompensering av en mottagen signal, vilken har positiva och negativa nollgenomgangar och en fas och vilken matas in i en spänningsbegränsare, som or- sakar asymmetrisk distorsion av de positiva och negativa nollgenomgàngarna hos den mottagna signalen, vilket sätt innefattar stegen att: sampla fasen för den mottagna signalen vid de posi- tiva och negativa nollgenomgàngarna, varvid ett motsvaran- de positivgenomgàngsfasvärde och ett motsvarande negativ- _genomgàngsfasvärde bildas; kombinera negativgenomgàngsfasvärdet och positivge- nomgàngsfasvärdet, varvid en första skillnadssignal med en storlek och ett tecken, som väljs från gruppen som bestàr av ett positivt tecken och ett negativt tecken, bildas; bilda en skattad felsignal som svar pà den första skillnadssignalen: och kombinera den skattade felsignalen med nämnda sampla- de fas, som väljs från en grupp bestående av de negativa nollgenomgàngarna och de positiva nollgenomgàngarna, var- vid den asymmetriska distorsionen väsentligen elimineras.

2. Sätt för faskompensering i enlighet med krav l, varvid steget att bilda en skattad felsignal innefattar, stegen att; öka ett första värde hos en första räknare som svar på ett positivt tecken för den första skillnads- signalen; jämföra det första värdet med ett första positivt tröskelvärde; alstra en skattad felsignal som svar pà jämförelse- steget.

3. Sätt för faskompensering i enlighet med krav 1, varvid steget att bilda en skattad felsignal innefattar stegen att: 10 15 20 25 30 35 ¿s17f1ss 10 minska ett första värde hos en första räknare som svar pà ett negativt tecken för den första skillnads- signalen; .jämföra det första värdet med ett första negativt tröskelvärde; och V alstra en skattad felsignal som svar pà jämförelse- steget.

4. Sätt för faskompensering i enlighet med krav 2, varvid steget att alstra en skattad felsignal innefattar steget att, som svar på att det första värdet överstiger det första positiva tröskelvärdet, öka ett andra värde hos en andra räknare, varvid en utsignal fràn den andra räknaren ntgör den skattade felsignalen.

5. Sätt för faskompensering i enlighet med krav 3, varvid steget att alstra en skattad felsignal innefattar steget att, som svar pà att det första värdet överstiger det första negativa tröskelvàrdet, minska ett andra värde hos en andra räknare, varvid en utsignal från den andra räknaren utgör den skattade felsignalen. _

6. Sätt för faskompensering i enlighet med krav l, varvid steget att bilda en skattad felsignal innefattar stegen att: öka ett första värde hos en första räknare som svar pà ett positivt tecken för den första skillnads- signalen; minska det första vârdet hos den första räkna- ren som svar pà ett negativt tecken för den första skill- nadssignalen; jämföra det första värdet med ett första positivt tröskelvärde och ett första negativt tröskelvärde; och alstra en skattad felsignal som svar pà jämförelsef steget.

7. Sätt för faskompensering i enlighet med krav 6, varvid steget att alstra en skattad felsignal innefattar stegen att 10 15 20 25 30 35 '517*'*f138 ll minska ett andra värde hos en andra räknare som svar pà att jämförelsesteget avslöjar att det första vär- det överstiger det första negativa tröskelvärdet; V öka det andra värdet hos den andra räknaren A som svar på att jämförelsesteget avslöjar att det första värdet överstiger det första positiva tröskelvärdet; och alstra den skattade felsignalen, varvid denna har ett värde som är lika med det andra värdet hos den andra räk- naren.

8. Sätt för faskompensering i enlighet med krav 7, varvid steget att alstra en skattad felsignal vidare inne- fattar steget att ställa in den första räknaren på ett förutbestämt värde som svar pá att det första värdet över- stiger ett värde som väljs fràn gruppen bestående av det första positiva tröskelvärdet och det första negativa tröskelvärdet. ~

9. Sätt för faskompensering av en mottagen signal, vilken har positiva och negativa nollgenomgàngar och en fas och vilken matas in i en spänningsbegränsare, som orsakar asymmetrisk distorsion av de positiva och negativa nollgenomgàngarna i den mottagna signalen, vilket sätt innefattar stegen att: U Å sampla fasen för den mottagna signalen vid de posi- tiva och negativa nollgenomgàngarna, varvid ett motsvaran- de positivgenomgàngsfasvärde och ett motsvarande negativ- genomgàngsfasvärde bildas; kombinera negativgenomgàngsfasvärdet och positiv- genomgàngsfasvärdet, varvid en första skillnadssignal med en storlek och ett tecken som väljs fràn gruppen som be- står av ett positivt tecken och ett negativt tecken, bil- das; bilda en skattad felsignal som svar pá den första skillnadssignalen, innefattande stegen att: öka ett första värde hos en första räknare som svar pà att den första skillnadssignalen har ett positivt tecken; 10 15 20 25 30 35 5f17"*f“1 3 8 12 ' jämföra det första värdet med ett första positivt tröskelvärde; och alstra en skattad felsignal som svar pà jämförel- fsesteget: och kombinera den skattade felsignalen med nämnda sampla- de fas, som väljs fràn en grupp bestående av de negativa nollgenomgàngarna och de positiva nollgenomgàngarna, var- vid den asymmetriska,distorsionen väsentligen elimineras. _

10. Sätt för faskompensering i enlighet med krav 9, varvid steget att alstra en skattad felsignal innefattar steget att öka ett andra värde hos en andra råk- nare som svar pà att det första värdet överstiger det första positiva tröskelvärdet, varvid en utsignal från den andra räknaren utgör den skattade felsignalen.