DE102008028750A1

DE102008028750A1 - Polarmodulatoranordnung und Polarmodulationsverfahren

Info

Publication number: DE102008028750A1
Application number: DE102008028750A
Authority: DE
Inventors: Zdravko Boos; Benjamin Lindner; Thomas Mayer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: US20080317169A1; DE102008028750B4; US7545232B2

Abstract

Eine Polarmodulatoranordnung weist einen ersten und einen zweiten Knoten zum Empfangen eines Digitalsignals mit einer ersten und einer zweiten Komponente auf, die einer Digitalamplitudenkomponente und einer Digitalphasenkomponente entsprechen. Ein Digitalinterpolationsfilter erzeugt eine interpolierte erste Komponente durch Interpolieren und Filtern der ersten Komponente. Ein polar moduliertes Hochfrequenzsignal wird durch ein Kombinationselement als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der zweiten Komponente erzeugt.

Description

Die Anforderungen für die Signalqualität von Modulatoren, beispielsweise in Sendevorrichtungen steigen, da der Bedarf an hohen Datenraten und zunehmender Mobilität steigt. In modernen Mobilfunkstandards, wie z. B. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), GSM (Global System for Mobile Communication), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), Bluetooth Medium Data Rate oder WLAN (Wireless Local Area Network) gemäß 802.11a/b/g, sind für die Datenübertragung spezielle Modulationstypen erforderlich, die sowohl die Phase als auch die Amplitude eines Trägersignals gleichzeitig modulieren.
Eine gleichzeitige Amplituden- und Phasenmodulation macht es möglich, höhere Datenübertragungsraten und somit bessere Bandbreiteneffizienz zu erreichen. Die oben erwähnten Mobilfunkstandards fassen z. B. die Verwendung von Quadraturphasenumtastung (QPSK; QPSK = quadrature Phase shift keying), 8-Phase-Umtastung (8-PSK) oder Quadraturamplitudenmodulation (QAM) als Modulationstypen für Datenübertragung in Betracht.
Abhängig von der gewählten Anwendung für die einzelnen Mobilfunkstandards werden diese hochwertigen Modulationstypen nicht nur für eine Datenübertragung von einer Basisstation zu einem Mobilkommunikationsgerät verwendet, sondern auch von dem Mobilkommunikationsgerät zu der Basisstation.
Die Modulationstypen, die für moderne Mobilfunkstandards verwendet werden, sind besonders empfindlich gegenüber möglichen Störungen oder Verzerrungen, die durch verschiedene Komponenten in einem Übertragungsweg erzeugt werden. Außerdem spezifizieren die sehr viel komplexeren Multibandoperations- und -modulationsformate in komplexen drahtlosen Kommunikationssystemen äußerst strikte und schwierige Anforderungen für Außerbandemissionen und störende Emissionen. In UMTS-Systemen kann es beispielsweise notwendig sein, ein Hochfrequenzfilter, wie z. B. eine Oberflächenwellen-(SAW-)Filtervorrichtung vor oder nach dem letzten Leistungsverstärker in einem Übertragungsweg vorzusehen, um gegebene Anforderungen zu erfüllen. Solche Hochfrequenzfilter verwenden eine bestimmte Menge an Fläche auf einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB; PCB = printed circuit board) und erhöhen dadurch die Kosten eines Sende/Empfangsgeräts.
Eine Modulation kann unter Verwendung einer Vektormodulation durchgeführt werden, in der Daten, die zu übertragen sind, mit einer In-Phase-Komponente und einer Quadraturkomponente versehen sind, die ein komplexes Signal bilden. In anderen Systemen kann auch ein Polarmodulator verwendet werden, in dem die Daten als Polarkoordinaten mit einer Amplitudenkomponente und einer Phasenkomponente codiert werden. Die Amplitudenkomponente ist normalerweise digital-analog umgewandelt und wird für eine Amplitudenmodulation eines Trägersignals verwendet, das die Phaseninformationen der Phasenkomponente umfasst. Eine Bandbreite von Amplituden- und Phasenkomponenten ist normalerweise ausgedehnt im Vergleich zu der Bandbreite von In-Phase- und Quadratur-Komponenten einer Vektormodulation.
Mit der Verwendung eines Polarmodulators oder eines Polarsenders können kann ein Teil des Hochfrequenzfilteraufwands reduziert wird. Trotzdem kann es einen Bedarf geben, ein Hochfrequenzfilter auch für herkömmliche Polarmodulatoren zu implementieren, um die Außerband- und Störemissionsanforderungen zu erfüllen, die durch hochentwickelte Mobilfunkstandards spezifiziert werden.
Beispielsweise kann durch die digitale Verarbeitung der Daten, die zu übertragen sind, der Amplitudenkomponente und der Phasenkomponente, ein Wiederholungsspektrum in die digitalen Signale eingeführt werden. Das Wiederholungsspektrum wird normalerweise unter Verwendung analoger Rekonstruktionsfilter gefiltert, um die gegebenen Anforderungen zu erfüllen. Eine Frequenz des Wiederholungsspektrums hängt von der Taktfrequenz ab, die bei der digitalen Verarbeitung verwendet wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Polarmodulatoranordnung und ein Polarmodulationsverfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch Polarmodulatoranordnungen gemäß Anspruch 1 und 15 sowie ein Polarmodulationsverfahren gemäß Anspruch 25 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Polarmodulatoranordnung,
2 ein zweites beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Polarmodulatoranordnung;
3 ein Ausführungsbeispiel einer Phasenregelschleife;
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Digitalinterpolationsfilters;
5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Digitalinterpolationsfilters;
6 ein beispielhaftes Frequenzdiagramm eines Digitalinterpolationsfilters;
7 ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Tiefpassfilterelements;
8 ein erstes beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Kombinationselements;
9 ein zweites beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Kombinationselements; und
10 ein Flussdiagramm, das ein Polarmodulationsverfahren darstellt.
In der folgenden Beschreibung werden weitere Aspekte und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zusammengefasst. Außerdem wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen darstellend ein oder mehrere Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen stellen eine Zusammenfassung dar, um ein besseres Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Erfindung zu liefern. Diese Zusammenfassung ist keine umfassende Übersicht der Erfindung und soll auch nicht die Merkmale oder Schlüsselelemente der Erfindung auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel beschränken. Stattdessen können die unterschiedliche Elemente, Aspekte und Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen offenbart sind, durch einen Fachmann auf diesem Gebiet auf unterschiedliche Weise kombiniert werden, um einen oder mehrere Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Es ist klar, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Elemente der Zeichnung sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
1 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel einer Polarmodulatoranordnung. Dieselbe umfasst eine Basisbandmodulationseinheit BM, die an ihrer Eingangsseite mit einem Dateneingang DIN gekoppelt ist. Eine Umwandlungseinheit CU ist mit der Basisbandmodulationseinheit BM gekoppelt und umfasst einen ersten und einen zweiten Knoten N1, N2. Ein Kombinationselement CE umfasst einen ersten Kombinationseingang CI1, der über ein Digitalinterpolationsfilter IPF1 mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt ist. Das Kombinationselement CE umfasst ferner einen zweiten Kombinationseingang CI2, der mit dem zweiten Knoten N2 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Kombinationselements CE bildet einen Modulatorausgang MO.
Daten, die in einem Übertragungsweg zu übertragen sind bzw. zu modulieren sind, werden an dem Dateneingang DIN empfangen. Die Basisbandmodulationseinheit BM führt eine Modulation der Eingangsdaten durch und erzeugt ein Digitalsignal, das eine In-Phase-Komponente und eine Quadraturkomponente umfasst, das an die Umwandlungseinheit CU geliefert wird. In der Umwandlungseinheit CU wird ein weiteres Digitalsignal, das Phasenkomponenten umfasst, d. h. eine Amplitudenkomponente und eine Phasenkomponente, von der In-Phase-Komponente und der Quadraturkomponente erzeugt. Die Umwandlungseinheit CU kann beispielsweise einen Koordinatendrehung-Digitalcomputer (CORDIC; CORDIC = Coordinate Rotation Digital Computer) umfassen, um die Umwandlung von den Vektorkomponenten zu den Polarkomponenten durchzuführen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Umwandlungseinheit CU die Basisbandmodulationseinheit BM umfassen, so dass die Umwandlungseinheit CU die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente als eine Funktion der zu modulierenden Eingangsdaten ableitet, die an dem Dateneingang DIN bereitgestellt werden.
Die Umwandlungseinheit CU liefert die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente als eine erste Komponente an dem ersten Knoten N1 und eine zweite Komponente an dem zweiten Knoten N2. Die erste Komponente kann die Amplitudenkomponente sein, so dass die zweite Komponente die Phasenkomponente ist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die erste Komponente die Phasenkomponente und die zweite Komponente die Amplitudenkomponente.
Eine Verarbeitung der Amplitudenkomponente und der Phasenkomponente, beispielsweise innerhalb der Umwandlungseinheit CU, wird entsprechend einer ersten Datenrate durchgeführt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Digitalsignalverarbeitung bei einer Taktfrequenz von 26 MHz durchgeführt, die durch einen Standardkristalloszillator geliefert wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch andere Taktfrequenzen verwendet werden, wie z. B. Mehrfache von 26 MHz, wie z. B. 104 MHz.
Anders ausgedrückt, die erste und die zweite Komponente werden an dem ersten und dem zweiten Knoten N1, N2 mit der ersten Datenrate bereitgestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die erste Komponente an das Digitalinterpolationsfilter IPF1 geliefert, das ein Interpolieren und Filtern der ersten Komponente durchführt. Das Filtern kann ein Sperrfiltern umfassen, wobei die Sperrfrequenz des Sperrfilterns von der Taktfrequenz der Digitalsignalverarbeitung in der Umwandlungseinheit CU bzw. von der ersten Datenrate abhängt. Durch das Interpolieren, das in dem Digitalinterpolationsfilter IPF1 durchgeführt wird, wird die erste Komponente zusätzlich interpoliert, d. h. zu einer höheren zweiten Datenrate transformiert. Folglich ist eine Datenrate einer interpolierten ersten Komponente, die an dem Ausgang des Digitalinterpolationsfilters IPF1 geliefert wird, höher als eine Datenrate der ersten Komponente an dem Eingang des Digitalinterpolationsfilters IPF1.
Durch das Sperrfiltern und die Interpolation der ersten Komponente kann ein Wiederholungsspektrum innerhalb der ersten Komponente, d. h. Frequenzabschnitte bei Frequenzen, die Mehrfache einer Verarbeitungsfrequenz sind, gedämpft oder entfernt werden. Daher kann eine Signalqualität der ersten Komponente, die sowohl eine Amplitudenkomponente als auch eine Phasenkomponente sein kann, verbessert werden.
Die interpolierte digitale erste Komponente und die digitale zweite Komponente werden an das Kombinationselement CE geliefert, das konfiguriert ist, um ein polar moduliertes Hochfrequenzsignal als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der zweiten Komponente zu erzeugen. Das polar modulierte Hochfrequenzsignal wird an dem Modulationsausgang MO bereitgestellt.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Polarmodulatoranordnung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Tiefpassfilterelement LP mit dem ersten und dem zweiten Knoten N1, N2 gekoppelt. Ein erstes Digitalinterpolationsfilter IPF1 ist mit einem ersten Ausgang LP12 des Tiefpassfilterelements gekoppelt, das bei diesem Ausführungsbeispiel eine Digitalamplitudenkomponente bereitstellt. Ein Phase/Frequenz-Wandler PF ist mit einem zweiten Ausgang LP22 des Tiefpassfilterelements LP gekoppelt, um die Digitalphasenkomponente zu empfangen und eine Phase/Frequenz-Umwandlung der Phasenkomponente durchzuführen. Der Phase/Frequenz-Wandler PF umfasst beispielsweise ein Zeitableitungselement, mathematisch ausgedrückt durch d/dt. Ein zweites Digitalinterpolationsfilter IPF2 ist mit einem Ausgang des Phase/Frequenz-Wandlers PF gekoppelt.
Das erste und das zweite Digitalinterpolationsfilter IPF1, IPF2 führen jeweils ein Filtern und eine Interpolation der jeweiligen digitalen Komponenten an ihren Eingängen durch, wie es für das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Folglich stellt das erste Digitalinterpolationsfilter IPF1 eine interpolierte erste Komponente bereit, die der Digitalamplitudenkomponente entspricht, und das zweite Digitalinter polationsfilter IPF2 stellt eine interpolierte zweite Komponente bereit, die einer Digitalphasenkomponente entspricht.
Die in 2 gezeigte Polarmodulatoranordnung umfasst ferner einen Sigma-Delta-Modulator ΣΔ, der den Ausgang des ersten Digitalinterpolationsfilters IPF1 mit dem ersten Kombinationseingang CI1 des Kombinationselements CE koppelt. Das Kombinationselement CE umfasst eine digitale Phasenregelschleife D-PLL, die an ihrer Eingangsseite mit dem zweiten Kombinationseingang C12 bzw. mit dem Ausgang des zweiten Digitalinterpolationsfilters IPF2 gekoppelt ist. Das Kombinationselement CE umfasst ferner ein Modulationselement MOD, das mit dem ersten Kombinationseingang CI1 und mit einem Ausgang der digitalen Phasenregelschleife D-PLL gekoppelt ist.
Die digitale Phasenregelschleife D-PLL erzeugt ein phase- oder frequenzmoduliertes Hochfrequenzsignal, abhängig von der interpolierten digitalen Phasenkomponente. Das Phasen- oder frequenzmodulierte Hochfrequenzsignal kann als moduliertes Trägersignal angesehen werden. Die Phasenregelschleife D-PLL kann Elemente enthalten, die in der Technik gut bekannt sind, wie z. B. einen Referenztakteingang, einen Zeit/Digital-Wandler, ein Schleifenfilter und einen digital oder spannungsgesteuerten Oszillator.
Das zweite Digitalinterpolationsfilter IPF2 kann bei verschiedenen Ausführungsbeispielen mit der digitalen Phasenregelschleife D-PLL kombiniert oder in derselben enthalten sein.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die digitale Phasenregelschleife D-PLL auch ersetzt werden durch eine analoge Phasenregelschleife mit jeweiliger Einrichtung zum Verarbeiten der interpolierten Digitalphasenkomponente.
Die digitale Phasenregelschleife kann einen oder mehrere Sigma-Delta-Modulatoren umfassen zum Liefern der interpolierten Digitalphasenkomponente als Modulationsdaten an den einen oder die mehreren Modulationseingänge der digitalen Phasenregelschleife.
Die Modulationseinheit MOD führt eine Modulation der Sigma-Delta-modulierten und interpolierten Amplitudenkomponente durch, wobei das modulierte Hochfrequenzsignal durch die Phasenregelschleife D-PLL bereitgestellt wird, um das polar modulierte Hochfrequenzsignal an dem Modulatorausgang MO zu erzeugen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Tiefpassfilterelement LP auch nach dem ersten und dem zweiten Interpolationsfilter IPF1, IPF2 angeordnet sein, und somit die interpolierte Amplitude- und Phasenkomponente filtern.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer digitalen Phasenregelschleife, die in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 verwendet werden kann. Dieselbe umfasst einen digital gesteuerten Oszillator (DCO) 301 zum Bereitstellen des phase- oder frequenzmodulierten Hochfrequenzsignals an einem Signalausgang PMOUT. Ein Multimodul-Frequenzteiler (MMD) 302 ist an seiner Eingangsseite mit dem Signalausgang PMOUT gekoppelt. Der Frequenzteiler 302 umfasst einen Steuereingang, der mit einem Sigma-Delta-Modulator ΣΔ2 gekoppelt ist, der ein Rauschformen der Modulationsdaten an dem Kombinationseingang CI2 durchführt, wobei die Modulationsdaten durch die Phasenkomponente gebildet werden. Ein Ausgang des Frequenzteilers 302 ist mit einem ersten Eingang eines Phasendetektors (PD) 303 gekoppelt, der einen Zeit/Digital-Wandler umfassen kann. Ein zweiter Eingang des Phasendetektors 303 ist mit einem Referenztakteingang FREF gekoppelt. Ein Ausgang des Phasendetektors 303 ist mit einem Schleifenfilter 304 gekoppelt.
Ein Summierungselement 305 ist mit einem Ausgang des Schleifenfilters 304 und mit dem Kombinationseingang CI2 gekoppelt, als ein zweiter Modulationseingang der Phasenregelschleife zum Empfangen der Phasenkomponente. Ein Ausgang des Summierungselements 305 ist mit dem zweiten Interpolationsfilter IPF2 gekoppelt, das an seiner Ausgangsseite mit einem weiteren Sigma-Delta-Rauschformer ΣΔ1 gekoppelt ist. Der Eingang des digital gesteuerten Oszillators 301 ist mit einem Ausgang des Sigma-Delta-Modulators ΣΔ1 gekoppelt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel führt die Phasenregelschleife zum Erzeugen des modulierten Trägersignals eine Zweipunktmodulation der Phasenkomponente durch. Zu diesem Zweck bildet der Steuereingang des Frequenzteilers 302 einen ersten Modulationspunkt und das Summierungselement 305 bildet einen zweiten Modulationspunkt. Das Steuersignal für den digital gesteuerten Oszillator 301, der die Modulationsinformation umfasst, und von der Phasenkomponente abhängt, wird in dem zweiten Interpolationsfilter IPF2 interpoliert und gefiltert. Daher wird ein Wiederholungsspektrum in dem Steuersignal gedämpft oder entfernt, bevor das Trägersignal tatsächlich in dem digital gesteuerten Oszillator 301 erzeugt wird.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann auch eine Einpunktmodulation durchgeführt werden, beispielsweise durch Auslassen des Summierungselements 305 bzw. des zweiten Modulationspunkts. Außerdem ist die Verwendung eines Sigma-Delta-Rauschformers ΣΔ1 und ΣΔ2 nicht obligatorisch.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Digitalinterpolationsfilters, das für das erste und das zweite Digitalinterpolationsfilter IPF1, IPF2 verwendet werden kann, die in den Ausführungsbeispielen von 1, 2 und 3 gezeigt sind. Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst ein Kammfilter, insbesondere ein in Kaskade geschaltetes Integratorkammfilter oder CIC-Filter. Die Filteranordnung umfasst einen Eingang mit niedriger Datenrate LD1, ein erstes Kammelement BC1, das mit dem Eingang LDI gekoppelt ist, einen Interpolator oder Ratenwechsler RC, ein erstes Integratorelement BI1, das mit dem Ausgang des Ratenwechslers RC gekoppelt ist, ein Verstärkungselement GF und einen Ausgang mit hoher Datenrate HDO, der mit dem Verstärkungselement GF gekoppelt ist.
Das Kammelement BC1 umfasst ein Summierungselement, das mit dem Eingang LDI direkt und über ein Verzögerungselement gekoppelt ist, das eine invertierte und verzögerte Version eines Signals an dem Eingang LDI an das Summierungselement liefert, wobei das Signal um M Taktzyklen verzögert ist, entsprechend einer niedrigeren Datenrate des Kammelements BC1. Das digitale Ausgangssignal des Kammelements BC1 wird an den Ratenwechsler oder Interpolator RC geliefert, der eine Datenrate des Digitalsignals an seinem Eingang um einen Faktor R erhöht. Die Interpolation wird beispielsweise durchgeführt durch Einführen oder Einfügen von Nullen zwischen den digitalen Werten, die in einer zeitdiskreten Weise von dem Kammelement BC1 geliefert werden.
Das interpolierte Digitalsignal wird an das Integratorelement BI1 geliefert, das ein Summierungselement umfasst, dessen Ausgang über ein Verzögerungselement mit einem seiner Eingänge gekoppelt ist. Das Verzögerungselement des Integratorelements BI1 führt eine Verzögerung von einem Taktzyklus durch, der der höheren Datenrate an dem Ausgang des Interpolators RC entspricht. Der Ausgang des Integratorelements BI1 wird durch einen Verstärkungsfaktor innerhalb des Verstärkungselements GF gewichtet und an den Ausgang mit höherer Datenrate HDO geliefert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Verstärkungselement GF auch ausgelassen werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Integratorelement BI1 einfach ein einpoliges Filter mit unbegrenztem Impulsansprechverhalten (IIR-Filter), mit einem Einheitsrückkopplungskoeffizienten. Folglich ist das Kammelement BC1 ein Filter mit begrenztem Ansprechverhalten (FIR-Filter). Der Verzögerungsparameter M des Kammelements BC1 kann jeder positive Wert sein, ist aber normalerweise begrenzt auf Eins oder Zwei. Ein Verstärkungsfaktor in dem Verstärkungselement GF kann so gewählt werden, dass eine Gleichsignal-Eins-Verstärkung der Filteranordnung erreicht wird.
Mit dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Digitalinterpolationsfilters können eine Interpolation und ein Sperrfiltern des jeweiligen digitalen Eingangssignals durchgeführt werden. Anders ausgedrückt, das Digitalinterpolationsfilter umfasst einen Interpolator und ein Sperrfilterelement. Dadurch können die Filterparameter so entworfen sein, dass eine Sperrfrequenz des Sperrfilterelements von einer Datenrate der ersten Komponente abhängt, zum Dämpfen von Frequenzabschnitten in einem Digitalsignal, die einem unerwünschten Wiederholungsspektrum entsprechen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Digitalinterpolationsfilters, das auch ein in Kaskade geschaltetes Integratorkammfilter umfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Filteranordnung N Stufen von Kammelementen BC1 bis BCN, wobei jedes der Kammelemente BC1 bis BCN die gleiche Struktur hat wie das Kammelement BC1, das für das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Folglich umfasst die Filteranordnung N Stufen von Integratorelementen BI1 bis BIN, die jeweils als ein einpoliges IIR-Filter realisiert sind, mit einem Einheitsrückkopplungskoeffizienten, wie es oben erwähnt ist.
Anders ausgedrückt, das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst mehrere in Kaskade geschaltete Stufen von Kammelementen BC1 bis BCN, gefolgt von einem Interpolator RC und mehrere in Kaskade geschaltete Stufen von Integratorelementen BI1 bis BIN.
Beide in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiele können eine Interpolation und ein Sperrfiltern jeweiliger digitaler Signale an ihren Eingängen durchführen, wobei das Digitalsignal eine Amplitudenkomponente sowie eine Phasenkomponente sein kann.
6 zeigt ein beispielhaftes Frequenzdiagramm von Ausführungsbeispielen von Digitalinterpolationsfiltern wie denjenigen, die in 4 und 5 gezeigt sind. Dargestellt ist eine Größenantwort MAG der jeweiligen Filterstrukturen als eine Funktion einer Eingangsfrequenz. Die Frequenzachse ist bezüglich einer Wiederholungsfrequenz f_R normiert, an der Mehrfache von unerwünschten Frequenzabschnitten, die durch das durch die Digitalsignalverarbeitung erzeugt werden, erwartet werden.
Eine Frequenzantwort H0 entspricht beispielsweise dem in 4 gezeigten Digitalinterpolationsfilter und umfasst eine sin(x)/x Antwort, wobei ganzzahlige Mehrfache der Wiederholungsfrequenz f_R gedämpft werden. Folglich entspricht die Frequenzantwort H1 einem Digitalinterpolationsfilter gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5, wobei zwei Stufen von Integratorelementen und Kammelementen implementiert sind. Anders ausgedrückt, die Frequenzantwort H1 entspricht einem in Kaskade geschalteten Integratorkammfilter, wobei die Anzahl N von Stufen N = 2 ist. In diesem Fall ist die Frequenzantwort H1 eine [sin(x)/x]²-Antwort. Außerdem werden in diesem Fall ganzzahlige Mehrfache der Wiederholungsfrequenz f_R gedämpft.
Anders ausgedrückt, eine Filterfunktion des Sperrfilterelements, das in dem Digitalinterpolationsfilter enthalten ist, hängt von einer sin(x)/x-Funktion ab. Die Filterfunktion hängt auch von der Anzahl von Stufen N ab.
Die Anzahl von Stufen N in den in Kaskade geschalteten Integratorkammfiltern kann sich für die Amplitudenkomponente oder die Phasenkomponente unterscheiden. Beispielsweise ist die Anzahl von Stufen für die Amplitudenkomponente höher als die Anzahl von Stufen für die Phasenkomponente, was zu einer Differenz von Stufen führt. Bei einem Ausführungsbeispiel ist diese Differenz eine Stufe.
7 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Tiefpassfilterelements LP. Dasselbe umfasst ein erstes Tiefpassfilter LP1, das zwischen einen Filtereingang LP11 und einem Filterausgang LP12 gekoppelt ist, und ein zweites Tiefpassfilter L22, das zwischen einen weiteren Filtereingang LP21 und einen Ausgang LP22 gekoppelt ist. Die Tiefpassfilter LP1 und LP2 können unterschiedliche Grenzfrequenzen aufweisen, so dass eine Amplitudenkomponente und eine Phasenkomponente unterschiedlich gefiltert werden. Die Tiefpassfilter LP1, LP2 werden als Digitalfilter implementiert, wobei jedes der Tiefpassfilter LP1, LP2 mehrere in Kaskade geschaltete Tiefpassfilter umfassen kann, was zu einer jeweiligen gewünschten Tiefpassfilterübertragungsfunktion führt.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kombinationselements CE, das beispielsweise bei den in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen verwendet werden kann. Die Anordnung von 8 umfasst einen Amplitudeneingang MIN und einen Phaseneingang PIN, die dem ersten und dem zweiten Kombinationseingang CI1, CI2 entsprechen. Ein Digital/Analog-Wandler 801 ist an seiner Eingangsseite mit dem Amplitudeneingang MIN gekoppelt. Eine digitale Phasenregelschleife 802 ist mit dem Phaseneingang PIN gekoppelt. Die Ausgänge der Digital/Analog-Wandler 801 und der Phasenregelschleife 802 sind mit einer Mischvorrichtung 803 gekoppelt, die an ihrer Ausgangsseite mit dem Modulatorausgang MO gekoppelt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugt der Digital/Analog-Wandler 801 ein amplitudenmoduliertes Signal als eine Funktion einer verarbeiteten Digitalamplitudenkomponente. Die Phasenregelschleife 802 erzeugt ein phasenmoduliertes oder frequenzmoduliertes Hochfrequenzsignal als eine Funktion einer verarbeiteten Digitalphasenkomponente. Mit Bezugnahme auf 3 kann die Digitalkomponente an dem Phaseneingang PIN auch eine Frequenzkomponente sein, die durch einen Phase/Frequenz-Wandler als eine Funktion einer Phasenkomponente erzeugt wurde. Das amplitudenmodulierte Signal, das durch den Digital/Analog-Wandler 801 bereitgestellt wird, und das modulierte Trägersignal, das durch die Phasenregelschleife 802 bereitgestellt wird, werden in der Mischvorrichtung 803 zu einem polar modulierten Hochfrequenzsignal gemischt.
9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kombinationselements CE, das bei einem Ausführungsbeispiel einer Polarmodulatoranordnung gemäß 1 und 2 verwendet werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Digital/Analog-Wandler 901 mit dem Amplitudeneingang MIN gekoppelt, zum Empfangen der verarbeiteten Digitalamplitudenkomponente. Ähnlich dem in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung eine Phasenregelschleife 902, die mit dem Phaseneingang PIN gekoppelt ist, zum Bereitstellen eines phasenmodulierten oder frequenzmodulierten Hochfrequenzsignals, das als ein moduliertes Trägersignal verwendet werden kann. Der Ausgang der Phasenregelschleife 902 ist mit einem Leistungsverstärker 903 gekoppelt, der ferner einen Steuereingang umfasst, der mit einem Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 901 gekoppelt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das modulierte Trägersignal an dem Ausgang der Phasenregelschleife 902 durch den Leistungsverstärker 903 verstärkt, abhängig von einem Verstärkungsfaktor der durch den Digital/Analog-Wandler 901 bereitgestellt wird. Anders ausgedrückt, eine Amplitudenmodulation des phasenmodulierten oder frequenzmodulierten Trägersignals wird als eine Funktion der Digitalamplitudenkomponente durchgeführt. Als Folge wird das polar modulierte Hochfrequenzsignal an dem Ausgang des Leistungsverstärkers 903 erzeugt und an den Modulatorausgang MO geliefert.
10 zeigt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Polarmodulationsverfahrens. Obwohl das Verfahren und andere Verfahren der Erfindung nachfolgend als eine Reihe von Schritten und Ereignissen dargestellt und beschrieben sind, ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die dargestellte Reihenfolge solcher Schritte oder Ereignisse begrenzt ist. Beispielsweise können einige Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge und/oder gleichzeitig mit anderen Schritten oder Ereignissen auftreten, abgesehen von denjenigen, die hierin dargestellt und/oder beschrieben sind, gemäß der Erfindung. Außerdem kann es sein, dass nicht alle dargestellten Schritte erforderlich sind, um eine Methode gemäß der Erfindung zu implementieren.
Bei S1 werden eine erste und eine zweite Komponente, die einer Digitalamplitudenkomponente und einer Digitalphasenkomponente entsprechen, empfangen. Bei S2 wird ein Tiefpassfiltern der ersten Komponente und der zweiten Komponente durchgeführt, wobei das Tiefpassfiltern für die erste und die zweite Komponente für unterschiedliche Grenzfrequenzen durchgeführt werden kann.
Bei S3 wird eine interpolierte erste Komponente durch Interpolieren und Filtern der ersten Komponente erzeugt. Außerdem kann eine interpolierte zweite Komponente erzeugt werden durch Interpolieren und Filtern der zweiten Komponente. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann nur die Amplitudenkomponente gefiltert und interpoliert werden, oder nur die Phasenkomponente wird interpoliert und gefiltert oder sowohl die Amplitudenkomponente als auch die Phasenkomponente werden interpoliert und gefiltert.
Interpolieren und Filtern der ersten Komponente oder der zweiten Komponente kann ein jeweiliges Sperrfiltern umfassen. In diesem Fall kann zumindest eine Sperrfrequenz des Sperrfilterns von einer Datenrate der jeweiligen digitalen Komponente abhängen. Eine Filterfunktion des Sperrfilterns kann bei einem Ausführungsbeispiel von einer sin(x)/x-Funktion abhängen.
Wenn die erste Komponente und/oder die zweite Komponente interpoliert wird, wird eine Datenrate der jeweiligen Komponente erhöht. Daher ist eine Datenrate der jeweiligen interpolierten Komponente höher als eine Datenrate der jeweiligen Komponente vor dem Interpolieren und Filtern.
Bei S4 wird ein polar moduliertes Hochfrequenzsignal als eine Funktion der verarbeiteten ersten Komponente und der zweiten Komponente erzeugt, wobei zumindest entweder die erste oder die zweite Komponente eine interpolierte Komponente ist.
Das polar modulierte Hochfrequenzsignal kann durch Durchführen einer Amplitudenmodulation eines phasenmodulierten Trägersignals als eine Funktion der interpolierten Komponenten erzeugt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das polar modulierte Hochfrequenzsignal erzeugt durch Erzeugen eines amplitudenmodulierten Signals als eine Funktion der Digitalamplitudenkomponente, wodurch ein phasenmoduliertes Trägersignal als eine Funktion der Digitalphasenkomponente erzeugt wird, und das amplitudenmodulierte Signal mit dem phasenmodulierten Trägersignal gemischt wird.
Durch Verwenden der Digitalinterpolationsfilter kann ein unerwünschtes Wiederholungsspektrum in den Digitalpolarkomponenten in dem digitalen Bereich gedämpft werden oder entfernt werden. Daher kann ein Aufwand für Analogfiltern zum Entfernen des Wiederholungsspektrums verringert werden. Ferner ist das digitale Konzept unempfindlicher gegenüber Prozess-, Spannungs- und Temperatur-(PVT-)Schwankung und Zeitanpassung zwischen dem Amplitudenweg und dem Phasenweg der Polarmodulatoranordnung.
Für das Interpolieren und Filtern, insbesondere das Sperrfiltern, können auch andere Filtertypen verwendet werden. Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben werden, ist es für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet klar, dass jede Anordnung, die berechnet ist, um den gleichen Zweck zu erreichen, für die spezifischen gezeigten Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann. Es ist klar, dass die obige Beschreibung darstellend und nicht beschränkend sein soll. Diese Anwendung soll alle Anpassungen oder Variationen der Erfindung abdecken. Kombinationen der obigen Ausführungsbeispiele und vieler anderer Ausführungsbeispiele werden für Fachleute auf diesem Gebiet beim Lesen und Verstehen der obigen Beschreibung offensichtlich. Der Schutzbereich der Erfindung umfasst alle anderen Ausführungsbeispiele und Anwendungen, in denen die obigen Strukturen und Verfahren verwendet werden können. Der Schutzbereich der Erfindung wird daher mit Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche bestimmt, zusammen mit dem Schutzbereich der Äquivalente, auf die solche Ansprüche einen Anspruch haben.
Es wird betont, dass die Zusammenfassung bereitgestellt wird, um 37 C.F.R Abschnitt 1.72(b) zu erfüllen, der eine Zusammenfassung fordert, die es dem Leser ermöglicht, den Gegenstand und den Kern der technischen Offenbarung schnell festzustellen. Dieselbe wird unter der Bedingung vorgelegt, dass dieselbe nicht verwendet wird, um den Schutzbereich oder die Bedeutung der Ansprüche zu interpretieren oder zu begrenzen.

Claims

Polarmodulatoranordnung, die folgende Merkmale umfasst: einen ersten und einen zweiten Knoten (N1, N2), die konfiguriert sind, um ein Digitalsignal zu empfangen, das eine erste und eine zweite Komponente umfasst, die einer Digitalamplitudenkomponente und einer Digitalphasenkomponente entsprechen; ein erstes Digitalinterpolationsfilter (IPF 1), das konfiguriert ist, um durch Interpolieren und Filtern der ersten Komponente eine interpolierte erste Komponente zu erzeugen; und ein Kombinationselement (CE), das konfiguriert ist, um ein polar moduliertes Hochfrequenzsignal als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der zweiten Komponente zu erzeugen.
Anordnung gemäß Anspruch 1, die ferner ein zweites Digitalinterpolationsfilter (IPF 2) umfasst, das konfiguriert ist, um durch Interpolieren und Filtern der zweiten Komponente eine interpolierte zweite Komponente zu erzeugen, wobei das Kombinationselement (CE) das polar modulierte Hochfrequenzsignal als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der interpolierten zweiten Komponente erzeugt.
Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Digitalinterpolationsfilter (IPF 1) ein Sperrfilterelement umfasst.
Anordnung gemäß Anspruch 3, bei der zumindest eine Sperrfrequenz des Sperrfilterelements von einer Datenrate der ersten Komponente abhängt.
Anordnung gemäß Anspruch 3 oder 4, bei der eine Filterfunktion des Sperrfilterelements konfiguriert ist, um basierend auf einer sin(x)/x-Funktion zu filtern.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der das Sperrfilterelement zumindest ein in Kaskade geschaltetes Integrierter-Kamm-Filter umfasst.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der eine Datenrate der interpolierten ersten Komponente höher ist als eine Datenrate der ersten Komponente.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner ein Tiefpassfilterelement (LP) umfasst, das konfiguriert ist, um ein Tiefpassfiltern der ersten Komponente und der zweiten Komponente durchzuführen.
Anordnung gemäß Anspruch 8, bei der das Tiefpassfilterelement (LP) Filter umfasst, die für die erste und die zweite Komponente unterschiedliche Grenzfrequenzen aufweisen.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Kombinationselement (CE) eine Phasenregelschleife umfasst, die konfiguriert ist, um ein phasenmoduliertes Trägersignal als eine Funktion der Digitalphasenkomponente zu erzeugen.
Anordnung gemäß Anspruch 10, bei der das Kombinationselement (CE) das polar modulierte Hochfrequenzsignal erzeugt durch Durchführen einer Amplitudenmodulation des phasenmodulierten Trägersignals als eine Funktion der Digitalamplitudenkomponente.
Anordnung gemäß Anspruch 10 oder 11, bei der das Kombinationselement (CE) das polar modulierte Hochfrequenzsignal erzeugt durch Erzeugen eines amplitudenmodulierten Signals als eine Funktion der Digitalamplitudenkomponente und Mischen des amplitudenmodulierten Signals mit dem phasenmodulierten Trägersignal.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner einen Sigma-Delta-Modulator umfasst, der das erste Digitalinterpolationsfilter mit dem Kombinationselement (CE) koppelt.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die ferner eine Umwandlungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um die erste und die zweite Komponente als eine Funktion von Eingangsdaten abzuleiten, die zu modulieren sind.
Polarmodulatoranordnung, die folgende Merkmale umfasst: einen ersten und einen zweiten Knoten (N1, N2), die konfiguriert sind, um ein Signal zu empfangen, das eine Digitalamplitudenkomponente und eine Digitalphasenkomponente umfasst; ein erstes Digitalinterpolationsfilter (IPF 1), das mit dem ersten Knoten (N1) mit einem ersten Eingang gekoppelt ist, und einen ersten Ausgang umfasst, der konfiguriert ist, um ein interpoliertes und gefiltertes Signal als eine Funktion eines Signals an dem ersten Eingang bereitzustellen; und ein Kombinationselement (CE), das einen ersten Kombinationseingang umfasst, der mit dem ersten Ausgang des ersten Digitalinterpolationsfilters (IPF 1) gekoppelt ist, und einen zweiten Kombinationseingang umfasst, der mit dem zweiten Knoten (N2) gekoppelt ist, wobei das Kombinationselement (CE) konfiguriert ist, um ein polar moduliertes Hochfrequenzsignal als eine Funktion von Signalen an seinem ersten und zweiten Kombinationseingang zu erzeugen.
Anordnung gemäß Anspruch 15, die ferner ein zweites Digitalinterpolationsfilter (IPF 2) umfasst, das mit dem zweiten Knoten (N2) mit einem zweiten Eingang gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgang umfasst, der konfiguriert ist, um ein weiteres interpoliertes und gefiltertes Signal als eine Funktion eines Signals an dem zweiten Eingang bereitzustellen, wobei der zweite Ausgang mit dem zweiten Kombinationseingang gekoppelt ist.
Anordnung gemäß Anspruch 15 oder 16, bei der das Kombinationselement (CE) ein zweites Digitalinterpolationsfilter umfasst, das mit dem zweiten Kombinationseingang mit einem zweiten Eingang gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgang umfasst, der konfiguriert ist, um ein weiteres interpoliertes und gefiltertes Signal als eine Funktion eines Signals an dem zweiten Eingang bereitzustellen.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der das erste Digitalinterpolationsfilter ein Sperrfilterelement umfasst.
Anordnung gemäß Anspruch 18, bei der zumindest eine Sperrfrequenz des Sperrfilterelements von einer Datenrate der ersten Komponente abhängt.
Anordnung gemäß Anspruch 18 oder 19, bei der eine Filterfunktion des Sperrfilterelements konfiguriert ist, um basierend auf einer sin(x)/x-Funktion zu filtern.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der das Sperrfilterelement zumindest ein in Kaskade geschaltetes Integrierter-Kamm-Filter umfasst.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21, bei der der erste und der zweite Knoten (N1, N2) mit dem ersten Eingang des ersten Digitalinterpolationsfilters (IPF 1) und mit dem zweiten Kombinationseingang durch ein Tiefpassfilterelement (LP) gekoppelt sind, um jeweiliges Tiefpassfiltern durchzuführen.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 22, bei der das Kombinationselement (CE) ein Phasenmodulatorelement und ein Amplitudenmodulatorelement umfasst, die mit dem ersten beziehungsweise dem zweiten Kombinationselement (CE) gekoppelt sind, wobei das Amplitudenmodulatorelement ferner mit einem Ausgang des Phasenmodulatorelements gekoppelt ist und das polar modulierte Hochfrequenzsignal an einem Ausgang des Amplitudenmodulatorelements bereitgestellt wird.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 23, die ferner eine Umwandlungseinheit umfasst, die an ihrer Eingangsseite mit einem Dateneingang und an ihrer Ausgangsseite mit dem ersten und dem zweiten Knoten (N1, N2) gekoppelt ist, wobei die Umwandlungseinheit konfiguriert ist, um die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente als eine Funktion von Eingangsdaten abzuleiten, die an dem Dateneingang bereitgestellt werden.
Polarmodulationsverfahren, das folgende Schritte umfasst: Empfangen (S1) einer ersten und einer zweiten Komponente, die einer Digitalamplitudenkomponente und einer Digitalphasenkomponente entsprechen; Erzeugen (S3) einer interpolierten ersten Komponente durch Interpolieren und Filtern der ersten Komponente; und Erzeugen (S4) eines polar modulierten Hochfrequenzsignals als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der zweiten Komponente.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem eine interpolierte zweite Komponente durch Interpolieren und Filtern der zweiten Komponente erzeugt wird, und bei dem das polar modulierte Hochfrequenzsignal als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der interpolierten zweiten Komponente erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25 oder 26, bei dem das Interpolieren und Filtern der ersten Komponente ein Sperrfiltern der ersten Komponente umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 27, bei dem zumindest eine Sperrfrequenz des Sperrfilterns von einer Datenrate der ersten Komponente abhängt.
Verfahren gemäß Anspruch 27 oder 28, bei dem eine Filterfunktion des Sperrfilterns eine sin(x)/x-Funktion umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem eine Datenrate der interpolierten erste Komponente höher ist als eine Datenrate der ersten Komponente.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 30, das ferner das Durchführen eines Tiefpassfilterns der ersten Komponente und der zweiten Komponente umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 31, bei dem das Tiefpassfiltern unter Verwendung unterschiedlicher Grenzfrequenzen für die erste und die zweite Komponente durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 32, bei dem das polar modulierte Hochfrequenzsignal erzeugt wird durch Durchführen einer Amplitudenmodulation eines phasenmodulierten Trägersignals als eine Funktion der interpolierten ersten Komponente und der zweiten Komponente.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, bei dem das polar modulierte Hochfrequenzsignal erzeugt wird durch Erzeugen eines amplitudenmodulierten Signals als eine Funktion der Digitalamplitudenkomponente, Erzeugen eines phasenmodulierten Trägersignals als eine Funktion der Digitalphasen komponente, und Mischen des amplitudenmodulierten Signals mit dem phasenmodulierten Trägersignal.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 34, bei dem das Erzeugen des polar modulierten Hochfrequenzsignals Sigma-Delta-Modulation der interpolierten ersten Komponente umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 35, bei dem die erste und die zweite Komponente als eine Funktion von Eingangsdaten abgeleitet werden, die zu modulieren sind.