DE3415152A1

DE3415152A1 - Method for linearising quadrature amplitude modulators

Info

Publication number: DE3415152A1
Application number: DE19843415152
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Schneckenburger
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-04-21
Filing date: 1984-04-21
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3415152C2

Abstract

The invention describes a method for linearising quadrature amplitude modulators constructed by means of mixers (2, 3). The two mixers (2, 3) are supplied at the useful signal input LO with a heterodyne signal which consists of a useful signal (f1) and a higher-level, additively heterodyned, constant auxiliary signal (fH). The constant level of the auxiliary signal is selected in such a manner that the mixers (2, 3) are optimally driven and has the effect that the operating point of the mixers (2, 3) remains constant. The frequency of the auxiliary signal is preferably dimensioned in such a manner that the mixed products generated by means of the useful signal are outside the useful band of the quadrature amplitude modulator. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Linearisierung von Quadratur-Amplitudenmo-Method for the linearization of quadrature amplitude mo

dulatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Linearisierung von Quadratur-Amplitudenmodulatoren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.dulators The invention relates to a method for linearization of quadrature amplitude modulators according to the preamble of the main claim.

Sowohl fürdieFunkkanalsimulation als auch bei bestimmten Tests von Funkgeräten, wie z.B. bei der Signaturmesaung, werden Quadratur-Amplitudemmodulatoren benötigt. Mit Hilfe dieser Modulatoren können die Amplitude und die Phase eines Mikrowellensignals verändert werden.Both for the radio channel simulation and for certain tests of Radio devices, e.g. for signature measurements, are quadrature amplitude modulators needed. With the help of these modulators, the amplitude and phase of a Microwave signal can be changed.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines bekannten Quadratur-Amplitudenmodulators, wie er bei Mikrowellensignalen mit konstanter Amplitude (Frequenz- oder Phasenmodulation) Anwendung findet Diese Quadratur-Ainplitudenmodulatoren sind unter anderem auch in R.W. Lorenz, M. Puhl,"Geräte zur Simulation der Feldstärkeschwankungen von Funkatrecken zwischen einer ortsfesten und einer bewegten Station", Technischer Bericht 44 TBr 86, März 1981, insbesondere Seite 10, und H. Bessai, ~Beschreibung von m-QAM-Modems und einige ihrer Eigenschaften", Technischer Bericht 445 TBr 21, April 1982, insbesondere Seite 7, Forschungsinstitut der Deutschen Bundespost, beschrieben.Fig. 1 shows the structure of a known quadrature amplitude modulator, as is the case with microwave signals with constant amplitude (frequency or phase modulation) These quadrature amplitude modulators are also used, among other things in R.W. Lorenz, M. Puhl, "Devices for simulating the field strength fluctuations of radio links between a stationary and a moving station ", Technical Report 44 TBr 86, March 1981, in particular page 10, and H. Bessai, ~ Description of m-QAM modems and some of their properties ", Technical Report 445 TBr 21, April 1982, in particular Page 7, Research Institute of the Deutsche Bundespost.

Diese bekannten Quadratur-Amplitudenmodulatoren bestehen aus einem 90°-Leistungsteiler 1, zwei Mischern 2, 3 die vorzugsweise als Ringmiecher ausgebildet sind, und einem 00-Leistungsteiler 4. Dieser 0°-Leistungsteiler 4 wird als Addierer eingesetzt.These known quadrature amplitude modulators consist of one 90 ° power divider 1, two mixers 2, 3, which are preferably designed as ring scrapers and a 00 power divider 4. This 0 ° power divider 4 is used as an adder used.

Die Steuereingänge IF der Mischer 2, 3 liegen auf einem Gleichspannungspotential. Dadurch haben die Mischer 2, 3 die Funktion eines spannungs- bzw. stromgesteuerten Dämpfungsgliedes, das zusätzlich auch die Phase des Nutzsignals fl, je nach Polarität des Steuersignals nicht dreht (00), bzw. um 1800 dreht.The control inputs IF of the mixers 2, 3 are at a DC voltage potential. As a result, the mixers 2, 3 have the function of a voltage or current-controlled Attenuator, which also includes the phase of the useful signal fl, depending on the polarity of the control signal does not rotate (00), or turns around 1800.

Die Signale an den Nutzsignalsausgängen RF der Mischer 2, 3 sind bei anstehendem Nutzsignal fl den Gleichspannungspotentialen an den Steuereingängen IF der Mischer 2, 3 annähernd proportional. Die Leistungapegel der Nutzsignale f1 an den Nutzaignaleingängen LO der Mischer 2, 3 müssen dabei Jedoch so groß sein, daß die Mischerdioden möglichst gut durchgeschaltet werden. Das bedeutet, daß die Leistungspegel an den Nutzaignalausgängen RF der Mischer 2, 3 nur in einem kleinen Pegelbereich von ca. + 1 dB genügend proportional zu den Leistungapegeln an den Nutzaignaleingängen LO und den Potentialen der Steuereingänge IF der Mischer 2, 3 sind.The signals at the useful signal outputs RF of the mixers 2, 3 are at pending useful signal fl the direct voltage potentials at the control inputs IF the mixer 2, 3 approximately proportional. The power level of the useful signals f1 However, at the useful aial inputs LO of mixers 2, 3 must be so large that that the mixer diodes are switched through as well as possible. That means that the The power level at the useful signal outputs RF of the mixers 2, 3 is only a small one Level range of approx. +1 dB sufficiently proportional to the power levels at the Useful aine inputs LO and the potentials of the control inputs IF of mixer 2, 3 are.

Nachteilig an dem bekannten, in Fig. 1 dargestellten Quadratur-Amplitudenmodulator ist, daß dieser bei Modulationeverfahren, bei denen Amplitude und Phase als Trägersignal moduliert werden (z.B. 16-APK), wegen Nichtlinearität der Mischer 2, 3 zwischen Nutzsignaleingang L0 und Nutzsignalausgang RF nicht verwendet werden kann.A disadvantage of the known quadrature amplitude modulator shown in FIG. 1 is that this is the case with modulation methods in which amplitude and phase are used as the carrier signal be modulated (e.g. 16-APK), due to the non-linearity of mixers 2, 3 between Useful signal input L0 and useful signal output RF cannot be used.

Die entstehenden Verzerrungen sind in J.R. Ball, ~A realtime fading simulator for mobile radio", The radio and Electronic Engineer, Vol. 52, No. 10, Seiten 475 bis 478, Oct. 82 beschrieben.The resulting distortions are described in J.R. Ball, ~ A realtime fading simulator for mobile radio ", The radio and Electronic Engineer, Vol. 52, No. 10, Pages 475 to 478, Oct. 82 described.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die Linearität von mit Mischern aufgebauten Quadratur-Amplitudenmodulatoren in einem weiten Bereich erheblich zu verbessern, wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnende Erfindung gelöst.The object on which the invention is based, the linearity of with Mixers built quadrature amplitude modulators in a wide range considerably to improve is achieved by the characterizing invention in the main claim.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments of the invention are set out in the subclaims marked.

Die Erfindung wird anhand von in Fig. 2 bis Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.The invention is illustrated by the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 to 7 described in more detail.

Es zeigen Fig. 2 ein Schaltbild eines Quadratur-Amplitudenmodulators nach der Erfindung mit Addierer, Fig. 3 ein Schaltbild eines Quadratur-Amplitudenmodulators nach der Erfindung mit Zirkulator, Fig. 4 ein Schaltbild eines Quadratur-Amplitudenmodulators nach der Erfindung mit DC-Blöcken, Fig. 5 die Hüllkurve eines unverzerrten 16-QAM-Signals, Fig. 6 die Hüllkurve eines Signals nach Fig. 5 mit zwischengeschaltetem Quadratur-Amplitudenmodulator nach dem Stand der Technik, und Fig. 7 die Hüllkurve eines Signals nach Fig. 5 mit zwischengeschaltetem Quadratur-Amplitudenmodulator nach der Erfindung.2 shows a circuit diagram of a quadrature amplitude modulator according to the invention with adder, Fig. 3 is a circuit diagram of a quadrature amplitude modulator according to the invention with circulator, Fig. 4 is a circuit diagram of a quadrature amplitude modulator according to the invention with DC blocks, FIG. 5 the envelope curve of an undistorted 16-QAM signal, 6 shows the envelope curve of a signal according to FIG. 5 with an interposed quadrature amplitude modulator according to the prior art, and FIG. 7 shows the envelope curve of a signal according to FIG. 5 interposed quadrature amplitude modulator according to the invention.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Quadratur-Amplitudenmodulators nach der Erfindung. In einem Addierer 5 wird dem Nutzsignal f1 ein in einem HF-Generator 6 erzeugtes Hilfssignal fH additv überlagert. Dieses #berlagerungasignal fÜ wird dann über einen 90°-Leistungsteiler den Nutzsignaleingängen LO zweier Mischer 2, 3 zugeführt. Der konstante Pegel des Hilfssignals fH ist dabei deutlich größer als der Pegel des Nutzsignals fi. Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die Pegeldifferenz größer als 7 dB ist, wobei der konstante Pegel des Hilfssignals fH so gewählt wird, daß dte Mischer 2, 3 optimal angesteuert werden und der Arbeitspunkt der Mischer 2, 3 auch bei Addition des Nutzsignals f1 nahezu konstant bleibt. Dadurch wird Linearität zwischen dem Steuereingang IF, dem Nutzaignalseingang LO und dem Nutzaignalsuagang RF hergestellt. Die Frequenz des Hilfssignals fH wird so gewählt, daß die Mischprodukte, erzeugt von Nutzsignal f1 und Hilfesignal fH, außerhalb des Nutzbandes des Quadratur-Amplitudenmodulators liegen und somit leicht ausgefiltert werden können.Fig. 2 shows a circuit diagram of a quadrature amplitude modulator according to the invention. In an adder 5, the useful signal f1 is used in an HF generator 6 generated auxiliary signal fH additv superimposed. This #overlaying signal for will then via a 90 ° power divider to the useful signal inputs LO of two mixers 2, 3 supplied. The constant level of the auxiliary signal fH is significantly greater than the level of the useful signal fi. It has proven to be beneficial if the level difference is greater than 7 dB, the constant level of the auxiliary signal fH being selected so that that the mixer 2, 3 are optimally controlled and the working point of the mixer 2, 3 remains almost constant even with the addition of the useful signal f1. This creates linearity between the control input IF, the useful signal input LO and the useful signal input RF manufactured. The frequency of the Auxiliary signal fH is chosen so that that the mixed products, generated by the useful signal f1 and the auxiliary signal fH, outside the The useful band of the quadrature amplitude modulator are and are therefore easily filtered out can be.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungabeispiel der Erfindung wird das im HF-Generator 6 erzeugte Hilfssignal fH dem Nutzsignal f1 in einem Addierer 5 überlagert. Als Addierer dient vorzugsweise ein Leistungsteiler oder Richtkoppler.In the embodiment of the invention shown in FIG the auxiliary signal fH generated in the HF generator 6 becomes the useful signal f1 in an adder 5 superimposed. A power splitter or directional coupler is preferably used as the adder.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen zwei weitere mögliche Ausfffhrukgs beispiele der Erfindung. Bei der Schaltungsvariante nach Fig. 3 wird das Nutzsignal f1 den Mischern 2, 3 beim Nutzsignalausgang RF und das Hilfssignal SH über einen Zirkulator 8 zugeführt. Das so in Amplitude und Phase geänderte Nutzsignal wird über den Nutzsignaleingang L0 ausgekoppelt und als Sberlagerungssignal ft; am Anschluß C des Zirkulators 8 entnommen.FIGS. 3 and 4 show two further possible embodiments the invention. In the circuit variant according to FIG. 3, the useful signal f1 is the Mixers 2, 3 at the useful signal output RF and the auxiliary signal SH via a circulator 8 supplied. The useful signal changed in amplitude and phase is transmitted via the useful signal input L0 decoupled and used as superposition signal ft; at connection C of the circulator 8 taken.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird das Hilfasignal fH über zwei sogenannte DC-Blöcke 7 mit DC-Abzweig auf den Steuereingang IF der Mischer 2, 3 gegeben. Der DC-Block wirkt als Hochpaß, er ist beispielsweise bekannt durch das Datenblatt 2742 der Firma RIO Electronics Inc. Mt. Kisco, N.Y. (USA).In the embodiment according to FIG. 4, the auxiliary signal fH is over two so-called DC blocks 7 with a DC branch to the control input IF of the mixer 2, 3 given. The DC block acts as a high-pass filter, it is known, for example, from data sheet 2742 from RIO Electronics Inc. Mt. Kisco, N.Y. (UNITED STATES).

In Fig. 5 bis 7 sind die Hüllkurven der empfangenen 16-APK-Signale eines 4-GHz-Richtfunksystems bei einem festen 1 6-Bit-Datenwort dargestellt.In Figures 5 through 7 are the envelopes of the received 16 APK signals of a 4 GHz radio relay system with a fixed 1 6-bit data word.

Fig. 5 zeigt das unverzerrte 16-QAM-Signal bei direkter RF-Verbindung zwischen Sender und Empfänger.Fig. 5 shows the undistorted 16-QAM signal with a direct RF link between sender and receiver.

Fig. 6 zeigt das Signal bei Zwischenschaltung des herkömmlichen Quadratur-Amplitudenmodulators zwischen Sender und Empfänger.6 shows the signal with the interposition of the conventional quadrature amplitude modulator between sender and receiver.

Fig. 7 zeigt das Signal bei Modulatoransteuerung mit der vorgeschlagenen Schaltung nach Fig. 2. Ein Vergleich von Fig. 6 und 7 mit Fig. 5 macht deutlich, daß das Signal in herkömmlichen Quadrstur-Amplitudenmodulatoren verzerrt wird (Fig. 6), aber bei Verwendung des Quadratur-Amplitudenmodulators nach der Erfindung kaum Verzerrungen im Signal nach Fig. 7 zu erkennen sind.Fig. 7 shows the signal in the case of modulator control with the proposed one Circuit according to FIG. 2. A comparison of FIGS. 6 and 7 with FIG. 5 makes it clear that the signal is distorted in conventional quadrature amplitude modulators (Fig. 6), but hardly when using the quadrature amplitude modulator according to the invention Distortions in the signal according to FIG. 7 can be seen.

Dieses Verfahren nach der Brfindung kann auch zur Linearisierung von mit Mischern aufgebauten Amplitudenmodulatoren verwendet werden, die als elektrisch steuerbare Dämpfungsglieder wirken und die Je nach Mischerbauart auch die Phase des Nutzsignals nicht (00) bzw. um 1800 in Abhängigkeit von der Polarität des Steuersignals drehen können.This method after the invention can also be used to linearize Amplitude modulators built with mixers are used, which are used as electrical Controllable attenuators act and the phase, depending on the mixer design of the useful signal not (00) or around 1800 depending on the polarity of the control signal can turn.

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Claims

Method for linearizing quadrature amplitude modulators Patent claims @ Method for the linearization of quadrature amplitude modulators, their mixers are constructed as electrically controllable attenuators, d a d u r c h g e -k It is noted that two mixers used in the quadrature amplitude modulator (2, 3) in addition to a useful signal (fl), an auxiliary signal (fH) is simultaneously supplied is, whose constant level is dimensioned so that at a maximum level of the useful signal (fi) optimal linearity between the useful signal input (Lo) and the useful signal output (RP) the mixer (2, 3) results (Fig. 2).

2 The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the auxiliary signal (fH) is dimensioned so that its mixed products generated by the useful signal (fl) lie outside the useful band of the quadrature amplitude modulator.

3 The method according to claim 1, characterized in that the level of the auxiliary signal (fH) is greater than the level of the useful signal (fl).

4 The method according to claim 1 and 2, characterized in that the The level of the auxiliary signal (fH) is at least 7 dB higher than the level of the useful signal (fl) is.

5 The method according to claim 1, characterized in that the auxiliary signal (fH) fed to the quadrature amplitude modulator via an adder (5 in FIG. 2) will.

6 The method according to claim 1, characterized in that the auxiliary signal (fH) fed to the quadrature amplitude modulator via a circulator (8 in FIG. 3) will.

7 The method according to claim 1, characterized in that the auxiliary signal (fH) the quadrature amplitude modulator via two so-called high-pass filters DC blocks (7 in Fig. 4) with DC branch is supplied.