WO2001052492A2 - Schaltungsanordnung zur erzeugung eines quadraturamplitudenmodulierten sendesignals realisierbar mit geringem schaltungsaufwand - Google Patents
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- WO2001052492A2 WO2001052492A2 PCT/DE2001/000041 DE0100041W WO0152492A2 WO 2001052492 A2 WO2001052492 A2 WO 2001052492A2 DE 0100041 W DE0100041 W DE 0100041W WO 0152492 A2 WO0152492 A2 WO 0152492A2
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- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
- H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
- H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
Definitions
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- Output frequency is reversible; a switching device by means of which the connection for the transmission signal can be coupled to the connection for the real part of the device for digital conversion in one setting and the connection for the transmission signal via the second and third interpolation filters in another setting can be coupled to the connections for the real part and the imaginary part of the device for digital conversion, the switchover device being controllable as a function of the output frequency.
- additional circuitry in the form of interpolation filters, a multiplexer and a switching device ensures that the majority of the circuit runs at half the output clock frequency f a of 200 MHz. Only the multiplexer on the output side is operated at the clock frequency of 200 MHz that is practically required due to the sampling theorem.
- the circuits can therefore be implemented using conventional circuit techniques. The one additionally required by the invention
- a low frequency range lies " between 5 MHz and a frequency f i # a high frequency range lies between f and 65 MHz.
- the frequency fi is around 20 MHz to 30
- the frequency f is expediently chosen at f a / 8, where f a is the sampling frequency of the transmission signal
- the QAM transmitter then comprises two interpolation filter parts, which are connected downstream of the output for the real part and the imaginary part of the Cordic and between which the multiplexer on the output side switches with the sampling frequency of 200 MHz. tet and is switched on the input side depending on the selected carrier frequency position.
- 1 shows a basic circuit diagram for the QAM transmitter with a low carrier frequency of 5 MHz to f lf
- FIG. 2 shows a basic circuit diagram for the QAM transmitter with a high carrier frequency between f x and 65 MHz
- FIGS. 3 (a) and 3 (b) show the attenuation curves of two exemplary transfer functions for the interpolation filter
- FIG. 4 shows the block diagram of the QAM transmitter for the low carrier frequency range with the one transfer function for the interpolation filter
- FIG. 5 shows the block diagram of the QAM transmitter for the high frequency range with this transfer function
- FIG. 6 is a block diagram of the entire QAM transmitter with this transfer function
- Figure 7 is a block diagram of the QAM transmitter with the other of the transfer functions for the interpolation filter.
- the 1 comprises an encoder 1, to which the digital data signal DATA is supplied.
- the QAM-modulated symbols with the frequency f ⁇ are present at the outputs 11, 12 of the encoder 1.
- the real part of the symbols is present at connection 11 and the ima at connection 12. LO ) to to l- 1 H
- the complex multiplication in the Cordic 5 initially takes place at the reduced carrier frequency of f a / 4.
- the carrier frequencies of the first modulation level are then in the range from f - f a / 4 to 65 MHz - f a / 4.
- a sampling frequency of f a 200 MHz
- the frequency fi 25 MHz
- the frequency f a / 4 is 50 MHz.
- the carrier frequencies of the first stage are thus in the range of -25 MHz and 15 MHz.
- the signal after the first modulation stage can thus be generated at half the sampling frequency.
- a second modulation stage in the form of the sign changing devices 9 and 10 operates at the output sampling frequency of f a at approximately 200 MHz, as a result of which the signal generated in the first modulation stage 5 is shifted in frequency by f a / 4. This corresponds to a multiplication of the complex signal after the first stage 5 by 1, j, -1, -j, 1, j, ...
- the real and imaginary part of the first modulation stage therefore only have to be processed with half the sampling frequency.
- the two interpolation filters 7, 8 convert the sample values to the correct temporal sampling phase beforehand.
- H ⁇ (z) 1/32 (1 - 4z 2 + z 3 + 20z 4 + 32z 5 + 20z e + z 7 - 4z - 8 + z 10 )
- the attenuation curve of this interpolation filter with the transfer function H ⁇ (z) is shown in Figure 3 (a).
- the minimum attenuation above 70 MHz for this interpolation filter is approximately 42 dB.
- the block diagram shown in FIG. 4 results for the low frequency range from 5 MHz to fi.
- the filter input is connected to the output for the real part of the Cordics 5.
- the filter comprises a chain of delay elements 61, 62, 63, 64, 65 connected in series.
- the filter structure shows an upper and a lower branch through which the signal values are added and weighted by a factor.
- the block diagram of the QAM transmitter for the upper carrier frequency range of fj. up to 65 MHz is shown in FIG.
- the two interpolation filters 7, 8 are connected to the outputs for the real or imaginary part of the Cordics 5. This leads to corresponding simplifications. It can be seen that the filter 7 corresponds to the upper branch 66 of the circuit in FIG. 4 and the filter 8 corresponds to the lower branch 67 of the circuit in FIG.
- the filters 7, 8 are followed by the sign switches 9, 10 on the output side.
- both outputs of the Cordic block are required for further processing.
- the interpolation filter 7 for the real part calculates the real part values at the time 2k / f a
- the interpolation filter 8 for the imaginary part calculates the imaginary part values at the time 2 (k - l) / f a .
- the subsequent alternating multiplication by +1 and -1 brings the generated signal spectrum into the desired carrier frequency position.
- the frequency shift by f a / 4 must be taken into account.
- a corresponding carrier phase is generated in the device 51 and fed to the Cordic 5.
- Frequency range causes a frequency shift by f a / .
- FIG. 7 shows a combined circuit for a QAM transmitter that is comparable in comparison to FIG. 6 and which, in contrast, has interpolation filters with a different transfer function
- the attenuation curve of the interpolation filter with the transfer function H 2 (z) is shown in Figure 3 (b).
- the minimum attenuation above 70 MHz is approximately 51 dB. This means that the unwanted spectra are suppressed more.
- the circuit in FIG. 7 has a corresponding structure compared to the circuit in FIG. 8.
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Abstract
Eine Schaltungsanordnung für einen QAM-Sender enthält einen Cordic (5) zur Umsetzung des Basisbandsignals in Hochfrequenzlage. Durch Interpolationsfilter (7, 8, 66, 67) wird das komplexe Ausgangssignal des Cordics (5) auf Trägerfrequenz umgesetzt. Für einen unteren und oberen Frequenzbereich des Trägersignals sind verschiedene Signalpfade (66 ,67 ;7, 8) schaltbar. Die Signalpfde verwenden jeweils gleiche Filterte ile. Dadurch wird erreicht, dass die Schaltung bis zu einem ausgangsseitigen Multiplexer (68, 13) nur bei halber Abtastrate des Ausgangssignals betrieben werden muss.
Description
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Ausgangsfrequenz umsteuerbar ist; eine Umschalteinrichtung, durch die in einer Einstellung der Anschluß für das Sendesignal über das erste Interpolationsfilter mit dem Anschluß für den Realteil der Einrichtung zur digitalen Umsetzung koppel- bar ist und durch die in einer anderen Einstellung der Anschluß für das Sendesignal über das zweite und dritte Interpolationsfilter mit den Anschlüssen für den Realteil und den Imaginärteil der Einrichtung zur digitalen Umsetzung koppel- bar ist, wobei die Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz steuerbar ist.
Bei der Erfindung wird durch zusätzlichen Schaltungsaufwand in Form von Interpolationsfiltern, einem Multiplexer und einer Umschalteinrichtung erreicht, daß der überwiegende Teil der Schaltung bei der halben Ausgangstaktfrequenz fa von 200 MHz läuft. Nur der ausgangsseitige Multiplexer wird bei der aufgrund des Abtasttheorems praktischerweise erforderlichen Taktfrequenz von 200 MHz betrieben. Die Schaltungen können daher mit herkömmlichen Schaltungstechniken realisiert wer- den. Der durch die gemäß der Erfindung zusätzlich benötigten
Schaltungsteile erforderliche Aufwand wird dadurch mehr als ausgeglichen.
In der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung werden zwei Bereiche für die zu erzeugende Trägerfrequenz unterschieden: Ein niedriger Frequenzbereich liegt "zwischen 5 MHz und einer Frequenz fi# ein hoher Frequenzbereich liegt zwischen f und 65 MHz. Die Frequenz fi liegt bei etwa 20 MHz bis 30 MHz. Die Frequenz f wird zweckmäßigerweise bei fa/8 gewählt, wobei fa die Abtastfrequenz des Sendesignals ist. Für den niedrigen
Frequenzbereich und den hohen Frequenzbereich sind verschiedene Signalpfade vorgesehen. Bei geeigneter Partitionierung der Filter können Komponenten gemeinsam benutzt werden. Der QAM-Sender umfaßt dann zwei Interpolationsfilterteile, die dem Ausgang für den Realteil und dem Imaginärteil des Cordics nachgeschaltet sind und zwischen denen ausgangsseitig durch den Multiplexer mit der Abtastfrequenz von 200 MHz umgeschal-
tet wird und eingangsseitig in Abhängigkeit von der gewählten Trägerfrequenzlage umgeschaltet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Einander entsprechende Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 ein Prinzipschaltbild für den QAM-Sender bei nied- riger Trägerfrequenz von 5 MHz bis flf
Figur 2 ein Prinzipschaltbild für den QAM-Sender bei hoher Trägerfrequenz zwischen fx und 65 MHz,
Figur 3 (a) und 3 (b) die Dämpfungsverläufe von zwei beispielhaft gewählten Übertragungsfunktionen für die Interpolationsfilter,
Figur 4 das Blockschaltbild des QAM-Senders für den niedri- gen Trägerfrequenzbereich mit der einen Übertragungsfunktion für das Interpolationsfilter,
Figur 5 das Blockschaltbild des QAM-Senders für den hohen Frequenzbereich mit dieser Übertragungsfunktion,
Figur 6 ein Blockschaltbild des gesamten QAM-Senders mit dieser Übertragungsfunktion und
Figur 7 ein Blockschaltbild des QAM-Senders mit der anderen der Übertragungsfunktionen für das Interpolationsfilter.
Die Sendeanordnung gemäß Figur 1 umfaßt einen Codierer 1, dem das digitale Datensignal DATA zugeführt wird. An den aus- gangsseitigen Anschlüssen 11, 12 des Codierers 1 liegen die QAM-modulierten Symbole mit der Frequenz fτ an. Am Anschluß 11 liegt der Realteil der Symbole an, am Anschluß 12 der Ima-
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Realteil und den Imaginärteil um, so daß ausgangsseitig Abtastwerte bei Trägerfrequenz fa vorliegen. Wesentlich ist hier ebenfalls, daß nur der Multiplexer 13 bei der Frequenz fa betrieben wird. Die im Signalpfad vorher liegenden Schal - tungsteile brauchen nur bei der halben Abtastfrequenz fa/2 von etwa 100 MHz betrieben zu werden.
Die komplexe Multiplikation im Cordic 5 erfolgt zunächst bei der reduzierten Trägerfrequenz von fa/4. Die Trägerfrequenzen der ersten Modulationsstufe liegen dann im Bereich von f - fa/4 bis 65 MHz - fa/4. Bei einer Abtastfrequenz von fa = 200 MHz beträgt die Frequenz fi 25 MHz und die Frequenz fa/4 50 MHz. Somit liegen die Trägerfrequenzen der ersten Stufe im Bereich von - 25 MHz und 15 MHz. Das Signal nach der ersten Modulationsstufe kann somit mit der halben Abtastfrequenz erzeugt werden. Eine zweite Modulationsstufe in Form der Vorzeichenwechseleinrichtungen 9 und 10 arbeitet bei der aus- gangsseitigen Abtastfrequenz von fa bei ungefähr 200 MHz, wodurch das in der ersten Modulationsstufe 5 erzeugte Signal frequenzmäßig um fa/4 verschoben wird. Dies entspricht einer Multiplikation des komplexen Signals nach der ersten Stufe 5 mit 1, j, -1, -j, 1, j, ... Der Real- und Imaginärteil der ersten Modulationsstufe müssen demnach weiterhin nur mit der halben Abtastfrequenz verarbeitet werden. Durch die beiden Interpolationsfilter 7, 8 werden die Abtastwerte vorher auf die richtige zeitliche Abtastphase umgesetzt.
Nachfolgend wird für die Interpolationsfilter die spezielle Übertragungsfunktion
Hι(z) = 1/32 (1 - 4z2 + z3 + 20z4 + 32z5 + 20ze + z7 - 4z - 8 + z10)
verwendet. Der Dämpfungsverlauf dieses Interpolationsfilters mit der Übertragungsfunktion Hχ(z) ist in Figur 3 (a) dargestellt. Die minimale Dämpfung oberhalb von 70 MHz beträgt für dieses Interpolationsfilter etwa 42 dB.
Für den niedrigen Frequenzbereich von 5 MHz bis fi ergibt sich das in Figur 4 dargestellte Blockdiagramm. Der Filtereingang ist an den Ausgang für den Realteil des Cordics 5 angeschlossen. Das Filter umfaßt eine Kette aus in Serie geschalteten Verzögerungselementen 61, 62, 63, 64, 65. Die Filterstruktur zeigt einen oberen und einen unteren Zweig, durch den die Signalwerte addiert und mit einem Faktor gewichtet werden. Zwischen dem oberen Zweig 66 und unteren Zweig 67 wird mittels des Multiplexers 68, der bei der vollen Abtastrate von fa = 200 MHz läuft, umgeschaltet.
Das Blockschaltbild des QAM-Senders für den oberen Trägerfrequenzbereich von fj. bis 65 MHz ist in Figur 5 dargestellt. Die beiden Interpolationsfilter 7, 8 sind an die Ausgänge für den Real- bzw. Imaginärteil des Cordics 5 angeschlossen. Dadurch ergeben sich entsprechende Vereinfachungen. Es zeigt sich, daß das Filter 7 dem oberen Zweig 66 der Schaltung in Figur 4 entspricht und das Filter 8 dem unteren Zweig 67 der Schaltung in Figur 4 entspricht. Den Filtern 7, 8 sind aus- gangsseitig die Vorzeichenumtaster 9, 10 nachgeschaltet.
Bei der in Figur 5 gezeigten Schaltung werden beide Ausgänge des Cordic-Blocks für die weitere Bearbeitung benötigt. Das Interpolationsfilter 7 für den Realteil berechnet die Real- teilwerte zum Zeitpunkt 2k/fa, das Interpolationsfilter 8 für den Imaginärteil berechnet die Imaginärteilwerte zum Zeitpunkt 2 (k - l)/fa. Die anschließende abwechselnde Multiplikation mit +1 und -1 bringt das erzeugte Signalspektrum in die gewünschte Trägerfrequenzlage. Das Sendesignal bei Frequenz fa = 200 MHz wird durch abwechselnde Weitergabe der Abtast- werte der Vorzeichenumtaster 9, 10 erhalten. Bei Generierung der Trägerphase des Cordic-Blocks muß die Frequenzverschiebung um fa/4 berücksichtigt werden. Eine entsprechende Träger- phase wird in der Einrichtung 51 erzeugt und dem Cordic 5 zugeführt .
Frequenzbereich wird eine Frequenzverschiebung um fa/ bewirkt .
In Figur 7 ist eine im Vergleich zur Figur 6 vergleichbare kombinierte Schaltung für einen QAM-Sender dargestellt, die im Unterschied dazu Interpolationsfilter mit einer anderen Übertragungsfunktion
H2(z) = 1/64 (1 + 2z"1 - z"2 - 4z"3 + 11z"4 + 45z"5 + 64z"s + 45z"7 + llz"8 - 4z"9 - z"10 + 2z"11 + z"12)
verwendet. Der Dämpfungsverlauf des Interpolationsfilters mit der Übertragungsfunktion H2(z) ist in Figur 3 (b) dargestellt. Im Unterschied zum Dämpfungsverlauf der Übertragungsfunktion H (z) beträgt die minimale Dämpfung oberhalb von 70 MHz etwa 51 dB. Dies bedeutet, daß die unerwünschten Spiegelspektren stärker unterdrückt werden. Die Schaltung in Figur 7 weist im Vergleich zu der Schaltung in Figur 8 einen entsprechenden Aufbau auf .
Claims
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines quadraturamplitu- denmodulierten Sendesignals, die umfaßt: - einen Codierer (1) , dem eingangsseitig ein digitales Nutzsignal (DATA) zuführbar ist und der ausgangsseitig je einen Anschluß für den Realteil bzw. den Imaginärteil eines qua- draturamplitudenmodulierten zu sendenden Signals aufweist,
- eine Einrichtung (5) zur digitalen Umsetzung des zu senden- den Signals in eine Hochfrequenzanlage mit einem Anschluß für einen Realteil und einen Imaginärteil, und
- einen Anschluß für ein Sendesignal, das Abtastwerte bei Ausgangsfrequenz umfaßt, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h - ein erstes Interpolationsfilter (6) , das mit dem Anschluß für den Realteil der Einrichtung (5) zur digitalen Umsetzung verbunden ist,
- ein zweites Interpolationsfilter (7) , das mit dem Anschluß für den Realteil der Einrichtung (5) zur digitalen Umset- zung verbunden ist,
- ein drittes Interpolationsfilter (8) , das mit dem Anschluß für den Imaginärteil der Einrichtung (5) zur digitalen Umsetzung verbunden ist,
- einen Multiplexer (13), durch den zwischen dem zweiten und dritten Interpolationsfilter mit Ausgangsfrequenz umsteuerbar ist,
- eine Umschalteinrichtung (14, 15, 16), durch die in einer Einstellung der Anschluß für das Sendesignal über das erste Interpolationsfilter (6) mit dem Anschluß für den Realteil der Einrichtung (5) zur digitalen Umsetzung koppelbar ist und durch die in einer anderen Einstellung der Anschluß für das Sendesignal über das zweite und dritte Interpolationsfilter (7, 8) mit den Anschlüssen für den Realteil und den Imaginärteil der Einrichtung (5) zur digitalen Umsetzung koppelbar ist, wobei die Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von der Ausgangsfrequenz steuerbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß daß das erste Interpolationsfilter (6) einen ersten (66) und einen zweiten (67) Filterteil umfaßt, die eingangsseitig par- allel geschaltet sind und ausgangsseitig an den Multiplexer (68, 13) gekoppelt sind, und daß der erste Filterteil (66) des ersten Interpolationsfilters und das zweiten Interpolationsfilter (7) sowie der zweite Filterteil (67) des ersten Interpolationsfilters (8) und das dritte Interpolationsfilter jeweils gleich ausgebildet sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der erste Filterteil (66) mit dem Ausgang für den Realteil der Einrichtung (5) zur digitalen Umsetzung verbunden ist und daß die Umschalteinrichtung einen ersten Umschalter (14) aufweist, durch den der zweite Filterteil (67) in der ersten Einstellung mit dem Ausgang für den Realteil und in der zweiten Einstellung mit dem Ausgang für den Imaginärteil der Ein- richtung (5) zur digitalen Umsetzung verbindbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h je eine Vorzeichenumkehreinrichtung (9, 10) zur Umschaltung des Vorzeichens, die zwischen das zweite und das dritte Interpolationsfilter (7, 8) und den Multiplexer (13) geschaltet sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 , sofern auf Anspruch 2 zurückbezogen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Umschalteinrichtung einen zweiten Umschalter (15) aufweist, der in der ersten Einstellung mit dem Ausgang des ersten Filterteils (66) und in der zweiten Einstellung mit ei- ner der Vorzeichenumkehreinrichtungen (9) verbindbar ist, und einen dritten Umschalter (16) aufweist, der in der ersten Einstellung mit dem Ausgang des zweiten Filterteils (67) und in der zweiten Einstellung mit der anderen der Vorzeichenumkehreinrichtungen (10) verbindbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die zweiten und dritten Umschalter (9, 10) mit Eingängen des Multiplexers (13) verbunden sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Ausgängen des Codierers (1) je ein Tiefpaßfilter (3, 4) nachgeschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung zur digitalen Umsetzung (5) als Cordic ausgebildet ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die ersten und zweiten Filterteile (66, 67), die Tiefpaßfilter (3, 4) und der Cordic (5) Abtastwerte mit gegenüber der Ausgangsfrequenz reduzierter Frequenz verarbeiten und daß die reduzierte Frequenz die Hälfte der Ausgangsfrequenz beträgt.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Umschalteinrichtung (14, 15 16) von der Ausgangsfrequenz derart steuerbar ist, daß bei niedriger Ausgangsfrequenz die eine Einstellung geschaltet ist und bei demgegenüber höherer Ausgangsfrequenz die andere Einstellung geschaltet ist.
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