NL8603110A

NL8603110A - Schakeling voor het terugwinnen van een draaggolf.

Info

Publication number: NL8603110A
Application number: NL8603110A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1988-07-01
Also published as: EP0273504B1; CA1273680A; DE3784675D1; AU8214187A; JPS63160448A; DK638687D0; DE3784675T2; DK168843B1; JP2541588B2; EP0273504A1; US4890302A; DK638687A

Description

, *? ïr PHR 11.972 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Schakeling voor het terugwinnen van een draaggolf.

De uitvinding heeft betrekking op een draaggolf-regeneratieschakeling voor het terugwinnen van het draaggolfsignaal uit een door een datasignaal continu in fase gemoduleerd draaggolfsignaal met een rationele modulatie index, bevattende een klokpulsregenerator, 5 een vermenigvuldigingsinrichting met een vermenigvuldigingsfactor N(N=2, 3,..) voor het uit het gemoduleerde draaggolfsignaal opwekken van een N^e harmonische van het gemoduleerde draaggolfsignaal, een met de vermenigvuldigingsinrichting gekoppeld eerste bandfilter voor het isoleren van genoemde N^e harmonische en een op het eerste bandfilter 10 aangesloten deler met deeltal N.

Een dergelijkc draaggolfregeneratieschakeling voor het terugwinnen van het draaggolfsignaal uit een door een datasignaal continu in fase gemoduleerd draaggolfsignaal is onder ander bekend uit het artikel "Synchronization properties of continuous phase modulation" 15 van J. Aulin en C.E. Sundberg gepubliceerd in de "Conference Papers" van "Globecom 82, Global Telecommunication Conference, Miami, 29 november -2 december 1982".

Continue fase modulatie wordt toegepast vanwege, een constante amplitude van de gemoduleerde draaggolfsignalen, welke niet-20 lineaire versterking mogelijk maakt, en het doorgaans smalbandige karakter van dergelijke signalen. Tot deze klasse van modulatie behoren onder andere getemde frequentie modulatie (TFM), vierwaardige driebits gecorreleerde cosinus vormige modulatie (Q3RC) en correlatieve fase verschuivingsmodulatie (CORPSE).

25 Het is gebleken dat gewoonlijk een relatief grote waarde aan jitter optreedt in een op boven vermelde wijze geregenereerd draaggolfsignaal.

De uitvinding beoogt bij de regeneratie van een draaggolfsignaal uit een continu in fase gemoduleerd draaggolfsignaal de jitter 30 op eenvoudige wijze sterk te verminderen.

De draaggolfregeneratieschakeling volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat tussen de vermenigvuldigingsinrichting en het 8603110 \ « PHN 11.972 2 eerste bandfilter een aftastinrichting is aangebracht aangesloten op de klokpulsregenerator voor het onder bestuur van een door de klokpulsregenerator afgegeven klokpulssignaal op tenminste één van te voren bepaald tijdstip per symbooltijd T van het datasignaal 5 momentaan aftasten van de N^e harmonische en het uitsluitend aan het eerste bandfilter afgeven van deze momentaan afgetaste signaalwaarden.

Te dezer plaatse wordt opgemerkt dat uit het ÜSP 3.835.404 op zich een draaggolfregenerator bekend is voorzien van een vermenigvuldiger, een daar op aangesloten aftastcircuit voor het onder 10 bestuur van een kloksignaal aftasten van het vermenigvuldigde draaggolf-signaal en een op het aftastcircuit aangesloten cascade schakeling van een banddoorlaatfliter en een deler. Het betreft evenwel een draaggolfregenerator voor PSK-signalen waarbij de ten gevolge van de bij bitovergangen optredende fasesprongen in het draaggolfsignaal 15 optredende jitter wordt vermeden door het aftasten met klokpulsen met een pulsbreedte smaller dan de afstand tussen opeenvolgende fasesprongen in het gemoduleerde draaggolfsingaal doch met een zo groot mogelijke eindige breedte.

In tegenstelling hiertoe is het overeenkomstig de 20 uitvinding bij het terugwinnen van het draaggolfsignaal uit een continu in fase gemoduleerd draaggolf signaal essentieel een momentane aftasting op van te voren gedefinieerde tijdstippen te realiseren ter verkrijging van een zo goed mogelijk betrouwbaar geregeneerd draaggolfsignaal.

De uitvinding en haar voordelen zullen aan de hand van in 25 de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht, waarbij overeenkomstige elementen in de verschillende figuren met dezelfde verwijzingscijfers worden aangeduid. Daarbij toont:

Figuur 1: een blokdiagram van een ontvanger met een draaggolfregeneratieschakeling voor continu in fase gemoduleerde 30 signalen met rationele modulatie index overeenkomstig de uitvinding. Figuur 2a: de impulsresponsie en Figuur 2b: de faseboom van een 2RC-signaal,

Figuur 3a: de impulsresponsie en

Figuur 3b: de faseboom voor CORPSK(2-3, 1+D) en duo-35 binaire CPM met h = 0,5 en toont

Figuur 4a: de impulseresponsie en

Figuur 4b: de faseboom voor TFM respectivelijk TFSK.

8603110 FHN 11.972 3 *

Met de in figuur 1 weergeven, van een draaggolf- regeneratieschakeling 1G, voorziene ontvanger is het mogelijk een aan ingangsklem 1 toegevoerd continu in fase gemoduleerd draaggolfsignaal (CPM-signaal) met rationele modulatie index h zeer betrouwbaar, dit wil 5 zeggen met sterk gereduceerde fase jitter, terug te winnen. Vooraleer verder op de draaggolfregeneratieschakeling wordt ingegaan, wordt de opbouw van een dergelijk CPM-signaal nader toegelicht.

Een digitaal over te dragen informatiesignaal, weergegeven door een rij {amï van m-naire digitale symbolen, 10 <V = ..a_2,a_1,a0,a1,a2...an (1) met am = +(2n+1) en n=0,1,2,...etc.

kan als functie van de tijd worden gerepresenteerd door a(t) =Ia p(t-mT) (2) m waarbij T de duur van de digitale symbolen representeert en p(t) een 15 rechthoekpuls met lengte T representeert.

Voor de overdracht van zulke signalen wordt bij voorkeur een modulatie toegepast waarbij het gemoduleerde draaggolfsignaal een constante amplitude heeft. Het belangrijkste voordeel van een dergelijk draaggolf signaal is dat niet-linaire signaalbewerkingen, 20 zoals niet lineaire versterking ter verkrijging van een hoog rendement, kunnen worden toegepast zonder dat de informatie in het signaal wordt aangetast.

Iedere digitale modulatie met constante amplitude kan geschreven worden als: 25 u(t) = cos{u)ct + φ(ΐ)1 (3) waarbij wc de draaggolfhoekfrequentie is en (p(t) de fase als functie van de tijd representeerd.

Als q»(t) als functie van a(t) wordt gevarieerd verkrijgt men dat 30 Φί t) = tp{a(tH (4)

Bij zogeheten "Phase Shift Keying" (PSK) wordt <p(t) over de symbooltijd T constant gehouden en sprongsgewijze bij de symbool-overgangen veranderd.

Er zijn echter ook typen modulatie bekend, zoals bij de 35 zogeheten "Continue Phase Frequency Shift Keying" (CPFSK), waarvoor geldt dat: d®(t)/d(t)=K.a{t) (5) 8603110 «* PHN 11.972 4 o waarbij K een constante is. Bij continue fase kan men ter verkrijging van een betere S/N verhouding, het detectie-proces over meer dan één symboolinterval uitsmeren.

Voorbeelden van CPFSK zijn "minimum Shift Keying" (MSK) 5 en "Sinusoidal Freqency Shift Keying" (SFSK). MSK is een modulatie met een lineaire faseverandering van + ïï/2 per symbooltijd, hetgeen wordt aangeduid met de modulatie index h = 0,5. Waarbij h is gedefinieerd als het aantal ïï radialen dat de fase per symbooltijd T verandert.

10 Bij SFSK is niet alleen de fase doch ook de eerste afgeleide van de fase, dus de frequentie, continu. Hiermede bereikt men een verbeterde zijbandonderdrukking.

Indien het faseverloop bij CPFSK zodanig wordt gemaakt dat vloeiende faseovergangen tussen symboolintervallen worden 15 gerealiseerd is de faseverandering niet langer constant over een symboolinterval en spreekt men van "Continuous Phase Modulation" (CPM). Het is voor het uit een ontvangen CPM-signaal terugwinnen van het draaggolfsignaal in verband met de continue veranderende fase over elke symbooltijd vereist een bijzondere draaggolfsignaalregeneratie-20 schakeling, bijvoorbeeld zoals die weergegeven in figuur 1, toe te passen.

Voorbeelden van CPM's zijn "Raised Cosine Modulation" (RCM), welke naam voor zich spreekt en de klasse van "Correlative Phase Modulation" (CORPM).

25 Bij CORPM is ter verkrijging van een verdere afvlakking van het faseverloop, de faseverandering in een symbooltijd ook afhankelijk van de informatie van één of meerdere voorafgaande symbooltijden. Bekende CORPM's zijn "Tamed Frequency Modulation" (TFM), "Correlative Phase Shift Keying" (CORPSK) en "Gaussian Modified Shift 30 Keying" (GMSK).

Van alle CPM-typen zijn voor de uitvinding die typen van belang waarin op vaste tijdstippen nagenoeg vaste fasewaarden optreden, welke te schrijven zijn als een gehele breuk van 2ir, bijv. 2ïï/n met n = ± 1, ±2, ....

35 Deze type modulaties worden verder aangeduid als CPM met rationele modulatie index h. Wordt een op dergelijke wijze gemoduleerd draaggolfsignaal aan ingangsklem 1 van de in figuur 1 8603110 - - V.

$ PHN tl.972 5 weergegeven ontvanger met draaggolfregeneratieschakeling 10 toegevoegd dan wordt het signaal op gebruikelijke wijze na in een banddoor-laatfilter 2, verder derde bandfilter genoemd, te zijn gefilterd aan een vermenigvuldigings-inrichting 3 toegevoerd. Een dergelijke inrichting 3 5 bevat een niet-lineair element met behulp waarvan het gemoduleerde draaggolfsignaal met een factor N, welke bij voorkeur gelijk is aan 2/h, wordt vermenigvuldigd voor het verkrijgen van een gewenste harmonische. Door de vermenigvuldiging komen de fasetrajecten van het gemoduleerde draaggolfsignaal in gelijke fase (modulo 2π) te liggen. In 10 bekende draaggolfregeneratie-schakelingen voor CPM gemoduleerde signalen wordt het aldus verkregen signaal direct aan een eerste banddoor-laatfilter 4 met smalle bandbreedte, bijvoorbeeld in de orde van 1/100ste fwaarbij fjK de frequentie van het ontvangen signaal is, toegevoerd voor het elemineren van alle ongewenste harmonischer, 15 waarna de gewenste harmonische van het draaggolfsignaal in een deler 5 met deeltal N wordt gedeeld. Het aldus geregenereerde draaggolfsignaal wordt aan een ook op het derde breedbandfilter 2 aangesloten coherente detector 6 toegevoegd voor het coherent demoduleren van het gefilterde ingangssignaal.

20 In de figuren 2a tot en met 4b zijn enkele voorbeelden van CPM-signalen met een nagenoeg rationele modulatie index weergegeven. Daarbij toont figuur 2a de impulsresponsie g(t) van een aan een niet weergegeven modulator in een zender voor RC-signalen toegevoerde impuls. Horizontaal is de tijd uitgezet in eenheden van de 25 symbaoltijd T en vertikaal de amplitude In eenheden van T"1. Uit deze figuur blijkt dat de hier weergegeven impulsresponsie voor RC gemoduleerde signalen een lengte heeft van 2T en daarom een CORPM-signaal is welke met 2RC wordt aangeduid. Het faseverloop van een met behulp van deze impulsresponsie continu in fase gemoduleerd draaggolf-30 signaal is in de vorm van een faseboom in figuur 2b weergegeven. Een dergelijke faseboom geeft alle mogelijk optredende fasetrajecten van een door een willekeurig datasignaal gemoduleerde draaggolfsignaal als functie van de tijd weer. Daarbij is vertikaal de fase in eenheden van π uitgezet tegen horizontaal de tijd in eenheden van de symbooltijd T.

35 Zoals uit deze figuren blijkt heeft de fase op de tijdstippen mT, met m = 0, 1, 2,..., een bepaalde waarde gelijk aan één van de waarden nhïï, waarbij n =0, +1, +2, ... etc. Dat 8603110 * t \ PHN 11.972 6 de fase op genoemde tijdstippen nagenoeg vaste waarden bezit komt vanwege het feit dat door dimensionering van het premodulatie filter het oppervlak onder de impulsresponsie curve g(t) en daarmede de modulatie-index een waarde gelijk aan h heeft, zodat de fase per tijd T precies 5 met de waarden hir kan veranderen. Voor de meeste typen CPM modulatie geldt dat uitsluitend na vermenigvuldiging van het gemoduleerde draaggolfsignaal met de factor 2/h in de vermenigvuldigingsinrichting 3 de fasen op de tijdstippen mT de constante eenduidige waarden (0 +2ïïn) bezitten. Een voorbeeld van een uitzondering hierop vormt 10 TFM, waarbij dit, zoals nog zal worden toegelicht, behalve bij een factor acht ook bij een factor vier een nagenoeg constante eenduidige waarde ((±2n+1)ïï) optreedt.

Figuur 3a geeft de impulsresponsies g(t) en figuur 3b de bijbehorende faseboom voor CORPSE (2-3, 1+D) in getrokken lijnen weer 15 en voor "duobinary11 CPM in gestreepte lijnen weer. De aanduiding (2-3, 1 +D) geeft met het cijfer 2 aan dat het aan het premodulatiefilter toegevoerde informatiesignaal twee waardig is, het cijfer 3 dat het uitgangssignaal van het premodulatiefilter driewaardig is voor het moduleren met drie verschillende fasewaarden van het draaggolfsignaal, 20 en met 1+D dat de opeenvolgende informatie bits gecorreleerd zijn doordat in het premodulatiefilter het momentane genormeerde inforraatiebit, aangeduid met 1, op te tellen bij het over een periodetijd T vertraagde voorafgaande informatiebit aangeduid met de D van "Delay".

25 Het in figuur 3a weergegeven oppervlak onder de impulsresponsiecurve g(t) heeft de waarde 1/2 waardoor alle takken van de faseboom op de tijdstippen nT door de vaste fasepunten nïï/2 gaan. Vermenigvuldiging in vermenigvuldigingsinrichting 3 (figuur 1)met 2/h = 4 geeft dat in de gewenste harmonische de fase op de genoemde 30 tijdstippen weer gelijk is aan 0 + 2ïïn.

Als laatste voorbeeld geeft figuur 4a de impulsresponsie g(t) en geeft figuur 4b de bijbehorende faseboom voor TFM in getrokken lijnen weer en voor TFSK (Tamed Frequency Shift Keying) in gestreepte lijnen weer. Ook hier blijkt dat aan het einde van de symboolintervallen 35 de fase van het draaggolfsignaal exacte waarden heeft, in dit geval gelijk aan ηπ/4. Een vermenigvuldiging in de vermenigvuldigings-inrichting 3 (figuur 1) met een factor 8 is daardoor vereist. Uit figuur 860 3 1 1 0 PHN 11.972 7 4b blijkt echter, dat in het midden van symbool intervallen de fase altijd dichtbij de waarden π/4 + ηπ/2, met n een geheel getal, zijn gelegen. Het volstaat nu om in vermenigvuldigingsinrichting 3 dit signaal slechts met een factor 4 te vermenigvuldigen voor het verkrijgen 5 van de nagenoeg vaste waarden π + 2ïïn op genoemde tijdstippen (1/2 + m)T in het gewenste harmonische signaal.

Alhoewel de fasen op genoemde tijdstippen niet exact de waarden ïï/4 + m/2 hebben, heeft dit ten opzichte van de vaste fase-punten op de tijdstippen mT het voordeel dat reeds door een 10 vermenigvuldiging met een factor 4 een betrouwbare draaggolfregeneratie mogelijk is.

Uit bovenstaande voorbeelden volgt dat voor CPM-signalen met een rationele modulatie index geldt dat door vermenigvuldiging met een geheel getal de fasen van het draaggolfsignaal zodanig optellen dat 15 op bepaalde tijdstippen één nagenoeg vaste fasewaarden in het gewenste harmonische signaal optreedt, bijvoorbeeld 0 ± 2ïïn of ïï + 2ττη, dit wil zeggen een van het symbool patroon van een datareeks onafhankelijke draaggolffase.

Het terugwinnen van het draaggolfsignaal door het 20 uitgangssignaal van de vermenigvuldigingsrichting 3 op de gebruikelijke wijze rechtstreeks aan het smalbandige eerste bandfilter 4 toe te voeren heeft vanwege een niet onaanzienlijke hoeveelheid jitter in het geregenereerde draaggolfsignaal een niet optimaal resultaat. Deze jitter ontstaat doc-rdat in het signaal na de vermenigvuldiger 3 behalve de 25 gewenste fasewaarden op genoemde tijdstippen tevens veel onbruikbare verstoring veroorzakende delen voorkomen.

Ter reductie van deze jitter is de draaggolfregenerator 10 van een tussen de vermenigvuldigingsschakeling 3 en het eerste bandfilter 4 aangebrachte aftastinriehing 7 voorzien, welke bestuurd 30 wordt door een kloksignaal afgegeven door een kloksignaal-regenerator 8. Deze kloksignaal-regenerator 8 is op het breedbandig filter 2 aangesloten voor het op bekende wijze uit het door het breedbandfilter 2 afgegeven signaal regenereren van een nauwkeurig kloksignaal. Een dergelijke kloksignaalregenerator is bijvoorbeeld beschreven in het 35 reeds eerder genoemde artikel "Synchronization properties of continuous phase modulation" van T. Aulin en C.E. Sundberg, gepubliceerd in de Conference Papers van Globecom 82, Global Telecommunication Conference, 8603110 ,Λ * ΡΗΝ 11.972 8

Miami, 29 november - 2 december 1982.

De kloksignaalregenerator 8 is verder van een niet weergegeven vertragingsinrichting (bijvoorbeeld een delay-line) voorzien met een zodanige vertraging dat de vertraagde klokpulsen optreden op het 5 voor een bepaald CPM-signaal gewenste aftastmoment in elk symboolinterval. In geval de ontvanger geschikt moet zijn voor de ontvangst van meerdere typen CPM signalen kan in plaats van meerdere inschakelbare vertragingselementen met voordeel een instelbaar vertragingselement worden toegepast.

10 Daar de fase van het gemoduleerde draaggolsignaal slechts op één of in sommige gevallen op twee momenten per symbool interval een gewenste fase heeft is het van essentieel belang dat de fase op alleen die momenten wordt, afgetast. Dit betekent dat aftasting met een breedere dan een momentane aftastpuls de nauwkeurigheid van het 15 geregenereerde draaggolfsignaal nadelig zal beïnvloeden.

Een verdere verbetering wordt verkregen door tussen de vermenigvuldigingsinrichting 3 en de aftastinrichting 7 een relatief breedbandig tweede bandfilter 9, bij voorkeur met een bandbreedte in de orde van fIN, op te nemen om het spectrum van de gewenste harmonische 20 te isoleren.

Aan de hand van een tabel verkregen door middel van computer simulaties zal de verbetering verkregen door middel van aftasting, voor één enkel C.P.M.-signaal met rationele modulatie index, in 'het bijzonder een TFM-signaal nader worden toegelicht.

25 In de eerste kolom van de tabel is de S/N-verhouding van het aan de regenerator van figuur 1 toegevoerde TFM-signaal vermeld.

In de drie overige kolommen van de tabel is de wortel van de gemiddelde kwadratische waarde (rms) van de fasefout Δ0 van het geregeneerde draaggolfsignaal over de laatste 136 data symbolen van 156 30 ontvangen data symbolen weergegeven en is de aquisitietijd TaCg van de ontvanger weergegeven, uitgedrukt in symbooltijden T, waarbij aquisitie is verondersteld als de fasefout kleiner dan 5° is. In het bijzonder zijn in de eerste van deze drie kolommen de genoemde waarden uitgezet voor een vermenigvuldingsfactor N=4, zonder dat aftasting wordt 35 toegepast, in de tweede voor een vermenigvuldingsfactor N=4 met momentane aftasting in het midden van de symboolinterval1en en in de derde kolom voor een vermenigvuldigingsfactor N=8 met momentane 860 3 1 f 0 $ FHN 11.972 9 aftasting aan het einde van de symboolintervallen.

5 S/N A0rms(deg)/Tacq(syiBbolen) (dB) geen aftasting met aftasting met aftasting N=4 N=4 N=8 10 40 0.5/7 0.5/3 0.1/5 16 1.6/2 1.0/6 0.6/2 13 2.4/3 1.4/5 1.1/2 10 3.6/10 1.9/7 6.3/7 7 4.9/12 3.3/- - 15 -1------

Tabel voor TFM-signaal üit deze tabel volgt dat bij momentane aftasting midden in het bitinterval (N=4) voor TFM-signalen een aanzienlijke verbetering in het 20 onderdrukken van fase-jitter wordt verkregen vergeleken met het geval dat geen aftasting wordt toegepast. In het bijzonder voor S/N verhoudingen die praktisch het meeste van belang zijn. Zo is voor een S/N-verhouding van 10 db de verbetering in fase-jitter onderdrukking zelfs 6 dB, Voor momentane aftasting aan het einde (N=8) van de 25 symboolintervallen, waar de fase precies gelijk is aan een veelvoud van ïï/4, is er inderdaad een betere jitter onderdrukking dan voor momentane aftasting in het midden (N=4) van de symboolintervallen en wel tot een S/N-verhouding beter dan ongeveer 12 dB. Maar bij een S/N-verhouding van 10 dB begint de hoge vermenigvuldigingsfactor zijn tol te eisen en 30 stijgt de fase-jitter in het geregenereerde draaggolfsignaal snel.

Voor praktische waarden van de S/N-verhouding verdient de vermenigvuldigingsfactor 4 met aftasting in het midden dan ook de voorkeur. Het zal uit bovenstaand voorbeeld duidelijk zijn dat voor andere CPM-signalen met rationele modulatie index overeenkomstige 35 verbeteringen optreden, zoals aangetoond voor TFM-signalen.

8603110

Claims

1. Een draaggolfregeneratieschakeling voor het terugwinnen van het draaggolfsignaal uit een door een datasignaal continu in fase gemoduleerd draaggolfsignaal met een rationele modulatie index bevattende een klokpulsregenerator, een vermenigvuldigingsrichting met 5 een vermenigvuldigingsfactor N(N= 2, 3,...) voor het uit het gemoduleerde draaggolfsignaal opwekken van een N^e harmonische van het gemoduleerde draaggolfsignaal, een met de vermenigvuldigingsinrichting gekoppeld eerste bandfilter voor het isoleren van genoemde N^e harmonische en een op het eerste bandfilter aangesloten deler met 10 deeltal N, daardoor gekenmerkt, dat tussen de vermenigvuldigingsinrichting en het eerste bandfilter een aftastinrichting is aangebracht aangesloten op de klokpulsregenerator voor het onder bestuur van een door de klokpulsregenerator afgegeven klokpulssignaal op tenminste één van te voren bepaald tijdstip per symbooltijd T van het 15 datasignaal momentaan aftasten van de N^e harmonische en het uitsluitend aan het eerste bandfilter afgeven van deze momentaan afgetaste signaalwaarden.

2. Een draaggolfregenerator volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat tussen de vermenigvuldigingsinrichting en de 20 aftastrichting een tweede bandfilter is aangebracht met een bandbreedte aanzienlijk groter dan de bandbreedte van het eerste bandfilter.

3. Een draaggolfregeneratieschakeling volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt, dat de klokpulseregenerator een instelbaar vertragingselement heeft voor het door de draaggolfregeneratie 25 schakeling kunnen regenereren van een draaggolf voor ieder type continu in fase gemoduleerd draaggolfsignaal met rationele modulatie index.

4. Een ontvanger voorzien van een draaggolfregeneratieschakeling volgens één der voorgaande conclusies. 860 3 1 1 ö