DE10138225C2 - Mobilfunkgerät sowie Verfahren zum Sendebetrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Mobilfunkgerät mit einer Offset Phase Lock Loop Schaltung zur Transformation des komplexen Modulationssignals in die Hochfrequenzlage, mit zwei Oszillatoren zur Frequenzaufbereitung, sowie ein ent­ sprechendes Verfahren, wie durch den Oberbegriff der unabhän­ gigen Patentansprüche beschrieben.

In Mobilfunkgeräten, wie sie heutzutage als Endgeräte in Mo­ bilfunksystemen bzw. -netzen eingesetzt werden, wird in der Regel eine Offset Phase Lock Loop Schaltung (O-PLL) einge­ setzt, um das komplexe Modulationssignal in eine Hochfre­ quenzlage zu transformieren. Das transformierte Signal wird dann von dem Mobilfunkgerät abgestrahlt.

Das komplexe Sendesignal wird normalerweise mit Hilfe eines I/Q-Modulators aus der komplexen Basisbandlage in eine reelle Zwischenfrequenzlage gemischt, wobei dieses Signal wiederum über die O-PLL in den Hochfrequenzbereich gesetzt wird.

Die reelle Zwischenfrequenz kann beispielsweise 200 MHz betra­ gen. Die O-PLL arbeitet rein reell.

Bei diesem O-PLL Konzept werden zwei unterschiedliche Oszil­ latorfrequenzen benötigt, die von zwei entsprechenden Oszil­ latoren erzeugt werden, so dass nach einem Mischvorgang die gewünschte Hochfrequenz entsteht.

Das O-PLL Konzept hat gegenüber anderen Konzepten, um das Mo­ dulationssignal in eine Hochfrequenzlage zu transformieren, den Vorteil, dass im Sendepfad nach der O-PLL keine weitere Filterung des Signals vorgenommen werden muss, da die Filter­ wirkung der O-PLL die nicht erwünschten Seitenbänder bereits ausreichend unterdrückt.

Probleme tauchen bei dem O-PLL Konzept jedoch dann auf, wenn beide Oszillatoren auf einem Chip, dem so genannten Transcei­ ver Chip integriert werden sollen. Es kommt dabei nicht nur zu einer Mischung der gewünschten Frequenzen, sondern auch zu nicht erwünschten Mischungen unterschiedlichster Oberwellen, die z. B. durch eine unzureichende Isolation der Oszillatoren auf dem Chip, bedingt durch die starke Integration der Ele­ mente, hervorgerufen werden. Dabei können Frequenzen nach der Formel

fmisch = n.fl ± m.f2

entstehen.

Es ist ersichtlich, dass dabei auch Mischprodukte neben dem gewünschten Sendesignal entstehen, die nicht erwünscht sind und unter Umständen durch eine weitere Filterung unterdrückt werden müssen.

Dies ist auch der Grund dafür, dass bei Sendekonzepten, die zwei unterschiedliche Frequenzen zur Frequenzaufbereitung verwenden, die Oszillatoren derzeit extern aufgebaut sind. Weitere bekannte Lösungen bestehen darin, getrennte Oszilla­ tormodule vorzusehen oder nur einen der Oszillatoren auf dem Transceiver Chip zu integrieren.

Die DE 198 05 963 C2 betrifft eine integrierbare Schaltung zur Frequenzaufbereitung eines im UHF-Bereich arbeitenden Funk-Sende-Empfängers. Es wird ein System vorgeschlagen, wel­ ches mit zwei unterschiedlichen Oszillatorfrequenzen arbei­ tet. Dies hat jedoch den Nachteil, dass Störungen und uner­ wünschte Mischprodukte entstehen, welche anschließend wieder aus dem Sendesignal herausgefiltert werden müssen. Die in der DE 198 05 963 C2 beschriebene Hochfrequenzsignal-Aufbereitung ist rein reell, wobei eine direkte Mischung zur eigentlichen Hochfrequenz-Umsetzung verwendet wird.

Aus der US 6,208,875 B1 ist eine Dual-Band-HF-Architektur mit einem GSM-Quadratur-Modulator zum Modulieren einer Zwischen­ frequenz bekannt. Es wird dabei eine Offset Phase Lock Loop- Schaltung zur Hochfrequenz-Aufbereitung verwendet, welche von einer Zwischenfrequenz angesteuert wird, die ungleich Null ist. Dadurch auftretende Störungen und unerwünschte Mischpro­ dukte müssen wiederum aus dem Sendesignal herausgefiltert werden. Die Verarbeitung erfolgt rein reell.

Die DE 100 29 117 A1 betrifft ein Mobiltelefon, umfassend ei­ ne Vorrichtung zur Entsendung eines phasen- und amplitudenmo­ dulierten Signals. Die Druckschrift offenbart ein Polartrans­ mitter, wobei die Hochfrequenzaufbereitung über eine Zwi­ schenfrequenz läuft, die ungleich Null ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein O-PLL Sendekonzept bzw. eine entsprechende Vorrichtung und ein Ver­ fahren vorzusehen, die die genannten Probleme des Standes der Technik umgehen und eine Integration der Oszillatormodule auf einem Chip ermöglichen, wobei diese Lösung möglichst einfach und wirtschaftlich zu realisieren sein soll.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich eines Mobilfunkgeräts durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 und hin­ sichtlich eines Verfahrens durch die Merkmale des unabhängi­ gen Patentanspruchs 4 gelöst, wobei zweckmäßige Ausführungs­ formen durch die Merkmale der Unteransprüche beschrieben sind.

Vorgesehen ist ein Mobilfunkgerät mit einer Offset Phase Lock Loop Schaltung zur Transformation des komplexen Modulations­ signals in die Hochfrequenzlage, mit zwei Oszillatoren zur Frequenzaufbereitung, wobei sich das Mobilfunkgerät nach Maß­ gabe der Erfindung dadurch auszeichnet, dass beide Oszillato­ ren die gleiche Mittenfrequenz aufweisen.

Weiterhin ist das Mobilfunkgerät nach Maßgabe der Erfindung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass innerhalb der Offset Phase Lock Loop Schaltung ein komplexer Phasendetektor vorge­ sehen ist, wobei das Vergleichssignal mit der Mittenfrequenz Null komplex angelegt sein muss.

Da nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung beide Oszillatoren mit der gleichen Frequenz f1 = f2 arbeiten, folgt, dass die Mischprodukte

fmisch = n.f1 ± m.f1

sind und somit um die Frequenz Null bzw. ein Vielfaches der Oszillatorfrequenz liegen. Störungen in den Seitenbändern treten dabei nicht auf.

Ebenso bevorzugt ist, dass das Mobilfunkgerät dadurch gekenn­ zeichnet ist, dass eine Kompensationseinheit zur Eliminierung von störenden Gleichspannungsanteilen vorgesehen ist.

Weitere Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Be­ zug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigt:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer komplexen O-PLL Schaltung;

Fig. 2 schematische Blockschaltbild eines Mobilfunksenders; und

Fig. 3 eine mögliche Realisierung eines komplexen Phasen- /Frequenzdetektors.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer komplexen O-PLL Schaltung. Diese besteht aus einem komplexen Phasen- /Frequenzdetektor 2, an den ein komplexes Basisbandsignal bzw. ein komplexes Soll-Signal 4 angelegt ist. Der Phasen- /Frequenzdetektor 2 gibt entsprechend der Differenz beider Eingangssignale eine Regelgröße 6 aus. Auf den Phasen- /Frequenzdetektor 2 folgt ein Schleifenfilter 8, der die Re­ gelgröße 6 aus Phasen-/Freguenzdetektor 2 und somit auch das gesamte Phasenübertragungsverhalten der O-PLL Schaltung fil­ tert. Auf den Schleifenfilter 8 folgt ein spannungsgesteuer­ ter Oszillator 10, wobei darüber hinaus noch ein komplexer Mischer 14 vorgesehen ist, der das Oszillatorsignal 12 in diejenige Frequenzlage mischt, in der auch das Referenzsignal liegt. Schließlich zeigt die Fig. 1 noch einen Oszilla­ tor/Synthesizer 16 zum Erzeugen der Mischfrequenz, bei dem es sich in aller Regel auch um den Kanalsynthesizer handelt. Der Oszillator-/Synthesizer 16 liefert das komplexe Ist-Signal 18.

Bei der Mischung zweier Signale kann es nicht nur zu den Mischprodukten, sondern auch zu einem Gleichanteil im Ergeb­ niswert kommen. Es kann deshalb zusätzlich eine Kompensati­ onseinheit (nicht dargestellt) zur Eliminierung von störenden Gleichspannungsanteilen vorgesehen sein, die z. B. auf die Signale nach dem komplexen Mischer 14 wirken und in einer Art (Selbst-)Abgleich den zu kompensierenden Anteil ermitteln. Neben dieser Anordnung ist aber auch eine Kompensation an an­ derer Stelle denkbar.

Die in dem Oszillator 10 und dem Oszillator/Synthesizer 16 verwendeten Frequenzen müssen nicht unbedingt auf der Sende­ frequenz schwingen. Es sind vielmehr auch Vielfache derselben denkbar, wobei dies durch Herunterteilen des Ausgangssignals dann wieder kompensiert wird. Diese Vorgehensweise kann unter Hochfrequenzaspekten von Vorteil sein.

Wird das Referenzsignal bzw. das Soll-Signal 4 nicht exakt mit der Mittenfrequenz Null angelegt, sondern ist mit einem Offset versehen, so kann man eine automatische Frequenzkor­ rektur vorsehen, um dieser Situation Rechnung zu tragen.

Das komplexe Basisband 4 kann eine Modulation wie z. B. GMSK beinhalten.

Die Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines möglichen Mobilfunksen­ ders unter Einsatz der Schaltung wie in Fig. 1 gezeigt. Glei­ che Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Über die aus Fig. 1 bekannten Elemente ist der Fig. 2 ein GMSK-Modulator 20 zu entnehmen sowie eine Sendeendstufe 22, mit der schließlich eine Antenne 24 verbunden ist.

Die Fig. 3 schließlich zeigt eine mögliche Realisierung eines komplexen Phasen-/Frequenzdetektors, wie er mit dem Bezugs­ zeichen 2 in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Ein­ gangssignale am Phasendetektor setzen sich aus dem komplexen Soll-Wert 4 und dem komplexen Ist-Wert 18 zusammen. Das Ziel der Arbeit des Phasendetektors ist es, eine Regelgröße zu bestimmen, die proportional der Phasen-/Frequenzabweichung der Soll- 4 und Ist-Signale 18 zueinander ist. Das Bezugszei­ chen 34 bezeichnet einen Phasenvergleicher. Je nach dem, ob der Frequenzwert des Ist-Wertes 18 dem Frequenzwert des Soll- Wertes 4 vor- oder nacheilt wird an den Ausgängen 24 bzw. 26 (up oder down) ein Signal erzeugt, welches dann zur Erhöhung oder Verringerung der Ist-Frequenz führt. Sind die Frequenz­ werte von Soll-Wert 4 und Ist-Wert 18 erst einmal eingeras­ tet, so wird nur noch eine Phasenvergleichsgröße 36 in Abhän­ gigkeit von dem Phasenwert von Soll-Wert und Ist-Wert er­ zeugt, welches zur Regelung der Phase des Ist-Wertes verwen­ det wird.

Claims (6)

1. Mobilfunkgerät mit einer Offset Phase Lock Loop Schaltung zur Umsetzung eines komplexen Basisbandsignals (4) in eine Hochfrequenzlage, aufweisend:
einen komplexen Phasen-/Frequenzdetektor (2), welcher das komplexe Basisbandsignal (4) detektiert;
einen spannungsgesteuerten Oszillator (10) zur Frequenzaufbereitung;
einen Oszillator/Synthesizer (16) zum Erzeugen einer Mischfrequenz; und
einen komplexen Mischer (14), in welchem das Signal des spannungsgesteuerten Oszillators (10) mit der Mischfrequenz gemischt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der spannungsgesteuerten Oszillator (10) und der Oszillator/Synthesizer (16) die gleiche Mittenfrequenz aufweisen.

2. Mobilfunkgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationseinheit zur Eliminierung von störenden Gleichspannungsanteilen vorgesehen ist.

3. Mobilfunkgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinheit als auf die Ausgangssignale des komplexen Mischers (14) wirkend vorgesehen ist.

4. Verfahren zur Umsetzung eines komplexen Basisbandsignals (4) in eine Hochfrequenzlage in einem Mobilfunkgerät mit einer Offset Phase Lock Loop Schaltung, aufweisend die Verfahrensschritte:

• - Detektieren des komplexen Basisbandsignals (4) in einem komplexen Phasen-/Frequenzdetektor (2);
• - Erzeugen einer Mischfrequenz in einem Oszillator/Synthesizer (16); und
• - Mischen des Signals eines spannungsgesteuerten Oszillators (10) mit der Mischfrequenz in einem komplexen Mischer (14),

dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsgesteuerten Oszillator (10) und der Oszillator/Synthesizer (16) die gleiche Mittenfrequenz aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillator- und Mischfrequenzen auf der Sendefrequenz schwingen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillator- und Mischfrequenzen auf einer Vielfachen der Sendefrequenz schwingen.