DE4233435C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Modulation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modulation, bei dem I- und Q-Komponenten eines mit einem Träger­ signal zu kombinierenden Niederfrequenzsignales zur Durchführung der Modulation verwendet werden, insbe­ sondere zur wahlweisen Generierung von phasenmodu­ lierten BPSK- oder QPSK-Signalen im Bereich der Satel­ litenkommunikation.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Schaltungs­ anordnung zur Modulation, die zur Generierung von phasenmodulierten BPSK- oder QPSK-Signalen Filter zur Bandbegrenzung von I- und Q-Komponenten in den Zweigen zur Bildung der QPSK-Signale aufweist, insbesondere zur wahlweisen Generierung der BPSK- oder QPSK-Signale im Bereich der Satellitenkommunikation.

Nach einem bekannten bisherigen Stand der Technik wird eine Schaltungsanordnung zur Durchführung von zwei- und vierfacher Phasenmodulation mit Hilfe eines Ring­ mischers durchgeführt, der beispielsweise einen Dioden­ mischer enthält. Die Abkürzung BPSK steht dabei für Binary Phase Shift Keying und die Abkürzung QPSK für Quaternary Phase Shift Keying. Die Abkürzung einer Sonderform O-QPSK steht für Offset-Quaternary Phase Shift Keying. Bei der Signalgenerierung mit Hilfe eines Ringmischers wird das Trägersignal um 180 Grad umge­ schaltet. Hierdurch wird ein BPSK-Signal generiert. Zur Bereitstellung von vier Phasenzuständen werden zwei BPSK-Signale addiert. Einer der Mischer wird dabei mit einem Sinussignal des Trägers und der andere Mischer mit dem Cosinussignal des Trägers angesteuert. Ein ent­ sprechender schaltungstechnischer Aufbau ist beispiels­ weise in Meinke-Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenz­ technik, 4. Auflage, Seiten O 19 und O 20, angegeben.

Es ist ebenfalls bekannt, aufgrund einer vergleichs­ weise großen Bandbreite des BPSK-Signals eine Filterung der I- und Q-Komponenten im Basisband durchzuführen. Dies ermöglicht es, auch bei sehr hohen Trägerfre­ quenzen eine bandbegrenzte Modulation durchzuführen. Es treten jedoch Ungenauigkeiten in der Phasenlage bei analogen Filtern auf. Auch bei einem Einsatz von Signalprozessoren zur Durchführung der Filterung ver­ bleiben Nachteile, da die Arbeitsgeschwindigkeit preis­ werter Signalprozessoren eine Trägerfrequenz von höchsten etwa 250 kHz zuläßt.

Eine grundsätzliche schaltungstechnische Möglichkeit zur Generierung der I- und Q-Komponenten ist in der DE-OS 38 30 729 beschrieben. Es wird hier erläutert, wie ein Einseitenbandsignal durch eine Anwendung der Hilberttransformation aufgrund einer Zerlegung eines Niederfrequenzsignales in eine I- und Q-Komponenten erzeugt wird. Durch eine spezielle Kombination dieser Komponenten wird das phasenmodulierte Trägersignal be­ reitgestellt.

Aus der Zeitschrift NTZ 1981, Heft 8, Seiten 504 bis 507 (Artikel von Heitmann, Siglow und Tannhäuser) ist es bereits bekannt, eine Vorfilterung nach dem "Stored Waveform-Prinzip" durchzuführen. Eine sinusförmige Schwingung wird dadurch digital erzeugt, daß an dis­ kreten, aufeinanderfolgenden Taktzeitpunkten Ampli­ tudenwerte aus einer Sinustabelle ausgelesen werden.

Aus der DE 28 43 493 B2 ist es bekannt, einen Sende­ filter mit Hilfe eines Mikroprozessors auszubilden, der Stützwerte zur Generierung einer Impulsantwort des Sendefilters aus einem Festwertspeicher ausliest.

Eine weitere Variante zur Ausbildung von digitalen Filtern ist in der Zeitschrift Frequenz 1981, Heft 3/4, Seiten 67 bis 73 (Artikel von Göckler) bekannt. Zur Gewährleistung linearer Phasenabhängigkeiten wird hier ein nichtrekursiver Filter vorgeschlagen, der Einzel­ impulsantworten durch Auslesen von Stützwerten aus einem Speicher generiert. Es ist hierdurch möglich, Elementarsignale bereitzustellen, die zeitlich versetzt dem zu übertragenden Symbolen überlagert werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah­ ren der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß sowohl eine ungefilterte BPSK- als auch eine gefil­ terte QPSK-Modulation ermöglicht wird und dabei für die jeweiligen Signalanteile geringe Amplitudendifferenzen und genaue Realisierungen der Phasenverschiebungen ge­ währleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die I- und Q-Komponenten des digitalen Basisband­ signales über einen digitalen Schiebevorgang gemeinsam mit einem Schrittgenerator eine Signalformvorgabe an­ steuern und die jeweilige Modulation vorgeben und daß vor der Durchführung einer Digital-Analog-Wandlung die einzelnen aus den I- und Q-Signalen abgeleiteten Signalkomponenten über einen Multiplexer, der pro Trägerperiode viermal umgeschaltet wird, zeitlich nach­ einander weitergeleitet werden.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der einleitend genannten Art derart auszubilden, daß sie zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Vorgabe einer Form eines Ausgangssignals jeweils ein Schieberegister, ein Schrittgenerator und ein Sig­ nalformspeicher vorgesehen sind, zur Gewährleistung gleicher Amplituden in einem Zweig für die BPSK-Kompo­ nente eine Amplitudennormierung angeordnet ist und zur Zuführung der jeweiligen Komponenten zu einem Multiple­ xer ein Umschalter vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination ist es möglich, die I- und Q-Komponenten des digitalen Basis­ bandsignales, die jeweils die Werte "0" und "1" anneh­ men können, über einen Schiebevorgang zwischenzuspei­ chern und den Schiebevorgang mit einem Taktsignal zu koordinieren. Gemeinsam mit dem Schrittgenerator wird die Signalformvorgabe angesteuert, die beispielsweise als ein Speicher (PROM) ausgebildet sein kann. Durch das Zusammenwirken der einzelnen Baugruppen wird ein "Stored Wave Form Filter" ausgebildet. In den jeweili­ gen Speichern werden die Amplitudenwerte der zugehörigen Signalanteile abgespeichert. Durch den Schrittgenerator werden die Adressen generiert, die zu Auslesung der Speicher erforderlich sind. Zur Ver­ meidung von Überschwingern im Bereich des aus den Komponenten ausgebildeten Filters ist es zweckmäßig, alle Amplitudenwerte auf den maximal annehmbaren Wert zu normieren. Ein wesentliches Merkmal besteht darin, daß die digitalen I- und Q-Komponenten die Phasenab­ weichung des Trägersignales und damit die Modulation vorgeben.

Eine einfache Realisierung des Schiebevorganges kann dadurch erfolgen, daß der Schiebevorgang mit Hilfe eines digitalen Schieberegisters durchgeführt wird.

Zur Glättung des Ausgangssignales der Digital-Analog- Wandlung wird vorgeschlagen, daß nach der Digital- Analog-Wandlung eine Tiefpaßglättung durchgeführt wird.

Eine zweckmäßige Ansteuerung des Multiplexers erfolgt dadurch, daß der Multiplexer von einem Zwei-Bit-Zähler angesteuert wird, dem ein mehrfaches der Trägerfrequenz zugeführt wird.

Insbesondere ist es zur Verarbeitung der vier dem Mul­ tiplexer zugeführten Signale zweckmäßig, daß sowohl dem Zähler als auch einem Digital-Analog-Wandler eine vier­ fache Trägerfrequenz zugeführt wird.

Zur Bereitstellung eines O-QPSK-Signales wird vorge­ schlagen, daß eine Änderung der I- und Q-Komponente zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt wird.

Zur selektiven Vorgabe des Spektrums des O-QPSK-Signa­ les wird vorgeschlagen, daß eine Filterung zur Generie­ rung von O-QPSK-Signalen durchgeführt wird.

Eine Umschaltung zwischen BPSK- und O-QPSK-Signalen ohne Amplitudenschwankungen wird dadurch ermöglicht, daß zur Bereitstellung gleichmäßiger Amplitudenwerte für BPSK- und QPSK-Signale eine Amplitudensteuerung durchgeführt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung schematisch dargestellt. Die Zeichnung stellt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Zusammenwir­ kens der wesentlichen Komponenten dar. Das Blockschalt­ bild kann dabei sowohl als Ablaufdiagramm zur Veran­ schaulichung der Verfahrensweise als auch gegenständ­ lich zur Veranschaulichung der schaltungstechnischen Komponenten interpretiert werden.

Die Schaltungsanordnung zur Modulation besteht im we­ sentlichen aus einem I-Eingang (12) und einem Q-Eingang (13) für die I- und Q-Komponenten eines Niederfrequenz­ signals, das zur Durchführung der Modulation mit einem Hochfrequenzsignal kombiniert werden soll. Die I-Kompo­ nente wird einem Filter (14) und die Q-Komponente einem Filter (15) zugeführt. Die Filter (14, 15) bestehen aus Schieberegistern (1a, 1b), Schrittgeneratoren (3a, 3b) sowie Signalformspeichern (2a, 2b). Die Schieberegister (1a, 1b) werden von einem Taktsignal koordiniert, das an einem Taktsignalanschluß (16) anliegt. Die Schritt­ generatoren (3a, 3b) generieren Adressen zum Auslesen der Signalformspeicher (2a, 2b). Die I- und Q-Komponen­ ten werden ebenfalls Amplitudennormierungen (5a, 5b) zugeführt, an deren Ausgang BPSK-Signale mit vorgege­ benem Amplitudenverlauf abgreifbar sind. Am Ausgang der Filter (14, 15) sind die gefilterten I- und Q-Signale verfügbar. Über Umschalter (4a, 4b) werden die I- und Q-Signale einem Multiplexer (9) zugeführt. Mit Hilfe von Invertern (7, 8) erfolgt sowohl eine unmittelbare als auch eine invertierte Zufuhr. Der Multiplexer (9) ist an einen Zähler (6) angeschlossen, der als Zwei- Bit-Zähler ausgebildet ist. Zur selektiven Weiter­ leitung von vier Eingangssignalen X, -X, Y und -Y wird durch den Zwei-Bit-Zähler eine Eins-Aus-Vier-Auswahl getroffen. Der Zähler nimmt einen Wert im Intervall von 0 bis 3 an und steuert den Multiplexer. Der Ausgang des Multiplexers (9) ist an einen Digital-Analog-Wandler (10) angeschlossen, der von einem Generator (17) zur Bereitstellung des Trägersignals getaktet wird. Insbe­ sondere ist daran gedacht, den Generator (17) mit der 4-fachen Frequenz des Trägersignals zu betreiben. Zur Steuerung der Umschalter (4a, 4b) ist ein Steueran­ schluß (18) vorgesehen. Der Generator taktet zusätzlich auch den Zwei-Bit-Zähler.

Ein Betrieb der Schaltungsanordnung kann beispielsweise derartig erfolgen, daß während eines Taktes, der über den Taktsignalanschluß (16) zugeführt wird, fünfhundert Amplitudenwerte ausgegeben werden. Der Schrittgenerator erzeugt dabei die erforderlichen fünfhundert Adressen, um die betreffenden Amplitudenwerte aus den Signalform­ speichern (2a, 2b) auszulesen. Entsprechend der Dar­ stellung in der Zeichnung wird somit die binäre I-Folge zu einer X-Folge und einem I-Signal-Takt werden fünf­ hundert X-Werte zugeordnet. Entsprechendes gilt für die Q-Folge, die in eine Y-Folge umgewandelt wird.

Über die Amplitudennormierungen (5a, 5b) werden bei der Generierung der BPSK-Signale den binären Werten ent­ sprechend normierte Amplitudenwerte zugeordnet.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform werden für BPSK die I- und Q-Signale ungefiltert und für QPSK die gefilterten I- und Q-Signale den Umschal­ tern (4a, 4b) zugeleitet. Bei einer Aktivierung des BPSK-Signales wird die Schaltungsanordnung derart ange­ steuert, daß das I-Signal gleich dem Q-Signal ist.

Zur Bereitstellung eines phasenmodulierten Hoch Frequenzsignales am Ausgang (19) werden aufgrund der An­ steuerung durch den Multiplexer (9) vier Werte einer sinusförmigen Schwingung über den Digital-Analog-Wand­ ler (10) ausgegeben. Das hierbei zunächst entstehende treppenförmige Signal wird vom Tiefpaß (11) geglättet.

Die Koordinierung des Ablaufes zur Durchführung der Phasenmodulation erfolgt aufgrund der Zuordnung:

I = 1 und Q = 1 von 45°,
I = 0 und Q = 1 von 135°,
I = 0 und Q = 0 von -135°,
I = 1 und Q = 0 von -45°

Diese Definition der I- und Q-Komponenten wird der Aus­ gabe der X- und Y-Werte über die folgende Tabelle zuge­ ordnet:

Durch die Durchführung des Verfahrens ist es selbst bei einer Verwendung von TTL-Technologie möglich, direkt Trägerausgangsfrequenzen bis zu 10 MHz zu erzeugen.

Ohne zwangsläufige Verwendung von Abgleichelementen, beispielsweise Trimmkondensatoren oder Potentiometern, ist es möglich, für die Phasenmodulation sehr präzise Winkel und Amplitudenwerte zu erreichen. Aufgrund der digitalen Realisierung wird darüber hinaus eine gute Temperaturunabhängigkeit erzielt.

Die hohen Genauigkeiten resultieren beispielsweise auch daraus, daß die Filter (14, 15) mit einer gleichen Ver­ zögerungszeit realisiert werden können und Gruppenlauf­ zeitschwankungen vermieden werden. Bei einer Umschal­ tung von gefilterter auf ungefilterte Phasenmodulation werden die Amplituden der jeweiligen Modulationsart ohne Abgleichelemente auf der digitalen Seite der Schaltung sehr genau auf einem gleichen Niveau gehal­ ten. Es ist somit eine komfortable Umschaltung von breitbandiger Phasenmodulation und bandbegrenzter Modu­ lation möglich.

Claims (11)

1. Verfahren zur Modulation, bei dem I- und Q- Komponenten eines mit einem Trägersignal zu kombi­ nierenden Niederfrequenzsignales zur Durchführung der Modulation verwendet werden, insbesondere zur wahlweisen Generierung von phasenmodulierten BPSK- oder QPSK-Signalen im Bereich der Satelliten­ kommunikation, dadurch gekennzeichnet, daß die I- und Q-Komponenten des digitalen Basisbandsignales über einen digitalen Schiebevorgang gemeinsam mit einem Schrittgenerator (3a, 3b) eine Signalformvor­ gabe ansteuern und die jeweilige Modulation vorge­ ben und daß vor der Durchführung einer Digital- Analog-Wandlung die einzelnen aus den I- und Q- Signalen abgeleiteten Signalkomponenten über einen Multiplexer (9), der pro Trägerperiode viermal um­ geschaltet wird, zeitlich nacheinander weiterge­ leitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiebevorgang mit Hilfe eines digitalen Schieberegisters (1a, 1b) durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach der Digital-Analog-Wandlung eine Tiefpaßglättung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (9) von einem Zwei-Bit-Zähler (6) angesteuert wird, dem ein mehr­ faches der Trägerfrequenz zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 ,dadurch gekennzeichnet, daß sowohl dem Zähler (6) als auch einem Digital- Analog-Wandler (10) eine vierfache Trägerfrequenz zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der I- und Q-Kom­ ponente zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchge­ führt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterung zur Generierung von O-QPSK-Signalen durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung gleichmäßi­ ger Amplitudenwerte für BPSK- und QPSK-Signale eine Amplitudensteuerung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausblendung von modulationsbedingten zusätzlichen Signalbändern eine digitale Vorfilterung durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung nach dem "Stored-Wareform- Prinzip" durchgeführt wird.

11. Schaltungsanordnung zur Modulation, die zur Gene­ rierung von phasenmodulierten BPSK- oder QPSK- Signalen Filter zur Bandbegrenzung von I- und Q- Komponenten in den Zweigen zur Bildung der QPSK- Signale aufweist, insbesondere zur wahlweisen Gene­ rierung der BPSK- oder QPSK-Signale im Bereich der Satellitenkommunikation, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe einer Form eines Ausgangssignales jeweils ein Schieberegister (1a, 1b), ein Schritt­ generator (3a, 3b) und ein Signalformspeicher (2a, 2b) vorgesehen sind, zur Gewährleistung gleicher Amplituden in einem Zweig für die BPSK-Komponente eine Amplitudennormierung (5a, 5b) angeordnet ist und zur Zuführung der jeweiligen Komponenten zu einem Multiplexer (9) ein Umschalter (4a, 4b) vor­ gesehen ist.