Diskret aufgebaute r Modulator für QAM?

Jake Gast 20.12.2021 21:21 #6916634

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Hallo zusammen!

Um etwas in die RF Materie und Signalverarbeitung hineinzukommen möchte 
ich gerne einen "Sender" (nicht wirklich Sender, geht direkt in 
Scope/SA) für eine QAM "diskret" aufbauen.

Leider fehlt mir gerade ein bisschen die Idee, wie ich das Aufbaue, bzw. 
bin mir nicht sicher, ob der folgende Ansatz so Sinn macht?

1. Mikrocontroller liefert zwei Analoge Signale, Phase und Amplitude für 
das aktuelle Symbol
2. Signalgenerator (Schwingkreis mit Quarz) liefert Sinus
3. Verzögerungsglied liefert Sinus mit 90° Phase
4. Durch opamps werden die Sinussignale (0° und 90°) jeweils 
entsprechend "gedämpft", bzw. auf den jeweiligen Pegel gesetzt. Das sind 
meine I und Q Signale
5. Opamp multipliziert I und Q, das ist mein Basisbandsignal
6. Opamp multipliziert das Basisbandsignal mit der Amplitudeninformation

Macht das Sinn? Ich habe noch ein paar Fragen dazu:

- Wie kann ich 360° Phasenwinkel erzeugen? Ich habe doch maximal +90° 
und 0°? Oder sind 0° und 90° bereits 360Grad wegen der Rückgewinnung mit
- Nach Phasenschiebung (3.) und co. stimmen meine Amplituden sicher 
nicht mehr, bzw. sind nicht mehr "1". Macht es Sinn, vorher mit 
Rechtecksignalen zu arbeiten? Wie kann ich die Amplitude von einem Sinus 
wieder "normalisieren"?
- Wie realisiere ich die Phasenverschiebung? Verzögerungsglied ist halt 
sehr Frequenzabhängig. Wäre auf jeden Fall vorteilhaft, wenns immer 90° 
sind und es mehr oder weniger unabhängig von der Frequenz ist!

Danke und liebe Grüße,
Jake

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Mario H. Gast 21.12.2021 02:12 #6916856

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Jake schrieb:
> Macht das Sinn?

Hmm, nicht wirklich. Z.B. den Sinn, die I- und Q-Signale zu 
multiplizieren, sehe ich nicht, und Träger in Quadratur per 
Verzögerungsleitung zu erzeugen dürfte nicht sehr genau werden. Darauf 
kommt es bei M-QAM aber an, besonders wenn M groß ist und die 
Error-Vector-Magnitude und am Ende die Bitfehlerrate nicht unterirdisch 
werden soll.

Was Du suchst ist ein IQ-Modulator wie auf dem Bild im Anhang, für den 
Du die beiden orthogonalen Träger und die I- und Q-Signale erzeugen 
musst. Die beiden Träger erzeugt man z.B. mit der Standardschaltung im 
Anhang, mittels zwei D-Flipflops und einem Inverter. Der IQ-Modulator 
benötigt nicht zwingend sinusförmige LO-Signale, die harmonsichen 
Mischprodukte kann man am Ausgang ausfiltern.

Ein allgemeines M-QAM-Signal sieht so aus:

$s_m(t)=A_m^{\rm I}g(t)\cos(\omega_{\rm c}t)-A_m^{\rm Q}g(t)\sin(\omega_{\rm c}t),\quad m=1,\ldots,M.$

Dabei sind A_m^I und A_m^Q die reellen I- und Q-Amplituden, und g(t) ist 
der Signalimpuls, der mit der Symbolrate die Kanalbandbreite und die 
erforderliche Energie pro bit bestimmt, und Einfluss auf Dinge wie 
Intersymbolinterferenz hat. Man nimmt für QAM z.B. 
Root-Raised-Cosine-Pulse, erzeugt mit dem gleichnamigen Filter. Das ω_c 
schließlich ist die Trägerkreisfrequenz. Für eine M-QAM mit rechteckiger 
Konstellation sind die Amplituden einfach

$A_m^{\rm I}, A_m^{\rm Q}\in\{2m-1-M:m=1,\ldots,M\}.$

Du musst mit Deinem Mikrocontroller per DAC also die A_m^Ig(t) und 
A_m^Qg(t) erzeugen, und auf den Modulator geben.

Angehängte Dateien:

iq-modulator.png
25 KB
quadrature-generator.png
3,9 KB

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