DE69818075T2

DE69818075T2 - Signalverarbeitungssystem

Info

Publication number: DE69818075T2
Application number: DE69818075T
Authority: DE
Inventors: Richard Thomas DAVIES
Original assignee: Cambridge Consultants Ltd
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: US6687312B1; AU8351298A; ATE249692T1; AU745842B2; EP1016210A1; DE69818075D1; EP1016210B1; GB9715278D0; WO1999004486A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungssystem, bei dem eine kartesische Schleifensteuerung verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein System, das zum Linearisieren eines Leistungsverstärkers zur Verwendung beispielsweise bei einem Funksender verwendet werden kann, der wiederum beispielsweise in einem digitalen VHF-Luftverkehrssteuerungs-Kommunikationssystem verwendet werden kann.
Auf dem Fachgebiet sind viele verschiedene Signalverarbeitungssysteme bekannt, die in der Lage sind, Ausgangssignale zu erzeugen und stromabwärts gelegene Komponenten oder Systeme genau zu steuern. Eine Klasse dieser Signalverarbeitungssysteme ist diejenige der Feedbacksteuersysteme.
Ein bestimmtes Verfahren zur Feedbacksteuerung ist die kartesische Feedbacksteuerung, wobei eine Steuereingabe in orthogonale Komponenten, nämlich eine phasengleiche Komponente und eine Quadraturkomponente, aufgeteilt wird und ein Feedbacksignal in ähnlicher Weise aufgeteilt wird. Der Feedback wird dann unter Verwendung dieser aufgeteilten Steuer-Eingangs- und Feedbacksignale ausgeführt.
Eine bestimmte Anwendung einer solchen kartesischen Feedbacksteuerung ist die Linearisierung von Verstärkerstufen.
Eine bestimmte Anwendung linearisierter Verstärkerstufen tritt bei Funksendern auf.
Zur Vereinfachung des Verständnisses wird die vorliegende Erfindung in bezug auf eine spezielle Ausführungsform auf dem Gebiet der Funksender beschrieben, wenngleich ihre Anwendung auf viele verschiedene andere Technologiegebiete für einen Fachmann offensichtlich sein wird.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Funksenders. Ein zu übertragendes Signal wird in Block 1, beispielsweise über ein Mikrofon, erzeugt, dann in Block 2 verarbeitet, nämlich moduliert, in eine geeignete Übertragungsfrequenz umgewandelt usw., und das verarbeitete Signal wird dann verstärkt (3) und über irgendeine Form einer Antenne (4) übertragen.
Bei verschiedenen Anwendungen muß die Reinheit des Spektrums sehr hoch sein. Dies gilt insbesondere für Anwendungen, bei denen ein festes Wellenband für eine bestimmte Anwendung zugeordnet wurde und ein Wunsch besteht, so viele Benutzer wie möglich in das verfügbare Wellenband zu bekommen. Diese Anwendungen umfassen beispielsweise eine Luftverkehrssteuerung, Mobiltelefone, Funk- und Fernsehstations-Übertragungen.
Für bestimmte Modulationsstandards zieht die Anforderung an einer hohen spektralen Reinheit einen Bedarf an einer genauen linearen Verstärkungsstufe (3) im Sender nach sich. Es scheinen sich drei Optionen für ein angemessenes Linearisieren eines Sendeleistungsverstärkers anzubieten:

(i) Die Verwendung eines Verstärkers mit einer sehr hohen Leistung, der deutlich unterhalb seiner maximalen Leistung und damit weit von nichtlinearen Bereichen entfernt arbeitet. Dies ist die einfachste Option, sie ist jedoch sehr unwirksam und verhältnismäßig umständlich, weil sie unvermeidlich groß und kostspielig in der Herstellung und im Betrieb ist.
(ii) Die Verwendung einer Feedforward-Steuertechnik, bei der ein Fehlersignal durch Vergleich mit der Eingabe von der Ausgabe des Verstärkers gebildet wird und das Fehlersignal weitergeleitet und in einem Koppler mit der Verstärkerausgabe kombiniert wird, um die Verzerrung zu verringern. Diese Technik ermöglicht die Verwendung leistungseffizienter Verstärker, mit ihr sind jedoch Probleme verbunden. Die Schaltungsanordnung einer nach der Feedforward-Technik arbeitenden Schaltung ist empfindlich für Anforderungen der Anpassung von Komponenten in den verschiedenen Schleifen und in Hinblick auf Sender/Empfänger-Anpassungsanforderungen.

Diese Schaltungen hängen daher von Kennlinien der Komponenten, wie der Temperaturabhängigkeit usw., ab. Es gibt daher praktische Grenzen für den Grad der spektralen Steuerung, der unter Verwendung dieser Feedforward-Technik erreicht werden kann, und es sind mit dem Erreichen einer angemessenen Komponentenanpassung erhebliche Kosten verbunden.
In US-A-4 462 001 ist ein Feedforward-Grundbandlinearisierer offenbart.

(iii) Die Verwendung der kartesischen Schleifentechnik, die in ihrer herkömmlichen Form (siehe beispielsweise IEE Conference on Telecommunications, Radio and Information Technology, Birmingham, Großbritannien, Mai 1984, Veröffentlichungsnummer 235, S. 161–165, V. Petrovic: "VHF SSB Transmitter employing Cartesian Feedback") die Verwendung eines leistungseffizienten Verstärkers ermöglicht und eine sehr genaue spektrale Steuerung ohne die bestimmten Anpassungsanforderungen der Feedforward-Technik bereitstellt.

Die kartesische Schleifensteuerung erfordert jedoch die Steuerung der Phasenverschiebung um die Schleife, woraus sich Probleme mit der Abstimmung des Senders über ein Frequenzband ergeben. Bei kartesischen Steuereinrichtungen muß der Sender jedesmal dann angepaßt werden, wenn die Übertragungsfrequenz geändert wird. Bei Steuereinrichtungen aus dem Stand der Technik wurden bei der Funkfrequenz (RF) arbeitende Phasenverschiebungsnetzwerke verwendet. Diese RF-Phasenverschiebungsnetzwerke sind schwierig auszulegen und in ihrem Phasensteuerbereich begrenzt, wodurch es häufig notwendig wird, die Phasensteuerung an mehr als einem Punkt in der Schaltung auszuführen. Weiterhin unterliegen sie einer zeit- und temperaturabhängigen Drift. Falls ein Sender mehr als ein sehr schmales Frequenzband abdecken soll, müssen die RF-Phasenverschiebungsnetzwerke jedesmal dann neu eingestellt werden, wenn eine Frequenzänderung vorgenommen wird. Dies erfolgt entweder von Hand, was zeitaufwendig ist und ausgebildetes Personal erfordert, oder es wird, beispielsweise durch einen Mikroprozessor, automatisch gesteuert, woraus sich weitere Anforderungen an das RF-Phasenverschiebungsnetzwerk ergeben.
Eine herkömmliche kartesische Feedbackvorrichtung in der Art derjenigen, die in der (vorstehend erwähnten) Veröffentlichung von Petrovic beschrieben ist, ist in 2 dargestellt. Wie dargestellt ist, wird ein zu übertragendes Signal x(t) durch eine Signalverarbeitungseinrichtung 5 in eine phasengleiche Komponente I(t) und eine Quadraturkomponente Q(t) aufgeteilt. Die phasengleiche Feedbackkomponente I_fb und die Quadratur-Feedbackkomponente Q_fb werden dann von Subtrahierern 6, 7 von der phasengleichen Komponente bzw. der Quadraturkomponente subtrahiert. Die sich ergebenden Fehlersignale I_err und Q_err werden dann in eine I/Q-Modulationseinrichtung 8 eingegeben, die das phasengleiche Fehlersignal und das Quadratur-Fehlersignal moduliert und kombiniert, um ein Vorverstärkungs-Ausgangssignal y(t) zu bilden. Das Vorverstärkungs-Ausgangssignal wird dann zum Leistungsverstärker 3 und nachfolgend zur Übertragung zu einer Antenne 4 weitergeleitet.
Das verstärkte Ausgangssignal tritt durch einen Koppler 9, von dem das Signal durch eine Antenne 11 rückgekoppelt wird. Das abgeschwächte Feedbacksignal y'(t) wird durch die I/Q-Demodulationseinrichtung 10 in die phasengleiche Feedbackkomponente I_fb und die Quadratur-Feedbackkomponente Q_fb aufgeteilt, und diese Feedbackkomponenten werden dann, wie vorstehend beschrieben wurde, mit den Eingangssignalkomponenten I(t) und Q(t) kombiniert. Bei einer solchen herkömmlichen kartesischen Feedbackvorrichtung werden die Fehlersignale (Ierr, Qerr) direkt verwendet, um den Betrag der vom VCO (spannungsgesteuerten Oszillator) abgeleiteten I- und Q-Komponenten zu steuern und dadurch den Betrag und die Phase der Ausgabe des Senders zu steuern.
Herkömmliche kartesische Feedbackverfahren verwenden einen einzigen VCO zum "Aufwärtskonvertieren" von Signalen zur Funkfrequenz (RF), wie in 3 dargestellt ist (siehe auch 3 aus IEE Conference on Telecommunications, Radio and Information Technology, Birmingham, Großbritannien, Mai 1984, Veröffentlichungsnummer 235, S. 161–165, V. Petrovic: "VHF SSB Transmitter employing Cartesian Feedback"). Wie in 3 dargestellt ist, gibt der VCO 8h ein Trägersignal an ein Phasenverschiebungsnetzwerk 8j aus, das eine erste Ausgabe A und eine zweite Ausgabe B erzeugt, die orthogonal zueinander sind. Die erste Ausgabe A wird in eine Modulationseinrichtung 8d innerhalb der I/Q-Modulationseinrichtung 8 zur Modulation durch das phasengleiche Fehlersignal I_err eingegeben und in eine Demodulationseinrichtung 8f innerhalb der I/Q-Demodulationseinrichtung 10 eingegeben, um die phasengleiche Feedbackkomponente I_fb zu erzeugen. In ähnlicher Weise wird die zweite Ausgabe B in eine Modulationseinrichtung 8e in der I/Q-Modulationseinrichtung 8 zur Modulation durch die Quadratur-Fehlerkomponente Q_err eingegeben und in eine Demodulationseinrichtung 8g in der I/Q-Demodulationseinrichtung 10 eingegeben, um die Quadratur-Feedbackkomponente Q_fb zu bilden.
Die Ausgaben der ersten Modulationseinrichtung 8d und der zweiten Modulationseinrichtung 8e in der I/Q-Modulationseinrichtung 8 werden durch einen Addierer 8a addiert, um das Vorverstärkungs-Ausgangssignal y(t) zu bilden, und das abgeschwächte Feedbacksignal y'(t) wird in einen Signalteiler 8i eingegeben, der das abgeschwächte Feedbacksignal y'(t) an die erste und die zweite Demodulationseinrichtung 8f, 8g weiterleitet.
In WO-A-96/37948 (British Technology Group) ist ein Verfahren zum Erzeugen eines linearen Senders offenbart. Bei diesem Verfahren wird die Ausgabe der Schaltung durch die Steuerung der zwei getrennten Oszillatoren bereitgestellt, so daß ihre Summe das gewünschte Ausgangssignal ist. Diese getrennten VCOs müssen genau abgestimmt werden, und dieses System ist daher nicht in der Lage, die gewünschte Genauigkeit zu erreichen, es sei denn, daß auch ein kartesisches Feedbackschleifensystem verwendet wird. Es scheint nicht so, daß ein solches System die Beschränkung wirksam überwindet, daß es nicht in der Lage ist, ein kartesisches Feedbackschleifensystem zu erzeugen, das über ein breites Band von Arbeitsfrequenzen arbeiten kann.
In einer Veröffentlichung mit dem Titel "Transmitter Linearisation Using Composite Modulation Feedback", Electronics Leiters, Band 32, Nr. 23, 7. November 1996, S. 2120/2121 ist ein linearer Verstärker beschrieben, bei dem eine kartesische Feedbackschleife verwendet wird. Ein Grundband-Vorentzerrer wird verwendet, um die Amplitude. und die Phase der eingegebenen orthogonalen Signalkomponenten abhängig von der momentanen Amplitude dieser Komponenten einzustellen, um eine Nichtlinearität der Verstärkung mit dem Signalpegel im Verstärker zu ermöglichen.
In US-A-5 574 992 ist auch eine Kombination einer kartesischen Feedbackschleife und eines Vorentzerrers beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: eine Vorrichtung zum Modulieren eines Trägersignals auf der Basis eines Eingangssignals zum Erzeugen eines Ausgangssignals, mit einer Steuerungsschleife, die einen Vorwärtsweg und einen Feedbackweg aufweist,
wobei der Vorwärtsweg aufweist:
eine Einrichtung zum Konvertieren des Eingangssignals in ein Signalkomponentenpaar, deren Phasen orthogonal zueinander sind,
eine erste Kombiniereinrichtung zum Kombinieren jeder Komponente des orthogonalen Signalkomponentenpaars mit einem jeweils unterschiedlichen. Signal eines demodulierten Feedbacksignalpaars, um ein Fehlersignalpaar zu erzeugen,
eine Moduliereinrichtung zum Modulieren einer Trägerwelle auf der Basis des Fehlersignalpaars, um ein moduliertes Signalpaar zu bilden, und
eine zweite Kombiniereinrichtung zum Kombinieren des modulierten Signalpaars, um das Ausgangssignal zu bilden,
und der Feedbackweg aufweist:
einen Feedbackkoppler zum Einkoppeln eines Teils des Ausgangssignals in den Feedbackweg,
eine Einrichtung zum Aufteilen des eingekoppelten Signals in ein Paar orthogonaler Feedbacksignale, deren Phasen orthogonal zueinander sind, und
eine Demodulationseinrichtung zum Demodulieren des orthogonalen Feedbacksignalpaars, um das erwähnte demodulierte Feedbacksignalpaar zu bilden,
wobei der Vorwärtsweg ferner eine Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zum Einbringen einer Phasenverschiebung ausgelegt ist, die auf der Basis aufgezeichneter Signalwerte von wenigstens einem vorbestimmten Punkt in der Steuerungsschleife bestimmt ist, und daß sie zum Einbringen einer Phasenverschiebung von 0–360° in das erwähnte Fehlersignalpaar ausgelegt ist.
Die Verwendung der Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung bei der Grundbandfrequenz ermöglicht die Verwendung einfacher, wiederholbarer und preisgünstiger Komponenten.
Ein solches System hat die Vorteile, daß es die sehr hohe Genauigkeit der kartesischen Feedbacksteuerung für die Steuerung von Downline-Komponenten oder Systemen bietet, während es in der Lage ist, über ein breites Band von Arbeitsfrequenzen zu arbeiten, und daß es nicht die schwierigen Komponentenanpassungsanforderungen oder Sender/Empfänger-Anpassungsanforderungen einiger anderer Systeme hat. Dieser letztgenannte Vorteil bedeutet wiederum, daß das erfindungsgemäße System leicht wiederholbar ist, so daß es in großen Anzahlen hergestellt werden kann, ohne daß aufwendige Einrichtungs- und Abstimmungsprozeduren erforderlich wären, die zeitaufwendig und kostspielig sind. Bei Verwendung einer solchen Einrichtung kann die Phase nach Wunsch zwischen 0° und 360° eingestellt werden.
Einige andere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind die folgenden:
die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung kann digital sein,
die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung kann digital gesteuert werden,
die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung kann automatisch kalibriert werden. Dies könnte in Situationen erreicht werden, in denen eine initialisierende Eingangssignalsequenz (ein "Vorspann") bekannt ist und die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung prüfen kann, wie groß die Rückkopplung für diese bekannte Sequenz ist, und falls die Rückkopplung falsch ist, kann sie dementsprechend automatisch abgestimmt werden,
falls die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung digital gesteuert wird, kann sie unter Verwendung desselben Prinzips wie bei der Autokalibrierung selbstkalibrierend gemacht werden und einen einfachen Algorithmus in der digitalen Steuereinrichtung ausführen, um eine Selbstabstimmung der Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung vorzunehmen.
Die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung kann auch zum Steuern der Verstärkung der Steuerschleife verwendet werden und damit zum Kompensieren veränderlicher Verstärkungen innerhalb anderer Schleifenkomponenten verwendet werden.
Weitere Aspekte, Vorteile und Aufgaben der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung verständlich werden. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Funksenders,
2 eine schematische Ansicht eines Signalverarbeitungssystems, bei dem eine herkömmliche kartesische Feedbacksteuerung verwendet wird,
3 eine schematische Ansicht einer Aufwärtskonvertierungs- und Kombinationseinrichtung aus dem Stand der Technik, die herkömmlicherweise bei der kartesischen Feedbacksteuerung verwendet wird,
4 eine schematische Ansicht des Signalverarbeitungssystems gemäß dieser Erfindung, das bei der Verwendung einen Leistungsverstärker steuert,
5 ein detaillierteres Systemdiagramm für eine Funkübertragungsschaltung, bei der das Signalverarbeitungssystem gemäß dieser Erfindung verwendet wird, und
6 ein detailliertes Systemdiagramm für einen Funktransceiver, bei dem das Signalverarbeitungssystem gemäß dieser Erfindung verwendet wird.
4 der Zeichnung ist eine schematische Darstellung des Signalverarbeitungssystems gemäß dieser Erfindung, wobei ein Leistungsverstärker gesteuert wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein zu übertragendes Signal (x(t)) durch eine Vorwärtsweg-Aufteileinrichtung in eine phasengleiche Komponente und eine Quadraturkomponente (I(t) und Q(t)) aufgeteilt. Die phasengleiche Feedbackkomponente und die Quadratur-Feedbackkomponente (Ifb und Qfb) werden dann zur Bildung von Fehlersignalen (Ierr und Qerr) von den Eingangssignalkomponenten subtrahiert. Diese Subtraktion wird von Vergleichern 6 und 7 ausgeführt. Die sich ergebenden Fehlersignale werden dann durch eine Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) einer I-Q-Modulationseinrichtung (8) zugeführt, welche das phasengleiche Fehlersignal und das Quadratur-Fehlersignal (Ierr und Qerr) kombiniert, um ein Vorverstärkungs-Ausgangssignal y(t) zu bilden. Dieses Vorverstärkungs-Ausgangssignal wird dann dem Leistungsverstärker (PA) (3) zugeführt und nachfolgend einer Antenneneinrichtung (4) zur Übertragung zugeführt.
Das verstärkte Ausgangssignal läuft durch einen Koppler (9), von dem das Signal durch einen Abschwächer (11) zurückgeführt wird. Das abgeschwächte Feedbacksignal (y'(t)) wird durch eine I-Q-Demodulationseinrichtung (10) in die phasengleiche Feedbackkomponente und die Quadratur-Feedbackkomponente (Ifb und Qfb) aufgeteilt, und diese Feedback komponenten werden dann mit Eingangssignalkomponenten (I(t) und Q(t)) kombiniert, wie vorstehend beschrieben wurde.
Die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) wird digital gesteuert und weist Überwachungseingänge auf, die mit verschiedenen Punkten der Schaltung verbunden sind. Bei der speziellen Ausführungsform aus 5 kommen die Überwachungseingänge vom Übertragungssignal am Anschluß 13, von der phasengleichen Feedbackkomponente und der Quadratur-Feedbackkomponente an den Anschlüssen 14 und 15 und vom phasengleichen Fehlersignal und vom Quadratur-Fehlersignal an den Anschlüssen 16 und 17, wenngleich auch zusätzliche Überwachungseingänge, verwendet werden könnten oder eine Auswahl aus diesen Eingängen unter anderen Umständen ausreichend sein kann. Demgemäß steuert die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) direkt auf der Grundlage der Überwachungseingänge genau die Phasenverschiebung der Signale.
5 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Erfindung bei einer Funkübertragungsschaltung.
Die vorliegende Erfindung ist in das PA-Steuermodul 18 aufgenommen, das als "PA-Steuermodul" bezeichnet ist. Die in den vorhergehenden Abschnitten verwendeten Bezugszahlen stellen die gleichen Systemteile dar, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung dieser Teile verzichtet.
In 5 ist der Frequenzbereich f₄ bis f₅ der gewünschte Bereich der vom Sender zu erzeugenden Funkübertragungsfrequenzen.
Ein Oszillator (19) ist über eine Signalaufteilungseinrichtung (20) mit der I-Q-Modulations- und Demodulationseinrichtung (8, 10) verbunden, um eine Aufwärtskonvertierung/Abwärtskonvertierung der Eingangssignale zu einer Zwischenfrequenz (IF) f₁ zwischen dem Grundband und der bestimmten gewünschten Übertragungsfrequenz vorzunehmen. Das Signal in dem Vorwärtsweg läuft über einen Puffer (24) zu einer Aufwärtskonvertierungseinrichtung (22), die eine Aufwärtskonvertierung des Signals zu einer höheren Funk frequenz (RF) zwischen f₂ und f₃ ausführt, welche in der Nähe der gewünschten Übertragungsfrequenz liegt (also nahe der gewünschten Frequenz im Bereich von f₄ bis f₅). Diese Aufwärtskonvertierung von IF zu RF wird unter Verwendung einer Synthesizerschaltung (24) ausgeführt, die über eine Signalaufteilungseinrichtung (23) mit der Aufwärtskonvertierungseinrichtung (22) verbunden ist. Der Synthesizer wird so gesteuert, daß er ein Signal bei der gewünschten Frequenz innerhalb des breiten Frequenzbands zwischen f₂ und f₃ erzeugt.
Das Ausgangssignal wird dann durch ein Paar abstimmbarer Filter (25, 26) geführt, die durch eine Pufferschaltung (26) voneinander getrennt sind. Diese Filter werden durch einen Prozessor (28) gesteuert, um die spektrale Genauigkeit des Funksenders weiter zu verbessern. Ähnlich der Phasensteuerung beruht diese Frequenzsteuerung auf überwachten Signalwerten von wenigstens einem vorbestimmten Punkt (13–17) in dem Signalverarbeitungssystem.
Die Ausgabe des zweiten abstimmbaren Filters (27) wird auf die zu steuernde Abwärtsschaltung, in diesem Fall einen Leistungsverstärker (3) gegeben.
Die Ausgabe der zu steuernden Abwärtsschaltung, in diesem Fall ein Leistungsverstärker (3), wird an einem Koppler (9) erfaßt und in geeigneter Weise von einem Abschwächer (11) abgeschwächt. Dieses Feedbacksignal wird dann durch eine Abwärtskonvertierungseinrichtung (21), die über eine Signalaufteilungseinrichtung (23) mit dem Synthesizermodul (24) verbunden ist, zu einer Zwischenfrequenz (IF) abwärts konvertiert. Dieses IF-Feedbacksignal wird dann zum Grundband herunterkonvertiert und durch die I-Q-Demodulationseinrichtung (10), die über eine Signalaufteilungseinrichtung (20) mit einem Oszillator (19) verbunden ist, in zwei im wesentlichen orthogonale Feedbacksignale (Ifb, Qfb) aufgeteilt.
Die zwei im wesentlichen orthogonalen Feedbacksignale (Ifb, Qfb) werden über zwei Pufferschaltungen (29, 30) zu Differenzbildungseinrichtungen (6, 7) rückgekoppelt, wo sie mit den Eingangssignalkomponenten (I(t), Q(t)) kombiniert werden und nachfolgend zur Bildung der Fehlersignale (Ierr, Qerr) durch Integrationsschaltungen (31, 32) integriert werden.
Bei dieser speziellen Ausführungsform wird die Aufteilung des Eingangssignals (x(t)) in im wesentlichen orthogonale Komponenten (I(t), Q(t)) durch ein digitales Signalverarbeitungsmodul (DSP-Modul) (5) ausgeführt.
Das Eingangssignal (x(t)) wird durch einen Analog-Digital-Wandler (44) in eine digitale Form umgewandelt, dann in geeigneter Weise durch einen digitalen Signalprozessor (39) aufgeteilt, und es werden nachfolgend die zwei im wesentlichen orthogonalen Signalkomponenten durch Digital-Analog-Wandler (42, 43) in analoge Form zurückkonvertiert.
Die Steuerschleife der zweiten Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) wird durch einen Multiplexer (41) und einen Analog-Digital-Wandler (40), einen digitalen Signalprozessor (39) und einen Slave-Prozessor (28) geschlossen. Dieselbe Steuerschleife wird zum Steuern der abstimmbaren Filter (25, 27) an der Ausgangsstufe des PA-Steuermoduls (18) verwendet.
Ein letztes Bandpaßfilter (53) ist hinter dem Feedbackkoppler (9) bereitgestellt, um unerwünschte Oberschwingungen des Senders zu beseitigen.
Das Sender-Formatierermodul (54) ermöglicht die Verwendung des Funkübertragungssystems zum Senden von Sprachdaten, die über ein Mikrofon (nicht dargestellt) eingegeben werden können, das in eine Mikrofonbuchse (48) der Frontplatte (33, 55) des Funksenders eingesteckt ist, oder zum Senden von Daten von anderen Quellen, also Daten jeder Art, einschließlich Sprachdaten oder Computerdaten. Nicht-Sprachdaten oder ferne Sprachdaten können über einen Anschluß (52) eingegeben werden. Diese Daten werden dann in geeigneter Weise durch das Sender-Formatierermodul (54) formatiert und zum Sender-DSP-Modul (5) weitergeleitet, um sie in im wesentlichen orthogonale Signalkomponenten (I(t), Q(t)) aufzuteilen.
Es sind auch verschiedene Schaltungen (34, 35) zum Steuern der Vorspannung des Leistungsverstärkers (3) auf der Grundlage seiner Betriebstemperatur vorgesehen. Es ist auch eine Vielzahl von Überwachungs-, Steuer- und Ausfallsicherheitsschaltungen vorgesehen (36, 37, 38).
Die Funkübertragungsschaltung aus 5 kann zusammen mit einer getrennten Empfängerschaltung verwendet werden, oder sie kann mit einer Empfängerschaltung kombiniert werden, um eine Transceiverschaltung in der Art der in 6 dargestellten zu bilden.
Es sei bemerkt, daß bei der Schaltung aus 6 nur zwei DSP-Chips (39, 55) verwendet werden. Bei Transceiverschaltungen aus dem Stand der Technik waren die Übertragung und der Empfang getrennte Aktivitäten, und es waren für sie daher getrennte Schaltungen erforderlich. Transceiverschaltungen aus dem Stand der Technik erforderten die Verwendung eines DSP-Chips zur Übertragung bzw. Modulation und zwei DSP-Chips zum Empfang bzw. zur Demodulation. Diese DSP-Chips sind kostspielig. Der Transceiver aus 6 verwendet nur zwei Chips, und es ergeben sich dabei demgemäß große Vorteile gegenüber Schaltungen aus dem Stand der Technik. Dies wird durch die Erkenntnis erreicht (die für einen Nichtfachmann nicht offensichtlich ist), daß die Verarbeitungsleistung der DSP-Chips außer im Fall eines "Rückverzweigungsmodus-Betriebs" zwischen der Übertragung und dem Empfang geteilt werden kann. Der "Rückverzweigungsmodus-Betrieb" ist ein Betrieb, bei dem die Empfängerseite des Senders verwendet wird, um die Ausgabe der Senderseite zu überwachen. Dieser Rückverzweigungsmodus kann jedoch, weil das überwachte Signal stark ist und ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist und die Richtung, aus der die Signale kommen, bekannt ist, mit einer stark vereinfachten Empfangsfunktion verwirklicht werden.
Auf diese Weise ist bei dem Transceiver aus 6 ein Teil der beiden DSP-Chips (39, 55) so konfiguriert, daß er als ein Empfänger arbeitet, und ein Teil der beiden DSP-Chips (39, 55) so konfiguriert, daß er als ein Sender arbeitet, und ein Teil der Chips (39, 55) ist so konfiguriert, daß er als ein stark vereinfachter Empfänger unter Verwendung einer verringerten Abtastrate arbeitet. Diese innovative Verwendung der Chips ermöglicht es, daß der Transceiver unter Verwendung von nur zwei DSP-Chips aufgebaut wird, wobei sich eine entsprechende Kostenverringerung bei der Herstellung ergibt.
Wenngleich die Erfindung in bezug auf eine Funksender/Transceiver-Ausführungsform beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, daß die Lehren dieser Erfindung leicht auf eine große Anzahl von Anwendungen angewendet werden können, bei denen eine genaue Steuerung eines Elements erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Verbessern kartesischer Schleifensteuersysteme, das die Verwendung einer kartesischen Schleife in einem System ermöglicht, das über ein breites Frequenzband arbeitet, als eine stabile Einrichtung zum Implementieren einer Phasenkorrektur vor.

Claims

Vorrichtung zum Modulieren eines Trägersignals auf der Basis eines Eingangssignals zum Erzeugen eines Ausgangssignals, mit einer Steuerungsschleife, die einen Vorwärtsweg und einen Feedbackweg aufweist, wobei der Vorwärtsweg aufweist: eine Einrichtung (5) zum Konvertieren des Eingangssignals (x(t)) in ein Signalkomponentenpaar (I(t), Q(t)), deren Phasen orthogonal zueinander sind; eine erste Kombiniereinrichtung (6, 7) zum Kombinieren jeder Komponente des orthogonalen Signalkomponentenpaars (I(t), Q(t)) mit einem jeweils unterschiedlichen Signal eines demodulierten Feedbacksignalpaars (I_fb, Q_fb), um ein Fehlersignalpaar (I_err, Q_err) zu erzeugen; eine Moduliereinrichtung (8) zum Modulieren einer Trägerwelle auf der Basis des Fehlersignalpaars (I_err, Q_err), um ein moduliertes Signalpaar zu bilden; und eine zweite Kombiniereinrichtung (8) zum Kombinieren des modulierten Signalpaars, um das Ausgangssignal (y(t)) zu bilden, und der Feedbackweg aufweist: einen Feedbackkoppler (9) zum Einkoppeln eines Teils des Ausgangssignals (y(t)) in den Feedbackweg; eine Einrichtung (10) zum Aufteilen des eingekoppelten Signals in ein Paar orthogonaler Feedbacksignale, deren Phasen orthogonal zueinander sind; und eine Demodulationseinrichtung (10) zum Demodulieren des orthogonalen Feedbacksignalpaars, um das erwähnte demodulierte Feedbacksignalpaar (I_fb, Q_fb) zu bilden, wobei der Vorwärtsweg ferner eine Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie zum Einbringen einer Phasenverschiebung ausgelegt ist, die auf der Basis aufgezeichneter Signalwerte von wenigstens einem vorbestimmten Punkt (13–17) in der Steuerungsschleife bestimmt ist, und daß sie zum Einbringen einer Phasenverschiebung von 0–360° in das erwähnte Fehlersignalpaar (I_err, Q_err) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) digital ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) digital gesteuert ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) autokalibriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit einer Einrichtung zum Erzeugen einer Initialisierungssequenz zum Erzeugen eines Feedbacksignals, wobei die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) zum Vergleichen des Feedbacksignals mit einem vorausgesagten Feedbacksignal ausgelegt ist, um die Phasenverschiebung auf der Basis des Vergleichs zu korrigieren.
Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner mit einer digitalen Steuereinrichtung zum Steuern der Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung, wobei die digitale Steuereinrichtung zum Korrigieren der Phasenverschiebung auf der Basis eines Algorithmus ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Phasenverschiebungs-Steuereinrichtung (12) zum Steuern der Verstärkung der Steuerungsschleife und zum Kompensieren variabler Verstärkungen in anderen Komponenten in der Schleife ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Vorwärtsweg ferner einen Verstärker (3) zum Verstärken des Ausgangssignals (y(t)) aufweist, wobei der Feedbackkoppler (9) zum Einkoppeln eines Teils des verstärkten Ausgangssignals in den Feedbackweg ausgelegt ist.