-
Hintergrund
der Erfindung
-
Gebiet der
Erfindung
-
Die Erfindung betrifft allgemein
ein Kommunikationssystem. Spezieller betrifft die Erfindung eine Kommunikationseinrichtung
und ein Verfahren zum Empfang von HF(RF)-Signalen im Rahmen eines Kommunikationssystems.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Ein Beispiel eines Kommunikationssystems ist
ein drahtloses Kommunikationssystem, das ein zellulares Mobilfunk-Kommunikationssystem
sein kann. Das zellulare Mobilfunk-Kommunikationssystem wird in einem geographischen
Bereich realisiert und ist logisch in einzelne Zellen mit individueller
Versorgung unterteilt. Eine feste Sende-/Empfangs-Station, wie etwa
eine Basisstation, definiert mindestens eine Zelle und ist mit einer
Basisstationssteuerung verbunden. Mobilfunkgeräte, wie etwa handgehaltene
oder zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehene Telefone für zellulare
Netze, bewegen sich frei innerhalb des von einer Zelle abgedeckten
geographischen Bereiches.
-
Die Basisstation bearbeitet den gesamten Telefonverkehr
zu und von denjenigen Mobilfunkgeräten, die sich momentan in der
Zelle befinden. Zusätzlich
tauschen die Mobilfunkgeräte
und die Basisstationen Hochfrequenz(HF), bzw. Radiofrequenz(RF)-
bzw. Funksignale gemäß einem
für ein gegebenes
Kommunikationssystem definierten Kommunikationsprotokoll aus. Z.
B. sind in einem herkömmlichen
Code-Division-Mutiple-Access-System (CDMA-System)
ein Verkehrskanal, ein Steuerkanal und ein Rufkanal für Kommunikationsverbindungen zwischen
den Basisstationen und den Mobilfunkgeräten definiert. Der Steuerkanal überträgt keine
Information, stellt aber dem Mobilfunkgerät z. B. eine Zeit-, Phasen-,
und Signalstärke-Referenz
zur Verfügung.
Das Mobilfunkgerät
wertet kontinuierlich die Stärken
der Steuerkanäle
der in Anspruch genom menen und benachbarter Basisstationen aus,
um geeignete Basisstationen für
den Fall zu bestimmen, dass das Mobilfunkgerät sich von einer Zelle zur nächsten bewegt.
-
In einigen Mobilfunkgeräten weist
ein Empfänger
zwei Frequenzwandlerstufen auf. Eine erste Wandlerstufe wandelt
eine empfangene Radio- bzw. Funkfrequenz (RF-Signal) abwärts in eine Zwischenfrequenz-Signal
(„Intermediate
Frequency Signal", IF-Signal), dessen Zwischenfrequenz
(IF) geringer ist als die Funkfrequenz. Ein Verstärker verstärkt das IF-Signal,
und eine zweite Wandlerstufe wandelt das verstärkte IF-Signal abwärts in das Basisband.
-
Auf der anderen Seite wandeln herkömmliche
Direktwandlungs-Modulempfänger
(„Direct
Conversion", DC)
das RF-Signal direkt abwärts
in das Basisband. Das DC-Modul gibt eine Inphase(I)-Signalkomponente
und eine Quadratur(Q)-Signalkomponente aus, die wiederum durch einen
Basisbandprozessor verarbeitet werden. Der Abwärtswandlung nachfolgend, verstärken Verstärker die
Signalkomponenten I und Q in separaten I- und Q-Kanälen. Die Verstärker sollten
die Signalkomponenten I und Q mit Verstärkungen bzw. Verstärkungsfaktoren
verstärken,
die Idealerweise für
beide Signalkomponenten I und Q gleich sind. Bedauerlicherweise
können
Verstärkungs-Ungleichgewichte
zwischen den I- und Q-Kanälen
die Signaldemodulation im Basisbandprozessor verschlechtern.
-
Die WO-A-95/30275 offenbart einen
Empfänger,
der eine automatische Verstärkungssteuerung
aufweist, die sowohl den I- als auch den Q-Kanal beinhaltet und
eine DC-Versatzkompensation
sowohl im I- als auch im Q-Kanal aufweist.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft
ein Verfahren, um die Direktwandlung eines Radio- bzw. Funkfrequenzsignals zu verbessern.
Das Verfahren beinhaltet das Umwandeln eines Radio- bzw. Funkfrequenz(RF)-Signals
in ein I-Signal und ein Q-Signal. Das Verfahren beinhaltet weiterhin
das Variieren der Verstärkung
des I-Signals, basierend auf dem Vergleich des verstärkten I-Signals,
einer Referenzspannung und eines Signalstärkesignals. Das Verfahren beinhaltet
außerdem
das Variieren der Verstärkung des Q-Signals,
basierend auf dem Vergleich des verstärkten Q-Signals, der Referenzspannung
und des empfangenen Signalstärke-Kennzeichnungssignals.
-
Ein Aspekt der Erfindung betrifft
einen Direktwandlungsempfänger
für ein
Kommunikationssystem. Der Empfänger
beinhaltet eine Frequenzwandlerschaltung und eine Steuerschaltung,
die mit der Frequenzwandlerschaltung verbunden ist. Die Frequenzwandlerschaltung
wandelt ein Funkfrequenz(RF)-Signal in eine erste Signalkomponente und
eine zweite Signalkomponente um, die in einem Basisband liegen,
bzw. ein Basisband belegen. Die Steuerschaltung weist erste Anschlüsse auf,
die mit der Frequenzwandlerschaltung zum Empfangen der ersten und
zweiten Signalkomponente verbunden sind, und zweite Anschlüsse, die
mit einer Prozessorschaltung zur Ausgabe verstärkter erster und zweiter Signalkomponenten
verbindbar sind. Zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen bestehen
separate Kanäle
für die
erste und zweite Signalkomponente. Jeder Kanal weist einen Verstärker und
eine Rückkopplungsschleife
zur Steuerung des Verstärkers
in Abhängigkeit
von einem Referenzsignal und einem Steuersignal auf, das vom RF-Signal
abgeleitet ist.
-
Ein Aspekt der Erfindung beinhaltet
eine drahtlose Kommunikationseinrichtung, die eine Frequenzwandlerschaltung
und eine Steuerschaltung aufweist. Eine Antenne empfängt ein
Radio- bzw. Funksignal bei einer ersten Frequenz und wandelt es in
ein elektrisches Radio- bzw. Funkfrequenz(RF)-Signal. Die Frequenzwandlerschaltung
ist der Antenne zugeordnet und ausgebildet, um das RF-Signal in eine
erste Signalkomponente und eine zweite Signalkomponente umzuwandeln.
Die erste und die zweite Signalkomponente liegen in einem Basisband
bzw. belegen dieses. Die Steuerschaltung weist erste Anschlüsse auf,
die mit der Frequenzwandlerschaltung verbunden sind, um die erste
und zweite Signalkomponente zu empfangen, und weist zweite Anschlüsse auf,
die mit einer Prozessorschaltung verbunden sind, um verstärkte erste
und zweite Signalkomponenten auszugeben, und weist separate Kanäle für die erste
und zweite Signalkomponente auf, die zwischen den ersten und zweiten
Anschlüssen
bestehen. Jeder Kanal weist einen Verstärker und eine Rückkopplungsschleife
auf, die ausgebildet ist, um den Verstärker gemäß einer Funktion eines Referenzsignals
und eines aus dem RF-Signal abgeleiteten Steuersignals zu steuern.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung
betrifft ein Gerät,
das eine Frequenzwandlerschaltung und eine Steuerschaltung aufweist.
Die Frequenzwandlerschaltung ist ausgebildet, um ein erstes Signal
bei einer ersten Frequenz in eine erste Signalkomponente und eine
zweite Signalkomponente zu wandeln. Die erste und zweite Signalkomponente
weisen eine zweite Frequenz auf, die niedriger ist als die erste Frequenz.
Die Steuerschaltung weist erste Anschlüsse auf, die mit der Frequenzwandlerschaltung
verbunden sind, um die erste und zweite Signalkomponente zu empfangen,
und zweite Anschlüsse,
die mit einer Prozessorschaltung verbindbar sind, um verstärkte erste
und zweite Signalkomponenten auszugeben. Die Steuerschaltung weist
weiterhin separate Kanäle
für die
erste und zweite Signalkomponente auf, die zwischen den ersten und
zweiten Anschlüssen
bestehen. Jeder Kanal weist einen Verstärker und eine Rückkopplungsschleife
auf, die ausgebildet ist, um den Verstärker als Funktion eines Referenzsignals
und eines Steuersignals zu steuern.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung
beinhaltet ein Verfahren zum Steuern von Signalpegeln von ersten
und zweiten Signalkomponenten, die in separaten Kanälen verarbeitet
werden. Für
jeden Kanal wird eine der ersten und zweiten Signalkomponente verstärkt und
ein Detektorsignal erzeugt, welches einen Signalpegel von einem
der verstärkten
ersten und zweiten Signalkomponente kennzeichnet. Weiterhin wird
ein Fehlersignal erzeugt, das eine Differenz zwischen einer der
verstärkten
ersten und zweiten Signalkomponente und einem Referenzsignal kennzeichnet.
Das Fehlersignal und ein Steuersignal werden summiert, um ein Verstärkungssteuersignal
zu erzeugen und um die Verstärkung
einer von der ersten und zweiten Signalkomponente einzustellen.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Steuern von Signalpegeln erster und zweiter
Signalkomponenten. Die erste und zweite Signalkomponente werden
in separaten Kanälen
verarbeitet. In jedem Kanal wird eine der ersten und zweiten Signalkomponente
verstärkt.
Die Verstärkung wird
gemäß einer
Funktion eines Fehlersignals, welches eine Differenz zwischen der
verstärkten
Signalkomponente und einem Referenzsignal kennzeichnet, und einer
Summe des Fehlersignals und eines Steuersignals gesteuert.
-
Zum Zwecke der Zusammenfassung der
Erfindung sind hier bestimmte Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale
der Erfindung beschrieben worden. Es ist natürlich klar, dass nicht notwendigerweise
alle diese Vorteile in einer beliebigen Ausführungsform der Erfindung vorliegen
müssen.
Am breitesten gefasst ist die Erfindung in der Form wie gemäß den Ansprüchen 1 oder
13 beansprucht.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Diese und weitere Aspekte, Vorteile
und neuartigen Merkmale der Erfindung werden durch die folgende
detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
noch besser ersichtlich. Es zeigt:
-
1 eine
Darstellung eines Mobilfunkgerätes;
-
2 eine
Darstellung eines Empfangsweges eines Mobilfunkgerätes;
-
3 ein
Blockdiagramm eines Empfängers;
-
4 eine
Darstellung eines Frequenzwandlermoduls;
-
5 eine
Darstellung eines Verstärkungssteuermoduls.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
eines drahtlosen Telefons 3 als ein Beispiel für eine Kommunikationseinrichtung,
die in einem Kommunikationssystem betrieben werden kann. Das Telefon 3 ist ausgebildet,
um mit einer Basisstation (nicht gezeigt) Verbindung aufzunehmen,
die innerhalb des Kommunikationssystems angeordnet ist. In einer
Ausführungsform,
die hiernach beschrieben wird, ist das Telefon 3 ein Mobilfunkgerät, das in
einem zellularen Mobilfunk-Kommunikationssystem betreibbar ist.
-
Ein beispielhaftes zellulares Mobilfunk-Kommunikationssystem
ist ein Code-Division-Multiple-Acess(CDMA)-System.
Eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf
das Telefon 3 beschrieben, dass ausgebildet ist, um in
einem CDMA-System betrieben zu werden. Die Erfindung ist aber nicht
hierauf beschränkt.
Es wird zu bedenken gegeben, dass die vorliegende Erfindung in gleicher
Weise in den Basisstationen des CDMA-Systems anwendbar ist.
-
Das Telefon 3 beinhaltet
eine Antenne 2, ein Display und ein Tastenfeld. Ein Abschnitt
des Gehäuses
des Telefons 3 ist ausgeschnitten, um eine Hauptplatine 5 des
Telefons 3 mit einer integrierten Schaltung 1 zu
zeigen, die einen RF-Empfänger
aufweist, oder einen Abschnitt hiervon, wie weiter unten beschrieben.
Die integrierte Schaltung 1 wird hiernach allgemein als
ein Empfänger
für Radiofrequenzsignale
bzw. Funkfrequenzsignale bezeichnet. Obwohl in der 1 nicht gezeigt, ist es für Fachleute offensichtlich,
dass das Telefon 3 eine zentrale Prozessoreinheit (Central
Processor Unit, CPU) und eine Mehrzahl weiterer Komponenten und
Funktionsmodule herkömmlicher
Telefone aufweist.
-
2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Empfangsweges und eines Sendeweges
des Telefons 3. Beide Wege sind der Antenne 2 zugeordnet,
um Radio- bzw. Funkfrequenz(RF)-Signale zu senden und zu empfangen.
In der beschriebenen Ausführungsform
beinhaltet der Sendeweg einen herkömmlichen Sender 1a für RF-Signale.
Der Empfangsweg weist den RF-Empfänger 1 (hiernach als Empfänger 1 bezeichnet),
ein Signalverarbeitungsmodul 7 und ein Lautsprecher 9 auf.
Der Empfänger 1 ist
zwischen die Antenne 2 und das Signalverarbeitungsmodul 7 geschaltet,
welches mit dem Lautsprecher 9 verbunden ist.
-
Der Empfänger 1 beinhaltet
mehrere Verstärkergruppen,
die durch frequenzändernde
Schaltungen (z. B. Mischer, Modulatoren oder Demodulatoren) voneinander
getrennt sind, um Informationen zu gewinnen, die von einer schwachen
Signalspannung übertragen
werden, die an einem Anschluss der Antenne 2 anliegt. Die
Antenne 2 empfängt
ein Radiosignal S1 beispielsweise bei einer Trägerfrequenz f1 von einer in
Anspruch genommenen Basisstation und wandelt das Radiosignal S1
in ein entsprechendes elektrisches Signal um. Das elektrische Signal weist
die Trägerfrequenz
f1 auf, die im Radiofrequenzbereich liegt (z. B. 800 MHz, 900 MHz,
1800 MHz oder 1900 MHz) und wird als RF-Signal bezeichnet.
-
Wie unten im Detail beschrieben,
ist in einer Ausführungsform
der Empfänger 1 ein
Direktwandlungs(DC)-Empfänger,
der das RF-Signal von einem anfänglichen
Hochfrequenz(RF)-Bereich direkt abwärts in einen niedrigeren Frequenzbereich
wandelt, das Basisband. Das Basisband liegt beispielsweise zwischen
etwa 0 Hz und etwa 630 kHz. Daher gibt der Empfänger 1 das Radiosignal
S1 als ein Basisbandsignal aus, das dem Signalverarbeitungsmodul 7 zur
weiteren Verarbeitung zugeführt
wird. Dem Fachmann ist offensichtlich, dass das grundlegende Konzept
der Erfindung in gleicher Weise in einem Empfänger angewendet werden kann,
in dem der Abwärtswandlungsprozess
zwei Stufen beinhaltet. Eine erste Stufe wandelt das zusammengesetzte
RF-Signal aus dem RF-Bereich in den Zwischenfrequenz(IF)-Bereich
und eine zweite Stufe wandelt das RF-Signal aus dem Zwischenfrequenzbereich
abwärts
in das Basisband.
-
3 zeigt
ein Blockdiagram des Empfängers 1.
Der zwischen die Antenne 2 und das Signalverarbeitungsmodul 7 geschaltete
Empfänger 1 beinhaltet
ein Frequenzwandlermodul 12 (bezeichnet mit „RF/Basisband"), ein Verstärkungssteuermodul 10 (bezeichnet
mit „AGC" für „Antenna
Gain Control") und
einen Basisbandprozessor 38. Ein Eingang 13 des
Frequenzwandlermoduls 12 ist mit der Antenne 2 verbunden.
Ein Ausgang 15 des Frequenzwandlermoduls 12 ist
mit einem Eingang 19 des Verstärkungssteuermoduls 10 verbunden.
Das Verstärkungssteuermodul 10 hat
einen Ausgang 21, der mit einem Eingang 22 des
Basisbandprozessors 38 verbunden ist, von dem ein Ausgang 24 mit
dem Signalverarbeitungsmodul 7 verbunden ist.
-
In einer Ausführungsform wandelt das Frequenzwandlermodul 12 das
RF-Signal abwärts
in das Basisband, wobei das Frequenzwandlermodul 12 das
RF-Signal in zwei Signalkomponenten aufspaltet, Inphase I und Quadriphase
Q. Das Frequenzwandlermodul 12 gibt die Signalkomponenten
I und Q am Ausgang 21 aus, der mit dem Verstärkungssteuermodul 10 verbunden
ist. Das Verstärkungssteuermodul 10 steuert
und verstärkt
die Signalkomponenten I und Q. Die Signalkomponenten I und Q werden
dem Basisbandprozessor 38 zugeführt, der die Verarbeitung durchführt, die
notwendig ist, um das empfangene CDMA-Signal in ein unkodiertes
(„Ent-spreiztes") Signal zurück zu wandeln, und
gewinnt die Sprach-/Datensignale.
-
Wie dem Fachmann bekannt ist, stellt
CDMA eine Spread-Spectrum- bzw. Signalspreizungs-Technik für den Mehrfach-Zugang
dar. Die CDMA-Technik wird gelegentlich mit Bezug auf eine Situation
erläutert,
wie sie bei einer Cocktailparty vorliegt. Wie in einem zellularen
CDMA-System sprechen alle Gäste im
gleichen Raum gleichzeitig, aber jede einzelne Konversation findet
in einer unterschiedlichen Sprache statt. Wenn ein Gast diese Sprachen
nicht versteht, klingen diese aus der Perspektive des Gastes alle
wie „Rauschen". Wenn der Gast allerdings
denn „Code" kennen würde, d.
h. die geeig nete Sprache, könnte
der Gast die unbekannten Sprachen (das Rauschen) „herausfiltern" und nur der Konversation zuhören, die
in der Sprache stattfindet, die der Gast versteht.
-
Neben dem Sprachen(Code)-Problem
steht der Gast u. U. vor einem weiteren Problem. Auch bei Kenntnis
der Sprache kann der Gast u. U. die vollständige Konversation nicht hören, weil
entweder der Sprecher nicht laut genug spricht oder die anderen Sprecher
zu laut sprechen. Der Gast kann dem Sprecher signalisieren, lauter
zu sprechen, aber er kann ebenso den anderen Gästen signalisieren, leiser
zu sprechen. Das CDMA-System
wendet eine entsprechende „Signal(pegel)steuerungs"-Verarbeitung und -Filterfunktion
an.
-
In einem CDMA-System werden mehrere
telefonische Konversationen über
ein breites Segment eines (Broadcast-) Frequenzspektrums bei einem Sender
aufgespreizt und am Empfänger „ent-spreizt".
Jedem Benutzer (Telefongespräch) wird
ein eindeutiger Code zum Modulieren gesendeter Daten zugeteilt.
Der Code ist eindeutig und unterscheidet ein bestimmtes Gespräch von der
Vielzahl anderer Gespräche,
die gleichzeitig über
das gleiche Übertragungsspektrum übertragen
werden. Der Code ist eine lange Folge von Einsen und Nullen, ähnlich der
Ausgabe eines Zufallszahlengenerators eines Computers. Der Computer
erzeugt den Code unter Verwendung eines bestimmten Algorithmus, und
die Zahlen scheinen zufällig
zu sein. Weil die Codes nahezu zufällig sind, ist die Korrelation
zwischen den verschiedenen Codes nur sehr gering. Zusätzlich ist
die Korrelation zwischen einem bestimmten Code und einer beliebigen
zeitlichen Verschiebung desselben Codes sehr gering.
-
So können die unterschiedlichen
Codes zur selben Zeit und über
die gleichen Frequenzen übertragen
werden. Die Signale können
am Empfänger dekodiert
werden, indem das empfangene Signal, also die Summe aller übertragenen
Signale, mit jedem Code korreliert wird. Da der Empfänger den
richtigen Code hat, kann er das empfangene Signal dekodieren, d.
h. der Empfänger
kann „seine" Konversation aus
all den anderen herausfinden. Bei CDMA können alle Benutzer in einem
Kanal mit einer Breite von 1,25 MHz sich das gleiche Frequenzspektrum teilen,
weil die Konversation eines jeden Benutzers durch Verwendung eindeutiger
digitaler CDMA-Codes unterscheidbar ist. Das gleiche 1,25 MHz-Frequenzspektrum
wird in jeder Zelle des Netzwerkes wiederverwendet.
-
Z. B. kommuniziert eine Basisstation
(nicht gezeigt) mit jedem Telefon alle 1,25 Millisekunden, um dessen
Signalpegel zu steuern. Alle 1,25 Millisekunden weist die Basisstation
das Telefon 3 an, in Abhängigkeit von dessen Abstand
von der Basisstation seine Signalstärke zu erhöhen oder abzusenken. Um den
Energieverbrauch des CDMA-Telefons 3 zu minimieren,
sendet das Telefon 3 nur mit dem minimalen Signalpegel,
der erforderlich ist, um eine Kommunikationsverbindung aufrecht
zu erhalten. Der Empfänger 1 überwacht
das empfangene Funksignal, das bei der Trägerfrequenz f1 empfangen wird. Das
erhaltene RF-Signal wird in das Basisband abwärts-gewandelt, wie oben beschrieben,
und die Signalstärke
des empfangenen Signals wird bestimmt. Die Signalstärke, d.
h. eine zusammengesetzte Signalstärke des Steuerkanals, des Verkehrskanals
und des Rufkanals, wird mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn
das Telefon 3 zu weit von der Basisstation entfernt ist
und der Sende-Signalpegel des Telefons nicht erhöht werden kann, oder wenn die
benachbarte Basisstation eine bessere Funkverbindung zulässt, wird
das Telefon 3 an eine der benachbarten Zellen/Basisstationen übergeben
bzw. weitergereicht.
-
In einer Ausführungsform ist der Empfänger 1 als
integrierte Schaltung ausgeführt
und ausgebildet, um bei einer Spannung zwischen 2,7 Volt und 5 Volt
zu arbeiten. Die Spannung kann durch eine wiederaufladbare Batterie
zur Verfügung
gestellt werden oder, wenn das Telefon 3 in einem Fahrzeug
angebracht ist, durch die Fahrzeugbatterie. Es ist jedenfalls für den Fachmann
offensichtlich, dass der Empfänger 1 ausgebildet
sein kann, um bei einer niedrigeren oder höheren Spannung zu arbeiten.
Weiterhin wird zu bedenken gegeben, dass nicht alle Komponenten
des Empfängers 1 notwendigerweise
in der integrierten Schaltung integriert sind. Das bedeutet, eine
spezielle Implementierung des Empfängers 1 kann diskrete
und isolierte Komponenten in Kombination mit integrierten Schaltungen
aufweisen.
-
4 ist
eine Darstellung des Frequenzwandlermoduls 12, dass in
der 3 gezeigt ist. Das
Frequenzwandlermodul 12 ist in einer einseitig geerdeten
Ausführungsform
gezeigt. In einer anderen Ausführungsform
kann das Frequenzwandlermodul 12, und daher der Empfänger 1,
in einer differenziellen Ausführungsform
realisiert sein. Für einige Anwendungen
wird eine differenzielle Ausführungsform
bevorzugt, da sie unter anderem eine verbesserte Gleichtakt-Unterdrückung erlaubt
und demzufolge das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert. Wenn der
Empfänger 1 in
der differenziellen Ausführungsform
realisiert ist, werden die Komponenten des Empfängers 1 zwischen zwei
differenzielle Leitungen geschaltet, die typischerweise als „positiv" und „negativ" oder mit „+" und „" bezeichnet werden. Im
Vergleich zu der einseitig geerdeten Ausführungsform liegen die Komponenten
in der differenziellen Ausführungsform
für jede
differenzielle Leitung doppelt vor. Die grundlegende Arbeitsweise
entspricht jedoch derjenigen der einseitig geerdeten Ausführungsform.
-
Im Folgenden wird die einseitig geerdete
Realisierung des Frequenzwandlermoduls 12 genauer dargestellt.
Das Frequenzwandlermodul 12 weist eine Kombination aus
einem Verstärker 14,
einem Filter 16 und einer Mischstufe 20 zur Signalverstärkung und
Frequenz-Abwärtswandlung
auf. Der Verstärker 14 ist
beispielsweise ein Verstärker
mit niedrigem Eigenrauschen („low-noise
amplifier", LNA), der
das RF-Signal von der Antenne 2 über den Eingang 13 empfängt, das
RF-Signal verstärkt,
beispielsweise mit einem Verstärkungsfaktor
von etwa 15 dB, und das verstärkte
RF-Singal der Mischstufe 20 zuführt. Der Filter 16 ist
zwischen den Verstärker 16 und
die Mischstufe 20 geschaltet.
-
In der gezeigten Ausführungsform
ist der Filter 16 ein Bandpassfilter, der die Bandbreite
des von dem Verstärker 14 empfangenen
RF-Signals begrenzt, um unerwünschte
Frequenzkomponenten auszufiltern und um Außenband-Rauschen im RF-Signal
zu reduzieren. In einer Ausführungsform
ist das Durchlassband des Filters 16 etwa 25 MHz breit,
um ein Empfangsband zwischen etwa 850 MHz und 900 MHz, genauer zwischen
869 MHz und 894 MHz, durchzulassen und Frequenzen außerhalb
dieses Empfangsbandes auszufiltern.
-
Die Mischstufe 20 beinhaltet
zwei separate Mischer 18a und 18b und einen Empfängeroszillator 32.
Der Mischer 18a ist mit dem Ausgang 15a des Frequenzwandlermoduls 12 verbunden.
Der Mischer 18b ist mit dem Ausgang 15b des Frequenzwandlermoduls 12 verbunden.
Die Mischer 18a und 18b sind mit dem Filter 16 über einen
Anschluss 27 verbunden. Der Empfängeroszillator 32 erzeugt
ein Oszillatorsignal LO („Local
Oscillator"), dass
beispielweise ein sinusförmiges
Signal mit einer konstanten Amp litude und Oszillatorfrequenz fLO ist. Das Oszillatorsignal LO wird
dem Mischer 18a zugeführt
und phasenverschoben um 90 Grad dem Mischer 18b zugeführt. D.
h., dass in einer Ausführungsform
die Mischer 18a und 18b Signale empfangen, die
eine Sinusfunktion und eine Kosinusfunktion aufweisen.
-
Die Oszillatorfrequenz fLO ist
so gewählt, dass
das RF-Signal mit der Trägerfrequenz
f1 in das Basisband innerhalb etwa 0–630 kHz abwärts gewandelt
wird. In dem Direktwandlungs-Empfänger 1 ist die Oszillatorfrequenz
fLO so gewählt, dass die Oszillatorfrequenz
fLO der Trägerfrequenz f1 etwa gleich ist.
-
Der Empfängeroszillator ist abstimmbar,
um auf eine Änderung
der Trägerfrequenz
des RF-Signals einstellbar zu sein. Eine derartige Änderung kann
auftreten, wenn das Telefon 3 in einem anderen Telefoniesystem
betrieben wird, welches beispielsweise mit einer Trägerfrequenz
von etwa 1800 MHz oder 1900 MHz arbeitet. Alternativ kann das Telefon 3 ein
Zweiband-Mobilfunkgerät
sein, das in unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten kann, beispielsweise
bei 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz oder 1900 MHz. Unabhängig von
der Trägerfrequenz
des RF-Signals, wird die Frequenz des Oszillatorsignals LO im Allgemeinen
so gewählt,
dass die Differenz f1–fLO ungefähr
0 ist.
-
Obwohl die 4 den Empfängeroszillator 32 als
Teil des Frequenzwandlermoduls 12 zeigt, wird zu bedenken
gegeben, dass der Empfängeroszillator 32 außerhalb
des Frequenzwandlermoduls 12 angeordnet sein kann und an
anderen Stellen innerhalb des Telefons 3 angeordnet sein
kann. Wenn das Frequenzwandlermodul 12 als integrierte
Schaltung realisiert ist, wird der Oszillator 32 typischerweise
nicht auf dem Chip angeordnet sein. In einer Ausführungsform
ist der Empfängeroszillator 32 ein
herkömmlicher
Frequenzgenerator, dessen Frequenz durch piezoelektrische Kristalle
bestimmt wird. Der Frequenzgenerator ist innerhalb eines vorbestimmten Bereiches
abstimmbar. Es ist zu bedenken, dass andere Typen von Empfängeroszillatoren,
wie etwa spannungsgesteuerte Oszillatoren („Voltage Controlled Oscillators", VCO) verwendet
werden können.
-
Jeder Mischer 18a und 18b kombiniert
das RF-Signal und die Oszillatorsignale LO, und die Signale vermischen
sich miteinander. Wie dem Fachmann bekannt ist, ergibt sich aus
dem Mischprozess ein Signal, dass eine Vielfalt verschiedener Frequenzen
beinhaltet.
-
Die Mischstufe 20, durch
die Mischer 18a und 18b realisiert, spaltet das
RF-Signal in die zwei Signalkomponenten I und Q auf, die den informationstragenden,
von einer Basisstation übermittelten I/Q-Komponenten
entsprechen. Wie gezeigt, gibt der Mischer 18a die Signalkomponente
I und der Mischer 18b die Signalkomponente Q aus. Die Signalkomponenten
I und Q werden dem Verstärkungssteuermodul 10 zugeführt.
-
5 ist
eine Darstellung des Verstärkungssteuermoduls 10.
Das Verstärkungssteuermodul 10 beinhaltet
einen I-Kanal zwischen dem Eingang 19a und einem Ausgang 21a sowie
einen Q-Kanal zwischen dem Eingang 19b und einem Ausgang 21b. Die
I- und Q-Kanäle haben
die gleiche Struktur und beinhalten entsprechende Elemente. Deshalb
wird hier im Folgenden nur die Struktur des I-Kanals beschrieben.
Die Bezugszeichen für
die entsprechenden Elemente des Q-Kanals werden in Klammern angegeben.
-
Der I-Kanal (Q-Kanal) beinhaltet
einen Filter 40 (42) und einen steuerbaren Verstärker 44 (46).
In der gezeigten Ausführungsform
ist der Filter 40 (42) ein Tiefpassfilter („Low Pass
Filter", LPF), der
mit dem Eingang 19a (19b) und einem Eingang des
Verstärkers 44 (46)
verbunden ist. Ein Ausgang des Verstärkers 44 (46)
ist mit dem Ausgang 21a (21b) und einem Eingang
des Detektors 56 (58) verbunden, der Teil einer
Rückkopplungsschleife
ist. In einer Ausführungsform
weist der Tiefpassfilter 40 (42) eine Abschneidefrequenz
bei etwa 630 kHz auf, so dass der Tiefpassfilter 40 (42)
Frequenzen herausfiltert, die höher
sind als die Abschneidefrequenz, um die Anforderungen des Systems
in Bezug auf Störungsschutz
zu erfüllen.
Es wird zu bedenken gegeben, dass in Abhängigkeit von einer jeweiligen
Signalbandbreite andere Werte für
die Abschneidefrequenz gewählt
werden können.
-
Die Rückkopplungsschleife beinhaltet
weiterhin einen Differenzverstärker 52 (54)
und einen Summierverstärker 48 (50).
Der Differenzverstärker 52 (54)
empfängt
ein Detektorsignal, das proportional ist zu einer Signaleinhüllenden
am Ausgang 21a (21b) des Detektors 56 (58)
und zu einem Referenzsignal (Referenzspannung), beispielsweise von
einer Referenz-Spannungsquelle (nicht gezeigt). Die Referenzspannungsquelle kann
temperaturkompensiert sein. Alternativ kann die Referenzspannung
aus der Signaleinhüllenden
von einem von den I- und Q-Kanälen
abgeleitet werden. Dies trägt
dazu bei, relative Verstärkungsdifferenzen
zwischen den I- und Q-Kanälen
zu reduzieren. Der Differenzverstärker 52 (54) ist
ein herkömmlicher
Operationsverstärker,
der durch eine Spannungsquelle mit Energie versorgt wird, die beispielsweise
5 Volt zur Verfügung
stellt und die einen invertierenden Eingang und einen nichtinvertierenden
Eingang aufweist. In einigen Anwendungen kann der Operationsverstärker beispielsweise
mit (externen) Widerständen,
Induktivitäten, und
Kondensatoren verbunden sein, um den Operationsverstärker zu
stabilisieren und vor Leistungsspitzen und unerwünschten Störungen bzw. Interferenzen zu
schützen.
-
Der Summierverstärker 48 (50)
empfängt
ein Fehlersignal ΔI
(ΔQ) vom
Differenzverstärker 52 (54) und
ein Signal RSSI. Ein Ausgang des Summierverstärkers 48 (50)
ist mit dem Verstärker 44 (46) verbunden,
um die Rückkopplungsschleife
zu schließen. Der
Summierverstärker 48 (50)
kann ebenfalls ein Operationsverstärker sein, der beispielsweise
durch eine 5 Volt-Quelle mit Energie versorgt wird und einen invertierenden
Eingang und einen nichtinvertierenden Eingang hat. Es wird zu bedenken
gegeben, dass das Verstärkungssteuerungsmodul 10 in
Form einer integrierten Schaltung realisiert sein kann oder in Form
einer Schaltung, die eine Kombination diskreter Komponenten beinhaltet,
wie etwa Operationsverstärker,
Widerstände
und Kondensatoren.
-
Das Signal RSSI wird von dem Basisbandprozessor 38 erzeugt
und entspricht der Signalstärke (Amplitude)
des empfangenen Funksignals S1. In einem CDMA-System bedeutet RSSI „Received
Signal Strength Indicator".
Das Signal RSSI ist proportional zur Summe der Quadrate der Signalkomponenten
I und Q, d. h. RSSI – I2 + Q2, so dass das
Signal RSSI eine Funktion der zwei Signalkomponenten I und Q ist.
-
Im Idealfall haben die Signalkomponenten
I und Q die gleichen Signalpegel. In der Realität können die Verstärker 44 und 46 jedoch
geringfügig
unterschiedliche Verstärkungsfaktoren
aufweisen. So können
die Signalkomponenten I und Q nach der Verstärkung unterschiedliche Signalpegel
haben, was ein Ungleichgewicht zwischen den Signalkomponenten I
und Q bewirkt, wenn sie nicht durch die Verstärker 44 und 46 und
die Rückkopplungsschleifen
geregelt bzw. eingestellt werden. Die nachfolgende Basisband-Verarbeitung
würde die
ungleichgewichtigen Signalkomponenten I und Q empfangen, was zur
Signalverschlechterung und einer fehlerhaften Abschätzung einer
ungeregelten Signalstärke führen würde.
-
Der hier beschriebene Empfänger 1,
der die Rückkopplungsschleifen
einschließt,
gewährleistet besser
abgeglichene Signalkomponenten I und Q und reduziert so eine Signalverschlechterung.
Wie in der 5 veranschaulicht,
beinhaltet der I- und der Q-Kanal jeweils einen unabhängigen Verstärker 44 bzw. 46,
die zur Erzielung eines hohen Verstärkungsfaktors ausgebildet sind.
Jeder der Verstärker 44 und 46 ist
Teil einer separaten Rückkopplungsschleife, die
das gleiche Referenzsignal und das gleiche Signal RSSI zur Steuerung
der Verstärker 44 und 46 verwendet.
Der Verstärker 44 (46)
empfängt
ein Steuersignal AGC vom Summierverstärker 48 (50)
und ist mit einem Verstärkungsfaktor
zwischen +45 dB und – 45
dB betreibbar, d. h. über
einen dynamischen Bereich von 90 dB, um die Signalkomponente I (Q)
auf einen vorbestimmten Pegel über
den dynamischen Bereich des Empfängers 1 zu
verstärken.
Diese Struktur stellt sicher, dass, wie unten im Detail beschrieben
wird, die Signalpegel der Signalkomponenten I und Q unabhängig verfolgt
und gesteuert werden. Da die Verstärkung eines jeden der Verstärker 44 und 46 unabhängig voneinander
gesteuert wird, können
die Verstärkungen
der Verstärker 44 und 46 genau
aufeinander abgestimmt werden, was jede Verschlechterung der Signaldemodulation
des Prozessors 38 reduziert.
-
Der Detektor 56 (58)
ist ausgebildet, um die Hüllkurve
(Signalpegel) der Signalkomponenten I (Q) zu erfassen. Ein derartiger
Hüllkurven-Detektor
kann eine Diode und ein Netzwerk aus einem Widerstand und einem
Kondensator (RC-Netzwerk bzw. RC-Glied) beinhalten. In einer Ausführungsform
ist das Detektorsignal eine Spannung mit einem Wert, der proportional
zum Signalpegel der Signalkomponente I (Q) ist. Dem Fachmann ist
offensichtlich, dass ein komplizierterer Hüllkurven-Detektor verwendet werden
kann und das anstelle einer Spannung ein Strom als Detektorsignal
verwendet werden kann.
-
Der Differenzverstärker 52 (54)
vergleicht das Detektorsignal mit dem Referenzsignal und erzeugt
das Fehlersignal ΔI
(ΔQ), dass
die Differenz zwischen dem Detektorsignal und dem Referenzsignal
kennzeichnet. Die Differenz entspricht einem Gleichstrom(„direct
current", DC)-Versatz
der Signalkomponente I (Q) in Bezug auf das Referenzsignal. Wenn
z. B. die Differenz Null ist, ist das Fehlersignal ΔI (ΔQ) Null.
Wenn die Differenz positiv ist (d. h. Detektorsignal > Referenzsignal), ist
das Fehlersignal ΔI (ΔQ) positiv.
Im allgemeinen kennzeichnet das Fehlersignal ΔI (ΔQ), wie stark der (momentane)
Signalpegel der Signalkomponente I (Q) vom gewünschten (nominellen) Wert des
Signalpegels abweicht, der vom Referenzsignal repräsentiert
wird.
-
Der Summierverstärker 48 (50)
verwendet das Fehlersignal ΔI
(ΔQ) und
das Signal RSSI, um die Verstärkung
des Verstärkers 44 (46)
einzustellen, um den Signalpegel der Signalkomponente I (Q) entweder
zu erhöhen
oder zu verringern. Der Summierverstärker 48 (50)
erzeugt so ein Steuersignal AGC, dass nicht nur eine Funktion des
Fehlersignals ΔI (ΔQ) ist, sondern
auch eine Funktion des Signals RSSI. Das Steuersignal AGC weist
von daher das Signal RSSI als einen nominellen Wert auf, zu dem
bzw. von dem das Fehlersignal ΔI
(ΔQ) addiert
bzw. subtrahiert wird, um den Verstärker 44 (46)
so zu steuern, dass die Signalkomponente I mit der Signalkomponente
Q abgeglichen bzw. ausbalanciert ist.
-
Das Verstärkungssteuermodul 10 erlaubt
es, die I- und Q-Kanäle
so zu kalibrieren, dass jedes Amplituden-Ungleichgewicht zwischen
den Signalkomponenten I und Q reduziert wird. So empfängt der
Basisbandprozessor 38 Signalkomponenten I und Q, die gleiche
Amplituden haben, und gibt ein verbessertes Signal aus, dass dem
Signalverarbeitungsmodul 7 zugeführt wird.
-
Während
in der obigen detaillierten Beschreibung verschiedene neuartige
Merkmale der Erfindung – angewendet
auf verschiedene Ausführungsformen – gezeigt,
beschrieben und bezeichnet worden sind, ist es einsichtig, dass
der Fachmann verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen
in der Form und in Details der beschriebenen Ausführungsformen
durchführen
kann, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Demgemäss ist der
Bereich der Erfindung nicht anhand der vorangegangenen Diskussion
einzugrenzen, sondern durch die beigefügten Ansprüche zu definieren.