DE3415152C2

DE3415152C2 -

Info

Publication number: DE3415152C2
Application number: DE19843415152
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt De Schneckenburger
Original assignee: ANT Nachrichtentechnik GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-04-21
Filing date: 1984-04-21
Publication date: 1993-04-08
Also published as: DE3415152A1

Description

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

Sowohl für die Funkkanalsimulation als auch bei bestimmten Tests von Funkgeräten, wie z. B. bei der Signaturmessung, werden Quadratur-Amplitudenmodulatoren benötigt. Mit Hilfe dieser Modulatoren können die Amplitude und die Phase eines Mikrowellensignals verändert werden.Both for radio channel simulation and for certain Tests of radio equipment, such as B. in signature measurement, quadrature amplitude modulators are required. With help These modulators can adjust the amplitude and phase of a microwave signal can be changed.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines bekannten Quadratur-Amplituden modulators, wie er bei Mikrowellensignalen mit konstanter Amplitude (Frequenz- oder Phasenmodulation) Anwendung findet. Fig. 1 shows the structure of a known quadrature amplitude modulator, as it is used in microwave signals with constant amplitude (frequency or phase modulation).

Ein solches Quadratur-Amplitudenmodulator ist unter anderem auch in R.W. Lorenz, M. Puhl, "Geräte zur Simulation der Feldstärkeschwankungen von Funkstrecken 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.Such a quadrature amplitude modulator is among others also in R.W. Lorenz, M. Puhl, "Devices for Simulating the Field strength fluctuations of radio links between one 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, especially page 7, Research Institute of the Germans Bundespost, described.

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

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 Nutz signals f1, je nach Polarität des Steuersignals nicht dreht (0°), bzw. um 180° dreht.The control inputs IF of the mixers 2 , 3 are at a DC voltage potential. As a result, the mixer 2 , 3 have the function of a voltage or current-controlled attenuator, which also does not rotate the phase of the useful signal f1, depending on the polarity of the control signal (0 °), or rotates by 180 °.

Die Signale an den Nutzsignalsausgängen RF der Mischer 2, 3 sind bei anstehendem Nutzsignal f1 den Gleich spannungspotentialen an den Steuereingängen IF der Mischer 2, 3 annähernd proportional. Die Leistungspegel der Nutzsignale f1 an den Nutzsignaleingängen 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 Nutzsignalaus gängen RF der Mischer 2, 3 nur in einem kleinen Pegel bereich von ca. ± 1 dB genügend proportional zu den Leistungspegeln an den Nutzsignaleingängen 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 approximately proportional to the DC potentials at the control inputs IF of the mixers 2 , 3 when the useful signal f1 is present. However, the power levels of the useful signals f1 at the useful signal inputs LO of the mixers 2 , 3 must be so great that the mixer diodes are switched through as well as possible. This means that the power levels at the useful signal outputs RF of the mixers 2 , 3 are only sufficiently small in a small level range of approx. ± 1 dB to the power levels at the useful signal inputs LO and the potentials of the control inputs IF of the mixers 2 , 3 .

Nachteilig an dem bekannten, in Fig. 1 dargestellten Quadratur-Amplitudenmodulator ist, daß dieser bei Modulationsverfahren, bei denen Amplitude und Phase als Trägersignal moduliert werden (z. B. 16-APK), wegen Nicht linearität der Mischer 2, 3 zwischen Nutzsignaleingang LO und Nutzsignalausgang RF nicht verwendet werden kann. Die entstehenden Verzerrungen sind in J.R. Ball, "A real time fading simulator for mobile radio", The Radio and Electronic Engineer, Vol. 52, No. 10, Seiten 475 bis 478, Oct. 82 beschrieben.A disadvantage of the known quadrature amplitude modulator shown in FIG. 1 is that it is used in modulation methods in which the amplitude and phase are modulated as a carrier signal (e.g. 16-APK) because of the non-linearity of the mixer 2 , 3 between the useful signal input LO and useful signal output RF cannot be used. The resulting distortions are described in JR Ball, "A real time 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 besteht deshalb darin, die Linearität von mit Mischern aufgebauten Quadratur-Amplitudenmodula toren in einem weiten Bereich erheblich zu verbessern.The object underlying the invention is therefore in that linearity of quadrature amplitude modules built with mixers to significantly improve gates in a wide range.

Sie wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.It is solved by the features specified in the main claim.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked.

In der deutschen Offenlegungsschrift 20 57 633 ist ein Frequenzgenerator zur Erzeugung einer amplitudenmodulierten und -geregelten Tragerfrequenz beschrieben, wobei dem Modulator neben der Trägerfrequenz eine unverzerrt modulierte und amplitudengeregelte Hilfsfrequenz zugesetzt wird, um ein weitgehend verzerrungsfreies Modulationsprodukt zu erzeugen.In German Offenlegungsschrift 20 57 633 is a Frequency generator for generating an amplitude modulated and -controlled carrier frequency described, the Modulator in addition to the carrier frequency an undistorted modulated and amplitude-controlled auxiliary frequency is added to a to produce largely distortion-free modulation product.

Die Erfindung wird anhand von in Fig. 2 bis Fig. 7 dar gestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigtThe invention is described in more detail with reference to exemplary embodiments presented in FIGS. 2 to 7. It shows

Fig. 2 ein Schaltbild eines Quadratur-Ampli tudenmodulators nach der Erfindung mit Addierer, Fig. 2 is a circuit diagram of a quadrature-amplification tudenmodulators according to the invention with the adder,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Quadratur-Ampli tudenmodulators nach der Erfindung mit Zirkulator, Fig. 3 is a circuit diagram of a quadrature-amplification tudenmodulators of the invention having circulator,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Quadratur-Ampli tudenmodulators nach der Erfindung mit DC-Blöcken, Fig. 4 is a circuit diagram of a quadrature-amplification tudenmodulators according to the invention with DC blocks,

Fig. 5 die Hüllkurve eines unverzerrten 16-QAM- Signals, Fig. 5, the envelope of an undistorted 16-QAM signal,

Fig. 6 die Hüllkurve eines Signals nach Fig. 5 mit zwischengeschaltetem Quadratur-Ampli tudenmodulator nach dem Stand der Technik, und Fig. 6 shows the envelope of a signal according to Fig. 5 with interposed quadrature amplifier modulator according to the prior art, and

Fig. 7 die Hüllkurve eines Signals nach Fig. 5 mit zwischengeschaltetem Quadratur-Ampli tudenmodulator nach der Erfindung. Fig. 7, the envelope of a signal according to Fig. 5 with interposed quadrature ampli tudenmodulator according to the invention.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines Quadratur-Amplitudenmodu lators nach der Erfindung. In einem Addierer 5 wird dem Nutzsignal f1 ein in einem HF-Generator 6 erzeugtes Hilfssignal fH additv überlagert. Dieses Überlagerungs signal fÜ wird dann über einen 90°-Leistungsteiler den Nutz signaleingängen LO zweier Mischer 2, 3 zugeführt. Der konstante Pegel des Hilfssignals fH ist dabei deutlich größer als der Pegel des Nutzsignals f1. 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 die Mischer 2, 3 optimal angesteuert werden und der Arbeitspunkt der Mischer 2, 3 auch bei Addition des Nutzsignals f1 nahezu konstant bleibt. Dadurch wird Lineari tät zwischen dem Steuereingang IF, dem Nutzsignalseingang SO und dem Nutzsignalausgang RF hergestellt. Die Frequenz des Hilfssignals fH wird so gewählt, daß die Mischprodukte, erzeugt von Nutzsignal f1 und Hilfssignal 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. An auxiliary signal fH additv generated in an HF generator 6 is superimposed on the useful signal f1 in an adder 5 . This superposition signal fÜ is then fed via a 90 ° power divider to the useful signal inputs LO of two mixers 2 , 3 . The constant level of the auxiliary signal fH is significantly larger than the level of the useful signal f1. It has proven to be advantageous if the level difference is greater than 7 dB, the constant level of the auxiliary signal fH being selected such that the mixers 2 , 3 are optimally controlled and the operating point of the mixers 2 , 3 even when the useful signal f1 is added remains almost constant. This produces linearity between the control input IF, the useful signal input SO and the useful signal output RF. The frequency of the auxiliary signal fH is selected so that the mixed products generated by the useful signal f1 and the auxiliary signal fH lie outside the useful band of the quadrature amplitude modulator and can therefore be easily filtered out.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel 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 exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 2, the auxiliary signal fH generated in the HF generator 6 is superimposed on the useful signal f1 in an adder 5 . A power divider or directional coupler is preferably used as the adder.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen zwei weitere mögliche Ausführungs beispiele der Erfindung. Bei der Schaltungsvariante nach Fig. 3 wird das Nutzsignal f1 den Mischern 2, 3 beim Nutz signalausgang RF und das Hilfssignal fH über einen Zirkula tor 8 zugeführt. Das so in Amplitude und Phase geänderte Nutzsignal wird über den Nutzsignaleingang LO ausgekoppelt und als Oberlagerungssignal fÜ am Anschluß C des Zirkula tors 8 entnommen. Fig. 3 and Fig. 4 show two other possible embodiments of the invention. In the circuit variant according to FIG. 3, the useful signal f1 is fed to the mixers 2 , 3 at the useful signal output RF and the auxiliary signal fH via a circulator 8 . The so changed in amplitude and phase useful signal is coupled out via the useful signal input LO and taken as a superposition signal fÜ at terminal C of the circulator 8 .

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird das Hilfssignal fH über zwei Baugruppen 7 mit DC-Abzweige auf den Steuereingang IF der Mischer 2, 3 gegeben. Die Baugruppen 7 weisen eine Hochpaßcharakteristik auf.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the auxiliary signal fH is given to the control input IF of the mixer 2 , 3 via two modules 7 with DC branches. The modules 7 have a high-pass characteristic.

In Fig. 5 bis 7 sind die Hüllkurven der empfangenen 16-APK- Signale eines 4-GHz-Richtfunksystems bei einem festen 16-Bit-Datenwort dargestellt.In Fig. 5 to 7, the envelope of the received 16-APK signals are shown of a 4-GHz radio relay system at a fixed 16-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 connection between transmitter and receiver.

Fig. 6 zeigt das Signal bei Zwischenschaltung des herkömm lichen Quadratur-Amplitudenmodulators zwischen Sender und Empfänger. Fig. 6 shows the signal with the interposition of the conven union quadrature amplitude modulator between the transmitter 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 Quadratur-Amplitudenmodulatoren verzerrt wird (Fig. 6), aber bei Verwendung des Quadratur-Amplituden modulators nach der Erfindung kaum Verzerrungen im Signal noch Fig. 7 zu erkennen sind. Fig. 7 shows the signal with modulator control with the proposed circuit according to Fig. 2. A comparison of Fig. 6 and 7 with Fig. 5 shows that the signal is distorted in conventional quadrature amplitude modulators ( Fig. 6), but with Using the quadrature amplitude modulator according to the invention hardly any distortions in the signal can still be seen in FIG. 7.

Dieses Verfahren nach der Erfindung kann auch zur Lineari sierung von mit Mischern aufgebauten Amplitudenmodulatoren verwendet werden, die als elektrisch steuerbare Dämpfungs glieder wirken und die je nach Mischerbauart auch die Phase des Nutzsignals nicht (0°) bzw. um 180° in Abhängig keit von der Polarität des Steuersignale drehen können.This method according to the invention can also be used for lineari sizing of amplitude modulators built with mixers used as an electrically controllable damping links act and depending on the mixer design also Phase of the useful signal is not (0 °) or depending on 180 ° speed of the polarity of the control signals.

Claims

1. A method for linearizing quadrature amplitude modulators which contain two mixers constructed as electrically controllable attenuators, the useful signal inputs (LO) of which are fed to the useful signal (f1) which is split into two signal components phase-shifted by 90 °, characterized in that the useful signal (f1 ) before its splitting, an auxiliary signal (fH) is additively superimposed whose constant level is greater than the level of the useful signal (f1) and is dimensioned such that there is optimal linearity between the useful signal input (LO) and the useful signal output at a maximum level of the useful signal (f1) (RE) the mixer ( 2 , 3 ) results.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Frequency of the auxiliary signal (fH) is such that its from Useful signal (f1) generated mixed products outside the Useful band of the quadrature amplitude modulator.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the level of the auxiliary signal (fH) is greater by at least 7 dB than the level of the useful signal (f1).

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

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

6. The method according to claim 1, characterized in that the auxiliary signal (fH) is fed to the quadrature amplitude modulator via two modules ( 7 ) with high-pass characteristics.