DE69534055T2

DE69534055T2 - Verfahren zur Erzeugung von modulierenden Wellenformen konstanter Umhüllung

Info

Publication number: DE69534055T2
Application number: DE69534055T
Authority: DE
Inventors: Masaki Minato-ku Ichihara
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2015-12-06
Also published as: EP0716526B1; CA2164465A1; JPH08163189A; AU705593B2; DE69534055D1; KR960027861A; AU4024695A; EP0716526A3; EP0716526A2; KR100286722B1; US5784412A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Übertragen einer modulierten Welle mit variabler Hüllkurve, wie beispielsweise eine 4-phasige Phasenumtastung (die hierin nachfolgend PSK genannt wird), eine differentielle Quadratur-Phasenumtastung mit einer Verschiebung von π/4 (die hierin DQPSK genannt wird) und ähnliches.
Ein herkömmliches digitales zellulares Telefonsystem verwendet ein lineares Modulationsverfahren unter Verwendung einer modulierten Welle mit einer schmalen Bandbreite, wie beispielsweise DQPSK mit einer Verschiebung von π/4, für eines effizientes Nutzen einer Frequenz. Jedoch verändert dieses lineare Modulationsverfahren die Amplitude einer Übertragungsfunkwelle im Vergleich mit dem herkömmlichen Modulationsverfahren mit konstanter Hüllkurve (wobei sich die Hüllkurve nicht ändert) unter Verwendung einer Frequenzmodulation (die hierin nachfolgend FM genannt wird), einer Gauß'schen minimalen Umtastungs-(die hierin nachfolgend GMSK genannt wird)-Modulation und ähnlichem zu einem starken Ausmaß. Als Ergebnis ist ein Sender erforderlich, um die oben beschriebene Amplitudenvariation genau zu senden. Das ist der Grund, warum ein linearer Verstärker trotz seiner Uneffektivität verwendet werden muss.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Senders.
Eine Basisbandwellenform-Erzeugungsschaltung 1 empfängt ein ankommendes Eingangsdatensignal 7 synchron zu einem Takt 8 und gibt jeweils entsprechende Basisbandsignale (Modulationssignale) I und Q aus. Das Signal I bezieht sich auf eine zum Träger gleichphasige Komponente der Übertragungsfunkwelle. Das Signal Q bezieht sich auf eine Quadraturkomponente.
Diese Signale werden zur Quadraturmodulation eines von einem Lokaloszillator 6 ausgegebenen lokalen Signals (Trägers) zu einem Quadraturmodulator 2 eingegeben. Ausgangssignale (moduliertes Signal) des Quadraturmodulators 2 werden mit einem Sendeleistungsverstärker 3 verstärkt und von einer Antenne 5 gesendet, nachdem unnötige Wellen durch ein Sendefilter 4 eliminiert sind.
Die Ausgabe des Quadraturmodulators 2 als lineare Modulation, wie beispielsweise DQPSK mit einer Verschiebung von π/4, QPSK und ähnliches, ist aufgrund eines Verwendens von keiner Modulation konstanter Hüllkurve durch die Hüllkurvenamplitudenvariation begleitet. Der Sendeleistungsverstärker 3 muss ein linearer Verstärker sein, um die Hüllkurvenamplitudenvariation so genau wie möglich zu reproduzieren.
4 ist eine grafische Darstellung von Kennlinien eines Sendeleistungsverstärkers. Eine Abszissenachse entspricht einem Eingangspegel, eine linke Ordinatenachse entspricht einem Ausgangspegel und eine rechte Ordinatenachse entspricht einer Effizienz. Die durchgezogene Linie bezeichnet eine Beziehung zwischen Eingangsleistung und Ausgangsleistung. Die gestrichelte Linie bezeichnet eine Beziehung zwischen der Eingangsleistung und der Effizienz.
Das herkömmliche Sendeverfahren bzw. Übertragungsverfahren hat keine Chance, nutzt aber den Bereich, wo sich die Ausgangsleistung gegenüber der Eingangsleistung linear ändert, um eine lineare Verstärkung durchzuführen. Dieser Bereich zeigt jedoch eine äußerst geringe Effizienz. Darüber hinaus erhöht das herkömmliche Verfahren einen Energieverbrauch für ein Senden bzw. eine Übertragung im Vergleich mit dem Modulationsverfahren konstanter Hüllkurve, das in dem nichtlinearen Bereich (unterer rechter Abschnitt der Kurve der 4) anwendbar ist.
Das oben beschriebene herkömmliche Verfahren zum Verstärken der linearen modulierten Welle mit dem linearen Verstärker zeigt eine äußerst geringe Energieeffizienz, was in einer exzessiven Energieverbrauchserhöhung resultiert.
Das US-Patent Nr. 3,896,395 beschreibt eine Verstärkungsvorrichtung zum Verstärken eines analogen hochfrequenten Bandpass-Eingangssignals mit sowohl Amplituden- als auch Phasenvariationen und mit einer gegebenen maximalen Amplitude, wobei die Vorrichtung einen Quadraturdetektor zum Erzeugen eines Paars von variable Amplitudenintelligenz enthaltenden Hüllkurven, die aus unterschiedlichen der Quadratursignalkomponenten des Eingangssignals abgeleitet sind, aus dem Eingangssignal, eine Einrichtung zum Erzeugen einer Bitstrom-Approximation, deren gewichteter zeitlicher Durchschnitt eine Kopie der jeweiligen Hüllkurve ist, aus jeder Hüllkurve mit variabler Amplitude, eine Einrichtung zum Erzeugen von zwei Quadraturreferenzsignalen gleicher Amplitude, eine Einrichtung für eine jeweilige Phasenumkehrmodulation der zwei Quadraturreferenzsignale mit einer der zwei Bitstrom-Approximationen, um zwei Signale mit konstanter Hüllkurve einer Amplitude zu erzeugen, die größer als die maximale Amplitude des Eingangssignals ist, und eine Einrichtung zum Kombinieren der zwei Signale mit konstanter Hüllkurve, um eine linear verstärkte Kopie des analogen Eingangssignals zu erzeugen, aufweist.
Das US-Patent Nr. 3,927,379 beschreibt eine Verstärkungsvorrichtung für eine Bandpassverstärkung eines Eingangssignals mit Amplituden- und Phasenvariationen, welche Vorrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen einer Komponente konstanter Amplitude und ein Tiefpass-Hüllkurvensignal aus dem Eingangssignal, eine Einrichtung zum Verarbeiten des Hüllkurvensignals, um ein Signal konstanter Amplitude zu erzeugen, dessen Phasenvariationen proportional zum inversen Sinus des Hüllkurvensignals sind, eine Einrichtung zum Erzeugen eines komplex konjugierten Signals des Signals konstanter Amplitude aus dem Signal konstanter Amplitude, eine erste Mischeinrichtung zum Mischen des komplex konjugierten Signals mit der Komponente konstanter Amplitude, um eine erste gemischte Ausgabe zu erzeugen, eine zweite Mischeinrichtung zum Mischen des Signals konstanter Amplitude mit der Komponente konstanter Amplitude, um eine zweite gemischte Ausgabe zu erzeugen, und eine Einrichtung zum Kombinieren der gemischten Ausgaben, um eine verstärkte Kopie des ursprünglichen Eingangssignals zu erzeugen, aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für das vorgenannte Problem zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht im Bereitstellen eines Senders und eines Verfahrens, die ermöglichen, einen nichtlinearen und effizienten Verstärker für eine Sendeleistungsverstärkung zu verwenden.
Die vorgenannte vorliegende Erfindung wird durch einen Sender erreicht, wie er im Anspruch 1 definiert ist, und ein Verfahren zum Senden einer modulierten Welle mit Hüllkurvenvariation, wie es im Anspruch 4 definiert ist.
Die vorliegende Erfindung führt dann eine Modulation, eine Verstärkung und eine Zusammensetzung von jeweiligen Trägern durch Verwenden von jeweiligen Modulationssignalen konstanter Hüllkurve durch. Somit lässt die vorliegende Erfindung zu, einen nichtlinearen und äußerst effizienten Verstärker zu verwenden, was in einer Erniedrigung des Energieverbrauchs resultiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen klarer werden, wobei:
1 eine Figur zum Erklären eines Prinzips der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Senders ist; und
4 eine Figur ist, die Kennlinien eines Sendeleistungsverstärkers zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Hierin nachfolgend wird ein Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine Vektordarstellung einer Phase und einer Amplitude eines Signals.
Unter der Annahme, dass ein Vektor eines Sende-Modulationssignals als A bezeichnet ist, eine zum Träger gleichphasige Komponente als I bezeichnet ist und eine Quadraturkomponente als Q bezeichnet ist, wird der Vektor A als die folgende Koordinate ausgedrückt: A = (I, Q) (1)
Unter der Annahme, das eine Amplitude "a" des Vektors A variabel ist, wird angenommen, dass jeder Vektor von A1 und A2 eine konstante Amplitude mit ihrem Wert gleich oder größer als 1/2 des maximalen Werts der Amplitude "a" hat. Es wird zur Vereinfachung angenommen, dass A1 und A2 dieselben Amplitudenwerte von 1 haben (d.h. a ≤ 2). Die Vektoren A1 und A2 werden als die folgenden Koordinaten ausgedrückt: A1 = (I1, Q1), A2 = (I2, Q2)
Die Werte von I₁, Q₁, I₂ und Q₂ werden so gewählt, dass die Summe der Vektoren A1 und A2 gleich dem Vektor A ist.
Jeder der obigen Werte wird durch die folgenden Gleichungen (3-1) bis (3-4) erhalten. I1 = {I + Q·SQRT(4/a2 – 1)}/2 (3-1) Q1 = {Q – I·SQRT(4/a2 – 1)}/2 (3-2) I2 = {I – Q·SQRT(4/a2 – 1)}/2 (3-3) Q2 = {Q + I·SQRT(4/a2 – 1)}/2 (3-4)wobei sich SQRT(x) auf eine Quadratwurzel von x bezieht. Die obigen Gleichungen (3-1) bis (3-4) zeigen offensichtlich, dass: I₁ ² + Q₁ ² = 1 und I₂ ² + Q₂ ² = 1. Dies stellt dar, dass die Signale (I₁, Q₁) und (I₂, Q₂) jeweils Modulationssignale mit konstanter Hüllkurve sind.
Dies zeigt auch, dass: (I₁, Q₁) + (I₂, Q₂) = (I, Q)
Wie es zuvor angegeben ist, ist es möglich, ein Hüllkurven-Modulationssignal mit variabler Phasenkomponente (I, Q) durch Erzeugen des Modulationssignals mit konstanter Hüllkurve mit der Phasenkomponente von (I₁, Q₁) und der modulierten Welle mit konstanter Hüllkurve mit der Phasenkomponente von (I₂, Q₂) gleichen Werts und Verstärken und Zusammensetzen von ihnen mit derselben Verstärkung zu erhalten.
Ein Sender der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist der Sender der vorliegenden Erfindung eine Basisbandwellenform-Erzeugungsschaltung (einen Wandler) 10 zum Ausgeben von Basisbandsignalen (Modulationssignalen) I₁, Q₁, I₂, Q₂ basierend auf einem gleich phasigen Komponentensignal I, einem Quadraturkomponentensignal (Modulationssignal) Q und einem mit Eingangsdaten synchronisierten Takt A; einen ersten Quadraturmodulator 12 zur Quadraturmodulation eines von einem Lokaloszillator 6 ausgegebenen lokalen Signals (Träger) durch Verwenden des gleichphasigen Komponentensignals I₁ und des Quadraturkomponentensignals Q₁; einen zweiten Quadraturmodulator 22 zur Quadraturmodulation eines lokalen Signals (Trägers) durch Verwenden des gleichphasigen Komponentensignals I₂ und des Quadraturkomponentensignals Q₂; einen ersten Sendeleistungsverstärker 13 zum Verstärken des Ausgangssignals des ersten Quadraturmodulators 12, einen zweiten Sendeleistungsverstärker 23 zum Verstärken des vom zweiten Quadraturmodulator 22 ausgegebenen Ausgangssignals, eine Leistungszusammensetzungsvorrichtung 9 zum Zusammensetzen von Ausgangssignalen der Sendeleistungsverstärker 13 und 14; ein Bandpassfilter 4 zur Bandbegrenzung des Ausgangssignals der Leistungszusammensetzungsvorrichtung 9 und eine Antenne 5 zum Senden des Ausgangssignals des Bandpassfilters 4 auf.
Die Basisbandwellenform-Erzeugungsschaltung 10 (der Wandler) wendet die Gleichungen (3-1) bis (3-4) auf die Eingangsdaten 7 an, führt das gleichphasige Komponentensignal I₁ und das Quadraturkomponentensignal Q₁ zum ersten Quadraturmodulator 12 zu und führt das gleichphasige Komponentensignal I₂ und das Quadraturkomponentensignal Q₂ zum zweiten Quadraturmodulator 22 zu.
Dabei weist die Basisbandwellenform-Erzeugungsschaltung 10 einen Digitalsignalprozessor auf, in welchem eine Software zum Berechnen der Gleichungen (3-1) bis (3-4) eingebettet ist.
Der erste Quadraturmodulator 12 unterzieht das vom Lokaloszillator 6 ausgegebene lokale Signal (den Träger) einer Quadraturmodulation mit dem gleichphasigen Komponentensignal I₁ und dem Quadraturkomponentensignal Q₁.
Der zweite Quadraturmodulator 22 unterzieht das lokale Signal (den Träger) einer Quadraturmodulation mit dem gleichphasigen Komponentensignal I₂ und dem Quadraturkomponentensignal Q₂.
Ausgangssignale des ersten Quadraturmodulators 12 und des zweiten Quadraturmodulators 22 werden jeweils durch den ersten Sendeleistungsverstärker 13 und den zweiten Sendeleistungsverstärker 23 bezüglich der Leistung verstärkt. Da die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Quadraturmodulators 12 und 22 modulierte Wellen mit konstanter Hüllkurve sind, die durch die Basisbandwellenform-Erzeugungsschaltung 10 verarbeitet sind, wie es zuvor angegeben ist, tritt trotz einer Leistungsverstärkung mit dem nichtlinearen und äußerst effizienten Leistungsverstärker keine Verzerrung auf.
Die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Sendeleistungsverstärkers 13 und 23 werden durch die Leistungszusammensetzungsvorrichtung 9 bezüglich der Leistung zusammengesetzt. Als Ergebnis wird das lokale Signal (der Träger) mit dem Ausgangssignal der Leistungszusammensetzungsvorrichtung 9 einer Quadraturmodulation mit dem gleichphasigen Komponentensignal I und dem Quadraturkomponentensignal unterzogen, um dadurch das Signal zu liefern, das mit demjenigen eines leistungsverstärkten ohne Verzerrung vergleichbar ist.
Das Ausgangssignal der Leistungszusammensetzungsvorrichtung 9 wird zum Senden bzw. zur Übertragung der Antenne 5 zugeführt, nachdem es mit dem Bandpassfilter 4 bandbegrenzt ist.

Claims

Sender, der folgendes aufweist: eine Wandlereinrichtung (10) zum Umwandeln eines Modulationssignals mit Hüllkurvenvariation in zwei Modulationssignale ohne Hüllkurvenvariation, wobei der Wandler dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine Einrichtung zum Umwandeln eines Signals des Modulationssignals mit Hüllkurvenvariation, von welchem ein gleichphasiges Komponentensignal I ist und ein Quadraturkomponentensignal Q ist, in ein erstes Signal, von welchem ein gleichphasiges Komponentensignal I₁ und ein Quadraturkomponentensignal Q₁ ist, und ein zweites Signal, von welchem ein gleichphasiges Komponentensignal I₂ ist und ein Quadraturkomponentensignal Q₂ ist, die die folgenden Bedingungen A bis C erfüllen: (I1)2 + (Q1)2 = konstant A (I2)2 + (Q2)2 = konstant B,und Vektor (I, Q) = Vektor (I1, Q1) + Vektor (I2, Q2) C,eine erste Modulationseinrichtung (12) zum Modulieren eines Trägers mit dem ersten Signal (I₁, Q₁) und zum Erzeugen einer ersten modulierten Welle; eine zweite Modulationseinrichtung (22) zum Modulieren eines Trägers mit dem zweiten Signal (I₂, Q₂) und zum Erzeugen einer zweiten modulierten Welle; eine erste Verstärkungseinrichtung (13) zum Verstärken der Leistung der ersten modulierten Welle; eine zweite Verstärkungseinrichtung (23) zum Verstärken der Leistung der zweiten modulierten Welle; und eine Einrichtung (9) zum Zusammensetzen eines Ausgangssignals aus der ersten Verstärkungseinrichtung und der zweiten Verstärkungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (10) derart eingerichtet ist, dass das Modulationssignal (I, Q) durch Anwenden der folgenden Gleichungen D bis G in das erste Signal (I₁, Q₁) und das zweite Signal (I₂, Q₂) umgewandelt wird: I1 = {I + Q·SQRT(4/a2 – 1)}/2 D, Q1 = {Q – I·SQRT(4/a2 – 1)}/2 E, I2 = {I – Q·SQRT(4/a2 – 1)}/2 F,und Q2 = {Q + I·SQRT(4/a2 – 1)}/2 G,wobei sich SQRT(x) auf eine Quadratwurzel von x bezieht und wobei a² = (I₂)² + (Q₂)² gilt.
Sender nach Anspruch 1, wobei die erste Modulationseinrichtung (12) und die zweite Modulationseinrichtung (22) Quadraturmodulatoren sind.
Sender nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstärkungseinrichtung (13) und die zweite Verstärkungseinrichtung (23) nichtlineare Leistungsverstärker sind.
Verfahren zum Senden einer modulierten Welle mit Hüllkurvenvariation, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte aufweist: Umwandeln eines Modulationssignals mit Hüllkurvenvariation, von welchem ein gleichphasiges Komponentensignal I ist und ein Quadraturkomponentensignal Q ist, in ein erstes Signal, von welchem ein gleichphasiges Komponentensignal I₁ ist und ein Quadraturkomponentensignal Q₁ ist, und ein zweites Signal, von welchem ein gleichphasiges Komponentensignal I₂ ist und ein Quadraturkomponentensignal Q₂ ist, die die folgenden Bedingungen A bis C erfüllen: (I1)2 + (Q1)2 = konstant A (I2)2 + (Q2)2 = konstant B,und Vektor (I, Q) = Vektor (I1, Q1) + Vektor (I2, Q2) C;einen ersten Modulationsschritt zum Modulieren eines Trägers mit dem ersten Signal (I₁, Q₁) und zum Erzeugen einer ersten modulierten Welle; einen zweiten Modulationsschritt zum Modulieren eines Trägers mit dem zweiten Signal (I₂, Q₂) und zum Erzeugen einer zweiten modulierten Welle; einen ersten Verstärkungsschritt zum Verstärken einer Leistung der ersten modulierten Welle; einen zweiten Verstärkungsschritt zum Verstärken einer Leistung der zweiten modulierten Welle; Zusammensetzen der ersten leistungsverstärkten modulierten Welle und der zweiten leistungsverstärkten modulierten Welle; Bandbegrenzen der zusammengesetzten modulierten Welle; und Senden der bandbegrenzten modulierten Welle, dadurch gekennzeichnet, dass der Umwandlungsschritt einen Schritt zum Umwandeln des Modulationssignals (I, Q) in das erste Signal (I₁, Q₁) und das zweite Signal (I₂, Q₂) durch Anwenden der folgenden Gleichungen D bis G aufweist: I1 = {I + Q·SQRT(4/a2 – 1)}/2 D, Q1 = {Q – I·SQRT(4/a2 – 1)}/2 E, I2 = {I – Q·SQRT(4/a2 – 1)}/2 F,und Q2 = {Q + I·SQRT(4/a2 – 1)}/2 G,wobei sich SQRT(x) auf eine Quadratwurzel von x bezieht und wobei a² = (I₂)² + (Q₂)² gilt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modulationsschritt einen Schritt zur Quadraturmodulation eines Trägers mit dem ersten Signal (I₁, Q₁) aufweist; und der zweite Modulationsschritt einen Schritt zur Quadraturmodulation eines Trägers mit dem zweiten Signal (I₂, Q₂) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstärkungsschritt einen Schritt einer nichtlinearen Leistungsverstärkung der ersten modulierten Welle aufweist; und der zweite Verstärkungsschritt einen Schritt zur nichtlinearen Leistungsverstärkung der zweiten modulierten Welle aufweist.