DE69729681T2

DE69729681T2 - Frequenzmultiplexnachrichtenübertragungssystem mit variabler Bandbreite

Info

Publication number: DE69729681T2
Application number: DE69729681T
Authority: DE
Inventors: Osamu Minato-ku Ichiyoshi
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: US6014366A; EP0802644B1; JP2738385B2; EP0802644A2; DE69729681D1; EP0802644A3; JPH09284242A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine im Bereich der Kommunikation und der Meßtechnik weit verbreitet verwendete Frequenzmultiplex(FDM)technik und insbesondere ein Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite, das dazu geeignet ist, Frequenzkanäle zu teilen und zu multiplexen, wobei das Frequenzband jedes Frequenzkanals variabel ist.
Transmultiplexer (TMUX) sind Geräte zum effizienten Verzweigen und Kombinieren mehrerer Frequenzmultiplexsignale gemäß einer Stapel-Digitalsignalverarbeitung. Die Transmultiplexer werden im Bereich der Kommunikation für wechselseitige Umwandlungen zwischen Frequenzmultiplexsignalen und Zeitmultiplex(TDM)signalen weit verbreitet verwendet. Das Basiskonzept von Transmultiplexern wird von Maurice G. Bellanger und Jacques L. Daguet in "TDM-FDM Transmultiplexer: Digital Polyphase and FFT", IEEE Trans., COM-22, Nr. 9, September 1974 vorgeschlagen.
Bei herkömmlichen Transmultiplexern tritt ein Problem dahingehend auf, daß, wenn das Frequenzintervall zwischen FDM-Kanälen durch Δf dargestellt wird, die maximale Bandbreite jedes FDM-Kanals durch Δf begrenzt ist. Für Multimediakommunikationen, die gegenwärtig große Beachtung finden, sind flexible Kommunikationspfade erforderlich, über die Kommunikationen mit verschiedenen Bandbreiten abgewickelt werden können. Herkömmliche Transmultiplexer sind aufgrund des festen Frequenzbandes für jeden Kanal für Multimediakom munikationen ungeeignet. Daher fokussierten sich Forschungsarbeiten auf Transmultiplexer, die in der Lage sind, Kommunikationen mit verschiedenen Bandbreiten auszuführen.
Beispielsweise wird in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-200635 (JP-A-63-200635) ein Transmultiplexer mit Mehrfachabtastung beschrieben. Der Transmultiplexer mit Mehrfachabtastung verwendet ein interpolierendes digitales Subfilter und erzeugt einen Kanaltakt und einen Interpolationstakt, dessen Frequenz der m-fachen Kanaltaktfrequenz entspricht. Das interpolierende digitale Subfilter führt eine vorgegebene Filterverarbeitung basietrend auf einer Zeitsteuerung aus, die durch den Kanaltakt und den Interpolationstakt bereitgestellt wird, und erzeugt ein Filterausgangssignal mit der Abtastrate des Interpolationstaktes. Das Filterausgangssignal wird einer Fouriertransformationsschaltung zugeführt.
1 der beigefügten Zeichnungen zeigt den in der vorstehend erwähnten JP-A-63-200635 beschriebenen Transmultiplexer. In Verbindung mit diesem Transmultiplexer wird vorausgesetzt, daß dem Transmultiplexer ein Zwischenfrequenz(ZF)signal als Eingangssignal zugeführt wird, ein Kanalintervall durch Δf und der Multiplexpegel durch N bezeichnet wird. Der Transmultiplexer weist auf: einen lokalen Oszillator 101 zum Erzeugen eines lokalen Oszillationssignals, um ein Zwischenfrequenzsignal in ein Basisbandsignal umzuwandeln, einen Multiplextaktgenerator 109 zum Erzeugen eines Multiplextaktes mit einer Frequenz NΔf, einen Frequenzteiler 115 für eine Division durch N/m zum Teilen der Frequenz des Multiplextaktes durch N/m und einen Frequenzteiler 116 für eine Division durch m zum Teilen der Frequenz eines Interpolationstaktes durch m. Einem Mischer 103 werden das Zwischenfrequenzsignal und das lokale Oszillationssignal zugeführt, und einem anderen Mischer 104 werden das Zwi schenfrequenzsignal und das lokale Oszillationssignal zugeführt, das durch einen π/2-Phasenschieber um π/2 phasenverschoben oder -verzögert wurde. Die Mischer 103 und 104 weisen jeweilige Ausgangsanschlüsse auf, die über Tiefpaßfilter (TPF) 105 bzw. 106 mit A/D-Wandlern 107 bzw. 108 verbunden sind.
Der Transmultiplexer weist außerdem eine Schaltschaltung 111 zum Ausführen einer Signalverzweigungs- und -abtastfunktion auf. Im einzelnen werden der Schaltschaltung 111 Ausgangssignale von den A/D-Wandlern 107, 108 zugeführt, und die Schaltschaltung trennt die Zeitfolge der zugeführten Signale in N separate Ausgangssignale, d. h. in N Abtastwerte. Die N Ausgangssignale der Schaltschaltung 111 werden über jeweilige Verzögerungseinheiten 112-1~112-N jeweiligen interpolierenden digitalen Subfiltern 117-1~117-N zugeführt. Die Verzögerungseinheiten 112-1~112-N dienen zum Verzögern der zugeführten Signale um Zeitverzögerungen, die der Folge der eintreffenden Signale proportional sind, um zeitgesteuerte Basisbandsignale zu erzeugen. Der Transmultiplexer weist außerdem eine Schaltung 114 zum Ausführen einer schnellen Fouriertransformation (FFT) zum Ausführen einer komplexen schnellen Fouriertransformation von N Punkten bezüglich jeweiligen Ausgangssignalen der interpolierenden digitalen Subfilter 117-1~117-N auf. Die FFT-Schaltung 114 erzeugt N komplexe Ausgangssignale als jeweilige Kanalausgangssignale des Transmultiplexers.
2A zeigt eine Anordnung eines interpolierenden digitalen Subfilters 117-i, wobei (N/2) + 1 ≤ i ≤ N ist, und 2B zeigt eine Anordnung eines interpolierenden digitalen Subfilters 117-i, wobei 1 ≤ i ≤ N/2 ist. Gemäß der in 2A dargestellten Anordnung weist das interpolierende digitale Subfilter zwei digitale Subfilter 121, 122, die mit einem Eingangsanschluß verbunden sind, eine Verzögerungs schaltung 124 zum Verzögern eines Ausgangssignals des digitalen Subfilters 122 und einen Addierer 126 zum Addieren der Ausgangssignale des digitalen Subfilters 122 und der Verzögerungsschaltung 124 auf. Gemäß der in 2B dargestellten Anordnung weist das interpolierende digitale Subfilter zwei digitale Subfilter 121, 123, die mit einem Eingangsanschluß verbunden sind, eine Verzögerungsschaltung 125 zum Verzögern eines Ausgangssignals des digitalen Subfilters 123 und einen Addierer 126 zum Addieren der Ausgangssignale des digitalen Subfilters 121 und der Verzögerungsschaltung 125 auf.
In der JP-A-63-200636 ist eine FDM-Signalverzweigungsschaltung mit variabler Bandbreite dargestellt, in der der vorstehend erwähnte Transmultiplexer mit Mehrfachabtastung verwendet wird. 3 zeigt die FDM-Signalverzweigungsschaltung mit variabler Bandbreite. Wie in 3 dargestellt ist, weist die FDM-Signalverzweigungsschaltung mit variabler Bandbreite eine mit Ausgangsanschlüssen eines Transmultiplexers (TMUX) 221 mit Mehrfachabtastung mit einer in 1 dargestellten Struktur verbundene Schaltmatrix 222 und k Signalinterpolationsschaltungen 223-1~223-k auf, die mit Ausgangsanschlüssen der Schaltmatrix 222 verbunden sind. Es wird vorausgesetzt, daß die FDM-Signalverzweigungsschaltung mit variabler Bandbreite (k-5) Signale, die jeweils eine Bandbreite Δf aufweisen, ein Signal mit einer Bandbreite 2Δf und ein Signal mit einer Bandbreite 3Δf ausgibt. Die (k-5) Signale, die jeweils eine Bandbreite von Δf haben, werden von den Signalinterpolationsschaltungen 223-6 223-k ausgegeben. Das Signal mit der Bandbreite 2Δf wird erzeugt, wenn Ausgangssignale der Signalinterpolationsschaltungen 223-1, 223-2 durch zugeordnete Frequenzschieber 224-1, 224-2 geleitet und durch einen Addierer 225-1 addiert werden und ein Summensignal des Addierers 225-1 durch ein analoges Tiefpaßfilter 226-1 geleitet wird. Das Signal mit der Bandbreite 3Δf wird erzeugt, wenn Ausgangssignale der Signalinterpolationsschaltungen 223-3~223-5 durch zugeordnete Frequenzschieber 224-3~224-5 geleitet und durch einen Addierer 225-2 addiert werden und ein Summensignal des Addierers 225-2 durch ein analoges Tiefpaßfilter 226-2 geleitet wird.
Weil die Abtastfrequenz 2Δf beträgt und die Bandbreite eines Signals jedes Kanals auf Δf begrenzt ist, ist für den herkömmlichen Transmultiplexer mit Mehrfachabtastung eine große Bandbreite zum Multiplexen von Kanälen erforderlich, so daß eine Signalumwandlung in eine Signalfolge mit einer höheren Abtastfrequenz, d. h. ein Interpolationsprozeß, erforderlich ist. Daher wird, weil Interpolationsschaltungen erforderlich sind, die Schaltungsgröße des herkömmlichen Transmultiplexers mit Mehrfachabtastung unvermeidbar groß. Ein Kanalmultiplexer, in dem der vorstehend erwähnte herkömmliche Transmultiplexer mit Mehrfachabtastung verwendet wird, hat ebenfalls eine große Schaltungsgröße, weil er die Interpolationsschaltungen und die Frequenzschieber aufweist. Wenn nur einige der Kanäle den Frequenzschiebern zugewiesen werden, um die Schaltungsgröße zu reduzieren, sind für den Kanalmultiplexer N × N-Vollmatrixschaltelemente erforderlich, um die Bandbreite eines Kanals an einer beliebigen Frequenzposition zu vergrößern. Dadurch behält der Kanalmultiplexer weiterhin eine große Schaltungsgröße.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite bereitzustellen, für das keine Interpolationsschaltungen erforderlich sind, sondern das Schaltelemente mit einer einfachen Struktur verwendet, um vollständig bandbrei tenvariable Kommunikationen zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann außerdem durch ein Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite zum Ermöglichen eines Multiplexzugriffs unter Verwendung eines Zwischensenders oder einer Relaisstation mit Antennen gelöst werden, die jeweiligen geografischen Bereichen zugeordnet sind, um eine vollständige Verbindung zwischen den Bereichen bereitzustellen. Die Relaisstation weist eine der Anzahl der Antennen entsprechende Anzahl von Sätzen aus einer Empfangsvorrichtung und einer Übertragungsvorrichtung und eine Basisbandschaltmatrix auf. Signalverzweigungsschaltungen, die jeweils mit der vorstehend erwähnten Signalverzweigungsschaltung identisch sind, sind zwischen den Empfangsvorrichtungen und der Basisbandschaltmatrix verbunden, und Signalkombinierschaltungen, die jeweils mit der vorstehend erwähnten Signalkombinierschaltung identisch sind, sind zwischen den Übertragungsvorrichtungen und der Basisbandschaltmatrix verbunden. Der Abtasttaktgenerator und der komplexe lokale Oszillator können durch die Signalverzweigungsschaltungen und die Signalkombinierschaltungen gemeinsam verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann ein Kommunikationsnetz mit variabler Bandbreite mit einer flachen Frequenzkennline aus einem schmaöbandigen Kommunikationsnetz mit einer Frequenzstufe (Kanalfrequenzintervall) Δf konstruiert werden, wobei das Kommunikationsnetz mit variabler Bandbreite eine Bandbreite aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen der Bandbreite des schmaöbandigen Kommunikationsnetzes entspricht. Weil eine Filterbank durch eine Digitalsignalverarbeitungstechnik realisiert wird, wird durch das Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite eine hochgradig präzise Kennlinie erhalten, es ist jedoch kleinformatig, leicht gewichtig, hat einen niedrigen Leistungsbedarf und ist im Betrieb hochgradig zuverlässig.
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, die ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Transmultiplexers mit Mehrfachabtastung;
2A und 2B zeigen Blockdiagramme interpolierender digitaler Subfilter zur Verwendung im in 1 dargestellten herkömmlichen Transmultiplexer mit Mehrfachabtastung;
3 zeigt ein Blockdiagramm einer herkömmlichen FDM-Signalverzweigungsschaltung mit variabler Bandbreite;
4 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite;
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Transmultiplexers zur Verwendung als Signalkombinierschaltung in einer Übertragungsvorrichtung in dem in 4 dargestellten Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite;
6 zeigt ein Blockdiagramm eines Transmultiplexers zur Verwendung als Signalverzweigungsschaltung in einer Empfangsvorrichtung in dem in 4 dargestellten Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite;
7 zeigt ein Blockdiagramm eines komplexen Oszillators in der in 5 dargestellten Signalkombinierschaltung bzw. in der in 6 dargestellten Signalverzweigungsschaltung;
8A und 8B zeigen Blockdiagramme einer Quadratur-Amplitudenmodulations(QAM)schaltung bzw. einer Quadratur-Amplitudendemodulations(QAD)schaltung in dem in 4 dargestellten Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite;
9A und 9B zeigen Diagramme zum Darstellen der Funktion von Schaltelementen in der Signalkombinierschaltung;
9C und 9D zeigen Diagramme zum Darstellen der Funktion von Schaltelementen in der Signalverzweigungsschaltung;
10A, 10B und 10C zeigen Diagramme zum Darstellen von Frequenzkennlinien von Filtern in dem in 4 dargestellten Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite; und
11 zeigt ein Blockdiagramm eines satellitengeschalteten Frequenzmultiplexzugriffssystems, das das in 4 dargestellte Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite aufweist.
Wie in 4 dargestellt ist, weist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzmultiplexkommunikationssystems mit variabler Bandbreite eine Übertragungsvorrichtung 81 und eine Empfangsvorrichtung 82 auf, die durch eine Schaltung 83 miteinander verbunden sind. Die Übertragungsschaltung 81 ist eine Übertragungsvorrichtung mit variabler Bandbreite, und die Empfangsvorrichtung 82 ist eine Empfangsvorrichtung mit variabler Bandbreite.
Die Übertragungsvorrichtung 81 weist auf: eine Signalkombinierschaltung 91 zum Kombinieren von N unabhängigen Informationssignalen, wobei N eine natürliche Zahl ist, durch einen erfindungsgemäßen Transmultiplexer, einen Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 zum Umwandeln eines digitalen Ausgangssignals der Signalkombinierschaltung 91 in ein Analogsignal, einen lokalen Oszillator 40 zum Ausgeben eines Trägers, eine Quadratur-Amplitudenmodulations(QAM)schaltung 92 zum Quadratur-Amplitudenmodulieren des Trägers vom loka len Oszillator 40 mit einem Ausgangssignal vom Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 und einen Sender 93 zum Übertragen eines modulierten Ausgangssignals von der QAM-Schaltung 92 über die Schaltung 83 an die Empfangsvorrichtung 82.
Die Empfangsvorrichtung 82 weist auf: einen Empfänger 94 zum Empfangen eines über die Schaltung 83 übertragenen signals von der Übertragungsvorrichtung 81 als empfangenes Zwischenfrequenz(ZF)signal, einen lokalen Oszillator 45 zum Erzeugen eines lokalen Oszillationssignals, das im wesentlichen die gleiche Frequenz aufweist wie der vom lokalen Oszillator 40 in der Übertragungsvorrichtung 81 ausgegebene Träger, eine Quadratur-Amplitudendemodulations(QAD)schaltung 95 zum Quadratur-Amplitudendemodulieren des empfangenen ZF-Signals mit dem lokalen Oszillationssignal, einen A/D-Wandler 48 zum Abtasten eines demodulierten Ausgangssignals von der QAD-Schaltung 95 mit einer Abtastfrequenz f_s und zum Umwandeln des Signals in ein Digitalsignal, und eine Signalverzweigungsschaltung 96 zum Zuführen eines Signals mit der Abtastfrequenz f_s zum A/D-Wandler 48 und zum Verzweigen des vom A/D-Wandler 48 ausgegebenen Digitalsignals durch den erfindungsgemäßen Transmultiplexer in N Informationssignale.
Die Abtastfrequenz f_s wird normalerweise auf f_s = NΔf gesetzt, wobei Δf ein Kanalfrequenzintervall darstellt. Die Abtastfrequenz f_s wird in der Übertragungsvorrichtung 81 und in der Empfangsvorrichtung 82 unabhängig erzeugt.
Nachstehend wird die Signalkombinierschaltung 91 in der Übertragungsvorrichtung 81 unter Bezug auf 5 beschrieben.
Wie in 5 dargestellt ist, weist die Signalkombinierschaltung 91 einen Abtasttaktgenerator 1 zum Erzeugen eines Signals mit der Abtastfrequenz f_s und N A/D-Wandler 3 zum Abtasten N unabhängiger Informationssignale mit der Ab tastfrequenz f_s und zum Umwandeln der Signale in Digitalsignale auf. Die Signalkombinierschaltung 91 weist außerdem einen komplexen lokalen Oszillator 4 mit N Ausgängen zum Erzeugen von N komplexen Signalen als Digitalsignale mit jeweiligen Frequenzen kΔf (k = 0, 1, ..., N – 1) basierend auf der Abtastfrequenz f_s auf. Der Ausdruck "komplex" in "komplexes lokales Signal" bezeichnet die gleichzeitige Erzeugung von Kosinus- und Sinuskomponnten. Der Ausdruck "N Ausgänge" in "komplexer lokaler Oszillator 4 mit N Ausgängen" bezeichnet die gleichzeitige Ausgabe von N Signalsätzen. Die A/D-Wandler 3 weisen mit zugeordneten komplexen Multiplizierern 5 verbundene Ausgangsanschlüsse auf. Den komplexen Multiplizierern 5 werden digitale Ausgangssignale von den entsprechenden A/D-Wandlern 3 und außerdem die komplexen lokalen Signale (Frequenzen = 0, Δf, 2 Δf, ..., (N – 1)Δf) vom komplexen lokalen Oszillator 4 mit N Ausgängen zugeführt. Beispielsweise wird einem i-ten A/D-Wandler 3 ein zu übertragendes i-tes (1 ≤ i ≤ N) Informationssignal zugeführt und in ein Digitalsignal umgewandelt, das in einem i-ten komplexen Multiplizierer 5 mit einem komplexen lokalen Signal mit einer Frequenz (i – 1)Δf multipliziert wird. Die Ausgangssignale von den komplexen Multiplizierern 5 werden einer Schaltschaltung (d. h. Schaltmatrix 6) zugeführt, die durch einen Controller 8 gesteuert wird. Die Schaltmatrix 6 weist N Schaltelemente 7 mit drei Eingängen und einem Ausgang auf, die jeweils Eingangsanschlüsse S₁, S₂, S₃ aufweisen. Das Ausgangssignal von einem i-ten (1 ≤ i ≤ N) komplexen Multiplizierer 5 wird dem Eingangsanschluß S₂ eines i-ten Schaltelements 7 und em Eingangsanschluß S₁ eines (i + 1)-ten Schaltelements 7 zugeführt. Der Eingangsanschluß S₃ eines i-ten Schaltelements 7 ist mit dem Ausgangsanschluß eines (i + 1)- ten Schaltelements 7 verbunden. Wenn i + 1 > N ist, wird für ein i-tes Schaltelement 7 jedoch keine solche Verbindung hergestellt. Die Eingangsanschlüsse S₁, S₂, S₃ der Schaltelemente 7 werden durch den Controller individuell aufeinander umgeschaltet.
Die Signalkombinierschaltung 91 weist außerdem eine Schaltung 9 zum Ausführen einer inversen schnellen Fouriertransformation (IFFT) für N Punkte auf dem Ausgangssignal von den Schaltelementen 7 auf, die der IFFT-Schaltung 9 als Eingangssignale zugeführt werden. Der IFFT-Schaltung 9 wird außerdem die Abtastfrequenz f_s zugeführt. Die IFFT-Schaltung 9 erzeugt N komplexe Ausgangssignale, die über jeweilige digitale Subfilter 10-1~10-N zugeordneten Verzögerungseinheiten 11-1~11-N zugeführt werden. Den digitalen Filtern 10-1~10-N und den Verzögerungseinheiten 11-1~11-N wird außerdem die Abtastfrequenz f_s zugeführt. Ein i-tes digitales Subfilter 10-i dient zum Ausführen eines Filterprozesses, dessen Übertragungskennlinie durch G_i–1(Z^N) dargestellt wird. Die N digitalen Subfilter 10-1~10-N bilden in Kombination eine digitale Filterschaltung. Eine i-te Verzögerungseinheit 11-i dient dazu, eine durch (i – 1)/Δf dargestellte Zeitverzögerung zu erzeugen. Die N Verzögerungseinheiten 11-1~11-N bilden in Kombination eine Verzögerungsschaltung. Komplexe Ausgangssignale der Verzögerungseinheiten 11-1~11-N werden durch einen Addierer 12 addiert, der dem Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 (vergl. 4) ein Summensignal als eine komplexe Abtastdatenfolge zuführt. Der Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 wandelt die komplexe Abtastdatenfolge in ein komplexes kontinuierliches Signal um, das der QAM-Schaltung (vergl. 4) zugeführt wird.
Nachstehend wird die Signalverzweigungsschaltung 96 in der Empfangsvorrichtung 82 unter Bezug auf 6 beschrieben.
Wie in 6 dargestellt ist, weist die Signalverzweigungsschaltung 96 einen Abtasttaktgenerator 13 zum Erzeugen eines Signals auf, das im wesentlichen die gleiche Frequenz hat wie das durch den Abtasttaktgenerator 1 in der Signalkombinierschaltung 91 erzeugte Signal. Weil die durch die Abtasttaktgeneratoren 1, 13 erzeugten Frequenzen im wesentlichen gleich sind, wird die durch den Abtasttaktgenerator 13 in der Signalverzweigungsschaltung 96 erzeugte Frequenz auch als Abtastfrequenz f_s bezeichnet. Ein komplexes Ausgangssignal der QAD-Schaltung 95 (vergl. 4) wird durch den A/D-Wandler 48 (vergl. 4) mit der Abtastfrequenz f_s abgetastet und in ein Digitalsignal umgewandelt. Das Digitalsignal wird als komplexe digitale numerische Datenfolge einem Schieberegister 27 zugeführt. Das Schieberegister 27 weist ein Schieberegister mit einem Eingang und N Ausgängen auf, das durch die Abtastfrequenz f_s angesteuert wird. Das Schieberegister 27 erzeugt komplexe Ausgangssignale, die von entsprechenden Stufen des Schieberegisters 27 ausgegeben und zugeordneten Abtastschaltungen 26-1~26-N zugeführt werden. Die Abtastschaltungen 26-1~26-N tasten die zugeführten komplexen Ausgangssignale basierend auf der Abtastfrequenz f_s ab. Die abgetasteten Signale von den Abtastschaltungen 26-1~26-N werden dann jeweiligen digitalen Subfiltern 25-1 ~25-N zugeführt. Ein i-tes digitales Subfilter 15-i dient dazu, einen Filterprozeß auszuführen, dessen fundamentale Filterkennlinie durch H_i–1(Z^N) dargestellt wird. Die N digitalen Subfilter 25-1~25-N bilden in Kombination eine digitale Filterschaltung.
Die Signalverzweigungsschaltung 96 weist außerdem eine Schaltung 24 zum Ausführen einer komplexen schnellen Fouriertransformation (FFT) von N Punkten auf N parallelen Ausgangssignalen (eine komplexe numerische Datenfolge) von den jeweiligen digitalen Subfiltern 25-1~25-N auf. Die FFT-Schaltung 24 weist mit einer durch einen Controller 19 gesteuerten Schaltschaltung 22 verbundene Ausgangsanschlüsse auf. Die Schaltschaltung 22 weist auf: N erste Addierer 16, die mit zugeordneten Ausgangsanschlüssen der FFT-Schaltung 24 verbunden sind, N Ausgangsschaltelemente 17 mit einem Eingang und drei Ausgängen, denen jeweilige Ausgangssignale von den Addierern 16 zugeführt werden, und N zweite Addierer 18, die mit zugeordneten Ausgangsanschlüssen der Schaltelemente 17 verbunden sind. Jedes der Schaltelemente 17 weist Ausgangsanschlüsse T₁, T₂, T₃ auf. Ein i-ter erster Addierer 16 addiert ein komplexes Ausgangssignal von einem i-ten Ausgangsanschluß der FFT-Schaltung 24 und ein Ausgangssignal vom Ausgangsanschluß T₃ eines (i – 1)-ten Schaltelements 17 und gibt ein Summensignal an ein i-tes Schaltelement 17 aus. Ein i-ter zweiter Addierer 18 addiert ein Ausgangssignal vom Ausgangsanschluß T₂ eines i-ten Schaltelements 17 und ein Ausgangssignal vom Ausgangsanschluß T₁ eines (i + 1)-ten Schaltelements 17 und gibt ein Summensignal aus. Wenn i + 1 > N oder i – 1 < 0 ist, wird für einen i-ten ersten Addierer 16, ein i-tes Schaltelement 17 und einen i-ten zweiten Addierer 18 keine derartige Verbindung hergestellt. Die Ausgangsanschlüsse T₁, T₂, T₃ der Schaltelemente 17 werden durch den Controller 19 individuell aufeinander umgeschaltet.
Die Signalverzweigungsschaltung 96 weist außerdem einen komplexen lokalen Oszillator 14 mit N Ausgängen zum Erzeugen N komplexer lokaler Signale mit jeweiligen Frequenzen kΔf (k = 0, 1, ..., N – 1) basierend auf der Antastfrequenz f_s auf.
Die zweiten Addierer 18 weisen jeweilige Ausgangsanschlüsse auf, die mit zugeordneten komplexen Multiplizierern 21 verbunden sind. Den komplexen Multiplizierer 21 werden Ausgangssignale von den entsprechenden zweiten Addierern 18 und außerdem die komplexen lokalen Signale [Frequenzen = 0, Δf, 2Δf, ..., (N – 1)Δf] vom komplexen lokalen Oszillator 14 mit N Ausgängen zugeführt. Die komplexen Multiplizierer 21 weisen jeweilige Ausgangsanschlüsse auf, die mit zugeordneten N D/A-Wandlern 20 verbunden sind, die Ausgangssignale von den komplexen Multiplizierern 21 basierend auf der Abtastfrequenz f_s in Analogsignale umwandeln. Beispielsweise wird ein komplexes Ausgangssignal von einem i-ten zweiten Addierer 19 durch einen i-ten komplexen Multiplizierer 21 mit einem komplexen lokalen Signal mit einer Frequenz (i – 1)Δf multipliziert, und das Ausgangssignal des Multiplizierers wird einem i-ten D/A-Wandler 20 zugeführt, der das zugeführte Signal in ein Analogsignal umwandelt (d. h in ein Informationssignal).
Jeder der komplexen lokalen Oszillatoren 4, 14 ist in 17 detailliert dargestellt. Jeder der komplexen lokalen Oszillatoren 4, 14 weist mehrere Blöcke zum Erzeugen jeweiliger komplexer lokaler Signale mit jeweiligen Frequenzen auf, die durch die komplexen lokalen Oszillatoren 4 bzw. 14 ausgegeben werden. Jeder der Blöcke ist als direkter Digital-Synthesizer (DDD) konstruiert und weist ein D-Flipflop 30, eine Tabellenschaltung 31 zum Erzeugen einer Kosinuskomponentenwellenform, eine andere Tabellenschaltung 32 zum Erzeugen einer Sinuskomponentenwellenform und einen Addierer 33 auf. Das D-Flipflop 30 weist einen Takt(C)anschluß auf, dem beispielsweise ein gemeinsamer Takt mit der Abtastfrequenz f_s zugeführt wird. Wenn durch einen bestimmten Block eine komplexe lokale Frequenz kΔf erzeugt werden soll, wird dem Addierer 33 dieses Blocks ein kΔf/f_s entsprechendes Si gnal und ein Ausgangssignal von einem Anschluß Q des D-Flipflops 30 des gleichen Blocks zugeführt, und der Addierer gibt ein Summensignal an einen Anschluß D des D-Flipflops 30 aus. Der Anschluß Q des D-Flipflops 30 ist mit jeweiligen Eingangsanschlüssen der Tabellenschaltungen 31, 32 verbunden. Die Tabellenschaltungen 31, 32 werden durch jeweilige Lookup-Tabellen realisiert und weisen jeweils beispielsweise ROM-Speicher auf. Die vorstehend erwähnten Blöcke jeder der komplexen lokalen Oszillatoren 4, 14 erzeugen in Antwort auf den zugeführten gemeinsamen Takt Digitalsignale, die momentane Wellenformwerte komplexer lokaler Signale darstellen. Auf diese Weise erzeugt jeder der komplexen lokalen Oszillatoren 4, 14 komplexe lokale Signale mit jeweiligen Frequenzen 0, Δf, 2Δf, ..., (N – 1)Δf. Weil hierin komplexe Frequenzen betrachtet werden, entspricht eine Frequenz (N – 1)Δf einer Frequenz –Δf.
Die QAM-Schaltung 92 und die QAD-Schaltung 95 werden nachstehend unter Bezug auf die 8A und 8B beschrieben. 8A zeigt die QAM-Schaltung 92 im Detail, und 8B zeigt die QAD-Schaltung 95 im Detail.
In der dargestellten Ausführungsform gibt die Signalkombinierschaltung 91 ein komplexes Digitalsignal aus, und der Signalverzweigungsschaltung 96 wird ein komplexes Digitalsignal zugeführt. Wie in 8A dargestellt ist, wird ein von der Signalkombinierschaltung 91 ausgegebenes komplexes Digitalsignal durch zwei Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 in zwei Analogsignale umgewandelt, die einer realen bzw. einer imaginären Komponente entsprechen und der QAM-Schaltung 92 zugeführt werden. In 8A sind zwei Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 dargestellt, weil sie das zugeführte komplexe Digitalsignal in die reale bzw. die imaginäre Komponente umwandeln.
Die QAM-Schaltung 92 weist auf: einen π/2-Phasenschieber 41 zum Verschieben der Phase des lokalen Oszillationssignals (d. h. des Trägers) vom lokalen Oszillator 40 um π/2 (90 Grad) und zum Ausgeben des phasenverschobenen lokalen Oszillationssignals, zwei Mischer 42, denen die beiden Analogsignale von den jeweiligen D/A-Wandlern 44 zugeführt werden, und eine Kombiniereinrichtung 43 zum Kombinieren der Ausgangssignale der jeweiligen Mischer 42. Einem der Mischer 42 wird das lokale Oszillationssignal direkt vom lokalen Oszillator 40 zugeführt, und dem anderen der Mischer 42 wird das phasenverschobene lokale Oszillationssignal vom π/2-Phasenschieber 41 zugeführt.
Wie in 8B dargestellt ist, weist die QAD-Schaltung 95 auf: einen π/2-Phasenschieber 46 zum Verschieben der Phase des lokalen Oszillationssignals vom lokalen Oszillator 45 um π/2 und zum Ausgeben des phasenverschobenen lokalen Oszillationssignals und zwei Mischer 47, denen das empfangene ZF-Signal vom Empfänger 94 (vergl. 4) zugeführt wird. Einem der Mischer 47 wird das lokale Oszillationssignal direkt vom lokalen Oszillator 45 zugeführt, und dem anderen der Mischer 47 wird das phasenverschobene lokale Oszillationssignal vom π/2-Phasenschieber 46 zugeführt. Die Ausgangssignale der jeweiligen Mischer 47 werden durch zwei A/D-Wandler 48 abgetastet und in Digitalsignale umgewandelt, die der Signalverzweigungsschaltung 96 als ein komplexes Digitalsignal zugeführt werden. In 8A sind zwei A/D-Wandler 48 dargestellt, weil sie einer realen bzw. einer imaginären Komponente zugeordnet sind und eine reale bzw. eine imaginäre Zahlenkomponente des komplexen Digitalsignals ausgeben.
Nachstehend wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform eines Frequenzmultiplexkommunikationssystems mit variabler Bandbreite beschrieben. Zunächst wird eine Si gnalverarbeitungsprozedur der Übertragungsvorrichtung 81 beschrieben.
In der Signalkombinierschaltung 91 erzeugt der Abtasttaktgenerator 1 Abtastimpulse mit der Abtastfrequenz f_s, und die A/D-Wandler 3 tasten Informationssignale in jeweiligen Kanälen mit den Abtastimpulsen ab und wandeln sie in entsprechende Digitalsignale um. Wenn vorausgesetzt wird, daß ein zu übertragendes Eingangssignal (Informationssignal) in einem k-ten Kanal durch x_k(t) (k = 0, 1, 2, ..., N – 1) dargestellt wird, wird ein durch einen A/D-Wandler 3 abgetastetes, umgewandeltes und ausgegebenes Signal x_k(Z) dargestellt durch:
wobei x_k(m) ein m-ter Abtastwert des Eingangssignals x_k(t) ist,
Z dargestellt wird durch: Z = exp(jω/fs) (2)wobei ω = 2πf, (3)j eine imaginäre Einheit und f eine Frequenzvariable ist.
Die Kennlinie eines Kanalfilters zum Bandbegrenzen des Signals in jedem Kanal wird dargestellt durch:
Gleichung (4) wird folgendermaßen modifiziert:
wobei
ist.
Wenn das Signal in jedem Kanal durch das Kanalfilter G(Z) geleitet und zu einer vorgegebenen Frequenzposition verschoben wird und anschließend die Signale in allen Kanälen addiert werden, wird ein zu übertragendes Frequenzmultiplexsignal erhalten. Beispielsweise wird das Signal im k-ten Kanal zu einer durch ωk = k*2π*Δk (7)dargestellten Frequenzposition verschoben, wobei Δf = fs/N (8)ist.
Ein Ergebnis Y_k(Z), das erhalten wird, wenn ein Eingangssignal x_k(Z) in jedem Kanal durch das Kanalfilter G(Z) bandbegrenzt wird, wird dargestellt durch:
Um das Ergebnis Y_k(Z) bezüglich der Frequenz nach ω_k zu verschieben, kann eine durch Z → exp(–jωk/fs)*Z (10)dargestellte Variablenumwandlung ausgeführt werden. Durch eine solche Variablenumwandlung wird folgendes Ergebnis erhalten:
wobei
verwendet wird.
Die jeweils durch Gleichung (11) für k = 0~N – 1 dargestellten Kanäle werden zu einem zu übertragenden Ausgangssignal Y(Z) addiert, das folgendermaßen dargestellt wird:
wobei der Ausdruck Z^–iG_i(Z^N) einem Digitalfilter und der Ausdruck Σexp(j2πki/N) einer inversen Fouriertransformierten entspricht.
Ein solcher Signalkombinierprozeß wird durch die in 5 dargestellte Signalkombinierschaltung 91 ausgeführt. Eine Eingangssignalfolge, die durch die A/D-Wandler 3 in einen Digitalwert umgewandelt worden ist, wird durch den komplexen lokalen Oszillator 4 und die komplexen Multiplizierer 5 einer Frequenzumwandlung unterzogen. Diese Frequenzumwandlung entspricht einer Umwandlung in Gleichung (13), die durch xk(Z) → xk(exp(–j2πk/N)*Z) (14)dargestellt wird.
Die derart frequenzumgewandelte Eingangssignalfolge wird durch die IFFT-Schaltung 9 einer inversen komplexen Fouriertransformation unterzogen, durch die digitalen Subfilter 10-1~10-N gefiltert und durch Verzögerungseinheiten 11-1~11-N geleitet, deren Ausgangsignale durch den Addierer 12 addiert werden. Diese Verarbeitungsschritte entsprechen der rechten Seite von Gleichung (13).
Das derart erzeugte, zu übertragende Ausgangssignal Y(Z) weist ein komplexes Digitalsignal auf und wird durch den Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler 44 in ein Analogsignal umgewandelt. Daraufhin wird das Signal durch die QAM-Schaltung 92 in ein quadratur-amplitudenmoduliertes Signal umgewan delt, das vom Sender 93 an die Empfangsvorrichtung 82 übertragen wird.
Nachstehend wird eine Signalverarbeitungsprozedur in der Empfangsvorrichtung 82 beschrieben.
Das durch den Empfänger 94 empfangene Signal wird als empfangenes ZF-Signal der QAD-Schaltung 95 zugeführt, die das Signal demoduliert. Das demodulierte Signal wird durch den A/D-Wandler 48 in ein komplexes Digitalsignal umgewandelt, das der Signalverzweigungsschaltung 96 zugeführt wird.
Es wird vorausgesetzt, daß das der Signalverzweigungsschaltung zugeführte komplexe Digitalsignal dargestellt wird durch:
Ein Frequenzverzweigungsprozeß dient dazu, ein Signal in einem Kanal k (k = 0, 1, 2, ..., N – 1), der durch ω_k → 0 dargestellt wird, bezüglich der Frequenz zu verschieben und dann durch ein vorgegebenes Tiefpaßfilter eine Niederfrequenzkomponente auszuwählen. Die Frequenzumwandlung (Frequenzverschiebung) wird dargestellt durch: Z → Z*exp(j2πk/N (16)
Ein Ergebnis R(Z; –k) der Frequenzumwandlung wird folgendermaßen dargestellt:
Wenn dieses Ergebnis unter Verwendung eines Tiefpaßfilters H(Z) extrahiert wird, wird ein ausgewähltes Ausgangssignal des k-ten Kanals erhalten. Das Tiefpaßfilter H(Z) wird dargestellt durch:
Ein zu bestimmendes Ausgangssignal wird dargestellt durch:
wobei der Ausdruck exp(–j2πkm/N) einer Frequenzverschiebung entspricht, der Ausdruck exp(–j2πki/N) einer Fouriertransformation entspricht, der Ausdruck H_N–1–j(Z^N) einem Digitalfilter entspricht und der Ausdruck r(m + i) einem Schieberegister entspricht.
Ein derartiger Frequenzverzweigungsprozeß wird durch die Signalverzweigungsschaltung 96 ausgeführt. Das komplexe Digitalsignal, das vom A/D-Wandler 48 der Signalverzweigungsschaltung 96 zugeführt wird, wird durch das Schieberegister 27 und die Abtastschaltungen 26-1~26-N in N komplexe Digitalsignale geteilt, die durch die digitalen Subfilter 25-1~25-N gefiltert werden. Die gefilterten Signale werden dann der FFT-Schaltung 24 zugeführt, die eine schnelle komplexe Fouriertransformation darauf anwendet. Die Schaltungsstruktur vom Schieberegister 27 bis zu den Ausgangsanschlüssen der FFT-Schaltung 24 dient als Filterbank.
Ein k-tes Ausgangssignal von der FFT-Schaltung 24 weist eine Mittenfrequenz ω_k auf und zeigt eine Bandfilterkennlinie, die durch das fundamentale Filter H(Z) dargestellt wird. Wenn Ausgangssignale benachbarter Kanäle von der FFT-Schaltung 24 durch die Schaltschaltung 22 addiert werden, können Filterbänke mit verschiedenen Frequenzkennlinien bereitgestellt werden. Ähnlicherweise kann die Schaltschaltung 6 in der Übertragungsvorrichtung 81 Signale in Frequenzbändern, die breiter sind als das Kanalintervall Δf, durch die Operation der Schaltelemente 7 in mehrere benachbarte Kanäle verteilen. Daher kann das erfindungsgemäße Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite Signale in Frequenzbändern übertragen, die breiter sind als das Kanalintervall Δf.
Die 9A, 9B, 9C und 9D zeigen schematisch, wie die Schaltelemente 7, 17 in den Schaltschaltungen 6, 22 funktionieren. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist jedes der Schaltelemente 7 ein Schaltelement mit drei Eingängen und einem Ausgang, wohingegen jedes der Schaltelemente 17 ein Schaltelement mit einem Eingang und drei Ausgängen ist.
In der in 9A dargestellten Schaltschaltung 6 der Übertragungsvorrichtung 81 führen, wenn die Schaltelemente 7 den jeweiligen Eingangsanschlüssen S2 zugeführte Eingangssignale auswählen, die Schaltelemente die zugeführten Eingangssignale unverändert der IFFT-Schaltung 9 zu. Wie in 9B dargestellt ist, wird, wenn die drei benachbarten Schaltelemente 7 ein Eingangssignal auswählen, das Eingangssignal gleichzeitig drei Eingangsanschlüssen der IFFT-Schaltung 9 zugeführt. Dadurch wird dieses Eingangssignal so gehandhabt, als ob es eine drei Kanälen entsprechende Bandbreite aufweisen würde, und die Bandbreite wird in drei Bandbreiten geteilt, die von den jeweiligen drei digitalen Subfiltern an den Addierer 12 ausgegeben werden.
In der in 9C dargestellten Schaltschaltung 22 der Empfangsvorrichtung 82 geben, wenn die Schaltelemente 17 den jeweiligen Ausgangsanschlüssen T2 zugeführte Signale auswählen, die Schaltelemente die Eingangssignale unverändert der IFFT-Schaltung 9 zu. Wenn die drei benachbarten Schaltelemente 17 wie in 9D dargestellt gesteuert werden, addiert eines davon die Signale in den drei benachbarten Kanälen und gibt ein Summensignal an einen entsprechenden Ausgangsanschluß der Schaltschaltung 22 aus. Wenn die in den
9B und 9D dargestellten Schaltungsanordnungen kombiniert werden, können sie ein Signal mit einer drei Kanälen entsprechenden Bandbreite übertragen.
Die 10A, 10B und 10C zeigen Prinzipien, gemäß denen ein Frequenzband gemäß der vorliegenden Ausführungsform über das Frequenzintervall Δf hinaus gespreizt wird. Das fundamentale Filter H(Z) für jeden Kanal weist eine derartige Kennlinie auf, daß, wenn Filter, deren Mittenfrequenzen um Δf abweichen, kombiniert werden, die Gesamt-Frequenzkennlinie flach ist, wie in 10A dargestellt ist. Insbesondere dienen die digitalen Subfilter 10-1~10-N in der Signalkombinierschaltung 91 oder die digitalen Subfilter 25-1~25-N in der Signalverzweigungsschaltung 96 insgesamt als ein digitales Filter, und ihre Frequenzkennlinie wird in Frequenzbereichen [0, Δf] vollständig flach, wenn sie bei einer Frequenz Δf/2 gefaltet und überlagert wird. Filter mit einer solchen Frequenzkennlinie sind Filter mit Nyquist-Frequenzkennlinien mit einer Nyquist-Frequenz Δf/2, die in Kommunikationsnetzen weit verbreitet verwendet werden. Wenn fundamentale Filter mit solchen Frequenzkennlinien realisiert werden, kann, wenn m benachbarte Kanäle kombiniert werden, eine variable Filterbank konstruiert werden, deren Bandbreite der m-fachen Bandbreite jedes Filters entspricht, und deren Übertragungskennlinie flach ist. Wenn Beispielsweise, wie in 10B dargestellt ist, drei aufeinanderfolgende Kanäle (CH₁, CH₀, CH_–1) kombiniert werden, kann eine Bandbreite für drei Kanäle erhalten werden, und wenn, wie in 10C dargestellt ist, zwei aufeinanderfolgende Kanäle (CH₀, CH_–1) kombiniert werden, kann eine Bandbreite für zwei Kanäle erhalten werden.
Nachstehend wird ein satellitengeschaltetes Frequenzmultiplexsystem, das ein typisches Beispiel ist und ein in
4 dargestelltes Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite aufweist, unter Bezug auf 11 beschrieben.
Wie in 11 dargestellt ist, weist das satellitengeschaltete Frequenzmultiplexsystem einen Zwischensender oder eine Relaisstation 50 auf einem Kommunikationssystelliten auf, der eine einem ersten Strahl 64 entsprechende Antenne 51 und eine einem zweiten Strahl 65 entsprechende zweite Antenne 52 aufweist. Nachstehend wird eine Anordnung zum Realisieren einer vollständigen Verbindung zwischen Kanälen unter Verwendung einer Basisbandschaltmatrix 53 zwischen den beiden Strahlen 64, 65 beschrieben.
Der erste und der zweite Strahl 64, 65 entsprechen verschiedenen geografischen Gebieten in einem durch den Kommunikationssatelliten abgedeckten Versorgungsbereich. Die Antennen 51, 52 sind mit Signalverzweigungseinschaltungen (DPX) 54, bzw. 55 verbunden, um Sende- und Empfangswellen gemeinsam zu verwenden. Die Signalverzweigungsschaltung 54 ist mit einer Übertragungsvorrichtung (TX) 56 und einer Empfangsvorrichtung (RX) 58 verbunden, und die Signalverzweigungsschaltung 55 ist mit einer Übertragungsvorrichtung (TX) 57 und einer Empfangsvorrichtung (RX) 59 verbunden. Signalkombinierschaltungen (TMUX) 60, 61, die jeweils mit der in 5 dargestellten Signalkombinierschaltung identisch sind, sind zwischen den Übertragungsvorrichtungen 56, 57 und der Basisbandschaltmatrix 53 geschaltet. Ähnlicherweise sind Signalverzweigungsschaltungen (TDUX) 62, 63, die jeweils mit der in 6 dargestellten Signalverzweigungsschaltung identisch sind, zwischen den Empfangsvorrichtungen 58, 59 und der Basisbandschaltmatrix 53 geschaltet. Weil die Signalkombinierschaltungen 60, 61 und die Signalverzweigungsschaltungen 62, 63 in der gleichen Relaisstation 50 angeordnet sind, können der Abtasttaktgenerator und der kom plexe lokale Oszillator durch die Signalkombinierschaltungen 60, 61 und die Signalverzweigungsschaltungen 62, 62 gemeinsam verwendet werden. Weil die Basisbandschaltmatrix 53 normalerweise einen Digitalsignalprozessor aufweist, sind D/A-Wandler an der Eingangsseite der Signalkombinierschaltungen 60, 61 und A/D-Wandler an der Ausgangsseite der Signalverzweigungsschaltungen 62, 63 überflüssig. Durch die Relaisstation 50 mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird ein Vielfachzugriff realisiert, durch den über die Basisbandschaltmatrix 53 eine vollständige Verbindung mit einer variablen Bandbreite zwischen Kanälen zwischen dem ersten und dem zweiten Strahl 64, 65 erhalten werden kann.
Obwohl vorstehend eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezifischer Ausdrücke beschrieben worden ist, dient diese lediglich zur Erläuterung, und innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung können Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.

Claims

Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite mit einer Übertragungsvorrichtung (56, 57, 81), die eine Signalkombinierschaltung (91, 60, 61) aufweist, und einer Empfangsvorrichtung (58, 59, 82), die eine Signalverzweigungsschaltung (54, 55, 62, 63, 96) aufweist, zum Einrichten von Kanälen mit einem Frequenzband, das breiter ist als ein Kanalfrequenzintervall Δf; wobei die Signalkombinierschaltung (91, 60, 61) aufweist: einen Abtasttaktgenerator (1, 13) zum Erzeugen einer Abtastfrequenz f_s, die dem n-fachen Kanalfrequenz-Intervall Δf entspricht, wobei n eine natürliche Zahl ist; mehrere A/D-Wandler (3, 48), denen N zu übertragende, unabhängige Informationssignale zugeordnet sind, wobei N eine natürliche Zahl ist, zum Abtasten der entsprechenden Informationssignale mit der Abtastfrequenz f_s und zum Umwandeln der Informationssignale in Digitalsignale; einen komplexen lokalen Oszillator (4, 14) zum Erzeugen komplexer Signale, die jeweils eine Frequenz haben, die dem k-fachen Kanalfrequenzintervall Δf entspricht, wobei k eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis N – 1 ist; N komplexe Multiplizierer (5, 21) zum Multiplizieren der Digitalsignale von den A/D-Wandlern (3, 48) mit den jeweiligen komplexen Signalen vom komplexen lokalen Oszillator (4, 14) und zum Erzeugen von N Ausgangssignalen; eine Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation zum Ausführen einer komplexen inversen Fouriertransformation von N Punkten; eine zwischen Ausgangsanschlüssen der komplexen Multiplizierer (5, 21) und Eingangsanschlüssen der Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation geschalteten Umschalteinrichtung mit N Ein- und N Ausgängen; mehrere digitale Subfilter (10-i, 15-i, 25-i), die mit entsprechenden der N Ausgangsanschlüsse der Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation verbunden sind, zum Filtern von Ausgangssignalen von der Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation; mehrere Verzögerungseinheiten (11-1), die mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen der digitalen Subfilter (10-i, 15-i, 25-i) verbunden sind; und einen Addierer zum Addieren von Ausgangssignalen von den Verzögerungseinheiten (11-1) und zum Ausgeben eines Summensignals; wobei eine k-te Verzögerungseinheit (11-1) (1 ≤ k ≤ N) einem Ausgangssignal von einem entsprechenden der digitalen Subfilter (10-i, 15-i, 25-i) eine durch (k – 1)/f_s dargestellte Zeitverzögerung aufprägt.
System nach Anspruch 1, wobei die Abtastfrequenz f_s durch NΔf dargestellt wird und die Übertragungsschaltung (56, 57, 81) ferner einen Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler (20, 44) zum Umwandeln einer von der Si gnalkombinierschaltung (91, 60, 61) ausgegebenen komplexen Abtastfolge in ein komplexes kontinuierliches Signal und eine Quadratur-Amplitudenmodulationsschaltung (92) zum Quadratur-Amplitudenmodulieren eines Trägers mit einem Ausgangssignal vom Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler (20, 44) aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umschalteinrichtung N Schaltelemente (7) mit drei Eingängen und einem Ausgang aufweist, wobei die Schaltelemente jeweils als k-tes Schaltelement (7) dargestellt werden, und wobei das k-te Schaltelement (7) aufweist: einen mit einem (k – 1)-ten Eingangsanschluß der Umschalteinrichtung (6, 22) verbundenen ersten Eingangsanschluß; einen mit einem k-ten Eingangsanschluß der Umschalteinrichtung (6, 22) verbundenen zweiten Eingangsanschluß; einen mit einem (k + 1)-ten Ausgangsanschluß der Umschalteinrichtung (6, 22) verbundenen dritten Eingangsanschluß; und einen mit einem k-ten Ausgangsanschluß der Umschalteinrichtung (6, 22) verbundenen Ausgangsanschluß.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der komplexe lokale Oszillator (4, 14) einen direkten Digital-Synthesizer mit N Ausgängen aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die digitalen Subfilter (10-i, 15-i, 25-i) insgesamt als ein einziges digitales Filter dienen und eine Frequenzkennlinie aufweisen, die in Frequenzbereichen [0, Δf] vollständig flach wird, wenn sie bei einer Frequenz Δf/2 gefaltet und überlagert werden.
Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite mit einer Übertragungsvorrichtung (56, 57, 81), die eine Signalkombinierschaltung (91, 60, 61) aufweist, und einer Empfangsvorrichtung (58, 59, 82), die eine Signalverzweigungsschaltung (54, 55, 62, 63, 96) aufweist, zum Einrichten von Kanälen mit einem Frequenzband, das breiter ist als ein Kanalfrequenzintervall Δf; wobei die Signalverzweigungsschaltung (54, 55, 62, 63, 96) aufweist: einen Abtasttaktgenerator (1, 13) zum Erzeugen einer Abtastfrequenz f_s, die dem n-fachen Kanalfrequenz-Intervall Δf entspricht, wobei n eine natürliche Zahl ist; ein Schieberegister mit N Ausgängen zum Verschieben einer komplexen digitalen Zahlenfolge eines empfangenen Digitalsignals synchron mit der Abtastfrequenz f_s, wobei N eine natürliche Zahl ist; eine Abtastschaltung (26-i) zum Abtasten von Ausgangssignalen von jeweiligen Stufen des Schieberegisters synchron mit der Abtastfrequenz f_s; mehrere digitale Subfilter (10-i, 15-i, 25-i) zum jeweiligen Filtern von von der Abtastschaltung (26-i) parallel ausgegebenen N Signalen; eine Fouriertransformationsschaltung zum Ausführen einer komplexen Fouriertransformation von N Punkten bezüglich jeweiligen Ausgangssignalen der digitalen Subfilter (10-i, 15-i, 25-i); eine mit Ausgangsanschlüssen der Fouriertransformationsschaltung verbundene Umschalteinrichtung mit N Ein- und N Ausgängen; einen komplexen lokalen Oszillator (4, 14) zum Erzeugen komplexer Signale, die jeweils eine Frequenz haben, die dem k-fachen Kanalfrequenzintervall Δf entspricht, wobei k eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis N – 1 ist. N komplexe Multiplizierer (5, 21) zum Multiplizieren der Ausgangssignale der Umschalteinrichtung (6, 22) mit den jeweiligen komplexen Signalen vom komplexen lokalen Oszillator (4, 14) und zum Erzeugen von N Ausgangssignalen; und mehrere D/A-Wandler (20, 44), die mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen des komplexen Multiplizierers (5, 21) verbunden sind.
System nach Anspruch 6, wobei die Abtastfrequenz f_s durch N Δf dargestellt wird, und wobei die Empfangsvorrichtung (58, 59, 82) ferner eine Quadratur-Amplitudendemodulationsschaltung (95) zum Quadratur-Amplitudendemodulieren eines empfangenen Zwischenfrequenzsignals und einen A/D-Wandler (3, 48) zum Abtasten eines Ausgangssignals der Quadratur-Amplitudendemodulationsschaltung (95) bei der Abtastfrequenz f_s und zum Umwandeln des abgetasteten Signals in ein komplexes Digitalsignal aufweist, das dem Schieberegister zugeführt wird.
System nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Empfangssignal, das in ein Basisbandsignal und in ein Digitalsignal umgewandelt worden ist, der Signalverzweigungs schaltung (54, 55, 62, 63, 96) zugeführt wird und die D/A-Wandler (20, 44) frequenzgeteilte Multiplexausgangssignale erzeugen.
System nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die Umschalteinrichtung N Schaltelemente mit einem Eingang und drei Ausgängen, N erste Addierer, die jeweils durch einen k-ten ersten Addierer dargestellt werden, und N zweite Addierer aufweist, die jeweils durch einen k-ten zweiten Addierer dargestellt werden, und wobei: der k-te zweite Addierer dazu geeignet ist, ein Ausgangssignal von einem ersten Ausgangsanschluß eines (k + 1)-ten Schaltelements und ein Ausgangssignal von einem zweiten Ausgangsanschluß eines k-ten Schaltelements zu addieren und ein Summensignal an einen k-ten Ausgangsanschluß der Umschalteinrichtung (6, 22) auszugeben; und der k-te erste Addierer dazu geeignet ist, ein Ausgangssignal von einem dritten Ausgangsanschluß eines (k – 1)-ten Schaltelements (7) und ein Signal von einem k-ten Eingangsanschluß der Umschalteinrichtung (6, 22) zu addieren und ein Summensignal einem Eingangsanschluß des k-ten Schaltelements (7) zuzuführen.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der komplexe lokale Oszillator (4, 14) einen direkten Digital-Synthesizer mit N Ausgängen aufweist.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die digitalen Subfilter (10-i, 15-i, 25-i) insgesamt als ein einziges digitales Filter dienen und eine Frequenzkennlinie aufweisen, die in Frequenzbereichen [0, Δf] voll ständig flach wird, wenn sie bei einer Frequenz Δf/2 gefaltet und überlagert werden.
Frequenzmultiplexkommunikationssystem mit variabler Bandbreite zum Realisieren eines Multiplexzugriffs unter Verwendung einer Relaisstation mit Antennen (51, 52), die jeweiligen geografischen Gebieten zugeordnet sind, um eine vollständige Verbindung zwischen den Gebieten bereitzustellen, wobei die Relaisstation aufweist: eine der Anzahl der Antennen (51, 52) entsprechende Anzahl von Sätzen aus einer Empfangsvorrichtung (58, 59, 82) und einer Übertragungsvorrichtung (56, 57, 81), einem Abtasttaktgenerator (1, 13) zum Erzeugen einer Abtastfrequenz f_s, die dem n-fachen Kanalfrequenzintervall Δf entspricht, wobei n eine natürliche Zahl ist, einen komplexen lokalen Oszillator (4, 14) zum Erzeugen komplexer Signale, die jeweils eine Frequenz aufweisen, die dem k-fachen Kanalfrequenzintervall Δf entspricht, wobei k eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis N – 1 und N eine natürliche Zahl ist, eine Basisbandschaltmatrix (6, 53), Signalverzweigungsschaltungen (54, 55, 62, 63, 96), die zwischen den Empfangsvorrichtungen (58, 59, 82) und der Basisbandschaltmatrix (6, 53) verbunden sind, und Signalkombinierschaltungen (60, 61, 91), die zwischen den Übertragungsvorrichtungen (56, 57, 81) und der Basisbandschaltmatrix (6, 53) geschaltet sind; wobei jede der Signalkombinierschaltungen (60, 61, 91) aufweist: eine erste komplexe Multiplizierschaltung mit komplexen Multiplizierern (5, 21), die N unabhängigen Informationssignalen zugeordnet sind, die von der Basis bandschaltmatrix (6, 53) ausgegeben werden, zum Multiplizieren der Informationssignale mit den jeweiligen komplexen Signalen vom komplexen lokalen Oszillator (4, 14) und zum Erzeugen von N Ausgangssignalen; eine Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation zum Ausführen einer komplexen inversen Fouriertransformation für N Punkte; einer zwischen Ausgangsanschlüssen der ersten komplexen Multiplizierschaltung und Eingangsanschlüssen der Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation geschalteten ersten Umschalteinrichtung mit N Ein- und N Ausgängen; mehrere erste digitale Subfilter, die mit zugeordneten der N Ausgangsanschlüsse der Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation verbunden sind, zum Filtern von Ausgangssignalen der Schaltung zum Ausführen einer inversen Fouriertransformation; mehrere Verzögerungseinheiten (11-1), die mit entsprechenden Ausgangsanschlüssen der digitalen Subfilter verbunden sind; und einen Addierer zum Addieren der Ausgangssignale der Verzögerungseinheiten und zum Ausgeben eines Summensignals an die Übertragungsvorrichtung (56, 57, 81); wobei die k-te Verzögerungseinheit (11-1) (1 ≤ k ≤ N) dazu geeignet ist, einem Ausgangssignal von einem entsprechenden der ersten digitalen Subfilter eine durch (k – 1)/f_s dargestellte Zeitverzögerung aufzuprägen; jede der Signalverzweigungsschaltungen aufweist: ein Schieberegister mit N Ausgängen zum Verschieben einer komplexen digitalen Zahlenfolge von der Empfangsvorrichtung (58, 59, 82) synchron mit der Abtastfrequenz f_s; eine Abtastschaltung (26-i) zum Abtasten von Ausgangssignalen von jeweiligen Stufen des Schieberegisters synchron mit der Abtastfrequenz f_s; mehrere zweite digitale Subfilter zum Filtern jeweiliger N Signale, die von der Abtastschaltung (26-i) parallel ausgegeben werden; eine Fouriertransformationsschaltung zum Ausführen einer komplexen Fouriertransformation für N Punkte bezüglich jeweiligen Ausgangssignalen der zweiten digitalen Subfilter; eine mit den Ausgangsanschlüssen der Fouriertransformationsschaltung verbundene zweite Umschalteinrichtung mit N Ein- und N Ausgängen; und eine zweite komplexe Multiplizierschaltung mit N komplexen Multiplizierern (5, 21) zum Multiplizieren von Ausgangssignalen der zweiten Umschalteinrichtung mit jeweiligen komplexen Signalen, Erzeugen von N Ausgangssignalen und Zuführen der N Ausgangssignale als frequenzgeteilte Multiplexsignale an die Basisbandschaltmatrix (6, 53).