-
Die Erfindung betrifft eine Modulationseinrichtung und
insbesondere eine Modulationseinrichtung, die vorteilhaft bei
einem digitalen Funkkommunikationssystem mit
Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) mit mehreren Kennzuständen anwendbar,
aber nicht darauf beschränkt ist.
-
Eine neuere Errungenschaft im Bereich der digitalen
Kommunikationstechnik ist ein QAM-System mit mehreren
Kennzuständen, das die Hochleistungs-Datenübertragung
außerordentlich verbessert, z. B. ein QAM-System mit 16 oder mit 64
Kennzuständen. Bei einem Modulationssystem dieser Art wird die
belegte Bandbreite eines Modulationssignals stark eingeschränkt,
um unter anderem die rationelle Nutzung der begrenzten
Bandbreite zu unterstützen. Bei einer Modulationseinrichtung der
Art, die eine QAM-Welle mit mehreren Kennzuständen erzeugt,
sind üblicherweise Filter verwendet worden, die das QAM-Signal
in ein gewünschtes Frequenzband einengen, indem sie eine
Spektralformung mit Kosinusdämpfung bewirken. Eine derartige
Modulationseinrichtung kann so konstruiert werden, daß sie aus
zwei Gruppen von drei Datenströmen eine QAM-Welle mit 64
Kennzuständen oder 64-QAM-Welle erzeugt, wie dem Fachmann bekannt
ist. Eine Einrichtung dieses Typs weist Digital-Analog-(D/A)-
Umsetzer auf, die jeweils drei Datenströme in ein
8-Pegel-Signal umwandeln, wobei mit dem entsprechenden D/A-Umsetzer
jeweils zwei Filter zur Anwendung der Spektralformung mit
Kosinusdämpfung auf das 8-Pegel-Signal sowie ein Modulator mit
Vierphasenumtastung zur Verarbeitung der gefilterten 8-Pegel-
Signale unter Verwendung eines Lokaloszillators verbunden
sind, um eine QAM-Welle (64-QAM-Welle) zu übergeben, die einer
Spektralformung mit Kosinusdämpfung unterworfen wurde. Jedes
der Filter besteht aus einem Tiefpaßfilter zur Erzeugung einer
spektralen Wellenform mit Kosinusdämpfung, einem
Amplitudenentzerrer zur Umformung eines Datensignals ohne Rückkehr zu
Null oder NRZ-Datensignals in ein Impulssignal sowie einem
Laufzeitentzerrer zur Kompensation von Laufzeitverzerrungen,
die dem Tiefpaßfilter und dem Amplitudenentzerrer eigen sind.
Diese Komponenten müssen, als Ganzes gesehen, eine
Charakteristik aufweisen, die frei von Laufzeitverzerrungen ist und im
wesentlichen mit theoretischen Amplitudenwerten übereinstimmt.
Da jedoch die Anforderung an die Charakteristik des Filters
äußerst streng ist, ist die Einstellung zeit- und
arbeitsaufwendig. Daraus folgt, daß die Modulationseinrichtung
unverhältnismäßig groß und teuer ist.
-
In Anbetracht der oben beschriebenen Situation können
die Tiefpaßfilter durch binäre Transversalfilter (BTF) ersetzt
werden. Ein BTF, das eine digitale Signalverarbeitung
implementiert, macht Einstellungen überflüssig, und sein
Schaltungsumfang kann durch eine hohe Integrationsdichte verringert
werden. Binäre Transversalfilter (BTF) mit jeweils nur einem
Ein-Bit-Eingang können jedoch außer einer
Modulationseinrichtung mit Vierphasenumtastung keine Modulationseinrichtungen
implementieren, d. h. die Anwendung von BTF auf eine
QAM-Modulationseinrichtung mit 16 oder mehr Kennzuständen ist
undurchführbar.
-
Die US-A-4 404 532 offenbart einen Modulator mit je
einem D/A-Umsetzer und einem Formfilter, die für jedes der
beiden Eingangssignale in Serie geschaltet sind, und einem
verknüpfenden Addierglied. Die Filter und das Addierglied sind
Analogschaltungen.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine
Modulationseinrichtung mit einer Spektralformungsfunktion mit
Kosinusdämpfung zu schaffen, die sich trotzdem leicht an ein QAM-
System mit 16 oder mehr Kennzuständen anpassen läßt, ohne den
Umfang und die Kosten der Schaltung zu erhöhen. Diese Aufgabe
wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
-
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorzüge der
Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen deutlicher
hervorgehen. Dabei zeigen:
-
Fig. 1 ein schematisiertes Blockschaltbild einer
bekannten QAM-Modulationseinrichtung mit 64 Kennzuständen;
-
Fig. 2 ein schematisiertes Blockschaltbild einer
erfindungsgemäßen QAM-Modulationseinrichtung; und
-
Fig. 3 ein schematisiertes Blockschaltbild eines
anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung
wird kurz auf eine bekannte Modulationseinrichtung Bezug
genommen, die eine QAM-Welle mit mehreren Kennzuständen erzeugt,
insbesondere eine Modulationseinrichtung mit Verwendung von
Filtern zur Anwendung einer Spektralformung mit
Kosinusdämpfung auf Eingangsdatensignale, wie in Fig. 1 dargestellt.
Entsprechend der Darstellung moduliert die allgemein mit 10
bezeichnete bekannte Einrichtung zwei Gruppen von
Eingangssignalen, d. h. drei Datensignalströme (P&sub0;, P&sub1;, P&sub2;) und drei
Datensignalströme (Q&sub0;, Q&sub1;, Q&sub2;), um eine 64-QAM-Welle zu erzeugen.
-
Im einzelnen weist die Modulationseinrichtung 10 3-Bit-
Digital-Analog-(D/A)-Umsetzer 12a bzw. 12b auf, denen
Datensignalströme P&sub0;, P&sub1;, P&sub2; bzw. Q&sub0;, Q&sub1;, Q&sub2; zugeführt werden. Die
D/A-Umsetzer 12a und 12b wandeln die Eingangssignalströme in
8-Pegel-Signale P bzw. Q um. An die D/A-Umsetzer 12a und 12b
wird ein Taktsignal CLK angelegt. Filter 14a bzw. 14b
empfangen die 8-Pegel-Signale P bzw. Q, und führen an den einzelnen
Eingangssignalen eine Spektralformung mit Kosinusdämpfung aus,
um 8-Pegel-Signale Pa und Qa zu erzeugen. Die
Filter-Ausgangssignale Pa und Qa werden in einen
Vierphasenumtastungs-Modulator 16 eingespeist. Mit dem Vierphasenumtastungs-Modulator 16
ist ein Lokaloszillator 18 verbunden. Der
Vierphasenumtastungs-Modulator 16 moduliert das Ausgangssignal des
Lokaloszillators 18 mit den 8-Pegel-Signalen Pa und Qa, um eine QAM-
Welle (64-QAM-Welle) zu erzeugen, die einem
Spektralformungsprozeß mit Kosinusdämpfung unterworfen worden ist. Jedes der
Filter 14a und 14b besteht aus einem Tiefpaßfilter zum
Erzeugen einer spektralen Wellenform mit Kosinusdämpfung, einem
Amplitudenentzerrer zum Umformen eines Datensignals ohne
Rückkehr zu Null (NRZ-Datensignal) in ein Impulssignal und einem
Laufzeitentzerrer zur Kompensation von Laufzeitverzerrungen,
die dem Tiefpaßfilter und dem Amplitudenentzerrer eigen sind.
Während die Modulationseinrichtung 10 auf das Basisband
anwendbar ist, wird eine in einem ZF-Band (Zwischenfrequenzband)
betreibbare Modulationseinrichtung gewöhnlich durch Bandfilter
für die Spektralformung mit Kosinusdämpfung implementiert.
-
Ein Problem bei der bekannten Modulationseinrichtung 10
besteht darin, daß die für jedes Filter 14a oder 14b
erforderliche Charakteristik durch die Kombination vieler Komponenten
zustande kommt, wodurch äußerst mühsame Einstellungen
notwendig werden. Daraus folgt, daß die Modulationseinrichtung 10
bei Verwendung der Filter 14a und 14b unverhältnismäßig groß
und teuer ist, wie bereits erörtert. Dieses Problem läßt sich
beheben, indem man die Tiefpaßfilter 14a und 14b durch binäre
Transversalfilter (BTF) ersetzt. Wie ebenfalls schon
festgestellt, ist jedoch die Anwendung von BTFs auf eine
QAM-Modulationseinrichtung mit 16 oder mehr Kennzuständen
undurchführbar, da BTFs nur jeweils einen Ein-Bit-Eingang aufweisen und
außer einer Modulationseinrichtung mit Vierphasenumtastung
keine Modulationseinrichtungen implementieren können.
-
In Fig. 2 der Zeichnungen ist eine erfindungsgemäße
Modulationseinrichtung dargestellt und allgemein mit 20
bezeichnet. In den Zeichnungen sind ähnliche Komponenten oder
Bauelemente durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und eine
unnötig wiederholte Beschreibung wird der Einfachheit halber
vermieden. Entsprechend der Darstellung setzt sich die
Modulationseinrichtung 20 aus Digitalfiltern 22a und 22b,
D/A-Umsetzern 12a und 12b, einem Vierphasenumtastungs-Modulator 16,
einem Lokaloszillator 18 und einem Verdoppler 24 zusammen.
Jedes der Digitalfilter 22a und 22b weist Schieberegister SR1
bis SR5, denen jeweils ein Zeitschlitz zugewiesen ist,
Multiplizierglieder MX1 bis MX5 und ein Addierglied ADD auf. Die
Digitalfilter 22a und 22b werden jeweils durch ein im Handel
erhältliches Digitalfilter mit einer Auflösung von acht Bits
und mit fünf Abgriffen implementiert und können daher von
Datenströmen jeweils acht Bits auf einmal verarbeiten. Wenn die
Modulationseinrichtung 20 bei einem 64-QAM-System eingesetzt
wird, werden die Eingangsdatensignale P&sub0;, P&sub1;, P&sub2; bzw. Q&sub0;, Q&sub1;,
Q&sub2; an die ersten bis dritten Bits der Eingangsanschlüsse der
einzelnen Digitalfilter 22a bzw. 22b angelegt, während an die
vierten bis achten Bits der Eingangsanschlüsse der
Digitalfilter 22a und 22b eine (logische) NULL angelegt wird. Da die 8-
Bit-Datenfolgen einzeln an die acht Eingangsanschlüsse des
zugeordneten Digitalfilters 22a oder 22b angelegt werden,
werden sie von den Schieberegistern SR1 bis SR5 sequentiell um je
einen Zeitschlitz verschoben. Ein Schiebetakt, der den
Schieberegistern SR1 bis SR5 die Ausführung solcher Operationen
ermöglicht, wird durch den Verdoppler 24 erzeugt, der den
Eingangstakt CLK verdoppelt. Daher werden die Schieberegister SR1
bis SR5 mit doppelter Überabtastungsfrequenz betrieben.
-
Die von den einzelnen Schieberegistern SR1 bis SR5
ausgegebenen und sequentiell um je einen Zeitschlitz verschobenen
8-Bit-Datenströme werden jeweils in die Multiplizierglieder
MX1 bis MX5 eingespeist, die den Schieberegistern SR1 bis SR5
zugeordnet sind. Die Multiplizierglieder MX1 bis MX5
multiplizieren die ankommenden Paralleldaten jeweils mit den
Wichtungskoeffizienten C&sbplus;&sub2;, C&sbplus;&sub1;, C&sub0;, C&submin;&sub1; bzw. C&submin;&sub2;. Die
Wichtungskoeffizienten C&sbplus;&sub2; bis C&submin;&sub2; haben feste Werte, die so gewählt
sind, daß eine Charakteristik erzielt wird, die der
Charakteristik eines Filters mit Kosinusdämpfung äquivalent ist. Im
erläuternden Ausführungsbeispiel hat jeder
Wichtungskoeffizient acht Bits. Die Ausgangssignale der Multiplizierglieder
MX1 bis MX5 werden durch das Addierglied ADD addiert. Im
Ergebnis erscheint am Ausgang des Addiergliedes ADD. d. h. am
Ausgang des Digitalfilters 22a oder 22b, ein
8-Bit-Datenstromsignal, das einer Spektralformung mit Kosinusdämpfung
unterworfen worden ist. Dieses 8-Bit-Datenstromsignal wird durch
den D/A-Umsetzer 12a bzw. 12b, der auf der Frequenz 2 CLK
arbeitet, in ein Analogsignal Pa bzw. Qa umgewandelt, das in den
Vierphasenumtastungs-Modulator 16 eingespeist wird.
Infolgedessen erzeugt der Vierphasenumtastungs-Modulator 16 an seinem
Ausgangsanschluß eine 64-QAM-Welle, die wie die herkömmliche
64-QAM-Welle eine Spektralformung mit Kosinusdämpfung erfahren
hat.
-
Die Charakteristik der Digitalfilter 22a und 22b ist
zwar von den Wichtungskoeffizienten C&sbplus;&sub2; bis C&submin;&sub2; abhängig, wird
aber mit zunehmender Anzahl der Abgriffe der Charakteristik
des Filters mit Kosinusdämpfung ähnlicher. Da jedes der
Digitalfilter 22a und 22b mit doppelter Überabtastungsrate
betrieben wird, enthält ihr Ausgangssignal eine unerwünschte
Rauschkomponente
mit der Frequenz 2CLK. Trotzdem gelingt es nur
dann, ein zusätzliches Analogfilter zum Entfernen der
unnötigen Komponente überflüssig zu machen, wenn man eine
verhältnismäßig hohe Überabtastungsfrequenz wählt, um die
Rauschkomponente nach höheren Frequenzen hin zu verschieben.
-
Mit der Modulationseinrichtung 20 kann sogar eine QAM-
Welle mit mehr als 256 Kennzuständen erzeugt werden. Dies wird
einfach dadurch bewerkstelligt, daß Datenströme zur Modulation
an das erste bis vierte Bit jedes der Digitalfilter 22a und
22b angelegt werden. Um die Leistung weiter zu erhöhen, kann
man Digitalfilter mit einer Auflösung von jeweils neun oder
zehn Bits einsetzen.
-
Die dargestellten und beschriebenen Digitalfilter 22a
und 22b sind lediglich anschauliche Beispiele für im Handel
erhältliche Digitalfilter und können durch Digitalfilter einer
beliebigen anderen geeigneten Art implementiert werden.
Beispielsweise kann jedes Digitalfilter so konstruiert werden,
daß die Eingangssignale direkt in die Multiplizierglieder MX1
bis MX5 eingespeist und die Ausgangssignale der
Multiplizierglieder MX1 bis MX5 durch das Addierglied ADD addiert werden,
nachdem sie durch die Schieberegister SR1 bis SR5 individuell
verschoben worden sind.
-
Falls die Digitalfilter 22a und 22b als selbständige
Teile implementiert werden, kann jedes der Schieberegister SR1
bis SR5 durch ein Schieberegister des Typs gebildet werden der
Eingangsdaten um die kleinste notwendige Bitzahl verschiebt,
z. B. drei parallele Bits im Falle eines 64-QAM-Systems um
einen Zeitschlitz.
-
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß jedes der beiden
Digitalfilter n-Bit-Datenströme mittels Schieberegistern in
mehreren Schritten verschiebt, so daß von den jeweiligen
Verschiebestufen ausgegebene und sequentiell um einen Zeitschlitz
verschobene B-Bit-Datenströme einer Gruppe von
Multipliziergliedern zugeführt werden. Die Multiplizierglieder
multiplizieren die Eingangsdatenströme einzeln mit
Wichtungskoeffizienten von jeweils A Bit. Die Ausgangssignale der
Multiplizierglieder werden durch ein Addierglied addiert, um G Ströme
von Datensignalen zu bilden. Die Charakteristik der
Digitalfilter
ist von den Wichtungskoeffizienten abhängig und nähert
sich einer gewünschten Filtercharakteristik mit zunehmender
Zahl der Multiplizierglieder. Das erläuternde
Ausführungsbeispiel, bei dem, wie oben beschrieben, Digitalfilter mit
mehreren Eingängen eingesetzt werden, um die Funktion von
Spektralfiltern mit Kosinusdämpfung zu implementieren, benötigt
überhaupt keine Einstellungen und ist klein und billig. Außerdem
läßt sich das Ausführungsbeispiel ohne weiteres auch an ein
QAM-System mit sechzehn oder mehr Kennzuständen anpassen.
-
In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Abbildung zeigt eine
allgemein mit 30 bezeichnete Modulationseinrichtung, die sich von
der Modulationseinrichtung 20 durch eine Logikschaltung 32
unterscheidet, die mit den Eingangsanschlüssen der Digitalfilter
22a und 22b verbunden ist. Es ist zwar zu erwarten, daß die
Signalpunkte einer QAM-Welle an sich in gleichen Intervallen
verteilt sind, sie verschieben sich aber leicht aus ihren
normalen Positionen, wenn der Vierphasenumtastungs-Modulator 16
oder eine ähnliche Komponente eine Nichtlinearität aufweist.
Mit der in Fig. 3 dargestellten Logikschaltung 32 werden
solche Verschiebungen der Signalpunkte erfolgreich digital
korrigiert. Angenommen, der Wichtungskoeffizient C&sub0; jedes der
Digitalfilter 22a und 22b ist eine EINS und die anderen sind
jeweils NULL, dann wird das Digitalfilter in einen sogenannten
Durchschaltezustand versetzt. In diesem Zustand wird die
Position eines Signalpunktes auf der Grundlage des Ausgangssignals
des Vierphasenumtastungs-Modulators 16 gemessen, um dadurch
eine Abweichung des Signalpunktes von einem normalen Punkt zu
bestimmen, und die Logikschaltung 32 erhöht oder vermindert
den Pegel um einen von der Abweichung abhängigen Betrag. In
einem 64-QAM-System werden beispielsweise jeweils drei
Paralleldatenbits auf einmal angelegt, während jedes Digitalfilter
22a oder 22b acht Bits auf einmal verarbeitet. Für die oben
angegebene Korrektur werden dann das vierte bis achte Bit der
am Digitalfilter 22a oder 22b anliegenden Eingangssignale von
der Logikschaltung 32 zum Teil oder insgesamt logisch
verarbeitet.
-
Genauer gesagt, die Logikschaltung 32 kann durch einen
ersten und einen zweiten ROM (Nurlesespeicher) gebildet
werden, die jeweils mit Korrekturwerten geladen sind, welche den
einzelnen Signalpunkten zugeordnet sind und zuvor durch
Messung bestimmt werden. Die 3-Bit-Datenströme P&sub0;, P&sub1;, P&sub2; bzw.
Q&sub0;, Q&sub1;, Q&sub2; werden an den ersten bzw. den zweiten ROM angelegt.
Während das resultierende 8-Bit-Ausgangssignal des ersten ROMs
dem Digitalfilter 22a zugeführt wird, wird das
8-Bit-Ausgangssignal des zweiten ROMs an das Digitalfilter 22b übergeben.
-
Die Logikschaltung 32, die nach der oben gegebenen
Beschreibung die Positionen von Signalpunkten korrigiert, kann
wahlweise auch zur Änderung der auf dem gleichen Prinzip
beruhenden Signalgruppierung benutzt werden. Während die einem
QAM-System eigentümliche Signalgruppierung gewöhnlich eine
Rechteckkonfiguration aufweist, ist es günstiger, wenn das
Profil so gut wie möglich einen Kreis annähert, um das
Verhältnis der mittleren Leistung zur Spitzenleistung zu
verringern, wie von Fachleuten allgemein anerkannt wird. Das in Fig.
3 gezeigte spezifische Ausführungsbeispiel kann eine solche
Anforderung mit Leichtigkeit erfüllen. Natürlich ist die
Logikschaltung oder Korrekturschaltung 32 nicht auf Filter mit
Kosinusdämpfung anwendbar, die durch binäre Transversalfilter
(BTF) gebildet werden, da sie nur 3-Bit-Datenströme P&sub0;, P&sub1;, P&sub2;
und Q&sub0;, Q&sub1;, Q&sub2; verarbeiten kann.
-
Wie oben beschrieben, weist dieses besondere
Ausführungsbeispiel eine Logikschaltung auf, die zwei Digitalfiltern
vorgeschaltet ist. Die Logikschaltung führt auf eine
vorgegebene Weise eine logische Verarbeitung von n parallelen Bits
mit Ausnahme von m Bits aus. Wenn daher die Signalpunkte einer
QAM-Welle beispielsweise infolge der Nichtlinearität eines
Vierphasenumtastungs-Modulators in unregelmäßigen Intervallen
verteilt sind, dann dient die Logikschaltung zur Korrektur der
Intervalle. Bei dem erläuternden Ausführungsbeispiel kann
ferner das normale, einer QAM-Welle eigentümliche Rechteckprofil
der Signalgruppierung auf Wunsch in ein kreisförmiges oder in
irgendein anderes Profil verändert werden. Diese Fähigkeiten
dieses besonderen Ausführungsbeispiels rühren hauptsächlich
daher, daß jedes in dem Ausführungsbeispiel enthaltene Filter
n-Bit-Datenströme (mit n > m) verarbeiten kann. Angenommen, m
Eingangsdatenströme sind die Hauptsignale, dann verarbeiten
Spektralformfilter mit Kosinusdämpfung, die durch mehrere
binäre Transversalfilter implementiert werden, nur die
Hauptsignale und können daher nicht die oben erörterten
Fähigkeiten erreichen.