DE60005291T2

DE60005291T2 - Struktur und Methode zur Demodulation

Info

Publication number: DE60005291T2
Application number: DE60005291T
Authority: DE
Inventors: Gerald Oberschmidt; Veselin Brankovic; Dragan Krupezevic; Tino Konschak; Thomas Dölle
Original assignee: Sony International Europe GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: EP1120899B1; US20010030575A1; US6724246B2; CA2331430C; JP2001245010A; JP4738604B2; CA2331430A1; DE60005291D1; EP1120899A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur und auf ein Verfahren zur Demodulation, um ein moduliertes Digitalsignal abwärts umzusetzen und zu demodulieren.
Strukturen und Verfahren zur Demodulation zum Abwärtsumsetzen und zur Demodulation eines digital-modulierten Signals sind aus vielen verschiedenen Anwendungen bekannt und werden bei diesen benutzt, wobei Signale von einem Übertragungsgerät zu einem Empfangsgerät übertragen werden. Die Übertragung kann entweder drahtlos über eine Luftschnittstelle oder über eine Drahtverbindung sein. Natürlich hängt die gewählte Struktur und das Verfahren zum Abwärtsumsetzen und zum Demodulieren eines übertragenen digital-modulierten Signals im Wesentlichen vom Modulationsschema, welches auf der Übertragungsseite verwendet wird, und vom Übertragungsträger ab.
10 zeigt ein Beispiel für eine Demodulationsstruktur, um ein digital-moduliertes Signal S₀ abwärts-umzusetzen und um dieses zu demodulieren. Die gezeigte Demodulationsstruktur wird beispielsweise zum Abwärtsumsetzen und zum Demodulieren eines Hochfrequenzsignals (RF-Signal) verwendet, welches in einem mobilen Endgerät eines drahtlosen Telekommunikationssystems empfangen wird, beispielsweise des GSM- oder UMTS-Systems. Hierdurch wird ein übertragenes RF-Signal über eine Antenne des mobilen Endgeräts empfangen und zu einem RF-Empfänger geliefert. Das digitale RF-Signal wird dann zu einer Demodulationsstruktur geliefert, wie beispielsweise in 10 gezeigt ist. Eine andere Möglichkeit könnte sein, das RF-Signal in ein Zwischenfrequenzband abwärts umzusetzen, wonach das Zwischensignal weiter in einer Struktur, wie in 10 gezeigt ist, abwärtsumgesetzt und demoduliert wird.
Bei der drahtlosen Telekommunikation wird üblicherweise eine I/Q-Modulation verwendet, bei der die Modulationszustände in einem I/Q-Diagramm dargestellt werden können. Die Horizontalachse zeigt hierbei das I-Teil, d. h., das Teil der Signalkomponente, welches in Phase mit dem Trägersignal ist, und die Vertikalachse zeigt das Q-Teil, d. h., den Blindanteil senkrecht zur Phase des Trägersignals. Das digitale Informationssignal wird somit mittels der Phase des Trägersignals übertragen, wodurch die Phase des Trägersignals zwischen den verschiedenen diskreten Zuständen in Abhängigkeit vom Symbol, welches zu übertragen ist, umgeschaltet wird. Diese sogenannte Phasenumtastungsmodulation (PSK-Mo dulation) wird bei vielen unterschiedlichen Anwendungsbereichen verwendet, sehr häufig in Verbindung mit einer Amplitudenumtastung. GSM beispielsweise verwendet eine GMSK-Modulation (minimale Gaußsche Umtastungsmodulation).
Die Demodulation und das Abwärtsumsetzen von entsprechend I/Q-modulierten Signalen wird beispielsweise durch analoge Demodulationsstrukturen durchgeführt, wie in 10 gezeigt ist, die einen lokalen Oszillator 101, zwei Mischer 102, 103, einen 90° Phasenschieber 104, zwei Tiefpassfilter 105, 106 und zwei Analog-Digital-Umsetzer 107, 108 aufweisen. Ein lokales Oszillatorsignal, welches im lokalen Oszillator 101 erzeugt wird, wird unmittelbar zum ersten Mischer 102 geliefert und indirekt zum zweiten Mischer 103 über den 90°-Phasenschieber 104 geliefert. In den Mischern 102, 103 wird das digital-modulierte Signal S₀ mit dem entsprechenden lokalen Oszillatorsignal bzw. dem lokalen Phasenschieber-Oszillatorsignal gemischt, so dass zwei separate Ausgangssignalströme, einer für das Teil (I), das in Phase ist, und einer für das Teil für den Blindanteil (Q erzeugt werden. Nach weiterer Verarbeitung in den Tiefpassfiltern 105 und 106 und in den Analog-Digital-Umsetzern 107 und 108 werden das Teil, das in Phase ist, und das Teil, das den Blindanteil bildet, parallel als Digitalsignale S_I und S_Q erhalten.
Die Nachteile dieses herkömmlichen Lösungsvorschlags sind dahingehend, dass der notwendige 90°-Phasenschieber eine analoge Einrichtung ist, die von Natur aus frequenzabhängig ist und somit den Frequenzbereich der gesamten Demodulationsstruktur aufgrund des Vergrößerns der Phasen- und Amplitudenungleichgewichte begrenzt. Da außerdem zwei parallele Ausgangssignalströme erzeugt werden, sind zwei Mischer, zwei Tiefpassfilter und zwei A/D-Umsetzer erforderlich, so dass die gesamte Demodulationsstruktur viele Teile erfordert und daher teuer wird.
Die EP 0 458 452 A2 offenbart eine Demodulationsstruktur und ein Verfahren zum Abwärtsumsetzen und zum Demodulieren eines digital-modulierten Signals gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche und 1 und 9, wo eine abwärts-umgesetztes und demoduliertes Digitalsignal, welches zwei seriell-angeordnete Informationsteile umfasst, vorgesehen ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Demodulationsstruktur und ein Verfahren zum Abwärtsumsetzen und zum Demodulieren eines digitalmodulierten Signals gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9 bereitzustellen, die einen einfachen Aufbau haben, jedoch trotzdem wirksam beim Betrieb und ebenfalls nützlich in einer Mehrfachkanal-Umgebung sind.
Die obige Aufgabe wird durch eine Demodulationsstruktur nach Anspruch 1 gelöst. Weiter wird die obige Aufgabe durch ein Demodulationsverfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
Verglichen mit dem Stand der Technik haben die Demodulationsstrukturen und Verfahren nach der vorliegenden Erfindung einen einfachen Aufbau, sind jedoch im Betrieb trotzdem effektiv.
Die Demodulationsstruktur nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 9 sind dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Oszillatorsignal mit zumindest zwei Modulationszuständen, die unterschiedliche Phasen haben, während der Symbolperiode des digitalmodulierten Signals moduliert wird. In diesem Fall können die beiden unterschiedlichen Modulationszustände die gleiche Amplitude und eine Phasenverschiebung von 90° in Bezug zueinander haben. Die Demodulationsstruktur kann außerdem eine Modulationssteuereinrichtung umfassen, um ein Modulationssignal zur lokalen Oszillatoreinrichtung zu liefern, um intern das lokale Oszillatorsignal mit den beiden Modulationszuständen zu modulieren. Alternativ kann die Demodulationsstruktur der vorliegenden Erfindung eine analoge Schaltungseinrichtung aufweisen, um das lokale Oszillatorsignal von der lokalen Oszillatoreinrichtung mit den beiden Modulationszuständen zu modulieren und um ein moduliertes lokales Oszillatorsignal an die Mischereinrichtung auszugeben. Hierbei kann die analoge Schaltungseinrichtung eine Umschalteinrichtung aufweisen, die zwischen einem ersten Zweig, der eine Phasenverschiebungseinrichtung hat, und einem zweiten Zweig, der keine Phasenverschiebungseinrichtung hat, umgeschaltet werden kann, wodurch die Schaltungseinrichtung mittels eines Steuersignals mit einer Frequenz von zumindest dem Zweifachen der Symbolfrequenz des digital-modulierten Signals umgeschaltet wird.
Die Demodulationsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann außerdem vorteilhafterweise ein Bandpassfilter aufweisen, um das modulierte lokale Oszillatorsignal mittels Bandpass zu filtern. In vorteilhafter Weise besitzt das Bandpassfilter eine Mittenfrequenz entsprechend der Mittenfrequenz und eine Bandbreite entsprechend der Bandbreite des Signalbands des digital-modulierten Signals.
Außerdem ist in vorteilhafter Weise das digital-modulierte Signal I/Q-moduliert, und die beiden seriell-angeordneten Informationsteile, welche im abwärts-umgesetzten und demodulierten Digitalsignal enthalten sind, sind ein I-Teil und ein Q-Teil des I/Q-modulierten Digitalsignals.
Vorteilhafte Merkmale des Verfahrens zum Abwärtsumsetzen und zum Demodulieren eines modulierten Digitalsignals gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 10 bis 16 definiert.
In der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung ausführlicher in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels einer Demodulationsstruktur zeigt;
2 das Blockdiagramm von 1 mit zusätzlichen Darstellungen von Mittenfrequenzen und Frequenzbändern der Signale in den unterschiedlichen Teilen der Demodulationsstruktur zeigt;
3 ein Simulationsergebnis für I/Q-Werte zeigt, welche für die Modulationsstruktur erhalten werden, wie in 1 gezeigt ist;
4 ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer Demodulationsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ein schematisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Demodulationsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine ausführlichere Darstellung einer analogen Schaltungseinrichtung zeigt, welche in der in 5 gezeigten Demodulationsstruktur enthalten ist;
7 ein Simulationsergebnis für I/Q-Werte zeigt, welche für eine Demodulationsstruktur erzielt werden, wie in 4 und 5 gezeigt ist;
8 eine schematische Darstellung von Mittenfrequenzen und Frequenzbändern für eine Demodulationsstruktur zeigt, wie in 5 gezeigt ist, in einer Multikanal-Umgebung;
9 eine schematische Darstellung von Mittenfrequenzen und Frequenzbändern für eine Demodulationsstruktur zeigt, wie in 4 und 5 gezeigt ist, in einer Multikanal-Umgebung; und
10 ein schematisches Blockdiagramm einer Demodulationsstruktur gemäß dem Stand der Technik zeigt.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf das Abwärtsumsetzen und die Demodulation eines I/Q-modulierten Signals. Es soll jedoch verstanden werden, dass die Demodulationsstrukturen und Verfahren, die in den beigefügten Figuren gezeigt und in Bezug darauf erläutert sind, auf die Abwärtsumsetzung und Demodulation anderer digital-modulierter Signal angewendet werden können.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels einer Demodulationsstruktur zum Abwärtsumsetzen und zur Demodulation eines I/Q-modulierten Signals S₀. Das I/Q-modulierte Signal S₀ kann beispielsweise von einem HF-Teil einer Empfangseinrichtung geliefert werden, die beispielsweise aus einem mobilen Endgerät oder einer Basisstation eines Drahtlos-Kommunikationssystems besteht. Die Demodulationsstruktur, welche in 1 gezeigt ist, weist eine lokale Oszillatoreinrichtung 1 auf, um ein lokales Oszillatorsignal S_1o zu erzeugen. Das lokale Oszillatorsignal, welches von der lokalen Oszillatoreinrichtung 1 herkommt, hat eine Mittenfrequenz f_1o, welche in Bezug auf die Mittenfrequenz f_c des I/Q-modulierten Signals S₀ im entsprechenden Signalband um die Hälfte der Signalbandbreite des I/Q-modulierten Signals S₀ versetzt ist. S₀ ist beispielsweise Teil eines Hochfrequenzbands oder eines Zwischenfrequenzbands in Abhängigkeit davon, ob ein empfangenes Hochfrequenzsignal, bevor es zur Demodulationsstruktur geliefert wird, die in 1 gezeigt ist, abwärts-umgesetzt ist oder nicht.
Schematische Darstellungen der Frequenzbänder und der Mittenfrequenzen des I/Q-modulierten Signals S₀ und des lokalen Oszillatorsignals S_1o sind in 2 gezeigt. Wenn man annimmt, dass das I/Q-modulierte Signal S₀ eine Signalbandbreite B und eine Mittenfrequenz f_c hat, kann die Mittenfrequenz f_1o des lokalen Oszillatorsignals S_1o beispielsweise auf dem oberen Ende des Signalbands des V/Q-modulierten Signals S₀ angeordnet sein, so dass die Mittenfrequenz f_1o des lokalen Oszillatorsignals S_1o gleich f_c + B/2 ist. Alternativ kann die Mittenfrequenz f_1o des lokalen Oszillatorsignals S_1o an der unteren Flanke des Signalbands des I/Q-modulierten Signals S₀ (f_1o = f_c – B/2) angeordnet sein.
Das lokale Oszillatorsignals S_1o und das I/Q-modulierte Signal S₀ werden in einer einzigen Mischeinrichtung 2 gemischt, um ein Mischsignal zu erzielen, welches in einer Tiefpassfiltereinrichtung 3 durch ein Tiefpassfilter gefiltert wird, so dass ein Basisbandsignal mit einer Grenzfrequenz B entsprechend der Signalbandbreite des I/Q-modulierten Signals S₀ erhalten wird. Das von der Tiefpassfiltereinrichtung 3 ausgegebene gefilterte Signal wird zu einem Analog-Digital-Umsetzer 4 für eine Analog-Digital-Umsetzung mit einer Abtastrate des Zweifachen der Symbolrate des I/Q-modulierten Signals S₀ geliefert. Anders ausgedrückt wird das Abtasten zweimal pro Symbollänge des I/Q-modulierten Signals S₀ durchgeführt. Es tritt jedoch ein Ruck im Zeichen der abgetasteten I- und Q-Werte von Taktzyklus zu Taktzyklus auf, so dass eine weitere Verarbeitung in Bezug darauf erforderlich ist.
Unter Betrachtung, dass das lokale Oszillatorsignal S_1o eine Mittenfrequenz von f_1o = f_c + B/2 hat, wird der Betrieb der Demodulationsstruktur, welche in 1 und 2 gezeigt ist, erläutert. Das I/Q-modulierte Signal S₀ kann dargestellt werden durch: s(t) = i(t)cos(ωct) + q(t)sin(ωct)wobei ω_c = 2πf_c und i(t) und q(t) ein I-Basisband-Signal bzw. ein Q-Basisband-Signal sind. Diese sollten gefiltert werden, so dass Symbolinterferenz vermieden wird. In der Mischeinrichtung 2 wird das I/Q-modulierte Signal S₀ mit dem lokalen Oszillatorsignal S_1o multipliziert, welches eine Mittenfrequenz f_1o = f_c + B/2 hat, so dass das folgende Mischsignal erhalten wird:
Nach dem Ausfiltern der höheren Frequenzkomponente in der Tiefpassfiltereinrichtung 3 wird die Niedrigfrequenzkomponente erhalten:
Durch Abtasten bei diskreten Punkten im Zeitpunkt t = n/2B ist entweder die Kosinus- oder die Sinus-Funktion gleich 0, so dass i(n/2B) und q(n/2B) in jeder Abtastung extrahiert werden können. Da die Abtastrate f_s das Zweifache der Symbolrate (f_s = 2B) ist, muss die Tiefpassfiltereinrichtung 3 eine Ecken- oder Grenzfrequenz von zumindest B haben. Das Signal, welches von der Analog-Digital-Umsetzereinrichtung 4 ausgegeben wird (Signal 5₁ ), umfasst dann seriell das I-Teil und das Q-Teil innerhalb jeder Symbolperiode des I/Q-modulierten Signals.
In 3 sind die Signale über der Zeit in einem Simulationsergebnis dargestellt. Hier ist der Takt durch feine Skalenstriche dargestellt, und die ursprünglichen I-(linierten) und Q-(strichpunktierten) Signale sind ebenfalls als ideale Rechtecksignale parallel dargestellt. Schließlich ist das demodulierte Analogsignal (dicke Linie) so gezeigt, wo I und Q bei unterschiedlichen Hälften eines jeden Taktzyklus zeigen, ob das I- oder das Q-Signal in diesem Zeitpunkt aufgenommen werden können. Das Zusatzzeichen "-" zeigt einen Ruck im Signal des Werts aufgrund der Arbeitstheorie. Als Beispiel werden die ersten beiden Taktzyklen betrachtet. In der ersten Hälfte führt der Wert des abwärts-umgesetzten Signals nach oben auf eine "1" für den I-Wert. In der zweiten Hälfte ist der Wert noch hoch, jedoch aufgrund einer a priori bekannten Änderung im Zeichen liefern wir "1" als Q-Wert. Dritte Hälfte: analoger Wert hoch, was gleich "–1" für I ist (wegen des Minusvorzeichens) und schließlich wieder "–1" für Q (niedriger Analogwert, kein Minusvorzeichen) usw. Somit erhalten wir die serielle Sequenz 1-1-1-1... oder wie üblich I = 1-1. .. und Q = -1-1.. . parallel.
Aus Einfachheitsgründen haben wird in diesem Beispiel lediglich die QPSK-Modulation verwendet, wobei jedoch Modulationsschemen höherer Ordnung gleichfalls möglich sein sollten. Die korrekten analogen I- und Q-Werte oder Teile, welche seriell im Ausgangssignal S₁ enthalten sind, sind in Zeitpunkten (1/4 + n/2)*T_s verfügbar, wobei n die Abtastzahl und T_s = 1/2B ist, so dass das I-Teil für geradzahlige N und das Q-Teil für ungeradzahlige n erhalten wird.
4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer Demodulationsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Gesamtstruktur umfasst eine lokale Oszillatoreinrichtung 5, welche ein lokales Oszillatorsignal S_1o erzeugt und ausgibt, welches mittels eines Modulationssignals moduliert ist, welches durch eine Modulationssteuereinrichtung 7 erzeugt und ausgegeben wird. Das lokale Oszillatorsignal S_1o wird mit zumindest zwei Modulationszuständen mit unterschiedlichen Phasen moduliert. Vorzugsweise hat der zweite Modulationszustand die gleiche Amplitude und die Phasenverschiebung von 90° in Bezug auf den ersten Modulationszustand, wodurch die Modulationszustände sich abwechselnd ändern, wie beispielsweise 010101..., wodurch zumindest zwei Modulationszustände innerhalb einer Symbolperiode des I/Q-modulierten Signals S₀ sein müssen. Die Mittenfrequenz f_c des lokalen Oszillatorsignals S_1o ist unmittelbar in der Mitte des Signalbands des I/Q-modulierten Signals S₀. Das modulierte lokale Oszillatorsignal S_1o wird zu einer Bandpassfiltereinrichtung 6 geliefert. Die Bandpassfiltereinrichtung 6 hat vorteilhafter Weise eine Bandbreite von zumindest B und am vorteilhaftesten zwei 2B, wobei B die Signalbandbreite des Signalbands des I/Q-modulierten Signals S₀ ist.
Das Ausgangssignal der Bandbreitenfiltereinrichtung 6 wird zu einer Mischeinrichtung 2 geliefert, in welcher das durch den Bandpass gefilterte und modulierte lokale Oszillatorsignal S_1o mit dem I/Q-modulierten Signal S₀ multipliziert wird. Die Demodulationsstruktur, welche in 4 gezeigt ist, umfasst außerdem eine Tiefpassfiltereinrichtung 3 und eine Analog-Digital-Umsetzereinrichtung 4. Die Mischereinrichtung 2, die Tiefpassfiltereinrichtung 3 und die Analog-Digital-Umsetzereinrichtung 4 haben die gleiche Funktion wie gezeigt und erklärt in Bezug auf das Beispiel, welches in 1 gezeigt ist und welches in Bezug auf 1, 2 und 3 erläutert wurde, so dass auf eine Erläuterung von deren Funktion ausgelassen wird. Die Analog-Digital-Umsetzereinrichtung 4 gibt das Ausgangssignal S₁, welches das I-Teil und das Q-Teil aufweist, in einer seriellen Anordnung aus.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Demodulationsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung, welche ähnlich der ersten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, ist. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, welche in 4 gezeigt ist, bei der das lokale Oszillatorsignal S_1o intern-moduliert ist, ist das lokale Oszillator signal nach der zweiten Ausführungsform, welche in 5 gezeigt ist, extern moduliert. Die Demodulationsstruktur der dritten Ausführungsform umfasst eine lokale Oszillatoreinrichtung 8, welche ein lokales Oszillatorsignal ausgibt, welches nicht moduliert ist und welches eine Mittenfrequenz in der Mitte des Signalbands des I/Q-modulierten Signals S₀ hat. Das lokale Oszillatorsignal wird zu einer analogen Schaltungseinrichtung 9 geliefert, um das lokale Oszillatorsignal mit zwei Modulationszuständen innerhalb einer Symbolperiode des I/Q-modulierten Signals S₀ zu modulieren und um ein moduliertes lokales Oszillatorsignal an eine Bandpassfiltereinrichtung 6 auszugeben, welche der Bandpassfiltereinrichtung 6 der zweiten Ausführungsform entspricht. Die analoge Schaltungseinrichtung 9 moduliert das lokale Oszillatorsignal von der lokalen Oszillatoreinrichtung 8 mit zumindest zwei verschiedenen Modulationszuständen, die unterschiedliche Phasenwerte haben. Vorzugsweise hat der zweite Modulationszustand die gleiche Amplitude und ist um 90° phasenverschoben in bezog auf den ersten Modulationszustand. Vorzugsweise ändern sich die Modulationszustände außerdem alternativ zweimal so schnell wie die Symbolrate des I/Q-modulierten Signals S₀. Ein Beispiel für eine analoge Schaltungseinrichtung 9 ist schematisch in 6 gezeigt. Die in 6 gezeigte analoge Schaltungseinrichtung 9 umfasst eine Schaltungseinrichtung 10, welche durch ein Steuersignal zwischen einem ersten Zweig 12, der eine Phasenverschiebungseinrichtung 11 hat, und einem zweiten Zweig 13, der keine Phasenverschiebungseinrichtung hat, umgeschaltet werden kann. Das Steuersignal hat eine Frequenz von zumindest dem Zweifachen der Symbolfrequenz des I/Q-modulierten Signals S₀. Das lokale Oszillatorsignal, welches zur Schaltungseinrichtung 10 von der lokalen Oszillatoreinrichtung 8 geliefert wird, wird daher zwischen dem ersten Zweig 12 und dem zweiten Zweig 13 umgeschaltet. Da der erste Zweig 12 eine Phasenverschiebungseinrichtung 11 aufweist, die vorzugsweise eine Phasenverschiebung von 90° verursacht, wird die lokale Oszillatoreinrichtung mit den beiden Modulationszuständen, die unterschiedliche Phasenwerte haben, moduliert.
Die zweite Ausführungsform der Demodulationsstruktur, welche in 5 gezeigt ist, weist außerdem die Mischeinrichtung 2, die Tiefpassfiltereinrichtung 3 und die Analog-Digital-Umsetzereinrichtung 4 wie das Beispiel der ersten Ausführungsform auf. Wie in dem Beispiel müssen die Grenzfrequenz der Tiefpassfiltereinrichtung 3 und die Abtastrate des Analog-Digital-Umsetzers 4 der ersten und zweiten Ausführungsform gemäß der Signalspektralbandbreite am Eingang der Mischereinrichtung 2 eingestellt werden. Die Minimalerfordernisse der Grenzfrequenz der Tiefpassfiltereinrichtung 3 beträgt B (Kanalbandbreite oder Signalbandbreite des I/Q-modulierten Signals S₀) und die Abtastrate des Analog-Digital-Umsetzers 4 beträgt f_s = 1/2B.
Bei der Demodulationsstruktur der ersten Ausführungsform, welche in 4 gezeigt ist, wird das Oszillatorsignal intern moduliert, und in der Demodulationsstruktur der zweiten Ausführungsform, welche in 5 gezeigt ist, wird das lokale Oszillatorsignal extern moduliertt, wobei es über eine analoge Schaltungseinrichtung 9 geschickt wird. Hierdurch wird eine Taktwiederentwicklung oder eine andere herkömmliche Synchronisation verwendet, um die Schaltungseinrichtung 10 zu steuern, welche in der analogen Schaltungseinrichtung 9 enthalten ist. Bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform wird die In-Phasen-Komponente (I) in der ersten Hälfte des Taktzyklus abwärts-umgesetzt, und die Q-Komponente wird in der zweiten Hälfte des Taktzyklus abwärts-umgesetzt. Das lokale Oszillatorsignal wird dann durch die folgende mathematische Gleichung angegeben:
wobei n ein ganzzahliger Wert ist, der die Anzahl des entsprechenden Symbols bezeichnet und T die Symbolzeit bezeichnet. Somit muss das lokale Oszillatorsignal zwei Modulationszustände während eines Symbols des I/Q-modulierten Signals S₀ annehmen, welches einen Breitbandempfänger mit zumindest einen Bandbreite B wie das Bandpassfilter 6 erfordert. Mit diesem modulierten lokalen Oszillatorsignal beträgt das abwärts-umgesetzte und das tiefpass-gefilterte Signal, welches durch die Tiefpassfiltereinrichtung 3 ausgegeben wird:
und somit kann das korrekte I-Teil und Q-Teil in den entsprechenden Zeitintervallen extrahiert werden.
Wegen des Umschattens oder der Modulation des lokalen Oszillatorsignals würde das lokale Oszillatorsignal jedoch ein unendliches Spektrum ohne die Bandpassfiltereinrichtung 6 zeigen. Da das lokale Oszillatorsignal zumindest zwei Modulationszustände während einer Symbolperiode haben muss, muss dessen Spektrum vorteilhafterweise auf eine Bandbreite von 2B in der Bandpassfiltereinrichtung 6 begrenzt werden, was dennoch eine korrekte Ermittlung der bezogenen I/Q-Werte erlaubt. 7 zeigt ein Simulationsergebnis für die I/Q-Werte, welche für eine Demodulationsstruktur gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform erhalten werden, welches die ursprünglich-übertragenen I/Q-Werte und die empfangenen I/Q-Werte ähnlich 3 zeigt, wobei auf die Beschreibung davon bezuggenommen wird. In 7 ist jedoch gezeigt, dass keine Zeichenrucks in den I- und Q-Werten auftreten.
Wie man aus der obigen Beschreibung ersehen kann, liefern die Demodulationsstruktur und das Verfahren zum Abwärtsumsetzen und das Demodulieren eines I/Q-modulierten Signals S₀ gemäß der vorliegenden Erfindung ein vereinfachtes Demodulationsverfahren, welches lediglich einen Mischer, ein Tiefpassfilter und einen Analog-Digital-Umsetzer erfordert, um das I-Teil und das Q-Teil zu erzeugen. Das lokale Oszillatorsignal mit einem entsprechend-angepassten und vorher festgelegten Spektrum und eine schnellere Analog-Digital-Umsetzung ist jedoch verglichen mit einem Stand der Technik erforderlich, wie beispielsweise in 10 gezeigt ist. Da auf insbesondere zumindest einen analoger Phasenschieber im Vergleich zum Stand der Technik verzichtet werden kann und lediglich ein einziger Mischer notwendig ist, können Amplituden- und Phasenungleichgewichte wesentlich reduziert werden. Somit liefert die vorliegende Erfindung eine geringere Komplexität und ein besseres I/Q-Ungleichwicht-Verhalten wie bekannte Demodulatoren.
Bei einer Mehrfachkanalumgebung, in welcher I/Q-modulierte Signale in mehreren Kanälen übertragen werden, sind korrekte Kanalabstände einzuhalten, was in Bezug auf 8 und 9 erläutert wurde. 8 zeigt die minimalen Kanalrasterfordernisse für eine Demodulationsstruktur gemäß dem Beispiel, welches in 1 gezeigt ist. 8 zeigt lediglich eine theoretische Einrichtung, in welcher die Mittenfrequenz des lokalen Oszillatorsignals, welches von der lokalen Oszillatoreinrichtung 1 ausgegeben wird, auf der Hochfrequenzflanke von Kanal 1 angeordnet ist, und lediglich Kanal 1 demoduliert werden soll. Um keine Kanalinterferenz zu haben, muss somit der obere Kanal 2 in einem Abstand B über der Frequenz des lokalen Oszillatorsignals sein. Der untere Kanal 3 kann unmittelbar benachbart zum Kanal 2 sein, da alle Mischprodukte von Kanal 2 mit dem lokalen Oszillatorsignal außerhalb des Basisbands mit einer Signalbandbreite B sind. Die asymmetrische Anordnung der Kanäle, wie in 8 gezeigt ist, ist jedoch lediglich eine theoretische Grenze und wird in der Praxis wahrscheinlich nicht verwendet werden. Somit müssen die Kanäle zumindest um die Signalbandbreite B beabstandet sein.
Das gleiche gilt für die Demodulationsstruktur der ersten und zweiten Ausführungsform. Die entsprechende Situation ist in 9 gezeigt, welche zeigt, dass sogar bei einer Theorie der untere Kanal 3 bei zumindest der Signalbandbreite vom Kanal 1 aus den Gründen beabstandet sein muss, die oben in bezug auf 8 angegeben wurden. Somit ist das vorgeschlagene Demodulationsschema für Anwendungen ehr geeignet, bei denen der in Betracht gezogene Kanal von dem RF-Band vor der I/Q-Demodulation extrahiert wird.

Claims

Demodulationsstruktur zum Abwärtsumsetzen und zur Demodulation eines digitalmodulierten Signals (S₀), mit einer lokalen Oszillatoreinrichtung (1, 5, 8), um ein lokales Oszillatorsignal (S_1o) bereitzustellen, einer Mischeinrichtung (2), um das lokale Oszillatorsignal (S_1o) und das digital-modulierte Signal (S₀) zu mischen, um ein Mischsignal zu erzielen, einer Tiefpassfiltereinrichtung (3), um das Mischsignal von der Mischeinrichtung (2) tiefpass-zu-filtern, und einer Analog-Digital-Umsetzungseinrichtung (4), um das gefilterte Signal von der Tiefpassfiltereinrichtung (3) in ein abwärts-umgesetztes und demoduliertes Digitalsignal (S₁) umzusetzen, wodurch das lokale Oszillatorsignal in Bezug auf das modulierte Digitalsignal eingestellt wird, so dass das abwärts-umgesetzte und demodulierte Digitalsignal (S₁), welches von der Analog-Digital-Umsetzungseinrichtung ausgegeben wird, zwei seriell-angeordnete Informationsteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Oszillatorsignal (S_1o) mit zumindest zwei Modulationszuständen, die unterschiedliche Phasen haben, während der Symbolperiode des modulierten Digitalsignals (So) moduliert ist.
Demodulationsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unterschiedlichen Modulationszustände die gleiche Amplitude und eine Phasenverschiebung von 90° in Bezug zueinander haben.
Demodulationsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Modulationssteuereinrichtung (7), um ein Modulationssignal zur lokalen Oszillatoreinrichtung (5) zu liefern, um das lokale Oszillatorsignal (S_1o) mit den beiden Modulationszuständen intern zu modulieren.
Demodulationsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine analoge Schaltungseinrichtung, um das lokale Oszillatorsignal von der lokalen Oszillatoreinrichtung mit den beiden Modulationszuständen zu modulieren und um ein moduliertes lokales Oszillatorsignal an die Mischeinrichtung auszugeben.
Demodulationsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Schaltungseinrichtung (9) eine Schaltungseinrichtung (10) aufweist, welche zwischen einem ersten Zweig (12), der eine Phasenverschiebungseinrichtung (11) hat, und einem zweiten Zweig (13), der keine Phasenverschiebungseinrichtung hat, umgeschaltet werden kann, wobei die Umschalteinrichtung mittels eines Steuersignals mit einer Häufigkeit eines Zweifachen der Symbolfrequenz des modulierten Digitalsignals umgeschaltet wird.
Demodulationsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Bandpassfilter (6) zum Bandpass-Filtern des modulierten lokalen Oszillatorsignals (S_1o).
Demodulationsstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bandpassfilter (6) eine Mittenfrequenz hat, welche der Mittenfrequenz (f_c) entspricht, und eine Bandbreite, welche der Bandbreite des Signalbands des modulierten Digitalsignals entspricht.
Demodulationsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das digital-modulierte Signal (S₀) I/Q-moduliert ist und beiden seriell-angeordneten Informationsteile, welche im abwärts-umgesetzten und demodulierten Digitalsignal (S₁) enthalten sind, ein I-Teil und ein Q-Teil des I/Q-modulierten Digitalsignals sind.
Verfahren zum Abwärtsumsetzen und zum Demodulieren eines digitalmodulierten Signals (S₀) mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines lokalen Oszillatorsignals (S_1o); Mischen des lokalen Oszillatorsignals (S_1o) und des digital-modulierten Signals (S₀), um ein Mischsignal zu erzielen; Tiefpassfiltern des Mischsignals; und Analog-Digital-Umsetzen des gefilterten Signals in ein abwärts-umgesetztes und demoduliertes Digitalsignal (S₁); wodurch das lokale Oszillatorsignal (S_1o) in Bezug auf das modulierte Digitalsignal (S₀) eingestellt wird, so dass das abwärts-umgesetzte und demodulierte Digitalsignal (S₁) zwei seriell-angeordnete Informationsteile aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Oszillatorsignal (S_1o) mit zumindest zwei Modulationszuständen, welche unterschiedliche Phasen haben, während der Symbolperiode des modulierten Digitalsignals (S₀) moduliert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden verschiedenen Modulationszustände die gleiche Amplitude und eine Phasenverschiebung von 90° in Bezug zueinander haben.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch internes Modulieren des lokalen Oszillatorsignals (S_1o) mit den beiden Modulationszuständen mittels eins gelieferten Modulationssignals.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch externes Modulieren des lokalen Oszillatorsignals (S_1o) mit den beiden Modulationszuständen und Ausgeben eines modulierten lokalen Oszillatorsignals an den Mischschritt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Oszillatorsignal (S_1o) zwischen einem Phasenverschiebungszustand und einem Nicht-Phasenverschiebungszustand mittels eines Steuersignals mit einer Frequenz von zumindest dem Zweifachen der Symbolfrequenz des modulierten Digitalsignals umgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch Bandfassfiltern des modulierten lokalen Oszillatorsignals (S_1o).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandpassfilterungsschritt eine Mittenfrequenz verwendet, die der Mittenfrequenz fc entspricht, und eine Bandbreite, welche der Bandbreite des Signalbands des modulierten Digitalsignals entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das digital-modulierte Signal (S₀) I/Q-moduliert ist und die beiden seriell-angeordneten Informationsteile, welche im abwärts-umgesetzten und demodulierten Digitalsignal (S₁) enthalten sind, ein I-Teil und ein Q-Teil des I/Q-modulierten Digitalsignals sind.