-
Die
Erfindung betrifft eine Signalaufbereitungsschaltung, insbesondere
für eine
Empfängeranordnung
für den
Mobilfunk und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Signalaufbereitungsschaltung.
-
In
modernen Kommunikationsgeräten
kann es erforderlich sein, dass der Empfänger mehrere mit verschiedenen
Kommunikationsstandards codierte Signale empfangen muss. Unterschiedliche
Kommunikationsstandards weisen jedoch bei der Übertragung meist verschiedene
Bandbreiten für
die Datenkommunikation sowie unterschiedliche Modulationsarten auf.
So ist beispielsweise für
den Mobilfunkstandard Bluetooth nach der Spezifikation eine Kanalbandbreite
von 1 MHz vorgesehen, während
für den
Mobilfunkstandard WLAN eine Bandbreite von 20 MHz verwendet wird.
-
Für die Unterdrückung von
unerwünschten Signalen
aus Nachbarkanälen
sollte daher der Empfänger
für die
verschiedenen Signale je einen geeigneten Eingangsfilter aufweisen.
Dabei ist jedoch zu berücksichtigen,
dass einige Eingangsfilter eine Phasenübertragungsfunktion besitzen,
die im Bereich ihrer Grenzfrequenz bereits eine starke Phasenverzerrung
aufweisen. Da bei modernen Kommunikationsstandards unter anderem
in der Phase des Signals codiert ist, wird dadurch Information verändert. Demodulationsfehler
und damit Bitfehler sind die Folge.
-
Aus
diesem Grund wählt
man die Filterbandbreite bei Kommunikationsstandards, die phasensensitive
Modulationsarten benutzen, etwas größer als vom Standard vorgeschrieben,
um so eine Phasenverzerrung möglichst
zu minimieren. Dabei wird ein Kompromiss zwischen einer ausreichenden Nachbarkanalunterdrückung und
einer geringen Phasenverzerrung gefunden.
-
Neben
verschiedenen Mobilfunkstandards mit unterschiedlicher Bandbreite
existieren auch Mobilfunkstandards, die für ihre Datenübertragung
unterschiedliche Modulationsarten benutzen. Ein Beispiel hierfür ist der
Mobilfunkstandard Bluetooth Version 2.0. Dieser umfasst drei verschiedene
Datenübertragungsraten
von 1 Mbit/s, 2 Mbit/s bzw. 3 Mbit/s. Bei der niedrigsten Datenrate
wird für
die Übertragung
eine GFSK-Modulation benutzt, die Daten über einen Frequenzsprung codiert,
also unsensitiv bezüglich
Amplitudenänderung
ist. Ein solches Signal wird auch als Einhüllende bezeichnet. Für die beiden anderen Übertragungsraten
wird eine π/4-DQPSK- oder
eine 8-DPSK-Modulation
verwendet. Diese beiden Modulationsarten codieren die zu übertragenden Informationen
in der Amplitude und der Phase des Signals.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Signalaufbereitungsschaltung, insbesondere
für eine
Empfangsanordnung vorzusehen, bei der ein Phasenfehler eines empfangenen
Signals minimiert ist.
-
Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des vorliegenden Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Dabei
umfasst eine Signalaufbereitungsschaltung einen Vektordemodulator
mit einem Eingang und einem ersten und einem zweiten Ausgang. Der
Vektordemodulator ist zur Zerlegung eines eingangsseitig anliegenden
Signals in eine erste Kompo nente sowie in eine zweite Komponente
und zur Abgabe der ersten Komponente und der zweiten Komponente
ausgebildet. Weiterhin ist zumindest eine erste Verstärkerschaltung
mit einem ersten und einem zweiten Eingang vorgesehen, welche mit
den Ausgängen
des Vektordemodulators gekoppelt sind. Die zumindest eine Verstärkerschaltung
ist dabei zu einer Verstärkung
eingangsseitig anliegender Signale mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor
ausgebildet. An einen ersten Ausgang der zumindest einen Verstärkerschaltung
ist ein erster Analog/Digital-Wandler angeschlossen und an einen
zweiten Ausgang der zumindest einen ersten Verstärkerschaltung ein zweiter Analog/Digital-Wandler.
Der erste und der zweite Analog/Digital-Wandler sind jeweils zur
Abgabe eines aus einem anliegenden Signal abgeleiteten digitalen
Wertes an ihren Ausgängen
ausgebildet. Die Kopplung zwischen den Eingängen der zumindest einen ersten
Verstärkerschaltung
und den Ausgängen
des Vektordemodulators erfolgt über
ein in seiner Filterbandbreite einstellbares Polyphasenfilter. Das
Polyphasenfilter enthält
einen Stelleingang zur Zuführung
eines Stellsignals für eine
Einstellung der Filterbandbreite.
-
Zweckmäßigerweise
ist die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung
in einer Empfängeranordnung
ausgebildet. Bevorzugt bildet sie einen Teil einer Empfängeranordnung.
In einer weiteren Ausgestaltung ist zu der ersten Verstärkerschaltung eine
zweite Verstärkerschaltung
parallel geschaltet und mit ihrem ersten und zweiten Eingang an
die Ausgänge
des Polyphasenfilters angeschlossen. Einem ersten und zweiten Ausgang
der parallel geschalteten zweiten Verstärkerschaltung ist jeweils ein dritter
und ein vierte Analog/Digital-Wandler nachgeschaltet. Die zweite
Verstärkerschaltung
ist dabei im Gegensatz zu der ersten Verstärkerschaltung als eine Verstär kerschaltung
mit einem limitierenden Verstärkungsverhalten
ausgebildet.
-
Folglich
bildet die erste Verstärkerschaltung einen
ersten Verstärkerpfad,
dessen Verstärkungsverhalten
entsprechend einstellbar ist und die zweite parallel geschaltete
Verstärkerschaltung
einen zweiten Verstärkerpfad
mit einem festen, limitierenden Verstärkungsverhalten.
-
Durch
das Polyphasenfilter mit einstellbarer Filterbandbreite lässt sich
in der Signalaufbereitungsschaltung eine deutliche Platzreduzierung
erreichen, da eine Ausbildung mit mehreren schaltbaren Polyphasenfiltern
mit jeweils unterschiedlicher Filterbandbreite nicht mehr notwendig
ist. Die Filterbandbreite ist dabei abhängig von dem verwendeten Modulationstyp.
In geeigneter Weise wird so eine Filterbandbreite im Polyphasenfilter
eingestellt, die eine ausreichende Unterdrückung von Nachbarkanälen gewährleistet
und gleichzeitig nur eine geringe Phasenverzerrung enthält.
-
Bei
einem eingangsseitig anliegenden Signal, in dem Information in der
Phase codiert ist, wird so die Fehlerrate verringert. Gleichzeitig
kann die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung
bevorzugt in einer Empfängeranordnung
für verschiedene
Mobilfunkstandards verwendet werden.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Schalteinrichtung
vorgesehen, die abhängig
von spezifizierten Parametern, bevorzugt einem ausgewählten Mobilfunkstandard
zur Erzeugung eines Stellsignals für eine Einstellung einer Filterbandbreite
des Polyphasenfilters sowie einer Aktivierung bzw. Deaktivierung
der ersten oder der zweiten Verstärkerschaltung ausgebildet ist.
In dieser Ausgestaltungsform weisen die erste und/oder die zweite
Verstärkerschaltung
einen Signaleingang zur Aktivierung bzw. Deaktivierung der entsprechenden Verstärkerschaltung
auf. Dadurch kann in geeigneter Weise die für die Modulationsart nicht
benötigte
Verstärkerschaltung
abgeschaltet und so der Stromverbrauch der erfindungsgemäßen Empfangsanordnung
reduziert werden.
-
In
bevorzugter Ausführungsform
ist der Vektormodulator als ein I/Q-Demodulator ausgebildet. In einer
Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ausbildung des Vektormodulators
als I/Q-Modulator dergestalt, dass ein eingangsseitig anliegendes
Signal in eine Inphasenkomponente und eine Quadraturkomponente auf
der Mittenfrequenz 0 Hertz umsetzbar ist. Dadurch lässt sich
eine besonders einfache spätere
digitale Signalbearbeitung und besonders einfach ausgestaltete Polyphasenfilter
implementieren.
-
In
einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist das in seiner Filterbandbreite
einstellbare Polyphasenfilter als ein aktives RC-Filter mit Operationsverstärkern ausgebildet.
Alternativ kann das Polyphasenfilter als ein gmC-Filter
ausgebildet sein oder ein solches umfassen. Bevorzugt enthält das Polyphasenfilter
zur Einstellung der Filterbandbreite zumindest zwei in ihrer Kapazität veränderbare
Ladungsspeicher. Die in ihrer Kapazität veränderbaren Ladungsspeicher sind
jeweils mit dem Stelleingang des Polyphasenfilters zur Veränderung
der Kapazität verbunden.
Durch die Änderung
der Kapazität
ist so die Filterbandbreite des Polyphasenfilters veränderbar.
Alternativ zu dieser Ausgestaltungsform sowie diese Ausgestaltungsform
ergänzend
enthält
das Polyphasenfilter in einer weiteren Ausbildung zumindest zwei
in ihren Widerstandswerten veränderbare
Widerstände.
Der Widerstandswert ist dabei durch das Stellsignal einstellbar.
-
In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Polyphasenfilter als ein
Polyphasenfilter höherer Ordnung
ausgebildet. Bevorzugt weist das Polyphasenfilter eine Filtercharakteristik
nach Tschebyscheff oder eine Filtercharakteristik nach Butterworth
auf. Beide Filtercharakteristiken zeichnen sich durch einen besonders
starke Dämpfung
an der Grenzfrequenz aus, bei gleichzeitig annähernd konstanter Übertragungsfunktion
innerhalb der Bandbreite. Natürlich
sind auch andere Filterübertragungsfunktionen
einsetzbar.
-
Weitere
Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
-
1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
-
2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
-
3 einen
Empfänger
mit einer dritten Ausgestaltungsform der Erfindung,
-
4 eine
Ausgestaltungsform eines Polyphasenfilters in aktiver RC-Filtertechnik,
-
5 eine
Ausgestaltungsform eines Polyphasenfilters in gmC-Filtertechnik,
-
6 eine
Ausgestaltungsform eines in seiner Kapazität einstellbaren Ladungsspeichers,
-
7 einen
schematischen Aufbau eines Datenpaketes nach dem Bluetooth Standard
Version 2.0.
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung,
die in einem Halbleiterkörper 1 implementiert
ist. Die Signalaufbereitungsschaltung ist Teil eines Empfängers für Mobilfunksignale
nach dem Bluetooth Standard Version 2.0. Jedoch lassen sich bei
geeigneter Ausgestaltung auch Signale anderer Mobilfunkstandards
verarbeiten.
-
Der
Halbleiterkörper 1 besitzt
auf seiner Oberfläche
mehrere verschiedene Anschlusskontakte zur Zuführung von Eingangssignalen
und zur Bereitstellung entsprechender Ausgangssignale nach einer
Signalverarbeitung durch die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung.
So enthält
der Halbleiterkörper 1 einen
Anschluss, der einen Eingang 11 für ein empfangenes Signal bildet.
Der Signaleingang 11 ist an einen rauscharmen Verstärker 12 angeschlossen,
der das Empfangssignal mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor
verstärkt.
An den Eingangsverstärker 12 werden
hohe Anforderungen hinsichtlich einer Linearität des Verstärkers sowie einer Rauschzahl
gestellt.
-
Der
Ausgang des linearen rauscharmen Verstärkers 12 ist an einen
Eingang 131 eines I/Q-Demodulators 13 angeschlossen.
Der I/Q-Demodulator enthält
weiterhin einen Lokaloszillatoreingang 132, dem ein Lokaloszillatorsignal
LO zugeführt
wird. Mit Hilfe des Lokaloszillatorsignals zerlegt der I/Q-Demodulator 13 ein
an seinem Signaleingang 131 anliegendes Signal und erzeugt
daraus eine Inphasenkomponente I und eine Quadraturkomponente Q. Diese
werden an einem Ausgang 133 bereitgestellt.
-
Mit
Hilfe des I/Q-Demodulators wird zudem eine Frequenzumsetzung auf
eine Zwischenfrequenz von beispielsweise 0 Hz durchgeführt. Dieser
Vorgang wird auch als eine Direktumsetzung bezeichnet und ergibt
ein komplexes Basisbandsignal aus der Inphasenkomponente I und der
Quadraturkomponente Q. Durch eine geeignete Wahl der Frequenz eines Lokaloszillatorsignals
LO können
so eingangsseitig anliegende Signale der verschiedensten Mobilfunkstandards
in ihre komplexen Signalanteile I und Q und auf ein geeignetes Basisbandsignal
umgesetzt werden.
-
Die
Ausgänge
des I/Q-Demodulators 13 sind jeweils mit einem Eingang 141 bzw. 142 eines
Polyphasenfilters 14 verbunden. Das Polyphasenfilter weist
zudem einen Stelleingang 143 auf. Diesem Stelleingang ist
ein Signal zur Einstellung einer Filterbandbreite des Polyphasenfilters 14 zuführbar. Das Polyphasenfilter 14 unterdrückt den
Spiegelfrequenzanteil innerhalb der Inphasenkomponente I und der Quadraturkomponente
Q und gibt die nicht unterdrückten
Komponenten an seinen Ausgang ab. Durch die Einstellung der Filterbandbreite
wird die Übertragungscharakteristik
des Polyphasenfilters 14 verändert. Somit kann die Filterbandbreite
des Polyphasenfilters 14 auf die Bandbreite des eingangsseitig
anliegenden Signals I und Q abgestimmt werden. Weiterhin lässt sich
die Filterbandbreite des Polyphasenfilters 14 in geeigneter
Weise so einstellen, dass eine Phasenverzerrung durch die Übertragungsfunktion
des Filters bei der Grenzfrequenz der Filterbandbreite vermieden
wird.
-
Die
Ausgänge
des Polyphasenfilters 14 sind mit den Eingängen 151 und 154 bzw. 161 und 164 eines
ersten Verstärkerzuges 16 und
eines zweiten Verstärkerzuges 15 verbunden.
Die Verstärkerschaltung 16 umfasst
zwei einzelne Verstärkerstufen 16a und 16b,
die in ihrer Verstärkung
in diskreten Schritten einstellbar sind. Sie werden daher als PGC-Verstärker (programmable-gain-control
Verstärker)
bezeichnet. Mit Hilfe einer einstellbaren Verstärkung kann ein empfangenes
Signal mit einem linearen Verstärkungsverhalten
verstärkt
werden. Verzerrungen in der Amplitude und auch in der Phase werden
dadurch reduziert oder sogar ganz vermieden.
-
Die
zweite Verstärkeranordnung 15 umfasst zwei
limitierende Verstärkerstufen 15a und 15b.
Jede der beiden Verstärkerstufen
ist mit einem der beiden Eingänge 151 und 154 verbunden.
Die limitierenden Verstärkerstufen
verstärken
ein eingangsseitig anliegendes Signal nicht linear, sondern geben
ein limitiertes maximales Signal an ihren Ausgängen 152 und 153 ab,
das unabhängig
von einer Amplitude des Eingangssignals ist. Für umgesetzte und gefilterte
Empfangssignale, welche Information in ihrer Amplitude oder ihrer
Phase enthalten, ist dieser Verstärkerpfad nicht geeignet. Folglich
wird die Verstärkerschaltung 16 vor
allem für
Signale verwendet, die amplituden- bzw. phasensensitiv sind, während die
Verstärkerschaltung 15 für nicht
amplitudensensitive Signale verwendet wird.
-
Die
Ausgänge 162 und 163 sind
jeweils mit einem Analog/Digital-Wandler 18 und 18A verbunden.
Dieser wandelt eingangsseitig anliegende Signale mit Hilfe eines
Taktsignals CLK2 von 8 MHz und erzeugt daraus einen aus m Bit bestehenden
digitalen Wert. Der am Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 18A abgreifbare
digitale Wert entspricht der Quadraturkomponente Q des vom I/Q-Demodulator
umgesetzten Signals. Der Bitwert, der am Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 18 abgreifbar
ist, entspricht der Inphasenkomponente I.
-
An
die Ausgänge 152 und 153 der
zweiten Verstärkerschaltung 15 sind
ebenfalls Analog/Digital-Wandler 17 und 17a angeschlossen.
Diese weisen ebenso einen Taktsignaleingang zur Zuführung eines
ersten Taktsignals CLK1 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Analog/Digital-Wandler 17 und 17a als 1 Bit-Wandler
mit einfachen Komparatoren ausgebildet. Sie werden mit einer Taktrate des
Taktsignals CLK1 von 104 MHz betrieben. Das eingangsseitig
anliegende, von der zweiten Verstärkerschaltung 15 limitiert
verstärkte
Signal wird mit der Taktrate von 104 MHz abgetastet und
es wird eine entsprechende Folge von einwertigen Bits an den Ausgängen abgegeben.
Durch die hohe Überabtastrate
lassen sich auch breitbandige Signale mit hohen Datenübertragungsraten
fehlerfrei verarbeiten. Die Ausgänge
der jeweiligen Analog/Digital-Wandler 17, 17a, 18 und 18A führen zu
entsprechenden Anschlüssen
auf der Oberfläche
des Halbleiterkörpers 1.
Die dort abgreifbaren Signale können
in weiteren integrierten Schaltkreisen digital weiterverarbeitet werden.
-
2 zeigt
eine zweite Ausgestaltungsform der Erfindung, welche mit diskreten
Bauelementen realisiert ist. In dieser Form ist die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung
Teil eines Empfängerpfades
in einem hier aus Übersichtsgründen nicht dargestellten
Transceiver. Der Transceiver ist zum Empfangen von Signalen verschiedener
Mobilfunkstandards ausgebildet. Da diese zum Teil unterschiedliche
Anforderungen an die Signalqualität stellen, ist es erforderlich,
ein flexibles Konzept zu wählen.
-
Der
hier dargestellte Empfangspfad umfasst zusätzlich eine Antenne 2,
die mit dem Eingang des rauscharmen Verstärkers 12 verbunden
ist. Ein Vektordemodulator 13 setzt mit Hilfe eines Lokaloszillatorsignals
LO am Lokaloszillatoreingang 132 das vom Verstärker 12 kommende
Signal auf eine Zwischenfrequenz um und zerlegt diese gleichzeitig
in die komplexen Bestandteile I und Q. Diese Bestandteile werden
dem Polyphasenfilter 14 zugeführt. Der Polyphasenfilter ist
in seiner Filterbandbreite über
einen weiten Bereich einstellbar. So kann je nach empfangenem Signal
eine optimale Bandbreite ausgewählt
werden. Die Einstellung der Filterbandbreite erfolgt über ein
Signal an dem Steuereingang 143. Die Ausgänge des
Polyphasenfilters sind mit den Eingängen 163 und 164 der
Verstärkerschaltung 16 verbunden.
Das Polyphasenfilter ist wiederum mit einer einstellbaren Filterbandbreite
ausgerüstet.
Die Einstellung erfolgt sehr schnell, so dass auch während einer
Datenübertragung
zwischen einer Nutzdatenübertragung
umgeschaltet werden kann. Die Verstärkerschaltung 16 enthält zudem
einen Stelleingang 168, der seinerseits mit den einzelnen
Verstärkerstufen 16a und 16b verbunden
ist.
-
Durch
ein Signal am Stelleingang 168 ist eine exakte Verstärkungseinstellung
der einzelnen Verstärkerstufen 16a und 16b innerhalb
der Verstärkerschaltung 16 möglich. Die
Ausgänge
der Verstärkerstufen 16a und 16b sind
an die Eingänge
der Analogwandler 18 und 18A angeschlossen. Die
Ausgänge
der Analogwandler 18 und 18A führen zu zwei Eingängen 31 und 32 einer
Demodulationsanordnung 3. Die Demodulationsanordnung 3 demoduliert die
digitalen eingangsseitig anliegenden Signale und erzeugt daraus
eine Bitfolge, die den Dateninhalt des empfangenen Signals repräsentiert.
Dieser wird weiterverarbeitet. Gleichzeitig erzeugt die Demodulationseinrichtung 3 an
einem Ausgang 33 mehrere Parametersignale, die sie einer
Steuereinrichtung 4 übergibt.
-
Die
Steuereinrichtung 4 bildet daraus verschiedene Steuersignale.
Diese dienen zum einen zur Einstellung einer Filter bandbreite des
Polyphasenfilters 14 und zu einer Veränderung der Verstärkung der
beiden Verstärkerstufen 16a und 16b in
der Verstärkerschaltung 16.
Die von der Demodulationsanordnung 3 übergebenen Parameter an die
Steuereinrichtung 4 sind abhängig von der Qualität des eingangsseitig
anliegenden Signals. Wird die Filterbandbreite des Polyphasenfilters
falsch eingestellt, so erhöht
sich die Fehlerrate der Demodulation. Ist die Filterbandbreite beispielsweise
zu klein gewählt, häufen sich
Phasenfehler des digitalisierten Signals. Linearitätsfehler
ergeben sich bei einer zu stark eingestellten Verstärkung der
beiden Verstärkerstufen 16a und 16b.
Durch geeignete Maßnahmen
sind die verschiedenen Fehler innerhalb der Demodulationsanordnung 3 identifizierbar
und es können
die entsprechenden Parameter an die Steuereinrichtung 4 übergeben
werden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
zur Einstellung einer geeigneten Filterbandbreite des Polyphasenfilter 14 ist
dann möglich,
wenn der Dateninhalt des empfangenen und demodulierten Signals Rückschlüsse auf
die kommende Modulationsart und die kommende Bandbreite eines empfangenen
Signals erlaubt. Dies ist beispielsweise bei dem Mobilfunkstandard Bluetooth
der Fall.
-
Empfangene
bzw. zu sendende Signale nach dem Bluetooth-Standard sind paketorientiert. Ein Aufbau
eines solchen paketorientierten Bluetooth-Signals ist in 7 zu
sehen.
-
Das
Datenpaket ist dabei in fünf
Teile unterteilt, die nacheinander gesendet werden. Der erste Teil
umfasst einen Zugriffscode AC mit einer Länge von 72 μs, bei dem die Datenrate fest
vorgegeben ist und der Modulationstyp GFSK verwendet wird. Der Dateninhalt
des Zugriffscodes AC erlaubt der Mobilfunkstation eine Identifikation
vorzunehmen, ob die folgenden Daten für die Mobilfunkstation bestimmt sind,
d. h. ob sich die Mobilfunkstation im gleichen Piconet befindet.
Piconet bezeichnet dabei die Anzahl an Bluetooth-Mobilstationen,
welche die gleiche Identifikation aufweisen.
-
Der
zweite Teil HI des gesamten Datenpakets dauert 52 μs und beinhaltet
die Kopfinformationen. Darin ist unter anderem die Modulationsart
sowie die Länge
des folgenden Nutzdatenpakets ND enthalten. Der dritte Teil GS,
welcher insgesamt 16 μs
lang ist, besteht aus einer Warteperiode von 5 μs sowie einer Synchronisationssequenz
von insgesamt 11 μs.
Die Warteperiode erlaubt es, die Kanalbandbreite des Polyphasenfilters 14 sowie
die Verstärkungseinstellung
der Verstärkerschaltung 16 geeignet
vorzunehmen. Die Kanalbandbreite für das Polyphasenfilter sowie
die Verstärkungseinstellung
für die Verstärker ist
dabei abhängig
von der Modulationsart, die für
die Übertragung
der Nutzdaten ND verwendet wird.
-
Der
Mobilfunkstandard Bluetooth hat in seiner Version 2.0 insgesamt
drei Modulationsarten zur Verfügung.
Bei einer Datenübertragungsrate
von 1 Mbit/s werden die Nutzdaten mit einer GFSK-Modulation codiert
und übertragen.
Diese Modulation enthält
keine Information in der Amplitude oder Phase des Signals. Die mittleren
Datenraten von 2 Mbit/s bzw. 3 Mbit/s verwenden die amplituden-
und phasensensitiven Modulationsarten π/4-DQPSK und 8-DPSK. Im Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Empfangsanordnung
nach 2 übermittelt die
Demodulationsanordnung 3 nach der Demodulierung der Paketinformationen
die entsprechenden Parameter an die Steuereinrichtung 4,
die daraufhin die Kanalbandbreite des Polyphasenfilters einstellt
sowie eine geeignete Verstärkungseinstellung
vornimmt.
-
Wenn
sich beispielsweise aus den Paketinformationen eine mittlere Datenübertragungsrate
von 2Mbit/s mit einer π/4-DQPSK Modulation
für die Nutzdaten
ND ergibt, wird die Filterbandbreite des Polyphasenfilters 14 auf
800 kHz eingestellt. Die Filterbandbreite wird somit etwas breiter
als die für
die GFSK-Modulation verwendete Bandbreite von 650 kHz. Dadurch wird
eine Phasenverzerrung aufgrund der Übertragungsfunktion des Polyphasenfilters 14 an
der Grenzfrequenz der Filterübertragungsfunktion verringert,
und die Bitfehlerrate in der nachfolgenden Demodulation der Nutzdaten
reduziert sich. Gleichzeitig wird eine geeignete Verstärkungseinstellung für die Verstärker 16a und 16b vorgenommen.
-
Diese
ist abhängig
von einer Signalstärke des
Zugriffscodes AC und der Paketinformationen HI im zweiten Teil des
Bluetooth-Paketes. Die Verstärkung
der Verstärker 16a und 16b wird
so eingestellt, dass diese in einem möglichst linearen Verstärkungsbereich
arbeiten und so das eingangsseitig anliegende Signal nicht oder
nur geringfügig
verzerren. Dadurch bleiben bei der mittleren und der hohen Datenübertragungsrate
die Amplituden und Phaseninformation erhalten.
-
Ergibt
hingegen die Auswertung der Paketinformationen, dass eine niedrige
Datenübertragungsrate
für die
Nutzdaten vorgesehen ist, wird der Polyphasenfilter 14 auf
eine Filterbandbreite von 650 kHz eingestellt. Gleichzeitig werden
die regelbaren Verstärker 16a und 16b in
einen limitierenden Verstärkungsbereich
gestellt.
-
Eine
weitere Ausbildung der Erfindung zeigt 3. Bauelemente
mit gleicher Funktionsweise tragen auch hier gleiche Bezugszeichen. 3 zeigt eine
erfindungsgemäße Signalauf bereitungsschaltung
in einem Halbleiterkörper 1 deren
Ausgänge
mit Eingängen 51 und 52 eines
zweiten Halbleiterkörpers 5 verbunden
sind. Der zweite Halbleiterkörper 5 beinhaltet
integrierte Schaltkreise zur weiteren Signalverarbeitung und stellt
ein mögliches
Ausführungsbeispiel
einer Demodulationsanordnung 3 des Empfängers dar.
-
Der
Eingang 11 für
das empfangene Signal ist an einen linearen Verstärker 12 angeschlossen, welcher
wiederum an einen I/Q-Demodulator 13 gekoppelt ist. Dem
Ausgang des I/Q-Demodulators
ist eine zweite Verstärkerschaltung 12a nachgeschaltet, deren
Ausgang mit dem Eingang des Polyphasenfilters 14 verbunden
ist.
-
Der
Halbleiterkörper 1 enthält weiterhin
die Steuerschaltung 4, die ihrerseits mit dem Stelleingang
des Polyphasenfilters 14 sowie dem Steuereingang der ersten
Verstärkerschaltung 16 verbunden ist.
Die zweite, limitierende Verstärkerschaltung 15 ist zudem
an eine Einrichtung 6 angeschlossen, die für eine Leistungsmessung,
eine so genannte Radio-Signal-Strength Indikator oder RSSI-Messung,
ausgebildet ist. Die ermittelten Resultate aus dieser RSSI-Messung
werden sowohl in der Steuerschaltung 4 wie auch in einem
hier nicht dargestellten Signalprozessor weiterverarbeitet. Dieser übergibt
die geeigneten Parameter an die Steuerschaltung 4 zur Einstellung
der Verstärkerschaltung 16 bzw. 15.
Insbesondere kann durch die Steuerschaltung 4 eine der beiden
Verstärkerpfade
mit den darin befindlichen Verstärkerschaltungen
und Analog/Digital-Wandlern in
einen inaktiven Betriebszustand gesetzt und somit deaktiviert werden.
Dadurch lässt
sich Strom sparen, da immer nur die Verstärkerschaltung aktiv ist, die
für eine
geeignete Verstärkung
benötigt
wird.
-
Natürlich kann
die Einrichtung 6 zur RSSI-Messung auch an dem Verstärker 16 angeschlossen
seine. Diese Ausführung
hat den Vorteil, dass während
einer laufenden RSSI-Messung durch die Einrichtung 6 im
Verstärkerpfad
mit der Schaltung 16 gleichzeitig ein Signal im ersten
Verstärkerpfad
mit der Verstärkerschaltung 15 verstärkt und
weiterverarbeitet werden kann. Auswirkungen aufgrund der RSSI-Messung
während
eines Datenempfangs werden so verringert.
-
Die
beiden Ausgänge
des ersten Halbleiterkörpers 1 für die digitalen
Signale sind an die Eingänge 51 und 52 angeschlossen.
Der Eingang 51 ist über einen
weiteren digitalen Mischer mit einem Lokaloszillatoreingang an einen
Dezimator 55 angeschlossen. Das digitale und dezimierte
Signal wird über
einen zweiten Filter 56 einem Demodulator 57 zugeführt. Dieser
erzeugt daraus einen binären
Datenstrom mit einer Datenrate von 1 Mbit/s. Der Demodulator 57 ist
vorzugsweise ein Verzögerungsdemodulator.
-
Der
zweite digitale Eingang 52 ist ebenfalls mit einem Mischer 54a verbunden.
Der Ausgang des digitalen Mischers 54a ist über ein
Filter 56a sowie einen Verzögerungsdemodulator 58 mit
einer Schaltung verbunden, die aus dem digitalen Signal die entsprechende
Bitfolge gemäß den hier
dargestellten I/Q-Diagrammen extrahiert. Hinter den Demodulatoren 56 und 58 liegt
somit wieder ein reelles Signal als eine Folge von Bits vor. Der
Ausgang der Schaltung 59 ist an einen Multiplexer 70 angeschlossen.
Weiterhin ist auch der Ausgang des Demodulators 57 über einen
weiteren Tiefpassfilter 56b an einen zweiten Eingang des
Multiplexers 70 angeschlossen. Der Multiplexer 70 enthält einen
Stelleingang 701, welcher mit der Steuerschaltung 4 verbunden
ist. Der Ausgang des Multiplexers 70 führt zu einer Schaltung 71,
die zur Ermittlung der genauen Synchronisationszeitpunkte T ausgebildet
ist.
-
Zur
Ermittlung der optimalen Abtastphase wird ein Korrelator in der
Schaltung 71 verwendet. Dem Korrelator werden die überabgetasteten
Samples des demodulierten Signals als Eingangswerte zugeführt. Der
Korrelator vergleicht diese mit den zu erwartenden Werten einer
festen Datenfolge, beispielsweise eines festen und bekannten Access
Codes (AC). Die optimale Abtastphase liegt dann vor, wenn die Korrelation
maximal ist. Die Synchronisationszeitpunkte werden für eine fehlerfreie
Demodulation der Daten benötigt.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
eines Polyphasenfilters in einer erfindungsgemäßen Signalaufbereitungsschaltung
zeigt 4. Das Polyphasenfilter ist dabei für eine Differenzsignalverarbeitung
als ein aktives RC-Polyphasenfilter dritter Ordnung ausgebildet.
Die Anschlüsse
I und IX bilden den Eingang 141, die Anschlüsse Q und
QX den Eingang 142 des Polyphasenfilters 14. Die
Eingangsanschlüsse
I, IX und Q, QX sind über
erste Widerstände
R1 an die Eingänge
jeweils eines ersten Verstärkers
A1 angeschlossen. Die Ausgänge
der jeweils ersten Verstärker
A1 in den beiden Phasen I, IX und Q, QX sind wiederum über Widerstände R1 mit
den Eingängen
eines zweiten Verstärkers
A2 verbunden. Schließlich
sind die Ausgänge
eines jeden zweiten Verstärkers
A2 an Eingänge
jeweils eines dritten Verstärkers
A3 angeschlossen. Parallel zu den Eingängen und Ausgängen der
jeweiligen Verstärker
A1, A2 und A3 für
die einzelnen Signalpfade I, IX und Q, QX sind veränderbare
Kondensatoren Ci und Widerstände
Ri geschaltet. Die Kondensatoren Ci wie auch die Widerstände Ri bilden
die frequenzbestimmenden Elemente für die Frequenzbandbreite des
Polyphasenfilters 14. Diese sind jeweils an einen hier
durch die gestrichelte Linie angedeuteten Einstelleingang 143 angeschlossen.
Abhängig
von Steuersignalen an diesem Eingang lässt sich der Wert der Widerstände Ri oder
die Kapazität
der Kondensatoren Ci einstellen.
-
Weiterhin
sind die Anschlüsse
I und IX nach dem ersten Widerstand R1 vor dem Eingang des ersten
Verstärkers
A1 über
die Widerstände
Rq gekreuzt mit den Ausgangsanschlüssen des ersten Verstärkers A2
für den
Signalpfad Q und QX verbunden. Der Ausgang des ersten Verstärkers A1
für den
Signalpfad I bzw. IX ist über
die Widerstände
Rq an die Eingangsanschlüsse
des ersten Verstärkers
für das
Differenzsignal Q und QX angeschlossen. Im einzelnen ist der nicht
invertierende Eingang eines jeden Verstärkers für die Inphasenkomponente mit
dem invertierenden Ausgang des jeweiligen Verstärkers für die Quadraturkomponente,
der invertierende Eingang des eines jeden Verstärkers für die Inphasenkomponente mit
dem nicht invertierenden Ausgang des jeweiligen Verstärkers für die Quadraturkomponente über Widerstände Rq gekoppelt.
Der nicht invertierende Ausgang eines jeden Verstärkers für die Inphasenkomponente
ist mit dem nicht invertierenden Eingang des jeweiligen Verstärkers für die Quadraturkomponente,
und der invertierende Ausgang eines jeden Verstärkers für die Inphasenkomponente ist
mit dem invertierenden Eingang des jeweiligen Verstärkers für die Quadraturkomponente über Widerstände Rq gekoppelt.
-
Diese
Verschaltung bildet ein Polyphasenfilter erster Ordnung und dient
zur Unterdrückung
des jeweiligen Spiegelfrequenzanteils im komplexen Signal I und
Q. In gleicher Weise sind weitere Widerstände Rq für die Bildung der zweiten und
dritten Polstelle im Polyphasenfilter 14 vorgesehen. Diese
Widerstände
Rq verbinden die Eingangsanschlüsse
der jeweils zwei ten Verstärker
in den Signalpfaden für
die Differenzsignale I, IX bzw. Q, QX.
-
Eine
andere Ausgestaltungsform des Polyphasenfilters 14 mit
einstellbarer Kanalbandbreite zeigt 5. Darin
ist das Polyphasenfilter als ein gmC-Filter
dritter Ordnung für
eine Gegentaktsignalverarbeitung ausgebildet. Die Eingänge für die Inphasenkomponente
und die Quadraturkomponente werden jeweils durch einen Transkonduktanzverstärker A4
gebildet. Diese bilden Spannung-Strom-Wandler, die eine Eingangsspannung mit
Hilfe ihrer Spannung in einen dazu proportionalen Strom wandeln.
Die angedeutete Kopplung gc zwischen der Inphasenkomponente I und
der Quadraturkomponente Q für
jede Filterordnung ist durch einen Gyrator gebildet. Am Ausgang
wird das Signal mit einem Lastwiderstand gegen Masse wieder in ein Spannungssignal
gewandelt. Über
die Steilheit eines jeden Transkonduktanzverstärkers in den Gyratoren und
durch die Kapazitätsveränderung
der einstellbaren Kondensatoren C1, C2 und C3 ist eine Änderung der
Filterübertragungscharakteristik
des Polyphasenfilters erreichbar.
-
Eine
Ausgestaltung der einstellbaren Kapazitäten für die Polyphasenfilter 14 zeigt 6.
Darin ist zwischen Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss eine
erste feste Kapazität
TC1 geschaltet. Weitere Teilkondensatoren TC2, TC3 bis TC5 sind parallel
zu dem ersten festen Teilkondensator TC1 angeordnet. Die Kapazitätswerte
der Teilkondensatoren TC2, TC3 bis TC5 sind gleich groß gewählt. Eine Parallelschaltung
zu dem ersten festen Teilkondensator TC1 erfolgt über die
Schalter S1, S2 bis S4, die aus jeweils P-MOS-Feldeffekttransistoren
gebildet sind. Der Schalter wird geschlossen durch eine Ansteuerung
mit einem entsprechenden Potenzial auf der Steu erleitung, welche
den Stelleingang 143 des Polyphasenfilters bildet.
-
- 1
- Halbleiterkörper
- 2
- Antenne
- 3
- Demodulator
- 4
- Kontrollschaltung
- 6
- RSSI-Messschaltung
- 12,
15A, 15B, 16A, 16B
- Verstärkerstufe
- 13
- IQ-Verstärker
- 14
- Polyphasenfilter
- 15,
16
- Verstärker
- 17,
18
- A/D-Wandler
- 54,
54A
- digitale
Mischer
- 56,
56A, 56B
- digitale
Filter
- 57,
58
- Verzögerungsdemodulator
- 59
- Demodulator
- 70
- Multiplexer
- 71
- Korrelator
- 143
- Steuereingang
- 151,
154, 161, 164
- Signaleingänge
- A4
- Transkonduktanzverstärker
- Cl, C2 ,C3, Ci
- Kondensatoren
- R1, Ri, Rq
- Widerstände
- S1,
S2, S3, S4
- Schalter
- TC1
- Teilkondensatoren