Die Erfindung betrifft einen Zwei-Punkt-Modulator zur Phasenoder Frequenzmodulation mit einer PLL-Schaltung, die für das Einprägen eines analogen und eines digitalen Modulationssignals ausgelegt ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Vorfilterung des digitalen Modulationssignals.

Eine aufwandsarme Realisierung eines Senderkonzepts für Transceiver in Mobilfunksystemen bieten Sender, welche einen nach dem bekannten Prinzip der Zwei-Punkt-Modulation arbeitenden Modulator aufweisen. Eine PLL (Phase Locked Loop = Nachlaufsynchronisations)-Schaltung wird dabei als Frequenzsynthesizer eingesetzt und zur Phasen- oder Frequenzmodulation eines hochfrequenten Signals genutzt.

Das Einprägen der Modulationssignale erfolgt üblicherweise an zwei Punkten der PLL-Schaltung. Zum einen wird ein programmierbarer Frequenzteiler der PLL-Schaltung durch ein digitales Modulationssignal angesteuert. Der programmierbare Frequenzteiler ist im Rückkoppelzweig der PLL-Schaltung angebracht und repräsentiert einen Punkt der PLL-Schaltung, an welchem sich für das Einprägen einer Modulation ein Tiefpaßübertragungsverhalten ergibt. Das digitale Modulationssignal kann dabei eine größere Bandbreite aufweisen als der durch die PLL-Schaltung gebildete Tiefpaß. Zum anderen wird in einen im Vorwärtszweig der PLL-Schaltung liegenden Summationspunkt, welcher vorzugsweise dem spannungsgesteuerten Oszillator vorgeschaltet ist, ein analoges Modulationssignal eingekoppelt. Die an dem Summationspunkt eingespeiste analoge Modulation wirkt mit einer Hochpaßfilterung durch die geschlossene Regelschleife auf den Ausgang der PLL-Schaltung, womit das entsprechende Modulationssignal wiederum durch das Übertragungsverhalten verfälscht wird. Das digitale und das analoge Modulationssignal überlagern sich am Ausgang der PLL-Schaltung, und es ergibt sich auf diese Weise ein frequenzunabhängiges Übertragungsverhalten der PLL-Schaltung. Das gleichzeitige Einprägen eines digitalen und eines analogen Modulationssignals in eine PLL-Schaltung wird als Zwei-Punkt-Modulation bezeichnet.

Ein derartiger Zwei-Punkt-Modulator sowie ein Verfahren zur Phasen- oder Frequenzmodulation mit einer PLL-Schaltung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 29 167 A1 beschrieben. Ein digitales Modulationssignal wird in den Steueranschluß eines Frequenzteilers im Rückkoppelzweig der PLL-Schaltung eingespeist, wodurch die Zahl bestimmt wird, mit deren Kehrwert die Momentanfrequenz des Eingangssignals des Frequenzteilers multipliziert wird. Ferner wird das digitale Modulationssignal mittels eines Digital-Analog-Wandlers in ein analoges Modulationssignal umgewandelt, welches an einem einen Hochpaßpunkt repräsentierenden Summationspunkt in die PLL-Schaltung eingekoppelt wird. Diese Offenlegungsschrift ist als der zu der vorliegenden Erfindung nächstliegende Stand der Technik anzusehen.

Bei der beschriebenen Art des Senderkonzepts bleibt die Regelschleife geschlossen. Um ein geringes Rauschen der PLL-Schaltung zu erzielen, wird die Bandbreite der PLL-Schaltung deutlich kleiner ausgelegt, als es für die Übertragung der modulierten Daten erforderlich wäre. Zur Kompensation der geringen Bandbreite wird neben dem digitalen Modulationssignal das analoge Modulationssignal in die PLL-Schaltung eingekoppelt.

Sowohl das digitale als auch das analoge Modulationssignal werden zur Begrenzung des Ausgangsspektrums der PLL-Schaltung vorgefiltert. Die Filterung des digitalen Modulationssignals wird in der Regel durch Überabtastung vorgenommen, d.h. ein Bit wird durch mehrere Samples repräsentiert. Des weiteren muß für die einwandfreie Funktion der Zwei-Punkt-Modulation neben der zeitlichen Gleichphasigkeit ein hohes Maß an Übereinstimmung der Amplituden der beiden Modulationssignale gewährleistet sein. Bei bekannten Zwei-Punkt-Modulatoren werden aus diesem Grund für die digitale und die analoge Vorfilterung Filter mit gleicher Impulsformung verwendet. Nachteilig daran ist der entsprechend hohe Realisierungsaufwand für derartige digitale und analoge Filter.

In der europäischen Patentanmeldung EP 0 408 238 A2 ist ein Zwei-Punkt-Modulator mit einer PLL-Schaltung offenbart. Vor der Einspeisung des digitalen Modulationssignals in die PLL-Schaltung mittels eines Frequenzteilers wird das digitale Modulationssignal bei diesem Zwei-Punkt-Modulator einem Verzögerungsglied und nachfolgend einem Integrator zugeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Zwei-Punkt-Modulator zur Phasen- oder Frequenzmodulation mit einer PLL-Schaltung zu schaffen, bei welchem die zur Vorfilterung des digitalen und des analogen Modulationssignals verwendeten Filter unterschiedliche Impulsformungen aufweisen können und zumindest einer der beiden Filter einen möglichst geringen Realisierungsaufwand aufweisen soll, ohne daß dabei das Sendespektrum des Zwei-Punkt-Modulators wesentlich verändert wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßer Zwei-Punkt-Modulator, der zur Phasenoder Frequenzmodulation eingesetzt wird, weist eine PLL-Schaltung auf. Des weiteren umfaßt der Zwei-Punkt-Modulator einen ersten Schaltungszweig, durch welchen ein analoges Modulationssignal in einen ersten Punkt der PLL-Schaltung eingeprägt wird. Die Lage des ersten Punkts ist dabei derart gewählt, daß das analoge Modulationssignal, das an diesem Punkt in die PLL-Schaltung eingespeist wird, mit einer Hochpaßfilterung durch die geschlossene Regelschleife auf den Ausgang der PLL-Schaltung wirkt. Vorteilhafterweise befindet sich der erste Punkt vor einem in einer PLL-Schaltung enthaltenen spannungsgesteuerten Oszillator. Des weiteren umfaßt der Zwei-Punkt-Modulator einen zweiten Schaltungszweig, durch welchen ein digitales Modulationssignal in einen zweiten Punkt der PLL-Schaltung eingeprägt wird. Der zweite Schaltungszweig ist mit dem Steueranschluß eines Frequenzteilers verbunden, welcher bei Zwei-Punkt-Modulatoren in dem Rückkoppelzweig der PLL-Schaltung enthalten ist. Dadurch wirkt das digitale Modulationssignal, welches den Frequenzteiler ansteuert und somit die zur Frequenzteilung benötigte Zahl vorgibt, mit einer Tiefpaßfilterung auf den Ausgang der PLL-Schaltung. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, daß der zweite Schaltungszweig ein digitales Filter enthält, welches eine rechteckförmige Impulsantwort aufweist, d.h. im Frequenzraum weist das digitale Filter durch die Überabtastung im Durchlaßbereich des durch die PLL-Schaltung gebildeten Tiefpasses ein nahezu konstantes Übertragungsverhalten auf. Die Übertragungsfunktion des digitalen Filters ist dadurch gekennzeichnet, daß ein am Eingang des digitalen Filters empfangener Wert, welcher beispielsweise in einem Register gespeichert wurde, am Ausgang des digitalen Filters mehrfach ausgegeben wird.

Die Realisierung des im zweiten Schaltungszweig enthaltenen digitalen Filters durch einen digitalen Filter mit rechteckförmiger Impulsantwort kann aufgrund der geringen Bandbreite der geschlossenen PLL-Regelschleife erfolgen. In der Regel unterscheiden sich die Übertragungsfunktionen eines normalerweise für diese Zwecke verwendeten digitalen Filters und eines digitalen Filters mit rechteckförmiger Impulsantwort innerhalb der geringen Bandbreite der PLL-Regelschleife nicht wesentlich. Daher kann aufgrund der vorliegenden Erfindung das bisher eingesetzte aufwendige digitale Filter, dessen Impulsantwort häufig die Form einer Gaußkurve aufweist, durch ein einfaches digitales Filter mit rechteckförmiger Impulsantwort (Rechteckfilter) ersetzt werden, ohne daß ein wesentlicher Unterschied in dem Sendespektrum des Zwei-Punkt-Modulators erkennbar wäre. Der erste Schaltungszweig bleibt von dieser Erfindung unberührt.

Wie bei bekannten Zwei-Punkt-Modulatoren mit PLL-Schaltungen kann weiterhin vorgesehen sein, daß der erste Schaltungszweig ein Filter enthält, welches beispielsweise ein analoges Filter sein kann. Die Impulsformung des im ersten Schaltungszweig enthaltenen Filters kann sich von der erfindungsgemäßen rechteckigen Impulsformung des digitalen Filters unterscheiden. Es kann ferner vorgesehen sein, daß die Filterung des durch den ersten Schaltungszweig übertragenen Modulationssignals auch im Digitalbereich mit einer nachfolgenden Digital-Analog-Wandelung erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Amplitude der Impulsantwort des digitalen Filters mittels einer Einheit gesteuert werden kann. Dadurch kann bei Bedarf die Amplitude des digitalen Modulationssignals und damit der Modulationsindex auf einfache Weise angepaßt werden. Bei bekannten Zwei-Punkt-Modulatoren mit gleicher Filterfunktion für die digitale und die analoge Filterung ist es demgegenüber notwendig, jeden Filterkoeffizienten einzeln anzupassen, bzw. eine zusätzliche Multiplikation oder Division mit entsprechenden Rundungsoperationen vorzunehmen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Phasen- oder Frequenzmodulation mit einer PLL-Schaltung, welche nach dem Prinzip der Zwei-Punkt-Modulation arbeitet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein analoges Modulationssignal an einem ersten Punkt in die PLL-Schaltung eingekoppelt. Der erste Punkt muß der Bedingung genügen, daß sich dort ein Hochpaßübertragungsverhalten für eine eingekoppelte Modulationsfrequenz ergibt. Ein digitales Modulationssignal durchläuft zunächst ein digitales Filter und wird anschließend an einem zweiten Punkt in die PLL-Schaltung eingekoppelt. Dabei steuert das digitale Modulationssignal einen in einen Rückkoppelzweig der PLL-Schaltung eingebundenen Frequenzteiler an, an welchem sich ein Tiefpaßübertragungsverhalten für das digitale Modulationssignal ergibt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filter eine rechteckförmige Impulsantwort aufweist. Die Übertragungsfunktion des digitalen Filters ist dadurch gekennzeichnet, daß ein am Eingang des digitalen Filters empfangener Wert, welcher beispielsweise in einem Register gespeichert wurde, am Ausgang des digitalen Filters mehrfach ausgegeben wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der geringe Realisierungsaufwand für die digitale Filterung. Wegen der geringen Bandbreite der geschlossenen PLL-Regelschleife unterscheiden sich die Übertragungsfunktionen eines normalerweise verwendeten digitalen Filters, welches die gleiche Impulsform wie ein üblicherweise für die Filterung des analogen Modulationssignals verwendetes Filter aufweist, und eines digitalen Filters mit rechteckförmiger Impulsantwort innerhalb der Bandbreite der PLL-Regelschleife nicht wesentlich. Daher ist kein wesentlicher Unterschied in dem Sendespektrum der PLL-Schaltung erkennbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Schaltbild eines Zwei-Punkt-Modulators mit einem PLL-Schaltkreis und einem Modulationsschaltkreis.

Die Figur zeigt einen Zwei-Punkt-Modulator 1 mit einer PLL-Schaltung 2. Durch die PLL-Schaltung 2 wird ein Ausgangssignal mit einer Ausgangsfrequenz F_OUT aus einem Eingangs- oder Referenzsignal mit einer Referenzfrequenz F_REF erzeugt. Das Ausgangssignal mit der Ausgangsfrequenz F_OUT ist durch ein digitales Modulationssignal 16 und ein analoges Modulationssignal 17 modulierbar.

Der Zwei-Punkt-Modulator 1 umfaßt neben der PLL-Schaltung 2 eine an geeigneten Punkten an die PLL-Schaltung 2 gekoppelte Modulationsschaltung 3, mittels welcher die Modulation des Ausgangssignals der PLL-Schaltung 2 vorgenommen wird.

Die PLL-Schaltung 2 enthält einen Phasendetektor PFD (Phase Frequency Detector) 4, welchem an seinen Eingängen das Referenzsignal mit der Referenzfrequenz F_REF und ein rückgekoppeltes Frequenzteilersignal 14 zugeführt wird. Das Referenzsignal wird beispielsweise von einem Schwingquarz abgeleitet. Der Phasendetektor 4 vergleicht die Phasen der beiden eingangsseitig eingehenden Signale und erzeugt ausgangsseitig ein Steuersignal 13, welches der Phasendifferenz der beiden in seine Eingänge eingehenden Signale entspricht. Das Steuersignal 13 wird in einen Eingang einer Ladungspumpe CP (Charge Pump) 5 eingegeben. Die Ladungspumpe 5 generiert in Abhängigkeit von dem Steuersignal 13 einen Strom zum Aufladen eines der Ladungspumpe 5 nachgeschalteten Schleifenfilters LF (Loop Filter) 6. Das Schleifenfilter 6 enthält einen integrierenden Teil und einen Tiefpaß zur Glättung des Steuersignals 13. Das von dem Schleifenfilter 6 ausgegebene Signal durchläuft einen Summationspunkt 7, welcher zur Einkoppelung des analogen Modulationssignals 17 dient, und wird anschließend einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO (Voltage Controlled Oscillator) 8 zugeführt. Der spannungsgesteuerte Oszillator 8 repräsentiert das schwingungserzeugende Glied der PLL-Schaltung 2 und generiert das Ausgangssignal der PLL-Schaltung, welches die Ausgangsfrequenz F_OUT aufweist.

Die Regelschleife der PLL-Schaltung 2 wird durch einen Rückkoppelzweig geschlossen. Der Rückkoppelzweig führt das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 8 über einen programmierbaren Frequenzteiler DIV (Divider) 9 einem Eingang des Phasendetektors 4 zu. Üblicherweise ist der programmierbare Frequenzteiler 9 als Multi-Modulus Frequenzteiler (Multi Modulus Frequency Divider) ausgeführt. Im eingeschwungenen Zustand der PLL-Schaltung 2 entspricht die Ausgangsfrequenz F_OUT des Ausgangssignals exakt dem durch den programmierbaren Frequenzteiler 9 bestimmten Vielfachen der Referenzfrequenz F_REF.

Die Wirkungsweise des Zwei-Punkt-Modulators 1 ist bekannt. Bei der Zwei-Punkt-Modulation werden in die PLL-Schaltung 2 mittels der Modulationsschaltung 3 das digitale Modulationssignal 16 und das analoge Modulationssignal 17 eingeprägt. In der Figur ist ein Beispiel einer Modulationsschaltung 3 dargestellt, durch welche das digitale und das analoge Modulationssignal 16 und 17 aufbereitet und der PLL-Schaltung 2 zugeführt werden. Die vorliegende, beispielhafte Modulationsschaltung 3 umfaßt ein digitales Filter 10, einen Digital-Analog-Wandler DAC (Digital to Analog Converter) 11 und ein analoges Filter 12.

Die Modulationsschaltung 3 wird an einem Eingang mit einem Modulationssignal 15 gespeist, welches in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein digitales Signal ist. Das Modulationssignal 15 wird dem digitalen Filter 10 zugeführt, welches ein Tiefpaßfilter ist. Nach der Glättung durch das digitale Filter 10 speist das digitale Modulationssignal 16 einen Steuereingang des programmierbaren Frequenzteilers 9. Beispielsweise weist das digitale Modulationssignal 16 eine Folge von Datenwörtern auf, wobei jedes Datenwort ein Zahl repräsentiert. Bei Erhalt eines jeden Datenworts über seinen Steuereingang wird der programmierbare Frequenzteiler 9 derart programmiert, daß er die von dem spannungsgesteuerten Oszillator 8 erhaltene Frequenz F_OUT mit dem Kehrwert der erhaltenen Zahl multipliziert.

Das Modulationssignal 15 wird des weiteren dem Digital-Analog-Wandler 11 zugeführt und durchläuft nach seiner Umwandlung in den Analogbereich das analoge Filter 12. Anschließend speist das am Ausgang des analogen Filters 12 auskoppelbare analoge Modulationssignal 17 einen Eingang des Summationspunkts 7.

Das Einbringen der Modulation über den programmierbaren Frequenzteiler 9 in die PLL-Schaltung 2 bewertet das Modulationssignal 15 mit einer Tiefpaßfunktion. Dadurch wird das Signal auf eine Bandbreite eingeschränkt, die im allgemeinen kleiner als die Modulationsbandbreite ist. Jedoch ist ein im wesentlichen frequenzunabhängiges Übertragungsverhalten der PLL-Schaltung 2 erwünscht. Deswegen wird die Modulation an einem Punkt mit Hochpaßübertragungsverhalten in die PLL-Schaltung 2 eingespeist. Dieses geschieht in der vorliegenden PLL-Schaltung 2 in dem Summationspunkt 7. Dort wird das analoge Modulationssignal 17 dem aufbereiteten Steuersignal 13 überlagert, so daß die Summe beider Signale den spannungsgesteuerten Oszillator 8 steuert.

Um eine möglichst hohe spektrale Effizienz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators 8 zu erzielen, werden das digitale Modulationssignal 16 mittels des digitalen Filters 10 und das analoge Modulationssignal 17 mittels des analogen Filters 12 vorgefiltert. Erfindungsgemäß wird dafür ein digitales Filter 10 mit einer Rechteckimpulsformung verwendet. Wegen der geringen Bandbreite der geschlossenen PLL-Schaltung 2 kann bei dem vorliegenden Zwei-Punkt-Modulator 1 ein derartiges digitales Filter 10 Verwendung finden, ohne daß das Sendspektrum des Zwei-Punkt-Modulators 1 negativ beeinträchtigt wird. Es ist auch nicht notwendig, daß das digitale Filter 10 und das analoge Filter 12 die gleiche Impulsformung aufweisen.