DE102008046832A1

DE102008046832A1 - Vorrichtungen und Verfahren zur Polarmodulation ohne analoge Filterung

Info

Publication number: DE102008046832A1
Application number: DE102008046832A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schmid
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2009-04-02
Also published as: US7619487B2; CN101388878A; CN101388878B; US20090072921A1

Abstract

Ein Polarmodulator (206) ohne Analogfilter umfasst einen Interpolator (316), um ein digitales Amplitudensignal (306) aufwärts abzutasten und zu interpolieren, einen Rauschformer (318), um eine Frequenzkontur eines Quantisierungsrauschens des aufwärts abgetasteten und interpolierten digitalen Amplitudensignals umzuformen, einen Digital-Analog-Wandler (320), um das umgeformte Amplitudensignal in ein analoges Amplitudensignal umzuwandeln, und einen Modulator (322), der ein Phasensignal (304) und das analoge Amplitudensignal kombiniert und ein moduliertes Signal ausgibt.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Polarmodulation ohne analoge Filterung.
Vorrichtungen und Verfahren zur drahtlosen Kommunikation waren in den vergangenen Jahren Gegenstand intensiver Forschung. Die weltweite Verbreitung drahtloser Vorrichtungen, wie von Mobiltelefonen, hat mehrere neue Technologien auf diesem Gebiet hervorgebracht. Signalmodulation für drahtlose Kommunikation ist ein derartiges Gebiet, in dem in rascher Abfolge neue Technologien und Verbesserungen bestehender Technologien entwickelt werden.
1 ist eine Blockdiagrammdarstellung eines herkömmlichen Polarmodulators. Moderne Kommunikationssysteme, wie das so genannte Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), verwenden Polarmodulation, um Basisbandsignale zu modulieren. Eine herkömmliche Ausgestaltung eines Polarmodulators ist in 1 gezeigt.
Einer Cordic(COordinate Rotation DIgital Computer)-Einheit 102 werden ein In-Phase(I)- und Quadratur(Q)-Basisbandsignal zugeführt. Die Cordic-Einheit 102 setzt die Basisbandsignale in entsprechende polare Komponenten, ein Amplitudensignal 104 und ein Phasensignal 106, um.
Das Amplitudensignal 104 wird durch einen Digital-Analog-Wandler (Digital to Analog Converter, DAC) 108 geführt, der das digitale Amplitudensignal 104 in ein entsprechendes analoges Signal umwandelt. Das analoge Signal wird dann durch ein Analogfilter 110 geführt, das die Signalkomponenten jenseits eines bestimmten Frequenzoffsets aus dem analogen Signal entfernt. Das Phasensignal 106 wird durch eine Phasenre gelschleife (Phase Locked Loop, PLL) 112 geführt, die eine konstante Phase des Eingangssignals aufrechterhält. Ein Ausgangssignal des Analogfilters 110 und ein Ausgangssignal der Phasenregelschleife 112 werden an einem Mischer 114 kombiniert bzw. gemischt. Ein Ausgangssignal des Mischers 114 wird an einen Verstärker 116 zur Verstärkung ausgegeben. Das verstärkte Signal wird dann zu einem Leistungsverstärker 118 geführt, um einen Leistungswirkungsgrad sicherzustellen. Anschließend wird das Signal über eine Antenne 120 gesendet.
Der oben beschriebene Polarmodulator wird allgemein unter Verwendung von Siliziumchip-Technologie ausgeführt. Bei Verkleinerung der Siliziumstrukturen sind die bei Polarmodulatoren verwendeten Analogfilter häufig nicht in demselben Maße verkleinerbar wie die digitalen Komponenten. Darüber hinaus müssen alle auf dem Chip ausgeführten Analogfilter aufeinander abgestimmt werden. Anders ausgedrückt müsste jedes der Filter dieselbe Verstärkung bereitstellen, um eine differenzielle Nichtlinearität zu vermeiden. Dies kann bei einer Halbleiterausführung schwierig erreichbar sein.
Daher besteht ein Bedarf an verbesserten Vorrichtungen und Verfahren zur Polarmodulation. Insbesondere besteht ein Bedarf an verbesserten Vorrichtungen und Verfahren zur Polarmodulation, bei denen die oben genannten Probleme im Hinblick auf die Verwendung von Analogfiltern reduziert oder vermieden werden.
Erfindungsgemäß werden Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben sind. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Nach einem Ausführungsbeispiel wird eine Polarmodulation basierend auf einem Basisbandsignal durchgeführt. Das Basisbandsignal wird ausgehend von einem Signal in kartesischen Koordinaten in ein Amplitudensignal und Phasensignal, d. h. in Polarkomponenten, umgesetzt. Für das Amplitudensignal und das Phasensignal der Polarkomponenten wird eine digitale Filterung durchgeführt. Das Amplitudensignal wird in ein analoges Signal umgewandelt und mit dem Phasensignal kombiniert.
Ein Polarmodulator ohne Analogfilter nach einem Aspekt umfasst einen Interpolator, der eingerichtet ist, um ein digitales Amplitudensignal aufwärtsabzutasten und zu interpolieren, einen Rauschformer, der eingerichtet ist, um eine Frequenzkontur eines Quantisierungsrauschens des aufwärtsabgetasteten und interpolierten digitalen Amplitudensignals umzuformen, einen Digital-Analog-Wandler, der eingerichtet ist, um das umgeformte Amplitudensignal in ein analoges Amplitudensignal umzuwandeln, und einen Modulator, der ein Phasensignal und das analoge Amplitudensignal kombiniert, beispielsweise mischt, und ein moduliertes Signal ausgibt.
Bei einem Verfahren zum Durchführen einer Polarmodulation ohne Analogfilter wird ein digitales Amplitudensignal aufwärtsabgetastet und interpoliert. Eine Frequenzkontur bzw. ein Frequenzspektrum eines Quantisierungsrauschens des aufwärtsabgetasteten und interpolierten digitalen Amplitudensignals wird umgeformt. Das umgeformte Amplitudensignal wird in ein analoges Amplitudensignal umgewandelt. Das analoge Amplitudensignal und ein Phasensignal werden kombiniert. Ein moduliertes Signal wird ausgegeben.
Die Vorrichtungen und Verfahren sind allgemein bei Geräten und Systemen einsetzbar, die Polarmodulation verwenden, beispielsweise in der drahtlosen Kommunikation, ohne auf diese Anwendung beschränkt zu sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
1 ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Polarmodulators mit Analogfiltern.
2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zum Durchführen einer Polarmodulation ohne Analogfilterung nach einem Ausführungsbeispiel.
3 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Polarmodulators zum Durchführen einer Polarmodulation ohne Analogfilterung nach einem Ausführungsbeispiel.
4 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Polarmodulators mit einer digitalen Verstärkungssteuerung zum Durchführen einer Polarmodulation ohne Analogfilterung nach einem Ausführungsbeispiel.
5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften Halte-Interpolators zweiter Ordnung.
6 ist ein schematisches Blockschaltbild eines beispielhaften rekonfigurierbaren Rauschformers dritter Ordnung.
7 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens zum Durchführen einer Polarmodulation ohne Analogfilterung nach einem Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Verarbeiten eines Phasensignals in einem Polarmodulator.
9 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Verarbeiten eines Amplitudensignals in einem Polarmodulator.
10 ist eine schematische Blockdiagrammdarstellung einer Recheneinrichtung mit einer Polarmodulation ohne Analogfilterung nach einem Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend werden Vorrichtungen und Verfahren zur Polarmodulation ohne Analogfilterung beschrieben. Insbesondere werden Methoden beschrieben, bei denen ein digitaler Polarmodulator realisiert wird, der keine Analogfilter umfasst. Der beschriebene digitale Polarmodulator kann in einer Vielzahl von Kommunikationssystemen oder anderen Anwendungen ausgeführt sein. Beispielsweise können Polarmodulatoren bei drahtlosen Kommunikationsgeräten, mobilen Kommunikationsgeräten und dergleichen verwendet werden. Nachfolgend werden Systeme und Verfahren beispielhaft unter Bezugnahme auf ein mobiles Kommunikationsgerät beschrieben. Natürlich können die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen auch in anderen Vorrichtungen und Systemen eingesetzt werden, beispielsweise bei verdrahteten Kommunikationssystemen oder bei optischen Kommunikationssystemen.
Viele Faktoren können in Betracht gezogen werden, wenn ein Modulationsverfahren zur Signalmodulation bei drahtloser Kommunikation ausgewählt wird. Derartige Faktoren können die Art der verwendeten Technologie, die Art eines zu übertragenden Signals, eine verfügbare Bandbreite und dergleichen beinhalten. Allgemein ist es bevorzugt, ein Modulationsverfahren zu verwenden, das eine maximale Zuverlässigkeit und Effizienz bereitstellt und zu vernünftigen Kosten, insbesondere Herstellungskosten, realisiert werden kann.
Bei modernen mobilen Kommunikationssystemen, wie der 3G-Mobiltechnologie, kann eine Polarmodulation beträchtliche Vorteile gegenüber anderen Modulationsverfahren bieten. Da ein Polarmodulator im Allgemeinen unter Verwendung von Halbleiterchiptechnologie ausgeführt ist, ist es wünschenswert, möglichst wenige analoge Bauteile in dem Polarmodulator zu verwenden, da analoge Bauteile typischerweise größer als ihre digitalen Gegenstücke sind. Ein digitaler Polarmodulator nach einem Ausführungsbeispiel vermeidet die Verwendung von Analogfiltern. Dies kann eine beträchtliche Verringerung einer Chipgröße bewirken, was wiederum zu einer wesentlichen Kostenersparnis bei der Herstellung führen kann.
Der digitale Polarmodulator verwendet digitale Bauteile an Stelle von Analogfiltern. Die Verwendung digitaler Bauteile unterstützt eine bessere siliziumbasierte Ausführbarkeit und erfordert keine abgestimmte Verstärkung für verschiedene Bauteile. Die digitalen Bauteile, die Analogfilter ersetzen, wie sie bei herkömmlichen Polarmodulatoren verwendet werden, können beispielsweise ein digitales Filter, einen Interpolator und einen Rauschformer (noise shaper) umfassen.
Bei einer Ausgestaltung setzt der digitale Polarmodulator zunächst Eingangsbasisbandsignale (I- und Q-Signale) in Amplituden- und Phasensignale einer Polardarstellung um. Diese Signale werden hier teilweise auch als „polare" Amplituden- und Phasensignale bezeichnet. Das Amplitudensignal und das Phasensignal werden separat verarbeitet und dann gemischt, um ein moduliertes Ausgangssignal zu erzeugen. Das Phasensignal wird durch ein digitales Filter oder durch mehrere digitale Filter geführt, die das Signal bandbegrenzen. Als nächstes setzt ein Differenzierglied das Phasensignal in ein entsprechendes Frequenzsignal um, das durch eine Phasenregelschleife PLL geführt wird. Die PLL erzeugt typischerweise stabile Frequenzen und kann Signale aus verrauschten Kommunikationskanälen wiedergewinnen. Das resultierende Signal von der PLL wird dann einem Mischer zugeführt.
Das Amplitudensignal wird ebenfalls durch ein digitales Filter oder durch mehrere digitale Filter geführt, das bzw. die eine Bandbreite des Signals begrenzt bzw. begrenzen. Dann wird das Amplitudensignal durch einen Interpolator geführt, der die Abtastrate des Amplitudensignals erhöht, wodurch dessen Genauigkeit erhöht wird. Als nächstes formt ein Rauschformer das in dem Amplitudensignal vorhandene Quantisierungsrauschen zu einem Teil des Spektrums um, wo es keine spektralen Anforderungen verletzt. Anschließend wird das Amplituden signal durch einen Digital-Analog-Wandler geführt, der das digitale Amplitudensignal in ein entsprechendes analoges Amplitudensignal umwandelt. Das analoge Amplitudensignal wird dann dem Mischer zugeführt.
An dem Mischer werden das Phasensignal und das Amplitudensignal, die wie oben beschrieben verarbeitet wurden, miteinander kombiniert, um das modulierte Signal zu erzeugen. Dieses Signal wird dann einem Duplexer zugeführt, anschließend einem Leistungsverstärker zugeführt und anschließend über eine Antenne gesendet.
2 zeigt ein beispielhaftes System mit einem digitalen Polarmodulator. Während das System ebenso wie weitere in Blockschaltbildern dargestellte Systeme oder Teile davon beispielhaft mit einer Mehrzahl funktionaler Blöcke dargestellt ist, können bei anderen beispielhaften Systemen die Blöcke in anderer Reihenfolge vorgesehen sein, oder es können Blöcke weggelassen oder hinzugefügt werden. Das System kann durch eine geeignete Hardware, Software, Firmware oder Kombination davon ausgeführt werden.
Das System 200 umfasst eine Quelle 202, einen Analog-Digital-Wandler (Analog to Digital Converter, ADC) 204 und einen digitalen Polarmodulator 206. Ein Ausgangssignal des digitalen Polarmodulators 206 wird einem Leistungsverstärker 208 zugeführt und steuert diesen an. Ein Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 208 wird durch einen Duplexer 210 bzw. eine Sende-Empfangs-Weiche 210 geführt und dann über die Antenne 212 gesendet.
Ein Ausgangssignal der Quelle 202, das der Analog-Digital-Wandler 204 empfängt, kann ein Sprachsignal oder ein Datensignal oder eine Kombination davon sein. Im Falle eines Sprachsignals kann die Quelle 202 ein Mikrophon sein, und das Quellensignal wäre ein analoges Signal. Falls das Signal ein Datensignal wäre, könnte das von der Quelle bereitgestellte Signal in digitaler Form vorliegen.
Bei einer Ausgestaltung wandelt der Analog-Digital-Wandler 204 das Quellensignal in ein digitales Signal um. Falls das Quellensignal bereits ein digitales Signal ist, kann der Analog-Digital-Wandler 204 bei dem System 200 weggelassen werden. Der Analog-Digital-Wandler 204 kann verschiedene Elemente zur Signalverarbeitung beinhalten, beispielsweise einen Abtaster, einen Quantisierer und einen Codemodulationssystem-Block. Die Abtastrate des Signals hängt von der Frequenz des Quellensignals ab. Daher kann bei einer Ausgestaltung das Quellensignal anfangs unter Verwendung eines Tiefpassfilters bandbegrenzt werden, bevor die Analog-Digital-Wandlung erfolgt.
Der digitale Polarmodulator oder Polarmodulator 206 empfängt das digitale Signal entweder von der Quelle 202 oder von dem Analog-Digital-Wandler 204 und moduliert das digitale Basisbandsignal. Dazu setzt der Polarmodulator 206 zunächst das digitale Basisbandsignal in polare Amplituden- und Phasensignale um, die dann moduliert werden. Ausgestaltungen des Polarmodulators 206 werden unter Bezugnahme auf 3–9 ausführlicher beschrieben.
Der Leistungsverstärker 208 verstärkt das von dem Polarmodulator 206 empfangene modulierte Signal und erhöht so den Leistungswirkungsgrad des Signals. Bei einer Anwendung, beispielsweise bei einem mobilen Kommunikationssystem, kann der Leistungsverstärker 208 ein nichtlinearer Klasse-C-Verstärker oder Klasse-D-Verstärker sein, der im Sättigungsbetrieb nahe bei der Grenzfrequenz betrieben wird. In diesem Betriebsmodus ist der nichtlineare Verstärker üblicherweise am wirksamsten und verbraucht einen geringeren Anteil der Batterie der mobilen Einheit, d. h. weist einen geringeren Leistungsverbrauch auf.
Das von dem Leistungsverstärker 208 verstärkte Ausgangssignal wird durch den Duplexer 210 geführt, damit das Signal über die Antenne 212 gesendet werden kann. Der Duplexer 210 ist eine Einrichtung, die Sendersignale von Empfängersignalen trennt, während sie ermöglicht, dass eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit dieselbe Antenne 212 zum Senden bzw. Empfangen von Signalen teilen. Dazu trennt der Duplexer 210 das zu sendende Signal von dem empfangenen Signal so ab, dass letzteres das zu sendende Signal nicht stört, und umgekehrt.
3 zeigt einen digitalen Polarmodulator oder Polarmodulator 206, der eingerichtet ist, um eine digitale Polarmodulation ohne Verwendung von Analogfiltern durchzuführen. Dazu umfasst der Polarmodulator 206 einen Umsetzer 302 von kartesischen Koordinaten zu Polarkoordinaten (Rectangular to Polar Coordinates, R2P-Umsetzer).
Der R2P-Umsetzer 302 setzt die In-Phase- und Quadratur-Komponenten eines empfangenen digitalen Basisbandsignals in ein Phasensignal 304 und ein Amplitudensignal 306 um, die bei der Polarmodulation verwendet werden. Obwohl die empfangenen Basisbandsignale bandbegrenzt sein können, bleiben sie nach dem Umsetzen von In-Phase(I)- und Quadratur(Q)- Signalen zu dem Phasensignal 304 und dem Amplitudensignal 306 im Allgemeinen nicht bandbegrenzt. Daher kann es erforderlich sein, dass das Phasensignal 304 und/oder das Amplitudensignal 306 zunächst unter Verwendung digitaler Filter bandbegrenzt werden müssen.
Im Vergleich zu ihren analogen Gegenstücken weisen digitale Filter häufig eine Anzahl von Vorteilen auf. Digitale Filter können im Vergleich zu Analogfiltern eine höhere Genauigkeit erzielen und können sehr genaue Abschneidepunkte bereitstellen. Zusätzlich können digitale Filter bessere Signal-Rausch-Verhältnisse als Analogfilter zur Verfügung stellen. Darüber hinaus können digitale Filter im Vergleich zu Analogfiltern kleiner ausgestaltet werden, so dass kleinere Chipgrößen er reichbar sind und Herstellungskosten verringert werden können.
Neben digitalen Filtern kann der Polarmodulator 206 weitere Elemente oder Einrichtungen zur digitalen Signalverarbeitung des Phasensignals 304 und des Amplitudensignals 306 aufweisen. Bei einer Ausgestaltung wird das Phasensignal 304 unter Verwendung eines digitalen Filters 308 oder mehrerer digitaler Filter 308, eines digitalen Differenzierglieds 310 und einer Phasenregelschleife (PLL) 312 verarbeitet. Das Amplitudensignal 306 wird unter Verwendung eines digitalen Filters oder mehrerer digitaler Filter 314, eines Interpolators 316 und eines Rauschformers 318 verarbeitet und wird unter Verwendung eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) 320 in ein analoges Signal umgewandelt. Anschließend kann das verarbeitete Amplitudensignal mit dem verarbeiteten Phasensignal in einem Modulator 322, der als Mischer 322 ausgestaltet sein kann, kombiniert werden, um ein moduliertes Signal zu erzeugen. Das modulierte Signal kann an die Sendeantenne 212 ausgegeben werden.
Bei einer Ausgestaltung bleibt das Phasensignal 304 während des Polarmodulationsvorgangs ein digitales Signal. Bei einer weiteren Ausgestaltung kann das Phasensignal 304 in ein analoges Signal umgewandelt werden, bevor es den Modulator 322 erreicht. Anfangs wird das Phasensignal 304 durch ein digitales Filter oder durch mehrere digitale Filter 308 geführt. Das digitale Filter 308 kann ein Tiefpassfilter sein, das das Eingangsphasensignal 304 bandbegrenzt. Beispielsweise kann das digitale Filter 308 hochfrequentes Rauschen von dem Phasensignal 304 entfernen. Das hochfrequente Rauschen kann Quantisierungsrauschen sein oder umfassen, das aufgrund der endlichen Auflösung der digitalen Darstellung des analogen Signals eingeführt wird, wenn das analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Nachdem das Phasensignal 304 bandbegrenzt wurde, wird das Phasensignal 304 durch ein Differenzierglied 310 geführt. Das Differenzierglied 310 erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zu einer Änderungsrate bzw. Ableitung des Eingangssignals ist. Da die Änderungsrate der Phase gleich der Frequenz ist, differenziert das Differenzierglied 310 das Phasensignal 304 und stellt ein Frequenzsignal bereit, das zu dem Phasensignal 304 proportional ist.
Die PLL 312 empfängt das Frequenzsignal von dem Differenzierglied 310 als ein Eingangssignal. Eine PLL oder Phasenregelschleife erzeugt typischerweise stabile Frequenzen und kann Signale aus verrauschten Kommunikationskanälen wiedergewinnen. Daher erzeugt die PLL 312 ein Signal mit einer stabilen Frequenz, das an die Phase des Eingangssignals gekoppelt ist. Bei einer Ausgestaltung kann die PLL 312 ersetzt werden durch eine Schaltung, die eine Integrationsfunktion durchführt (d. h. durch einen Integrator), gefolgt von einer Schaltung, die eine Exponentialfunktion durchführt. Diese Anordnung kann eine Funktionsweise bereitstellen, die der von der PLL 312 bereitgestellten Funktionsweise ähnlich ist. Das von der PLL 312 erzeugte Signal mit stabiler Frequenz wird dann an den Modulator 322 ausgegeben, der das verarbeitete Phasensignal und das verarbeitete Amplitudensignal kombiniert, um ein moduliertes Signal zu erzeugen.
Das Amplitudensignal 306, das eines der Ausgangssignale des R2P-Umsetzers 302 ist, wird ebenfalls durch ein digitales Filter oder durch mehrere digitale Filter 314 geführt. Das digitale Filter bzw. die digitalen Filter 314 bandbegrenzt bzw. bandbegrenzen das Amplitudensignal 306. Das digitale Filter bzw. die digitalen Filter 214 kann bzw. können Tiefpassfilter sein, die die Signalkomponenten mit hohen Frequenzen abschwächen. Bei den verschiedenen hier offenbarten Vorrichtungen und Verfahren kann jedes geeignete digitale Filter verwendet werden, das das Amplitudensignal 306 wirksam bandbegrenzt.
Bei der Verarbeitung des Amplitudensignals 306 kann die Verwendung von Analogfiltern vermieden werden, indem hohe Überabtastraten, eine Interpolation hoher Ordnung und eine adaptive Rauschformung eingesetzt wird, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Das Ausgangssignal des digitalen Filters bzw. der digitalen Filter 214 kann einem Interpolator 316 zugeführt werden. Der Interpolator 316 erhöht die Abtastrate eines Signals, indem die Anzahl von Abtastwerten erhöht wird. Der Interpolator 316 verbessert die Genauigkeit des Signals, indem die Anzahl von Abtastwerten erhöht wird, wodurch eine bessere Darstellung des analogen Signals erreichbar ist. Bei einer Ausgestaltung kann der Interpolator 316 ein Tiefpassfilter umfassen. Zum Aufwärtsabtasten kann jeder geeignete Interpolator 316 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Interpolator zweiter Ordnung, insbesondere ein Halte-Interpolator zweiter Ordnung verwendet werden, um das Wiederholungsspektrum aus der Domäne der niedrigeren Abtastrate zu unterdrücken.
Ein Halte-Interpolator (Hold Interpolator) zweiter Ordnung ist ein quadratischer Interpolator, der eine Polynomfunktion zur Interpolation verwendet. Quadratische Interpolatoren können genauer arbeiten als lineare Interpolatoren. Da quadratische Interpolatoren Polynomfunktionen verwenden, können quadratische Interpolatoren besser differenziert werden. Beispielsweise kann das Eingangssignal für den Interpolator 316 ein Amplitudensignal 306 mit 100 MHz sein, und das Ausgangssignal, das durch die Interpolation erreicht wird, kann ein Amplitudensignal mit 900 MHz sein. Dies bedeutet einen Aufwärtsabtastfaktor von neun, und die Abtastrate wird neunfach erhöht. Mit zunehmender Abtastrate kann die Bitlänge entsprechend verringert werden. Eine beispielhafte Ausgestaltung für einen Halte-Interpolator zweiter Ordnung wird unter Bezugnahme auf 5 ausführlicher beschrieben werden.
Nachdem das Amplitudensignal 306 aufwärtsabgetastet wurde, wird das Amplitudensignal 306 durch einen Rauschformer 318 geführt. Der Rauschformer 318 ist als anpassbare Einrichtung ausgeführt, wie noch ausführlicher beschrieben wird. Bei einer Ausgestaltung kann der Rauschformer 318 ein rekonfigurierbarer Rauschformer dritter Ordnung sein. Rauschformung (noise shaping) ist eine Methode zur Bit-Reduktion, die zur Verringerung oder Minimierung von Quantisierungsfehlern verwendet wird. Beispielsweise kann das digitale Eingangssignal für den Rauschformer 318 ein Signal mit einer Auflösung von 16 Bit sein, und das digitale Signal am Ausgang des Rauschformers 318 kann eine Auflösung von 10–12 Bit aufweisen. Der Rauschformer 318 formt die Frequenzkontur bzw. das Frequenzspektrum des Rauschens zu einem Teil des Spektrums um, in dem es die Emissionsmaske für den jeweiligen Kommunikationsstandard nicht verletzt. Beispielsweise kann der Rauschformer 318 Quantisierungsrauschen formen, indem das Quantisierungsrauschen zu anderen Frequenzen als den momentanen Duplex-Frequenzen verschoben wird. Der Rauschformer 318 kann auch ein Tiefpassfilter verwenden, um das Quantisierungsrauschen zu verringern und die Signalgüte zu verbessern, indem das Signal-Rausch-Verhältnis des Signals verbessert wird.
Bei einer Ausgestaltung kann ein Rauschformer dritter Ordnung verwendet werden. Im Vergleich zu einem Rauschformer niedrigerer Ordnung kann ein Rauschformer dritter Ordnung eine deutlich bessere Rauschverringerung zur Verfügung stellen und kann das Signal-Rausch-Verhältnis stärker als ein Rauschformer niedrigerer Ordnung verbessern. Darüber hinaus kann ein Rauschformer niedrigerer Ordnung nicht ausreichend sein, um die Duplex-Anforderungen der UMTS-Bänder bei 45 MHz, 80 MHz, 95 MHz, 190 MHz und 400 MHz zu erfüllen. Der Rauschformer dritter Ordnung ermöglicht die Ausbildung einer Kerbe (Notch) bei Gleichstromsignalen, um eine Größe eines Fehlervektors (Error Vector Magnitude, EVM) zu verbessern, und einer Kerbe bei der momentanen Duplexfrequenz, um das Quantisierungsrauschen um die Duplex-Anforderung zu formen. Bei weiteren mobi len und drahtlosen Kommunikationssystemen können Rauschformer mit anderen Ordnungen verwendet werden. Ein beispielhafter Rauschformer dritter Ordnung wird unter Bezugnahme auf 6 ausführlicher erläutert.
Das verbesserte Amplitudensignal, das der Rauschformer 318 bereitstellt, kann in ein analoges Signal umgewandelt werden, bevor es mit dem Phasensignal 304 kombiniert wird. Bei einer Ausgestaltung kann ein 10–12 Bit-Digital-Analog-Wandler 320 verwendet werden. Jeder geeignete Digital-Analog-Wandler 320 kann in dem digitalen Polarmodulator 206 verwendet werden. Beispielsweise kann ein vollständig segmentierter Digital-Analog-Wandler verwendet werden. Ein vollständig segmentierter Digital-Analog-Wandler ist einer der schnellsten verfügbaren Digital-Analog-Wandlern und kann eine hohe Genauigkeit bereitstellen. Wenn Analogfilter verwendet werden, können an Stelle von vollständig segmentierten Digital-Analog-Wandlern binär gewichtete Digital-Analog-Wandler verwendet werden. An jeder Bitleitung könnte dann ein Analogfilter vor dem Digital-Analog-Wandler vorgesehen sein. Wenn die Bitanzahl zunimmt, wird es jedoch zunehmend schwierig, die Analogfilter aufeinander abzustimmen, was die Bitauflösung begrenzt. Wenn eine digitale Filterung verwendet wird, kann ein vollständig segmentierter Digital-Analog-Wandler verwendet werden, was das modulierte Signal weiter verbessern kann.
Wenn sowohl das Phasensignal 304 als auch das Amplitudensignal 306 wie oben beschrieben verarbeitet wurden, werden die verarbeiteten Signale an den Modulator 322 kombiniert. Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Amplitudensignal 306 in ein analoges Signal umgewandelt, während das Phasensignal 304 ein digitales Signal bleibt. Bei einer anderen Ausgestaltung kann das Phasensignal 304 ebenfalls in ein analoges Signal umgewandelt werden. Das Ausgangssignal des Modulators 322 ist das modulierte Signal. Dieses Signal kann an den Leistungsverstärker 208 ausgegeben werden, dann zu dem Duplexer 210 geführt werden und dann über die Antenne 212 gesendet werden, wie oben beschrieben wurde.
4 zeigt einen beispielhaften digitalen Polarmodulator 400 mit digitaler Verstärkungssteuerung. Die Verwendung von digitaler Verstärkungssteuerung bei der Polarmodulationsarchitektur kann die Signalgüte weiter verbessern, den Dynamikbereich des Signals vergrößern und das Signal-Rausch-Verhältnis des Signals verbessern.
Die digitale Verstärkungssteuerung kann beispielsweise in dem Signalpfad des Amplitudensignals 306 vor dem Rauschformer 318 vorgesehen sein. Wie in 4 gezeigt können die digitalen Verstärkungssteuerungsblöcke 402 und 404 vor oder nach dem Interpolator 316 vorgesehen sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die digitale Verstärkungssteuerung an Positionen vor und nach dem Interpolator 316 verteilt sein. Falls eine hohe Verstärkung vor dem Interpolator 316 eingeführt wird, kann die Bitbreite des Signals vergrößert werden. In diesem Fall kann die digitale Verstärkungssteuerung 402 so verwendet werden, dass sie einen kleinen Bereich abdeckt (von 0–6 dB). Da die digitale Verstärkungssteuerung 402 die Ausgangsleistung um 6 dB vergrößert, wird die Bitbreite um ein Bit erhöht. Obwohl die digitale Verstärkungssteuerung 402 die Leistung verdoppelt, wird die Bitauflösung möglichst niedrig gehalten. So wird die fein einstellbare bzw. feine digitale Verstärkungssteuerung 402 auf einen Bereich von 6 dB-Erhöhungen begrenzt, was die Verwendung einer wesentlich kleineren Bitbreite für den Interpolator 316 ermöglicht.
Bei einer Ausgestaltung kann die digitale Verstärkungssteuerung 404 in Schritten von 6 dB erhöht werden. Obwohl die digitale Verstärkungssteuerung 404 nach dem Interpolator 316 vorgesehen ist, d. h. in der Domäne der hohen Abtastrate, kann der Leistungsverbrauch gering gehalten werden, da die Schrittgröße von 6 dB einer einfachen Verschiebung des digitalen Worts um 1 Bit entspricht. Falls beispielsweise eine Verstärkung von 6 dB erforderlich ist, wird das Signal um 1 Bit verschoben, wodurch das Amplitudensignal 306 mit einem Faktor 2 multipliziert wird und die Ausgangsleistung um 6 dB erhöht wird.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausgestaltung und ein beispielhaftes Verhalten des Halte-Interpolators zweiter Ordnung 316. Die bei dieser Ausgestaltung verwendeten Filter sind nur beispielhaft für eine mögliche Ausgestaltung des Interpolators zweiter Ordnung. Jede andere Art digitaler Filter kann bei dieser Ausgestaltung verwendet werden. Beispielsweise können an Stelle von Filtern mit endlicher Impulsantwort (Finite Impulse Response Filter, FIR-Filter) ein kaskadiertes Integrator-Kammm-filter (Cascaded Integrator Comb-Filter, CIC-Filter) verwendet werden.
Eine Interpolation zweiter Ordnung bezieht sich auf eine quadratische Interpolation oder eine polynomielle Interpolation, wobei die Ordnung des Polynoms zwei ist. Die Ordnung eines digitalen Filters kann bestimmt werden, indem die Anzahl von vorhergehenden Eingangssignalen berechnet wird, die erforderlich ist, um das momentane Ausgangssignal zu berechnen. Daher werden bei einer Interpolation zweiter Ordnung die vorhergehenden zwei Eingangssignale verwendet, um das momentane Ausgangssignal zu berechnen oder zu ermitteln.
Wie in 5 dargestellt wird ein Eingangssignal zunächst einem Repeater 502 zugeführt. Der Repeaterblock 502 stellt eine Interpolation nullter Ordnung dar. Bei einem Interpolator nullter Ordnung werden keine vorhergehenden Eingangssignale benötigt, um das aktuelle Ausgangssignal zu bestimmen, und das aktuelle Ausgangssignal hängt nur von dem aktuellen Eingangssignal ab. Bei dieser Art von Interpolation wird derselbe Wert wie der vorhergehende Abtastwert zugewiesen, d. h. das Ausgangssignal ist gleich dem Eingangssignal. Dies wird auch als eine Abtast- und Halte-Schaltung bezeichnet. Hier wird der Begriff „Repeater" so verstanden, dass er eine Abtast- und Halte-Schaltung umfasst. Wenn beispielsweise ein Signal von 100 MHz auf 900 MHz aufwärtsabgetastet wird, ist der Aufwärtsabtastfaktor gleich neun und die Bitlänge wird ein Neuntel des ursprünglichen Wertes. In diesem Fall gibt der Repeater 502 neun Ausgangs-Abtastwerte für jeden Eingangs-Abtastwert aus.
Das von dem Repeater 502 ausgegebene Signal wird einem digitalen Filter 504 zugeführt. Bei einer Ausgestaltung kann das digitale Filter 504 ein Filter mit endlicher Impulsantwort (FIR-Filter) sein. Bei einer anderen Ausgestaltung kann das digitale Filter 504 ein CIC-Filter sein. Das digitale Filter 504 kann eine Einheitsverstärkung aufweisen und kann als ein Interpolator erster Ordnung oder ein linearer Interpolator wirken. Eine lineare Interpolation wird durchgeführt, indem ein Abtastwert am Mittelpunkt zwischen zwei Abtastwerten eingefügt wird. Das Ausgangssignal des Interpolators erster Ordnung hängt von einem vorhergehenden Eingangssignal sowie dem aktuellen Eingangssignal ab. Bei dieser Ausgestaltung kann das FIR-Filter beispielsweise neun Abgriffe, jeweils mit Einheitsverstärkung, aufweisen. Daher ist die Abtastrate an dem Ausgang neunmal die Abtastrate an dem Eingang.
Das Ausgangssignal des digitalen Filters 504 kann einem weiteren digitalen Filter 506 mit Einheitsverstärkungen zugeführt werden. Bei einer Ausgestaltung kann ein FIR-Filter verwendet werden, um eine Interpolation zweiter Ordnung oder quadratische Interpolationen zu realisieren. Wie oben erwähnt verwenden quadratische Interpolatoren an Stelle einer Linearfunktion zur Interpolation eine Polynomfunktion zweiter Ordnung. Beispielsweise kann das FIR-Filter 506 neun Abgriffe, jeweils mit Einheitsverstärkung, aufweisen, so dass das Ausgangssignal dieses Blocks ebenfalls neun Abtastwerte für jeden Eingangs-Abtastwert aufweist.
Das Ausgangssignal nach dem Block 506 ist das aufwärtsabgetastete Amplitudensignal. Beispielsweise kann bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausgestaltung die Abtastrate, die nach dem zweiten digitalen Filter 506 erreicht wird, 900 MHz betragen. Es sollte beachtet werden, dass durch eine Änderung der Anzahl von Abgriffen bei dem FIR-Filter jede Abtastrate erreicht werden könnte, solange sie die Nyquist-Raten-Anforderungen erfüllt.
Das aufwärtsabgetastete Signal wird einer Verstärkungssteuerung 508 zugeführt. Die durch die digitalen Filter eingeführte Verstärkung wird hier kompensiert. Bei dieser Ausgestaltung kann der Verstärkungssteuerungsblock beispielsweise eine Verstärkung von 181 einführen, um die Verstärkung zu kompensieren, die durch die zwei FIR-Filter eingeführt wurde. Es kann jedoch ein Wiederholungsspektrum bei dem Mehrfachen der Abtastfrequenz während des Abtastens entstehen. Ein Halte-Interpolator zweiter Ordnung wie der Halte-Interpolator zweiter Ordnung 316 kann derartige Wiederholungsspektren typischerweise auch besser unterdrücken als ein Interpolator niedrigerer Ordnung.
6 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung und ein beispielhaftes Verhalten eines rekonfigurierbaren Rauschformers 318 dritter Ordnung. Der Rauschformer 318 kann bei den Vorrichtungen und Verfahren zur Polarmodulation verwendet werden. Ein Eingangssignal 602 könnte jede beliebige Bitlänge aufweisen. Zu Erläuterungszwecken wird nachfolgend angenommen, dass die Bitlänge des Eingangssignals 602 16 Bit ist. Das Signal wird in drei Rückkopplungsstufen verarbeitet. Die Verstärkungsfaktoren können für jede Rückkopplungsstufe unterschiedlich sein, um eine Rauschformung dritter Ordnung zu realisieren. Addierer bzw. Subtrahierer 604, 606 und 608 addieren oder subtrahieren das Rückkopplungssignal gemäß den verwendeten Verstärkungsfaktoren.
Bei Verwendung des Rauschformers 318 in einem UMTS-Kommunikationssystem können beispielsweise rekonfigurierbare Verstärkungsfaktoren von (+2, –2, –1) bzw. (+1, +1, –1) verwendet werden. UMTS-Mobiltelefone und UMTS-Basisstationen weisen typischerweise einen Duplexer auf, der die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung voneinander isoliert oder trennt, während er ermöglicht, dass sie eine gemeinsame Antenne teilen. Beispielsweise sind die Duplexfrequenzen bei UMTS 45 MHz, 80 MHz, 95 MHz, 190 MHz und 400 MHz. In dem UMTS-Band I liegt das Uplink-Frequenzband bei 1920–1980 MHz, während das Downlink-Frequenzband bei 2110–2170 MHz liegt. Die Differenz zwischen Empfänger- und Senderfrequenzen beträgt 190 MHz. Der Polarmodulator bei UMTS für das Band I unterdrückt und dämpft die Empfängerfrequenz derart, dass sie keine Verzerrung und kein Übersprechen in dem Sendesignal verursacht.
Falls der Rauschformer 318 mit den Verstärkungsfaktoren [+2, –2, +1] konfiguriert ist, kann er die Duplexanforderungen der UMTS-Bänder bei 45 MHz, 80 MHz, 95 MHz und 190 MHz erfüllen. Dies wird durch eine Rauschformcharakteristik mit einer komplexwertigen Nullstelle zwischen den 95 MHz- und 190 MHz-Duplexanforderungen erreicht. In diesem Fall stellen Störemissionen für alle Frequenzen außer der 400 MHz-Duplexanforderung kein Problem dar.
Bei einer Ausgestaltung wird der rekonfigurierbare Rauschformer 318 dritter Ordnung, der in 6 dargestellt ist, mit Verstärkungsfaktoren [+2, –2, +1] konfiguriert. Eine Bustrenneinrichtung 610 trennt die sechs am wenigsten signifikanten Bits von dem 16-Bit-Signal ab. Das Ausgangssignal der Bustrenneinrichtung 610 sind die sechs am wenigsten signifikanten Bits des 16-Bit-Eingangssignals.
Um einen Rauschformer erster Ordnung zu realisieren, werden die sechs am wenigsten signifikanten Bits an dem Block 604 zu dem 16-Bit-Eingangssignal zurückaddiert. Die sechs am wenigs ten signifikanten Bits werden durch eine Verzögerungseinrichtung 612 mit Einheitsverzögerung und durch einen Verstärker 614 mit einem Verstärkungsfaktor von 2 geführt, bevor sie bei dem Block 604 zu dem Eingangssignal addiert werden.
Um einen Rauschformer zweiter Ordnung zu realisieren, wird der Rückkopplungsschleife ein weiterer Zweig mit zwei Verzögerungsblöcken 612, 616 mit Einheitsverzögerung und einem Verstärker 618 mit Verstärkungsfaktor 2 hinzugefügt. Dieses 6-Bit-Signal mit zwei Einheitsverzögerungen wird an dem Subtrahierblock 606 von dem Ausgangssignal des Blocks 604 subtrahiert.
Um einen Rauschformer dritter Ordnung zu realisieren, wird der Rückkopplungsschleife ein weiterer Zweig mit Verzögerungsblöcken 612, 620 mit Einheitsverzögerung und einem Verstärker 622 mit Einheitsverstärkung hinzugefügt. Das 6-Bit-Signal wird dann an dem Addierer 608 dem Ausgangssignal des Blocks 606 hinzuaddiert.
Eine Bustrenneinrichtung 624 verarbeitet das Signal und entfernt die sechs am wenigsten signifikanten Bits von dem 16-Bit-Signal. Die zehn am meisten signifikanten Bits sind das Ausgangssignal der Bustrenneinrichtung 624.
Die 400 MHz-Duplexanforderungen des UMTS-Bands IV können erfüllt werden, indem der Rauschformer dritter Ordnung mit den Verstärkungsfaktoren [+1, +1, –1] rekonfiguriert wird. Dies erzeugt eine Tiefpass-erster-Ordnung-Rauschformwirkung in Verbindung mit einer Hochpass-Rauschformwirkung.
Um einen Rauschformer dritter Ordnung mit Verstärkungsfaktoren [+1, +1, –1] zu realisieren, kann die Verstärkung der Verstärker 614, 618 und 622 von 2, 2, 1 zu 1, 1 bzw. 1 verändert werden. Zusätzlich kann der Subtrahierblock 606 durch einen Addierblock ersetzt werden, und der Addierblock 608 kann durch einen Subtrahierblock ersetzt werden. Bei dem re konfigurierbaren Rauschformer 318 können beliebige Verstärkungsfaktoren verwendet werden, um bei weiteren mobilen und drahtlosen Kommunikationssystemen einsetzbar zu sein, die nach den Spezifikationen dieser Systeme und entsprechenden Standards gewählt werden.
Unter Bezugnahme auf 7–9 werden Verfahren zur Polarmodulation beschrieben. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können die verschiedenen beschriebenen Schritte der Verfahren in jeder Reihenfolge kombiniert werden, um das Verfahren zu realisieren. Bei weiteren Ausführungsbeispielen können einzelne Schritte weggelassen werden. Die Verfahren können mit jeder geeigneten Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen davon ausgeführt werden.
7 ist eine Flussdiagrammdarstellung eines Verfahrens zur Polarmodulation ohne Analogfilterung. Bei 702 empfängt ein Polarmodulator ein Basisbandsignal oder Basisbandsignale von der Quelle 202. Das Basisbandsignal bzw. die Basisbandsignale können von analogen Signalen zu digitalen Signalen umgewandelt werden, bevor sie den Polarmodulator 206 erreichen. Bei einer Ausgestaltung kann das analoge Signal, das von der Quelle 202 bereitgestellt wird, abgetastet und quantisiert werden, bevor das Signal an dem digitalen Polarmodulator 206 empfangen wird.
Bei 704 können die Basisbandsignale, d. h. das In-Phase(I)- und das Quadratur(Q)-Signal, von kartesischen Koordinaten zu einem Amplitudensignal und Phasensignal der Polarkomponenten umgesetzt werden. Die In-Phase- und Quadraturkomponenten des Basisbandsignals werden in das Phasensignal 304 und das Amplitudensignal 306 der Polardarstellung umgesetzt. Zur Signalumsetzung kann beispielsweise der R2P-Umsetzer 302 verwendet werden. Bei einer Ausgestaltung kann ein CORDIC (COordinate Rotational DIgital Computer) verwendet werden, um die In-Phase- und Quadratursignale in das Phasensignal 304 und das Amplitudensignal 306 umzusetzen.
Bei 706 wird das Phasensignal 304 gefiltert und verarbeitet. Ein digitales Filter 308 oder mehrere digitale Filter kann bzw. können verwendet werden, um das Signal bandzubegrenzen und zu filtern. Das Phasensignal 304 wird dann differenziert und durch die Phasenregelschleife 312 geführt.
Bei 708 wird das Amplitudensignal 306 gefiltert und verarbeitet. Ein digitales Filter oder mehrere digitale Filter können verwendet werden, um das Signal bandzubegrenzen. Dann wird das Amplitudensignal 306 aufwärtsabgetastet, das Kanalrauschen wird zusammen mit dem Quantisierungsrauschen entfernt und das Amplitudensignal 306 wird schließlich in ein analoges Signal umgewandelt.
Bei 710 werden das verarbeitete Phasensignal von Schritt 706 und das verarbeitete Amplitudensignal von Schritt 708 kombiniert, beispielsweise in dem Modulator 322, der als Mischer ausgestaltet sein kann.
Bei 712 steuert das kombinierte Signal den Leistungsverstärker 208 an. Von dem Leistungsverstärker 208 wird das Signal an den Duplexer 210 ausgegeben und kann über die Antenne 212 gesendet werden. Bei einer Ausgestaltung kann ein nichtlinearer Leistungsverstärker im Sättigungsbetrieb nahe an der Grenzfrequenz verwendet werden. Dies kann den Wirkungsgrad der Sendeeinrichtung erhöhen und zu einer längeren Batterielebensdauer im Vergleich mit einem linearen Leistungsverstärker führen.
8 zeigt eine Flussdiagrammdarstellung der Verarbeitung des Phasensignals in dem Polarmodulator. Bei 802 kann das Phasensignal 304 von dem Basisband-In-Phase-Signal I und dem Basisband-Quadratursignal Q abgeleitet werden. Bei einer Ausgestaltung setzt der R2P-Umsetzer 302 die I- und Q-Komponenten des Basisbandsignals in das Amplitudensignal 306 und das Phasensignal 304 um, die bei der Polarmodulation verwendet werden.
Bei 804 kann das Phasensignal 304 bandbegrenzt werden, um eine weitere Verarbeitung zu ermöglichen. Bei einer Ausgestaltung wird das Phasensignal durch ein digitales Filter 308 geführt, das als Tiefpassfilter ausgeführt sein kann, das das Eingangsphasensignal 304 bandbegrenzt. Das digitale Filter 308 entfernt auch hochfrequentes Rauschen von dem Phasensignal 304. Das hochfrequente Rauschen umfasst typischerweise das Quantisierungsrauschen, das aufgrund der endlichen Auflösung der digitalen Darstellung des Signals eingeführt wird, wenn das analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Bei 806 kann das Phasensignal 304 in die entsprechende Frequenzkomponente umgesetzt werden. Bei einer Ausgestaltung kann, nachdem das Phasensignal 304 bandbegrenzt wurde und das Quantisierungsrauschen entfernt wurde, das Phasensignal 304 durch ein Differenzierglied 310 geführt werden. Das Differenzierglied 310 erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zu einer Änderungsrate des Eingangssignals ist. Die Änderungsrate oder Ableitung der Phase ist gleich der Frequenz. Falls das Phasensignal 304 das Eingangssignal für das Differenzierglied 310 ist, kann daher das Phasensignal 304 differenziert werden, um ein zu dem Eingangsphasensignal 304 proportionales Frequenzsignal zu erzeugen.
Bei 808 kann die Phase des Frequenzsignals, das von dem Differenzierglied 310 ausgegeben wird, gemäß der an dem Eingang bereitgestellten Phaseninformation aufrechterhalten werden. Bei einer Ausgestaltung kann ein Signal durch die Phasenregelschleife PLL 312 erzeugt werden, das an die Phase des Eingangssignals gekoppelt ist. Die PLL ändert eine Frequenz gemäß dem Phasen-Signaleingang. Unter Verwendung der PLL 312 können phasenmodulierte Sendefrequenzen erzeugt werden.
Bei 810 kann das bei 808 erhaltene verarbeitete Signal an den Modulator 322 bereitgestellt werden. Bei einer Ausgestaltung können das verarbeitete Phasensignal und das verarbeitete Amplitudensignal an dem Modulator 322 miteinander kombiniert werden, um das modulierte Signal zu erhalten.
9 ist eine Flussdiagrammdarstellung einer Verarbeitung des Amplitudensignals 306 in dem Polarmodulator 206. Die Reihenfolge, in der verschiedene Schritte und Aktivitäten bei dem Verfahren beschrieben werden, soll nicht beschränkend sein. Vielmehr können bei Ausführungsbeispielen die beschriebenen Schritte und Aktivitäten in verschiedenen Reihenfolgen miteinander kombiniert werden, um ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel zu realisieren. Einige Schritte oder Aktivitäten können auch weggelassen werden. Das Verfahren kann mit geeigneter Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon ausgeführt werden.
Bei 902 kann das Amplitudensignal des Polarkoordinatensignals von den Basisband-I- und Q-Signalen abgeleitet werden. Bei einer Ausgestaltung setzt der R2P-Umsetzer 302 die I- und Q-Komponenten des Basisbandsignals in das Amplitudensignal 306 und das Phasensignal 304 um, die bei der Polarmodulation verwendet werden.
Bei 904 kann das Amplitudensignal 306 bandbegrenzt werden, um eine weitere Verarbeitung zu ermöglichen. Bei einer Ausgestaltung kann ein digitales Filter 314 oder können mehrere digitale Filter das Signal bandbegrenzen. Das digitale Filter 314 kann ein Tiefpassfilter sein, das die hochfrequenten Signalanteile abschwächt. Das digitale Filter 314 entfernt hochfrequentes Rauschen von dem Amplitudensignal 306. Das hochfrequente Rauschen umfasst typischerweise Quantisierungsrauschen, das aufgrund der endlichen Auflösung der digitalen Darstellung des Signals eingeführt wird, wenn das analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Bei 906 kann das Amplitudensignal 306 aufwärtsabgetastet werden, indem die Abtastrate des Amplitudensignals 306 erhöht wird. Bei einer Ausgestaltung wird das Ausgangssignal des digitalen Filters 314 dem Interpolator 316 zugeführt. Unter Verwendung des Interpolators 316 kann die Abtastrate des Signals 306 erhöht werden, indem die Anzahl von Abtastwerten erhöht wird. Der Interpolator 316 verbessert die Genauigkeit des Signals, da die Anzahl von Abtastwerten zunimmt und das Signal eine bessere Darstellung des analogen Signals bereitstellt. Typischerweise sind die Interpolatoren 316 Tiefpassfilter. Bei einer Ausgestaltung kann der Interpolator 316 ein Halte-Interpolator zweiter Ordnung sein. Beispielsweise kann das Eingangssignal für den Interpolator 316 100 MHz aufweisen, und das Ausgangssignal an dem Ausgang des Interpolators 316 kann 900 MHz aufweisen.
Bei 908 kann Rauschen von dem Amplitudensignal 306 entfernt werden. Bei einer Ausgestaltung kann das Quantisierungsrauschen von dem Rauschformer 318 zu einem Teil des Spektrums umgeformt bzw. verschoben werden, wo es die Sendespektrum-Maske nicht verletzt. Der Rauschformer 318 formt das Quantisierungsrauschen um, indem das Quantisierungsrauschen hinsichtlich seiner Frequenz verschoben wird. Rauschformung ist ein Bitreduktionsverfahren, das zur Minimierung oder Verringerung von Quantisierungsfehlern verwendet wird. Rauschformung kann verwendet werden, um die Frequenzkontur des Rauschens umzuformen. Beispielsweise kann das digitale Eingangssignal für den Rauschformer 318 eine Auflösung von 16 Bit aufweisen, und das digitale Signal an dem Ausgang des Rauschformers 318 kann eine Auflösung von 10–12 Bit aufweisen. Der Rauschformer 318 kann ein Tiefpassfilter verwenden, um das Quantisierungsrauschen zu verringern und die Signalgüte zu verbessern, indem das Signal-Rausch-Verhältnis des Signals verbessert wird. Bei einer Ausgestaltung kann der Rauschformer 318 ein rekonfigurierbarer Rauschformer dritter Ordnung sein.
Bei 910 kann das Amplitudensignal 306 von digitaler Form in analoge Form umgewandelt werden. Bei einer Ausgestaltung kann das Amplitudensignal 306, das der Rauschformer 318 ausgibt und das eine höhere Güte aufweist, von dem Digital-Analog-Wandler 320 in ein analoges Signal umgewandelt werden, bevor es mit dem Phasensignal kombiniert wird. Bei einer Ausgestaltung kann ein vollständig segmentierter 10–12 Bit-Digital-Analog-Wandler verwendet werden.
Bei 912 kann das bei 910 erhaltene analoge Amplitudensignal mit dem verarbeiteten Phasensignal kombiniert werden. Bei einer Ausgestaltung können sowohl das verarbeitete Phasensignal als auch das verarbeitete Amplitudensignal an dem Modulator 322 kombiniert werden. Das Ausgangssignal des Modulators 322 ist das modulierte Signal.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 1000, die eine Polarmodulation ohne Analogfilterung realisiert. In 10 kann die Vorrichtung 1000 beispielsweise ein mobiles Kommunikationsgerät oder eine Rechenvorrichtung sein. Die Vorrichtung 1000 umfasst eine Antenne 212 oder mehrere Antennen 212 zum Senden und Empfangen von Radiofrequenzsignalen. Die Antenne 212 kann ausgestaltet sein bzw. die Antennen 212 können ausgestaltet sein, um verschiedene Radiofrequenzen (RF) in verschiedenen Bändern zu empfangen. Die Antenne 212 kann eine oder mehrere intelligente Antennen, fraktale Antennen, eine Mikrostreifen-Antenne und dergleichen umfassen.
Ein Prozessor oder mehrere Prozessoren 102 führen Steuer- und Befehlsfunktionen aus, einschließlich Funktionen zum Zugreifen auf die Komponenten der mobilen Rechenvorrichtung 1000 und zum Steuern dieser Komponenten. Der Prozessor 102 bzw. die Prozessoren 102 kann bzw. können eine einzige Verarbeitungseinheit oder eine Anzahl von Einheiten sein, die alle mehrere Recheneinheiten umfassen können.
Ein Speicher 1008 oder mehrere Speicher 1008 stellt bzw. stellen verschiedene Speicherfunktionen zur Verfügung, einschließlich einer Speicherung ausführbarer Anweisungen, beispielsweise eines Betriebssystems. Die Speicher 1008 können einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Flash-Speicher und dergleichen umfassen. Die Programmanweisungen werden in dem Speicher 1008 gespeichert und von dem Prozessor bzw. den Prozessoren 102 ausgeführt.
Der Duplexer 210 empfängt die Signale von der Antenne 212 bzw. gibt die Signale an die Antenne 212 aus. Der Duplexer 210 kann einen Hybrid-Ring-Duplexer, einen Cavity-Notch-Duplexer, einen Bandpass-Duplexer, einen Bandsperre-Duplexer und dergleichen umfassen. Der Leistungsverstärker 208 erhöht den Leistungswirkungsgrad des von der mobilen Rechenvorrichtung 1000 zu sendenden Signals. Leistungsverstärker können Klasse-B-Leistungsverstärker, Klasse-AB-Leistungsverstärker, Klasse-C-Leistungsverstärker und dergleichen umfassen.
Der digitale Polarmodulator 206 moduliert das Basisbandsignal zum Senden. Das Ausgangssignal des Polarmodulators wird dem Leistungsverstärker 208 zugeführt.
Die mobile Rechenvorrichtung 1000 kann weiterhin Eingabe-Ausgabe-Schnittstellen 1004, wie beispielsweise ein Mikrophon, einen Benutzerschirm, eine Benutzerschnittstelle, z. B. eine Tastatur, ein Touchpad oder dergleichen, Lautsprecher und dergleichen umfassen. Digitale Signalprozessoren 1006 weisen Funktionen wie ein Komprimieren, Dekomprimieren und Formen von Signalen auf, die von der mobilen Rechenvorrichtung 1000 gesendet und empfangen werden. Die mobile Rechenvorrichtung 1000 umfasst auch eine Batterie oder eine Energiequelle 1010, die die mobile Rechenvorrichtung mit Energie versorgt.
Die mobile Rechenvorrichtung 1000 umfasst weiterhin Analog-Digital-Wandler und Digital-Analog-Wandler, die bei 1012 schematisch dargestellt sind. Ein Analog-Digital-Wandler wird verwendet, um analoge Signale, beispielsweise empfangene RF-Signale, in digitale Signale umzuwandeln, während ein Digital-Analog-Wandler digitale Signale in analoge Signale überträgt.
Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf strukturelle oder funktionelle Merkmale und verschiedene Schritte beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Während Ausführungsbeispiele im Kontext beispielhafter Anwendungen, wie mobilen Kommunikationsgeräten, beschrieben wurden, können Ausführungsbeispiele der Erfindung auch in weiteren Gebieten Anwendung finden. Beispielsweise können die Vorrichtungen und Verfahren bei drahtlosen Kommunikationsgeräten, Rechengeräten und anderen elektronischen Geräten verwendet werden.

Claims

Polarmodulator ohne Analogfilter, umfassend einen Interpolator (316), der eingerichtet ist, um ein digitales Amplitudensignal (306) aufwärtsabzutasten und zu interpolieren, einen Rauschformer (318), der eingerichtet ist, um eine Frequenzkontur eines Quantisierungsrauschens des aufwärtsabgetasteten und interpolierten digitalen Amplitudensignals umzuformen, einen Digital-Analog-Wandler (320), der eingerichtet ist, um das umgeformte Amplitudensignal in ein analoges Amplitudensignal umzuwandeln, und einen Modulator (322), der eingerichtet ist, um ein Phasensignal (304) und das analoge Amplitudensignal zu kombinieren und ein moduliertes Signal auszugeben.
Polarmodulator nach Anspruch 1, wobei der Interpolator (316) eingerichtet ist, um beim Aufwärtsabtasten des Amplitudensignals auf eine höhere Abtastrate eine quadratische Interpolation durchzuführen.
Polarmodulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rauschformer (318) in Bezug auf eine Sendefrequenz adaptiv anpassbar ist.
Polarmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rauschformer (318) bei Gleichstromsignalen ein Verhalten erster Ordnung aufweist und bei einem einstellbaren Frequenzversatz ein Verhalten zweiter Ordnung aufweist.
Polarmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein digitales Filter (308, 314) oder mehrere digitale Filter (308, 314), um ein Spektrum des analogen Amplitudensignals und/oder des Phasensignals zu begrenzen.
Polarmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Differenzierglied (310), das eingerichtet ist, um das Phasensignal (304) zu differenzieren und ein zu dem Phasensignal proportionales Frequenzsignal bereitzustellen.
Polarmodulator nach Anspruch 6, umfassend eine Phasenregelschleife (312), die verschaltet ist, um das Frequenzsignal zu empfangen und um ein phasenmoduliertes Signal bei einer Sendefrequenz zu erzeugen.
Polarmodulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Einrichtung zur digitalen Verstärkungssteuerung (402, 404), die eingerichtet ist, um das Amplitudensignal zu verstärken oder abzuschwächen.
Polarmodulator nach Anspruch 8, wobei der Polarmodulator (400) eingerichtet ist, um die digitale Verstärkungssteuerung (402, 404) vor dem Rauschformer (318) durchzuführen.
Polarmodulator nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Polarmodulator (400) eingerichtet ist, um die digitale Verstärkungssteuerung (402, 404) vor und nach dem Interpolator (316) durchzuführen.
Vorrichtung mit einem Polarmodulator (206; 400) ohne Analogfilter, umfassend eine Einrichtung (202, 204; 302, 322) zum Bereitstellen digitaler Signale, wobei ein Eingangssignal für die digitalen Signale in Polarkomponenten vorliegt oder in ein Amplitudensignal (306) und ein Phasensignal (304) eines Polarkoordinatensignals umgesetzt wird, wobei die Einrichtung (202, 204; 302, 322) eingerichtet ist, um das Amplitudensignal (306) und das Phasensignal (304) zu einem Sendesignal zu modulieren, und einen Leistungsverstärker (208), der eingerichtet ist, um das Sendesignal zu empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Polarmodulator (206; 400) ein digitales Filter (308, 314) oder mehrere digitale Filter (308, 314) umfasst, um das Phasensignal und das Amplitudensignal zu verarbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Polarmodulator (206; 400) ein Differenzierglied (310) umfasst, das eingerichtet ist, um das Phasensignal (304) zu einem zu dem Phasensignal proportionalen Frequenzsignal zu differenzieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11–13, wobei der Polarmodulator (206; 400) einen Interpolator zweiter Ordnung (316) umfasst, der eingerichtet ist, um die Abtastrate des Amplitudensignals zu erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Interpolator als Halte-Interpolator zweiter Ordnung (316) ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11–15, wobei der Polarmodulator einen Rauschformer dritter Ordnung (318) umfasst, der eingerichtet ist, um das Amplitudensignal mit einer erhöhten Abtastrate zu empfangen und um eine Frequenzkontur eines Rauschens des Amplitudensignals umzuformen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine Rauschformfunktion in Bezug auf eine Sendefrequenz adaptiv anpassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Rauschformfunktion bei Gleichstromsignalen ein Verhalten erster Ordnung aufweist und bei einem einstellbaren Frequenzversatz ein Verhalten zweiter Ordnung aufweist.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 11–18, wobei der Polarmodulator (400) eine Einrichtung (402, 404) zur digitalen Verstärkungssteuerung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die digitale Verstärkungssteuerung (402, 404) vor und nach dem Interpolator (316) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11–20, wobei der Polarmodulator als Polarmodulator (206; 400) nach einem der Ansprüche 1–10 ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 11–21, wobei die Einrichtung (202; 302) ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend eine Basisbandeinheit und einen Analog-Digital-Wandler.
Verfahren zum Durchführen einer Polarmodulation ohne Analogfilter, umfassend Aufwärtsabtasten und Interpolieren eines digitalen Amplitudensignals (306), Umformen einer Frequenzkontur eines Quantisierungsrauschens des aufwärtsabgetasteten und interpolierten digitalen Amplitudensignals, Umwandeln des umgeformten Amplitudensignals in ein analoges Amplitudensignal, Kombinieren eines Phasensignals (304) und des analogen Amplitudensignals, und Ausgeben eines modulierten Signals.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei beim Aufwärtsabtasten auf eine höhere Abtastrate eine quadratische Interpolation durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Umformen adaptiv an eine Sendefrequenz angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23–25, wobei das Umformen bei Gleichstromsignalen ein Verhalten erster Ordnung aufweist und bei einem einstellbaren Frequenzversatz ein Verhalten zweiter Ordnung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23–26, umfassend Verstärken oder Abschwächen des Amplitudensignals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23–27, wobei das Verfahren unter Verwendung eines Polarmodulators nach einem der Ansprüche 1–10 durchgeführt wird.