DE3889296T2 - PSK-Modulation mit einem Fehlerkorrekturspeicher. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Phasenumtastungs- (PSK-) Modulationsschaltung für digitale Kommunikationssysteme.
• Bei digitalen Kommunikationssystemen, insbesondere bei Satellitennetzwerken werden Präzisions-PSK-Modulatoren verwendet, die zwischen Datenendgeräten und Übertragungsmedien geschaltet werden. Aufgrund der inhärenten nichtlinearen Kennlinien der Dioden und der Transistoren, durch die ein derartiger PSK-Modulator gebildet wird, variiert das Frequenzverhalten von einer Vorrichtung zur anderen. Um eine Hochpräzisions-PSK-Modulationsfunktion zu gewährleisten, waren mabuelle Einstellungen erforderlich, um Modulationsphasenfehler und Modulationsamplitudenfehler immer dann zu korrigieren, wenn die Trägerfrequenz geändert wird, um Daten eines ausgewählten Kanals zu übertragen.
• In der US-A-4321706 wird ein Modulator beschrieben, durch den eine frequenzvariable Trägerwelle mit einem digitalen Signal eines aus mehreren Kanälen ausgewählten Kanals moduliert wird.
• Bei einem herkömmlichen Satellitenkommunikationssystem, wie beispielsweise Intelsat Business Service, bei dem maximal 3200 Kanäle auf einem 140 MHz-Zwischenfrequenzband verfügbar sind, wird ein Hochpräzisions-Empfangsoszillator verwendet, um dem PSK-Modulator eine mit einem digitalen Basisbandsignal eines ausgewählten Kanals zu modulierende Trägerwelle mit einer konstanten Frequenz zuzuführen, wobei die Frequenz des Ausgangssignals des Modulators durch einen Mischer umgewandelt wird, dem eine frequenzvariable Trägerwelle von einem Kanalsynthetisator zugeführt wird. Obwohl durch das herkömmliche PSK-Modulationsverfahren häufige Angleichungen beseitigt werden können und sich deren Funktion als zufriedenstellend erweist, werden durch den Frequenzumwandlungsprozeß unerwünschte Signale erzeugt und wird eine zusätzliche Schaltung zum Eliminieren dieser unerwünschten Signale benötigt. Außerdem werden durch die Verwendung eines Empfangsoszillators die Komplexität und die Gesamtkosten des Systems erhöht.
• Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Hochpräzisions-PSK-Modulationsschaltung bereitzustellen, die in einem Breitband-Digitalkommunikationssystem verwendet werden kann, bei dem die Trägerfrequenz zum Modulieren eines ausgewählten Datenkanals verändert wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
• Ferner weist die beschriebene Modulationsschaltung einen binären PSK- (Phasenumtastungs-) Modulator zum Modulieren einer frequenzvariablen Trägerwelle mit einem aus mehreren Kanälen ausgewählten Digitalsignal auf. Mehrere Fehlerkorrekturwerte werden in den Kanälen entsprechenden Speicherstellen eines Speichers gespeichert, wobei jeder der Fehlerkorrekturwerte eine Abweichung der inhärenten Betriebsmerkmale bzw. -kennzahlen des Modulators bei einem Betrieb bei einer bestimmten Frequenz der Trägerwelle von vorgegebenen Betriebskennzahlen darstellt. Die Trägerwelle wird durch einen Kanalsynthetisator erzeugt, wobei deren Frequenz entsprechend dem ausgewählten Kanal verändert wird. Der Speicher wird so adressiert, daß ein Fehlerkorrekturwert aus einem Speicherplatz, der dem ausgewählten Kanal entspricht, auf eine Fehlerkorrekturschaltung ausgelesen wird, um die Abweichung des Modulators zu korrigieren.
• Ferner wird eine Quadratur-Phasenumtastungs- (PSK-) Modulationsschaltung beschrieben, die einen ersten binären PSK-Modulator zum Modulieren einer ersten frequenzvariablen Trägerwelle mit dem digitalen Signal eines ersten ausgewählten Kanals und einen zweiten binären PSK-Modulator zum Modulieren einer zweiten frequenzvariablen Trägerwelle mit dem digitalen Signal eines zweiten ausgewählten Kanals aufweist. Die zweite frequenzvariable Trägerwelle hat die gleiche Frequenz wie die erste Trägerwelle und ist bezüglich dieser um 90 Grad phasenverschoben. Der Speicher speichert mehrere Sätze erster, zweiter und dritter Fehlerkorrekturwerte in den Datenkanälen entsprechenden Speicherstellen, wobei der erste und der zweite Fehlerkorrekturwert Abweichungen der inhärenten Betriebskennzahlen des ersten und des zweiten PSK-Modulators beim Betrieb bei einer bestimmten Frequenz der Trägerwellen von vorgegebenen Betriebskennzahlen darstellen und der dritte Fehlerkorrekturwert eine Phasenabweichung eines der bei einer bestimmten Frequenz betriebenen Modulatoren von einer vorgegebenen Phase darstellt. Ein Satz der ersten, zweiten und dritten Fehlerkorrekturwerte wird aus einer der den ausgewählten Kanälen entsprechenden Speicherstellen ausgelesen. Die aus dem Speicher ausgelesenen ersten und zweiten Fehlerkorrekturwerte werden ersten und zweiten Fehlerkorrekturschaltungen zum Korrigieren der Betriebskennzahlen des ersten und des zweiten PSK- Modulators zugeführt. Der dritte Fehlerkorrekturwert vom Speicher wird einem variablen Phasenschieber zugeführt, um die Phase der ersten oder der zweiten frequenzvariablen Trägerwelle zu verschieben, um die Phasenabweichung zu korrigieren.
• Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Abbildungen ausführlich beschrieben; es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Quadratur-PSK-Modulationsschaltung;
• Fig. 2a und 2b Schaltbilder jedes der Mischer von Fig. 1;
• Fig. 3 ein Blockdiagramm einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 4 ein Schaltbild jedes der Mischer von Fig. 3.
• Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Quadratur-PSK (Phasenumtastungs-) Modulationssystems (QPSK-Modulationssystem). Das QPSK-Modulationssystem empfängt an Eingangsanschlüssen 1 bzw. 2 ein Paar von I- und Q-Kanal-Basisband-Digitalsignalen von einer nicht dargestellten Programmquelle eines Systems, wie beispielsweise Intelsat Business Service, bei dem 3200 Datenkanäle mit einer 140 MHz-Zwischenfrequenz oder 1600 Datenkanäle mit einer 70 MHz Zwischenfrequenz verfügbar sind. Die empfangenen I- und Q-Kanalsignale werden über jeweilige Wellenformungs-Tiefpaßfilter 10i und 10q I- und Q-Kanal-Binär-PSK- Modulatoren oder Mischern 11i und 11q zugeführt. Das Modulationssystem weist eine Kanalverarbeitungseinrichtung 3 auf, die ein Kanalwahlsignal von der Programmquelle empfängt und Kanalidentifizierungen erzeugt, die die I- und Q-Kanal-Digitalsignale an den Eingangsanschlüssen 1 und 2 sowie ein Frequenzsteuersignal identifizieren. Die Kanalidentifizierungen werden einer Speichersteuereinrichtung 4 und das Frequenzsteuersignal einem Kanalsynthetisator 9 zugeführt, der eine Trägerwelle bei einer den ausgewählten Kanälen entsprechenden Frequenz erzeugt. Diese Trägerwelle wird einem 90-Grad- Phasenschieber/-teiler 12 zugeführt, wo die Trägerwelle in zwei Komponenten aufgeteilt wird, wobei eine Komponente durch den Phasenteiler um 90 Grad phasenverschoben wird, und einer Verbindungsstelle zwischen einer variablen Kapazitätsdiode 14a und einem Widerstand 14b zugeführt wird, die in Serie geschaltet sind, um einen variablen Phasenteiler 14 zu bilden, um eine variable Phasenverschiebung bezüglich einem vorgegebenen Mittelwert gemäß einem einem Ende des Widerstands 14b zugeführten Phasensteuersignals zu erzeugen. Die andere Komponente der Trägerwelle wird durch den Phasenteiler 12 nicht verzögert und einer Verzögerungsleitung 13 mit einer konstanten Verzögerungszeit zugeführt, die dem Mittelwert des variablen Phasenteilers 14 gleich ist. Die Trägerwellenausgangssignale der Verzögerungsleitung 13 und des variablen Phasenschiebers 14 stehen miteinander in quadratischer Phasenbeziehung und werden den Mischern 11i bzw. 11q zugeführt, um mit den 1- und Q-Kanalsignalen modifiziert zu werden.
• Die Speichersteuereinrichtung 4 dekodiert die Eingangskanalidentifizierer und führt n-Bit-Kanaldaten einem Festwertspeicher (ROM) 5 und Bausteinauswahldaten Korrekturdatenspeichern 6, 7 und 8 sowie dem Speicher 5 zu. Jeder der Mischer 11i und 11q besitzt aufgrund von dessen besonderen physikalischen Kenngrößen inhärente Betriebskennzahlen bezüglich der Trägerfrequenz jedes Datenkanals, wodurch Abweichungen von festen Betriebsdaten bzw. -bedingungen verursacht werden können. Um eine konsistente PSK-Modulationsfunktion über verschiedene Trägerfrequenzen zu gewährleisten, speichert der ROM 5 numerische Modulations-Fehlerkorrekturdaten für jeden der Mischer 11i und 11q in Zellenplätzen, die als eine Funktion einer Trägerfrequenz adressierbar sind, die durch die n-Bit-Kanaldaten und die Bausteinauswahldaten dargestellt wird. Die Fehlerkorrekturdaten werden auf diese Weise in Antwort auf die Kanaldaten aus dem ROM 5 ausgelesen und jeweils den Korrekturdatenspeichern 6, 7 und 8 zugeführt. Die gespeicherten Daten werden durch Digital/Analog- (D/A-) Wandler 15, 16 und 17 in eine analoge Form umgewandelt und den Steueranschlüssen der Mischer 11i und 11q sowie dem variablen Phasenschieber 14 zugeführt. Gemäß den Fehlerkorrekturdaten von den D/A-Wandlern 15 und 16 werden die frequenzabhängigen Phasenmodulationsfehler der Mischer 11i und 11q korrigiert, wobei gemäß dem Phasensteuersignal vom D/A-Wandler 17 der frequenzabhängige Phasenfehler dieser Mischer durch den variablen Phasenschieber 14 korrigiert wird. Auf diese Weise können die PSK-Modulationskennlinien der Mischer 11i und 11q für jedes Paar der I- und Q-Kanäle präzise gesteuert werden. Die Ausgangssignale der Mischer 11i und 11q werden durch einen Multiplexer 18 kombiniert, um einem Ausgangsanschluß 19 zugeführt zu werden.
• In Fig. 2a und 2b sind die Details jedes der Mischer 11i und 11q von Fig. 1 dargestellt. In Fig. 2a weist jeder Mischer eine erste Spannungsmischschaltung oder eine Differentialschaltung 20, eine zweite Spannungsmischschaltung 21 und einen doppelt-abgeglichenen Modulator 22 des Typs auf, der in Sygnetics' Application Manual, Seiten 186-189 beschrieben ist. Die erste Spannungsmischschaltung 20 wird durch ein Paar Transistoren 23 und 24 gebildet, deren Kollektoren jeweils über Widerstände 25, 26 mit einer positiven Vorspannungsquelle 27 und deren Emitter gemeinsam mit einem Ende eines Widerstandes 28 verbunden sind, dessen anderes Ende mit einer negativen Vorspannungsguelle 29 verbunden ist. Die Basis des Transistors 23, die über einen Widerstand 30 geerdet ist, ist mit dem Anschluß 31 verbunden, dem die zugeordneten Kanaldaten zugeführt werden. Die Basis des Transistors 24, die ebenfalls über einen Widerstand 32 geerdet ist, ist durch einen Widerstand 33 mit einem Anschluß 34 verbunden, dem die analoge Fehlerkorrekturspannung vom zugeordneten D/A-Wandler 15 oder 16 zugeführt wird. Die über die Kollektoren der Transistoren 23 und 24 erhaltenen Spannungen stellen die Summe der den Anschlüssen 31 und 34 zugeführten Spannungen dar und werden dem positiven und dem negativen Signaleingangsport des doppelt-abgeglichenen Modulators 22 zugeführt. Die zweite Spannungsmischschaltung 21 weist Widerstände 35 und 36 auf, die zwischen der Masse und der Vorspannungsquelle 37 in Serie geschaltet sind. Das zugeordnete Trägerwelleneingangssignal wird über einen Anschluß 38 und einen Kondensator 39 einer Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 35 und 36 zugeführt und zur Vorspannung von der Quelle 37 addiert, wobei die Summenspannung an der Verbindungsstelle einem Trägerwelleneingangssignalport des doppelt-abgeglichenen Modulators 22 zugeführt wird.
• In Fig. 2b kann die Fehlerkorrekturspannung vom zugeordneten D/A-Wandler 15 oder 16 über den Anschluß 41 mit dem Widerstand 35 der Spannungsmischschaltung 22 verbunden und zum Trägerwelleneingangssignal vom Anschluß 38 addiert werden, während die Basis des Transistors 24 über den Widerstand 33 mit einer Vorspannungsquelle 40 verbunden ist.
• Fig. 3 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, dienen Korrekturdatenspeicher 6A und 6B zum Speichern der jeweils mit den I-Kanaldaten und dem Trägerwelleneingangssignal durch den Mischer 11i zu kombinierenden Korrekturdaten, wobei Korrekturdatenspeicher 7A und 7B vorgesehen sind, um jeweils mit den Q-Kanaldaten und der 90-Grad phasenverschobenen Trägerwelle durch den Mischer 11q zu kombinierende Korrekturdaten zu speichern. Die digitalen Ausgangssignale der Datenspeicher 6A und 6B werden jeweils durch D/A-Wandler 15A und 15B und diejenigen der Datenspeicher 7A und 7B jeweils durch D/A-Wandler 16A und 16B in eine analoge Form umgewandelt. Die analogen Ausgangssignale der D/A-Wandler 15A und 15B werden dem Mischer 11i und diejenigen der D/A-Wandler 16A und 16B dem Mischer 11q zugeführt.
• Jeder der Mischer 11i und 11q von Fig. 3 ist in Fig. 4 ausführlich dargestellt. Die Fehlerkorrekturspannung vom D/A-Wandler 15A oder 16A wird über den Anschluß 50 und den Widerstand 33 der Basis des Transistors 24 zugeführt und zu den zugeordneten Kanaldaten addiert und die Fehlerkorrekturspannung vom D/A-Wandler 15B oder 16B wird über den Anschluß 52 und den Widerstand 35 dem Trägerwelleneingang des doppelt-abgeglichenen Modulators 22 zugeführt und zum zugeordneten Trägerwelleneingangssignal addiert.
• Die vorstehende Beschreibung zeigt nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch auf eine binäre PSK-Modulationsschaltung angewendet werden, bei der die Fehlerkorrektur durch einen einzelnen Mischer vorgenommen wird, wobei auf den bei der Quadratur-PSK-Modulationsschaltung verwendeten variablen Phasenschieber verzichtet wird.

Claims (6)

1. Modulationsschaltung mit:

einem ersten binären PSK- (Phasenumtastungs-) Modulator (11i, 22) zum Modulieren einer ersten frequenzvariablen Trägerwelle mit einem digitalen Signal eines ersten aus mehreren Kanälen ausgewählten Kanals;

einem zweiten binären PSK-Modulator (11q, 22) zum Modulieren einer zweiten frequenzvariablen Trägerwelle mit einem digitalen Signal eines zweiten aus mehreren Kanälen ausgewählten Kanals, wobei die zweite frequenzvariable Trägerwelle die gleiche Frequenz besitzt wie die erste Trägerwelle und bezüglich dieser um 90 Grad phasenverschoben ist, wobei die PSK-Modulatoren inhärente Betriebskenndaten aufweisen, die als Funktion der Frequenz der ersten und der zweiten frequenzvariablen Trägerwellen veränderlich sind;

einer Einrichtung (9) zum Erzeugen einer ersten und einer zweiten frequenzvariablen Trägerwelle und zum Ändern von deren Frequenzen entsprechend den ausgewählten Kanälen;

gekennzeichnet durch:

eine Speichereinrichtung (5, 6, 7, 8) zum Speichern mehrerer Sätze erster, zweiter und dritter Fehlerkorrekturwerte in den mehreren Kanälen entsprechenden Speicherstellen, wobei die ersten und die zweiten Fehlerkorrekturwerte Abweichungen der inhärenten Betriebskenndaten des ersten und des zweiten PSK-Modulators bei einem Betrieb bei einer bestimmten Frequenz der Trägerwellen von vorgegebenen Betriebskenndaten darstellen und der dritte Fehlerkorrekturwert eine Phasenabweichung eines der Modulatoren bei der bestimmten Frequenz von einer vorgegebenen Phase darstellt;

eine Einrichtung (4) zum Adressieren der Speichereinrichtung und zum Auslesen eines Satzes der ersten, zweiten und dritten Fehlerkorrekturwerte aus einem der den ausgewählten Kanälen entsprechenden Speicherstellen;

eine erste Fehlerkorrektureinrichtung (20; 21) zum Korrigieren der Betriebskenndaten des ersten PSK-Modulators in Antwort auf den aus der Speichereinrichtung ausgelesenen ersten Fehlerkorrekturwert;

eine zweite Fehlerkorrektureinrichtung (21; 20) zum Korrigieren der Betriebskenndaten des zweiten PSK- Modulators in Antwort auf den aus der Speichereinrichtung ausgelesenen zweiten Fehlerkorrekturwert; und

einen variablen Phasenschieber (14) zum Verschieben der Phase der ersten oder der zweiten frequenzvariablen Trägerwelle in Antwort auf den aus der Speichereinrichtung ausgelesenen dritten Fehlerkorrekturwert.

2. Modulationsschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste, der zweite und der dritte Fehlerkorrekturwert in digitaler Form in der Speichereinrichtung gespeichert sind, mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Digital/Analog-Wandler (15, 16, 17) zum Umwandeln der aus der Speichereinrichtung ausgelesenen digitalen ersten, zweiten und dritten Fehlerkorrekturwerte in erste, zweite bzw. dritte Analogsignale und zum Zuführen des ersten und des zweiten Analogsignals an die erste bzw. die zweite Fehlerkorrektureinrichtung und zum Zuführen des dritten Analogsignals an den variablen Phasenschieber.

3. Modulationsschaltung nach Anspruch 2, wobei die erste Fehlerkorrektureinrichtung eine erste Addiereinrichtung (11i, 20) zum Addieren der digitalen Signale des ersten ausgewählten Kanals zum ersten Analogsignal und zum Zuführen der addierten Signale an den ersten PSK-Modulator und die zweite Fehlerkorrektureinrichtung eine zweite Addiereinrichtung (11q, 20) zum Addieren des digitalen Signals des zweiten ausgewählten Kanals zum zweiten Analogsignal und zum Zuführen der addierten Signale an den zweiten PSK-Modulator aufweist.

4. Modulationsschaltung nach Anspruch 3, wobei der erste PSK-Modulator einen ersten abgeglichenen Modulator mit zwei Signaleingangsports und einem Trägerwelleneingangsport aufweist, dem die erste frequenzvariable Trägerwelle zugeführt wird, wobei die erste Addiereinrichtung eine Differentialschaltung zum differentiellen Addieren des digitalen Signals des ersten ausgewählten Kanals zum ersten Analogsignal und zum Zuführen der addierten Signale an die Eingangsports des ersten abgeglichenen Modulators aufweist und wobei der zweite PSK- Modulator einen zweiten abgeglichenen Modulator mit zwei Signaleingangsports und einem Trägerwelleneingangsport aufweist, dem die zweite frequenzvariable Trägerwelle zugeführt wird, wobei die zweite Addiereinrichtung eine Differentialschaltung zum differentiellen Addieren des digitalen Signals des zweiten ausgewählten Kanals zum zweiten Analogsignal und zum Zuführen der addierten Signale an die Signaleingangsports des zweiten abgeglichenen Modulators aufweist.

5. Modulationsschaltung nach Anspruch 3, wobei der erste PSK-Modulator einen ersten abgeglichenen Modulator mit zwei Signaleingangsports und einem Trägerwelleneingangsport aufweist, dem die erste frequenzvariable Trägerwelle zugeführt wird, mit einer ersten Differentialschaltung zum differentiellen Addieren des digitalen Signals des ersten ausgewählten Kanals zu einer ersten konstanten Vorspannung und zum Zuführen der addierten Ausgangssignale an die Signaleingangsports des ersten abgeglichenen Modulators, wobei das addierte erste Analogsignal und die erste frequenzvariable Trägerwelle dem Trägerwelleneingangsport des ersten abgeglichenen Modulators zugeführt werden und wobei der zweite PSK- Modulator einen zweiten abgeglichenen Modulator mit zwei Signaleingangsports und einem Trägerwelleneingangsport aufweist, dem die zweite frequenzvariable Trägerwelle zugeführt wird, und mit einer zweiten Differentialschaltung zum differentiellen Addieren des digitalen Signals des zweiten ausgewählten Kanals zu einer zweiten konstanten Vorspannung und zum Zuführen der addierten Ausgangssignale an die Signaleingangsports des zweiten abgeglichenen Modulators, wobei das addierte zweite Analogsignal und die zweite frequenzvariable Trägerwelle dem Trägerwelleneingangsport des zweiten abgeglichenen Modulators zugeführt werden.

6. Modulationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer Verzögerungseinrichtung (13) zum Erzeugen einer konstanten Phasenverzögerung der anderen der ersten bzw. zweiten frequenzvariablen Trägerwelle, wobei die konstante Phasenverzögerung einem Mittelwert der durch den variablen Phasenschieber (14) für die eine der ersten bzw. zweiten frequenzvariablen Trägerwelle erzeugten variablen Phasenverschiebung entspricht.