DE19837229C2

DE19837229C2 - Mischeranordnung zum Umsetzen eines Hochfrequenzsignals direkt in die Basisbandebene

Info

Publication number: DE19837229C2
Application number: DE19837229A
Authority: DE
Inventors: Tajinder Manku; Leonard Maceachern
Original assignee: Mitel Corp
Current assignee: Microsemi Semiconductor ULC
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: GB2328813A; CA2243757A1; JPH11136038A; JP2978484B2; FI981816A0; GB9718094D0; FI981816A; SE9802907L; US6148184A; DE19837229A1; FR2767989A1; SE9802907D0; GB2328813B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischeranordnung auf dem Gebiet der Hochfre quenzkommunikation und insbesondere einen für Verluste am lo kalen Oszillator (LO-RF-Verluste) und Fehlanpassungen emp findlichen Null-Zwischenfrequenz Mischer.

Bei einem Hochfrequenzempfänger (RF-Empfänger), wie z. B. ei nem Radioempfänger, muß die einkommende Hochfrequenz abwärts auf eine Zwischenfrequenz durch Mischen mit einer Frequenz eines lokalen Oszillators gewandelt werden.

Bei herkömmlichen Null-Zwischenfrequenz-Direktabwärtsmischern entstehen gewöhnlich Probleme aufgrund von RF-LO-, LO-RF- und LO-Antennen-Leckverbindungen, der Gleichstromversätze (DC- Versätze), die aufgrund einer Fehlabstimmung der bei der Gleichstrom-RF-Wandlung verwendeten Einrichtungen, und der variablen Gleichstromversätze, die aufgrund des Gleich stromsabwärtswandlervorganges selbst auftreten.

Ein Beispiel für eine solche Seitenanordnung zum Empfang eines der Seitenbänder aus einem Zweiseitenbandsignal ist in der deutschen Offenlegungsschrift 26 57 170 genannt. Eine Mischer anordnung setzt ein empfangenes HF-Signal mit Hilfe eines in zwei orthogonale Anteile, die gegeneinander um 90° phasenver schoben sind, aufgeteilten lokalen Oszillatorsignals in einem ersten und zweiten Mischer in eine ZF-Lage um. Nach nochmali ger Umsetzung wird aus diesen an einem Subtrahierers das Ba sisbandsignal gebildet.

In dem EP-Patent 0 305 602 wird ein Empfänger beschrieben mit zwei Zweigen, in welchen die Frequenz des ersten lokalen Os zillators um einige wenige 100 Hz von der Eingabewelle ab weicht, um separat erwünschte Bildbestandteile zu erhalten.

Beim Stand der Technik wurde diesen Problemen durch Anordnen eines Metallschildes auf dem Gleichstromwandlerempfänger ent gegengewirkt, um ihn gegenüber der Antenne zu isolieren. Dies vermindert den Betrag des Verlustes vom lokalen Oszillator zur Antenne.

Die Probleme mit den RF-LO- und LO-RF-Leckverbindungen wurden durch Entwickeln einer Mischerschaltung gelöst, die den RF- Abschnitt vom LO-Abschnitt isoliert.

Die Gleichstromversätze wurden durch Verwendung aufeinander abgestimmter Einrichtungen vermindert. Dies wurde durch Anordnen von Einrichtungen ziemlich nahe an einer integrierten Schaltung (IC) erreicht.

Es sind auch ziemlich komplizierte adaptive Gleichstromkompom nenten-(DC)-entfernungstechniken verwendet worden, und an stelle einer Null-Zwischenfrequenz ist eine geringe Zwischen frequenz verwendet worden.

Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein System in Form einer Mischeranordnung zum direkten Umset zen eines mit einem Datensignal modulierten Hochfrequenzsigna les (RF-Signales) direkt in die Basisbandlinie verwendet. Das System umfasst eine Eingangseinrichtung zum Empfangen des Hochfrequenzsignales, einen Oszillator zum Erzeugen eines lo kalen Oszillatorsignales, eine ein Phasenmodulationssignal er zeugende Einrichtung, einen Phasenmodulator, der ein Signal des lokalen Oszillators und das Phasenmodulationssignal emp fängt und daraus ein erstes und zweites Umschaltsignal mit ei ner Phasendifferenz von 90° erzeugt, einen ersten Mischer, der das Hochfrequenzsignal und das erste Umschaltsignal in ein erstes Basisbandsignal umsetzt, einen zweiten Mischer, der das Hochfrequenzsignal und das zweite Umschaltsignal in ein zwei tes Basisbandsignal umsetzt, einen Subtrahierer, dem das erste und zweite Basisbandsignal zugeführt wird und der daraus ein drittes Basisbandsignal erzeugt, und wobei das dritte Basis bandsignal und das Modulationssignal einem dritten Mischer zu geführt wird, der daraus ein Datensignal zu erzeugt.

Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum direkten Umsetzen eines mit einem Datensig nal modulierten Hochfrequenzsignales direkt in das Basisband vorgesehen, mit den Schritten:

a) Erzeugen eines Signales eines lokalen Oszillators (LO-Signal)
b) Erzeugen eines ersten und zweiten Umschaltsignales, die eine Phasendifferenz von 90° besitzen, aus dem Signal des lokalen Oszillators und dem Phasenmodula tionssignal
c) Umsetzen eines Hochfrequenzsignales und des ersten Umschaltsignales in ein erstes Basisbandsignal und Umsetzen des Hochfrequenzsignales und des zweiten Umschaltsignales in ein zweites Basisbandsignal
d) Subtrahieren des ersten und zweiten Basisbandes, um ein drittes Basisbandsignal zu erzeugen,
e) Erzeugen eines Datensignales aus dem dritten Basis bandsignal und dem Phasenmodulationssignal.

Die Erfindung wird nun beispielhaft genauer anhand der beige fügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Gleichstrom-Null- Zwischenfrequenz-Abwärtsmischers ist,

Fig. 2 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines Phasenmo dulationssignals zeigt, und

Fig. 3a bis 3d Frequenzbereichsdarstellungen von unterschied lichen Punkten des Mischers sind.

Die Erfindung erhöht wirkungsvoll die Isolation zwischen den RF-LO-, LO-RF- und LO-Antennen-Leckverbindungen, wobei mit LO ein lokaler Oszillator eines Direktwandlers eines Hochfre quenzempfängers bezeichnet wird.

Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hochfrequenzsignal RF in ein gleichphasiges I- (Signal 1) und ein außerphasiges Q- (Signal 2) Basisbandsignal gewandelt. Das I- (Signal 1) und das Q- (Signal 2) Basisbandsignal wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit jeweils in ein Q- (Si gnal 1) und ein I- (Signal 2) Basisbandsignal gewandelt. Das Umschalten von I auf Q und dann von Q auf I usw. wird mit der Zeit fortgesetzt, wenn das Hochfrequenzsignal in die Signale 1 und 2 gewandelt worden ist. Das Umschalten von I auf Q und dann von Q auf I usw. wird als Umschaltsignal bzw. bistabiles Signal bezeichnet. Die Signale 1 und 2 werden dann voneinan der subtrahiert und das resultierende Signal wird als Signal 3 bezeichnet. Das Signal 3 wird dann mit dem Umschaltsignal multipliziert. Die Ausgabe der Multiplikation über einen Fil ter geleitet, um die Effekte aufgrund der LO-RF-/RF-LO- Leckverbindungen, und der Fehlabstimmung der Einrichtungen zu beseitigen.

Die Hochfrequenz-Gleichstrom-Abwärtswandlungstopologie ist unempfindlich gegenüber einer LO-RF-, RF-LO-Leckverbindung und einer Fehlabstimmung der Einrichtungen.

Bei dem System nach Fig. 1 wird das eingehende Hochfrequenz signal 10 in zwei Zweige aufgeteilt. Der eine Zweig führt zu einem Mischer M1 und der zweite zu einem Mischer M2.

Jeder Mischer M1 und M2 weist zwei Eingänge auf, einen zum Empfangen des phasenmodulierten Signals 13, 14 des lokalen Oszillators und des anderen zum Empfangen des Hochfrequenzsi gnals 11, 12.

Das phasenmodulierte Signal 13 des oberen Zweiges unterschei det sich von dem des unteren Zweiges durch eine Phasenver schiebung von 90°. Der lokale-Oszillator- Phasenmodulationsblock 15 schaltet die vom lokalen Oszillator kommenden Eingangssignale 13, 14 für jeden Mischer abwech selnd zwischen der voreilenden oder der nacheilenden Phase des Signals des lokalen Oszillators 17 gemäß dem (Phasenmodu lations-)Signals 16 um. Dieses Phasenmodulationssignal ist idealerweise gleich +V oder -V, wobei V irgendeine willkürli che Zahl ist.

Die beiden Ausgangssignale der beiden Mischer M1 und M2 wer den jeweils von Verstärkern G1 und G2 (die beiden Verstärker müssen nicht identisch sein) verstärkt. Das Ausgangssignal dieser beiden Zweige wird dann mittels eines Subtrahierers A1 subtrahiert. Das Ausgangssignal des Subtrahierers A1 wird dann einem dritten Mischer M3 zugeführt. Der dritte Mischer M3 empfängt auch das Phasenmodulationssignal 16 an einem Eingang. Der Ausgang des dritten Mischers wird dann durch einen Filter 18 geleitet.

Ein Beispiel des Pulsmodulationssignals ist in Fig. 2 ge zeigt. Das Pulsmodulationssignal kann entweder periodisch, aperiodisch, zufällig oder pseudozufällig sein. Das Signal des lokalen Oszillators ist ein periodisches Signal, wie z. B. eine Rechteckwelle oder eine Sinuswelle (sign-Welle). Das Hochfrequenzsignal enthält eine durch entweder digitale und/oder modulare Information, z. B. Video- oder Audio- Information, modulierte Trägerwelle.

Die Grundfunktion des Aufbaus wird nachfolgend anhand der in den Fig. 3a bis 3d gezeigten Frequenzbereichsdarstellungen erläutert. Das "Eingabesignal" des Aufbaus, das irgendein Hochfrequenzsignal sein kann, kann die in Fig. 3a gezeigte Form aufweisen. Bei diesem Beispiel ist das interessierende Signal nur ein Bruchteil des gesamten Eingangssignals und ist im Zentrum des gesamten Signals angeordnet. Nach der Subtra hierungsstufe sieht das Spektrum wie das in Fig. 3b gezeigte Spektrum aus. Das gesamte Signal wurde über das Frequenzspek trum verteilt. Es wird bspw. angenommen, daß das Umschaltsi gnal eine Rechteckwelle mit einem Schaltzyklus von 50% ist. Die parasitischen Gleichstromkomponenten sind nahe der Fre quenz Null (= Gleichstrom) angeordnet. Nachdem der dritte Mi scher das Spektrum mit der Rechteckwelle faltet (convolving), entfaltet (deconvolving) sich das gesamte Spektrum folglich zu einem Basisband, wie es in Fig. 3c gezeigt ist. Der Tief paßfilter entfernt dann das unerwünschte Signal, d. h. den Gleichstromversatz und den Teil des gesamten Signals, das nicht benötigt wird. Dies ist in Fig. 3d gezeigt.

Die vorliegende Erfindung erzielt gegenüber bestehenden Di rektwandlungstopologien folgende Vorteile. Der Aufbau ist un empfindlich gegenüber einer RF-LO- und einer LO-RF- Leckverbindung bzw. -Übersprechen. Es sind keine hochqualita tiven Filter erforderlich. Der Aufbau kann vollständig in ei ne integrierte Schaltung integriert werden. Gleichstromkomponenten werden durch den Betrieb des Aufbaus vollständig ge löscht.

Es wird davon ausgegangen, daß die Erfindung gemäß der vor liegenden Anmeldung als Hochfrequenzempfänger für Mobilfunk anwendungen (zellular aufgebaute Anwendungen) verwendet wer den kann. Es wird auch davon ausgegangen, daß sie als Hoch frequenzempfänger für drahtlose persönliche Kommunikationssy steme und für ein Satellitennavigationssystem (GPS) verwendet werden kann. Es können auch Anwendungen als Hochfrequenzemp fänger für irgendeine frequenzumschaltende bzw. frequenz springende Anwendung und für irgendeine Satellitenanwendung, gleichgültig, ob sie am Boden oder am Satelliten selbst stattfindet, gefunden werden. Es wird auch davon ausgegangen, daß die Erfindung sowohl in einem abtastenden Spektrumanaly sator als auch in Kombinationen oder Integrationen der vorge nannten Anwendungen verwendet werden kann. Zusammenfassend wird fesgehalten, daß die Erfindung für jede neue Anwendung verwendet werden kann, die eine Abwärtskonvertierung irgend eines Hochfrequenzsignals auf ein Basisband erfordert.

Wie es oben erläutert worden ist, wird das modulierte Signal des lokalen Oszillators durch Verwenden eines nicht modulierten Signals des lokalen Oszillators und Umschalten seiner Phase von 90° auf 0° seiner Phase gemäß einem soge nannten Pulsmodulationssignals erzeugt. Das Hochfrequenzsi gnal wird zunächst mit dem modulierten Signal des lokalen Os zillators gemischt und ungewünschte Faltungs(Aliasing)- komponenten werden durch weiteres Mischen mit dem Phasenmodu lationssignal entfernt. Hierdurch werden die vorher disku tierten Leckeffekte beseitigt. Mischen erfordert nicht unbe dingt eine analoge Multiplikation.

Im allgemeinen kann der dritte Mischer durch eine Komponente oder Komponenten ersetzt werden, die das Ausgangssignal des Subtrahierers mit dem Phasenmodulationssignal falten bzw. verknüpfen .Z. B. kann diese Komponente durch digitale Elemen te ersetzt werden. Die Mischer- und Verstärkerelemente im oberen oder unteren Zweig der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, können in beliebiger Reihenfolge, d. h., die Verstärkerstufe kann als erstes und die Mischerstufe als zweites Element an geordnet sein. Ferner können die Verstärkerelemente des obe ren oder unteren Zweiges in den jeweiligen vorgeordneten Mi scher integriert sein.

Claims

1. Mischeranordnung zum Umsetzen eines mit einem Datensignal modulierten Hochfrequenzsignals direkt in die Basisbandebene, wobei die Mischeranordnung aufweist:
eine Eingangseinrichtung (10) zum Empfang des Hochfre quenzsignals,
eine ein Phasenmodulationssignal (PM) erzeugende Ein richtung (16)
einen Phasenmodulator (15), der ein Signal eines loka len Oszillators (17) und das Phasenmodulationssignal empfängt und daraus ein erstes und ein zweites Um schaltsignal (13, 14) mit einer Phasendifferenz von 90° erzeugt,
einen ersten Mischer (M1), der das Hochfrequenzsignal (11) und das erste Umschaltsignal (13) in ein erstes Basissignal umsetzt,
einen zweiten Mischer (M2), der das Hochfrequenzsignal und das zweite Umschaltsignal (14) in ein zweites Ba sisbandsignal umsetzt, und
einen Subtrahierer (A1), dem das erste und zweite Ba sisbandsignal zugeführt wird und der daraus ein drittes Basisbandsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
dass das dritte Basisbandsignal und das Modulations signal (PM) einem dritten Mischer (M3) zugeführt sind, der daraus das Datensignal erzeugt.

2. Mischeranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein nach dem dritten Mischer (M3) angeordnetes Tiefpass filter (18) zum Entfernen unerwünschter Signale.

3. Mischeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Datensignal digitale Informa tionen enthält.

4. Mischeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Datensignal analoge Informatio nen enthält.

5. Mischeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der lokale Oszillator (17) ein Signal erzeugt, das die gleiche Frequenz wie der Träger besitzt.

6. Mischeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulationssignal periodisch ist.

7. Mischeranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Modulationssignal aperiodisch ist.

8. Mischeranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Modulationssignal eine zufälli ge Periode aufweist.

9. Mischeranordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass das Modulationssignal eine pseudo zufälliges Periode aufweist.

10. Mischeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Verstärker (G1, G2) zwischen einem jeden der ersten und zweiten Mischer (M1, M2) und dem Subtrahierer (A1).

11. Verfahren zum direkten Umsetzen eines mit einem Datensig nal modulierten Hochfrequenzsignals in das Basis band mit den Schritten:

a) erzeugen eines Signals eines lokalen Oszillators (LO-Signal)
b) erzeugen eines ersten und zweiten Umschaltsignales, die eine Phasendifferenz von 90° besitzen, aus dem Signal des lokalen Oszillators und dem Phasenmodula tionssignal
c) umsetzen eines Hochfrequenzsignales und des ersten Umschaltsignales in ein erstes Basisbandsignal und umsetzen des Hochfrequenzsignales und des zweiten Umschaltsignales in ein zweites Basisbandsignal
d) subtrahieren des ersten und zweiten Basisbandes, um ein drittes Basisbandsignal zu erzeugen,
e) erzeugen eines Datensignals aus dem dritten Basis bandsignal und dem Phasenmodulationssignal.