DE102008050217A1

DE102008050217A1 - Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz

Info

Publication number: DE102008050217A1
Application number: DE200810050217
Authority: DE
Inventors: Christian Grewing; Michael Lewis; Stefan Van Waasen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2009-04-30
Also published as: US9020073B2; US20090103654A1

Abstract

Ein Empfänger (200) mit einer niedrigen Zwischenfrequenz umfasst eine analoge Vorstufe (102), welche derart ausgestaltet ist, dass sie ein moduliertes IQ-Datensignal (118) empfängt und ein Inphase-Signal (122) und ein Quadratur-Signal (124) bereitstellt. Dabei ist das Inphase-Signal (122) um ungefähr 90° relativ zu dem Quadratur-Signal (124) phasenversetzt. Der Empfänger (200) mit der niedrigeren Zwischenfrequenz umfasst darüber hinaus einen Block (140) zur digitalen Verarbeitung und einen einzigen Pfad (170), welcher entweder das Inphase-Signal (122) oder das Quadratur-Signal (124) dem Block (140) zur digitalen Verarbeitung bereitstellt.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kommunikationssysteme und insbesondere Empfänger, welche bei diesen Kommunikationssystemen eingesetzt werden.
Hintergrund
Momentan existieren mehrere Trends bezüglich Vorrichtungen zur drahtlosen Kommunikation. Im Vergleich zu vorherigen Generationen von drahtlosen Vorrichtungen sind zum Beispiel die modernen drahtlosen Vorrichtungen kompakter, preiswerter und besitzen eine längere Batterielaufzeit. Während die Verbraucher diese Trends weithin als gegeben ansehen, sind diese Trends ein Ergebnis von bedeutsamen Ingenieurleistungen.
Um mit anderen Vorrichtungen zu kommunizieren, umfassen viele drahtlose Vorrichtungen Empfänger. Diese Empfänger sind typischerweise Bestandteil eines Chipsatzes, welcher eine drahtlose Kommunikation mittels eines von mehreren Kommunikationsstandards, wie z. B. Bluetooth, DECT („Digital Enhanced Cordless Telecommunication") und vielen anderen, ermöglicht. Da diese Chipsätze allgemein in Mobiltelefonen, Musikabspielgeräten, persönlichen Assistenten (PDAs („Personal Digital Assistants")), usw., eingesetzt werden, ist es erstrebenswert, dass die Chipsätze relativ kompakt und effizient sind, wodurch sich geringere Kosten und eine höhere Leistungsfähigkeit der Produkte auf einer kleineren Fläche ergeben.
In den letzten Jahren bestand eine Möglichkeit, in welcher die Entwickler versucht haben, für kompakte und effiziente Chipsätze zu sorgen, darin, Empfänger darin zu realisieren, welche eine Zwischenfrequenz (ZF) von Null aufweisen. Ein Empfänger mit einer ZF von Null ermöglicht eine direkte Umsetzung eines analogen Funkfrequenzsignals (FREQ) in ein digitales Basisband. Dies verringert typischerweise die Anzahl der Komponenten und kann entsprechend die Fläche und die Kosten des Chipsatzes begrenzen. Indem die Anzahl der Komponenten verringert wird, vereinfachen die Empfänger mit einer ZF von Null auch die Beschaffung und verbessern die Ausbeute bei der Herstellung.
Während Empfänger mit einer ZF von Null einen kompakteren Chipsatz ermöglichen, beschränken technische Hindernisse oft den Umfang, mit welchem solche Empfänger bei modernen Kommunikationssystemen eingesetzt werden können. Da zum Beispiel ein lokales Oszillatorsignal (LO-Signal) bei diesen Empfängern der Funkfrequenz (RF) entspricht, kann das LO-Signal von dem Empfänger zu der Antenne entweichen (d. h. von der Antenne abgestrahlt werden), was zu Störungen mit anderen Empfängern auf demselben Frequenzband führen kann. Der Gleichspannungs-Offset, welcher durch das Selbstmischen des LO-Signals erzeugt wird, kann den Signalrauschabstand (SNR („Signal Noise Ratio")) wesentlich verschlechtern.
Ein Empfängertyp, welcher diese beiden Nachteile (d. h. den Verlust durch das LO-Signal und den Gleichspannungs-Offset) einschränkt, ist ein Empfänger mit einer niedrigen ZF. Bei Empfängern mit einer niedrigen ZF wird die empfangene Funkfrequenz zu einer niedrigen ZF abwärts gemischt (aber nicht zu einer ZF von Null), bevor sie zu dem Basisband abwärts gemischt wird. Daher weist die Abwärtsmischung der empfangenen Funkfrequenz zu dem Basisband eine oder mehrere ZFen auf, wobei jede ZF einer getrennten Stufe in dem Empfänger entspricht. Aufgrund der Tatsache, dass diese getrennten Stufen eine relativ große Fläche benötigen, weisen herkömmliche Empfänger mit einer niedrigen ZF einen relativ großen Flächenbedarf auf.
Um die wachsenden Erwartungen der Kunden bezüglich Kompaktheit, günstiger Kosten und Batterielaufzeit weiterhin zu erfüllen und zu übertreffen, werden verbesserte Empfänger mit einer niedrigen ZF benötigt.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Empfänger mit niedriger ZF bereitzustellen, welcher eine relativ hohe Leistung bereitstellt und trotzdem nur einen relativ kleinen Flächenbedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz nach Anspruch 1 oder 20 und ein Verfahren zur Signalverarbeitung nach Anspruch 8 oder 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung
Eine erfindungsgemäße Ausführungsform stellt einen Empfänger mit einer niedrigen Zwischenfrequenz (ZF) bereit. Der Empfänger mit der niedrigen ZF umfasst eine analoge Vorstufe, welche derart ausgestaltet ist, dass sie ein moduliertes IQ-Datensignal empfängt und ein Inphase-Signal und ein Quadratur-Signal bereitstellt, wobei das Inphase-Signal einen Phasenversatz von ungefähr 90° relativ zu dem Quadratur-Signal aufweist (wie es beispielsweise aus der Quadraturamplitudenmodulation bekannt ist). Der Empfänger mit der niedrigen ZF umfasst darüber hinaus einen Block zur digitalen Signalverarbeitung und einen einzigen Pfad, welcher entweder nur das Inphase-Signal oder nur das Quadratur-Signal dem Block zur digitalen Signalverarbeitung bereitstellt. Mit anderen Worten wird entweder nur das Inphase-Signal oder nur das Quadratur-Signal von der analogen Vorstufe zu dem Block zur digitalen Signalverarbeitung weitergeleitet, während das jeweils andere Signal (also das Quadratur-Signal bzw. Inphase-Signal) nicht weitergeleitet wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Signalverarbeitung oder Signalbearbeitung bereitgestellt. Dabei wird ein moduliertes IQ-Datensignal empfangen und dieses modulierte IQ-Datensignal wird in ein Inphase-Signal bei einer vorbestimmten Zwischenfrequenz und zu einem Quadratur-Signal bei der vorbestimmten Zwischenfrequenz abwärts gemischt. Anschließend wird entweder das Inphase-Signal oder das Quadratur-Signal ausgewählt und das jeweils ausgewählte Signal digital kodiert (z. B. mittels eines Analog-Digital-Wandlers digitalisiert). Dieses digital kodierte ausgewählte Signal wird dann zu einer niedrigeren Frequenz abwärts gemischt.
Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verarbeitung oder Bearbeitung eines Signals bereitgestellt. Gemäß diesem Verfahren wird ein moduliertes IQ-Datensignal bei einer Empfangsfrequenz empfangen. Dieses modulierte IQ-Datensignal umfasst eine Gruppe von positiven Frequenzen und eine Gruppe von negativen Frequenzen. Dabei umfasst wiederum sowohl die Gruppe der positiven Frequenzen als auch die Gruppe der negativen Frequenzen jeweils mindestens ein erwünschtes Signal und mindestens ein Signalabbild oder Störsignal. Das modulierte IQ-Datensignal wird in ein Inphase-Signal bei einer Zwischenfrequenz und in ein Quadratur-Signal bei der Zwischenfrequenz abwärtsgemischt. Dann werden das Inphase-Signal oder das Quadratur-Signal oder beide gefiltert, um das mindestens eine Signalabbild bzw. die störenden Signalabbilder herauszufiltern. Anschließend wird das gefilterte Inphase-Signal oder das gefilterte Quadratur-Signal ausgewählt und digitale kodiert (z. B. mittels eines Analog-Digital-Wandlers digitalisiert). Wenn nur das Inphase-Signal (oder Quadratur-Signal) gefiltert wird, wird insbesondere genau dieses Signal ausgewählt. Abschließend wird das digital kodierte ausgewählte Signal zu einer niedrigeren Frequenz abwärts gemischt.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz bereitgestellt. Dieser Empfänger umfasst einen Demodulator, um aus einem empfangenen modulierten IQ-Datensignal ein Inphase-Signal und ein Quadratur-Signal, welche jeweils eine Information tragen, bereitzustellen. Dabei ist das Inphase-Signal um ungefähr 90° im Bezug zu dem Quadratur-Signal phasenversetzt. Darüber hinaus umfasst der Empfänger eine Schaltung zur digitalen Signalverarbeitung und eine Schaltung, um zu einer vorbestimmten Zeit entweder nur das Inphase-Signal oder nur das Quadratur-Signal der Schaltung zur digitalen Signalverarbeitung zuzuführen.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren im Detail beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Empfängers mit einer niedrigen ZF.
2 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Empfängers mit einer niedrigen ZF.
3 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verarbeitung eines Signals.
4A und 4B sind funktionale Darstellungen, welche das Verfahren der 3 beispielhaft veranschaulichen.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.
Mit Bezug auf 1 ist ein Empfänger 100 mit einer niedrigen Zwischenfrequenz (ZF) dargestellt. Der Empfänger 100 mit einer niedrigen ZF umfasst eine analoge Vorstufe 102 mit einer I/Q-Demodulatorstruktur. Diese analoge Vorstufe 102 umfasst die folgenden Komponenten: eine Antenne 104, eine Anpassungsschaltung 106, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 108, einen spannungsgesteuerten Generator (VCO) 110, zwei Mischer 112, 114 und ein Modul 116 zur Verschiebung einer Phase um 90°.
Während des Betriebs leitet der LNA 108 IQ-Daten, welche er von der Antenne 104 empfängt, zu dem ersten bzw. zu dem zweiten Mischer 112, 114 weiter. Im Wesentlichen führt der erste bzw. zweiten Mischer 112, 114 eine Signalmultiplikation durch und mischt das verstärkte IQ-Datensignal 120 von einer empfangenen Frequenz (FREQ) zu einer Zwischenfrequenz (ZF) entweder aufwärts oder abwärts. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform setzt der erste Mischer 112 das empfangene IQ-Datensignal 120 zu einem Inphase-Signal (I) 112 bei der ZF um, während der zweite Mischer 114 das verstärkte IQ-Datensignal 120 zu einem Quadratur-Signal (Q) 124 bei der ZF umsetzt. Genauer mischt der erste Mischer 112 das verstärkte IQ-Datensignal 120 mit einem Inphase-Signal 126 eines lokalen Oszillators (LO), um das Inphase (I)-Signal 122 zu erzeugen. Der zweite Mischer 114 mischt das verstärkte IQ-Datensignal 120 mit einem phasenverschobenen LO-Signal 128, um das Q-Signal 124 zu erzeugen.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Empfänger 100 mit der niedrigen ZF ein LO-Signal mit einer niedrigen Frequenz (wobei IF = FREQ – LO gilt) wie auch ein LO-Signal mit einer hohen Frequenz (wobei IF = LO – FREQ gilt) einsetzen. Bei anderen Ausführungsformen kann der Empfänger 100 mit der niedrigen ZF mehrere ZFen aufweisen, wobei getrennte Stufen die Frequenz von einer ZF zu der nächsten ZF herunterführen.
Zur Verdeutlichung werden typische Frequenzwerte für einige allgemeine Standards im Folgenden aufgeführt. Diese Frequenzwerte werden nur zur Verdeutlichung aufgeführt und es ist dem Fachmann klar, dass die vorliegende Erfindung auch für zahlreiche andere Frequenzbereiche anwendbar ist. Bei einigen Bluetooth-Ausführungsformen liegt die FREQ in einem Bereich von ungefähr 2,4 GHz bis ungefähr 2,48 GHz und die ZF beträgt ungefähr 1 MHz. Bei anderen Bluetooth-Ausführungsformen liegt die FREQ in einem Bereich von ungefähr 2,4 GHz bis ungefähr 2,48 GHz und die ZF beträgt ungefähr 1,5 MHz. Bei einer Ausführungsform für ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS) liegt die FREQ ungefähr bei 1,575 GHz und die ZF beträgt ungefähr 2 MHz. Bei einer DECT-Ausführungsform liegt die FREQ in einem Bereich von ungefähr 1,88 GHz bis ungefähr 1,93 GHz und die ZF beträgt ungefähr 1 MHz.
Ein optionaler Filterblock 130 filtert das I-Signal 122 und das Q-Signal 124, um ein erstes bzw. zweites gefiltertes Signal 132, 134 bereitzustellen, in welchen unerwünschte Störungen entfernt worden sind. Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem Filterblock 130 um ein komplexes Polyphasenfilter handeln.
Ein erster und ein zweiter Signalpfad 136, 138 befördern die optional gefilterten Signale 132, 134 zu einem Block 140 zur digitalen Verarbeitung. Der erste bzw. zweite Pfad 136, 138 umfasst jeweils einen Begrenzer oder einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung („Programmable Gain Amplifier” (PGA)) 142, 144, um die gefilterten Signale zu begrenzen oder zu verstärken. Ein erster Analog-Digital-Wandler („Analog- to-Digital Converter" (ADC)) 146 wandelt das erste optional gefilterte Signal 132 in ein digitales Inphase-Signal 148 bei der ZF, während ein zweiter ADC 150 das zweite optional gefilterte Signal 134 in ein digitales Quadratur-Signal 152 bei der ZF wandelt.
Der Block 140 zur digitalen Verarbeitung demoduliert das digitale Inphase-Signal 148 und das digitale Quadratur-Signal 152 von der ZF in das Basisband. Dabei werden Bearbeitungen in diesem Block 140 zur digitalen Verarbeitung oft durch einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen ASIC, einen Mikroprozessor, einen Microcontroller, usw. ausgeführt. Um diese Umsetzung durchzuführen, kann der Block 140 zur digitalen Verarbeitung einen ersten digitalen Mischer 154, einen zweiten digitalen Mischer 156 und ein Modul 158 zur Phasenverschiebung um 90° aufweisen, wobei jeder davon abhängig von der Implementierung entweder in Hardware oder in Software ausgeführt sein kann. Der erste digitale Mischer 154 mischt das digitale Inphase-Signal 148 mit einem Inphase-Signal 160 eines numerisch gesteuerten Oszillators („Numerically Controlled Oscillator” (NCO)), um ein erstes digital gemischtes Signal 162 zu erzeugen. Der zweite digitale Mischer 156 mischt das digitale Quadratur-Signal 152 mit einem phasenversetzten Signal 164 des numerisch gesteuerten Oszillators (NCO), um ein zweites digital gemischtes Signal 166 zu erzeugen.
Zusätzlich zur Abwärtsmischung von der ZF zu dem Basisband kann der Block 140 zur digitalen Verarbeitung auch einen Block für eine zusätzliche Verarbeitung 168 umfassen. Dieser Block zur zusätzlichen Verarbeitung kann zum Beispiel ein Demapping von bestimmten Signalkonstellationen, eine Decodierung, ein Descrambling und/oder eine andere geeignete Aufbereitung durchführen, um die digitalen Daten einer bestimmten Anwendung bereitzustellen. Diese zusätzliche Verarbeitung kann zum Beispiel von einem von mehreren Standards, wie z. B. Bluetooth, IEEE 802.11, GSM („Global Systems for Mobile communications"), Codemultiplex-Vielfachzugriff („Code Division Multiplex Access" (CDMA)), usw. abhängen.
Der Empfänger 100 mit der niedrigen ZF kann mit verschiedenen Integrationsniveaus hergestellt werden. Zum Beispiel können bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform die oben beschriebenen Komponenten alle auf einer einzigen integrierten Schaltung, außer der Antenne 104, gefertigt sein. Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann dagegen die analoge Vorstufe 102 auf einer integrierten Schaltung gefertigt sein, während der Block 140 zur digitalen Verarbeitung auf einer anderen integrierten Schaltung gefertigt ist. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die analoge Vorstufe 102 aus mehreren integrierten Schaltungen zusammengesetzt sein, während der Block 140 zur digitalen Verarbeitung entweder aus einer einzigen integrierten Schaltung oder ebenfalls aus mehreren integrierten Schaltungen zusammengesetzt ist.
Daher bietet der Empfänger 100 mit der niedrigen ZF vorteilhafterweise die Möglichkeit einer vollständig integrierten Lösung ohne (manuelle) Anpassung. Darüber hinaus kann eine Signalfilterung auf allen Kanälen durchgeführt werden, ohne dass die Nachteile auftreten, welche mit typischen Gleichspannungs-Offsets bei Strukturen mit einer ZF von Null verbunden sind. Darüber hinaus kann der Empfänger 100 mit der niedrigen ZF Signalstörungen durch den Einsatz eines optionalen Filterblocks 130, welcher ein komplexes Polyphasen-Tiefpassfilter umfasst, vermeiden.
Während der vorab beschriebene erfindungsgemäße Empfänger 100 mit der niedrigen ZF mehrere Vorteile gegenüber anderen Empfängern nach dem Stand der Technik bietet, haben die Erfinder jedoch erkannt, dass weitere Verbesserungen möglich sind, wie es im Folgenden erläutert wird. Zum Beispiel umfasst bei einer in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform ein Empfänger 200 mit einer niedrigen ZF nur einen einzigen Pfad 170 (anstelle der in 1 dargestellten zwei Pfade 136, 138), um Signale zwischen der analogen Vorstufe 102 und dem Block 140 zur digitalen Verarbeitung zu befördern. Der einzige Pfad 170 kann entweder die beiden Pfade 136, 138, welche vorab diskutiert sind, umfassen, aber typischerweise umfasst er nur einen von diesen und nicht beide. Indem ein einziger Pfad 170 verwendet wird, weist der Empfänger 200 mit der niedrigen ZF dennoch die vorab beschriebenen Vorteile auf, obwohl er weniger Signale verarbeitet und dementsprechend weniger Fläche benötigt und weniger Transistoren aufweist. Daher kann der Empfänger 200 mit der niedrigen ZF aufgrund des verringerten Flächenbedarfs günstiger gefertigt werden und ermöglicht die Herstellung von kompakteren Vorrichtungen zur drahtlosen Kommunikation. Da dieser erfindungsgemäße Empfänger 200 mit der niedrigen ZF weniger Transistoren aufweist, verbraucht er darüber hinaus auch weniger Leistung, wodurch für eine verlängerte Batterielaufzeit der Vorrichtungen für eine drahtlose Kommunikation gesorgt wird.
Nach dem Stand der Technik wurde bisher angenommen, dass sowohl ein I-Datenpfad als auch ein davon getrennter Q-Datenpfad bei Empfängern mit einer niedrigeren ZF erforderlich sind. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass ein einziger Pfad 170 auch einen geeigneten Empfang einer übertragenen Information ermöglicht, was bei einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung umgesetzt ist. Obwohl sich bei vielen erfindungsgemäßen Beispielen der einzige Pfad 170 auf die I-Daten bzw. auf das Inphase-Signal bezieht, ist es erfindungsgemäßen ebenso möglich, dass sich der einzige Pfad auf die Q-Daten bzw. auf das Quadratur-Signal bezieht. In beiden Fällen werden Verbesserungen hinsichtlich des Flächenverbrauchs und des Leistungsverbrauchs (Batterielaufzeit) erzielt.
Mit Bezug auf 3 und 4 werden erfindungsgemäße Beispiele von Verfahren 300, 400 zum Betrieb eines Empfängers mit einer niedrigen ZF, wie er oben beschrieben ist, dargestellt. Obwohl diese Verfahren im Folgenden als eine Reihe von Vorgängen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Reihenfolge solcher Vorgänge oder Ereignisse beschränkt ist. Zum Beispiel können einige Vorgänge in anderer Reihenfolge als es dargestellt und beschrieben ist und/oder gleichzeitig mit anderen Vorgängen oder Ereignissen ausgeführt werden. Darüber hinaus sind nicht alle dargestellten Schritte erforderlich, um eine erfindungsgemäße Methodik zu implementieren. Des Weiteren können die erfindungsgemäßen Verfahren mit den hierin beschriebenen Vorrichtungen und Systemen (z. B. mit dem Empfänger 200 mit der niedrigen ZF) implementiert werden, wobei es allerdings auch möglich ist, dass die erfindungsgemäßen Verfahren mit anderen, hier nicht dargestellten, Strukturen implementiert sind.
Mit Bezug auf 3 ist ein Verfahren 300 dargestellt, welches bei einem Block 302 beginnt, wenn der Empfänger mit der niedrigen ZF modulierte IQ-Daten empfängt.
Bei einem Block 304 setzt der Empfänger mit der niedrigen ZF eine Zwischenfrequenz ein, um die modulierten IQ-Daten in ein Inphase(I)-Signal und ein Quadratur(Q)-Signal abwärts zu mischen. Typischerweise weisen diese Signale einen Phasenversatz von ungefähr 90° relativ zueinander auf.
Bei einem Block 306 entfernt der Empfänger mit der niedrigen ZF unerwünschte Signalabbilder bzw. Ströungen („image signals") von dem I- und Q-Signal.
Bei einem Block 308 selektiert der Empfänger mit der niedrigen ZF entweder das I-Signal oder das Q-Signal (aber nicht beide Signale) und kodiert das selektierte Signal digital.
Bei Block 310 mischt der Empfänger mit der niedrigen ZF das digital kodierte selektierte Signal abwärts zu dem Basisband oder der niedrigen ZF. Darüber hinaus kann bei diesem Block eine Verarbeitung ausgeführt werden, um die Daten gemäß eines bestimmten Kommunikationsstandards geeignet aufzubereiten.
4A und 4B stellen Signaleigenschaften in dem Empfänger 200 mit der niedrigen ZF bei verschiedenen Ebenen der Vorrichtung mit mehr Details dar. Insbesondere stellen diese Figuren eine funktionale Blockdiagrammdarstellung (4A) und Signale (4B) dar, welche an verschiedenen Ebenen des funktionalen Blockdiagramms auftreten, wie es dargestellt ist. Obwohl diese Figuren ein Beispiel von einigen Signalen darstellen, welches den Blöcken des Verfahrens 300 entspricht, sei darauf hingewiesen, dass auch andere Signale und Empfänger zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
Bei einer Ebene 302 wird ein moduliertes IQ-Datensignal an der Antenne 104 empfangen und durchläuft den LNA 108. Wie dargestellt ist, umfasst das modulierte IQ-Datensignal 118 positive Frequenzen 400 um eine Frequenz +f₁ herum und negative Frequenzen 402 um eine Frequenz –f₁ herum. Bei typischen Ausführungsformen kann eine gemeinsame Frequenz 404 die beiden Frequenzen +f₁, –f₁ von dem Basisband (d. h. von der Nullfrequenz) trennen.
Insbesondere umfassen die positiven Frequenzen 400 ein positives erwünschtes Signal 406 und ein positives Signalabbild 408, und die negativen Frequenzen 402 umfassen ein negatives erwünschtes Signal 410 und ein negatives Signalabbild 412. Die durchgezogenen horizontalen Linien über den Signalen repräsentieren Rauschschwellen, welche den Signalen zugeordnet sind. Typischerweise tragen die erwünschten Signale Information in einer Weise, welche ermöglicht, dass eine strukturierte Kommunikation stattfindet. Zum Beispiel können die erwünschten Signale über einen bestimmten Kanal oder über eine bestimmte Frequenz innerhalb eines Frequenzspektrums übertragen werden, wobei der bestimmte Kanal Teil eines Frequenzsprungverfahrens sein kann. Signalabbilder sind dagegen oft unerwünschte Artefakte oder Störungen, welche endgültig verworfen werden können.
Bei einer Ebene 304 haben die Mischer 112, 114 die modulierten und IQ-Daten in ein I-Signal (I) 122 und ein Q-Signal (Q) 124 herunter gebrochen. Indem der VCO 110 derart konfiguriert ist, dass er ein LO-Signal bereitstellt, welches der gemeinsamen Frequenz 404 (d. h. |f₁|) entspricht, werden die positiven und die negativen Frequenzen 400, 402 effektiv um das Basisband (d. h. die Nullfrequenz) herum rezentriert oder angeordnet. Mit Bezug auf das I-Signal sind die negativen Frequenzen 402 zu der ZF aufwärts gemischt 414 und die positiven Frequenzen 400 sind zu der ZF abwärts gemischt 416. Das Q-Signal verhält sich ähnlich, obwohl die Vorzeichen der entsprechenden Frequenzen aufgrund des Phasenversatzes zwischen den I-Daten und den Q-Daten um 90 Grad invertiert sein können (z. B. ein Signal mit einer positiven Frequenz kann ein Signal mit einer negativen Frequenz sein und umgekehrt). Das Signal I + jQ, was der Summation des I-Signals und des Q-Signals entspricht, weist ein Komponentenabbild 418, welches um eine negative Frequenz –f₂ herum angeordnet ist, und eine erwünschte Komponente 420, welche um eine positive Frequenz +f₂ herum angeordnet ist, auf.
Bei einer Ebene 306 ist der Filterblock 130 derart ausgebildet, dass er alle (oder im Wesentlichen alle) Komponenten außer denjenigen innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes 422, welches um die positive Frequenz +f₂ herum zentriert ist, ausfiltert. Sowohl I als auch Q werden gefiltert, wobei sonst nicht nur die negativen Frequenzen gedämpft werden. Daher ist bei der dargestellten Ausführungsform das komplexe Filter derart ausgestaltet, dass nur das erwünschte Signal 420 passiert, während das Signalabbild 418 herausgefiltert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass das erwünschte Signal und das Signalabbild auch ausgetauscht werden können und dementsprechend bei negativen Frequenzen gefiltert wird.
Bei einer Ebene 308 ist dargestellt, dass nur ein einziger Pfad 170 den Filterblock 130 mit dem Block 140 zur digitalen Verarbeitung betriebsfähig koppelt oder verbindet. Daher werden bei dieser Ausführungsform nur die I-Daten (und nicht die Q-Daten) digital kodiert und zu dem Block 140 zur digitalen Verarbeitung weitergeleitet. Es sei darauf hingewiesen, dass bei anderen Ausführungsformen stattdessen nur die Q-Daten ausgewählt werden können. Indem nur ein Signal verwendet wird, muss das erwünschte Signal nicht länger bei negativen Frequenzen von I und Q entfernt werden. Indem nur I oder nur Q betrachtet wird, tritt das erwünschte Signal zu jeder Zeit getrennt auf.
Bei einer Ebene 310 mischt der Block 140 zur digitalen Verarbeitung die digital kodierten I-Daten zu einer niedrigen ZF oder einem Basisband aufwärts und/oder abwärts, welche(s) durch den NCO zugeführt wird und |f₂| entspricht (bzw. eine Frequenz von |f₂| aufweist). Zum Beispiel hat mit Bezug zu den I-Daten der erste digitale Mischer 154 die digital kodierten I-Daten 148 durch die niedrige ZF nach oben und durch die niedrige ZF nach unten verschoben. In ähnlicher Weise hat der zweite digitale Mischer 156 die digital kodierten I-Daten 148 durch die niedrige ZF nach oben und durch die niedrige ZF nach unten verschoben, wobei geeignete Vorzeichenkonventionen dargestellt sind. Wenn die I-Daten und die Q-Daten zusammen addiert werden, erkennt der Fachmann, dass hinsichtlich einer Signalverarbeitung im Vergleich zu dem vorherigen Empfänger 100 mit der niedrigen ZF ein äquivalentes Ergebnis bei diesem Empfänger 200 mit der niedrigen ZF erzielt wird, aber mit einem geringeren Schaltungsaufwand. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass die sich ergebenden Daten I + jQ für ein vorgegebenes Zeitintervall verschiedene Datenlängen repräsentieren können (z. B. Symbole, welche 1 Bit, 10 Bit, 15 Bit, usw. tragen), wobei diese Datenlängen entsprechend der bestimmten Implementierung, Rauschbedingungen innerhalb der vorgegebenen Implementierung, usw. variieren.
Obwohl bestimmte erfindungsgemäßen Merkmale nur mit Bezug auf einen bestimmten Aspekt der vorliegenden Erfindung offenbart wurden, soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes Merkmal auch mit einem oder mit mehreren anderen Merkmalen von anderen erfindungsgemäßen Aspekten kombinierbar sein, wenn es für irgendeine vorgegebene oder bestimmte Anwendung wünschenswert und vorteilhaft ist.

Claims

Empfänger mit einer niedrigen Zwischenfrequenz, umfassend: eine analoge Vorstufe (102), welche derart ausgestaltet ist, dass sie ein moduliertes IQ-Datensignal (118) empfängt und ein Inphase-Signal (122) und ein Quadratur-Signal (124) bereitstellt, wobei das Inphase-Signal (122) um ungefähr 90° relativ zu dem Quadratur-Signal (124) phasenversetzt ist, einen Block (140) zur digitalen Verarbeitung, und einen einzigen Pfad (170), welcher nur das Inphase-Signal (122) oder das Quadratur-Signal (124) dem Block (140) zur digitalen Verarbeitung bereitstellt.
Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (200) darüber hinaus einen Filterblock (130), welcher das Inphase-Signal (122) und/oder das Quadratur-Signal (124) filtert, umfasst, und dass der Filterblock (130) dem Block (140) zur digitalen Verarbeitung das/die gefilterte(n) Signal(e) (132) bereitstellt.
Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige Pfad (170) darüber hinaus eine Schaltung (146) umfasst, um ein digital kodiertes Signal (148) als eine Funktion des Inphase-Signals (122) oder des Quadratur-Signals (124) bereitzustellen.
Empfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Block (140) zur digitalen Verarbeitung darüber hinaus einen ersten digitalen Mischer (154) und einen zweiten digitalen Mischer (156) umfasst, dass sowohl der erste digitale Mischer (154) als auch der zweite digitale Mischer (156) jeweils das digital kodierte Signal (148) empfängt und das digital kodierte Signal (148) als eine Funktion eines Oszillatorsignals (160; 164) bearbeitet.
Empfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste digitale Mischer (154) das digital kodierte Signal (148) als eine Funktion eines ersten numerisch gesteuerten Oszillatorsignals (160) bearbeitet, und dass der zweite digitale Mischer (156) das digital kodierte Signal (148) als eine Funktion eines zweiten numerisch gesteuerten Oszillatorsignals (164), welches um ungefähr 90 Grad relativ zu dem ersten numerisch gesteuerten Oszillatorsignal (160) phasenversetzt ist, bearbeitet.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Vorstufe (102) darüber hinaus umfasst: einen ersten Mischer (112), um das Inphase-Signal (122) als eine Funktion des modulierten IQ-Datensignals (118) und eines ersten lokalen Oszillatorsignals (126) bereitzustellen, und einen zweiten Mischer (114), um das Quadratur-Signal (124) als eine Funktion des modulierten IQ-Datensignals (118) und eines zweiten lokalen Oszillatorsignals (128), welches um ungefähr 90° relativ zu dem ersten lokalen Oszillatorsignal (126) phasenversetzt ist, bereitzustellen.
Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Block (140) zur digitalen Verarbeitung darüber hinaus umfasst: einen ersten digitalen Mischer (154), um sowohl digital kodierte Daten (148) von dem einzigen Pfad (170) und ein erstes numerisch gesteuertes Oszillatorsignal (160) zu empfangen, einen zweiten digitalen Mischer (156), um sowohl digital kodierte Daten (148) von dem einzigen Pfad (170) als auch ein zweites numerisch gesteuertes Oszillatorsignal (164) zu empfangen, und eine Schaltung (168) zur Filterung und Demodulation, um gemischte Daten (162, 166) von dem ersten digitalen Mischer (154) und dem zweiten digitalen Mischer (156) zu empfangen.
Verfahren zur Verarbeitung eines Signals, umfassend Empfangen eines modulierten IQ-Datensignals (118), Abwärts-Mischen des modulierten IQ-Datensignals (118) in ein Inphase-Signal (122) bei einer Zwischenfrequenz und zu einem Quadratur-Signal (124) bei der Zwischenfrequenz, Auswählen des Inphase-Signals (122) oder des Quadratur-Signals (124) und digitales Kodieren des ausgewählten Signals (122; 124), und Abwärts-Mischen des digital kodierten ausgewählten Signals (122; 124) zu einer niedrigeren Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus ein Filtern des Inphase-Signals (122) und/oder des Quadratur-Signals (124) vor einem digitalen Kodieren des ausgewählten Signals (122; 124) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern Frequenzen passieren lässt, welche sich in einem Frequenzfenster (422) befinden, welches relativ zu einer Nullfrequenz versetzt ist, während andere Frequenzen, welche sich nicht innerhalb des Frequenzfensters (422) befinden, blockiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigere Frequenz eine Basisband-Frequenz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass das modulierte IQ-Datensignal (118) umfasst: eine Gruppe von positiven Frequenzen (400), welche um eine Frequenz (404) relativ zu der Nullfrequenz versetzt ist, und eine Gruppe von negativen Frequenzen (402), welche um die Frequenz (404) relativ zu der Nullfrequenz versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der positiven Frequenzen (400) mindestens ein erwünschtes Signal (406) und mindestens ein Signalabbild (408) umfasst, und dass die Gruppe der negativen Frequenzen (402) mindestens ein erwünschtes Signal (410) und mindestens ein Signalabbild (412) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Signal (122; 124) entlang eines einzigen Pfades (170) übertragen wird, welcher einen Begrenzer oder einen Verstärker (142) mit programmierbarer Verstärkung in Reihe mit einem Analog-Digital-Wandler (146) umfasst.
Verfahren zur Verarbeitung eines Signals, umfassend Empfangen eines modulierten IQ-Datensignals (118) bei einer Empfangsfrequenz, welches eine Gruppe von positiven Frequenzen (400) und eine Gruppe von negativen Frequenzen (402) umfasst, wobei die Gruppe der positiven Frequenzen (400) und die Gruppe der negativen Frequenzen (402) mindestens ein erwünschtes Signal (406, 410) und mindestens ein Signalabbild (408, 412) umfassen, Abwärts-Mischen des modulierten IQ-Datensignals (118) in ein Inphase-Signal (122) bei einer Zwischenfrequenz und in ein Quadratur-Signal (124) bei der Zwischenfrequenz, Filtern des Inphase-Signals (122) und/oder des Quadratur-Signals (124), um das mindestens eine Signalabbild (408, 412) zu entfernen, Auswählen entweder des gefilterten Inphase-Signals (122) oder des gefilterten Quadratur-Signals (124) und digitales Kodieren des ausgewählten Signals (122; 124), und Abwärts-Mischen des digital kodierten ausgewählten Signals (148) zu einer niedrigeren Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtern darüber hinaus umfasst: Passieren-Lassen des Inphase-Signals (122) und/oder des Quadratur-Signals (124), wenn sich das Signal in einem Frequenzfenster (422) befindet, welches relativ zu der niedrigeren Frequenz versetzt ist, während andere Frequenzen, welche sich nicht in dem Frequenzfenster (422) befinden, blockiert werden.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrigere Frequenz eine Basisband-Frequenz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Signal (122; 124) entlang eines einzigen Pfades (170) übertragen wird, welcher einen Begrenzer in Reihe mit einem Analog-Digital-Wandler (146) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–18, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgewählte Signal (122; 124) entlang eines einzigen Pfades (170) übertragen wird, welcher einen Verstärker (142) mit programmierbarer Verstärkung in Reihe mit einem Analog-Digital-Wandler (146) umfasst.
Empfänger mit niedriger Zwischenfrequenz, umfassend einen Demodulator (112, 114), um ein Inphase-Signal (122) und ein Quadratur-Signal (124), welche eine Information tragen, bereitzustellen, wobei das Inphase-Signal (122) um ungefähr 90° relativ zu dem Quadratur-Signal (124) phasenversetzt ist, eine Schaltung (140) zur Durchführung einer digitalen Signalverarbeitung, und eine Schaltung (170), um zu einer vorbestimmten Zeit das Inphase-Signal (122) oder das Quadratur-Signal (124), aber nicht das Inphase-Signal (122) und das Quadratur-Signal (124) gleichzeitig, der Schaltung (140) zur Durchführung einer digitalen Signalverarbeitung zuzuordnen.
Empfänger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (200) darüber hinaus eine Filterschaltung (130) umfasst, um Signalabbilder (408, 412) von dem Inphase-Signal (122) und/oder Quadratur-Signal (124) zu filtern.
Empfänger nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (170) zur Zuordnung darüber hinaus einen Verstärker (142) mit programmierbarer Verstärkung oder einen Begrenzer in Reihe mit einem Analog-Digital-Wandler (146) umfasst.