DE102004022324A1

DE102004022324A1 - Signalaufbereitungsschaltung, insbesondere für eine Empfängeranordnung für den Mobilfunk

Info

Publication number: DE102004022324A1
Application number: DE102004022324A
Authority: DE
Inventors: Guiseppe Li Puma; Andre Hanke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2005-12-01
Also published as: US20070111691A1; WO2005109660A1

Abstract

Es ist eine Signalaufbereitungsschaltung mit einem Vektordemodulator (13) zur Zerlegung eines eingangsseitig anliegenden Signals in eine erste Komponente (I) und eine zweite Komponente (Q) angegeben. An die Ausgänge des Vektordemodulators (13) ist zumindest eine erste Verstärkerschaltung (16) mit einem ersten und einem zweiten Eingang angeschlossen, die zur Verstärkung eingangsseitig anliegender Signale mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor ausgebildet ist. Die Ausgänge der zumindest einen ersten Verstärkerschaltung (16) sind mit einem ersten Analog/Digital-Wandler (16a, 16b) verbunden. Ein Polyphasenfilter (14) ist zwischen Ausgängen des Vektordemodulators (13) und Eingang der ersten Verstärkerschaltung (16) geschaltet. Das Polyphasenfilter (14) ist in seiner Filterbandbreite einstellbar.

Description

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 g_mC-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 g_mC-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 g_mC-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
C_l,C_{2 ,}C_3,C_i: Kondensatoren
R_1, R_i,R_q: Widerstände
S1, S2, S3, S4: Schalter
TC1: Teilkondensatoren

Claims

Signalaufbereitungsschaltung, insbesondere für eine Empfängeranordnung für den Mobilfunk, umfassend: – einen Vektordemodulator (13) mit einem Eingang (131) und einem ersten und einem zweiten Ausgang, der zur Zerlegung eines eingangsseitig anliegenden Signals in eine erste Komponente (I) und eine zweite Komponente (Q) und zur Abgabe der ersten Komponente (2) an den ersten Ausgang und der zweiten Komponente (Q) an den zweiten Ausgang ausgebildet ist; – ein in seiner Filterbandbreite einstellbares Polyphasenfilter (14), das mit einem ersten und einem zweiten Eingang an den ersten und zweiten Ausgang des Vektordemodulators (13) angeschlossen ist, wobei das Polyphasenfilter (14) einen Stelleingang (143) zur Zuführung eines Stellsignals für eine Einstellung der Filterbandbreite aufweist; – zumindest eine erste Verstärkerschaltung (16), die mit einem ersten Eingang (161) an einen ersten Ausgang und mit einem zweiten Eingang (164) an einen zweiten Ausgang des Polyphasenfilters (14) angeschlossen ist und zur Verstärkung eingangsseitig anliegender Signale mit einem einstellbaren Verstärkungsfaktor ausgebildet ist; – einen ersten Analog/Digital-Wandler (18), der mit einem ersten Ausgang (162) der Verstärkerschaltung (16) verbunden ist und einen zweiten Analog/Digital-Wandler (18A), der mit einem zweiten Ausgang der Verstärkerschaltung (16) verbunden ist, wobei der erste und der zweite Analog/Digital-Wandler (18, 18A) zur Abgabe eines aus einem anliegenden Signal abgeleiteten digitalen Wertes ausgebildet sind.
Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zu der zumindest einen ersten Verstärkerschaltung (16) parallel angeordnete zweite Verstärkerschaltung (15), deren erstem und zweitem Ausgang (153, 152) ein dritter und vierter Analog/Digital-Wandler (17, 17A) nachgeschaltet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verstärkerschaltung (15) als eine Verstärkerschaltung mit einem limitierenden Verstärkungsverhalten ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Verstärkerschaltung (16) und/oder die zweite Verstärkerschaltung (15) jeweils zumindest zwei Verstärker (16a, 16b, 15a, 15b) umfassen, wobei ein erster Verstärker (16a, 15a) der zumindest zwei Verstärker (16a, 16b, 15a, 15b) zur Verstärkung und Abgabe eines am ersten Eingang (161, 151) anliegenden Signals und ein zweiter Verstärker (16b, 15b) der zumindest zwei Verstärker (16a, 16b, 15a, 15b) zur Verstärkung und Abgabe eines am zweiten Eingang (164, 154) anliegenden Signals ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstärkerschaltung (16) als eine programmierbare Verstärkerschaltung mit einem Einstelleingang (168) ausgebildet ist, dem ein Stellsignal zur Einstellung Verstärkungsfaktors zuführbar ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektordemodulator (13) als ein I/Q-Demodulator mit einem Signaleingang (131), einem Lokaloszillatoreingang (132) und einem Ausgang (133) zur Umsetzung eines eingangsseitig anliegenden Signals mit einem Lokaloszillatorsignal am Lokaloszillatoreingang (132) und zur Bereitstellung eines Ausgangssignals ausgebildet ist, wobei das bereitgestellte Ausgangssignal eine Inphasekomponente (I) und eine Quadraturkomponente (Q) umfasst.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in seiner Filterbandbreite veränderbare Polyphasenfilter (14) als ein aktives RC-Filter mit Operationsverstärkern (A1, A2, A3) ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in seiner Filterbandbreite veränderbare Polyphasenfilter (14) als ein g_mC-Filter mit Transkonductanzverstärkern (A4) ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyphasenfilter (14) zur Einstellung der Filterbandbreite zumindest zwei ein in ihrer Kapazität veränderbare Ladungsspeicher (Ci, C1, C2, C3) umfasst, wobei die in ihrer Kapazität veränderbare Ladungsspeicher (Ci, C1, C2, C3) je einen mit dem Stelleingang (143) des Polyphasenfilters (14) verbundenen Einstelleingang zur Veränderung der Kapazität aufweisen.
Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der in seiner Kapazität veränderbare Ladungsspeicher (Ci, C1, C2, C3) einen ersten Teilladungsspeicher (TC1) und zumindest einen zu dem ersten Teilladungsspeicher (TC1) parallel angeordneten zweiten Teilladungsspeicher (TC2) aufweist, der über einen Schalter (S1, S2, S3) mit dem ersten Teilladungsspeicher (TC1) koppelbar ausgebildet ist, wobei der Schalter (S1, S2, S3) einen Schalteingang aufweist, der mit dem Einstelleingang (143) des Polyphasenfilters (14) gekoppelt ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyphasenfilter (14) zur Einstellung der Filterbandbreite zumindest einen in seinem Widerstandswert veränderbaren Widerstand (Ri, Rq) umfasst, wobei der Widerstandswert des zumindest einen veränderbaren Widerstands (Ri, Rq) durch ein Stellsignal einstellbar ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyphasenfilter (14) eine Filtercharakteristik nach Tschebyscheff oder eine Filtercharakteristik nach Butterworth aufweist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verstärkerschaltung (16) und/oder die zweite Verstärkerschaltung (15) einen ersten und einen zweiten einnehmbaren Betriebszustand aufweisen, der über ein Steuersignal einstellbar ist, wobei die erste und/oder die zweite Verstärkerschaltung (16, 15) in dem ersten Betriebszustand für eine Verstärkung ausgebildet und in dem zweiten Betriebszustand abgeschaltet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Analog/Digital-Wandler (18, 18A) einen Taktsignaleingang zur Zuführung eines ersten Taktsignals (CLK2) aufweist und zur Abgabe eines mehrere Bits umfassenden Wertes (m) ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte und vierte Analog/Digital-Wandler (17, 17A) einen Taktsignaleingang zur Zuführung eines zweiten Taktsignals (CLK1) aufweist und zur Abgabe eines ein Bit repräsentierenden wertes ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalaufbereitungsschaltung als eine integrierte Schaltung in einem Halbleiterkörper ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 für einen Empfang von Signalen, deren Dateninhalt mit verschiedenen Modulationsarten kodiert ist, umfassend die Schritte: – Bereitstellen der Signalaufbereitungsschaltung; – Einstellen einer ersten Filterbandbreite eines Polyphasenfilters der Signalaufbereitungsschaltung; – Zuführen eines Signals; – Verarbeiten des zugeführten Signals; – Ableiten eines Stellsignals zur Einstellung einer Filterbandbreite abhängig von dem verarbeiteten Signal; – Einstellen einer zweiten Filterbandbreite des Polyphasenfilters.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens der ersten und/oder zweiten Filterbandbreite den Schritt umfasst: – Erzeugen eines Steuersignals; – Verändern einer die Filterbandbreite bestimmenden Bauelements in Abhängigkeit des Steuersignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verarbeitens eines Signal die Schritte umfasst – Umsetzen und Zerlegen des Signals in eine erste und eine zweite Komponente; – Filtern der ersten und zweiten Komponenten in dem Polyphasenfilter; – Verstärken der ersten und zweiten Komponente; – Wandeln der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einen digitalen Wert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Ableitens die Schritte umfasst: – Demodulieren der ersten und zweiten Komponente zur Erzeugung einer Folge von Bits; – Ermitteln einer Filterbandbreite für das Polyphasenfilter aus der Folge von Bits.