DE102006016761A1

DE102006016761A1 - Sendevorrichtung und Verfahren zum Übertragen eines Datensignals

Info

Publication number: DE102006016761A1
Application number: DE102006016761A
Authority: DE
Inventors: Zdravko Boos
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-18
Also published as: US7702032B2; US20070237256A1

Abstract

Eine Sendevorrichtung zum Übertragen eines Datensignals weist einen Leistungsverstärker (105, 307) zum Verstärken eines modulierten Ausgangssignals auf. An einen Ausgang des Leistungsverstärkers (105, 307) ist ein Kopplungselement (108, 309) zum Aufnehmen eines aus dem verstärkten Ausgangssignal abgeleiteten Rückführsignals gekoppelt. An das Kopplungselement (108, 309) ist ein Demodulator (202, 311) zum Demodulieren des Rückführsignals gekoppelt. Der Demodulator (202, 311) ist zum Durchführen eines additiven Mischens ausgelegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung und Verfahren zum Übertragen eines Datensignals.
Eine Sendevorrichtung dient zur Übertragung von Information mittels eines Datensignals über einen physikalischen Übertragungskanal in einem Kommunikationssystem. Der physikalische Übertragungskanal kann beispielsweise ein Kabel oder, wie im Beispiels eines Mobilfunksystems, ein Funkkanal sein. Gerade im Funkkanal spielt eine Sendeleistung der Sendevorrichtung eine wichtige Rolle. Die Sendeleistung entspricht einem Signalpegel des ausgehenden Datensignals.
Der Signalpegel muss in vielen Mobilfunksystemen, wie beispielsweise dem Global System for Mobile Communication (GSM), dem Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), Bluetooth, Wireless Local Area Network (WLAN) etc., sehr genau steuerbar, ein- bzw. auszuschalten sein. Dazu sind beispielsweise im GSM-Standard, (3GPP TS 45.005) Vorschriften zum Verlauf der Ausgangsleistung über der Zeit und zu den erlaubten spektralen Aussendungen der Sendevorrichtung, die durch diese Schaltung verursacht werden, festgelegt.
Die Existenz unterschiedlicher Mobilfunkstandards, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern und verschiedenen Anforderungen an den Signalpegel Datensignal übertragen, erfordert eine Sendevorrichtung, die mit hoher Genauigkeit einer Einstellung des Signalpegels arbeiten kann.
Eine Möglichkeit zur Regelung der Ausgangsleistung ist das Sicherstellen einer möglichst genauen Linearität eines in der Sendevorrichtung vorgesehenen Leistungsverstärkers. Eine Möglichkeit bestehen im Vorsehen eines Rückkoppelpfads, der auch als closed Power loop bezeichnet wird.
Ein bekannter Rückkoppelpfad ist der sogenannten cartesian loop transmitter, der eine kartesische Demodulation durchführt. Damit werden die Inphasen- und Quadraturphasenanteile des ausgesendeten Datensignals rekonstruiert und ausgewertet, um eine Linearität des Ausgangssignals sicherzustellen.
Ebenfalls bekannt ist ein sogenannter polar loop transmitter, der eine getrennte Amplituden- und Phasenmodulation durchführt. Dabei wird für die Amplitudenmodulation eine Rückführschleife vorgesehen, die geeignet ist, eine Linearität des Ausgangssignals hinsichtlich der ausgesendeten Leistung sicherzustellen.
Beide Vorkehrungen sind jedoch nur für schmalbandige Übertragungssysteme geeignet. Mit Erhöhung der zu übertragenden Datenraten in Kommunikationssystemen werden jedoch immer häufiger breitbandige Übertragungssystem bereitgestellt. Gerade dort ist zudem aufgrund der Anwendung einer Amplitudenmodulation des Datensignals eine hohe Genauigkeit an die Regelung des Leistungspegels erwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Sendevorrichtung bereitzustellen, die es erlaubt, den Leistungspegel eines ausgehenden Datensignals in einem breitbandigen Kommunikationssystem mit hoher Genauigkeit zu regeln. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
Das Problem wird durch eine Sendevorrichtung bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 12 gelöst.
Die Sendevorrichtung zum Übertragen eines Datensignals weist einen Leistungsverstärker zum Verstärken eines Ausgangssignals auf. An einem Ausgang des Leistungsverstärkers ist ein Kopplungselement zum Aufnehmen eines Rückführsignals des Ausgangssignals gekoppelt. An das Kopplungselement ist ein Demodulator zum Demodulieren des Rückführsignals gekoppelt. Der Demodulator ist zum Durchführen eines additiven Mischens ausgelegt.
Es ist ein Aspekt der Erfindung, dass die Sendevorrichtung einen Rückkopplungspfad aufweist, der seinerseits einen Demodulator umfasst. Ein Ausgangssignal der Sendevorrichtung wird an dem Ausgang des Leistungsverstärkers durch das Kopplungselement in Form ein Rückführsignal abgegriffen. Durch Demodulation des Rückführsignals wird das Signal in einer Form bereitgestellt, aus dem ein Signalpegel des Ausgangssignals ermittelt werden kann. Damit kann der Signalpegel überprüft und gegebenenfalls reguliert werden.
Beim additiven Mischen wird das Rückführsignal, das einem hochfrequenten Signal entspricht, mit einem Hochfrequenzsignal eines lokalen Oszillators überlagert. Das überlagerte Signal wird anschließend einem Element mit nichtlinearer Kennlinie, wie beispielsweise einem Transistor oder einer Diode zugeführt. Aus dem ausgehenden Signal kann ein demoduliertes Signal rekonstruiert werden.
Im Gegensatz dazu wird bei einem multiplikativen Mischen das eingehende Rückführsignal mit dem Hochfrequenzsignal des lokalen Oszillators multipliziert. Dies geschieht üblicherweise in einem analogen Multiplikator bzw. einer Gilbert-Zelle.
Durch die Anwendung eines additiven Mischens in dem Demodulator wird eine aufwandsarme Demodulation durchgeführt, die es in einfacher Weise erlaubt, den Signalpegel des Ausgangssignals zu bestimmen. Im Gegensatz zu der Verwendung eines multiplikativen Mischens in dem Demodulator, beispielsweise in einem kartesischen Demodulator, kann vorteilhafterweise auf analoge Multiplikatoren verzichtet werden, die eine große Chipfläche einnehmen, und zudem einen komplexen Aufbau aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sendevorrichtung besteht darin, dass die Anforderungen an einen Oszillator für die Demodulation geringer ausfallen, als im Fall eines kartesischen Demodulators.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

– Aufnehmen eines an einem Signalausgang einer Sendevorrichtung anliegenden Signals durch ein Kopplungselement,
– Demodulieren des aufgenommenen Signals mittels additiven Mischens in ein demoduliertes Signal und
– Zuführen des demodulierten Signals in eine in der Sendevorrichtung angeordneten Auswerteeinheit.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
In einer Ausgestaltung weist der Demodulator einen ersten Addierer, dem das Rückführsignal und ein lokales Frequenzsignal zugeführt sind, zum Bereitstellen eines ersten Überlagerungssignals und ein erstes nichtlineares Übertragungselement auf, dem das erste Überlagerungssignal zugeführt ist. Damit ist der Demodulator in einer besonders aufwandsarmen Implementierung zum Durchführen eines additiven Mischens ausgelegt. Allein mit diesen Elementen ist der Demodulator bereits geeignet einen Signalpegel des Rückführsignals festzustellen.
In einer Weiterbildung der Sendevorrichtung weist der Demodulator einen Phasenschieber zum Verschieben des lokalen Frequenzsignals um einen ersten Phasenwert, einen zweiten Addierer zum Bereitstellen eines ersten Überlagerungssignals, dem das Rückführsignal und das um einen ersten Phasenwert verschobene lokales Frequenzsignal zugeführt ist, und ein zweites nichtlineares Übertragungselement auf, dem das zweite Überlagerungssignal zugeführt ist. Der Demodulator ist damit geeignet, wenigstens zwei Signale zu erzeugen, aus denen verschiedene Informationen ausgewertet werden können, beispielsweise eine Leistungskenngröße oder eine Information zur Linearität in einem Sendepfad der Sendevorrichtung.
In einer Ausgestaltung weist der Demodulator einen Oszillator zum Erzeugen des lokalen Frequenzsignals auf. Der Oszillator kann dabei das Frequenzsignal entsprechend einer Anforderung an den Demodulator erzeugen. Der Demodulator wendet das Prinzip des additiven Mischens an, so dass keine hohe Stabilität des lokalen Frequenzsignals beispielsweise in Hinblick auf ein Phasenrauschen (Jitter) wie im Fall eines multiplikativen Mischens erforderlich ist. Damit kann ein aufwandsarmer Oszillator, wie beispielsweise ein Ringoszillator, bereitgestellt werden, um das Frequenzsignal erzeugen.
In einer Ausgestaltung weist ein Modulator einen zweiten Oszillator auf, und der zweite Oszillator ist an den Demodulator zum Bereitstellen des lokalen Frequenzsignals ankoppelbar. Der Modulator ist beispielsweise im Sendepfad der Sendevorrichtung angeordnet. Der zweite Oszillator kann zum Erzeugen des modulierten Ausgangssignals verwendet werden. Da er an den Demodulator ankoppelbar ist, kann der zweite Oszillator ebenfalls zur Erzeugung des lokalen Frequenzsignals verwendet werden. Damit kann vorteilhafterweise der Oszillator im Demodulator ausgeschaltet werden, oder auf diesen kann komplett verzichtet werden, was insbesondere den Leistungsverbrauch der Sendevorrichtung absenkt. Diese Ausgestaltung ist damit insbesondere für mobile Sendevorrichtungen von Vorteil.
In einer Ausgestaltung weist der Demodulator eine an das erste nichtlineare Übertragungselement und/oder an das zweite nichtlineare Übertragungselement angekoppelte Auswerteeinheit auf. Diese Auswerteeinheit ist beispielsweise eingerichtet, eine Leistungskenngröße aus dem Rückführsignal oder ein Referenz-Basisbandsignal aus dem Rückführsignal zu ermitteln. Mit den ermittelten Werten kann die Linearität des Sendepfads sichergestellt werden, in dem beispielsweise Eingangsdaten an einem Modulator vorverzerrt werden, oder die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers eingestellt wird.
In einer Ausgestaltung weist die Sendevorrichtung einen kartesischen Modulator zum Erzeugen des modulierten Ausgangssignals auf. Dies ist vorteilhafterweise eine einfache Implementierung eines Modulators in einer Sendevorrichtung
In einer Ausgestaltung weist die Sendevorrichtung einen Polarmodulator zum Erzeugen des modulierten Ausgangssignals auf. Damit ist insbesondere eine Übertragung von Datensignalen in einem breitbandigen Kommunikationssystem möglich.
In einer Ausgestaltung ist das Kopplungselement derart eingerichtet, dass als Rückführsignal wahlweise das verstärkte Ausgangssignal oder ein an einem Ausgang der Sendevorrichtung reflektierte Anteil des Ausgangssignals bereitgestellt ist. Damit kann der Rückkopplungspfad wahlweise dazu eingesetzt werden, ein Regelung der Linearität im Sendepfad oder eine Überwachung der Impedanz am Ausgang der Sendevorrichtung durchzuführen. Die Überwachung der Ausgangsimpedanz ist vorteilhaft um eine Fehlfunktion des Leistungsverstärkers zu vermeiden. Eine Fehlfunktion kann beispielsweise durch eine Impedanzanpassung des Leistungsverstärkers an eine Impedanzänderung des Ausgangs des Sendevorrichtung vermeiden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung mit einem Kartesischen Rückkopplungspfad,
2 eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung mit einem Rückkopplungspfad gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels,
3 eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung mit einem Rückkopplungspfad gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
4 eine schematische Darstellung eines six-port-junction-Empfängers und
5 eine schematische Darstellung eines five-port-junction-Empfängers.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung mit einem Kartesischen Rückkopplungspfad. Die Sendvorrichtung hat einen ersten Eingang 101 und einen zweiten Eingang 102 über die das zu übertragene Datensignal in Form eines quadraturmodulierten Basisbandsignals zugeführt ist. Am ersten Eingang 101 wird dabei ein Inphasen-Signal (I) und am zweiten Eingang 102 ein Quadratur-Signal(Q)bereitgestellt. Diese Signale werden beispielsweise von einer nicht in der Zeichnung dargestellten basisbandverarbeitenden Einrichtung wie einem Mikroprozessor erzeugt.
Der erste Eingang 101 und der zweite Eingang 102 sind jeweils mit einem Koordinatentransformator 103 verbunden. In dem Koordinatentransformator werden die quadraturmodulierten Basisbandsignale von ihrer kartesischen Darstellung in Polarkoordinaten, d.h. in eine Amplitudeninformation und in eine Phaseninformation, transformiert. Der Koordinatentransformator 103 ist mit einem Phasenmodulator 104 verbunden. Dabei wird dem Phasenmodulator 104 vom Koordinatentransformator 103 die Phaseninformation zugeführt. Im Phasenmodulator 104 wird die Phaseninformation auf eine Trägerfrequenz aufgebracht. Ein derart durch den Phasentransformator 104 erzeugte modulierte Phasensignal wird einem Leistungsverstärker 105 zugeführt, mit dem der Phasenmodulator 104 ausgangsseitig verbunden ist.
Der Koordinatentransformator 103 ist mit dem Leistungsverstärker 105 verbunden. Von ihm wird dem Leistungsverstärker 105 die Amplitudeninformation zugeführt. Im Leistungsverstärker 105 wird in Abhängigkeit der Amplitudeninformation diese auf das modulierte Phasensignal moduliert, so dass ein moduliertes und verstärktes Ausgangssignal an einem Ausgang des Leistungsverstärkers 105 erzeugt wird. Der Ausgang des Leistungsverstärkers 105 ist über eine Ausgangsleitung 106 mit einer Antenne 107 verbunden. Über die Antenne 107 wird das Ausgangssignal in einen Funkkanal gesendet. Damit ist die Sendevorrichtung für eine Anwendung in einem drahtlosen Kommunikationssystem, wie beispielsweise einem Mobilfunksystem, ausgelegt.
Die Sendevorrichtung entspricht einem Polarmodulator, in dem die Modulation auf die Trägerfrequenz in Polarkoordinaten durchgeführt wird. Eine Amplitudenmodulation, wie sie beispielsweise bei eine 8PSK-Modulation stattfindet, wird im Leistungsverstärker 105 aufgebracht. Der Polarmodulator weist insbesondere den Vorteil aus, dass er bei breitbandigen Übertragungssystem wie beispielsweise GSM EDGE oder UMTS bzw. W-CDMA zur Anwendung kommen kann.
Die Ausgangsleitung 106 ist über ein Kopplungselement 108 an eine Rückführleitung 109 elektrisch gekoppelt. In dem Kopplungselement 108 wird dazu ein Teil der Rückführleitung 109 parallel zu der Ausgangsleitung 106 geführt, so dass in die Rückführleitung 109 einen parallelen Abschnitt aufweist. Das Ende des parallelen Abschnitts, das zur Antenne 107 hin ausgerichtet ist, ist dabei offen bzw. mit einem Abschlusswiderstand von beispielsweise 50 Ohm versehen. Das andere Ende des parallelen Abschnitts ist über die Rückführleitung mit einem Knoten 110 verbunden. Damit nimmt das Kopplungselement 108 ein Rückführsignal auf, das einer abgeschwächten Version des modulierten und verstärkten Ausgangssignals entspricht.
Der Knoten 110 ist jeweils an einen ersten Multiplizierer 111 und einen zweiten Multiplizierer 112 angeschlossen, denen das Rückführsignal zugeführt ist. Der erste Multiplizier 111 ist zudem eingangsseitig mit einem Ausgang eines lokalen Oszillators 113 verbunden. Der lokale Oszillator 113 ist zudem über einen 90°-Phasenschieber 114 mit dem zweiten Multiplizier 112 verbunden. Der erste Multiplizierer 111 und der zweite Multiplizierer 112 bilden zusammen einen kartesischen Demodulator mit Hilfe dessen aus dem Ausgangssignal ein Inphasen- und ein Quadratursignal rekonstruiert werden. Mit Hilfe der rekonstruierten Signale lässt sich die Ausgangsleistung des Ausgangssignals bestimmen. Ebenso kann eine Verzerrung zwischen dem rekonstruierten Inphasen- bzw. dem rekonstruierten Quadratursignal und dem ursprünglichen Inphasensignal (I) bzw. dem ursprünglichen Quadratursignal Q ermittelt werden. Diese Verzerrung ist eine Kenngröße für eine Nichtlinearität im Übertragungspfad des Polarmodulators. Zum Ausgleichen der Nichtlinearität können die am ersten Eingang 101 und am zweiten Eingang 102 anliegenden quadraturmodulierten Basisbandsignale vorverzerrt werden, so dass ein Ausgangssignal am Ausgang des Leistungsverstärkers in einer linearen Beziehung zu dem quadraturmodulierten Basisbandsignale an den Eingängen der Sendevorrichtung steht. Die Linearität des Sendepfades wird dabei von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise durch die Temperatur, Prozessungenauigkeiten bei der Herstellung eines die Sendevorrichtung aufweisenden, integrierten Halbleiterbauelements, das gewählte Frequenzband des Kommunikationssystems, den Signalpegel, Alterungseffekte, Änderungen in der Spannungsversorgung der Sendevorrichtung, Impedanzänderungen oder das sogenannte Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) usw.. Um alle diese Faktoren geeignet zu berücksichtigen, könne beispielsweise Tabellen mit entsprechenden Verzerrungswerten für unterschiedliche Bedingungen, sogenannte Look-up-tables (LUTs) zum Bereitstellen von Verzerrungskoeffizienten für die quadraturmodulierten Basisbandsignale vorgesehen sein.
Die in 1 gezeigte Sendevorrichtung entspricht einem Polarmodulator mit Kartesischen Rückkopplungspfad bzw. Cartesian Feedback Loop.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung mit einem Rückkopplungspfad gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die in 2 gezeigt Sendevorrichtung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten in dem Rückführpfad. Der Polarmodulator des Sendepfads zeigt die gleichen Elemente wie in 1. Die Elemente wirken ebenfalls wie in 1 zusammen. Daher sind in 2 die den in 1 entsprechende Elemente mit den gleichen Bezeichnungen und Bezugszeichen versehen.
Der Rückführpfad gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist wie folgt ausgestaltet. Die Ausgangsleitung 106 ist über ein Kopplungselement 108 an eine Rückführleitung 201 elektrisch gekoppelt. In dem Kopplungselement 108 wird dazu ein Teil der Rückführleitung 201 parallel zu der Ausgangsleitung 106 geführt, so dass in die Rückführleitung 201 einen parallelen Abschnitt aufweist. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Rückführleitung 109 ist die nunmehr gezeigte Rückführleitung 201 mit beiden Enden des parallelen Abschnitts mit einen ersten Schaltelement 203 in einem Demodulator 202 (gestrichelt dargestellt) verbunden. Das erste Schaltelement 203 ist ausgangsseitig mit einem Empfänger 204 verbunden. Entsprechend eines Schaltzustands des ersten Schaltelements 203 ist eines der beiden Enden des parallelen Abschnitts mit dem Empfänger 204 verbunden. Das jeweils freie Ende weist einen definierten Abschlusswiderstand von beispielsweise 50 Ohm auf. Derart kann in Abhängigkeit eines Schaltzustandes des ersten Schaltelements 203 dem Empfänger entweder das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 105 oder ein an der Antenne 107 reflektierter Anteil des Ausgangssignals zugeführt sein.
Der Empfänger 204 ist für ein additives Mischen ausgelegt. Dafür ist der Empfänger 204 beispielsweise als ein sogenannten six-port-junction-Empfänger oder als ein sogenannten five-port-junction-Empfänger ausgestaltet. Der Empfänger 204 weist einen Frequenzeingang 205 auf, über dem ihm ein lokales Frequenzsignal zugeführt ist. Das lokale Frequenzsignal dient zum Demodulieren eines Eingangssignals des Empfängers 204 von der Trägerfrequenz der Sendevorrichtung in das Basisband. Der Empfänger 204 hat einen Inphasenausgang 208 zum Bereitstellen eines Inphasenanteils eines rekonstruierten Basisbandsignals, einen Quadraturausgang 209 zum Bereitstellen eines Quadraturanteils eines rekonstruierten Basisbandsignals und einen Leistungskennzahlausgang 210 zum Bereitstellen eines Signalpegels des Rückführsignals.
Der Demodulator 202 weist einen lokalen Oszillator 206 auf, der über ein zweites Schaltelement 207 an den Frequenzeingang 205 ankoppelbar ist. Weiterhin ist der Phasenmodulator 104 über das zweite Schaltelement 207 an den Frequenzeingang 205 ankoppelbar. Entsprechend eines Schaltzustands des zweiten Schaltelements 207 wird am Frequenzeingang 205 das Frequenzsignal des lokalen Oszillators 206 oder das phasenmodulierte Frequenzsignal des Phasenmodulators 104 zum Demodulieren des Eingangssignals des Empfängers 204 bereitgestellt.
Der lokale Oszillator 206 kann beispielsweise als stromsparender Ringoszillator ausgebildet sein. Es ist aber ebenso denkbar, andere Vorrichtungen zum Erzeugen eines hochfrequenten Signals vorzusehen, wie beispielsweise einen spannungsgesteuerten Oszillator (voltage controlled oscillator oder VCO), oder eine Phasenregelschleife. Vorteilhafterweise weist der lokale Oszillator 206 keine Spule auf (coil-less). Damit wird eine Überlagerung seines Signals mit einem Signal eines Oszillators im Modulator oder anderen Oszillatoren in der Sendevorrichtung reduziert und die Existenz des lokalen Oszillators 206 führt nicht zu Störungen anderer Frequenzgeneratoren (crosstalk).
Der Empfänger 204 rekonstruiert aus seinem Eingangssignal und dem lokalen Frequenzsignal die Inphasen- und Quadraturphasenanteile des Ausgangssignals im Basisband. Diese können zum Vorverzerren von Eingangssignalen der Sendevorrichtung an dem ersten Eingang 101 und dem zweiten Eingang 102 genutzt werden. Zudem erzeugt der Empfänger 204 eine Information über den Signalpegel am Ausgang des Leistungsverstärkers 105. Um diese Größen zu ermitteln, ist das erste Schaltelement 203 in einen ersten Schaltzustand geschaltet, so dass dem Empfänger das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 105 zugeführt ist. In dem ersten Schaltzustand koppelt das erste Schaltelement 203 das dem Leistungsverstärker 105 näher liegende Ende des parallelen Abschnitts der Rückführleitung 201 an den Empfänger 204, während das der Antenne näher liegende Ende des parallelen Abschnitts der Rückführleitung 201 einen definierten Abschlusswiderstand von beispielsweise 50 Ohm aufweist.
In einem anderen Schaltzustand des ersten Schaltelements 203 ist das der Antenne näher liegende Ende des parallelen Abschnitts der Rückführleitung 201 an den Empfänger 204 gekoppelt, während das dem Leistungsverstärker 105 näher liegende Ende des parallelen Abschnitts der Rückführleitung 201 einen definierten Abschlusswiderstand von beispielsweise 50 Ohm aufweist. Damit wird dem Empfänger 204 ein von der Antenne 107 reflektierter Anteil des Ausgangssignals zugeführt. Dieser Anteil ändert sich mit der Impedanz der Antenne 107.
Eine Änderung der Impedanz der Antenne 107 entsteht beispielsweise durch eine Veränderung der Umgebung, in der sich die Antenne 107 befindet. Wird die Antenne beispielsweise von einem Nutzer berührt bzw. angefasst, so erhöht sich die Impedanz erheblich und der reflektierte Anteil steigt. Damit wird ebenfalls ein erhöhter Anteil des Signalpegels reflektiert. Ein hoher reflektierter Anteil des Signalpegels kann zu einer Zerstörung des Leistungsverstärkers führen und ist daher unerwünscht.
Der Empfänger 204 ermittelt aus dem reflektieren Signalanteil den reflektieren Signalpegel. Der reflektierte Signalpegel wird ausgewertet und für den Fall, dass er einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, kann die Verstärkungsleistung des Leistungsverstärkers 105 derart abgesenkt werden, dass der reflektierte Signalpegel gering genug ist, um eine Zerstörung des Leistungsverstärkers 105 zu vermeiden.
Die Überwachung des reflektierten Signalpegels erfolgt beispielsweise periodisch. Gemäß einem solchen Überwachungsverfahren wird das erste Schaltelement 203 zu bestimmten Zeitpunkten so geschaltet, dass dem Empfänger 204 der reflektierte Anteil des Ausgangssignals zugeführt ist. Zwischen den Zeitpunkten ist dem Empfänger 204 das Ausgangssignal zugeführt, um die Linearität bzw. den Signalpegel des Sendepfads zu überwachen und entsprechend regulieren zu können.
Das zweite Schaltelement 207 ermöglicht es, unterschiedliche lokale Frequenzsignale dem Empfänger 204 zuzuführen. In einem dritten Schaltzustand ist das zweite Schaltelement 207 derart geschaltet, dass der lokale Oszillator 206 mit dem Empfänger 204 verbunden ist. Dadurch ist dem Empfänger 204 das in dem lokalen Oszillator 206 erzeugte lokale Frequenzsignal zur Demodulation des Rückführsignals zugeführt.
In einem vierten Schaltzustand ist das zweite Schaltelement 207 derart geschaltet, dass der Phasenmodulator 104 mit dem Empfänger 204 verbunden ist. Dadurch ist dem Empfänger 204 das in dem Phasenmodulator 104 erzeugte lokale phasenmodulierte Frequenzsignal zur Demodulation des Rückführsignals zugeführt. Da dieses lokale Frequenzsignal phasenmoduliert ist, kann es zur Ermittelung eines Signalpegels jedoch nicht zur Rekonstruktion eines Referenzbasisbandsignals verwendet werden. Es ist aber denkbar, dass der Phasenmodulator 104 seinerseits einen Oszillator zum Erzeugen eines Frequenzsignals aufweist, und dass dieses Frequenzsignal, das nicht phasenmoduliert ist, dem Empfänger 204 zugeführt ist. In diesem Fall wäre eine Rekonstruktion eines Referenzbasisbandsignals möglich.
Das Zuführen des Frequenzsignals aus dem Phasenmodulator 104 ist mit dem Vorteil verbunden, dass der Betrieb des lokalen Oszillators 206 unterbrochen werden kann, um beispielsweise während des Betriebs der Sendevorrichtung Strom zu sparen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Sendevorrichtung mit einem Rückkopplungspfad gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die Sendvorrichtung hat einen dritten Eingang 301 und einen vierten Eingang 302 über die das zu übertragene Datensignal in Form eines quadraturmodulierten Basisbandsignals zugeführt ist. Am dritten Eingang 301 wird dabei ein Inphasen-Signal (I) und am vierten Eingang 302 ein Quadratur-Signal bereitgestellt. Diese Signale werden beispielsweise aus einer nicht in der Zeichnung dargestellten basisbandverarbeitenden Einrichtung wie einem Mikroprozessor erzeugt.
Der dritte Eingang 301 ist mit einem ersten Mischer 303 verbunden, und der vierte Eingang 302 ist mit einem zweiten Mischer 304 verbunden. Weiterhin weist die Sendevorrichtung einen lokalen Oszillator 305 auf. Der lokale Oszillator 305 ist ausgangsseitig mit dem dritten Mischer 303 und mit einem Phasenschieber 306 verbunden. Damit wird ein von dem lokalen Oszillator 305 erzeugtes lokales Frequenzsignal dem ersten Mischer 303 zugeführt. Dem zweiten Mischer 304 wird ein um eine Phase, bspw. um Pi/2 bzw. 90°, verschobenes lokales Frequenzsignal zugeführt. Der erste Mischer 303 und der zweite Mischer 304 sind mit einem Eingang eines Leistungsverstärkers 307 verbunden. Ein Ausgang des Leistungsverstärkers 307 ist über eine Ausgangsleitung 308 mit einem Sendeausgang 309 verbunden.
Der Sendeausgang 309 ist mit einem in der 3 nicht dargestellten Transmissionsmedium verbindbar. Das Transmissionsmedium kann eine Antenne oder eine Übertragungsleitung, wie beispielsweise ein Kupferdraht, sein. Es sind ebenso andere Transmissionsmedien denkbar, die beispielsweise für eine optische Übertragung mittels eines optischen Wellenleiters ausgestaltet sind.
Die in dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigte Sendevorrichtung weist damit einen Sendepfad auf, der sich eines kartesischen Modulators, d.h. eines multiplikatives Mischens bedient. Damit wird insbesondere eine lineare Übertragungskette weitgehend sichergestellt.
Die Ausgangsleitung 308 ist über ein Kopplungselement 309 an eine Rückführleitung 310 elektrisch gekoppelt. In dem Kopplungselement 309 wird analog zu 2 ein Teil der Rückführleitung 310 parallel zu der Ausgangsleitung 308 geführt, so dass in die Rückführleitung 310 einen parallelen Abschnitt aufweist. Somit ist die Rückführleitung 310 mit beiden Enden des parallelen Abschnitts mit einen Schaltelement in einem Demodulator 311 verbunden. Der Demodulator 311 kann beispielsweise so wie der in 2 dargestellte Demodulator aufgebaut sein. Er ist insbesondere geeignet, ein additives Mischen durchzuführen.
Der lokale Oszillator 305 ist ebenfalls mit dem Demodulator 311 verbunden. Damit kann in dem Demodulator 311 auf einen eigenen Oszillator zum Erzeugen eines zweiten Frequenzsignals zum Demodulieren des Rückführsignals verzichtet werden. Dies ist vorteilhafterweise deshalb möglich, weil das von dem lokalen Oszillator 305 erzeugte lokale Frequenzsignal nicht phasenmoduliert ist.
Der Demodulator 311 bestimmt aus dem demodulierten Rückführsignal wenigstens einen Signalpegel. Je nachdem, wie die Rückführleitung an den Demodulator 311 angeschlossen ist, wird wie in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Signalpegel eines Ausgangssignal der Sendevorrichtung oder eines am Sendeausgang vorhandene zurücklaufenden Reflexionssignal bestimmt.
Der Demodulator 211 kann ebenfalls wie in 2 ausgestaltet sein, ein Referenzbasisbandsignal, beispielsweise als Referenz-Inphasensignal und als Referenz-Quadraturphasensignal bereitzustellen. Jedoch ist diese Vorkehrung nur notwendig, wenn hohe Anforderungen an die Linearität des Signalpfads gestellt sind.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines six-port-junction-Empfängers. Der six-port-junction-Empfänger hat einen ersten Signaleingang 401, der parallel mit einem ersten Addierer 402, einem zweiten Addierer 403, einem dritten Addierer 404 und einem vierten Addierer 405 verbunden ist. Der six-port-junction-Empfänger hat weiterhin einen zweiten Signaleingang 406 der mit dem ersten Addierer 402 und einem ersten Phasenschieber 407 verbunden ist. Der erste Phasenschieber 407 ist ausgangsseitig mit dem zweiten Addierer 404 und einem zweiten Phasenschieber 408 verbunden. Der zweite Phasenschieber 408 ist ausgangsseitig mit dem dritten Addierer 404 und einem dritten Phasenschieber 409 verbunden. Der dritte Phasenschieber 409 ist ausgangsseitig mit dem vierten Addierer 405 verbunden.
Der erste Addierer 402 ist ausgangsseitig über ein erstes nichtlineares Übertragungselement 410, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein erstes Tiefpass-Filter 411 mit einer Auswerteeinheit 412 verbunden. Der zweite Addierer 403 ist ausgangsseitig über ein zweites nichtlineares Übertragungselement 413, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein zweites Tiefpass-Filter 414 mit der Auswerteeinheit 412 verbunden. Der dritte Addierer 404 ist ausgangsseitig über ein drittes nichtlineares Übertragungselement 415, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein drittes Tiefpass-Filter 416 mit der Auswerteeinheit 412 verbunden. Der vierte Addierer 405 ist ausgangsseitig über ein viertes nichtlineares Übertragungselement 417, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein viertes Tiefpass-Filter 418 mit der Auswerteeinheit 412 verbunden. Die Auswerteeinheit 412 hat einen Inphasenausgang 419, einen Quadraturphasenausgang 420 und einen Signalpegelausgang 421.
Der Six-port-junction-Empfänger kann als Empfänger 204 in dem in 2 oder in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispielen angeordnet sein. Dabei ist dem ersten Signaleingang 401 das Rückführsignal, im Folgenden als r(t) bezeichnet, zugeführt. Dem zweiten Signaleingang 406 ist das lokale Frequenzsignal, im Folgenden als f(t) bezeichnet, zugeführt. Das Rückführsignal r(t) und das lokale Frequenzsignal f(t) in vier Signalpfade – jeweils aus einem Addierer, werden einem nichtlinearen Übertragungselement und einem Tiefpassfilter bestehend – addiert, die Summe quadriert und gefiltert. Die vier Signalpfade unterscheiden sich durch die Phase des lokalen Frequenzsignals f(t). Der Phasenunterschied ist hilfreich, um anschließend in der Auswerteeinheit 511 ein Referenzbasisbandsignal bzw. einen Signalpegel aus dem Rückführsignal zu rekonstruieren.
Die Funktionsweise des six-port-junction-Empfängers, insbesondere die Rekonstruktion des Referenzbasisbandsignals, ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise in dem Dokument [2] beschrieben.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines five-port-junction-Empfängers. Der five-port-junction-Empfänger hat einen dritten Signaleingang 501, der parallel mit einem fünften Addierer 502, einem sechsten Addierer 503 und einem siebten Addierer 504 verbunden ist. Der five-port-junction-Empfänger hat weiterhin einen vierten Signaleingang 505 der mit einem vierten Phasenschieber 506 verbunden ist. Der vierte Phasenschieber 506 ist ausgangsseitig mit dem fünften Addierer 502 verbunden. Der vierte Signaleingang 505 ist weiterhin mit einem fünften Phasenschieber 507 und einem sechsten Phasenschieber 508 verbunden. Der fünften Phasenschieber 507 ist ausgangsseitig mit dem sechsten Addierer 503 verbunden. Der sechste Phasenschieber 508 ist ausgangsseitig mit dem siebten Addierer 504 verbunden.
Der fünfte Addierer 502 ist ausgangsseitig über ein fünftes nichtlineares Übertragungselement 509, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein fünftes Tiefpass-Filter 510 mit einer Auswerteeinheit 511 verbunden. Der sechste Addierer 503 ist ausgangsseitig über ein sechstes nichtlineares Übertragungselement 512, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein sechstes Tiefpass-Filter 513 mit der Auswerteeinheit 511 verbunden. Der siebte Addierer 504 ist ausgangsseitig über ein siebtes nichtlineares Übertragungselement 514, beispielsweise eine Diode mit einer quadratischen Übertragungskennlinie, und über ein siebtes Tiefpass-Filter 515 mit der Auswerteeinheit 511 verbunden. Die Auswerteeinheit 511 hat einen Inphasenausgang 516, einen Quadraturausgang 517 und einen Signalpegelausgang 518.
Der five-port-junction-Empfänger kann als Empfänger 204 in dem in 2 oder in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispielen angeordnet sein. Dabei ist dem dritten Signaleingang 501 das Rückführsignal, im Folgenden als r(t) bezeichnet, zugeführt. Dem vierten Signaleingang 505 ist das lokale Frequenzsignal, im Folgenden als f(t) bezeichnet, zugeführt. Das Rückführsignal r(t) und das lokale Frequenzsignal f(t) in drei Signalpfade – jeweils aus einem Addierer, werden einem nichtlinearen Übertragungselement und einem Tiefpassfilter bestehend – addiert, die Summe quadriert und gefiltert. Die drei Signalpfade unterscheiden sich durch die Phase des lokalen Frequenzsignals f(t). Der Phasenunterschied ist hilfreich, um anschließend in der Auswerteeinheit 511 ein Referenzbasisbandsignal bzw. einen Signalpegel aus dem Rückführsignal zu rekonstruieren.
Die Funktionsweise des five-port-junction-Empfängers, insbesondere die Rekonstruktion des Referenzbasisbandsignals, ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise in dem Dokument [2] beschrieben.
In diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert:

[1] US 5 420 536 ,
[2] Tim Hentschel, „The Six-Port as a Communication Receiver", IEEE Trans. On Microwave Theory and Tech., Vol. 53, No. 3, März 2005.

Claims

Sendevorrichtung zum Übertragen eines Datensignals mit – einem Leistungsverstärker (105, 307) zum Verstärken eines Ausgangssignals, – einem an einen Ausgang des Leistungsverstärkers (105, 307) gekoppelten Kopplungselement (108, 309) zum Aufnehmen eines Rückführsignals und – einem an das Kopplungselement (108, 309) gekoppelten Demodulator (202, 311) zum Demodulieren des Rückführsignals, wobei der Demodulator (202, 311) zum Durchführen eines additiven Mischens ausgelegt ist.
Sendevorrichtung gemäß Patentanspruch 1, wobei der Demodulator aufweist: – einen ersten Addierer (402, 403, 404, 502, 503, 504), dem das Rückführsignal und ein lokales Frequenzsignal zugeführt ist, zum Bereitstellen eines ersten Überlagerungssignals und – ein erstes nichtlineares Übertragungselement (410, 413, 415, 417, 509, 512, 514), dem das erste Überlagerungssignal zugeführt ist.
Sendevorrichtung gemäß Patentanspruch 2, wobei der Demodulator aufweist: – einen Phasenschieber (407, 408, 409, 506, 507, 508) zum Verschieben des lokalen Frequenzsignals um einen ersten Phasenwert; – einen zweiten Addierer (402, 403, 404, 502, 503, 504), dem das Rückführsignal und das um einen ersten Phasenwert verschobene lokales Frequenzsignal zugeführt ist, zum Bereitstellen eines zweiten Überlagerungssignals und – ein zweites nichtlineares Übertragungselement (410, 413, 415, 417, 509, 512, 514), dem das zweite Überlagerungssignal zugeführt ist.
Sendevorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei der Demodulator (202, 311) einen Oszillator (206) zum Erzeugen des lokalen Frequenzsignals aufweist.
Sendevorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei ein Modulator einen zweiten Oszillator (104, 305) aufweist, und der zweite Oszillator (104, 305) an den Demodulator (202, 311) zum Bereitstellen des lokalen Frequenzsignals ankoppelbar ist.
Sendevorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei der Demodulator (202, 311) eine an das erste nichtlineare Übertragungselement (410, 413, 415, 417, 509, 512, 514) und/oder an das zweite nichtlineare Übertragungselement (410, 413, 415, 417, 509, 512, 514) angekoppelte Auswerteeinheit (412, 511) aufweist.
Sendevorrichtung gemäß Patentanspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (412, 511) zum Erzeugen einer Leistungskenngröße aus dem Rückführsignal eingerichtet ist.
Sendevorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 6 oder 7, wobei die Auswerteeinheit (412, 511) zum Erzeugen einer Referenz-Basisbandsignals aus dem Rückführsignal eingerichtet ist.
Sendevorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche mit einem kartesischer Modulator zum Erzeugen des modulierten Ausgangssignals.
Sendevorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9 mit einem Polarmodulator zum Erzeugen des modulierten Ausgangssignals.
Sendevorrichtung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei das Kopplungselement (108, 309) derart eingerichtet ist, dass als Rückführsignal wahlweise das verstärkte Ausgangssignal oder ein an einem Ausgang (107, 309) der Sendevorrichtung reflektierte Anteil des Ausgangssignals bereitgestellt ist.
Verfahren zum Übertragen eines Datensignals mit den folgenden Schritten: – Aufnehmen eines an einem Signalausgang einer Sendevorrichtung anliegenden Signals durch ein Kopplungselement (108, 309), – Demodulieren des aufgenommenen Signals mittels additiven Mischens in ein demoduliertes Signal und – Zuführen des demodulierten Signals in eine in der Sendevorrichtung angeordneten Auswerteeinheit (412, 511).
Verfahren gemäß Patentanspruch 12, wobei das aufgenommene Signal mit einem lokalen Frequenzsignal zu einem Zwischensignal überlagert wird, das Zwischensignal über ein Übertragungselement mit einer nichtlinearen Übertragungscharakteristik der Auswerteeinheit (412, 511) zugeführt wird.
Verfahren gemäß Patentanspruch 13, wobei in der Auswerteeinheit (412, 511) aus einem Ausgangssignal des Übertragungselements eine Leistungskenngröße ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 13 oder 14, wobei aus dem Ausgangssignal des Übertragungselements ein Referenzbasisbandsignal ermittelt wird.