DE10201284C2

DE10201284C2 - Frequenzkonverter zur Umsetzung eines digitalen Basisbandsignals in ein reeles Bandpasssignal

Info

Publication number: DE10201284C2
Application number: DE10201284A
Authority: DE
Inventors: Moritz Harteneck; Axel Clausen; Matthias Kindler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: US20030132868A1; DE10201284A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Frequenzkonverter zur Umsetzung eines digitalen, insbesondere komplexwertigen Basisbandsignals in ein reelles Bandpasssignal gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

Frequenzkonverter zur Umsetzung eines digitalen, komplexen Basisbandsignals in ein analoges, reelles Bandpasssignal werden z. B. in Zwei-Wege-Datenübertragungssystemen verwendet, um Daten von einem Endkunden (Subscriber Station) an ein sogenanntes Headend zu senden.

Ein typisches Beispiel eines solchen Frequenzkonverters gemäß dem Stand der Technik ist in Fig. 1 dargestellt. Der in Fig. 1 gezeigte Frequenzkonverter umfaßt im wesentlichen einen D/A-Wandler 3, einen ersten analogen Mischer 5 und einen zweiten analogen Mischer 7. Der Frequenzkonverter hat sowohl digitale als auch analoge Komponenten, wobei die Grenze zwischen digitaler und analoger Domäne durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.

Die zu sendenden Daten (Eingangsdaten) werden zunächst in einem Modulator 1 mit einer Interpolations- und Pulsformungseinheit aufbereitet und dem Frequenzkonverter als digitales, komplexes Basisbandsignal 2 zugeführt. Dieses Basisbandsignal 2 ist üblicherweise um 0 Hz zentriert.

Der D/A-Wandler 3, der gleichzeitig den Eingang des Frequenzkonverters bildet, wandelt das digitale, komplexe Basisbandsignal 2 zunächst in ein analoges, komplexes Basisbandsignal 4, das vom ersten Mischer 5 in ein reelles Bandpasssignal 6 transformiert wird, das um eine Zwischenfrequenz f0, f1 bzw. f2 zentriert ist (vergleiche auch Fig. 4). Der zweite Mischer 7 setzt das reelle Bandpasssignal 6 schließlich mit einem festen Faktor f_Z in ein reelles Bandpasssignal 8 mit einer Sendefrequenz f₀ + f_Z, f₁ + f_Z bzw. f₂ + f_Z um.

Aus der internationalen Patentanmeldung WO 00/60732 ist ein Frequenzkonverter zur Umsetzung eines digitalen Basisbandsignals mit einer ersten Frequenz in ein analoges Bandpasssignal mit einer zweiten Frequenz offenbart. Der in Fig. 1 dargestellte Frequenzkonverter umfasst einen digitalen Mischer, der das digitale Basisbandsignal auf eine Zwischenfrequenz transformiert, sowie einen D/A-Wandler zur Wandelung des vom digitalen Mischer ausgegebenen Signals in ein analoges Signal und einen analogen Mischer zur Transformation des vom D/A-Wandler gewandelten Signals in das Bandpasssignal mit der zweiten Frequenz. Der bekannte Frequenzkonverter ist jedoch zur Datenübertragung im MF-TDMA- Verfahren nicht geeignet, da das Basisbandsignal nicht auf eine variable, sondern auf eine feste Zwischenfrequenz transformiert wird.

Das Lehrbuch KAMMEYER, K. D.: Nachrichtenübertragung 1992, Stuttgart, Teubner Verlag, ISBN 3-519-06142-2, Seite 272-274 offenbart die theoretischen Grundlagen von Modulationsarten für die Transformation eines Bandpasssignals mit einer ersten Frequenz in einem Bandpasssignal mit einer zweiten Frequenz. Ein Hinweis auf einen Frequenzkonverter gemäß Patentanspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 zur Datenübertragung im MF-TDMA-Verfahren ist dagegen aus dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

In der US 2001/0033200 A1 ist ein Frequenzkonverter offenbart, der ein niederfrequentes Eingangssignal, in einen hochfrequenten Ausgangstakt transformiert. Der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Frequenzkonverter umfasst einen TDFS- Schaltkreis sowie eine PLL (Nachlaufsynchronisations schaltung). Die PLL dient dazu, die Frequenz eines Oszillators so einzustellen, dass sie mit der Frequenz der TDFS-Schaltung übereinstimmt oder ein Vielfaches davon beträgt und zwar so genau, dass die Phasenverschiebung nicht wegläuft. Die PLL hat also sehr gute Frequenz-Multiplikationseigenschaften. Hierbei gilt: f_RF = N.f_TDFS. Eine Frequenztransformation mit einer vorgegebenen konstanten Frequenz findet dabei nicht statt.

Wie erwähnt, ist das digitale, komplexe Basisbandsignal 2 üblicherweise um 0 Hz zentriert. Die Mittenfrequenz des reellen, analogen Ausgangssignals 8 liegt dagegen bei etwa 2-3 GHz. Zur Übertragung von Daten im MF-TDMA-Verfahren (Multi Frequency-Time Division Multiple Access) muss die Sendefrequenz des Ausgangssignals 8 in relativ schnellen Frequenzsprüngen variiert werden, wobei die Frequenzsprünge beispielsweise ±10 MHz betragen (siehe hierzu DVB-RCS- Spezifikation EN301.790).

Die Frequenztransformation dieses Frequenzkonverters mit zwei analogen Mischern 5, 7 ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei werden die vorstehend genannten kleinen Frequenzsprünge durch den ersten analogen Mischer 5 erzeugt, der das Basisbandsignal 2 auf eine variable Zwischenfrequenz f0, f1 oder f2 hochsetzt.

In der Mitte von Fig. 4, bei 0 Hz, ist das digitale, komplexe Basisbandsignal 2 dargestellt, das um 0 Hz zentriert ist. Dieses Basisbandsignal 2 wird vom ersten analogen Mischer 5 in ein reelles Bandpasssignal 6 transformiert, das um eine variable Zwischenfrequenz f0, f1 oder f2 zentriert ist. Da es sich um reellwertige Signale handelt, besitzen diese jeweils auch einen negativen Frequenzanteil bei -f0, -f1 bzw. -f2.

Das reelle Bandpasssignal 6 wird schließlich vom zweiten analogen Mischer 7 mit einem festen Faktor f_Z auf die Sendefrequenz f₀ + f_Z, f₁ + f_Z oder f₂ + f_Z gesetzt. Auch die Sendesignale besitzen als reellwertige Signale jeweils einen negativen Frequenzanteil -(f₀ + f₂), -(f₁ + f_Z) bzw. -(f₂ + f_Z).

Die Frequenzsprünge können entweder, wie beschrieben, mittels des ersten Mischers 5, wobei der zweite Mischer 7 das variable Bandpasssignal 6 dann nur noch mit einem konstanten Faktor f_Z auf die Sendefrequenz f₀ + f_Z, f₁ + f_Z oder f₂ + f_Z transformiert, oder mittels des zweiten Mischers 7 erzeugt werden, der das Bandpasssignal 6 von einer festen Zwischenfrequenz auf eine variable Sendefrequenz f₀ + f_Z, f₁ + f_Z oder f₂ + f_Z transformiert.

Die Fähigkeit der analogen Mischer 5, 7, das Ausgangssignal 8 in schnellen Frequenzsprüngen zu schalten, ist auf Grund der dafür erforderlichen Einschwingzeit begrenzt. Zudem ist die Kommunikation zwischen einem Controller und einem der analogen Mischer 5, 7, die für das Umschalten der Ausgangsfrequenz erforderlich ist, relativ aufwendig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Frequenzkonverter zu schaffen, der in einfacher Weise ein schnelles Schalten der Sendefrequenz ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 bzw. 9 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, einen digitalen Mischer vorzusehen, der das digitale Basisbandsignal, welches um eine erste Frequenz (0 Hz) zentriert ist, auf eine Zwischenfrequenz transformiert, das um die Zwischenfrequenz zentrierte Bandpasssignal mittels eines D/A-Wandlers in ein analoges Signal zu wandeln, und einen analogen Mischer vorzusehen, der das analoge Signal mit einem vorgegebenen konstanten Faktor in ein analoges, reelles Bandpasssignal transformiert, das um eine Sendefrequenz zentriert ist, wobei die zur Übertragung im MF-TDMA-Verfahren erforderlichen Frequenzsprünge vom digitalen Mischer erzeugt werden.

Die Durchführung der kleinen Frequenzsprünge in der digitalen Domäne hat den Vorteil, daß keine Einschwingzeiten, wie bei den analogen Mischern, berücksichtigt werden müssen und die Kommunikation zwischen einem Controller und dem digitalen Mischer nicht zeitkritisch ist.

Das Basisbandsignal kann vom digitalen Mischer entweder in ein reelles oder komplexwertiges Bandpasssignal transformiert werden, welches um die Zwischenfrequenz zentriert ist.

Die Zwischenfrequenz liegt vorzugsweise nahe bei der Frequenz des Basisbandsignals. Die vom digitalen Mischer erzeugten Frequenzsprünge sind relativ klein und betragen vorzugsweise weniger als 100 MHz, insbesondere ±10 oder ±20 MHz.

Das vom D/A-Wandler ausgegebene Bandpasssignal, welches entweder reell oder komplexwertig sein kann, wird vom analogen Mischer vorzugsweise mit einem festen Umsetzungsfaktor in das reelle Bandpasssignal transformiert.

Der Frequenzkonverter ist vorzugsweise Bestandteil eines Netzwerkinterfaces in einem Zwei-Wege- Datenübertragungssystem, insbesondere einem Zwei-Wege- Satelliten-Übertragungssystem.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Frequenzkonverter mit zwei analogen Mischern gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Frequenzkonverters;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Frequenzkonverters.

Fig. 4 eine Darstellung der Frequenzumsetzung im Frequenzkonverter von Fig. 1; und

Fig. 5 eine Darstellung der Frequenzumsetzung in einem Frequenzkonverter gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Bezüglich der Erläuterung der Fig. 1 und 4 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.

Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Frequenzkonverter zur Umsetzung eines digitalen, komplexwertigen Basisbandsignals 2, das um 0 Hz zentriert ist, in ein reelles, analoges Bandpasssignal 8, das um eine variable Sendefrequenz f_Z, f₁ + f_Z oder f₂ + f_Z zentriert ist, die in schnell aufeinanderfolgenden kleinen Frequenzsprüngen geschaltet wird. Der Frequenzkonverter umfasst in beiden Ausführungsformen einen digitalen Mischer 9, einen D/A-Wandler 3 sowie einen analogen Mischer 7.

Der Unterschied zwischen der Ausführungsform von Fig. 2 und der von Fig. 3 besteht darin, dass der digitale Mischer 9 das Basisbandsignal 2 in Fig. 2 in ein reellwertiges Bandpasssignal 4, und in Fig. 3 in ein komplexwertiges Bandpasssignal 4 transformiert.

In Fig. 2 transformiert der digitale Mischer 9 das von einem Modulator 1 erhaltene komplexe Basisbandsignal 2 in ein digitales, reelles Bandpasssignal 4, das um eine niedrige Zwischenfrequenz f1 oder f2 bzw. 0 Hz zentriert ist. Die Zwischenfrequenz f1, f2 ist vorgebbar. Die Zwischenfrequenz ist niedrig und beträgt vorzugsweise etwa ±10 MHz.

Das vom digitalen Mischer 9 ausgegebene Bandpasssignal 4 wird dann mittels des D/A-Wandlers 3 in ein analoges, reelles Bandpasssignal 6 gewandelt und einem analogen Mischer 7 zugeführt. Der analoge Mischer 7 transformiert das erhaltene Bandpasssignal 6 in ein reelles Bandpasssignal 8, das um eine Sendefrequenz f_Z, f₁ + f_Z oder f₂ + f_Z zentriert ist (vgl. Fig. 5).

Bei dieser Ausführungsform wird die Komplexität des Frequenzkonverters reduziert, da nur ein D/A-Wandler 3 (für ein reelles Signal) benötigt wird. Auch werden die Anforderungen an den analogen Mischer 7 bezüglich der Einschwingzeit geringer, da dieser kontinuierlich um eine feste Frequenz f_Z hochsetzt und kleine Frequenzsprünge durch den digitalen Mischer 9 in der digitalen Domäne realisiert werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform umfaßt einen digitalen Mischer 9, der das digitale, komplexwertige Basisbandsignal 2 in ein komplexes Bandpasssignal 4 transformiert, das um eine Zwischenfrequenz f1 oder f2 bzw. 0 Hz zentriert ist. Dieses komplexe Bandpasssignal 4 wird vom D/A-Wandler 3 wiederum in ein komplexes Bandpasssignal 6 analog gewandelt (vgl. auch Fig. 5).

Die Umsetzung vom komplexwertigen Signal in ein reelles Signal erfolgt erst durch den analogen Mischer 5, der das komplexe Bandpasssignal 6 mit einem festen Faktor f_Z in das reelle Sendesignal 8 transformiert.

Auch hier sind die Anforderungen in bezug auf die Einschwingzeit des analogen Mischers 5 geringer, da die Frequenzsprünge in der digitalen Domäne durchgeführt werden und der analoge Mischer 5 nur um einen festen Faktor f_Z hochsetzt.

Fig. 5 zeigt die vom Frequenzkonverter nach Fig. 3 durchgeführte Transformation des digitalen Basisbandsignals 2 in das Bandpasssignal 4 mit einer nahe 0 Hz liegenden Zwischenfrequenz f1 oder f2, sowie die Transformation des komplexwertigen Bandpasssignals 4 auf die Sendefrequenz f_Z, f₁ + f_Z oder f₂ + f_Z.

Eine solche Konfiguration ermöglicht ein einfaches und schnelles Schalten der Sendefrequenz f_S.

Bezugszeichenliste

1

Modulator

2

Komplexes Basisbandsignal

3

D/A-Wandler

4

Bandpasssignal

5

Erster Mischer

6

Bandpasssignal auf erster Zwischenfrequenz

7

Zweiter Mischer

8

Bandpasssignal auf Sendefrequenz

9

Digitaler Mischer

10

Analoger Mischer
f₁

+ f_Z

, f₂

+ f_Z

Sendefrequenz
f₁

, f₂

Zwischenfrequenz

Claims

1. Frequenzkonverter zur Umsetzung eines digitalen Basisbandsignals (2) mit einer ersten Frequenz (0 Hz) in ein analoges Bandpasssignal (8) mit einer zweiten Frequenz (f_Z, f₁ + f_Z, f₂ + f_Z), der für die Übertragung von Daten im MF-TDMA- Verfahren eingerichtet ist, gekennzeichnet durch,
einen digitalen Mischer (9), der von einem Controller angesteuert wird und das Basisbandsignal (2) auf eine variable Zwischenfrequenz (f1, f2) transformiert, um Frequenzsprünge zu erzeugen, die zur Datenübertragung im MF-TDMA-Verfahren erforderlich sind,
einen D/A-Wandler (3) zur Wandelung des vom digitalen Mischer (9) ausgegebenen Signals (4) in ein analoges Signal (6), und
einen analogen Mischer (5, 7) zur Transformation des vom D/A-Wandler (3) gewandelten Signals (6) mit einer vorgegebenen, konstanten Frequenz (f_Z) in das Bandpasssignal (8) mit der zweiten Frequenz (f_Z, f₁ + f_Z, f₂ + f_Z).

2. Frequenzkonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Mischer (9) ein komplexes Basisbandsignal (2) erhält und in ein reelles Bandpasssignal (4) wandelt, welches dem D/A-Wandler (3) zugeführt wird.

3. Frequenzkonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Mischer (9) ein komplexes Basisbandsignal (2) erhält und in ein komplexes Bandpasssignal (4) wandelt, welches dem D/A-Wandler (3) zugeführt wird.

4. Frequenzkonverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der analoge Mischer (7) ein reelles Signal (6) erhält und in das reelle Bandpasssignal (8) wandelt.

5. Frequenzkonverter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der analoge Mischer (5) ein komplexes Signal (6) erhält und in das reelle Bandpasssignal (8) wandelt.

6. Frequenzkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzkonverter ein digitales, komplexes Basisbandsignal (2) in ein analoges, reelles Bandpasssignal (8) transformiert.

7. Frequenzkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Basisbandsignal (2) ein um 0 Hz zentriertes Signal ist.

8. Netzwerkinterface, insbesondere für ein Zwei-Wege- Satelliten-Übertragungssystem, mit einem Frequenzkonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7.

9. Verfahren zur Umsetzung eines digitalen Basisbandsignals (2) mit einer ersten Frequenz (0 Hz) in ein analoges Ausgangssignal (8) mit einer zweiten Frequenz (f_Z, f₁ + f_Z, f₂ + f_Z), wobei Frequenzsprünge für die Übertragung von Daten im MF-TDMA-Verfahren erzeugt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Transformieren des digitalen Basisbandsignals (2) mittels eines von einem Controller angesteuerten digitalen Mischers (9) auf eine variable Zwischenfrequenz (f₁, f₂), wobei die zur Datenübertragung im MF-TDMA-Verfahren erforderlichen Frequenzsprünge vom digitalen Mischer (9) erzeugt werden,
- D/A-Wandelung des transformierten Signals (4) in ein analoges Signal (6), und
- Transformieren des analogen Signals (6) mit einer vorgegebenen, festen Frequenz (f_Z) in das analoge Ausgangssignal (8) mit der zweiten Frequenz (f_Z, f₁ + f_Z, f₂ + f_Z).

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisbandsignal ein komplexwertiges, digitales Signal (2) ist, welches in ein reelles, analoges Ausgangssignal (8) transformiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Mischer (9) das Basisbandsignal (2) auf eine variable Zwischenfrequenz (f₁, f₂) transformiert, die nahe der ersten Frequenz (0 Hz) liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenfrequenz maximal ±50 MHz, ±20 MHz oder ±10 MHz von der Frequenz des Basisbandsignals (2) abweicht.