DE102017129864A1

DE102017129864A1 - Energy-efficient multi-rate delta-sigma data converter

Info

Publication number: DE102017129864A1
Application number: DE102017129864.9A
Authority: DE
Inventors: Cynthia D. Baringer; Mohiuddin Ahmed; Jongchan Kang; Yen-Cheng Kuan; James Chingwei Li; Emilio A. Sovero; Timothy J. Talty
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-06-21
Also published as: CN108242937B; CN108242937A

Abstract

Ein Funksystem mit großer Bandbreite ist zur Anpassung an verschiedene globale Funknormen konstruiert und insbesondere an ein System und Verfahren zur Verringerung des Stromverbrauchs eines per Software gesteuerten Funksystems durch Reduzierung der Arbeitsfrequenz des Digital-Analog-Wandlers und des Analog-Digital-Wandlers und Kompensation der Einzeldämpfung durch Verstärken des Bandpassfilter-Ausgangssignals.A high bandwidth radio system is designed to adapt to various global radio standards, and more particularly to a system and method for reducing the power consumption of a software controlled radio system by reducing the operating frequency of the digital to analog converter and the analog to digital converter and compensating for the single attenuation by amplifying the bandpass filter output signal.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen ein Funksystem mit großer Bandbreite zur Anpassung an verschiedene globale Funkstandards und insbesondere eine Mobilfunk-Architektur für reduzierten Energieverbrauch eines auf Delta-Sigma basierenden softwaredefinierten Funksystems unter Verwendung verschiedener ausreichend langsamer Taktraten für den Quantisierer/ADC (A/D-Wandler) und DAC (D/A-Wandler) des Delta-Sigma-Wandlers sowie durch Verwendung eines rauscharmen Hilfsverstärkers (A-LNA) und eines Bandpassfilters zur Kompensation der Dämpfung des DAC-Wegs infolge der Ausnutzung eines oberen/zu einer höheren Ordnung gehörenden Nyquist-Zonensignals.The present application relates generally to a high bandwidth radio system for adapting to various global radio standards, and more particularly to a reduced energy consumption mobile radio architecture of a delta sigma based software defined radio system using various sufficiently slow clock rates for the quantizer / ADC (A / D). Converter) and DAC (D / A converter) of the delta-sigma converter and by using a low-noise auxiliary amplifier (A-LNA) and a bandpass filter to compensate for the attenuation of the DAC path due to the utilization of an upper / higher order Nyquist zone signal.

Erläuterung des Standes der TechnikExplanation of the prior art

Herkömmliche Mobiltelefone verwenden verschiedene Betriebsmodi und -bänder, die hardwaremäßig unterstützt werden, indem mehrere unterschiedliche Funk-Front-End- und Basisbandverarbeitungschips in einer Plattform integriert sind, wie beispielsweise Triband- oder Quad-Band-Benutzer-Handgeräte, die ein globales System für Mobilkommunikation (GSM), allgemeine Paketfunkdienste (GPRS-Global Packet Radio Service) usw. unterstützen. Bekannte Mobilfunkempfänger haben einige der Antennen- und Basisband-Datenpfade integriert, aber dennoch ist der heutige Stand der Technik für die Bereitstellung von Massen-Mobilfunkgeräten und Fahrzeugfunk nach wie vor ein mehrfacher statischer Kanalisierungsansatz. Eine derartige statische Architektur ist entscheidend von Schmalbandfiltern, Dopplern und einer standardspezifischen Abwärtskonvertierung in Zwischenfrequenz (IF)-Stufen abhängig. Der Hauptnachteil dieses statischen, kanalisierten Ansatzes ist seine Inflexibilität in Bezug auf die sich ändernden Standards und Betriebsarten. Da sich die Mobilfunkindustrie von 2G, 3G, 4G und darüber hinaus weiterentwickelt hat, erforderte jede neue Wellenform und jeder neue Modus eine Umgestaltung des HF-Frontends des Empfängers sowie die Erweiterung der Basisband-Chipsatz-Fähigkeit, was ein neues Handgerät erforderlich machte. Für Automobilanwendungen ist diese Unflexibilität zur Unterstützung neuer Anwendungen unerschwinglich teuer und für den Endverbraucher eine Belästigung.Conventional mobile phones use various modes of operation and bands that are hardware supported by integrating several different radio front-end and baseband processing chips in one platform, such as tri-band or quad-band user handsets, which is a global system for mobile communications (GSM), general packet radio services (GPRS-Global Packet Radio Service) and so on. Known mobile radio receivers have integrated some of the antenna and baseband data paths, but still the current state of the art for providing mass mobile radio and car radio is still a multiple static channeling approach. Such a static architecture is critically dependent on narrowband filters, Doppler, and standards-specific downconversion in intermediate frequency (IF) stages. The main disadvantage of this static, channelized approach is its inflexibility with respect to changing standards and operating modes. As the mobile industry evolved from 2G, 3G, 4G and beyond, each new waveform and mode required a redesign of the receiver's RF front-end and the expansion of baseband chipset capability, which required a new handset. For automotive applications, this inflexibility is prohibitively expensive to support new applications and a nuisance to the end user.

Die Bereitstellung von zuverlässigen, drahtlosen Zugängen für die Automobilindustrie ist aus der Sicht eines Automobilherstellers eine Herausforderung, da die mobilen Verbindungsverfahren und -architekturen weltweit unterschiedlich sind. Darüber hinaus ändern sich die Standards und Technologien ständig und weisen typischerweise einen Entwicklungszyklus auf, der um ein Vielfaches schneller ist als die durchschnittliche Lebensdauer eines Fahrzeugs. Insbesondere aktuelle RF-Frontend-Architekturen für Kfz-Funkgeräte sind für bestimmte Frequenzbänder ausgelegt. Dedizierte Hardware, die auf die richtige Frequenz abgestimmt ist, muss auf der Funkplattform für das jeweilige Frequenzband installiert sein, auf dem das Funkgerät betrieben werden soll. Wenn also Mobilfunkanbieter ihr jeweiliges Frequenzband wechseln, kann es sein, dass das Fahrzeug, auf welches das vorhergehende Band abgestimmt wurde und das eine Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren aufweisen kann, auf dem neuen Band nicht effizient funktioniert. Daher erfordert dies Automobilhersteller, eine Vielzahl von Funkplattformen, Komponenten und Zulieferern zu verwalten, um jeden eingesetzten Standard zu unterstützen und einen Weg zur Erweiterungsfähigkeit bereitzustellen, wenn sich die Mobilfunklandschaft ändert.Providing reliable, wireless access for the automotive industry is a challenge from an automotive manufacturer's point of view, as mobile connection methods and architectures vary worldwide. In addition, standards and technologies are constantly changing and typically have a development cycle that is many times faster than the average life of a vehicle. In particular, current RF frontend architectures for automotive radios are designed for specific frequency bands. Dedicated hardware tuned to the correct frequency must be installed on the radio platform for the particular frequency band on which the radio is to operate. So, if mobile operators change their frequency band, the vehicle to which the previous band was tuned and which can have a lifespan of 15 to 20 years may not work efficiently on the new band. Therefore, this requires automakers to manage a variety of radio platforms, components, and suppliers to support any standard deployed and provide a path to extensibility as the mobile landscape changes.

Bekannte softwaredefinierte Funkarchitekturen haben sich typischerweise auf nahtlose Basisbandoperationen konzentriert, um mehrere Wellenformen zu unterstützen, und ähnliche Abwärtskonvertierungen in Basisband-Spezifikationen übernommen. Ähnlich wurden für die Senderseite typischerweise parallele Leistungsverstärkerketten für verschiedene Frequenzbänder verwendet, um unterschiedliche Wellenformstandards zu unterstützen. Somit weisen die Empfänger-Front-End-Architekturen typischerweise einfache Direktabtast- oder einstufige Mischverfahren mit bescheidenen Leistungsspezifikationen auf. Insbesondere bedurfte es bisher keiner Anwendung, die einen Dynamikbereich von mehr als 110 dB mit den damit verbundenen Anforderungen an IP3-Faktor und Leistungsaufnahme erforderte, da diese Leistungsanforderungen mit komplementären Metalloxid-Halbleiter (CMOS)-Analogtechnologien nicht realisierbar waren. Es ist nicht offensichtlich, wie diese Metriken unter Verwendung bestehender Architekturen für CMOS-Geräte erreicht werden können, sodass der Dynamikbereich, die Empfindlichkeit und die Multimode-Anbindung sowohl für den Multi-Bit-Analog-Digital-Wandler (ADC) als auch für den Digital-Analog-Wandler (DAC) ein wesentlich schwierigeres Problem darstellen.Known software-defined radio architectures have typically focused on seamless baseband operations to support multiple waveforms, and have incorporated similar down-conversions into baseband specifications. Similarly, for the transmitter side, parallel power amplifier chains have been used for different frequency bands to support different waveform standards. Thus, the receiver front-end architectures typically have simple direct-sampling or single-stage mixing techniques with modest performance specifications. In particular, no application requiring a dynamic range greater than 110 dB with associated IP3 factor and power requirements has been required since these performance requirements could not be realized with complementary metal oxide semiconductor (CMOS) analog technologies. It is not obvious how these metrics can be achieved using existing architectures for CMOS devices, such that the dynamic range, sensitivity, and multimode connectivity for both the multi-bit analog-to-digital converter (ADC) as well as the Digital-to-analog converters (DAC) represent a much more difficult problem.

Delta-Sigma-Modulatoren werden immer häufiger in digitalen Empfängern eingesetzt, da die Modulatoren nicht nur einen Breitband-Betrieb mit hohem Dynamikbereich bereitstellen, sondern auch viele einstellbare Parameter aufweisen, wodurch sie für rekonfigurierbare Systeme geeignet sind. Insbesondere beinhalten Delta-Sigma-Modulatoren einen softwaregesteuerten Filter zur Rauschformung eines eingehenden HF-Signals. Es wäre wünschenswert, die per Software programmierbare Art des Delta-Sigma-Modulators für eine weitere Verringerung des Stromverbrauchs des per Software steuerbaren Funksystems zu nutzen.Delta-sigma modulators are being used more and more frequently in digital receivers, as the modulators not only provide broadband operation with high dynamic range, but also have many adjustable parameters, making them suitable for reconfigurable systems. In particular, delta-sigma modulators include a software controlled filter for noise shaping an incoming RF signal. It would be desirable to have the software-programmable nature of the delta-sigma modulator for further reduction the power consumption of the software controllable radio system.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Vorrichtung mit einem Modulator zum Umwandeln eines HF-Signals mit einer Trägerfrequenz in ein moduliertes Signal, einen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln des modulierten Signals in ein digitalisiertes Signal in Reaktion auf eine Abtastrate, worin die Abtastrate niedriger als die Trägerfrequenz ist, einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des digitalisierten Signals in ein Analogsignal in Reaktion auf ein Taktsignal, worin das Taktsignal eine höhere Frequenz als die Abtastrate hat und worin das Taktsignal eine niedrigere Frequenz als die Trägerfrequenz hat, und einen Kombinator zum Kombinieren des HF-Signals und des analogen Signals zur Erzeugung eines kombinierten Signals.The present disclosure describes an apparatus having a modulator for converting an RF signal at a carrier frequency into a modulated signal, an analog-to-digital converter for converting the modulated signal into a digitized signal in response to a sampling rate wherein the sampling rate is lower than that Carrier frequency is a digital-to-analog converter for converting the digitized signal to an analog signal in response to a clock signal, wherein the clock signal has a higher frequency than the sampling rate and wherein the clock signal has a lower frequency than the carrier frequency, and a combiner for combining of the RF signal and the analog signal to produce a combined signal.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschreibt ein Verfahren für den Empfang eines HF-Signals mit einer Trägerfrequenz, das Modulieren des HF-Signals zur Erzeugung eines modulierten HF-Signals, die Digitalisierung des modulierten HF-Signals mit einer Abtastrate, worin die erste Abtastrate kleiner als die Trägerfrequenz zur Erzeugung eines digitalisierten Signals ist, die Verarbeitung der digitalisierten Signals in Reaktion auf ein Taktsignal zum Erzeugen eines analogen Signals und das Kombinieren des analogen Signals mit dem HF-Signal zur Erzeugung eines kombinierten Signals.Another aspect of the present disclosure describes a method for receiving an RF signal having a carrier frequency, modulating the RF signal to produce a modulated RF signal, digitizing the modulated RF signal at a sample rate, wherein the first sample rate is smaller as the carrier frequency for generating a digitized signal, processing the digitized signal in response to a clock signal to generate an analog signal and combining the analog signal with the RF signal to produce a combined signal.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschreibt ein softwaregesteuertes Funksystem mit einer Eingabe zum Empfang eines HF-Signals, worin das HF-Signal eine Trägerfrequenz und Bandbreite aufweist, einen Kombinator zum Kombinieren des HF-Signals und eines analogen Signals, um ein kombiniertes analoges Signal zu erzeugen, einen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln des kombinierten Analogsignals in ein digitalisiertes Signal in Reaktion auf eine Abtastrate, worin die Abtastrate niedriger als die Trägerfrequenz ist, einen Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des digitalisierten Signals in ein Analogsignal in Reaktion auf ein Taktsignal, worin das Taktsignal eine höhere Frequenz als die Abtastrate hat und worin das Taktsignal eine niedrigere Frequenz als die Trägerfrequenz hat, und einen digitalen Signalprozessor zum Erzeugen eines Datensignals in Reaktion auf das digitalisierte Signal.Another aspect of the present disclosure describes a software-controlled radio system having an input for receiving an RF signal, wherein the RF signal has a carrier frequency and bandwidth, a combiner for combining the RF signal and an analog signal to provide a combined analog signal An analog-to-digital converter for converting the combined analog signal into a digitized signal in response to a sampling rate wherein the sampling rate is lower than the carrier frequency, a digital-to-analog converter for converting the digitized signal to an analog signal in response to a A clock signal, wherein the clock signal has a higher frequency than the sampling rate and wherein the clock signal has a lower frequency than the carrier frequency, and a digital signal processor for generating a data signal in response to the digitized signal.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.Further features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

1 FIG. 12 illustrates a block diagram of a prior art multimode, multi-band mobile handset architecture; FIG.
2 FIG. 12 is a block diagram of an applicable software programmable mobile radio architecture; FIG.
3 shows an exemplary software-based radio architecture with reduced power consumption.
4 shows a flowchart and illustrates an exemplary method for processing an RF signal.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

Die nachfolgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf eine Mobilfunkarchitektur gerichtet sind, ist lediglich exemplarischer Natur und soll in keiner Weise die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einschränken. So ist beispielsweise die Funkarchitektur der Erfindung als Anwendung für ein Fahrzeug beschrieben. Wie jedoch von Fachleuten auf dem Gebiet der Technik wahrgenommen wird, kann die Funkarchitektur auch andere Anwendungen außer Automobilanwendungen bereitstellen.The following discussion of embodiments of the invention directed to a mobile radio architecture is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the invention or its applications or uses. For example, the radio architecture of the invention is described as an application for a vehicle. However, as will be appreciated by those skilled in the art, the radio architecture may also provide other applications than automotive applications.

Die hierin erörterten Mobilfunkarchitekturen gelten nicht nur für Mobilfunktechnologien, wie beispielsweise WiFi (IEEE 802.11)-Technologien. Des Weiteren werden die Mobilfunkarchitekturen als Vollduplex-Funksystem präsentiert, d. h. als ein Funksystem, das sowohl sendet als auch empfängt. Für drahtlose Dienste, die nur empfangen werden, wie beispielsweise GPS (Global Positioning System), GNSS (Global Navigation Satellite System) und diverse Entertainmentgeräte, wie beispielsweise AM/FM, Digital Audio Broadcasting (DAB), SiriusXM usw., wäre nur das hierin erörterte Empfängerdesign erforderlich. Zudem ermöglicht das beschriebene Funkarchitekturdesign ein weltweit funktionierendes Design für eine Funkgeräte-Hardware, das durch Software-Updates verschiedenen globalen Mobilfunkstandards angepasst werden kann. Es ermöglicht auch eine längere Nutzungsdauer des Funkgerätedesigns, da sich das Funkgerät bei Markteinführung an neue Funkstandards anpassen kann. So sind beispielsweise Entwicklungen in der 4G-Funktechnologie und Frequenzzuweisungen sehr dynamisch. Somit kann die am Markt eingesetzte Funkgeräte-Hardware bereits nach ein bis zwei Jahren veraltet sein. Für Anwendungen, wie beispielsweise im Automobilbereich, kann die Lebensdauer über zehn Jahre betragen. Diese Erfindung ermöglicht es, eine feste Hardware-Plattform durch Software-Updates updatefähig zu machen und damit die Nutzungsdauer und die globale Wiederverwendung der Hardware zu verlängern.The mobile radio architectures discussed herein are not limited to mobile technologies such as WiFi (IEEE 802.11 ) Technologies. Furthermore, the mobile radio architectures are presented as a full duplex radio system, ie as a radio system that both transmits and receives. For wireless services that are only received, such as Global Positioning System (GPS), Global Navigation Satellite System (GNSS), and various entertainment devices such as AM / FM, Digital Audio Broadcasting (DAB), SiriusXM, etc., this would be just that discussed receiver design required. In addition, the described radio architecture design enables a globally operating design for a radio hardware that can be adapted by software updates to various global mobile radio standards. It also allows longer use of the radio design because the radio can adapt to new radio standards when it is launched. For example, developments in 4G radio technology and frequency allocations are very dynamic. Thus, the radio hardware used in the market may be outdated after one to two years. For applications, such as in the automotive sector, the life span can be more than ten years. This invention makes it possible to update a fixed hardware platform through software updates and thus the useful life and the extend the global reuse of the hardware.

1 ist ein Blockdiagramm einer bekannten Multimode-Multiband-Mobilfunk-Handgeräte-Architektur 10 für ein typisches Mobiltelefon. Die Architektur 10 beinhaltet eine Antennenstruktur 12, die HF-Signale auf dem Frequenzband des Interesses empfängt und sendet. Die Architektur 10 beinhaltet auch einen Schalter 14 am Front-End der Architektur 10, der auswählt, für welchen bestimmten Kanal das gesendete oder empfangene Signal aktuell ist und das Signal durch einen speziellen Satz von Filtern und Duplexern leitet, die durch die Box 16 für den jeweiligen Kanal repräsentiert werden. Die Module 18 stellen die Multimode- und Multiband-Analogmodulation sowie die Demodulation der Empfangs- und Sendesignale bereit und trennen die Signale in Phasen- und Quadraturphasensignale, die an einen Empfänger 20 gesendet oder von ihm empfangen werden. Der Empfänger 20 wandelt auch analoge Empfangssignale in digitale Signale und digitale Übertragungssignale in analoge Signale um. Ein Basisband-Digital-Signalprozessor 22 stellt die digitale Verarbeitung der Sende- oder Empfangssignale für die jeweilige Anwendung bereit. 1 Figure 4 is a block diagram of a known multimode, multi-band mobile handset architecture 10 for a typical mobile phone. Architecture 10 includes an antenna structure 12 that receives and transmits RF signals on the frequency band of interest. Architecture 10 also includes a switch 14 at the front-end of the architecture 10, which selects for which particular channel the transmitted or received signal is up-to-date and passes the signal through a special set of filters and duplexers passing through the box 16 be represented for the respective channel. The modules 18 provide multimode and multiband analog modulation as well as demodulation of the receive and transmit signals and separate the signals into phase and quadrature phase signals sent to a receiver 20 be sent or received by him. The recipient 20 Also converts analog receive signals into digital signals and digital transmit signals into analog signals. A baseband digital signal processor 22 provides digital processing of the transmit or receive signals for the particular application.

2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer zellularen Funk-Frontend-Architektur 30, die softwareprogrammierbare Fähigkeiten bereitstellt, wie nachfolgend im Detail erläutert wird. Die Architektur 30 beinhaltet eine Antennenstruktur 32, die in der Lage ist, die hierin erörterten zellularen Frequenzsignale zu empfangen und zu übertragen, wie beispielsweise in einem Bereich von 400 MHz - 3,6 GHz. Die von der Antennenstruktur 32 empfangenen und übertragenen Signale durchlaufen einen Multiplexer 34 mit drei Signalpfaden, wobei jeder Pfad für ein bestimmtes Frequenzband vorgesehen ist, das durch einen frequenzselektiven Filter 36 in jedem Pfad bestimmt wird. In dieser Ausführungsform wurden drei Signalpfade gewählt, wobei die Architektur 30 auf beliebig viele Signalpfade erweitert werden konnte. Jeder Signalpfad enthält einen Zirkulator 38, der die Empfangs- und Sendesignale trennt und leitet sowie eine Isolierung bereitstellt, sodass die zu übertragenden Hochleistungssignale nicht auf der Empfängerseite eindringen und die Empfangssignale auf diesen Frequenzbändern sättigen. 2 Figure 3 is a schematic block diagram of a cellular radio front-end architecture 30 providing software programmable capabilities, as explained in detail below. Architecture 30 includes an antenna structure 32 which is capable of receiving and transmitting the cellular frequency signals discussed herein, such as in a range of 400 MHz - 3.6 GHz. The of the antenna structure 32 received and transmitted signals pass through a multiplexer 34 with three signal paths, each path being for a particular frequency band, through a frequency selective filter 36 in each path is determined. In this embodiment, three signal paths were chosen, the architecture 30 could be extended to any number of signal paths. Each signal path contains a circulator 38 which separates and conducts the receive and transmit signals and provides isolation so that the high power signals to be transmitted do not intrude on the receiver side and saturate the receive signals on those frequency bands.

Die Architektur 30 beinhaltet auch ein Empfangsmodul 44, das sich hinter dem Multiplexer 34 befindet und ein Empfangsmodul 46, das die Empfangssignale verarbeitet sowie ein Sendemodul 48, das die Sendesignale verarbeitet. Das Empfangsmodul 46 beinhaltet drei Empfängerkanäle 50, einen für jeden der Signalpfade durch den Multiplexer 34, wobei ein weiterer Empfängerkanal 50 mit einem anderen der Zirkulatoren 38, wie dargestellt, verbunden ist. Jeder der Empfängerkanäle 50 beinhaltet einen Delta-Sigma-Modulator 52, der das analoge Signal im jeweiligen Frequenzband empfängt und über ein Verschachtelungsverfahren in Verbindung mit einer Reihe von N-Bit-Quantisierungsschaltungen, die mit einer sehr hohen Taktrate arbeiten, einen repräsentativen digitalen Datenstrom erzeugt, wie nachfolgend im Detail erläutert wird. Wie im Folgenden weiter erörtert wird, vergleicht der Delta-Sigma-Modulator 52 die Differenz zwischen dem Empfangssignal und einem Rückkopplungssignal, um ein für die empfangenen digitalen Daten repräsentatives Fehlersignal zu erzeugen. Die digitalen Datenbits werden einem digitalen Signalprozessor (DSP) 54 zugeführt, der den digitalen Datenstrom extrahiert. Ein digitaler Basisband-Prozessor (DBP) 56 empfängt und betreibt den digitalen Datenstrom für die weitere Signalverarbeitung in einer Art und Weise, die den Fachleuten im Stand der Technik wohlbekannt ist. Das Sendemodul 48 empfängt digitale Daten, die vom Prozessor 56 übertragen werden. Das Modul 48 beinhaltet eine Senderschaltung 62 mit einem Delta-Sigma-Modulator, der die digitalen Daten des digitalen Basisband-Prozessors 56 in ein analoges Signal umwandelt. Das Analogsignal wird von einem abstimmbaren Bandpassfilter (BPF) 60 gefiltert, um die Bandemission zu eliminieren und dann an einen Schalter 66 weitergeleitet, der das Signal an einen ausgewählten Leistungsverstärker 64 weiterleitet, der für das Frequenzband des übertragenen Signals optimiert ist. In dieser Ausführungsform wurden drei Signalpfade gewählt, wobei das Sendemodul 48 jedoch unter Verwendung beliebig vieler Signalpfade implementiert werden konnte. Das verstärkte Signal wird an den jeweiligen Zirkulator 38 im Multiplexer 34 gesendet, abhängig davon, welche Frequenz übertragen wird.Architecture 30 also includes a reception module 44 that is behind the multiplexer 34 located and a receiving module 46 which processes the received signals and a transmission module 48 which processes the transmission signals. The receiving module 46 includes three receiver channels 50 one for each of the signal paths through the multiplexer 34, with another receiver channel 50 with another of the circulators 38 , as shown, is connected. Each of the receiver channels 50 includes a delta-sigma modulator 52 which receives the analog signal in the respective frequency band and generates a representative digital data stream via an interleaving method in conjunction with a series of N-bit quantization circuits operating at a very high clock rate, as explained in detail below. As further discussed below, the delta-sigma modulator compares 52 the difference between the received signal and a feedback signal to produce an error signal representative of the received digital data. The digital data bits are sent to a digital signal processor (DSP) 54 fed, which extracts the digital data stream. A digital baseband processor (DBP) 56 receives and operates the digital data stream for further signal processing in a manner well known to those skilled in the art. The transmission module 48 receives digital data from the processor 56 be transmitted. The module 48 includes a transmitter circuit 62 with a delta-sigma modulator containing the digital data of the digital baseband processor 56 converted into an analog signal. The analog signal is provided by a tunable bandpass filter (BPF) 60 filtered to eliminate the band emission and then to a switch 66 forwarded the signal to a selected power amplifier 64 which is optimized for the frequency band of the transmitted signal. In this embodiment, three signal paths were selected, with the transmit module 48 however, could be implemented using as many signal paths as desired. The amplified signal is sent to the respective circulator 38 in the multiplexer 34 depending on which frequency is being transmitted.

Wie aus der folgenden Erörterung ersichtlich wird, stellt die Konfiguration der Architektur 30 softwareprogrammierbare Fähigkeiten durch Hochleistungs-Delta-Sigma-Modulatoren bereit, die eine optimierte Leistung im Signalbereich des Interesses bereitstellen und über einen breiten Bereich von Trägerfrequenzen abgestimmt werden können. Die Architektur 30 erfüllt die aktuellen Mobilfunk-Zugangsprotokolle im Frequenzbereich 0,4 - 2,6 GHz, indem sie den Frequenzbereich in drei nicht kontinuierliche Bänder unterteilt. Es ist jedoch zu beachten, dass selbstverständlich auch andere Kombinationen von Signalpfaden und Bandbreite möglich sind. Der Multiplexer 34 implementiert eine Frequenzbereichs-Demultiplexung, indem er den an der Antennenstruktur 32 empfangenen HF-Träger in einen der drei Signalpfade leitet. Demgegenüber wird das Sendesignal durch den Multiplexer 34 auf die Antennenstruktur 32 gemultiplext. Für drahtlose Zugriffsanwendungen in Fahrzeugen ist eine derartige, kostengünstige integrierte Vorrichtung wünschenswert, um Teilekosten, Komplexität und Veralterung zu reduzieren und eine nahtlose weltweite Bereitstellung zu ermöglichen.As will be apparent from the following discussion, the configuration represents the architecture 30 software-programmable capabilities provided by high-performance delta-sigma modulators that can provide optimized power in the signal domain of interest and can be tuned over a wide range of carrier frequencies. Architecture 30 Meets the current wireless access protocols in the frequency range 0.4 - 2.6 GHz by dividing the frequency range into three discontinuous bands. It should be noted, however, that of course other combinations of signal paths and bandwidth are possible. The multiplexer 34 implements frequency domain demultiplexing by connecting it to the antenna structure 32 RF carrier in one of the three signal paths passes. On the other hand, the transmission signal is transmitted through the multiplexer 34 on the antenna structure 32 multiplexed. For wireless access applications in vehicles, such a low cost integrated device is desirable to reduce part cost, complexity and obsolescence, and to enable seamless worldwide deployment.

Die Delta-Sigma-Modulatoren 52 können in der Nähe der Antennenstruktur 32 positioniert werden, um die HF-Empfangssignale direkt in Bits im Empfängermodul 46 und Bits in ein HF-Signal im Sendemodul 48 umzuwandeln. Der Hauptvorteil der Verwendung der Delta-Sigma-Modulatoren 52 in den Empfängerkanälen 50 besteht darin, eine variable Bandbreite der Signalerfassung und variable Mittenfrequenz zu ermöglichen. Dies ist möglich, da die Architektur 30 eine Software-Manipulation der Modulator-Filterkoeffizienten ermöglicht, um die Signalbandbreite zu variieren und die Filtercharakteristik über das HF-Band abzustimmen. The delta-sigma modulators 52 can be near the antenna structure 32 be positioned to receive the RF receive signals directly into bits in the receiver module 46 and bits into an RF signal in the transmitter module 48 convert. The main advantage of using the delta-sigma modulators 52 in the receiver channels 50 is to allow a variable bandwidth of the signal detection and variable center frequency. This is possible because of the architecture 30 allows software manipulation of the modulator filter coefficients to vary the signal bandwidth and tune the filter characteristic over the RF band.

Die Architektur 30 ermöglicht es, die Bandbreite der Signalerfassung zu variieren, was zum Empfangen von kontinuierlichen trägeraggregierten Wellenformen ohne zusätzliche Hardware verwendet werden kann. Trägeraggregation ist ein Verfahren, bei dem die Datenbandbreiten mehrerer Träger für normalerweise unabhängige Kanäle für einen einzelnen Benutzer kombiniert werden, um wesentlich höhere Datenraten als bei einem einzelnen Träger zu erzielen. Zusammen mit MIMO ist dieses Merkmal eine Voraussetzung in modernen 4G-Standards und wird durch die orthogonale Frequenzmultiplextechnik (OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)-Familie von Wellenformen ermöglicht, die eine effiziente spektrale Verwendung ermöglichen.Architecture 30 allows varying the bandwidth of the signal acquisition, which can be used to receive continuous carrier aggregated waveforms without additional hardware. Carrier Aggregation is a method of combining the data bandwidths of multiple carriers for normally independent channels for a single user to achieve much higher data rates than a single carrier. Together with MIMO, this feature is a requirement in modern 4G standards and is enabled by the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) family of waveforms that enable efficient spectral utilization.

Die Architektur 30 durch die Delta-Sigma-Modulatoren 52 kann durch Software-Tuning der Bandpassbandbreite präzise Trägeraggregationsszenarien und Bandkombinationen bewältigen und ermöglicht somit eine Multisegment-Erfassung. Der Dynamikbereich verringert sich bei größeren Bandbreiten, wenn mehr Rauschen in den Sampling-Bandpass eingespeist wird. Es wird jedoch angenommen, dass die Trägeraggregation typischerweise sinnvoll ist, wenn der Benutzer ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis hat, und nicht etwa an Zellbegrenzungskanten, wenn die Konnektivität selbst marginal sein kann. Es ist zu beachten, dass die Interband-Trägeraggregation automatisch von der Architektur 30 übernommen wird, da der Multiplexer 34 unabhängige Modulatoren in den Kanälen 50 einspeist.Architecture 30 through the delta-sigma modulators 52 By software tuning the bandpass bandwidth, it can handle precise carrier aggregation scenarios and tape combinations, enabling multi-segment capture. The dynamic range decreases with larger bandwidths when more noise is input to the sampling bandpass. However, it is believed that carrier aggregation is typically meaningful if the user has a good signal-to-noise ratio, rather than cell boundary edges, if the connectivity itself may be marginal. It should be noted that the interband carrier aggregation automatically depends on the architecture 30 is taken over, because the multiplexer 34 independent modulators in the channels 50 feeds.

Die Zirkulatoren 38 leiten die Sendesignale des Sendemoduls 48 zur Antennenstruktur 32 und ermöglichen gleichzeitig die Trennung zwischen den Hochleistungs-Sendesignalen und dem Empfangsmodul 46. Obwohl die Zirkulatoren 38 eine signifikante Signaltrennung vorsehen, gibt es innerhalb des Zirkulators 38 eine Port-zu-Port-Leckage, die einen Signalpfad zwischen dem Sendemodul 48 und dem Empfangsmodul 46 darstellt. Ein zweiter unerwünschter Signalpfad entsteht durch Reflexionen von der Antennenstruktur 32 und mögliche andere Komponenten im Empfänger. Dadurch wird ein Teil des Sendesignals von der Antennenstruktur 32 aufgrund einer Fehlanpassung zwischen der Leitungsimpedanz und der Antenneneingangsimpedanz reflektiert. Diese reflektierte Energie folgt demselben Signalpfad wie das gewünschte eingehende Signal zurück zum Empfangsmodul 46.The circulators 38 conduct the transmission signals of the transmission module 48 to the antenna structure 32 while allowing separation between the high power transmit signals and the receive module 46 , Although the circulators 38 Provide significant signal separation exists within the circulator 38 a port-to-port leakage, which is a signal path between the transmitter module 48 and the receiving module 46 represents. A second unwanted signal path is created by reflections from the antenna structure 32 and possible other components in the receiver. This will become part of the transmission signal from the antenna structure 32 due to a mismatch between the line impedance and the antenna input impedance. This reflected energy follows the same signal path as the desired incoming signal back to the receiving module 46 ,

Die Architektur 30 ist auch für weitere drahtlose Kommunikationsprotokolle flexibel anpassbar. So kann beispielsweise ein Paar von Schaltern 40 und 42 vorgesehen sein, die vom DBP 56 angesteuert werden, um die Empfangs- und Sendesignale über dedizierte feste HF-Vorrichtungen 58 zu leiten, wie beispielsweise ein globales System für Mobilkommunikation (GSM), ein HF-Frontend-Modul oder ein WiFi-Frontend-Modul. In dieser Ausführungsform sind einige ausgewählte Signalpfade über herkömmliche HF-Vorrichtungen implementiert. 2 stellt nur einen zusätzlichen Signalpfad dar, kann aber je nach Verwendung und Einsatzgebiet auf eine beliebige Anzahl weiterer Signalpfade erweitert werden.Architecture 30 is also flexibly adaptable for other wireless communication protocols. For example, a pair of switches 40 and 42 be provided by the DBP 56 to receive the receive and transmit signals via dedicated fixed RF devices 58 such as a global system for mobile communications (GSM), an RF front-end module or a WiFi front-end module. In this embodiment, some selected signal paths are implemented over conventional RF devices. 2 represents only one additional signal path, but can be extended to any number of other signal paths depending on the application and application.

Delta-Sigma-Modulatoren sind eine gut bekannte Geräteklasse zum Implementieren von Analog-Digital-Wandlern. Die grundlegenden Eigenschaften, die genutzt werden, sind Überabtastung und Fehlerrückkopplung (Delta), die akkumuliert (Sigma) sind, um das gewünschte Signal in einen pulsmodulierten Strom umzuwandeln, der anschließend zum Ablesen der digitalen Werte gefiltert werden kann, während das Rauschen durch Umformen effektiv reduziert wird. Die wesentliche Einschränkung der bekannten Delta-Sigma-Modulatoren ist das Quantisierungsrauschen beim Puls-Umwandlungsprozess. Delta-Sigma-Wandler erfordern große Überabtastverhältnisse, um eine ausreichende Anzahl an Bitstromimpulsen für einen gegebenen Eingang zu erzeugen. Bei direkten Wandlungsschemata ist die Abtastrate größer als das Vierfache der HF-Trägerfrequenz, um die digitale Filterung zu vereinfachen. Daher haben die erforderlichen Multi-GHz Abtastraten die Verwendung von Delta-Sigma-Modulatoren in höherfrequenten Anwendungen eingeschränkt. Eine weitere Möglichkeit zur Rauschunterdrückung ist die Verwendung von Delta-Sigma-Modulatoren mit einer höheren Ordnung. Während jedoch kanonische Delta-Sigma-Architekturen erster Ordnung stabil sind, können höhere Ordnungen aufgrund der Toleranzen bei höheren Frequenzen instabil sein, insbesondere die Toleranzen bei höheren Frequenzen. Aus diesen Gründen beschränken sich Delta-Sigma-Modulatoren höherer Ordnung auf Audiofrequenzbereiche, d. h. zeitlich verschachtelte Delta-Sigma-Modulatoren zur Verwendung in Audioanwendungen oder speziellen Verschachtelungen bei hohen Frequenzen.Delta sigma modulators are a well-known device class for implementing analog-to-digital converters. The basic characteristics that are used are oversampling and error feedback (delta) which are accumulated (sigma) to convert the desired signal into a pulse modulated current, which can then be filtered to read the digital values, while the noise is effectively transformed is reduced. The main limitation of the known delta-sigma modulators is the quantization noise in the pulse conversion process. Delta sigma converters require large oversampling ratios to produce a sufficient number of bitstream pulses for a given input. For direct conversion schemes, the sampling rate is greater than four times the RF carrier frequency to simplify digital filtering. Therefore, the required multi-GHz sampling rates have limited the use of delta-sigma modulators in higher-frequency applications. Another possibility for noise suppression is the use of higher-order delta-sigma modulators. However, while first-order canonical delta-sigma architectures are stable, higher orders due to tolerances at higher frequencies may be unstable, especially the tolerances at higher frequencies. For these reasons, higher order delta-sigma modulators are limited to audio frequency ranges, i. H. time-interleaved delta-sigma modulators for use in audio applications or special interleaves at high frequencies.

Die Filtereigenschaften eines Delta-Sigma-Modulators können effektiv modifiziert werden, um Dopplerverschiebungen zu kompensieren. Dopplerverschiebungen treten auf, wenn sich der Sender eines Signals in Bezug zum Empfänger bewegt. Die Relativbewegung verschiebt die Frequenz des Signals, sodass es am Empfänger unterschiedlich zum Sender ist. Ein exemplarisches System gemäß der vorliegenden Offenbarung nutzt die softwaredefinierte Funkarchitektur, um schnell eine Verschiebung der Trägerfrequenz abzuschätzen und den Filter neu zu zentrieren, bevor das Signal unterbrochen oder geschwächt wird. Im Normalbetrieb ist die Kerbe des Modulatorfilters um die erwartete Trägerfrequenz des empfangenen Signals zentriert, wobei die Signalbandinformationen um die Trägerfrequenz zentriert sind und die Bandbreite des Modulatorfilters nicht überschreiten. Eine Dopplerverschiebung würde den Träger um einen Betrag Δf verschieben, was zu einer potenziellen Verschlechterung des Signalinhalts mit einer Zunahme des Rauschens auf einer Seite des Bandes führen würde. Gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren und System kann sich der Empfänger in einem drahtlosen Mobilfunk-Kommunikationssystem an Änderungen der HF-Trägerfrequenz anpassen und die Signalintegrität erhalten, indem die Filterkerbe um denselben Betrag wie die Trägerfrequenz verschoben wird.The filter characteristics of a delta-sigma modulator can be effectively modified to compensate for Doppler shifts. Doppler shifts occur when the transmitter a signal relative to the receiver moves. The relative movement shifts the frequency of the signal so that it is different to the transmitter at the receiver. An exemplary system according to the present disclosure utilizes the software-defined radio architecture to quickly estimate a shift in carrier frequency and to re-center the filter before the signal is interrupted or weakened. In normal operation, the notch of the modulator filter is centered around the expected carrier frequency of the received signal, with the signal band information centered around the carrier frequency and not exceeding the bandwidth of the modulator filter. A Doppler shift would shift the carrier by an amount Δf, which would result in a potential degradation of the signal content with an increase in noise on one side of the band. In accordance with the method and system described herein, in a wireless cellular communication system, the receiver can adapt to changes in RF carrier frequency and maintain signal integrity by shifting the filter notch by the same amount as the carrier frequency.

Ein potenzieller Nachteil der softwarebasierten Funkarchitektur ist der Stromverbrauch der Delta-Sigma-Modulatoren. Die Reduzierung des Stromverbrauchs eines Delta-Sigma-basierten softwaredefinierten Funksystems wäre wünschenswert. Ein Ansatz zum Erzielen dieses Ergebnisses ist die Reduzierung der Taktraten für den Quantisierer/ADC (A/D-Wandler) und DAC (D/A-Wandler) des Delta-Sigma-Wandlers. Zusätzlich können ein rauscharmer Verstärker und ein Bandpassfilter zur Kompensation von Signalverlusten auf dem DAC-Weg infolge der Ausnutzung eines oberen/hörender Ordnung gehörenden Nyquist-Zonensignals verwendet werden.A potential disadvantage of the software-based radio architecture is the power consumption of the delta-sigma modulators. Reducing the power consumption of a delta-sigma-based software-defined radio system would be desirable. One approach to achieving this result is to reduce the clock rates for the quantizer / ADC (A / D converter) and DAC (D / A converter) of the delta-sigma converter. In addition, a low-noise amplifier and a band-pass filter can be used to compensate for signal losses on the DAC path due to the use of an upper-hearing Nyquist zone signal.

Der Quantisierer/ADC und DAC eines Delta-Sigma-basierten Funksystems laufen normalerweise mit gleicher Taktrate, welche das Vierfache der Trägerfrequenz ist. Wenn dieses Funksystem in Kommunikations-/Netzwerk-Systemen mit einem hohen (Träger-) Frequenzband verwendet wird, werden die geforderten hohe ADC- und DAC-Taktraten zwangsläufig den gesamten Stromverbrauch erhöhen. Zur Verringerung des Stromverbrauchs kann das System verschiedene Taktraten für den Quantisierer/ADC und DAC verwenden, wobei diese beiden Taktraten kleiner als die Trägerfrequenz sein können. Das würde den gesamten Stromverbrauch verringern und die Flexibilität der Taktraten für den Quantisierer/ADC und DAC bieten.The quantizer / ADC and DAC of a delta-sigma-based radio system normally operate at the same clock rate, which is four times the carrier frequency. When this radio system is used in a high (carrier) frequency band communication / network system, the required high ADC and DAC clock rates will inevitably increase the total power consumption. To reduce power consumption, the system may use different clock rates for the quantizer / ADC and DAC, where these two clock rates may be less than the carrier frequency. This would reduce overall power consumption and provide the flexibility of clock rates for the quantizer / ADC and DAC.

Nun zeigt weiter 3 eine softwarebasierte Funkarchitektur mit reduziertem Stromverbrauch 300. Die Architektur enthält eine Antenne 305, eine LNTA 310, einen Modulator 315, einem Quantisierer/Analog-Digital-Wandler 335, einen digitalen Signalprozessor 340, einen Digital-Analog-Wandler 345, einen abstimmbaren Bandpassfilter 360, einen rauscharmen Hilfsverstärker 370 und einen Fraktional-N Frequenzsynthesizer 380.Now point further 3 a software-based radio architecture with reduced power consumption 300 , The architecture contains an antenna 305 , an LNTA 310 , a modulator 315 , a quantizer / analog-to-digital converter 335 , a digital signal processor 340 , a digital-to-analog converter 345 , a tunable bandpass filter 360, a low noise auxiliary amplifier 370 and a fractional-N frequency synthesizer 380 ,

Das System ist zunächst betriebsbereit, um ein HF-Signal über die Antenne 305 zu empfangen. Das Signal kann ein Pilotsignal sein, das zur Initialisierung des Systems und/oder Angleichung des gewünschten HF-Signals im Normalbetrieb verwendet wird. Die Antenne kann sich außerhalb des Systems befinden oder im System integriert sein. Das HF-Signal ist von der Antenne 305 über einen Leistungskombinator 375 an die Signalverarbeitungsschaltung gekoppelt. Die Antenne kann direkt an den Leistungskombinator 375 angeschlossen oder durch eine Übertragungsleitung verbunden werden. Der Leistungskombinator 375 ist ein Leistungskombinator, der mehrere analoge Signale kombinieren kann. Der Leistungskombinator 375 kann das HF-Signal der Antenne mit dem Rückmeldesignal des Delta-Sigma-Modulators kombinieren. Der Leistungskombinator 375 ist mit dem LNTA 310 verbunden. Die LNTA 310 ist funktionsfähig, um das vom Leistungskombinator 375 verbundene HF-Signal mit minimalem Einfluss auf das Signal-Rausch-Verhältnis zu verstärken. Die softwarebasierte Funkarchitektur 300 wirkt dann als ein Delta-Sigma-basiertes Funksystem und führt den Rauschformungs-Betrieb unter Verwendung eines ersten abstimmbaren Resonators innerhalb des Modulators 315 aus.The system is initially ready to receive an RF signal through the antenna 305 to recieve. The signal may be a pilot signal used to initialize the system and / or equalize the desired RF signal during normal operation. The antenna may be external to the system or integrated with the system. The RF signal is from the antenna 305 via a power combiner 375 coupled to the signal processing circuit. The antenna can be connected directly to the power combiner 375 connected or connected by a transmission line. The power combiner 375 is a power combiner that can combine multiple analog signals. The power combiner 375 can combine the RF signal of the antenna with the feedback signal of the delta-sigma modulator. The power combiner 375 is with the LNTA 310 connected. The LNTA 310 is functional to that of the power combiner 375 amplified RF signal with minimal impact on the signal-to-noise ratio. The software-based radio architecture 300 then acts as a delta-sigma based radio system and performs the noise shaping operation using a first tunable resonator within the modulator 315 out.

Der Fraktional-N-Frequenzsynthesizer 380 arbeitet und erzeugt entsprechend die Taktsignale mit den Frequenzen f_adc und f_dac für den Quantisierer/ADC 335 und DAC 345. Zur Reduzierung des Stromverbrauchs ist es erwünscht, dass f_adc größer als die „Signal-Bandbreite“ des empfangenen HF-Signals ist, aber kleiner als die Trägerfrequenz des empfangenen HF-Signals. So kann beispielsweise bei einem 2,18 GHz LTE-Band mit 20 MHz-Signal-Bandbreite kann fade etwa 500 MHz bis 1 GHz statt 8,72 GHz (4 × 2,18 GHz) betragen. F_dac von fade abweichen und kann größer als fade sein, um die Konstruktions-Spezifikationen der Filter zu entspannen, welche dem Ausgang des DAC 345 folgen.The fractional-N frequency _synthesizer 380 operates and generates the clock signals having the frequencies f _adc and f _dac for the quantizer / ADC, _respectively 335 and DAC 345 , To reduce power consumption, it is desirable for f _{adc to be} greater than the "signal bandwidth" of the received RF signal, but less than the carrier frequency of the received RF signal. For example, with a 2.18 GHz LTE band with 20 MHz signal bandwidth, fade can be about 500 MHz to 1 GHz instead of 8.72 GHz ( 4 × 2.18 GHz). F _{dac deviate} from fade and may be larger than bland to relax the design specifications of the filters which correspond to the output of the DAC 345 consequences.

Unter Verwendung des vorgenannten LTE-Bandes 2,186 GHz als eine exemplarische Ausführungsform können f_dac und f_adc entsprechend mit 1 GHz und 500 MHz erzeugt werden und der DSP 340 wird zur Kompensation der Rateninkongruenz von f_dac und f_adc verwendet. Da die Empfangssignale bei 2,18 GHz arbeiten, kann f_dac etwa das 4. Nquist-Zonensignal sein und f_adc kann annähernd die Hälfte der Trägerfrequenzausgabe auf dem Rückkoppelzweig sein. Zusätzlich filtert der Bandpassfilter 360 die benachbarten Signale des 4. Nquist-Zonensignals aus, damit das Rückkopplungssignal eine bessere Störfestigkeit und/oder ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis hat. Der rauscharme Hilfsverstärker 370, der das BPF-Ausgabesignal ohne signifikante Verschlechterung seines SNR verstärken kann, kompensiert die natürliche Signalabschwächung durch die SINC-Hüllkurve des 4. Nquist-Betriebs.Using the aforementioned LTE band 2.186 GHz as an exemplary embodiment, f _dac and f _adc can be _generated respectively at 1 GHz and 500 MHz, and the DSP 340 is used to compensate for the rate mismatch of f _dac and f _adc . Since the receive signals operate at 2.18 GHz, f _{dac may be} about the 4th NQUIST zone signal and f _adc may be approximately half the carrier frequency output on the feedback _leg . In addition, the bandpass filter filters 360 the adjacent signals of the 4th NQUIST ZONEN signal, so that the feedback signal has a better immunity to interference and / or a better signal-to-noise ratio. The low noise auxiliary amplifier 370 which can amplify the BPF output signal without significantly degrading its SNR, compensates for the natural signal attenuation by the SINC envelope of the 4th NQUIST operation.

Unter Bezugnahme auf 4 veranschaulicht jetzt ein Ablaufdiagramm ein exemplarisches Verfahren zur Verarbeitung eines HF-Signals 400. Im ersten Schritt empfängt das System ein HF-Signal 410, wobei das HF-Signal zunächst mit Daten moduliert ist. Diese Daten können für Kommunikationen wie Sprachkommunikation, Steuerdaten zur Steuerung eines autonomen Fahrzeugs oder zum Bereitstellen anderen Informationen, Unterhaltung oder Fahrzeug-Steuerinformationen verwendet werden. Das HF-Signal hat eine Trägerfrequenz und eine Bandbreite. Trägerfrequenz und Bandbreite können sich in Reaktion auf modulierte Daten und Format, Systemleistung oder Umgebungseffekte oder den geographischen Ort ändern. Das System arbeitet zur Neuabstimmung und Neuprogrammierung des per Software steuerbaren Funksystems und zur Anpassung von Parametern zur Berücksichtigung anderer HF-Signale und dergleichen.With reference to 4 now illustrates a flowchart of an exemplary method for processing an RF signal 400 , In the first step, the system receives an RF signal 410 , wherein the RF signal is first modulated with data. This data may be used for communications such as voice communications, control data for controlling an autonomous vehicle, or for providing other information, entertainment, or vehicle control information. The RF signal has a carrier frequency and a bandwidth. Carrier frequency and bandwidth may change in response to modulated data and format, system performance or environmental effects, or geographic location. The system operates to retune and reprogram the software controllable radio system and adjust parameters to accommodate other RF signals and the like.

Das Verfahren arbeitet dann, um das HF-Signal mit einem analogen Rückkopplungssignal 420 zu kombinieren. Ein Leistungskoppler wie ein Wilkinson Strom-Kombinierer/Splitter kann verwendet werden, um die Signale zu kombinieren, oder ein Zirkulator kann verwendet werden und von der inhärenten Nachbarkanalstörung profitieren. Anschließend arbeitet das Verfahren, um das HF-Signal und das analoge Signal 430 zu modulieren und ein moduliertes HF-Signal zu erzeugen. Dann digitalisiert das Verfahren das modulierte HF-Signal 440 mit einer Abtastrate, worin die erste Abtastrate kleiner als die Trägerfrequenz zur Erzeugung eines digitalisierten Signals ist. Das digitalisierte Signal wird dann mit einem digitalen Signalprozessor und der anderen Schaltung verbunden. Der nächste Schritt ist die Verarbeitung des digitalisierten Signals 450 in Reaktion auf ein Taktsignal zum Erzeugen eines analogen Signals für Rückkopplungszwecke. In dieser exemplarischen Ausführungsform ist die zweite Abtastrate größer als die erste Abtastrate und zugleich auch kleiner ist als die Trägerfrequenz. Insbesondere kann die Trägerfrequenz 2,8 GHz sein, die erste Abtastrate ist 500 MHz und eine Frequenz des Taktsignals ist größer als 500 MHz. Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens arbeitet das System ferner an der Verarbeitung des digitalisierten Signals zur Erzeugung eines modifizierten digitalen Signals mit einer modifizierten Abtastrate gleich der zweiten Abtastrate. Das Verfahren kann ferner das digitalisierte Signal 440 zur Erzeugung eines Basisband-Datensignals zur Verwendung in einem autonomen Fahrzeug verarbeiten.The method then operates to process the RF signal with an analog feedback signal 420 to combine. A power coupler such as a Wilkinson current combiner / splitter can be used to combine the signals, or a circulator can be used and benefit from the inherent adjacent channel interference. Subsequently, the method works to the RF signal and the analog signal 430 to modulate and generate a modulated RF signal. Then the method digitizes the modulated RF signal 440 at a sampling rate, wherein the first sampling rate is less than the carrier frequency to produce a digitized signal. The digitized signal is then connected to a digital signal processor and the other circuit. The next step is the processing of the digitized signal 450 in response to a clock signal for generating an analog signal for feedback purposes. In this exemplary embodiment, the second sampling rate is greater than the first sampling rate and at the same time less than the carrier frequency. In particular, the carrier frequency may be 2.8 GHz, the first sampling rate is 500 MHz and a frequency of the clock signal is greater than 500 MHz. According to another aspect of the method, the system further operates to process the digitized signal to produce a modified digital signal having a modified sampling rate equal to the second sampling rate. The method may further comprise the digitized signal 440 to process a baseband data signal for use in an autonomous vehicle.

Wie Fachleuten hinreichend bekannt ist, können sich die hierin zur Beschreibung der Erfindung erörterten mehreren und unterschiedlichen Schritte und Verfahren auf Vorgänge beziehen, die von einem Computer, einem Prozessor oder anderen Geräten zur elektronischen Berechnung verwendet werden, die unter Zuhilfenahme elektrischer Vorgänge Daten manipulieren und/oder verändern. Diese Computer und elektronischen Geräte können unterschiedliche flüchtige und/oder nichtflüchtige Speicher beinhalten, zu denen ein nichttransitorisches computerlesbares Medium mit einem ausführbaren darauf gespeicherten Programm, einschließlich verschiedenen Codes oder ausführbaren Anweisungen gehört, die in der Lage sind, von Computern oder Prozessoren ausgeführt zu werden, wobei es sich bei dem Speicher und/oder dem computerlesbaren Medium um sämtliche Formen und Arten von Speicher und sonstigen computerlesbaren Medien handeln kann.As is well known to those skilled in the art, the several and different steps and methods discussed herein may refer to operations used by a computer, processor, or other electronic computing device that manipulates data with the aid of electrical processes. or change. These computers and electronic devices may include various volatile and / or nonvolatile memories, including a non-transitory computer readable medium having executable programs stored thereon, including various codes or executable instructions capable of being executed by computers or processors; wherein the memory and / or the computer-readable medium may be all forms and types of memory and other computer-readable media.

Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Fachleute werden aus der besagten Abhandlung und aus den beigefügten Zeichnungen und Patentansprüchen leicht erkennen, dass ohne von dem in den folgenden Patentansprüchen definierten Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen an derselben vorgenommen werden können.The foregoing discussion discloses and describes merely exemplary embodiments of the present invention. Those skilled in the art will readily recognize from the said and accompanying drawings and claims that various changes, modifications and variations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims.

Claims

Apparatus comprising: a modulator for converting an RF signal having a carrier frequency into a modulated signal; an analog-to-digital converter for converting the modulated signal to a digitized signal in response to a sampling rate wherein the sampling rate is less than the carrier frequency; a digital-to-analog converter for converting the digitized signal into an analog signal in response to a clock signal, wherein the clock signal has a higher frequency than the sampling rate and wherein the clock signal has a lower frequency than the carrier frequency; and a combiner for combining the RF signal and the analog signal to produce a combined signal.

Device after Claim 1 wherein the carrier frequency may be 2.8 GHz, the sampling rate is 500 MHz, and a frequency of the clock signal is greater than 500 MHz.

Device after Claim 1 , further comprising a digital signal processor for processing the digitized signal to produce a modified digital signal having a modified sampling rate equal to a frequency of the clock signal.

Device after Claim 1 further comprising a baseband processor for processing the combined signal to generate a baseband data signal.

Device after Claim 1 further comprising a low noise amplifier for amplifying the analog signal before combining the analog signal with the RF signal.

Device after Claim 1 , further comprising a frequency synthesizer for generating a timing signal having the sampling rate and the clock signal.

Device after Claim 1 in which the sampling rate and the frequency of the clock signal are software controllable.

Method, comprising: - receiving an RF signal having a carrier frequency; - modulating the RF signal to produce a modulated RF signal; - digitizing the modulated RF signal at a sampling rate, wherein the first sampling rate is less than the carrier frequency to produce a digitized signal; - processing the digitized signal in response to a clock signal to generate an analog signal; and - Combining the analog signal with the RF signal to produce a combined signal.

Method according to Claim 1 wherein the sampling rate is less than a frequency of the clock signal.

Software controlled radio system comprising: an input for receiving an RF signal, wherein the RF signal has a carrier frequency and a bandwidth; a combiner for combining the RF signal and the analog signal to produce a combined signal; an analog-to-digital converter for converting the combined analog signal into a digitized signal in response to a sampling rate wherein the sampling rate is less than the carrier frequency; a digital-to-analog converter for converting the digitized signal into an analog signal in response to a clock signal, wherein the clock signal has a higher frequency than the sampling rate and wherein the clock signal has a lower frequency than the carrier frequency; and a digital signal processor for generating a data signal in response to the digitized signal.