DE102006006291B4

DE102006006291B4 - Tranceiveranordnung und Verfahren zum Verarbeiten eines Signals

Info

Publication number: DE102006006291B4
Application number: DE102006006291A
Authority: DE
Inventors: Zdravko 81827 Boos
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2026-02-11
Also published as: US8843090B2; CN101018376A; FR2898744A1; FR2898744B1; US20120282867A1; CN101018376B; US8254860B2; US20070197170A1; DE102006006291A1

Abstract

Transceiveranordnung für den Mobilfunk, umfassend: – einen ersten Empfangspfad mit einem ersten Anschluss (52b) und einem ersten Empfangsverstärker (62) zum Empfangen von Signalen gemäß einem ersten und einem zweiten Mobilfunkstandard; – einen zweiten Empfangspfad zum Empfangen von Signalen gemäß dem zweiten Mobilfunkstandard mit einem zweiten Anschluss (52a), mit einem zweiten Empfangsverstärker (33) und mit einer Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a); – einen Sendepfad mit einem Abgriff (52) zur Abgabe eines Sendesignals; – eine steuerbare Koppeleinrichtung (49, 49a), die einen Ausgang des ersten Empfangsverstärkers (62) mit einem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung (35; 36, 35a, 36a) im zweiten Signalpfad koppelt; – eine Steuerschaltung (47, 47a), ausgeführt zur Abgabe eines Steuersignals an die Koppeleinrichtung (49, 49a) für eine phasenrichtige Zusammenführung von vom ersten und zweiten Empfangsverstärker (62, 33) abgegebenen Signalen in Abhängigkeit eines Parameters, der von einem am ersten Anschluss (52b) und/oder zweiten Anschluss (52a) anliegenden Signal abgeleitet ist;...

Description

Die Erfindung betrifft eine Transceiveranordnung sowie ein Verfahren zum Verarbeiten eines Signals, insbesondere für den Mobilfunk.
In jüngster Zeit sind die Zahl der Anwendungsmöglichkeiten und die Flexibilität von Kommunikationsgeräten, insbesondere mobile Kommunikationsgeräte stark angestiegen. So sind moderne Kommunikationsgeräte imstande, gleichzeitig Signale nach verschiedenen mobilen Kommunikationsstandards zu empfangen bzw. zu senden. Kommunikationsgeräte, die als die dritte Generation bezeichnet werden, können beispielsweise Signale nach dem Mobilfunkstandard WCDMA/UMTS als auch (nach den Mobilfunkstandards GSM oder Edge empfangen. Dies ermöglicht einem Benutzer in Gegenden mit unterschiedlicher Erreichbarkeit oder unterschiedlicher so genannter Netzabdeckung erreichbar zu sein.
Die hohe Flexibilität hinsichtlich einer Verwendung mobiler Kommunikationsstandards trägt den wachsenden Bedürfnissen der Verbraucher Rechnung, einerseits unterschiedliche Anwendungen und andererseits hohe Datenübertragungsraten zu ermöglichen. Die Forderung nach hohen Datenübertragungsraten und Mobilität führt zur Verwendung von Diversitätsempfängern. Bei diesen wird das Nutz- oder Mobilfunksignal über mehr als eine Antenne empfangen und die empfangenen Signalanteile gemeinsam weiterverarbeitet. Somit lassen sich geringfügige Störungen in einem Signalpfad beispielsweise auf Grund von Interferenzen kompensieren und so eine ausreichende Signalqualität für hohe Datenübertragungsraten gewährleisten.
Die verschiedenen Anforderungen an das mobile Kommunikationsgerät beziehungsweise an die Sende- und Empfangsstufen innerhalb des Gerätes könnten eine hohe Anzahl zusätzlicher externer Komponenten für die einzelnen Anwendungen benötigen. Dazu gehören unter anderem schmalbandige Filter, mit deren Hilfe Störsignalanteile im empfangenen Signal unterdrückt werden zur Verbesserung eines Nutzsignal/Rauschanteils. Die notwendigen Komponenten benötigen zusätzlichen Platz und erhöhen die Fertigungskosten.
In „Zhang, C. -N.; Lam, W. K.; Ling, C. C.: „A low-complexity antenna diversity receiver suitable for TDMA handset implementation”. In: Vehicular Technology Conference, 1997 IEEE 47^th, S. 1753–1757, Vol. 3, 4.–7. Mai 1997” ist ein Diversitätsempfänger für TDMA-Handsets beschrieben, welcher zwei Empfangszweige aufweist, wobei in einem der beiden Empfangszweige ein RF-Phasenschieber vorgesehen ist. Die Signale der beiden Empfangszweige werden summiert und einem RF-Schaltkreis und einem nachgeschalteten Demodulator zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
In DE 699 26 309 T2 ist ein Sende-Empfänger beschrieben, der eine Maximalderhältniskombination-Raumdiversity-Technik verwendet.
In US 2005/0227631 A1 ist ein Multi-Antennen-Transceiver-System beschrieben, bei dem über einen Schalter zwei unterschiedliche Empfangspfade mit einer Hauptantenne gekoppelt sind. Die beiden Empfangspfade sind für den Empfang von Signalen gemäß unterschiedlichen Mobilfunkstandards ausgeführt.
In US 2004/0106381 A1 ist ein Transceiver mit einem Empfangspfad und einem Sendepfad beschrieben. Zur Reduzierung eines Übersprechsignals vom Sendepfad auf den Empfangspfad ist eine Kompensations- und Korrekturschaltung vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Transceiveranordnung vorzusehen, die mit einer geringen Anzahl externer Komponenten auskommt.
Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und verschiedene Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Anzahl der externen Komponenten durch eine geeignete Kombination der bereits vorhandenen Baugruppen oder Elemente in einer Transceiveranordnung reduziert. Erfindungsgemäß ist in einer Transceiveranordnung ein erster Empfangspfad mit einem ersten Empfangsverstärker und ein zweiter Empfangspfad mit einem zweiten Empfangsverstärker sowie mit einer Frequenzumsetzeinrichtung vorgesehen. Eine steuerbare Koppeleinrichtung in der Transceiveranordnung dient dazu, einen Ausgang des ersten Empfangsverstärkers mit einem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung zu koppeln. Die Transceiveranordnung umfasst weiterhin eine Steuerschaltung zur Abgabe eines Steuersignals an die Koppeleinrichtung in Abhängigkeit eines Parameters. Der Parameter ist von einem dem ersten oder zweiten Signalpfad zugeführten Signal abgeleitet.
Mithilfe der steuerbaren Koppeleinrichtung sowie der Steuerschaltung wird eine Auswahl darüber getroffen, welcher der beiden Empfangsverstärker in den Empfangspfaden mit der Frequenzumsetzeinrichtung gekoppelt werden soll. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass entweder genau einer der beiden Empfangsverstärker mit der Frequenzumsetzeinrichtung verbunden oder, abhängig von dem abgeleiteten Parameter, beide Empfangsverstärker mit der Frequenzumsetzeinrichtung gekoppelt werden. Die letztgenannte Kopplung erfolgt derart, dass Signale von den Empfangsverstärkern phasenrichtig der Frequenzumsetzeinrichtung zugeführt werden. Durch die phasenrichtige Zuführung der beiden in den Empfangspfaden verarbeiteten Signale wird das Signal/Rauschverhältnis des Gesamtsignals verbessert. Mit Vorteil können so extern verursachte Signalschwankungen des Empfangssignals kompensiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, die verschiedenen Empfangsverstärker in den Empfangspfaden für unterschiedliche Anwendungen zu optimieren und dennoch bei Bedarfgemeinsam zu nutzen.
In einem Aspekt der Erfindung kann die Steuerschaltung zum Erfassen einer Signalstärke oder einer Signalqualität eines am ersten oder zweiten Empfangspfad zugeführten Signals ausgebildet sein. Aus der erfassten Signalstärke oder Qualität lässt sich der Parameter ableiten. Folglich wird in Abhängigkeit der Signalstärke beziehungsweise der Signalqualität des anliegenden Signals eine Entscheidung darüber getroffen, welcher Empfangspfad mit der Frequenzumsetzeinrichtung gekoppelt wird.
Gegebenenfalls werden beide Empfangspfade zu einer Verbesserung der Signalqualität mit der Frequenzumsetzeinrichtung gekoppelt. Die gemeinsame Kopplung unterschiedlicher Signalpfade wird als Diversitätsempfang bezeichnet, eine Empfangsanordnung als Diversitätsempfänger (engl.: diversity receiver). Zudem kann vorgesehen werden, die Schaltungskomponenten innerhalb der beiden Empfangspfade für unterschiedliche Anwendungen zu optimieren.
Beispielsweise kann der erste Empfangspfad für einen Empfang eines Signals mit einem ersten oder einem zweiten Mobilfunkstandard ausgerüstet sein. Der zweite Empfangspfad dient hingegen lediglich zum Verstärken des Signals nach dem zweiten Mobilfunkstandard, wobei für den zweiten Mobilfunkstandard auch ein Diversitätsempfang möglich ist.
Die dargestellte Signalverarbeitung ist vor allem dann von Vorteil, wenn ein Eingangssignalpegel höher als ein vorbestimmter Wert ist, so dass die Anforderungen an die Größe eines in den Empfangspfaden vorhandenen inhärenten Rauschens beziehungsweise eine Rauschzahl der einzelnen Empfangsverstärker reduziert sind. Die Transceiveranordnung umfasst zusätzlich einen Sendepfad mit einem Abgriff zur Abgabe eines Sendesignals. Eine Kompensationsschaltung ist eingangsseitig mit dem Abgriff des Sendepfades und ausgangsseitig mit dem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung des zweiten Empfangspfades gekoppelt. Sie ist zur Unterdrückung eines auf den ersten oder den zweiten Empfangspfad übersprechenden Sendesignalanteils ausgebildet. Dadurch wird es möglich, während eines Betriebs der Transceiveranordnung gleichzeitig Signale zu senden und zu empfangen. Datenfehler bei einer späteren Signalverarbeitung aufgrund übersprechender Sendesignalanteile in die Empfangspfade werden durch die Kompensationsschaltung verhindert.
Insbesondere ist es denkbar, einen der beiden Empfangspfade zusammen mit dem Sendepfad an eine gemeinsame Antenne anzuschließen. Mit Hilfe der Kompensationseinrichtung wird ein Übersprechen eines Anteils des Sendesignals auf den mit der Antenne gekoppelten Empfangspfad verhindert. Durch diese Maßname ist auch bei kleinen Signalpegeln eines empfangenen Signals eine ausreichende Signalqualität gewährleistet. Zudem ist durch die Ausgestaltung mit einer Kompensationsschaltung ein zusätzlicher Filter vor dem Anschluss des jeweiligen Empfangspfads nicht mehr notwendig. Damit wird die Anzahl der benötigten externen Komponenten reduziert. In einer Ausgestaltung erfolgt daher eine Kopplung zwischen den Ausgängen und den entsprechenden Antennen filterlos. Unter diesem Begriff ist zu verstehen, dass die Kopplung keine zusätzlichen Filter mit speziell dafür vorgesehenen Spulen oder Ladungsspeicher umfasst.
Zur Verbesserung der Signalqualität umfasst die Kompensationsschaltung eine Phaseneinstelleinrichtung, mit der sie das vom Sendepfad ausgekoppelte Signal phaseninvertiert dem Empfangspfad zuführen kann. Damit ist eine große Reduktion des übersprechenden Sendesignalanteils auf den Empfangspfad möglich. Zu einer phasenrichtigen Zusammenführung der Signale des ersten und zweiten Empfangspfads ist in einem der beiden Empfangspfade ebenfalls eine Phaseneinstelleinrichtung zu einer Änderung der Phase eines vom jeweiligen Empfangsverstärker abgegebenen Signals vorgesehen.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip wird so ein Signal über einen ersten Signalpfad empfangen und daraus ein das empfangene Signal kennzeichnender Parameter ermittelt. Dieser Parameter kann beispielsweise eine Signalstärke oder eine Signalqualität des empfangenen Signals repräsentieren. Für eine Signalqualität bietet sich beispielsweise das Signal/Rauschverhältnis an. Anschließend wird dieser Parameter bewertet. Sodann kann von der Bewertung des Parameters abhängig eine Entscheidung darüber getroffen werden, ob das Signal weiterhin über den ersten Signalpfad empfangen und verarbeitet werden soll. Alternativ besteht einerseits die Möglichkeit, das Signal über einen zweiten Signalpfad zu empfangen und weiter zu verarbeiten oder das Signal gemeinsam über den ersten und den zweiten Signalpfad zu empfangen, zusammenzuführen und gemeinsam weiter zu verarbeiten. Die letzte Möglichkeit wird als Diversitätsempfang bezeichnet. Sie ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Signalstärke beziehungsweise die Signalqualität sich abhängig von nicht-beeinflussbaren Parametern ändert. Auf diese Weise kann eine ausreichende Signalqualität und damit eine hohe Übertragungsrate gewährleistet bleiben.
Das beschriebene Verfahren lässt sich in einer Transceiveranordnung anwenden, die für den Empfang von Signalen nach verschiedenen Mobilfunkstandards ausgerüstet ist. Durch die Benützung eines Diversitätsempfängers werden die Anforderungen an die einzelnen Schaltungskomponenten in den Signalpfaden reduziert, ohne dass dabei die Signalqualität beeinträchtigt wird.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungsformen im Detail erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Transceiveranordnung zum Empfangen und Senden von Signalen nach verschiedenen Mobilfunkstandards. Die Transceiveranordnung ist vorliegend in einem Halbleiterkörper 1A als integrierte Schaltung ausgeführt. Der Halbleiterkörper umfasst auf seiner Oberfläche mehrere Anschlusskontakte zur Zuführung beziehungsweise Abgabe von Hochfrequenzsignalen. Die zugeführten Hochfrequenzsignale werden verstärkt und weiter verarbeitet, wobei unter dem Begriff einer Signalverarbeitung allgemein eine Frequenzumsetzung auf eine Zwischenfrequenz, eine Digitalisierung und/oder eine anschließende Demodulation zu verstehen ist. Für die Verarbeitung der Signale unterschiedlicher Mobilfunkstandards ist vorgesehen, verschiedene Schaltungskomponenten mehrfach auszuführen. Diese können dann für die jeweilige Anwendung bezogen auf einen bestimmten Mobilfunkstandard optimiert werden.
So ist beispielsweise für den Mobilfunkstandard UMTS/WCDMA vorgesehen, einen Dateninhalt in der Amplitude und in der Phase zu übermitteln. Demzufolge ist es zweckmäßig, empfangene Signale mit einem Empfangsverstärker zu verstärken, der ein möglichst lineares Übertragungsverhalten in einem Eingangspegelbereich aufweist, um Amplitudenverzerrungen zu minimieren. Im Unterschied dazu sind die Anforderungen an die Linearität eines Empfangsverstärkers für Signale nach dem Mobilfunkstandard GSM deutlich geringer. Bei diesem wird ein Dateninhalt nur in der Phase kodiert, wodurch eine eventuelle Amplitudenverzerrung keine wesentlichen Auswirkungen hat. Da beide Mobilfunkstandards über dies auf unterschiedlichen Frequenzkanälen senden und empfangen, lassen sich hierfür verschiedene Empfangspfade vorzusehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an die Transceiveranordnung im Halbleiterkörper 1a eine erste Antenne 8a sowie eine zweite Antenne 8 angeschlossen. Die erste Antenne 8a ist über ein Bandpassfilter 61 mit einem ersten Eingangsanschluss 52b gekoppelt. Dieser ist Teil eines ersten Empfangspfades, der einen ersten Empfangsverstärker 62 umfasst. Der erste Empfangsverstärker 62 ist mit einer sehr geringen Rauschzahl als rauscharmer Verstärker ausgeführt.
Der erste Empfangspfad dient unter anderem dazu, Signale des Mobilfunkstandards GSM zu empfangen. Da dieser Mobilfunkstandard zur Übertragung von Daten Signale mit einer konstanten Einhüllenden verwendet, werden an den Empfangsverstärker 62 keine besonders hohen Anforderungen hinsichtlich eines linearen Übertragungsverhaltens gestellt. So kann es insbesondere bei hohen Eingangssignalpegeln am Anschluss 52b zu Verzerrungen aufgrund eines nicht-linearen Übertragungsverhaltens im Empfangsverstärker 62 kommen. Dies hat allerdings auf die Empfangsqualität von Signalen nach dem Mobilfunkstandard GSM über den ersten Empfangspfad keine wesentlichen negativen Auswirkungen.
Die zweite Antenne 8 ist an einen Duplexer 7a angeschlossen. Der Duplexer oder auch Hybridkoppler 7a ist eingangsseitig einerseits mit dem Eingangsanschluss 52a eines zweiten Empfangspfads und einem Ausgangsabgriff 52 eines Sendepfades gekoppelt. Zwischen dem Ausgangsabgriff 52 und dem Eingang des Duplexers 7a ist darüber hinaus ein Leistungsverstärker 6 für den Sendepfad vorgesehen. Der Sendepfad umfasst weiterhin einen einstellbaren Verstärker 26, der ausgangsseitig mit dem Abgriff 52 verbunden ist. Eingangsseitig ist der einstellbare Verstärker 26 mit einem IQ-Modulator gekoppelt. Dieser IQ-Modulator dient dazu, das an den Anschlüssen 2 und 3 zugeführte Signal mit seiner reellen Komponente I und seiner Quadraturkomponente Q auf ein Signal mit der Ausgangsfrequenz umzusetzen. Dazu enthält der IQ-Modulator zwei Mischer 23a sowie 24a. Deren Eingänge sind jeweils mit den Anschlüssen 2 und 3 verbunden. Der Lokaloszillatoreingang des ersten Mischers 24a ist an einen Phasenregelkreis 99b angeschlossen. Der Lokaloszillatoreingang des zweiten Mischers 23a ist über einen 90° Phasenschieber ebenfalls mit dem Phasenregelkreis 99b verbunden. Durch die Phasenverschiebung von 90° im zweiten Lokaloszillatorsignal wird eine IQ-Modulation mit den an den Anschlüssen 2 und 3 zugeführten Signalen erzeugt. Das auf die Ausgangsfrequenz umgesetzte Gesamtsignal wird im Verstärker 26 mit dem eingestellten Verstärkungsfaktor verstärkt und dem Ausgangsabgriff 52 zugeführt.
Der zweite Empfangspfad des Transceivers enthält einen steuerbaren Empfangsverstärker 33, der über eine Steuerschaltung 47c in seinem Verstärkungsfaktor einstellbar ist. Eingangsseitig ist der Verstärker 33 an den zweiten Anschluss 52a angeschlossen. Ausgangsseitig ist der Verstärker 33 mit einem IQ-Demodulator aus den beiden Mischern 35a und 36a verbunden. Der IQ-Demodulator setzt ein ihm zugeführtes Eingangssignal mithilfe eines Lokaloszillatorsignals, bereitgestellt vom Phasenregelkreis 99a, auf eine Zwischenfrequenz um und gibt eine reelle Komponente I sowie eine umgesetzte Quadraturkomponente Q an den Ausgangsanschlüssen 2a und 3a ab.
Der zweite Empfangspfad dient vor allem dazu, Signale nach einem Mobilfunkstandard zu empfangen, deren Einhüllende über die Zeit variabel ist. Man spricht dabei auch von einer nicht konstanten Einhüllenden. Derartige Signale werden beispielsweise für den Mobilfunkstandard WCDMA/UMTS oder aber auch für die WLAN-Standards 802.11 (Wireless Local Area Network) verwendet. Daher ist es sinnvoll, wenn der verwendete Eingangsverstärker 33 ein besonders gutes lineares Übertragungsverhalten aufweist, um Verzerrungen im verstärkten Signal und damit Datenfehler zu verhindern.
Für eine weitere Signalverarbeitung im ersten Empfangspfad ist zusätzlich eine Einstelleinrichtung 49 mit einer einstellbaren Phasenverschiebung vorgesehen. Daneben kann diese auch für eine Amplitudenänderung ausgeführt sein. Die Einstelleinrichtung 49 ist eingangsseitig an den Ausgang des Empfangsverstärkers 62 und ausgangsseitig mit dem Eingang des IQ-Demodulators 35a, 36a im zweiten Signalpfad verbunden. Ein über die Antenne 8a empfangenes Signal wird durch den ersten Empfangsverstärker 62 verstärkt und dem IQ-Demodulator für eine Demodulation zugeführt. Der IQ-Demodulator ist wie dargestellt sowohl für die Demodulation von über den ersten Empfangspfad empfangenen Signalen als auch für die Demodulation von über den zweiten Empfangspfad empfangenen Signalen ausgebildet.
Beispielsweise kann ein Signal nach dem Mobilfunkstandard GSM über den ersten Empfangspfad verstärkt und anschließend im IQ-Demodulator demoduliert werden. Um dabei zu verhindern, dass über den zweiten Empfangspfad eingekoppelte Signale das im ersten Empfangspfad verstärkte Nutzsignal beeinflussen, wird der zweite Empfangsverstärker 33 im zweiten Empfangspfad durch die Steuerschaltung 47c deaktiviert. Entsprechend wird bei einem Empfang eines Signals über lediglich den zweiten Empfangspfad der erste Empfangsverstärker 62 abgeschaltet.
In anderen Kommunikationssystemen, beispielsweise WCDMA/UMTS, sind Betriebsarten für eine hohe Datenübertragungsrate vorgesehen. Eine solche Betriebsart stellt beispielsweise die Betriebsart HSDPA dar. Auch die Mobilfunkstandards WLAN oder 802.11 besitzen hohe Datenübertragungsraten. Grundsätzlich stellen die genannten Arten oder Mobilfunkstandards hohe Anforderungen an die Signalqualität sowie die Schaltungskomponenten innerhalb der Empfangssignalpfade. Ein wesentlicher Faktor der Signalqualität stellt dabei das sogenannte Signal/Rauschverhältnis dar, welches aufgrund eines inhärenten Rauschens innerhalb der Empfangsverstärker verschlechtert werden kann. Um daher gerade bei kleinen Signal/Rauschverhältnissen noch eine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit zu gewährleisten, sind Verstärker mit einer sehr geringen Rauschzahl notwendig. Diese verschlechtern das Signal/Rauschverhältnis des Empfangssignals nur unwesentlich. Ein derartiger rauscharmer Verstärker benötigt gerade bei kleinen Signalpegeln kein sehr gutes lineares Übertragungsverhalten, da aufgrund der geringen Signalpegel keine Gefahr für eine Verzerrung besteht.
Aus diesem Grund ist vorgesehen, für eine Betriebsart mit hohen Datenübertragungsraten abhängig von dem Signalpegel eine Entscheidung über den zu verwendenden ersten beziehungsweise zweiten Empfangspfad zu treffen. Bei kleinen Signalpegeln eines über die Antenne 8a beziehungsweise 8 empfangenen Signals wird somit der erste Signalpfad und der besonders rauscharme Verstärker 62 verwendet. Das empfangene Signal wird verstärkt und dem IQ-Demodulator zugeführt. Der zweite Verstärker 33 im zweiten Signalpfad ist in diesem Modus deaktiviert. Bei sehr hohen Signalpegeln und damit einem sehr guten Signal/Rauschverhältnissen würde der Verstärker 62 im ersten Signalpfad eine zusätzliche Verzerrung und damit Datenfehler verursachen.
Aus diesem Grund wird in einer zweiten Betriebsart der Verstärker 62 im ersten Signalpfad deaktiviert und das nun über die Antenne 8 empfangene Signal nur vom zweiten Verstärker 33 verstärkt und dem IQ-Demodulator zugeführt. Dieser besitzt zwar eine größere Rauschzahl aber auch ein deutlich besseres lineares Übertragungsverhalten.
Bei Signalpegeln eines empfangenen Signals zwischen diesen beiden Bereichen werden beide Signalpfade für die Verstärkung und die weitere Verarbeitung verwendet. Dieses Vorgehen wird als Diversitätsempfang (engl.: diversity) bezeichnet. Dazu sind beide Verstärker im ersten und zweiten Empfangspfad aktiviert. Ein empfangenes Signal über die Antennen 8 und 8a wird in beiden Verstärkern verstärkt. Das vom Empfangsverstärker 62 abgegebene Signal wird durch den Phasenschieber 49 so verändert, dass es phasenrichtig dem vom Empfangsverstärker 33 abgegebenen Signal zugeführt wird. Der Phasenschieber 49 ist notwendig, um unterschiedliche Laufzeiten innerhalb der beiden Empfangspfade auszugleichen und eine destruktive Interferenz zwischen den beiden verstärkten Signalen im ersten und zweiten Empfangspfad zu verhindern.
Aufgrund der phasenrichtigen Zusammenführung wird das Signal/Rauschverhältnis des Gesamtsignals nochmals verbessert. Der Phasenschieber dient folglich einer Addition der beiden von den Empfangsverstärkern 33 und 62 abgegebenen Signale. Das gemeinsame Signal wird im IQ-Demodulator weiter verarbeitet. Somit lässt sich über einen weiten Bereich eines Eingangssignalpegels ein gutes Signal/Rauschverhältnis erreichen. Dies erlaubt, Signale mit hohen Datenübertragungsraten im gesamten Eingangssignalbereich zu übertragen. Zudem bleibt es weiterhin möglich, auch Signale nach verschiedenen Mobilfunkstandards parallel zu empfangen beziehungsweise abzugeben.
In der Praxis werden mobile Kommunikationssignale gleichzeitig empfangen beziehungsweise gesendet.
Beispielsweise können in dem dargestellten Transceiver Mobilfunksignale nach dem GSM-Standard über die Antenne 8a empfangen, verstärkt und weiterverarbeitet werden, während gleichzeitig über die Antenne 8 Sendesignale nach dem Mobilfunkstandard UMTS abgegeben werden. Ebenso ist es möglich, Signale mit niedrigen Datenübertragungsraten nach dem Mobilfunkstandard UMTS/WCDMA über die Antenne 8 zu empfangen und im zweiten Empfangspfad zu verarbeiten, während vom Sendepfad Signale über die Antenne 8 abgestrahlt werden.
Während des gleichzeitigen Empfangs beziehungsweise Sendens von Signalen kann es aufgrund der Verwendung des dargestellten Duplexers 7a beziehungsweise der räumlichen Nähe der beiden Antennen 8, 8a zu einem ungewollten Übersprechen von Sendesignalanteilen in den jeweiligen Empfangspfad kommen. Dies kann das Signal/Rauschverhältnis beeinflussen, beziehungsweise bei einer späteren Demodulation zu zusätzlichen Datenfehlern führen.
Aus diesem Grund ist eine zusätzliche Korrekturschaltung mit einer Kompensationsschaltung 48 vorgesehen. Diese ist eingangsseitig mit dem Sendepfad und ausgangsseitig mit dem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung im zweiten Signalpfad gekoppelt. Die Kompensationseinrichtung 48 ist hier mit einem steuerbaren Phasenschieber ausgeführt. Dieser wird wie der steuerbare Phasenschieber 49 von dem Mikroprozessor 47a angesteuert, der seine Steuersignale durch Bewertung der vom IQ-Demodulator abgegebenen Signale erhält. Der Mikroprozessor 47a stellt dabei den Phasenschieber 48 so ein, dass ein Sendesignalanteil des Sendepfades phaseninvers dem Signal des Empfangspfades zugeführt wird. Dadurch wird ein in den Empfangspfad übersprechender Sendesignalanteil stark reduziert und das Signal/Rauschverhältnis des empfangenen Nutzsignals verbessert sich. Diese aktive Regelung zur Unterdrückung eines übersprechendes Sendesignalanteils innerhalb des Transceivers erlaubt es, die Anzahl der externen Komponenten, insbesondere die Anzahl der im Empfangspfad beziehungsweise Sendepfad externen Filter zu verringern.
So kann von zusätzlichen Bandpassfiltern am Eingangsanschluss 52a beziehungsweise am Ausgangsabgriff 52 abgesehen werden. Auch die Anforderungen an den Duplexer 7a hinsichtlich einer Unterdrückung des Sendesignals in den Empfangspfad werden verringert. Dadurch, dass der Verstärker 33 des zweiten Empfangspfades nur für hohe Signalpegel bei hohen Datenübertragungsraten verwendet wird, kann ein zusätzlicher schmalbandiger SAW-Filter zur Unterdrückung senderseitiger Störsignale zwischen dem Duplexer 7a und dem Verstärker 33 entfallen.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform. Wirkungs- beziehungsweise funktionsgleiche Bauelemente tragen die gleichen Bezugszeichen. Bei dieser Ausgestaltungsform ist eine zusätzliche Demodulations- sowie Frequenzumsetzeinrichtung für den ersten Empfangspfad vorgesehen. Im Einzelnen enthält der erste Empfangspfad einen Schalter 49a, der von dem Mikroprozessor 47a gesteuert wird. Der Schalter 49a legt den Ausgang des Empfangsverstärkers 62 des ersten Empfangspfads entweder an den Eingang des Phasenschiebers 49 beziehungsweise an einen Eingang einer Frequenzumsetzeinrichtung 35b. Diese ist an einen Lokaloszillator 99c angeschlossen und gibt das frequenzumgesetzte Signal an die Demodulationseinrichtung 36b ab.
Die Ausführungsform erlaubt es, gleichzeitig ein erstes Signal nach einem ersten mobilen Kommunikationsstandard über die Antenne 8a zu empfangen und im ersten Empfangspfad zu verarbeiten. Zusätzlich kann ein zweites Signal nach einem weiteren Mobilfunkstandard über die zweite Antenne 8 empfangen und im zweiten Empfangspfad weiter verarbeitet werden. Ferner bestehen keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Wahl der Signale oder der verwendeten Mobilfunkstandards.
Abhängig vom Signalpegel beziehungsweise einer Feldstärke des empfangenen Signals wird eine Verarbeitung im ersten beziehungsweise im zweiten Empfangspfad vorgenommen. Bei Bedarf schaltet der Mikroprozessor 47a außerdem den Schalter 49a um und koppelt den Ausgang des Empfangsverstärkers 62 mit dem Phasenschieber 49. Dadurch wechselt die erfindungsgemäße Transceiveranordnung in einen Betriebsmodus für einen Diversitätsempfang und ist damit besonders für einen Empfang hoher Datenübertragungsraten geeignet.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transceiveranordnung zeigt 3. Auch hier werden für funktionsgleiche Bauelemente die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die dargestellte Transceiveranordnung ist in einem Halbleiterkörper als integrierte Schaltung ausgeführt. In dem Ausführungsbeispiel wird ein Referenzsignal von einem Quarzoszillator VCXO abgeleitet und den Phasenregelkreisen 98 innerhalb des Halbleiterkörpers zugeführt. An diesen sind die spannungsgesteuerten Oszillatoren 99 angeschlossen, die ein Lokaloszillatorsignal für die IQ-Modulatoren des Sendepfades beziehungsweise die Demodulatoren des zweiten Empfangspfades bereitstellen. Der Sendepfad umfasst einen Eingangsanschluss 22 zur Zuführung der Inphasenkomponente I sowie der Quadraturkomponente Q. Diese auch als Basisbandkomponenten bezeichneten Signale werden in den Filtern 25 tiefpassgefiltert und als Gegentaktsignale den Eingängen der Mischer 23 beziehungsweise 24 des IQ-Modulators zugeführt.
Der IQ-Modulator mit seinen beiden Mischern setzt die Komponenten auf die Ausgangsfrequenz um. Ausgangsseitig ist der Modulator an den wertediskret einstellbaren Verstärker 26 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 26 ist über ein Auskoppelelement 5 mit dem Abgriff 52 des Transceivers verbunden. Die Verstärkungseinrichtung 26 führt eine Vorverstärkung durch, die einerseits eine Signaldämpfung aufgrund der Auskopplung am Auskoppelelement kompensiert und einen geeigneten Signalpegel für den Sendeverstärker 6 bereitstellt. Das Auskoppelelement 5 dient zudem einer Impedanzanpassung des Ausgangsanschlusses 52 an den Eingang des Verstärkers 6. Die Ankopplung des Koppelelementes 5 an den Sendepfad erfolgt induktiv über einen Kontaktdraht. Im Gegensatz zu einer kapazitiven Kopplung beeinflusst eine induktive Kopplung den Signalpfad des Sendepfades deutlich weniger und besitzt aufgrund der Kopplung eine bereits zu dem Sendesignal invertierte Phase.
Darüber hinaus lässt sich die Kopplungsleitung bei einer geeigneten Ausbildung zu einer Abschirmung der Signalleitung und damit einer Verringerung eines ungewollten Übersprechens verwenden. Im Empfangspfad ist der Ausgang des Verstärkers 33 an den Schalter 49a angeschlossen. Dieser ist seinerseits mit dem Addierglied 39 verbunden, dessen Ausgang an einen zweiten rauscharmen und einstellbaren. Verstärker 34 angeschlossen ist. Zudem ist es mit einem Leistungsdetektor 47b gekoppelt. Der rauscharme Verstärker 34 verstärkt das empfangene Signal und führt es dem Demodulator zu, der die beiden Mischer 35 und 36 enthält und für eine Gegentaktsignalverarbeitung ausgeführt ist. Den beiden Mischern 35 und 36 wird ein vom spannungsgesteuerten Oszillator 99 abgeleitetes Lokaloszillatorsignal zugeführt.
Dieses ergibt sich aus der Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 99, wobei bei der Frequenzteilung zusätzlich eine Phasenverschiebung um 90° der beiden Lokaloszillatorsignale zueinander auftritt. Dadurch erfolgt bei der Frequenzumsetzung eine gleichzeitige Zerlegung in die reelle Komponente I und die Quadraturkomponente Q. Die jeweiligen Komponenten werden über ein Tiefpassfilter 25a einem Analog/Digitalwandler 37 zugeführt. Dieser digitalisiert das frequenzumgesetzte Signal und gibt es an Signalprozessoren 38 für eine weitere Verarbeitung ab.
Der Leistungsdetektor 47b umfasst eine Gleichrichterdiode zur Gleichrichtung des empfangenen Signals. Aus dem gleichgerichteten Signal ermittelt er die Leistung und führt diesen Wert einem Mikrocontroller 47a zu. Dabei ist die Temperaturabhängigkeit der Halbleiterdiode zu berücksichtigen. Alternativ kann der Leistungsdetektor auch einen Gleichsignalanteil im Empfangssignal auswerten, der durch eine harmonische Verzerrung zweiter Ordnung entsteht. Diese ergibt sich bei einem Übersprechen des Sendesignals in den Empfangspfad. Die Stärke des Gleichsignalanteils ist daher ein Maß für das Übersprechen des Sendesignals.
Der Mikroprozessor 47a ermittelt mithilfe eines Algorithmus aus den Daten der Leistungsmessung die Amplitude und die Phase für die Kompensationsschaltung 48.
Im ersten Empfangspfad ist der Eingangsanschluss 52b direkt an die Antenne 8a angeschlossen. Weiterhin ist der Eingangsanschluss 52b mit einem Bandpassfilter 61 verbunden, das in dem Halbleiterkörper 1a integriert ist. Beispielsweise kann dieses Bandpassfilter durch ein BAW-Filter 61 (Bulk Acoustic Wave) gebildet sein. Der Ausgang des Bandpassfilters 61 ist mit dem Empfangsverstärker 62 verbunden.
Ausgangsseitig ist dieser wiederum an den einstellbaren Phasenschieber 49 angeschlossen. Der Ausgang des Phasenschiebers 49 ist an den Schalter 49a angeschlossen. Dieser wird durch den Mikroprozessor 47a gesteuert. Mithilfe des vom Leistungsdetektor 47b abgegebenen Leistungssignals ermittelt somit der Mikroprozessor 47a einerseits, welcher der beiden Empfangsverstärker 33 beziehungsweise 62 mit dem Addierglied 39 verbunden werden soll. Für einen Diversitätsempfang ist es darüber hinaus möglich, beide Ausgänge der Verstärker 33, 62 über den Schalter 49a mit dem Addierglied 39 zu koppeln.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung unterschiedlicher Verstärker, die für unterschiedliche Mobilfunkstandards optimiert sein können, lässt sich ein Diversittsempfänger realisieren, der bei Mobilfunkstandards mit hohen Datenübertragungsraten über einen weiten Bereich eines Eingangsignalpegels eine ausreichende Signalqualität gewährleistet. Zusätzlich können für einen Betrieb mit geringeren Übertragungsraten beide Empfangspfade verwendet werden, ohne dass zusätzlich externe Komponenten beispielsweise in Form von Filtern nötig sind. Dadurch werden die Anforderungen an die einzelnen Verstärker hinsichtlich der Signalqualität, der Rauschzahl sowie des linearen Übertragungsverhaltens reduziert.
Gerade bei Transceivern mit unterschiedlichen Betriebsarten, beispielsweise TDMA/CDMA-Transceivern für die Mobilfunkstandards WCDMA/UMTS und GSM oder EDGE, wird die Anzahl der notwendigen externen Bauelemente eines in einem Halbleiterkörper integrierten Transceivers reduziert. Ein Übersprechen von Sendesignalanteilen auf die Empfangspfade lässt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kompensationsschaltung innerhalb des Transceivers korrigieren, ohne dass zusätzliche Bandpassfilter zur Unterdrückung der Sendesignalanteile notwendig sind.
Dabei wird ein über einen Signalpfad empfangenes Signal ausgewertet und beispielsweise sein Signal/Rauschverhalten bestimmt. Aus diesem Parameter, der eine Eigenschaft des empfangenen Signals kennzeichnet, wird eine Entscheidung darüber getroffen, welcher Signalpfad für den weiteren Empfang verwendet werden soll. Währenddessen wird durch ein Auskoppeln von Signalanteilen eines zu sendenden Signals ein übersprechender Anteil des zu sendenden Signals in das Empfangssignal kompensiert. Dies wird durch ein phaseninvertiertes Addieren erreicht, welches einer destruktiven Addition entspricht. Der übersprechende Sendesignalanteil wird im empfangenen Signal durch diese Maßnahme ausgelöscht.
Bezugszeichenliste

1a: Transceiver, Halbleiterkörper
2, 2a, 3, 3a: Anschlüsse
6: Sendeverstärker
7: Duplexer
8, 8a: Antenne
23, 24: Mischer
23a, 24a: Mischer
22: Eingang
25, 25a: Tiefpassfilter
26: wertdiskret einstellbarer Verstärker
33: Empfangsverstärker
34: wertdiskret einstellbarer Verstärker
35, 36: Mischer
35a, 36a, 35B: Mischer
37: A/D-Wandler
38: digitale Signalprozessoren
32: Ausgangsabgriffe
39: Addierglied
47, 47a, 47b: Mikroprozessor
48, 49: Phasenschieber, Einstelleinrichtung
49a: Schalter
61: Anpassfilter
62: Empfangsverstärker
99, 99a: spannungsgesteuerter Oszillator
98: Phasenregelkreis

Claims

Transceiveranordnung für den Mobilfunk, umfassend: – einen ersten Empfangspfad mit einem ersten Anschluss (52b) und einem ersten Empfangsverstärker (62) zum Empfangen von Signalen gemäß einem ersten und einem zweiten Mobilfunkstandard; – einen zweiten Empfangspfad zum Empfangen von Signalen gemäß dem zweiten Mobilfunkstandard mit einem zweiten Anschluss (52a), mit einem zweiten Empfangsverstärker (33) und mit einer Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a); – einen Sendepfad mit einem Abgriff (52) zur Abgabe eines Sendesignals; – eine steuerbare Koppeleinrichtung (49, 49a), die einen Ausgang des ersten Empfangsverstärkers (62) mit einem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung (35; 36, 35a, 36a) im zweiten Signalpfad koppelt; – eine Steuerschaltung (47, 47a), ausgeführt zur Abgabe eines Steuersignals an die Koppeleinrichtung (49, 49a) für eine phasenrichtige Zusammenführung von vom ersten und zweiten Empfangsverstärker (62, 33) abgegebenen Signalen in Abhängigkeit eines Parameters, der von einem am ersten Anschluss (52b) und/oder zweiten Anschluss (52a) anliegenden Signal abgeleitet ist; und – eine Kompensationsschaltung (48), die eingangsseitig mit dem Abgriff (52) des Sendepfades und ausgangsseitig mit dem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) gekoppelt und zur Unterdrückung eines auf den ersten oder zweiten Empfangspfad übersprechenden Sendesignalanteils ausgebildet ist; wobei der erste Empfangsverstärker (62) mit einer kleineren Rauschzahl als der zweite Empfangsverstärker (33) ausgeführt ist.
Transceiveranordnung nach Anspruch 1, bei der die Kompensationsschaltung (48) ein Auskoppelelement (5) zur Auskopplung eines Anteils des vom Sendepfad abzugebenden Signals umfasst.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die steuerbare Koppeleinrichtung (49, 49a) ausgeführt ist, in einem ersten Schaltzustand den Ausgang des ersten Empfangsverstärkers (62) mit der Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) und in einem zweiten Schaltzustand die Ausgänge des ersten und zweiten Empfangsverstärkers (62, 33) mit der Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) zu koppeln
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Steuerschaltung (47, 47a) eine Einrichtung (47b) zum Erfassen einer Signalstärke oder einer Signalqualität eines von einem Signal am ersten Anschluss (52b) und/oder zweiten Anschluss (52a) abgeleiteten Signals zur Erzeugung des Parameters umfasst.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der erste Empfangspfad mit einer ersten Antenne (8a) und der zweite Empfangspfad mit einer zweiten Antenne (8) gekoppelt ist.
Transceiveranordnung nach Anspruch 5, bei welcher der zweite Anschluss (52a) des zweiten Empfangspfads über ein Koppelelement (7a) an die zweite Antenne (8) und der Abgriff (52) des Sendepfads über das Koppelelement (7a) an die zweite Antenne (8) angeschlossen ist.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, bei welcher zwischen dem ersten Anschluss (52b) und der ersten Antenne (8a) eine Filtereinrichtung (61) angeordnet ist.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welcher die Kopplung zwischen dem zweiten Anschluss (52a) und der zweiten Antenne (8) filterlos ausgeführt ist.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der erste und der zweite Empfangsverstärker (62, 33) ein unterschiedliches lineares Übertragungsverhalten aufweisen.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die Rauschzahl des ersten Empfangsverstärkers (62) kleiner ist als die Rauschzahl des zweiten Empfangsverstärkers (33).
Transceiveranordnung für den Mobilfunk, umfassend: – einen ersten Signalpfad, ausgeführt mit einem ersten Empfangsverstärker (62) zur Verstärkung eines empfangenen Signals gemäß einem ersten und einem zweiten Mobilfunkstandard mit einer Signalstärke; – einen zweiten Signalpfad, ausgeführt mit einem zweiten Empfangsverstärker (33) zur Verstärkung eines empfangenen Signals gemäß dem ersten Mobilfunkstandard; – einen dritten Signalpfad mit einem Abgriff (52), ausgeführt mit einem Verstärker (6) zur Verstärkung und Abgabe eines zu sendenden Signals gemäß dem ersten und dem zweiten Mobilfunkstandard; – eine Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) im zweiten Signalpfad; – eine Auswahlschaltung (47, 47a, 49, 49a), ausgeführt, abhängig von einem vom empfangenen Signal abgeleiteten Parameter den ersten Signalpfad, den zweiten Signalpfad oder beide Signalpfade mit einem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) zu koppeln, wobei der Parameter die Signalstärke oder die Signalqualität des empfangenen Signals repräsentiert; und – eine Kompensationseinrichtung (48), die eingangsseitig mit dem Abgriff (52) des dritten Signalpfads und ausgangsseitig mit dem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) gekoppelt ist, zur Kompensation eines vom dritten Signalpfad auf den ersten und/oder zweiten Signalpfad übersprechenden Signalanteils.
Transceiveranordnung nach Anspruch 11, bei der die Auswahlschaltung (47, 47a, 49, 49a) eine steuerbare Phaseneinstelleinrichtung (49) umfasst, die eingangsseitig an einen Ausgang des ersten Empfangsverstärkers (62) im ersten Signalpfad und ausgangsseitig mit dem Eingang der Frequenzumsetzeinrichtung (35, 36, 35a, 36a) verbunden ist zu einem phasenrichtigen Zusammenführen von Signalen des ersten und zweiten Signalpfads.
Transceiveranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, weiter umfassend: – eine erste Antenne (8a), gekoppelt mit dem ersten Signalpfad; – eine zweite Antenne (8), gekoppelt mit dem zweiten Signalpfad; und die Transceiveranordnung ausgeführt zu einem Empfang des Signals mit Hilfe einer durch die Auswahlschaltung (47, 47a, 49, 49a) eingestellten Antennendiversität.