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Dokumentenidentifikation DE69827885T2 01.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000901257
Titel Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens und zugehöriger Modulator
Anmelder Alcatel, Paris, FR
Erfinder Nunez Leon de Santos, Gregorio, 45002 Toledo, ES;
Fernandez Duran, Alfonso, 28229 Villanueva del Pardillo, Madrid, ES;
Casajus Quiros, Francisco Javier, 28033 Madrid, ES;
Paez Borrallo, Jose Manuel, 28033 Las Rozas, Madrid, ES
Vertreter Patentanwälte U. Knecht und Kollegen, 70435 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 69827885
Vertragsstaaten DE, ES, FI, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.08.1998
EP-Aktenzeichen 984020230
EP-Offenlegungsdatum 10.03.1999
EP date of grant 01.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse H04L 27/00
IPC-Nebenklasse H04L 25/03   H04L 27/20   H04L 5/12   H04L 5/22   

Beschreibung[de]
AUFGABE DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, sowie einen Modulator und einen Demodulator zur Realisierung des Verfahrens. Der Modulator und der Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel in einer Einheit eines Funkkommunikationssystems realisiert werden, wie in den beigefügten Ansprüchen bekannt gegeben.

Ein Rahmen ist als Signal definiert, das aufeinander folgende Zeitintervalle umfasst. Mit Bezug auf 1 ist ein Multimodulationsrahmen dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Zeitintervalle 1 und 2 enthält, von denen jedes durch ihre jeweilige Modulation definiert ist, die sich voneinander unterscheiden.

STAND DER TECHNIK

Ein Rahmen des oben definierten Typs kann zum Beispiel im DECT-(Digital Enhanced Cordless Telecommunications)-Standard angewendet werden, der vom ETSI (European Telecommunications Standards Institute) mit dem Ziel herausgegeben wird, die Verkehrskapazität mindestens eines Kanals oder Zeitintervalls zu erhöhen, ohne die für andere Kanäle definierte Modulation zu ändern und dabei die Kompatibilität zu anderen Einheiten desselben Systems, die nicht über die Funktion zur Änderung der Modulation verfügen, aufrecht zu erhalten.

Mit Bezug auf die 1, 2A und 2B wird zum Beispiel ein erstes Zeitintervall 1 durch eine GFSK-(Gaussian Frequency Shift Keying)-Modulation definiert, die bereits im DECT-Standard verwendet wird, und ein zweites Zeitintervall 2 wird durch eine &pgr;/4DQPSK-(&pgr;/4-Differential Quadrature Phase Shift Keying)-Modulation definiert. Die beiden Modulationen definieren entsprechende Konstellationen, die in den 2A und 2B mit Bezug auf vordefinierte Referenzachsen gezeigt sind.

Im DECT-Standard wird das modulierte Signal durch eine Spektralmaske begrenzt, wobei das modulierte Signal in dieser Maske enthalten sein muss.

Wenn im selben Rahmen zwei Modulationen benutzt werden, zum Beispiel die Modulationen, die in den 2A, bzw. 2B erscheinen, wobei keine Kontrolle über den Wechsel von einer Modulation zur anderen vorhanden ist, kann das resultierende Signal einerseits ein Spektrum erzeugen, das nicht innerhalb der begrenzten Spektralmaske liegt und andererseits Intersymbol-Störungen enthalten, die den Verlust von Symbolen hervorrufen, die zeitlich mit dem Modulationswechsel zusammenfallen.

In POKLEMBA, J J: "Digital tracking loops for a programmable digital modern", MILITARY COMMUNICATIONS CONFERENCE, 1992, MILCOM '92, CONFERENCE RECORD, COMMUNICATIONS – FUSING COMMAND, CONTROL AND INTELLIGENCE, IEEE SAN DIEGO, CA, USA, 11.–14. OKT. 1992, NEW YORK, NY, USA, SEITE 644–650 I, wird ein Modulator offen gelegt, der für den Betrieb mit mehreren Modulationsverfahren programmiert werden kann und drei Nachlauf-Schleifen enthält, so dass ein Rahmen, der gemäß verschiedener Modulationen moduliert ist, demoduliert wird. Der Rahmen entspricht jedoch nicht einem DECT-Rahmen, und als Folge davon wird der Rahmen nicht gemäß GFSK- und &pgr;/4DQPSK-Verfahren moduliert.

Aus MORINAGA N ET AL: "INTELLIGENT RADIO COMMUNICATION TECHNIQUES FOR ADVANCED WIRELESS COMMUNICATIONS SYSTEMS", IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, INSTITUTE OF ELECTRONICS INFORMATION AND COMM. ENG. TOKYO, JP, BAND E79-B, Nr. 3, SEITE 214–221, ist eine adaptive Modulationstechnik bekannt, bei der das Modulationsverfahren aus mehreren unterschiedlichen Modulationen auf der Grundlage des Verkehrs und des empfangenen Signalpegels, d. h. C/Ic (Leistungsverhältnis des gewünschten Signals zu Gleichkanalstörungen) ausgewählt wird.

Dieses Dokument enthält jedoch nichts über den Wechsel der Modulation.

CHARAKTERISIERUNG DER ERFINDUNG

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der ein Spektrum definiert, das in einer amplitudenbegrenzten Spektralmaske enthalten ist und Intersymbolstörungen unterdrückt.

Ein zweites Ziel der Erfindung ist die Definition eines Modulators, zur Realisierung des von dieser Erfindung definierten Verfahrens.

Folglich ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der mindestens ein erstes Zeitintervall und ein zweites Zeitintervall enthält, wobei das erste und das zweite Zeitintervall durch erste, bzw. zweite Modulationen definiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Stufe zum schrittweisen Wechsel enthält, die mindestens zwei Schritte aufweist, um die Koeffizienten eines Modulationsfilters von einem ersten Satz von Koeffizienten, welcher der ersten Modulation zugeordnet ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten zu wechseln, welcher der zweiten Modulation zugeordnet ist.

Typischerweise wird die Stufe zum schrittweisen Austausch von Koeffizienten durch aufeinander folgende teilweise Änderungen der Koeffizienten realisiert, wobei in jedem Schritt einige Koeffizienten im ersten Satz von Koeffizienten, die dem ersten Modulationsverfahren zugeordnet sind, in Koeffizienten im zweiten Satz gewechselt werden, die dem zweiten Modulationsverfahren zugeordnet sind.

Zum Beispiel ist die erste Modulation eine GFSK-Modulation, und die zweite Modulation ist eine &pgr;/4DQPSK-Modulation.

Ein Modulator zur Realisierung des Verfahrens gemäß der Erfindung enthält Modulationsfilter-Mittel und Mittel, um die schrittweise Änderung der Koeffizienten der Modulationsfilter-Mittel vom ersten Satz von Filterkoeffizienten, die der ersten Modulation zugeordnet sind, in den zweiten Satz von Filterkoeffizienten, die der zweiten Modulation zugeordnet sind, zu bewirken.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Eine genauere Erklärung der vorliegenden Erfindung, sowie weiterer Eigenschaften und Vorteile findet sich in der folgenden Beschreibung auf der Grundlage der beigefügten Figuren, in denen:

1 ein Format eines Multimodulationsrahmens zeigt;

Die 2A und 2B zwei Konstellationen für GFSK-, bzw.

&pgr;/4DQPSK-Modulation zeigen;

3 ein Blockdiagramm eines Modulators gemäß der Erfindung zeigt;

4 ein Blockdiagramm eines Demodulators gemäß der Erfindung zeigt; und

5 im Detail und in Form eines Blockdiagramms ein in dem Modulator von 3 enthaltenes Filter zeigt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren gemäß der Erfindung vermeidet die transienten Effekte, die durch den Wechsel der Modulation verursacht werden, wie Intersymbol-Störungen oder Phasensprünge, die in jedem der aufeinander folgenden Rahmen erscheinen, wenn die Änderung der Modulation ohne Justiermechanismus an dem Zeitpunkt, an den mit Bezug auf 1 die beiden Zeitintervalle 1 und 2 getrennt werden, angewendet wird.

Mit Bezug auf 3 enthält ein Modulator gemäß einer ersten Implementation der Erfindung einen ersten Multiplizierer 10, eine Verzögerungsleitung 11, einen zweiten Multiplizierer 12, einen Oversampler 13, ein konfigurierbares Filter 14 und einen Digital-/Analog-Wandler 15. Das Binärsignal bn wird an einen ersten Eingang des Multiplizierers 10 angelegt, dessen Ausgangssignal einerseits über die Verzögerungsleitung 11 an einen zweiten Eingang des Multiplizierers 10 und andererseits an einen Eingang des Multiplizierers 12 angelegt wird. Dieser Multiplizierer 12 empfängt über einen zweiten Eingang das Signal ej(&pgr;/M)n, wobei n ein Bit-Rang ist. Der Ausgang des Multiplizierers 12 ist über den Oversampler 13 an einen Eingang des konfigurierbaren Filters 14 angeschlossen. Der Ausgang des konfigurierbaren Filters 14 ist an einen Eingang des Digital-/Analog-Wandlers 15 angeschlossen.

Dieser Modulator, wie er in 3 gezeigt ist, eignet sich zur Durchführung sowohl der GMSK-Modulation, als auch der &pgr;/4DQPSK-Modulation, wobei die GMSK-Modulation gleich der GFSK-Modulation ist, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

B × T = 0,5; und

0,35 < h < 0,70,

wobei B die Signalbandbreite, T die Dauer eines Symbols und h der Wert des Modulationsindex ist.

Der Modulator aus 3 eignet sich auch zur Durchführung sowohl der GMSK-Modulation, als auch der &pgr;/4DQPSK-Modulation unter den folgenden Bedingungen:

  • – Für GMSK-Modulation:

    *bn ∈ {1, –1}; M = 2 und das konfigurierbare Filter 14 ist ein Gauß-Filter;

    und
  • – Für &pgr;/4DQPSK-Modulation:

    *bn ∈ {1, j, –j, –1}; M = 4 und das konfigurierbare Filter 14 ist ein Root-Raised-Cosine-Filter;

Das für die GMSK-Modulation eingesetzte Gauß-Filter führt absichtlich Intersymbol-Störungen zwischen den transienten Symbolen ein.

Es gäbe keine speziellen unbekannten Probleme, die aus dieser Verarbeitung des Signals mit GMSK-Modulation resultieren, wenn diese GMSK-Modulation mit ihrem zugeordneten Gauß-Filter nicht gleichzeitig im selben Rahmen mit einer &pgr;/4DQPSK-Modulation (oder einer beliebigen anderen) und ihrem zugeordneten Root-Raised-Cosine-Filter (oder dem der fraglichen Modulation entsprechenden Signalformungs-Filter) auftreten würde. Im Fall eines Multimodulationsrahmens erzeugen die letztendlichen Symbole mit GMSK-Modulation in Feld 1 (1) "Ausläufer", die sich in die vorderen Symbole von Feld 2 mit &pgr;/4DQPSK-Modulation erstrecken. Dieser Effekt erzeugt Störungen, die zu einem systematischen Verlust der Symbole führen, die sich um den Zeitpunkt des Übergangs zwischen den beiden Modulationen GMSK und &pgr;/4DQPSK befinden. Um dieses Problem zu beseitigen, enthält gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der mindestens ein erstes Zeitintervall 1 enthält, das durch eine erste Modulation definiert ist und ein zweites Zeitintervall 2, das durch eine zweite Modulation definiert ist, eine Stufe zur schrittweisen Änderung mit mindestens zwei Schritten, um die Koeffizienten des konfigurierbaren Modulationsfilters 14 von einem ersten Satz von Koeffizienten, welcher der GMSK-Modulation zugeordnet ist, auf einen zweiten Satz von Koeffizienten zu ändern, welcher der &pgr;/4DQPSK-Modulation zugeordnet ist.

Die Tabelle auf der nächsten Seite zeigt eine genauere Darstellung eines Beispiels einer Stufe zur schrittweisen Änderung der Koeffizienten des konfigurierbaren Modulationsfilters 14.

Bei Gauß-Filtern und Root-Raised-Cosine-Filtern, die für die GMSK-, bzw. die &pgr;/4DQPSK-Modulation eingesetzt werden, wird dieselbe Anzahl von Koeffizienten verwendet, zum Beispiel zwölf (12) in der beschriebenen Implementation. Diese Anzahl von Koeffizienten entspricht der größten Anzahl, die von jedem Filter-Typ, Gauß-Filter und Root-Raised-Cosine-Filtern, benötigt wird. Folgendes wird in dieser Tabelle gezeigt:

Tabelle
Tabellen-Legende
  • Koeffizienten des Gauß-Filters (GMSK-Modulation)
  • Koeffizienten des Root-Raised-Cosine-Filters
  • Rang der justierten Bits mit entsprechenden Koeffizienten

N bezeichnet den Rang des letzten Symbols mit GMSK-Modulation

  • – Wenn das Symbol mit dem Rang (N – 2) der GMSK-Modulation eintrifft, sind alle Koeffizienten des konfigurierbaren Filters Koeffizienten des Gauß-Filters,
  • – Wenn das Symbol mit dem Rang (N – 1) der GMSK-Modulation eintrifft, sind alle Koeffizienten des konfigurierbaren Filters Koeffizienten des Gauß-Filters, mit Ausnahme der ersten beiden Koeffizienten h(0) und h(1), die Koeffizienten des &pgr;/4DQPSK-Filters sind (Root-Raised-Cosine-Filter),
  • – Wenn das letzte Symbol der GMSK-Modulation mit dem Rang (N) eintrifft, sind alle Koeffizienten des konfigurierbaren Filters Koeffizienten des Gauß-Filters, mit Ausnahme der ersten vier Koeffizienten h(0), h(1), h(2) und h(3), die Koeffizienten des &pgr;/4DQPSK-Filters sind,
  • – Wenn das erste Symbol der &pgr;/4DQPSK-Modulation mit dem Rang (N + 1) eintrifft, sind die letzten sechs Koeffizienten des konfigurierbaren Filters Koeffizienten des Gauß-Filters und die ersten sechs sind Koeffizienten des &pgr;/4DQPSK-Filters,
  • – und so weiter.

Somit wird die schrittweise Änderung der Koeffizienten durch aufeinander folgende teilweise Änderungen der Koeffizienten realisiert, wobei in jedem Schritt einige Koeffizienten des ersten Satzes von Koeffizienten, welcher der ersten Modulation zugeordnet ist, in Koeffizienten des zweiten Satzes von Koeffizienten geändert werden, welcher der zweiten Modulation zugeordnet ist.

Auf ähnliche Weise kann eine schrittweise Austausch-Stufe für die Koeffizienten des konfigurierbaren Modulations-Filters 14 von Koeffizienten, die der &pgr;/4DQPSK-Modulation zugeordnet sind, in Koeffizienten, die der GMSK-Modulation zugeordnet sind, konstruiert werden, wobei der Übergang von der &pgr;/4DQPSK-Modulation zur GMSK-Modulation stattfindet. Diese Stufe scheint jedoch nicht dieselbe Wichtigkeit zu haben, da das Problem bei der Verwendung des Gauß-Filters für die GMSK-Modulation auftritt, das "Ausläufer" erzeugt, welche die Symbole der &pgr;/4DQPSK-Modulation stören.

Mit Bezug auf 5 enthält das konfigurierbare Filter 14 ein Modulationsfilter 140, einen Synchronisations-Schaltkreis 141 und einen Programmier-Schaltkreis 142. Der Synchronisations-Schaltkreis 141 empfängt den Bitstrom bn und definiert abhängig von vordefinierten Bits, zum Beispiel von Synchronisationsbits im empfangenen Rahmen, die Rahmensynchronisation, und folglich kann der Zeitpunkt der Modulationsänderung bekannt sein. Wenn das Eintreffen des Bits des Ranges (N – 2) des Rahmens erwartet wird (siehe die oben stehende Tabelle), aktiviert der Synchronisations-Schaltkreis 141 den Programmier-Schaltkreis 142, der schrittweise die Koeffizienten COEF des Modulations-Filters 140 lädt, wie in der oben stehenden Tabelle gezeigt.

Ein Demodulator zur Demodulation eines Multimodulationsrahmens, der von einem Modulator erzeugt wurde, der mit Bezug auf 3 beschrieben wurde, ist in 4 gezeigt.

Der Demodulator enthält ein Root-Raised-Cosine-Filter 20, einen Subsampler 21 und einen ersten Multiplizierer 22, die in Reihe geschaltet sind. Der erste Multiplizierer 22 empfängt das Signal e–j(&pgr;/M)n über einen anderen Eingang. Der Ausgang des ersten Multiplizierers 22 kann an zwei Zweige angeschlossen werden, die parallel dargestellt werden. Ein erster Zweig wird zur Erzeugung eines Differenz-Ausgangssignals verwendet und enthält einen zweiten Multiplizierer 24, eine Verzögerungsleitung 23 und einen Schwellwertdetektor 25. Der zweite Multiplizierer 24 empfängt an einem ersten Eingang das Ausgangssignal von ersten Multiplizierer 22 und an einem zweiten Eingang dasselbe Ausgangssignal vom ersten Multiplizierer 22, das über die Verzögerungsleitung 23 verzögert wird. Das Ausgangssignal des zweiten Multiplizierers 24 wird an einen Eingang eines Schwellwertdetektors 25 angelegt.

Ein zweiter Zweig wird zur Erzeugung eines kohärenten Ausgangssignals verwendet und enthält einen Schwellwertdetektor 26 und einen Decodierer 27, die in Reihe geschaltet sind.

Obwohl diese Beschreibung der Verwendung des Demodulators mit einem festen vordefinierten Demodulationsfilter erfolgt (Root-Raised-Cosine-Filter 20), kann ein Fachmann zwei Filter einsetzen, die an die Form des empfangenen Signals mit GMSK-, bzw. &pgr;/4DQPSK-Modulation angepasst sind. In diesem Fall kann der Demodulator eine Stufe zum schrittweisen Wechsel enthalten, um die Koeffizienten des Demodulationsfilters von einem ersten Satz von Koeffizienten, welcher der GMSK-Modulation zugeordnet ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten zu wechseln, welcher der &pgr;/4DQPSK-Modulation zugeordnet ist, wobei dies entsprechend dem Wechsel der Koeffizienten im Modulator, wie oben beschrieben wurde, durchgeführt wird. Der Demodulator enthält ein konfigurierbares Demodulations-Filter und einen Schaltkreis zum schrittweisen Wechsel der Koeffizienten dieses Demodulationsfilters von einem ersten Satz von Koeffizienten, der an die Signalform der ersten Modulation angepasst ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten, der an die Signalform der zweiten Modulation angepasst ist, und dies wird entsprechend dem Wechsel der Koeffizienten im Modulator durchgeführt. Dieser Modulator muss auch einen Rahmensynchronisations-Schaltkreis enthalten, um den Zeitpunkt der Modulationsänderung zu erkennen und anschließend den Schaltkreis zum Austausch der Koeffizienten zu aktivieren.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Erzeugung eines Multimodulationsrahmens, der mindestens ein erstes Zeitintervall (1) und ein zweites Zeitintervall (2) enthält, wobei das erste und das zweite Zeitintervall (1, 2) durch erste, bzw. zweite Modulationen definiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Stufe zum schrittweisen Wechsel mit mindestens zwei Schritten enthält, um die Koeffizienten eines Modulationsfilters (140) von einem ersten Satz von Koeffizienten, welcher der ersten Modulation zugeordnet ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten zu wechseln, welcher der zweiten Modulation zugeordnet ist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe zum schrittweisen Wechsel von Koeffizienten mittels aufeinander folgender teilweiser Änderungen der Koeffizienten realisiert wird, wobei in jedem Schritt einige Koeffizienten des ersten Satzes von Koeffizienten, die der ersten Modulation zugeordnet sind, in Koeffizienten des zweiten Satzes gewechselt werden, die der zweiten Modulation zugeordnet sind.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Modulation eine GFSK-Modulation und die zweite Modulation eine &pgr;/4DQPSK-Modulation ist.
  4. Modulator, der Mittel enthält, die so angepasst sind, dass sie das Verfahren gemäß Anspruch 1 implementieren, dadurch gekennzeichnet, dass er Modulations-Filter-Mittel (140) und Mittel (141, 142) zur schrittweisen Änderung der Koeffizienten der Modulationsfilter-Mittel (140) von einem ersten Satz von Filterkoeffizienten, welcher der ersten Modulation zugeordnet ist, zu einem zweiten Satz von Filterkoeffizienten, welcher der zweiten Modulation zugeordnet ist, enthält.
  5. Demodulator, der Mittel enthält, die so angepasst sind, dass sie einen von einem Modulator gemäß Anspruch 4 empfangenen Rahmen demodulieren, dadurch gekennzeichnet, dass er ein konfigurierbares Demodulations-Filter und Mittel zur schrittweisen Änderung der Koeffizienten des Demodulationsfilters von einem ersten Satz von Koeffizienten, welcher der Signalform der ersten Modulation angepasst ist, zu einem zweiten Satz von Koeffizienten, welcher der Signalform der zweiten Modulation angepasst ist, enthält, und dies entsprechend der Änderung der Koeffizienten in dem Modulator durchgeführt wird.
  6. Funkkommunikationssystem, das mobile Endgeräte enthält, die einen Modulator gemäß Anspruch 4 enthalten.
  7. Funkkommunikationssystem, das mobile Endgeräte enthält, die einen Demodulator gemäß Anspruch 5 enthalten.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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