DE19748913B4

DE19748913B4 - Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffsystem

Info

Publication number: DE19748913B4
Application number: DE1997148913
Authority: DE
Inventors: Dieter Palo Alto Scherer; Thomas L. Palo Alto Grisell
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: DE19748913A1

Abstract

Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffssystem, mit:
einem Referenzoszillator (42), der ein stabiles Niederfrequenzreferenzsignal erzeugt;
einem Sende-Empfangs-Oszillator (32), der ein Lokaloszillator-Signal erzeugt;
einem empfangsseitigen Mischer (30), der ein empfangenes moduliertes Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen; und
einem ersten sendeseitigen Mischer (40);
gekennzeichnet durch
einen ersten Oszillator (38), der ein erstes Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist;
einen zweiten sendeseitigen Mischer (34), der ein moduliertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Zwischenfrequenz-Sendesignal zu erzeugen;
wobei der erste sendeseitige Mischer (40) das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen;
einen Mischer (44), der das Lokaloszillator-Signal mit dem ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Phasenerfassungssignal zu erzeugen; und
einer Einrichtung (48) zur Phasenverriegelung des Phasenerfassungssignals mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal (2).

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Sende-Empfangs-Vorrichtung in einer Teilnehmereinheit eines LMDS-Systems (LMDS = Local Multipoint Distribution Service = lokaler Mehrpunktverteildienst). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum einfachen Phasenverriegeln eines Lokaloszillators in der Sende-Empfangs-Vorrichtung einer Teilnehmereinheit bezüglich eines stabilen Niederfrequenzreferenzoszillators.
Ein lokaler Mehrpunktverteildienst (LMDS) ist ein drahtloses Informationszugriffsystem. Drahtlose Informationssysteme sind häufig wenig aufwendig und können schneller als verdrahtete Systeme implementiert werden, da ein drahtloses System eine geringere Infrastruktur erfordert.
Ein LMDS-System weist eine mikrozellulare Konfiguration auf, die eine große Anzahl von Zellen umfaßt, wobei die Fläche einer Zelle etwa 0,5 km² bis etwa 2 km² betragen kann. Jede Zelle enthält eine Basisstation, die viele Teilnehmereinheiten bedient. Um ein LMDS-System zu unterstützen, sind eine große Anzahl von Teilnehmereinheiten erforderlich. Die Teilnehmereinheiten werden an Endverbraucher verkauft und müssen einfach und unaufwendig hergestellt sein, während ein annehmbares Leistungsniveau beibehalten wird.
1 zeigt eine Sende-Empfangs-Vorrichtung 2 einer Basisstation und eine Sende-Empfangs-Vorrichtung 4 einer Teilnehmereinheit. Im allgemeinen umfaßt die Basisstation 2 einen Basislokaloszillator 6, welcher ein Basislokaloszillatorsignal zu einem ersten Eingang eines ersten Basismischers 8 liefert. Ein moduliertes Sendesignal ist mit einem zweiten Eingang des ersten Basismischers 8 gekoppelt. Der erste Ba sismischer 8 mischt das modulierte Sendesignal mit dem Basislokaloszillatorsignal, wodurch das modulierte Sendesignal frequenzmäßig nach oben umgesetzt wird. Das frequenzmäßig nach oben umgesetzte modulierte Signal wird über eine erste Basisantenne 10 zu den Teilnehmereinheiten übertragen. Die Teilnehmereinheit 4 empfängt das modulierte Signal von der Basisstation 2 über eine erste Teilnehmerantenne 12. Die Teilnehmereinheit umfaßt einen Teilnehmerlokaloszillator 14, der mit einem ersten Teilnehmermischer 16 gekoppelt ist, um das empfangene modulierte Signals frequenzmäßig nach unten umzusetzen. Das frequenzmäßig nach unten umgesetzte modulierte Signal kann daraufhin demoduliert werden.
Ferner werden modulierte Signale von der Teilnehmereinheit 4 zu der Basisstation 2 übertragen. Der Lokaloszillator 14 der Teilnehmereinheit ist mit einem zweiten Teilnehmermischer 18 gekoppelt, um ein moduliertes Teilnehmersignal für eine Übertragung über eine zweite Teilnehmerantenne 20 zu der Basisstation 2 frequenzmäßig nach oben umzusetzen. Die Basisstation 2 empfängt das modulierte Teilnehmersignal von der Teilnehmereinheit 4 über eine zweite Basisantenne 22. Der Basislokaloszillator 6 ist ferner mit einem zweiten Basismischer 24 gekoppelt, um das empfangene modulierte Teilnehmersignals frequenzmäßig nach unten umzusetzen. Das frequenzmäßig nach unten umgesetzte modulierte Signal kann daraufhin demoduliert werden.
Die Teilnehmereinheit 4 empfängt ein digital moduliertes Hochfrequenzsignal (27,5 – 28,35 GHz) von der Basisstation 2. Die Teilnehmereinheit setzt das empfangene Hochfrequenzsignal in ein Zwischenfrequenzsignal (950 – 1.800 MHz) frequenzmäßig nach unten um, das ein Teilnehmermodem demodulieren kann.
Die Teilnehmereinheit 4 empfängt außerdem ein digital moduliertes Niederfrequenzsignal (400 – 700 MHz) von dem Teilnehmermodem. Die Teilnehmereinheit 4 setzt das modulierte Niederfrequenzsignal in eine Übertragungsfrequenz (31 – 31,3 GHz) frequenzmäßig nach oben um.
Die Integrität der empfangenen und gesendeten Signale kann durch Frequenzinstabilitäten und das Phasenrauschen der Lokaloszillatorsignale beeinträchtigt werden. Die frequenzmäßige Umsetzung der modulierten Signale nach oben und unten bewirkt, daß die modulierten Signale mit dem Rauschen und den Frequenzinstabilitäten der Lokaloszillatorsignale beaufschlagt werden. Für ein optimales Verhalten müssen die Auswirkungen des Rauschens und der Frequenzinstabilität der Lokaloszillatorsignale minimiert werden. Typischerweise ist der Oszillator, der das Lokaloszillatorsignal erzeugt, ein dielektrischer Resonanzoszillator (DRO).
Die Frequenzstabilität und das Phasenrauschen der Lokaloszillatoren kann verbessert werden, indem die Lokaloszillatoren mit stabilen Niederfrequenz-Referenzsignalen phasenverriegelt werden. Eine Phasenverriegelung der Lokaloszillatoren kann komplex und aufwendig sein, da die Lokaloszillatoren bei sehr hohen Frequenzen arbeiten müssen.
Die modulierten Signale können ferner während der Übertragung der modulierten Signale zwischen der Basisstation und der Teilnehmereinheit mit einem Phasenrauschen und Frequenzstörungen beaufschlagt werden. Diese Störungen können auftreten, wenn die gesendeten Signale mehreren Übertragungswegen folgen, die zwischen der Basisstation und der Teilnehmereinheit zeitvariable Wegstrecken aufweisen. Die Störungen werden verschlimmert, falls die Mehrfachwege aufgrund der Bewegung von Oberflächen, wie beispielsweise der Blätter eines Baumes, eine Streuung der gesendeten Signale aufweisen.

Die US-A-4,489,413 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung der Sende- und Empfangsfrequenz einer Sende/Empfangseinrichtung, wobei zwei Frequenzumwandlungen des empfangenen Signals durchgeführt werden, und eine Phasenverriegelung des jeweiligen Oszillators auf der Grundlage der Frequenz des empfangenen Signals erreicht wird.

Die US-A-5,280,644 beschreibt eine Frequenzsteuerungsschaltung, die wirksam ist, um eine Sende-Empfangs-Schaltung in einer erwünschten Frequenzbeziehung zu dem an dieselbe bereitgestellten Signal zu halten, auch dann, wenn das an die Sende-Empfangs-Schaltung gesendete Signal ein TDMA-Signal ist und der Empfangsteil der Sende-Empfangs-Schaltung nur während der Zwischenperioden wirksam ist, in denen das TDMA-Signal empfangen wird.

Die DE 27 03 566 B2 beschreibt ein Frequenzmodulationssystem mit einer Rückkopplungsschaltung zum Steuern einer Ausgangsfrequenz des Systems.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Sende-Empfangs-Vorrichtung zu schaffen, bei der die Übertragung von modulierten Signalen zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmereinheit gegenüber äußeren Einflüssen störungsunanfällig ist, wobei ein Lokaloszillator vorgesehen ist, der mit einem stabilen Niederfrequenzsignal phasenverriegelt ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Sende-Empfangs-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 und 3 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung zur Phasenverriegelung des Lokaloszillators mit dem Referenzsignal wenig aufwendig ist und eine minimale Anzahl von elektronischen Baugruppen erfordert.

Ferner besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß das Referenzsignal die Phasenstörungen kompensieren kann, die während der Übertragung der modulierten Signale zwischen der Basisstation und der Teilnehmereinheit auftreten können.

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine einfache Vorrichtung zur Phasenverriegelung eines Lokaloszillators in einer LMDS-Teilnehmereinheit mit einem stabilen Niederfrequenz-Referenzsignal. Das LMDS-System umfaßt ferner eine Vorrichtung zum Kompensieren der Phasenstörungen, mit denen modulierte Signale beaufschlagt werden, die zwischen der Basisstation und den Teilnehmereinheiten in dem LMDS-System übertragen werden.

Ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung umfaßt eine Sende-Empfangs-Vorrichtung. Die Sende-Empfangs-Vorrichtung umfaßt einen Sende-Empfangs-Oszillator und einen empfangsseitigen Mischer. Der Sende-Empfangs-Oszillator erzeugt ein Lokaloszillator-Signal. Der empfangsseitige Mischer mischt ein empfangenes moduliertes Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen. Ein Demodulator ist mit der Sende-Empfangs-Vorrichtung zum Demodulieren des Zwischenfrequenzempfangssignals verbunden. Die Sende-Empfangs-Vorrichtung umfaßt ferner einen ersten Oszillator, einen ersten sendeseitigen Mischer und einen zweiten sendeseitigen Mischer. Der erste Oszillator erzeugt ein erstes Oszillatorsignal. Der zweite sendeseitige Mischer mischt ein moduliertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals, um ein Zwischensendesignal zu erzeugen. Der erste sendeseitige Mischer mischt das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen. Der erste Oszillator ist mit einem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal, das von einem Referenzoszillator erzeugt wird, phasenverriegelt. Um den Sende-Empfangs-Oszillator mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenzuverriegeln, umfaßt dieses Ausführungsbeispiel ferner einen Mischer, der das Lokaloszillator-Signal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Phasenerfassungssignal zu erzeugen. Schließlich empfängt ein PLL-Chip (PLL = phased locked loop = Phasenregelkreis) das Phasenerfassungssignal und das stabile Niederfrequenzreferenzsignal, wobei der PLL-Chip den Sende-Empfangs-Oszillator mit dem Referenzoszillator phasenverriegelt. Der erste Oszillator ist für eine akzeptable frequenzmäßige Aufwärtsumsetzung des modulierten Sendesignals erforderlich. Dadurch wird eine angemessene Filterung des Sendesignals ermöglicht. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet den ersten Oszillator, um das Lokaloszillator-Signal frequenzmäßig nach unten umzusetzen. Die frequenzmäßige Abwärtsumsetzung ermöglicht es, daß ein unaufwendiger PLL-Chip verwendet wird, um für den Sende-Empfangs-Oszillator eine Phasenverriegelung vorzusehen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft eine Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffssystem mit einem Referenzoszillator, der ein stabiles Niederfrequenzreferenzsignal erzeugt, einem Sende-Empfangs-Oszillator, der ein Sende-Empfangs-Oszillatorsignal erzeugt, einem ersten sendeseitigen Mischer, und einem empfangsseitigen Mischer. Ferner umfaßt die Vorrichtung einen ersten Oszillator, der ein erstes Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist, einen Mischer, der das Sende-Empfangs-Oszillatorsignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Lokaloszillator-Signal und ein Phasenerfassungssignal zu erzeugen, einen zweiten sendeseitigen Mischer, der ein moduliertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Zwischenfrequenz-Sendesignal zu erzeugen, wobei der erste sendeseitige Mischer das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen, wobei der empfangsseitige Mischer das empfangene Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen, und eine Einrichtung zur Phasenverriegelung des Phasenerfassungssignals mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung schafft eine Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffssystem mit einem Referenzoszillator, der ein stabiles Niederfrequenzreferenzsignal erzeugt, einem ersten sendeseitigen Mischer, und einem empfangsseitigen Mischer. Ferner umfaßt die Vorrichtung einen ersten Oszillator, der ein erstes Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist, einen zweiten Oszillator, der ein zweites Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist, einen Mischer, der eine Harmonische des ersten Oszillatorsignals mit einer Harmonischen des zweiten Oszillators mischt, um ein Lokaloszillator-Signal zu erzeugen, einen zweiten sendeseitigen Mischer, der ein moduliertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Zwischenfrequenz-Sendesignal zu erzeugen, wobei der erste sendeseitige Mischer, das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen, und wobei der empfangsseitige Mischer ein empfangenes Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines LMDS-Systems gemäß dem Stand der Technik.

2 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

3 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

4 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

5 ein LMDS-Blockdiagramm, das ein Einzelpilottonreferenzsignal zeigt, das in das von der Basissta tion gesendete Signal aufgenommen ist.

6 ein LMDS-Blockdiagramm, das ein Dualpilottonreferenzsignal zeigt, das in das von der Basisstation gesendete Signal aufgenommen ist.

Wie es in den Zeichnungen aus Darstellungszwecken gezeigt ist, ist die Erfindung als kostengünstige LMDS-Sende-Empfangs-Vorrichtung ausgeführt, welche eine Phasenverriegelung eines dielektrischen Resonanzoszillators (DRO) mit einem stabilen Niederfrequenzreferenzoszillatorsignals liefert. Der DRO wird als Lokaloszillator verwendet, um modulierte zu übertragende Signale frequenzmäßig aufwärtszumischen und um empfangene zu demodulierende Signale frequenzmäßig abwärtszumischen. Das Niederfrequenzreferenzoszillatorsignal kann in ein moduliertes Signal, das von einer LMDS-Basisstation zu einer LMDS-Teilnehmereinheit übertragen wird, als Einzel- oder Dualpilotton eingekoppelt werden.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer LMDS-Teilnehmer-Sende-Empfangs-Einheit dieser Erfindung. Die LMDS-Teilnehmer-Sende-Empfangs-Vorrichtung umfaßt eine Empfangsantenne 112 und eine Sendeantenne 120. Die Empfangsantenne 112 koppelt ein moduliertes Signal, das von einer LMDS-Basisstation gesendet wird, mit der LMDS-Teilnehmereinheit. Das empfangene modulierte Signal ist mit einem HF-Eingang (HF = Hochfrequenz) eines empangsseitigen Mischers (Empfangsmischers) 30 gekoppelt. Ein Sende-Empfangs-Oszillator 32 erzeugt ein Lokaloszillator-Signal (Sende-Empfangs-Treibersignal), welches mit einem LO-Eingang (LO = Lokaloszillator) des empfangsseitigen Mischers 30 gekoppelt ist. Der empfangsseitige Mischer 30 mischt das empfangene modulierte Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals, wodurch ein ZF-Empfangssignal (ZF = Zwischenfrequenz) erzeugt wird. Das ZF-Empfangssignal enthält die Informationen, die auf das empfangene modulierte Signal aufmoduliert sind, jedoch bei einer viel niedrigeren Trägerfrequenz. Das ZF-Empfangssignal ist über einen Diplexer 36 mit einem Teilnehmermodem 37 ge koppelt. Das Teilnehmermodem 37 demoduliert die modulierten Informationen des ZF-Empfangssignals.
Die Frequenz des modulierten Signals, das von der Basisstation zu der Teilnehmereinheit übertragen wird, ist durch die Übertragungsfrequenzzuordnungen spezifiziert, die durch die Federal Communications Commission (FCC; FCC = Federal Communications Commission = Fernmeldebehörde der USA) festgesetzt sind. Für einen LMDS hat die FCC die Übertragungsfrequenz auf etwa 27,5 – 28,35 GigaHertz (GHz) festgesetzt. Das Teilnehmermodem 37 ist im allgemeinen eine Kopfstelle ("top box"), die zu der ähnlich ist, die für ein digitales Satellitensystem (DDS) verwendet wird. Die Kopfstelle macht es erforderlich, daß sich das ZF-Ausgangssignal zwischen 950 und 1.800 MegaHertz (MHz) befindet. Das Ausführungsbeispiel der in 2 gezeigten Erfindung umfaßt einen Mal-3-Frequenzmultiplizierer 39 zwischen dem Sende-Empfangs-Oszillator 32 und dem empfangsseitigen Mischer 30. Das LO-Eingangssignal des Mischers sollte sich etwa bei 26,55 GHz befinden. Folglich muß sich das Lokaloszillator-Signal, das den Mal-3-Multiplizierer 39 treibt, bei einer Frequenz von etwa 8,85 GHz befinden.
Die LMDS-Teilnehmer-Sende-Empfangs-Vorrichtung sendet ferner modulierte Signale zu der LMDS-Basisstation. Der Diplexer 36 empfängt ein moduliertes Signal von dem Teilnehmermodem 37. Die Frequenz des modulierten Signals basiert auf einem Standard, der von dem Digital-Audio-Video-Komitee (DAVIC; DAVIC = digital audio video council) entwickelt wurde. Das DAVIC hat den Frequenzbereich des modulierten Signals auf einen Bereich zwischen 400 – 700 MHz festgesetzt. Das modulierte Signal ist mit einem zweiten sendeseitigen Mischer (Zwischensendemischer) 34 gekoppelt. Der zweite sendeseitige Mischer 34 mischt das modulierte Signal mit einer Harmonischen eines ersten Oszillatorsignals (Zwischensendeoszillatorsignals), das von einem ersten Oszillator (Zwischensendeoszillator) 38 erzeugt wird. Der Mischprozeß des zweiten sendeseitigen Mischers 34 erzeugt ein Zwischenfrequenz-Sendesignal (Zwischensendesignal). Das Zwischenfrequenz-Sendesignal ist mit einem ersten sendeseitigen Mischer (Abschlußsendemischer) 40 gekoppelt. Der ersten sendeseitige Mischer 40 setzt das Zwischenfrequenz-Sendesignal frequenzmäßig nach oben um, indem das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals gemischt wird, um ein Ausgangssendesignal zu erhalten. Das Ausgangssendesignal ist über die Sendeantenne 120 mit der Basisstation gekoppelt.
Die Frequenz der Signale, die von der Teilnehmereinheit zu der Basisstation übertragen werden, ist durch die FCC auf einen Bereich zwischen 31,0 – 31,3 GHz spezifiziert. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, muß das Lokaloszillator-Signal etwa 8,85 GHz betragen, wobei sich das modulierte Signal zwischen 400 und 700 MHz befinden muß. Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt einen zweiten Mal-3-Multiplizierer 41, der zwischen dem Sende-Empfangs-Oszillator 32 und dem ersten sendeseitigen Mischer 40 angeordnet ist. Folglich muß sich das Zwischenfrequenz-Sendesignal zwischen 4,45 – 4,75 GHz befinden. Alternativ ist der Ausgang des Mal-3-Multiplizierers 39 mit dem ersten sendeseitigen Mischer 40 verbunden. Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt ferner einen ersten Frequenzmultiplizierer 45, der zwischen den ersten Oszillator 38 und den zweiten sendeseitigen Mischer 34 geschaltet ist. Folglich muß das Zwischenfrequenz-Sendesignal etwa 2.025 MHz betragen.
Der erste Oszillator 38 ist mit einem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal, das mittels eines Referenzoszillators (stabile Quelle) 42 erzeugt wird, phasenverriegelt. Es sind handelsüblich erhältliche phasenstarre Oszillatoren verfügbar, die bei der Frequenz von 2.025 MHz arbeiten können. Beispielsweise arbeitet der phasenstarre Oszillator des Typs VariL SPLL-442 bei einer Frequenz von 2.025 MHz.
Für ein optimales Verhalten muß der Sende-Empfangs-Oszilla tor 32 mit dem stabilen Referenzsignal phasenverriegelt sein. Integrierte Schaltungen zum Phasenverriegeln von Oszillatoren sind handelsüblich erhältlich. Diese integrierten Schaltungen arbeiten jedoch nicht bei so hohen Frequenzen wie die Frequenzkomponenten des Sende-Empfangs-Treibersignals. Folglich muß das Sende-Empfangs-Treibersignal frequenzmäßig heruntergeteilt oder nach unten umgesetzt werden, um zu ermöglichen, daß der Sende-Empfangs-Oszillator 32 unter Verwendung eines unaufwendigen PLL-Chips mit der Referenzquelle 42 phasenverriegelt wird.
Ein Mischer (Sende-Empfangs-Treibermischer) 44 mischt das Lokaloszillator-Signal, das von dem Sende-Empfangs-Oszillator 32 erzeugt wird, mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals, das von dem ersten Oszillator 38 erzeugt wird, wodurch ein Phasenerfassungssignal (Zwischenphasenerfassungssignal) erzeugt wird. Für das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist der Mischer 44 ein harmonischer Mischer (Oberwellenmischer), bei dem eine ungeradzahlige Harmonische des ersten Oszillatorsignals mit dem Lokaloszillator-Signal gemischt wird. Typischerweise wird die dritte oder die fünfte Harmonische des Zwischenfrequenz-Sendesignals mit dem Lokaloszillator-Signal gemischt. Das Mischen des Lokaloszillator-Signals mit der fünften Harmonischen erzeugt ein Phasenerfassungssignal mit folgender Frequenz: (5)·(2,025 GHz) – (8,85 GHz) = 1,275 GHz.
Das Phasenerfassungssignal ist mit einem Filter 46 gekoppelt, welches das Phasenerfassungssignal filtert.
Alternativ ist der Mischer 44 kein harmonischer Mischer, wobei das Zwischenfrequenz-Sendesignal frequenzmäßig vervierfacht wird, bevor dasselbe mit dem Mischer 44 gekoppelt wird. Eine frequenzmäßige Vervierfachung des Zwischenfrequenz-Sendesignals kann implementiert werden, indem ein Frequenzverdoppler von dem Ausgang des ersten Frequenzmultiplizierers 45 mit dem Mischer 44 verbunden wird. Das Mischen des Lokaloszillator-Signals mit dem Vierfachen der Frequenz des Zwischenfrequenz-Sendesignals erzeugt ein Phasenerfassungssignal mit folgender Frequenz: (8,85 GHz) – (2·(2·(2,025 GHz)) = 0,750 GHz.
Das Phasenerfassungssignal wird erneut mit dem Filter 46 gekoppelt, welches das Phasenerfassungssignal filtert.
Ein integrierter PLL-Schaltungschip 48 empfängt das Phasenerfassungssignal. Der PLL-Chip 48 empfängt ferner das stabile Niederfrequenzreferenzsignal. Der PLL-Chip 48 teilt die Frequenz des Phasenerfassungssignals auf dieselbe Frequenz wie die des stabilen Niederfrequenzreferenzsignals herunter. Der PLL-Chip 48 erzeugt ein Fehlersignal, das die Phasendifferenz zwischen der Phase des frequenzgeteilten Phasenerfassungssignals und der Phase des stabilen Niederfrequenzreferenzsignals darstellt. Das Fehlersignal ist mit dem Sende-Empfangs-Oszillator 32 gekoppelt, das den Sende-Empfangs-Oszillator 32 abstimmt, um das Fehlersignal zu minimieren. Daraus ergibt sich, daß das Fehlersignal, das von dem PLL-Chip 48 erzeugt wird, den Sende-Empfangs-Oszillator 32 frequenzmäßig nach oben oder unten abstimmt, um die Phasendifferenz zwischen dem Phasenerfassungssignal und dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal zu minimieren. Folglich ist der Sende-Empfangs-Oszillator 32 mit dem Referenzoszillator 42 phasenverriegelt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer LMDS-Teilnehmer-Sende-Empfangs-Vorrichtung dieser Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt eine weitere Konfiguration zur Phasenverriegelung des Sende-Empfangs-Oszillators 32.
Der Sende-Empfangs-Oszillator 32 erzeugt ein Sende-Empfangs-Oszillatorsignal, welches mit dem Mischer 44 gekoppelt ist. Der Mischer 44 mischt das Ausgangssignal eines Frequenzmultiplizierers 45 mit dem Sende-Empfangs-Oszillatorsignal, wodurch das Lokaloszillator-Signal und das Phasener fassungssignal erzeugt werden. Ein erstes Bandpaßfilter 53 läßt das Lokaloszillator-Signal durch. Ein zweites Filter 54 läßt das Phasenerfassungssignal durch. Der PLL-Chip 48 stimmt die Frequenz des Sende-Empfangs-Oszillators 32 ab, um den Sende-Empfangs-Oszillator mit dem Referenzoszillator 42 phasenzuverriegeln.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet der Sende-Empfangs-Oszillator 32 bei einer Frequenz von 4,8 GHz. Der erste Oszillator arbeitet bei einer Frequenz von 2.025 MHz. Das Lokaloszillator-Signal an dem Ausgang des ersten Bandpaßfilters 53 weist eine Frequenz von 8,85 GHz auf. Das Phasenerfassungssignal an dem Ausgang des zweiten Filters weist eine Frequenz von 750 MHz auf. Das Phasenerfassungssignal ist bezüglicher der Frequenz niedrig genug, damit der PLL-Chip 48 verwendet werden kann, um den Sende-Empfangs-Oszillator 32 phasenzuverriegeln.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt einen zweiten Frequenzmultiplizierer 58 und einen Zwischenfrequenzoszillator 56. Der Zwischenfrequenzoszillator 56 ist mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal, das von dem Referenzoszillator 42 erzeugt wird, phasenverriegelt. Wie der Zwischensendeoszillator 38 ist auch der Zwischenfrequenzoszillator 56 handelsüblich verfügbar. Beispielsweise kann der phasenstarre Oszillator des Typs VariL SPLL-443 bei einer Frequenz von 2.400 MHz arbeiten. Der Zwischenfrequenzoszillator 56 erzeugt ein zweites Zwischensendeoszillatorsignal. Die Frequenz des zweiten Zwischensignals wird mittels des zweiten Frequenzmultiplizierers 58 verdoppelt. Die Ausgangssignale des ersten Frequenzmultiplizierers 45 und des zweiten Frequenzmultiplizierers 58 sind mit dem Mischer 44 gekoppelt. Der Mischer 44 summiert die Frequenz des Signals an dem Ausgang des ersten Frequenzmultiplizierers 45 mit der Frequenz des Signals an dem Ausgang des zweiten Frequenzmultiplizierers 58, wodurch das Lokaloszillator-Signal erzeugt wird.
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt den Zwischensendeoszillator 38, der bei einer Frequenz von 2.025 MHz arbeitet, und den Zwischenfrequenzoszillator 56, der bei einer Frequenz von 2.400 MHz arbeitet. Sowohl der Zwischensendeoszillator 38 als auch der Zwischenfrequenzoszillator 56 sind mit dem Referenzoszillator 42 phasenverriegelt.
Die Signale, die zwischen der Basisstation und den Teilnehmereinheiten übertragen werden, sind modulierte Signale, welche mit den Informationen codiert sind, die zwischen der Basisstation und den Teilnehmereinheiten transferiert werden. Viele Typen von komplexen Modulationsformaten erfordern stabile Trägersignale, um die modulierten Signale mit minimalen Fehlern modulieren können. Typischerweise werden stabile Trägersignale durch eine Phasenverriegelung der Lokaloszillatoren der Sende-Empfangs-Vorrichtungen mit einem temperaturkompensierten Quarzoszillator erhalten. Temperaturkompensierte Quarzoszillatoren mit einer Frequenzstabilität von weniger als fünf Teilen pro einer Million über einem anwendbaren Temperaturbereich sind jedoch sehr aufwendig.
Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, wird das Phasenrauschen der Lokaloszillatoren in die modulierten Signale übertragen, wenn die modulierten Signale frequenzmäßig nach oben oder unten umgesetzt werden. Außerdem wird während der Übertragung der modulierten Signale ein Phasenrauschen zu dem modulierten Signal hinzugefügt.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt einen zweiten Niederfrequenzreferenzoszillator 64, der in der Sende-Empfangs-Vorrichtung 2 der Basisstation angeordnet ist. Die Sende-Empfangs-Vorrichtung 2 der Basisstation umfaßt ferner einen Pilotsignalgenerator 62. Der Pilotsignalgenerator 62 erzeugt ein Pilotsignal, das mit dem Referenzsignal phasenverriegelt ist, das durch den zweiten Niederfrequenzreferenzoszillator 64 erzeugt wird. Das Pilotsignal wird in der Basisstation 2 in das modulierte Signal eingekoppelt, bevor das modulierte Signal frequenzmäßig aufwärts gemischt und zu der Teilnehmereinheit übertragen wird.
Die Teilnehmereinheit 4 empfängt das modulierte Signal und das Pilotsignal von der Basisstation 2. Die Teilnehmereinheit 2 umfaßt einen Empfangsmischer 66 und einen Lokaloszillator 68. Das modulierte Signal und das Pilotsignal werden frequenzmäßig abwärts gemischt, indem das modulierte Signal und das Pilotsignal mit einem Lokaloszillatorsignal gemischt werden, wodurch ein moduliertes Zwischenfrequenzsignal erzeugt wird. Ein Bandpaßfilter 70 ist mit dem Ausgang des Empfangsmischers 66 gekoppelt und filtert das modulierte Zwischenfrequenzsignal. Der Durchlaßbereich des Bandpaßfilters 70 ist bei der Frequenz des Pilotsignals zentriert. Der PLL-Chip 48 erzeugt ein Fehlersignal, das zu der Phasendifferenz zwischen dem Pilotsignal und dem Referenzoszillator 42 proportional ist. Das Fehlersignal stimmt den Lokaloszillator 66 ab, um das Fehlersignal zu minimieren.
Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, kann das modulierte Signal während der Übertragung des modulierten Signals von der Basisstation zu den Teilnehmereinheiten mit Phasenstörungen beaufschlagt werden. Das Pilotsignal wird mit dem modulierten Signal übertragen. Folglich wird das Pilotsignal mit denselben Phasenstörungen beaufschlagt, mit denen das modulierte Signal beaufschlagt wird. Da der PLL-Chip 42 das Fehlersignal erzeugt, das den Lokaloszillator abstimmt, indem die Phasendifferenz zwischen dem Pilotsignal und dem Referenzsignal erfaßt wird, wird auch das Lokaloszillatorsignal mit den Phasenstörungen beaufschlagt. Da der Lokaloszillator mit den Störungen beaufschlagt wird, werden die Phasenstörungen des modulierten Signals um einen Faktor von etwa 60 reduziert.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt den Pilotsignalgenerator, der die zwei Pilotsignale erzeugt. Die zwei Pilotsignale sind mit dem zweiten Niederfrequenzreferenzoszillator 64 phasenverriegelt. Die zwei Pilotsignale werden in der Basisstation 2 in das modulierte Signal eingekoppelt, bevor das modulierte Signal frequenzmäßig aufwärts gemischt und zu der Teilnehmereinheit 4 übertragen wird. Die Frequenzdifferenz zwischen den zwei Pilottönen ist ein Vielfaches oder ein Bruchteil der Frequenz des zweiten Niederfrequenzreferenzoszillators 64.
Die Teilnehmereinheit 4 empfängt das modulierte Signal und die zwei Pilotsignale von der Basisstation 2. Das modulierte Signal und die zwei Pilotsignale werden frequenzmäßig abwärts gemischt, indem das modulierte Signal und die zwei Pilotsignale mit dem Lokaloszillator gemischt werden, wodurch ein moduliertes Zwischenfrequenzsignal erzeugt wird. Das Bandpaflfilter 70 empfängt das modulierte Zwischensignal. Der Durchlaßbereich des Bandpaflfilters 70 ist derart zentriert, um zu ermöglichen, daß die zwei Pilotsignale zu dem Ausgang des Bandpaflfilters 70 durchgelassen werden.
Der Ausgang des Bandpaßfilters ist mit einer Referenzrückgewinnungsschaltung 72 gekoppelt. Die Referenzrückgewinnungsschaltung 72 erzeugt ein Referenzsignal, indem die Frequenzdifferenz zwischen den zwei Pilotsignalen erfaßt wird. Die Referenzrückgewinnungsschaltungsanordnung, welche ein nichtlineares Element, wie z. B. eine Diode, umfaßt, erzeugt das Referenzsignal mit einer Frequenz, die gleich der Differenz zwischen den Frequenzen der zwei Pilotsignale ist.
Der PLL-Chip 48 erzeugt ein Fehlersignal, das zu der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal, das von der Referenzrückgewinnungsschaltung 72 erzeugt wird, und einem der zwei Pilotsignale proportional ist. Die Phase des Referenzsignals wird durch die Übertragung des modulierten Signals zwischen der Basisstation und der Teilnehmereinheit nicht beeinflßt. Beide Pilotsignale erfahren während der Übertragung der Signale dieselben Phasenstörungen. Folglich bleibt die Phasen- und Frequenzdifferenz der zwei Pilotsignale konstant. Das Fehlersignal ist jedoch zu der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und einem der Pilotsignale proportional. Folglich wird die Amplitude des Fehlersignals durch die Phasenstörungen der Pilotsignale während der Übertragung beeinflußt. Das Fehlersignal stimmt den Lokaloszillator 68 ab.
Wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, beaufschlagen die Lokaloszillatoren in der Basisstation und der Teilnehmereinheit die modulierten Signale ferner mit einer Phasenrauschverschlechterung. Die Pilottöne werden auch mit der Phasenrauschverschlechterung beaufschlagt. Folglich beeinflußt diese Verschlechterung auch die Amplitude des Fehlersignals, wobei diese Verschlechterung korrigiert wird.
Der Lokaloszillator 68 der Teilnehmereinheit ist mit dem zweiten Niederfrequenzreferenzoszillator 64 phasenkohärent. Im allgemeinen ist der Lokaloszillator in der Basisstation mit dem zweiten Niederfrequenzreferenzoszillator 64 phasenverriegelt. Folglich sind die Lokaloszillatoren sowohl in der Basisstation 2 als auch in der Teilnehmereinheit 4 phasenkohärent.

Claims

Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffssystem, mit: einem Referenzoszillator (42), der ein stabiles Niederfrequenzreferenzsignal erzeugt; einem Sende-Empfangs-Oszillator (32), der ein Lokaloszillator-Signal erzeugt; einem empfangsseitigen Mischer (30), der ein empfangenes moduliertes Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen; und einem ersten sendeseitigen Mischer (40); gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator (38), der ein erstes Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist; einen zweiten sendeseitigen Mischer (34), der ein moduliertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Zwischenfrequenz-Sendesignal zu erzeugen; wobei der erste sendeseitige Mischer (40) das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen; einen Mischer (44), der das Lokaloszillator-Signal mit dem ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Phasenerfassungssignal zu erzeugen; und einer Einrichtung (48) zur Phasenverriegelung des Phasenerfassungssignals mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal (2).
Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffssystem, mit: einem Referenzoszillator (42), der ein stabiles Niederfrequenzreferenzsignal erzeugt; einem Sende-Empfangs-Oszillator (32), der ein Sende-Empfangs-Oszillatorsignal erzeugt; einem ersten sendeseitigen Mischer (40); und einem empfangsseitigen Mischer (30); gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator (38), der ein erstes Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist; einen Mischer (44), der das Sende-Empfangs-Oszillatorsignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Lokaloszillator-Signal und ein Phasenerfassungssignal zu erzeugen; einen zweiten sendeseitigen Mischer (34), der ein moduliertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Zwischenfrequenz-Sendesignal zu erzeugen; wobei der erste sendeseitige Mischer (40) das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokal oszillator-Signals mischt, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen; wobei der empfangsseitige Mischer (30) das empfangene Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen; und eine Einrichtung (48) zur Phasenverriegelung des Phasenerfassungssignals mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal (3).
Sende-Empfangs-Vorrichtung für ein drahtloses Informationszugriffssystem, mit: einem Referenzoszillator (42), der ein stabiles Niederfrequenzreferenzsignal erzeugt; einem ersten sendeseitigen Mischer (40); und einem empfangsseitigen Mischer (30); gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator (38), der ein erstes Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist; einen zweiten Oszillator (56), der ein zweites Oszillatorsignal erzeugt und mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal phasenverriegelt ist; einen Mischer (44), der eine Harmonische des ersten Oszillatorsignals mit einer Harmonischen des zweiten Oszillators mischt, um ein Lokaloszillator-Signal zu erzeugen; einen zweiten sendeseitigen Mischer (34), der ein modu liertes Sendesignal mit einer Harmonischen des ersten Oszillatorsignals mischt, um ein Zwischenfrequenz-Sendesignal zu erzeugen; wobei der erste sendeseitige Mischer (40), das Zwischenfrequenz-Sendesignal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Ausgangssendesignal zu erzeugen; und wobei der empfangsseitige Mischer (30) ein empfangenes Signal mit einer Harmonischen des Lokaloszillator-Signals mischt, um ein Zwischenfrequenzempfangssignal zu erzeugen (4).
Sende-Empfangs-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung (48) zur Phasenverriegelung des Phasenerfassungssignal mit dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal folgende Merkmale aufweist: einen Phasendetektor, der proportional zu der Phasendifferenz zwischen dem Phasenerfassungssignal und dem stabilen Niederfrequenzreferenzsignal ein Fehlersignal erzeugt; und eine Einrichtung zum Abstimmen des Sende-Empfangs-Oszillators (32), um das Fehlersignal zu minimieren.
Sende-Empfangs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Referenzoszillator (42) eine Einrichtung (72) zur Rückgewinnung von Dualpilottönen aus dem Zwischenfrequenzempfangssignal umfaßt, wobei die Frequenzdifferenz zwischen den Dualpilottönen die Frequenz des stabilen Niederfrequenzreferenzsignals bestimmt.