DE60009095T2

DE60009095T2 - Mehrzweigiger Kommunikationsempfänger

Info

Publication number: DE60009095T2
Application number: DE60009095T
Authority: DE
Inventors: Nadim Khlat; Patrick Clement
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2000-12-07
Filing date: 2000-12-07
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2020-12-08
Also published as: EP1213844B1; US20040038652A1; ATE262238T1; AU2002210571A1; KR20030067699A; JP4072056B2; WO2002047282A2; DE60009095D1; EP1213844A1; WO2002047282A3; US7672689B2; JP2004515961A; CN1479978A; KR100829766B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Kommunikationsempfänger und insbesondere draht- beziehungsweise schnurlose Kommunikationsempfänger, wie zum Beispiel Mobiltelefone.
Hintergrund der Erfindung
Auf dem Gebiet dieser Erfindung ist es bekannt, dass schnurlose Kommunikationsempfänger wünschenswerterweise zu einem Multimode-Betrieb in der Lage sein sollten (d. h. in einem aus einer Vielzahl verschiedener Modi arbeiten können, einschließlich Schmalband- und Breitbandmodi – zum Beispiel im zellularen 2G/2.5G/3G-Modus (wobei "2G", "3G" und "2.5G" jeweils zellulare Systeme der zweiten Generation, der dritten Generation und einer Zwischenform bezeichnen) und im GPS-Modus (GPS = Global Positioning by Satellite).
Um einen schnurlosen Multimode-Kommunikationsempfänger herzustellen, ist es in der Regel möglich, getrennte Empfängerabschnitte in einer Schaltung zu kombinieren, wobei jeder Empfängerabschnitt auf eine begrenzte Anzahl von Modi zugeschnitten ist. Zum Beispiel könnte ein GSM-Empfängerabschnitt mit einem Breitband-CDMA- („Wide Band-Code Division Multiple Access") Empfängerabschnitt kombiniert werden, um einen 3G/2G-Empfänger zu erhalten. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass ein gleichzeitiger Multimode-Betrieb möglich wäre, hat aber den Nachteil, dass er bei einer begrenzten Flexibilität (die Auflösung der bei einem Breitband-CDMA-Empfänger normalerweise verwendeten, Pipelinestruktur-A/D-Wandler (Analog/Digital-Wandler) lässt sich schwer über 10 Bits ausdehnen) nicht wirtschaftlich wäre und eine sehr hohe Zahl von Teilen hätte, weil die Architektur der einzelnen Empfängerabschnitte unterschiedlich wäre (einen Superheterodynempfänger für einen Abschnitt und einen Direktumwandlungsempfänger (DCR) für einen anderen Abschnitt).
Die Internationale Patentanmeldung Nr. WO-A1-0052840 (Conexant Systems Inc.) beschreibt einen Mehrband-Transceiver, der ein empfangenes Signal direkt in eine Basisbandfrequenz umwandelt. Das US-Patent US-A-5,999,990 (Motorola Inc.) beschreibt eine rekonfigurierbare Kommunikationsvorrichtung, die dynamisch verändert werden kann, um unterschiedliche Aufgaben zu bearbeiten. Es kann auf eine Bibliothek von Betriebsmitteln zugegriffen werden, um gewünschte Anweisungen für eine bestimmte Aufgabe abzurufen.
Wenngleich es möglich wäre, einen einzelnen Empfänger herzustellen, in dem jeder Schaltungsblock programmierbar ist, und ein solcher Ansatz den Vorteil der Flexibilität ohne Redundanz hätte, hätte ein solcher Ansatz aber auch den Nachteil, dass er nicht in der Lage wäre, eine Vielzahl von Modi gleichzeitig zu unterstützen (was erforderlich sein kann, um nahtlos zwischen zwei verschiedenen Modi zu wechseln).
Es besteht daher ein Bedarf an einem Mehrwege-Kommunikationsempfänger beziehungsweise einem Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen, bei dem der(die) obengenannte(n) Nachteil(e) behoben werden kann(können).
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Schaltungsanordnung zur Verwendung in einem Kommunikationsempfänger gemäß Anspruch 8 bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Breitbandkommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild des Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen;
2 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen, der dazu ausgelegt ist, Signale im WBCDMA-UMTS-Modus oder im CDMA2000-DS-Modus und im GSM- oder EDGE-Modus gleichzeitig zu empfangen und zu verarbeiten;
3 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen, der dazu ausgelegt ist, Signale im WBCDMA-2000-MC-Modus zu empfangen und zu verarbeiten;
4 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen, der dazu ausgelegt ist, an unterschiedlichen Antennen empfangene EDGE-Signale gleichzeitig zu empfangen und zu verarbeiten, um Diversity zu erzielen;
5 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen, der dazu ausgelegt ist, Signale im Mittelband-/Schmalbandmodus und im Bluetooth-Modus gleichzeitig zu empfangen und zu verarbeiten;
6 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen, der dazu ausgelegt ist, Signale im Breitbandmodus und im Mittelbandmodus gleichzeitig zu empfangen und zu verarbeiten;
7 ein schematisches Blockschaltbild des in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfängers mit einer Vielzahl von Wegen, der dazu ausgelegt ist, Signale im CDMA-Modus und im Mittelband-/Schmalbandmodus gleichzeitig zu empfangen und zu verarbeiten; und
8 ein schematisches Blockschaltbild eines RAKE-Empfängers, der bei dem in 1 dargestellten Breitbandkommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen vorteilhaft verwendet werden kann.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Zunächst, mit Bezug auf 1, hat ein rekonfigurierbarer Breitbandkommunikationsempfänger 100 mit einer Vielzahl von Wegen einen ersten Operationsverstärker 102 zum Empfangen eines HF-Signals von einem ersten HF-Kanalfilter (nicht dargestellt). Der Ausgang des Verstärkers 102 ist mit Mischern 104 und 106 verbunden, deren andere Eingänge so geschaltet sind, dass sie entgegengesetzte Signale von einem ersten lokalen HF-Oszillator 108 über einen Phasenteiler 110 empfangen. Die Ausgänge der Mischer 104 und 106 (die selbstverständlich jeweils gleichphasige und quadraturphasige Informationen von dem empfangenen HF-Signal tragen) sind jeweils mit Breitband/Mittelband-Verstärker- bzw. -Filteranordnungen 112 und 114 (die nachfolgend näher erläutert werden) verbunden. Es versteht sich also, dass die Elemente 102–114 einen HF-Weg 116 darstellen.
Ein zweiter Operationsverstärker 122 empfängt ein HF-Signal von einem zweiten HF-Kanalfilter (nicht dargestellt). Der Ausgang des Verstärkers 122 ist mit den Mischern 124 und 126 verbunden, deren andere Eingänge so geschaltet sind, dass sie entgegengesetzte Signale von einem zweiten lokalen HF-Oszillator 128 über einen Phasenteiler 130 empfangen. Die Ausgänge der Mischer 124 und 126 (die selbstverständlich jeweils gleichphasige und quadraturphasige Informationen aus dem empfangenen HF-Signal tragen) sind jeweils mit einer Mittelband/Schmalband-Verstärker- bzw. -Filteranordnung 132 und 134 (die nachfolgend näher erläutert wird) verbunden. Es versteht sich also, dass die Elemente 122–134 einen HF-Weg 136 darstellen.
Die Ausgänge der Verstärker-/Filteranordnungen 112, 114, 132 und 134 sind mit Eingängen einer Walsh-Code-Schaltmatrix 138 verbunden, die jede notwendige Abwärtswandlung durchführt und, je nach dem Modulationsmodus (bzw. den Modulationsmodi) der empfangenen HF-Signale, Ausgangssignale (von ihren Eingängen abgeleitet) an relevante Wege von sechs parallelen Basisbandwegen 140, 150, 160, 170, 180 und 190 anlegt (wie nachfolgend näher erläutert wird). Wenngleich in diesem Beispiel mit Walsh-Codierung gearbeitet wird, können selbstverständlich auf Wunsch auch andere Arten der Codierung alternativ verwendt werden. Die Basisbandwege 140, 150, 160, 170, 180 und 190 umfassen jeweils einen Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (142, 152, 162, 172, 182 bzw. 192) und eine Dezimations/Selektivitätsfilteranordnung (144, 154, 164, 174, 184 bzw. 194). Die Ausgänge der parallelen Basisbandwege 140, 150, 160, 170, 180 und 190 sind mit Eingängen einer Mischmatrix 196 verbunden. Die Schaltmatrix 138 und die Mischmatrix 196 werden durch Eingangssignale von einem Codierungsgenerator (wie zum Beispiel einem Walsh-Codegenerator) 198 gesteuert. Ein Phasenregelreferenzkreis 199 liefert niederfrequente Signale fs1, fs2, etc. zum Takten der Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler 142, 152, 162, 172, 182 und 192.
Es versteht sich, dass die Elemente der Schaltmatrix 138 alternativ direkt in die Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler (142, 152, 162, 172, 182, 192) der parallelen Basisbandwege (140, 150, 160, 170, 180, 190) eingebettet sein könnten.
Wie nachfolgend näher erläutert wird, kann der Empfänger 100 als Breitbandempfänger mit einer Vielzahl von Wegen fungieren, mit:

– Verwendung einer Mischung aus DCR (Direct Conversion Reception) und DVLIF (Digital Very Low Intermediate Frequency) – wobei diese beiden Bezeichnungen hierin mit der Bezeichnung DCR abgedeckt sein sollen – was eine effiziente Architektur erlaubt, die eine geringe Anzahl an externen Bauteilen erfordert;
– wobei die zwei parallelen HF-Wege (116 und 136) und die sechs parallelen Basisbandwege (140, 150, 160, 170, 180 und 190) je nach dem Modulationsschema des empfangenen Signals (bzw. der empfangnen Signale) eine optimale Verarbeitung auf einer Vielzahl von Wegen erlauben (wie nachfolgend näher erläutert wird);
– wobei die zwei parallelen HF-Wege (116 und 136) auf unterschiedliche (aber sich überlappende) Frequenzbereiche zugeschnitten sind, was einen gleichzeitigen Betrieb in mehreren Modi mit optimierten Programmierbereichen erlaubt;
– wobei die sechs parallelen Basisbandwege (140, 150, 160, 170, 180 und 190) eine A/D-Wandlung mit Sigma-Delta-Wandlern erlauben, was eine hohe Auflösung bei niedriger Taktfrequenz ermöglicht (ergibt einen niedrigen Energieverbrauch und erfordert keinen zusätzlichen Phasenregelkreis); und
– wobei die sechs parallelen Basisbandwege (140, 150, 160, 170, 180 und 190) die Verarbeitung von Breitbandsignalen mehrerer Träger (z. B. einen Weg pro Betreiber) oder den gleichzeitigen Betrieb in mehreren Modi (z. B. 2 Wege für Breitband und 1 Weg für Mittelband/Schmalband) erlauben.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die wesentlichen Empfängereigenschaften, die zu den verschiedenen Modi gehören, die von dem Empfänger von 1 unterstützt werden können.
Gemäß 2 unterstützt der Empfänger von 1 bei der in 2 gezeigten Konfiguration den Modus WBCDMA UMTS oder CDMA2000 DS bei gleichzeitigem GSM- oder EDGE-Empfang.
Der Breitband/Mittelband-Weg ist auf eine Bandbreite von ungefähr 2 MHz eingestellt. Für den Modus WBCDMA DS werden zwei parallele Sigma-Delta-Wandler verwendet. An den Sigma-Delta-Eingängen werden Schaltsteuersignale von 1 bit (+1 oder –1) bereitgestellt. Der Betrieb erfolgt im DCR-Modus. Der Mittelband/Schmalband-Weg ist auf eine Bandbreite von ungefähr 500 kHz eingestellt. Für den GSM/EDGE-Betrieb wird ein Sigma-Delta-Wandler verwendet. Der Betrieb erfolgt im DVLIF-Modus.
Gemäß 3 unterstützt der Empfänger von 1 in der in 3 gezeigten Konfiguration den Modus WBCDMA CDMA 2000 MC 3X. Der Breitband/Mittelband-Weg ist auf eine Bandbreite von ungefähr 2 MHz eingestellt. An den Sigma-Delta-Eingängen werden Schaltsteuersignale mit einem Takt von 1 bit (+1 oder –1) bereitgestellt. Es wird eine komplexe Abwärtswandlung für eine Multiträgerfrequenz durchgeführt (fmc = 1,22 MHz, wobei H_cos auf der Trägerfrequenz liegt mit zwei Ebenen (+1, –1) und H_sin eine Verschiebung um π/2 gegenüber H_cos ist). Die Abzweigeantwort („Spur response") beträgt 3*fmc, wobei früher im Strom gefiltert wird. Es ist auch möglich, mit einer Zweistufenmodulation unter Verwendung eines Walsh-Codes oder ähnlicher Sequenzen zu arbeiten, um die Höhe der Abzweigeantwort herabzusetzen, indem die Kondensatorwerte der Abtastschaltung auf fmc geschaltet werden. Eine komplexe Abwärtswandlung arbeitet mit I und Q. Jeder Sigma-Delta-Modulator wird verwendet, um einen Multiträgerkanal auf mindestens 12 bits zu digitalisieren.
Gemäß 4 unterstützt der Empfänger von 1 in der in 4 gezeigten Konfiguration den Empfang mit EDGE-Diversity, wobei beide HF-Kanäle an unterschiedlichen Antennen empfangene EDGE-Signale empfangen.
Gemäß 5 unterstützt der Empfänger von 1 in der in 5 gezeigten Konfiguration den Mittelband/Schmalband-Modus auf einem HF-Kanal und gleichzeitig den Bluetooth-Modus auf dem anderen HF-Kanal.
Gemäß 6 unterstützt der Empfänger von 1 in der in 6 gezeigten Konfiguration den Mittelbandmodus auf einem HF-Kanal und gleichzeitig den Schmalbandmodus auf dem anderen HF-Kanal.
Gemäß 7 unterstützt der Empfänger von 1 in der in 7 gezeigten Konfiguration den CDMA-Modus auf einem HF-Kanal und gleichzeitig den Mittelband/Schmalbandmodus auf dem anderen HF-Kanal.
Gemäß 8 ist ein RAKE-Empfänger 800 dargestellt, der bei dem Empfänger von 1 vorteilhaft verwendet werden kann. Der RAKE-Empfänger 800 hat einen Sigma-Delta-Modulator 810 zum Empfangen eines mit dem Rechen („rake") zu filternden Signals. Der Ausgang des Sigma-Delta-Modulators 810 wird über eine digitale Rauschunterdrückungsanordnung 820 an Eingänge von vier parallelen Signalwegen 830, 840, 850 und 860 angelegt. Alle bis auf einen der parallelen Signalwege 830, 840, 850 und 860 haben jeweils ihre eigene programmierbare Verzögerung (842, 852, 862), und jeder der Wege umfasst ein Dezimationsfilter, einen ersten Mischer, ein Akkumulatorfilter und einen zweiten Mischer. Die Ausgänge von jedem der parallelen Signalwege 830, 840, 850 und 860 werden in einem Kombiniererglied 870 kombiniert, um die RAKE-Ausgabe zu erzeugen.
Durch Verwendung der Sigma-Delta-Modulatoranordnung 810 und programmierbarer Verzögerungen kann das Rechenfilter 800 selbstverständlich für eine Feineinstellung der Verzögerung sorgen. Ferner versteht es sich, dass der Sigma-Delta-Modulator 810 die Sigma-Delta-Schaltung von einem der auf den Basisbandwegen des Empfängers von 1 bereitgestellten Sigma-Delta-A/D-Wandler (142, 152, 162, 172, 182 und 192) verwenden kann und dass dies ohne Verlust an Funktionalität erzielt werden kann, wenn bei einer bestimmten Empfangskonfiguration dieser Sigma-Delta-A/D-Wandler nicht verwendet wird.
Es versteht sich natürlich, dass die vorliegende Erfindung und die oben beschriebene(n) Ausführungsform(en) ohne weiteres in Form einer integrierten Schaltung verwendet werden können, die in einer Anordnung von ein oder mehr integrierten Schaltungen verkörpert ist, wobei viele der Vorteile der Erfindung größere Bedeutung erlangen.

Claims

Kommunikationsempfänger (100) mit einer Vielzahl von Wegen, der folgendes umfasst: mindestens einen ersten Weg (116) zum Verarbeiten empfangener Signale mit einer Signalbandbreite in einem ersten Frequenzbandbreitenbereich; und der dadurch gekennzeichnet ist, dass er weiterhin Folgendes umfasst: mindestens einen zweiten Weg (136) zum Verarbeiten empfangener Signale mit einer Signalbandbreite in einem zweiten Frequenzbandbreitenbereich, der von dem ersten Frequenzbandbreitenbereich verschieden ist, diesen aber überlappt; wobei der erste und der zweite Weg eine mit Direktumwandlung/niedriger Zwischenfrequenz arbeitende Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten empfangener Signale verwenden, und wobei der erste und der zweite Weg zur gemeinsamen Nutzung des ersten und des zweiten Weges rekonfigurierbar sind, um die Verarbeitung empfangener Signale in unterschiedlichen Modi zu erleichtern.
Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen nach Anspruch 1, wobei der erste Frequenzbandbreitenbereich Breitband- und Mittelband-Bandbreiten abdeckt und das zweite Frequenzband Mittelband- und Schmalband-Bandbreiten abdeckt.
Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen nach Anspruch 1 oder 2, der weiterhin eine Vielzahl von parallelen Basisbandwegen (140, 150, 160, 170, 180, 190) umfasst, die jeweils mit einer Sigma-Delta-Analog-Digital-Umwandlungseinrichtung (142, 152, 162, 172, 182, 192) arbeiten, die rekonfigurierbar ausgelegt ist, um in zwei gemeinsam genutzten Basisbandwegen ein im Breitbandmodus empfangenes Signal zu verarbeiten oder in den zwei Basisbandwegen gleichzeitig ein in einem ersten Frequenzband in einem ersten Modus empfangenes erstes Signal und ein in einem zweiten Frequenzband in einem zweiten Modus empfangenes zweites Signal parallel zu verarbeiten.
Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von wegen nach Anspruch 3, wobei der Empfänger sechs parallele Basisbandwege (140, 150, 160, 170, 180, 190) umfasst.
Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von wegen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Empfänger dazu ausgelegt ist, ein empfangenes Signal in mindestens einem der folgenden Modi zu empfangen und zu verarbeiten: Breitband-CDMA2000, CDMA2000, CDMA, UMTS, GSM/EDGE, TDMA, iDEN, Bluetooth, GPS.
Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiterhin einen Rechenempfänger umfasst, der Folgendes aufweist: eine Sigma-Delta-Modulationseinrichtung (810) zum Empfangen eines mit dem Rechen zu filterndes Eingangssignal; eine Vielzahl paralleler Verzögerungswege (830, 840, 850, 860) mit einer Verzögerungseinrichtung (842, 852, 862) und einer Filtereinrichtung zum Empfangen der Ausgabe der Sigma-Delta-Modulationseinrichtung und zum Erzeugen jeweiliger verzögerter und gefilterter Ausgaben; und eine Kombinationseinrichtung (870) zum Kombinieren der Ausgaben der Vielzahl paralleler Verzögerungswege.
Kommunikationsempfänger mit einer Vielzahl von Wegen nach Anspruch 6, der von einem der Ansprüche 3, 4 oder 5 abhängt, wobei die Sigma-Delta-Modulationseinrichtung (810) dazu ausgelegt ist, durch Rekonfiguration der Sigma-Delta-Analog-Digital-Umwandlungseinrichtung (142, 152, 162, 172, 182, 192) wenigstens eines der parallelen Basisbandwege bereitgestellt zu werden.
Integrierte Schaltungsanordnung zur Verwendung in einem Kommunikationsempfänger (100) mit einer Vielzahl von Wegen, wobei die integrierte Schaltungsanordnung Folgendes umfasst mindestens einen ersten Weg (116) zum Verarbeiten empfangener Signale mit einer Signalbandbreite in einem ersten Frequenzbandbreitenbereich; dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin Folgendes umfasst: mindestens einen zweiten Weg (136) zum Verarbeiten empfangener Signale mit einer Signalbandbreite in einem zweiten Frequenzbandbreitenbereich, der von dem ersten Fre quenzbandbreitenbereich verschieden ist, diesen aber überlappt; wobei der erste und der zweite Weg eine mit Direktumwandlung/niedriger Zwischenfrequenz arbeitende Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten empfangener Signale verwenden, und wobei der erste und der zweite Weg zur gemeinsamen Nutzung des ersten und des zweiten Weges rekonfigurierbar sind, um die Verarbeitung empfangener Signale in unterschiedlichen Modi zu erleichtern.