DE19735798C1 - Sendeempfänger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfängerschaltung für den Empfang hochfrequenter Funksignale, mit einem Eingangs­ filter und einen darauf folgenden rauscharmen Eingangsver­ stärker mit einem Doppelmischer dem das HF-Signal und der Ausgang eines Lokaloszillators zugeführt ist, zur Erzeugung einer I- und Q-Komponente mit Tiefpässen für die I- und Q-Kom­ ponenten und mit einer Auswerteschaltung für die I- und Q- Signale.

Weiters bezieht sich die Erfindung auf einen Sendeempfänger, welcher eine derartige Empfängerschaltung verwendet.

Empfänger/Senderkonzepte für den Empfang von FSK-modulierten Hochfrequenzsignalen, insbesondere in Frequenzbereichen der GHz-Größenordnung, wie sie beispielsweise für Mobiltelefone und Pager in Frage kommen, sind nicht vollständig auf einem Halbleiterchip integrierbar, da zur Realisierung der erfor­ derlichen Selektivität entsprechende Filter, wie Oberflächen­ wellen (SAW)-Filter, erforderlich sind, welche als solche ei­ ner Vollintegration im Wege stehen. Ein anderes Problem, das sich der Integration in einem IC-Baustein entgegenstellt, sind die Anforderungen bezüglich niedrigen Phasenrauschens an die Oszillatoren.

Eine Lösungsmöglichkeit liegt darin, den Empfänger als Homo­ dyn-Empfänger auszubilden, um ZF-Filter zu vermeiden, die - verglichen mit den übrigen Bauelementen eines Empfängers - verhältnismäßig groß und teuer sind. Dabei treten aber regel­ mäßig Probleme bei der Realisierung der erforderlichen auto­ matischen Verstärkungsregelung (AGC) auf.

Ein Lösungsvorschlag für einen Homodyn-Empfänger ist der GB 2 286 950 A (Roke Manor) zu entnehmen. Dabei wird das Ein­ gangssignal nach Filterung und Verstärkung einem Doppelmi­ scher zugeführt, d. h. zwei Mischern, die mit einem Ausgangs­ signal eines Lokaloszillators bzw. mit dem um 90° gedrehten Ausgangssignal arbeiten, so daß ein I- und ein Q-Signal er­ zeugt werden. Das I- und das Q-Signal wird je über einen Tiefpaß geführt. Die darauf folgende Auswerteschaltung ver­ wendet Addierer und Begrenzer um insgesamt vier Ausgangs­ signale zu erhalten, die letztlich acht, je um 45° gegenein­ ander verdrehte Phasenzustände repräsentieren, und die einer Decodierschaltung zugeführt werden. In dem Dokument ist auch eine Schaltung beschrieben, die zu insgesamt 16 Phasenzustän­ den führt, doch wird der Aufwand z. B. an Begrenzern immer größer. Im übrigen ist die vorher beschriebene Empfänger­ schaltung in erster Linie für niedrige Datenraten, z. B. in Pagern bestimmt.

Eine ähnliche Empfangsschaltung, die besondere Maßnahmen vor­ sieht, um ein Einrasten der PLL-Schleife bei falschen Fre­ quenzen zu vermeiden, ist in der EP 0 270 160 (Siemens Tele­ communcazioni) beschrieben.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Empfänger- bzw. Senderschaltung zu schaffen, die bei Sendeempfängern ein Höchstmaß an Integration ermöglicht, ohne daß Probleme mit einer Verstärkungsregelung oder mit Phasenrauschen auftreten.

Diese Aufgabe wird mit einer Empfängerschaltung der eingangs genannten Art gelöst, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch einen erster Mischer zur Bildung einer ersten Zwi­ schenfrequenz, welchem das Ausgangssignal des Eingangsver­ stärkers sowie der Ausgang eines ersten Festfrequenz-Lokal­ oszillators zugeführt ist, wobei die erste Zwischenfrequenz den beiden Mischstufen des Doppelmischers zugeführt ist, des­ sen Lokaloszillator stellbar ist und der als Abwärtsmischer in das Basisband ausgebildet ist, einen auf die Tiefpässe folgenden Doppelaufwärtsmischer, dessen beiden Mischstufen das I- bzw. das Q-Signal sowie der Ausgang bzw. der um 90° phasengedrehte Ausgang eines dritten Festfrequenz-Lokaloszil­ lators zur Bildung einer zweiten Zwischenfrequenz zugeführt ist, einen Summenbildner zur Addition der aufwärts gemischten I- und Q-Signale der zweiten Zwischenfrequenz zu einem Signal mit konstanter Hüllkurve und eine Begrenzungsstufe für das zusammengesetzte Signal der zweiten Zwischenfrequenz, auf welche als Auswerteschaltung ein Demodulator folgt.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß sie zu einem durch­ stimmbaren Empfänger führt, bei welchem jedoch wegen der fe­ sten ersten Oszillatorfrequenz ein geringes Phasenrauschen realisierbar ist und wegen des Zusammensetzens der I- und Q- Komponenten zu einem Signal mit konstanter Hüllkurve auch die Frage der automatischen Verstärkungsregelung in den Hinter­ grund rückt.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung liegt eine FSK-Modulation vor und der Demodulator ist als Frequenz­ diskriminator ausgebildet.

Eine Verbesserung der Empfangsleistung ergibt sich weiters, falls vor dem ersten Aufwärtsmischer ein Notchfilter zur Un­ terdrückung von Stör- und Rauschsignalen auf der Spiegelfre­ quenz vorgesehen ist.

In diesem Sinne kann es auch empfehlenswert sein, wenn eine Verstärkerstufe für die erste Zwischenfrequenz zwischen dem ersten Aufwärtsmischer und dem ersten Doppelmischer vorgese­ hen ist.

Im Sinne einer weitgehenden Integrierung auf einem Chip ist ein Sendeempfänger mit einem erfindungsgemäßen Empfänger vor­ teilhaft, bei welchem im Sendebetrieb die zu übertragenden Signale dem stellbaren Lokaloszillator zu dessen Modulation zugeführt sind, ein Sendemischer vorgesehen ist, dem das mo­ dulierte Ausgangssignal des stellbaren Lokaloszillators sowie das Ausgangssignal des ersten Festfrequenzoszillators zuge­ führt ist, und das Ausgangssignal des Sendemischers nach Ver­ stärkung in einem Sendeverstärker als Sendesignal zur Verfü­ gung steht.

Dabei kann ohne zusätzlichen Aufwand die Abstrahlung uner­ wünschter Frequenzen vermieden werden, falls im Sendebetrieb das Sendesignal über den Eingangsbandpaß der Antenne zuge­ führt ist.

Zur Bandbegrenzung der zu sendenden Signaldaten ist es vor­ teilhaft, wenn die zu sendenden Signale dem stellbaren Loka­ loszillator über ein Filter zugeführt sind. Empfehlenswert ist eine FSK-Modulation, wobei dieses Filter, insbesondere für ein DECT-System, ein Gaußfilter sein kann.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigt die einzige Figur ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Sendeempfängers nach der Erfindung.

Aus dem Blockschaltbild erkennt man, daß ein von einer Anten­ ne ANT einlangendes Hochfrequenzsignal, z. B. im Bereich von 1,8 GHz, über ein Bandpaßfilter BP zu einem ersten Sende/Emp­ fangs-Umschalter S1 gelangt und bei Empfangsstellung des Schalters S1, wie eingezeichnet, zu dem Eingang eines rausch­ armen Eingangsverstärkers LNA. Von hier wird das Signal einem Notchfilter NFI zugeführt, um Störsignale und Rauschen auf der Spiegelfrequenz zu unterdrücken.

Es folgt nun eine erste Mischstufe mit einem Mischer M1, in welchem das verstärkte und gefilterte Eingangssignal mit ei­ ner ersten Frequenz f₀₁ eines ersten Lokaloszillators LO1 auf eine erste Zwischenfrequenz ZF1, z. B. im Bereich von 110 MHz, gemischt wird. Dieser erste Lokaloszillator LO1 wird auf einer festen Frequenz betrieben, die - entsprechend der ersten Zwischenfrequenz - gleichfalls im GHz-Bereich liegt.

Dadurch ist es trotz der hohen Frequenz möglich, einen inte­ grierbaren Synthesizer/Oszillator mit einer PLL-Schleife zu schaffen, bei welchem ein VCO (nicht gezeigt) über einem breiten Frequenzbereich an einen Referenzoszillator (nicht gezeigt) angekoppelt wird. Da das Phasenrauschen eines Syn­ thesizers innerhalb seiner Loopbandbreite durch das Phasen­ rauschen des Referenzoszillators bestimmt ist, läßt sich im interessierenden Frequenzbereich ein sehr gutes Phasenrau­ schen realisieren. Dies unabhängig von den prozeßbedingten Limitierungen der IC-Technologie, was eben zu der erwähnten Integrierbarkeit führt.

In einem auf den Mischer M1 folgenden Zwischenfrequenzver­ stärker ZFV wird das erste Zwischenfrequenzsignal gepuffert und einem Doppelmischer M2I-M2Q zugeführt, nämlich einer Mischstufe M2I und einer Mischstufe M2Q. Diesem Doppelmischer ist ein zweiter Lokaloszillator LO2 zugeordnet, der stellbar ist und der Kanalwahl dient. Das Oszillatorsignal mit der Frequenz f₀₂ wird der Mischstufe M2I zwecks Bildung einer I- Komponente I direkt und der Mischstufe M2Q zwecks Bildung ei­ ner Q-Komponente Q über einen 90°-Phasendreher PH1 zugeführt.

Der Doppelmischer M2I-M2Q mischt die erste Zwischenfrequenz in das Basisband BB herunter, im Bereich von 100 kHz, dessen I- und Q-Komponenten sodann in integrierten Tiefpaßfiltern TPI und TPQ einer Kanalfilterung unterzogen werden.

Da, wie bereits eingangs erwähnt, eine Demodulation komple­ xer, als I- und Q-Komponenten vorliegender Signale aufwendig ist, werden die I- und Q-Komponenten nach der Filterung in einem dritten Mischer, einem Doppelmischer M3I-M3Q, wieder von dem Basisband BB auf eine zweite Zwischenfrequenz ZF2, im Bereich von z. B. 10 MHz, hinaufgemischt. Hierzu sind zwei Mischstufen M3I und M3Q für die I- bzw. Q-Komponente des Ba­ sisbandes sowie ein dritter Lokaloszillator vorgesehen, des­ sen Ausgangssignal mit einer festen Frequenz f₀₃ der einen Mischstufe direkt und der anderen nach 90°-Phasendrehung in einem Phasendreher PH2 zugeführt wird.

Die so durch Mischung entstandenen I- und Q-Komponenten wer­ den in einem Summenbildner SUM zu einem "constant envelope" Signal, d. h. einem Signal mit konstanter Hüllkurve zusammen­ gesetzt und dieses kann nun in bekannter Weise in einem Be­ grenzer LIM begrenzt werden. Auf den Begrenzer folgt ein De­ modulator DEM, nämlich ein Frequenzdiskriminator, an dessen Ausgang das Empfangssignal s_E zur Verfügung steht. Ein Feld­ stärkeindikationssignal RSSI kann beispielsweise in dem Be­ grenzer LIM, natürlich vor der Signalbegrenzung, gewonnen werden.

In dem Blockschaltbild unten sind die wesentlichen Teile des Sendepfades gezeigt. Ein zu sendendes Signal s_S, i. a. ein Datensignal wird in einem Filter FIL bandbegrenzt. In einem DECT-System ist dieses Filter ein Gaußfilter. Der auf das Filter FIL folgende, stellbare zweite Lokaloszillator LO2 ist so ausgebildet, daß er im Sendebetrieb durch das gefilterte Signal s_S direkt FSK-moduliert werden kann. Das modulierte Ausgangssignal gelangt über den Schalter S2, der sich im Sen­ debetrieb in der strichlierten Stellung befindet, zu einem Sendemischer MS, dem weiters das Signal des ersten, festen Lokaloszillators LO1 zugeführt ist, wodurch das modulierte Ausgangssignal in das Sendeband hinaufgemischt wird und nach Verstärkung in einem Sendeverstärker SV über den Schalter S1 und den Bandpaß BP der Antenne ANT zugeführt wird.

Es ist zu betonen, daß hier lediglich ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, und dies in vereinfachter Form. Tatsäch­ lich wird der Fachmann im Rahmen seines Wissens an geeigneter Stelle notwendige oder zweckmäßige Verstärkerstufen, Regel­ kreise, Filter, etc. einfügen. Die Erfindung ist mit besonde­ rem Vorteil auf alle Empfänger, insbesondere Sendeempfänger anwendbar, die digitale Daten unter Verwendung einer FSK-Mo­ dulation empfangen bzw. senden sollen, beispielsweise im DECT-System, und bei welchen eine weitgehende Integrierung der Bauteile gewünscht ist.

Claims (11)

1. Empfängerschaltung für den Empfang hochfrequenter Funksi­ gnale,
mit einem Eingangsfilter (BP) und einen darauf folgenden rauscharmen Eingangsverstärker (LNA),
mit einem Doppelmischer (M2I-M2Q), dem das HF-Signal und der Ausgang eines Lokaloszillators (LO2) zugeführt ist, zur Er­ zeugung einer I- und Q-Komponente,
mit ersten Filtern (TPI, TPQ) für die I-und Q-Komponenten, und mit einer Auswerteschaltung (LIM, DEM) für die I- und Q- Signale,
gekennzeichnet durch
einen ersten Mischer (M1) zur Bildung einer ersten Zwischen­ frequenz (ZF1), welchem das Ausgangssignal des Eingangsver­ stärkers (LNA) sowie der Ausgang eines ersten Festfrequenz- Lokaloszillators (LO1) zugeführt ist,
wobei die erste Zwischenfrequenz (ZF1) den beiden Mischstufen (M2I, M2Q) des Doppelmischers zugeführt ist, dessen Lokalos­ zillator (LO2) stellbar ist und der als Abwärtsmischer in das Basisband (BB) ausgebildet ist,
einen auf die ersten Filter (TPI, TPQ) folgenden Doppelauf­ wärtsmischer (M3I-M3Q) dessen beiden Mischstufen (M3I, M3Q) das I-bzw. das Q-Signal sowie der Ausgang bzw. der um 90°­ phasengedrehte Ausgang eines dritten Festfrequenz-Lokaloszil­ lators (LO3) zur Bildung einer zweiten Zwischenfrequenz (ZF2) zugeführt ist,
einen Summenbildner (SUM) zur Addition der aufwärts gemisch­ ten I- und Q-Signale der zweiten Zwischenfrequenz zu einem Signal mit konstanter Hüllkurve und
eine Begrenzungsstufe (LIM) für das zusammengesetzte Signal der zweiten Zwischenfrequenz,
auf welche als Auswerteschaltung ein Demodulator (DEM) folgt.

2. Empfängerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine FSK-Modulation vorliegt und der Demo­ dulator (DEM) als Frequenzdiskriminator ausgebildet ist.

3. Empfängerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Aufwärtsmischer (M1) ein Notch-Filter (NFI) zur Unterdrückung von Stör- und Rauschsignalen auf der Spiegelfrequenz vorgesehen ist.

4. Empfängerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Verstärkerstufe (ZFV) für die erste Zwischenfrequenz (ZF1) zwischen dem ersten Auf­ wärtsmischer (M1) und dem ersten Doppelmischer (M2) vorgese­ hen ist.

5. Sendeempfänger mit einem Empfänger nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß im Sende­ betrieb die zu übertragenden Signale dem stellbaren Lokalos­ zillator (LO2) zu dessen Modulation zugeführt sind, ein Sen­ demischer (MS) vorgesehen ist, dem das modulierte Ausgangs­ signal des stellbaren Lokaloszillators (LO2) sowie das Aus­ gangssignal des ersten Festfrequenzoszillators (LO1) zuge­ führt ist, und das Ausgangssignal des Sendemischers (MS) nach Verstärkung in einem Sendeverstärker (SV) als Sendesignal zur Verfügung steht.

6. Sendeempfänger nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Sendebetrieb das Sendesignal über das Eingangsfilter (BP) der Antenne (ANT) zugeführt ist.

7. Sendeempfänger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu sendenden Signale (s_S) dem stellbaren Lokaloszillator (LO2) über ein zweites Filter (FIL) zugeführt sind.

8. Sendeempfänger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, ge­ kennzeichnet durch eine FSK-Modulation.

9. Sendeempfänger nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Filter (FIL) ein Gaußfilter ist.

10. Sendeempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die ersten Filter (TPT, TPQ) Tiefpaßfilter sind.

11. Sendeempfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Eingangsfilter (BP) ein Bandpaßfilter ist.