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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Funkfrequenzsender
und betrifft insbesondere ein Verbessern einer Leistungsfähigkeit
in Sendern, die eine direkte Modulation der Amplitude und Phase
verwenden.
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Kommunikationssysteme
stellen einen komplexen Ausgleich konkurrierender Interessen dar. Heutige
moderne digitale drahtlose Kommunikationssysteme stehen als ein
dramatisches Zeugnis für
die anwachsende Komplexität
und aufwändige
Mischung von Lösungen,
die erforderlich für
das Gebiet von zuverlässigen
Hochleistungs-Sprach- und Datenkommunikationssystemen. Ingenieure
müssen die
Anforderungen einer Bandbreite und Leistungseffizienz gegen Signalwiedergabetreue
und Linearitätsanforderungen
ausgleichen, alles während
zunehmend strenge Leistungs- und Interferenzanforderungen erfüllt werden.
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Zum
Beispiel erzeugt die Notwendigkeit, eine größere Anzahl von gleichzeitigen
Benutzern in eine begrenzte Allokation einer Funkspektrumsbandbreite
zu drücken,
Komplikationen hinsichtlich einer Signalmodulation und -Übertragung.
Mit dicht gepackten Funkkanälen
und hohen Linearitätsanforderungen
wird eine Kreuzkanalinterferenz deutlich sichtbar. Dieses Potential
für Interferenz
erfordert, dass Systemgestalter Signalübertragungsschemata annehmen,
die im Wesentlichen ein spektrales Spreizen oder Verspritzen zwischen
den unterschiedlichen Funkkanälen
begrenzen.
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Gleichzeitig
erwarten Benutzer dieser Kommunikationssysteme kleine, bequeme Kommunikationsgeräte, die
lange Stunden arbeiten, bevor diese einen Batterieaustausch benötigen. Bei
der Suche, eine längere
Batterielebensdauer anzubieten, verbessern Ingenieure die Maximaleffizienz
von jedem der Subsysteme innerhalb dieser Kommunikationsgeräte. Beinahe
nichts entkommt der Aufmerksamkeit dieser Ingenieure, wenn sie sich
bemühen,
den Geräteleistungsverbrauch
zu verringern, von dem Leistungsumwandlungs- und Regelschaltkreisen
bis zu den Audioeingabe- und Ausgabeschaltkreisen. Da ein Überwiegen
von Leistung typischerweise zu den Funkfrequenz-(RF)-Übertragungsteilen dieser Kommunikationsgeräte geht,
insbesondere zu den RF-Verstärker-PA-Abschnitten,
widmen Ingenieure verständlicher
Weise große
Mühen auf
ein Erhöhen der
RF-Übertragungseffizienz.
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Im
Allgemeinen arbeitet ein RF-Leistungsverstärker mit variierender Effizienz über seinen
Bereich von Arbeitsmoden, wobei Effizienz als das Verhältnis von
Ausgabe-RF-Leistung zu Eingabeleistung ausgedrückt wird. Ein Linearmodus-Betrieb
des Leistungsverstärkers
weist eine niedrigere Effizienz als ein Betrieb in gesättigtem
Modus auf, jedoch mit dem offensichtlichen Vorteil einer linearen
Signalverstärkung. Übertragungssignallinearität spielt
eine wichtige Rolle in einem Aufrechterhalten einer Signalwiedergabetreue
und Begrenzen einer Kreuzkanalinterferenz. Tatsächlich erfordern im Wesentlichen
allen modernen digitalen drahtlosen Kommunikationsstandards, wie
zum Beispiel TIA/EIA/IS-136, TIA/EIA/IS-95B, TIA/EIA/IS-2000, EDGE,
W-CDMA-Luftschnittstellenstandards
eine lineare Signalverstärkung.
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Direktmodulation-von-Amplituden-
und -Phasen-(DMAP)-Techniken erlauben in zumindest einigen Konfigurationen
eine größere RF-Sendeeffizienz,
während
eine Modulationslinearität
aufrechterhalten wird. Die meisten digitalen Modulationsstandards
umfassen sowohl Phasenmodulationsinformation als auch Amplitudenmodulationsinformation. Das
heißt,
das übertragene
Signal überträgt gewünschte Übertragungsdaten
unter Verwendung sowohl von Phasen- (oder Frequenz) als auch Amplitudenmodulationen.
Bei DMAP trennt ein Verarbeitungssystem die Phasenmodulationsinformation
von der Amplitudenmodulationsinformation. Im Allgemeinen umfasst
die Phasenmodulationsinformation ein Signal mit konstanter Hüllkurve,
das verwendet wird, ein RF-Trägersignal
mit der gewünschten Übertragungssignalfrequenz
zu Phasen-modulieren. Dieses Phasen-modulierte Trägersignal
wird dann Hüllkurven- unter Verwendung
der entsprechenden Amplitudenmodulationsinformation moduliert.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Die
vorliegende Ausführungsform
umfasst Systeme und Verfahren zum Vermeiden einer Phasendiskontinuität beim Beginn
einer RF-Signalerzeugung. Derartige Diskontinuitäten können aus Phasensteuerinstabilitäten entstehen,
die mit einem Starten verknüpft
sind oder aus abrupten Änderungen
in einer Phase am Beginn der Signalerzeugung. Ein Sender gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet Startphasenwerte im Voraus eines Verwendens von Übertragungsdaten-Phasenwerten,
um Phasenmodulationssteuerschaltkreise oder -Funktionen zu initialisieren.
Ist einmal eine Phasensteuerung stabilisiert und sind möglicherweise
andere Kriterien erfüllt,
geht der Sender von einem Verwenden von Startphasenwerten zu einem
Verwenden der Übertragungsdaten-Phasenwerte über, so
dass ein Übertragungssignal
damit beginnt, Phasenmodulationen zu tragen, die mit den gewünschten Übertragungsdaten
verknüpft
sind. Diese Phasenmodulations-Steuertechniken sind geeignet, wo
Sender eine direkte Phasenmodulation bei einer RF-Signalerzeugung verwenden
und können
daher eine besondere Anwendbarkeit auf RF-Sender vom Burst-Typ aufweisen,
da diese Systeme typischerweise ein Senden viele Male während einem
normalen Betrieb starten und stoppen.
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Ein
Sender, der gemäß einer
oder mehrerer beispielhafter Ausführungen der vorliegenden Erfindung
konfiguriert ist, könnte
ein digital-verarbeitendes System verwenden, um ein Basisbandinformationssignal
oder Signale zu erzeugen, die die gewünschten Übertragungsdaten wiederspiegeln.
Ein Sendeprozessor oder ein anderer geeigneter Schaltkreis übersetzt
dann dieses Basisbandinformationssignal in getrennte, jedoch koordinierte
Phasen- und Amplitudenmodulation-Informationssignale. Diese getrennten
Informationssignale werden dann verwendet, ein RF-Übertragungssignal jeweils zu
Phasen- und Amplitudenmodulieren.
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In
zumindest einigen Ausführungsformen verwendet
eine Phasenverriegelte Schleife (PLL – Phase Locked Loop) oder ein
anderer Phasenmodulator mit einigen quantifizierbaren Start- oder Initialisierungsanforderungen
das Phasenmodulations-Informationssignal,
um die gewünschte
Phasenmodulation auf das RF-Übertragungssignal
in Reaktion auf das Phasenmodulations-Informationsignal zu übermitteln.
Durch Versorgen des Phasenmodulators mit Startphasenwerten vor einem
Versorgen von diesem mit dem Phasenmodulations-Informationsignal können die Start- oder Stabilisierungsanforderungen
des Phasenmodulators vor einer Übertragungssignalerzeugung
erfüllt
werden. Sind die Übertragungskriterien
einmal erfüllt,
was ein Zeitsteuern oder andere Parameter beteiligen kann, wie zum
Beispiel eine Übertragungssignalamplitude,
geht der Sender zu einem Versorgen des Phasenmodulators mit den Übertragungsdaten-Phasenwerten statt
mit den Startphasenwerten über
(d. h. dieser geht zu einem Modulieren des Übertragungssignals mit dem
Phasenmodulations-Informationsignal gemäß dem gewünschten Übertragungsdaten über).
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Weiter
kann durch geeignetes Auswählen oder
Definieren der Startphasenwerte der Sender Phasendiskontinuitäten in dem
RF-Übertragungssignal
vermeiden, das mit einem Übergehen
zu den gewünschten Übertragungsdaten-Phasenwerten
verknüpft
ist. Diese Auswahl kann ein Setzen des Startphasenwertes umfassen,
um zum Beispiel mit dem ersten oder Referenzphasenwert der Übertragungsdaten-Phasenwerte überein zu
stimmen.
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Natürlich kennen
die auf dem Gebiet tätigen Fachleute
andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung bei Lesen
der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Begutachten der
unterstützenden
Zeichnungsfiguren. Zum Beispiel werden die auf dem Gebiet tätigen Fachleute
leicht erkennen, dass viele der Operationen und Funktionen, die
mit dem Ausführen
der Techniken der vorliegenden Erfindung verknüpft sind, in Hardware oder
Software oder durch irgendeine Kombination aus diesen ausgeführt werden
können.
Darüber
hinaus ist es dort, wo Hardware verwendet werden kann, offensichtlich, dass
die meisten Funktionen integriert oder getrennt sein können, wie
benötigt
oder gewünscht,
noch dazu weisen viele Funktionen äquivalent analoge oder digitale
Implementierungen auf.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm eines verallgemeinerten Funkfrequenz-Übertragungssignals
vom Burst-Typ.
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2 ist
ein Diagramm einer normalen Übertragungs-Burst-Struktur in GSM.
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3 ist
ein Diagramm repräsentativer
Phasenübergänge bei
dem Start einer Übertragungssignalerzeugung.
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4 ist
ein Diagramm eines beispielhaften Amplituden-Rampings (Herauflaufens) und einer Verzögerung eines
Puls-formenden Filters bei dem Start der Übertragungssignalerzeugung.
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5 ist
ein Diagramm einer beispielhaften, konzeptuellen Implementierung
eines Schaltens einer Phasenwertquelle, wie durch die vorliegende
Erfindung ausgeführt.
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6 ist
ein Diagramm von beispielhaften Phasen- und Amplitudenwellenformen,
die mit dem Ausführen
der vorliegenden Erfindung verknüpft sind.
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7 ist
ein Diagramm eines beispielhaften Mobilendgerätes, das angepasst ist, die
vorliegende Erfindung auszuführen.
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8 ist
ein Diagramm beispielhafter Senderdetails für das Mobilendgerät aus 7.
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9 ist
ein Diagramm einer alternativen, beispielhaften Implementierung
für ausgewählte Teile
des Senders aus 8.
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10 ist
ein Diagramm beispielhafter Details für den Phasen- und Amplitudenumwandler,
der in dem Sender aus 8 verwendet wird.
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11 ist
ein Logikfluss-Diagramm einer beispielhaften Phasensteuerlogik gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
ein Diagramm des Senders aus 8, der zur
Verwendung in einer Funkbasisstation angepasst ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft unter Anderem ein Verringern von
spektralem Verspritzen, das aus Phasendiskontinuitäten oder
abrupten Phasenänderungen
in einem RF-Trägersignal
an dem Anfang einer Signalübertragung
entsteht. Als solches findet die vorliegende Erfindung eine breite
Anwendbarkeit in einem Bereich von Signalübertragungsszenarios. Hierin
erläuterte
Techniken sind auf lineare Modulationstechniken anwendbar, die eine
direkte Modulation einer Phase und Amplitude verwenden und können besonders
wertvoll in Burst- oder diskontinuierlichen Signalübertragungsumgebungen
sein. Zum Beispiel können
verbesserte Datenraten für GSM-Entwicklungs-(EDGE)-Funksysteme sowohl
lineares 8-Phasen-Umtasten (8-PSK) als auch nicht-lineares, minimales
Gauss-Umtasten (GMSK) in einer Burst-Übertragungsumgebung verwenden.
Die vorliegende Erfindung vermeidet unerwünschte Phaseninstabilitäten, die
ansonsten mit der Verwendung einer direkten Phasenmodulation unter
diesem und anderen Modulationsschemata entstehen könnten.
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In
der Tat stellt GSM/EDGE eine beispielhafte Referenz zum Erläutern der
vorliegenden Erfindung dar und dient als die Basis für Einiges
der detaillierten Erläuterung,
die folgt. Jedoch sollte es selbstverständlich sein, dass die vorliegende
Erfindung in keinster Weise auf GSM/EDGE-Systeme begrenzt ist und
in der Tat nicht auf das Gebiet von drahtlosen, zellularen Kommunikationssystemen
begrenzt ist.
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Bezugnehmend
nun auf die Zeichnungen stellt 1 eine allgemeine
Burst-Übertragung
durch Auftragen der Übertragungsleistung
eines Burst-Übertragungssignals über die
Zeit dar. Ein Burst-Start und ein Burst-Ende begrenzen die Burst-Übertragung.
Bemerkenswerterweise werden derartige Burst-Übertragungen durch eine Anzahl von
Belangen beschränkt.
Zum Beispiel kann die Burst-Übertragung
durch eine Leistungsmaske beschränkt
sein, die eine Leistungskurve definiert, innerhalb der die RF-Übertragungsleistung
während des
Bursts bleiben muss. Zusätzlich
zu Leistungsbeschränkungen
gibt es typischerweise Beschränkungen
auf einer Kreuzkanal-Interferenz oder spektralem Verspritzen. Bei
spektralem Verspritzen überschreitet
das Frequenzspektrum des übertragenen Signals
die Frequenzkanalgrenzen, die mit einem gegenwärtig zugewiesenen Übertragungskanal
verknüpft
sind. Daher stellt ein spektrales Verspritzen eine interferierende
Komponente für
andere Frequenzkanäle
dar. Wie später
in größerem Detail
erklärt
werden wird, kann ein spektrales Verspritzen besonders wahrscheinlich
an dem Anfang des Übertragungs-Burst
in Abhängigkeit
von dem verwendeten Modulationsansatz sein.
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Hinsichtlich
von Modulationstechniken kann eine direkte Modulation einer Amplitude
und Phase (DMAP), die in einer Übertragungssignalerzeugung verwendet
wird, eine Anzahl von Vorteilen anbieten. Obwohl die Aufzählung der
möglichen
Vorteile, die mit DMAP verknüpft
sind, nicht zum Verstehen der vorliegenden Erfindung notwendig ist,
kann es nützlich
sein, zu erwähnen,
dass DMAP einen effizienteren und Kosteneffektiveren Ansatz zur
RF-Übertragungssignalerzeugung
bereitstellen kann, wobei eine lineare Modulation des Übertragungssignals
erforderlich ist.
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Eine
Signalmodulation, wie durch EDGE und andere Luftschnittstellenstandards
(z. B. TIA/EIA/IS-136, TIA/EIA/IS-2000) spezifiziert, erfordert eine lineare Übertragungssignalmodulation.
Bei vielen digitalen Modulationstechniken befördert das Übertragungssignal eine Information über koordinierte
Phasen- und Amplitudenmodulationen. Die gewünschten Übertragungsdaten, im Allgemeinen
in der Form eines digitalen Bitstromes, werden in einer Serie von
definierten Symbolen abgebildet, wobei jedes Symbol ein eindeutiges
Paaren einer Amplitude und Phase aufweist. Ein Funkfrequenzträgersignal wird
dann unter Verwendung der Sequenz von Symbolen moduliert, die aus
den gewünschten Übertragungsdaten
erzeugt sind. Ein kompatibler Empfänger empfängt und demoduliert das übertragene
Signal, um die übertragene
Symbolsequenz wieder herzustellen, die dann dekodiert werden kann,
um den ursprünglichen Übertragungsdaten-Bitstrom
wieder herzustellen.
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2 stellt
die Struktur eines normalen Übertragungs-Burst
in einem GSM-System dar. Bei GSM wird, wie bei anderen Zeitmultiplex-(TDMA – Time Division
Multiple Access)-Systemen, ein bestimmter Benutzer einem oder mehreren
verfügbaren Zeitschlitzen
zugeordnet. Der Benutzer überträgt und sendet
Daten in einer Zeit-gemultiplexten Weise auf den zugewiesenen Übertragungs-
und Empfangszeitschlitzen. Ein normaler Übertragungs-Burst umfasst eine
Anzahl von definierten Symbolgruppen. Jeder Übertragungs-Burst wird an dem
Burst-Beginn von
drei Endsymbolen und an dem Burst-Ende von drei anderen Endsymbolen
begrenzt. Dazwischen liegende Symbolgruppen befördern sowohl Daten- als auch
Trainingsinformation. Die Datensymbole können als die Nutzlast des Burst
betrachtet werden, während
die Trainingssymbole es einem Empfangssystem erlauben, einen Ausgleich
oder eine Kanalkompensierung durchzuführen, um eine Kanalverzerrung
zu korrigieren.
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Bei
GSM wird, wie bei einer Anzahl von anderen Luftschnittstellendstandards,
Symbolphaseninformation durch die Phasenübergänge in dem Übertragungssignal befördert. Daher
kann zurück bezugnehmend
auf 2 die Sequenz von Symbolen, die ein normaler Übertragungs-Burst
umfasst, als eine Serie von harten Phasenübergängen von dem Phasenwert eines
Symbols zu dem Nächsten gedacht
werden. Jedoch setzt der Wunsch, das spektrale Spritzen zu minimieren,
der Phasenübergangsrate
Grenzen.
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3 stellt
idealisierte Phasenübergänge dar,
die auf der I- und Q-Achse gezeichnet sind. Hier können die
Punkte auf dem Einheitskreis in Form ihrer kartesischen Koordinaten
dargestellt werden. Daher kann ein Übertragungs-Burst durch ein
Anfangsreferenzsymbol abgegrenzt werden, das einen Phasenwert von
(1, 0) auf der I- und Q-Achse aufweist. Eine Trägerphase geht dann zu Punkt
(0, –1)
für Endsymbol
1 über
und geht zurück
zu (1, 0) für
Endsymbol 2 über.
Eine Trägerphase
kann dann zu der Koordinatenposition (0, 1) für Endsymbol 3 übergehen, wodurch
die Phasenübergänge, die
mit den drei Endsymbolen verknüpft
sind, an dem Beginn des Burst beendet wird. Die nächsten Serien
von Phasenübergängen sind mit
den ersten siebenundfünfzig
Datensymbolen verknüpft
und variieren gemäß den besonderen
Daten, die übertragen
werden.
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GSM/EDGE
verwendet einen Puls-formenden Filter, um die Phasenübergangsrate
zu verringern und um dadurch unerwünschte Frequenzkomponenten
in dem Übertragungssignal
zu begrenzen. Eine Folge des Puls-formenden Filters ist in 4 dargestellt.
Auf Grund der Filterverzögerung
fängt das Übertragungssignal
bis zu einer kleinen Übertragungszeit Δt nach dem
Beginn des Bursts nicht an, herauf zu laufen. Diese Anfangsverzögerung kann als
eine „Filterverzögerung" gedacht werden.
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Eine
der Schwierigkeiten, die mit DMAP verknüpft sind, umfasst ein Vermeiden
unerwünschter Phasendiskontinuitäten bei
dem Beginn einer Signalübertragung.
Zurück
bezugnehmend auf 1 kann man feststellen, dass
die Signalamplitude im Wesentlichen bei dem Start des Übertragungs-Burst
beginnt herauf zu laufen. Da die Übertragungssignalleistung eher
schnell an dem Beginn des Burst herauf läuft, können Anfangsphasendiskontinuitäten in dem Übertragungssignal
unerwünschte
Frequenzkomponenten in dem Übertragungssignal
verursachen, das mit merklicher Signalleistung übertragen werden soll, was
in einer unerwünschten
Interferenz resultiert.
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5 stellt
einen Konzeptansatz zum zumindest teilweisen Vermeiden eines spektralen
Spritzens dar, das mit einer Phasendiskontinuität an den Beginn einer Signalübertragung
verknüpft
ist. Ein Schalter 8 wird verwendet, um zwischen einem Startphasenwert
und dem Übertragungsphasenwert
auszuwählen
(z. B. den Übertragungs-Burst-Phasenwerten).
Anfänglich
wird ein Phasenmodulator (nicht gezeigt) mit Startphasenwerten versorgt,
die es diesem erlauben, vor der Burst-Startzeit zu initialisieren, wenn
die Signalleistung niedrig ist. Dann ändert bei oder etwas nach dem
Burst-Start der Schalter 8 seine Position und beginnt ein
Versorgen des Phasenmodulators mit Phasenwerten, die aus dem gewünschten Übertragungsdaten
abgeleitet sind.
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Wie
später
erklärt
wird, kann der Startphasenwert, der dem Phasenmodulator vom Schalter 8 zugeführt wird,
gewählt
werden, um mit dem Phasenwert eines Anfangs- oder Referenzphasenwertes
der Übertragungs-Burst-Phasenwerte überein zu
stimmen. In dieser Weise wird der Phasenmodulator initialisiert
und eine abrupte Phasenänderung
von dem initialisierten Phasenwert bis zu dem Beginn der Übertragungs-Burst-Phasenwerte
wird vermieden.
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6 stellt
diesen Ansatz durch Auftragen von I- und Q-Phasenwellenformen zusammen mit einer
verknüpften
Amplitudenmodulations-(AM)-Wellenform als eine Funktion einer Übertragungssymbolzeit
dar. Die durchgezogenen Linien für
die I- und Q-Phasenwellenformen, stellen natürliche Phasen-Trajektorien dar,
die unter Abwesenheit eines Ausführens
der Techniken der vorliegenden Erfindung erwartet werden können. Die
gestrichelten Linien stellen dar, dass etwas im Voraus des Burst-Starts (bei
einer Symbolzeit 0) die I- und Q-Phasenwerte auf
definierte Startphasenwerte gesetzt werden, wodurch es dem Phasenmodulator
erlaubt wird, der eine Phasenverriegelte Schleife (PLL) sein kann, sich
auf diese Anfangs-I-
und Q-Phasenwerte zu stabilisieren (d. h. eine Verriegelung zu erzielen).
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Im
Allgemeinen bestimmt die Zeit, die für den Phasenmodulator erforderlich
ist, sich zu stabilisieren, wie weit minimal im Voraus dieser initialisiert werden
muss. Bemerke ebenso, dass, obwohl die Anfangs- oder Startphasenwerte,
die dem Phasenmodulator bereitgestellt werden, an dem Burst-Start enden,
die Filterverzögerung Δt es
wünschenswert machen
kann, ein Bereitstellen von Startphasenwerten zu dem Phasenmodulator
fort zu setzen, bis die Filterverzögerung überwunden ist.
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7 ist
ein beispielhaftes Diagramm eines Mobilendgerätes 10, das gemäß der vorliegenden Erfindung
angepasst ist. Das Mobilendgerät 10 empfängt und überträgt RF-Signale
durch die Antenne 12, die mit einer Antennenanordnung 14 gekoppelt ist.
Die Antennenanordnung 14 koppelt die Signale, die durch
eine Antenne 12 empfangen werden, mit einem Empfänger 16 und
koppelt das RF-Übertragungssignal
des mobilen Endgerätes,
das von einem Sender 18 erzeugt wird, mit der Antenne 12.
Ein Basisbandprozessor, der typischerweise ein digitaler Prozessor
(DSP) ist, bildet mit dem Empfänger 16 und
dem Sender 18 eine Schnittstelle. Ein Systemsteuergerät 22 stellt
eine Gesamtsteuerung und eine Koordination des Mobilendgerätes 10 bereit
und bildet eine Schnittstelle mit einem Tastenfeld 24,
einer Anzeige 26, einem Mikrophon 28 und einem
Lautsprecher 30.
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Typischerweise
stellen eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe(I/O)-Schnittstellen 32 die
geeigneten Schnittstellen zwischen den unterschiedlichen Peripherie-Geräten (z.
B. Tastenfeld 24, Anzeige 26 usw.) und dem Systemsteuergerät 22 bereit.
Die I/O-Schnittstellen 32 umfassen typischerweise analog-zu-digital-Umwandler
(ADCs), digital-zu-analog-Umwandler
(DACs), Pegel-verschiebende Schaltungen, Audioverstärker und
andere Schaltungen wie benötigt
oder gewünscht.
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Das
Steuergerät 22 bildet
mit dem Basisbandprozessor 20 eine Schnittstelle und versorgt
diesen mit bestimmter Steuer- und Konfigurationsinformation. Weiter
stellt das Systemsteuergerät 22 typischerweise
eine Frequenzsteuerung an einen Frequenzsynthesizer 36 bereit,
der wiederum eine oder mehrere Referenzfrequenzen bereitstellt,
die von dem Empfänger 16 und
dem Sender 18 verwendet werden.
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Eine
Systemsoftware oder ein Programmcode für sowohl das Systemsteuergerät 22 und
den Basisbandprozessor werden typischerweise in einem oder mehreren
Speichergeräten 38 gespeichert.
Die Speichergerät(e) 38 können geteilt
werden oder können
getrennt von dem Systemsteuergerät 22 und dem
Basisbandprozessor 20 verwendet werden. Tatsächlich kann
ein Speicher 38 nicht nur physikalisch getrennte Speichergeräte umfassen,
sondern kann eine Anzahl von unterschiedlichen Speichertypen umfassen,
wie zum Beispiel SRAM, DRAM, FLASH, EEPROM, usw..
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SRAM
und DRAM werden typischerweise von dem Basisbandprozessor 20 und
dem Steuergerät 22 während einem
Betrieb als Notizblock oder Arbeitsspeicher und für variable
Datenspeicherung verwendet. Nicht-flüchtige Speicher, wie zum Beispiel FLASH
und EEPROM, stellen eine dauerhafte Speicherung von Konfigurationsinformation,
Programmkonstanten und anderer Langzeitinformation bereit. In dem
Zusammenhang der vorliegenden Erfindung können Startphaseninformation
und andere Variablen, wie zum Beispiel jene, die verwendet werden,
um eine Zeitsteuerung des Schalters von den Startphasenwerten zu
steuern, um die Datenphasenwerte zu übertragen, in einem nicht-flüchtigen
Speicher gespeichert werden. Alternativ können einer oder mehrere dieser
Parameter in die Systemsoftware hart-kodiert werden, die in dem
Systemsteuergerät 22,
dem Basisbandprozessor 20 oder sonst wo in dem Mobilendgerät läuft.
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Als
ein Empfänger
empfängt,
demoduliert und dekodiert das Mobilendgerät 10 Symbole, die von
einem fern gelegenen Sender übertragen
werden. Der Empfänger 16 schließt ein Empfänger-Frontend (-Eingang) 40 und
einen Empfangsprozessor 42 ein. Das Empfänger-Frontend 40 stellt
typischerweise ein Bandbreiten-Filtern, eine Aufbereitung oder eine
Verstärkung
und eine analog-zu-digital-Umwandlung bereit. Der Empfangsprozessor 42 kann ausgewählte Dekodierschaltungen
umfassen und kann andere Basisband-verarbeitende Funktionen einschließen. Der
Empfangsprozessor 42 kann tatsächlich innerhalb eines Basisbandprozessors 20 integriert
sein.
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Als
ein Sender erzeugt das Mobilendgerät 10 ein RF-Übertragungssignal, das von
der Antenne 12 übertragen
wird. Das Übertragungssignal übermittelt eine
gewünschte Übertragungsinformation über koordinierte
Amplituden- und Phasenmodulationen, wie später erläutert wird. Der Prozess beginnt
bei dem Basisbandprozessor 20, der rohe Übertragungs-(TX)-Daten an einen Übertragungsprozessor 52 bereitstellt.
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Der Übertragungsprozessor 52 kann
als ein Wellenformgenerator gedacht werden. Dieser wandelt die rohen
TX-Daten in getrennte Phasen- und Amplitudenmodulations-Informationssignale
um. Die Phasenmodulationsinformation treibt einen Phasenmodulator 54,
der die Phasenmodulationsinformation verwendet, um die Phase eines
RF-Trägersignals
zu modulieren. Die Amplitudenmodulationsinformation wird von dem
Amplitudenmodulator 56 verwendet, um die Amplitude des
Phasen-modulierten RF-Trägersignals
zu modulieren. Phasen- und
Amplitudenmodulationen werden synchronisiert, um die Kohärenz zwischen
der getrennten Phasen- und Amplitudeninformation aufrechtzuerhalten,
die aus den rohen TX-Daten abgeleitet ist.
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Das
Phasen- und Amplituden-modulierte RF-Trägersignal wird in einen Leistungsverstärker 58 eingegeben,
der das End-RF-Übertragungssignal durch
Bereitstellen einer geeigneten Leistungsverstärkung für das modulierte RF-Trägersignal
erzeugt. Die Antennenanordnung 14 koppelt das Übertragungssignal
mit einer Antenne 12, von der aus dieses abgestrahlt wird.
Es sollte erwähnt
werden, dass die Implementierung des Senders 18 einer wesentlichen Variation
unterzogen wird. Zum Beispiel kann eine Leistungsverstärkung des
modulierten RF-Trägersignals
derart konfiguriert sein, dass das Phasen-modulierte RF-Trägersignal
als ein Eingabesignal mit konstanter Hüllkurve an den Leistungsverstärker 58 bereitgestellt
wird. Die Amplitudenmodulationsinformation von dem Sendeprozessor 52 würde dann
verwendet, um die Arbeitshüllkurve
des Leistungsverstärkers 58 zu
variieren, wodurch die gewünschte Amplitudenmodulation
auf das Sendesignal übermittelt
wird.
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Der
Sendeprozessor 52 versorgt den Phasenmodulator 54 mit
Startphaseninformation vor dem Übertragungssignalbeginn,
so dass der Phasenmodulator 54 sich auf den Startphasenwert
stabilisiert. Bei oder einige Zeit nach dem Beginn der Signalübertragung
schaltet der Sendeprozessor 52 von einem Versorgen des
Phasenmodulators 54 mit Startphaseninformation zu einem
Versorgen von diesem mit Übertragungsdaten-Phasenwerten.
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8 stellt
zusätzliche
Details beispielhafter Implementationen des Sendeprozessors 52,
des Phasenmodulators 54 und des Amplitudenmodulators 56 bereit.
Der Sendeprozessor 52 umfasst einen Signalumwandler 60,
einen Herauf-Abtaster (Up Sampler)/Puls-Former 62, einen
Phasen- und Amplituden-Umwandler 64,
einen Multiplexer (MUX) 66 und DACs 68 und 70.
Hier stellt der MUX 66 eine beispielhafte Implementierung
des konzeptualisierten Schalters 8 dar, der in 5 dargestellt
ist.
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Beim
Betrieb empfängt
der Sendeprozessor 52 rohe Übertragungsdaten von zum Beispiel
dem Basisbandprozessor 20. Diese rohen Übertragungsdaten sind typischerweise
in der Form eines digitalen Bit-Stroms. Ein Übertragungsdatensignalweg in
dem Sendeprozessor 52 verarbeitet die eingegebenen Übertragungsdaten,
um Amplituden- und Phasenmodulations-Informationssignale zu bilden. Der Signalweg
umfasst zumindest den Symbolumwandler 60, den Herauf-Abtaster/Puls-Former 62 und
den Amplituden- und Phasenumwandler 64.
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Der
Symbolumwandler 60 gruppiert die Eingabe-Bits, übersetzt
jede Gruppe von Eingabe-Bits in eines einer Anzahl von Modulationssymbolen,
die von dem Luftschnittstellenstandard definiert sind, der von dem
Mobilendgerät 10 verwendet
wird. Obwohl diese Modulationssymbol-Information in einer I- Q-Form
abgebildet wird, ist diese Erläuterung
direkt auf andere Symbol-abbildende Formate anwendbar.
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Der
Herauf-Taster/Puls-Former 62 stellt ein Herauf-Abtasten
(Up Sampling) und Puls-Formen für die
Modulationssymbol-Information
bereit und stellt die gefilterte Symbolinformation an den Phasen-
und Amplitudenumwandler 64 bereit. Der Phasen- und Amplitudenumwandler 64 trennt
die Symbolinformation in Phasenmodulationsinformation und Amplitudenmodulations-Informationssignale.
Die Phasenmodulationsinformation, die mit den Übertragungsdaten verknüpft ist,
führt dann
in den MUX 66. Die Anfangs- oder Startphaseninformation
dient als eine zweite Eingabe in dem MUX 66. Startphasenwerte können lokal
dem Übertragungsprozessor 52 verfügbar sein
oder können
extern bereitgestellt werden, wie zum Beispiel durch den Basisbandprozessor 20 oder
das Systemsteuergerät 22.
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Durch
Steuern des MUX 66 versorgt der Übertragungsprozessor 52 den
Phasenmodulator 54 mit entweder Startphasenwerten oder Übertragungsdaten-Phasenwerten.
In dieser Weise kann der Übertragungsprozessor 52 den
Phasenmodulator mit Startphasenwerten im Voraus einer Übertragungssignalerzeugung
versorgen, die lange genug sind, um es diesem zu erlauben, sich
zu stabilisieren und dann zu einem Versorgen von diesem mit Übertragungsdaten-Phasenwerten
umzuschalten, wenn gewünscht.
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Der
Phasenmodulator 54 umfasst einen Eingabefilter 80,
der ein Tiefpassfilter sein kann, einen Modulator 82, der
bei einer Zwischenfrequenz (IF – Intermediate
Frequency) von einem Oszillator 84 getrieben wird, einen
PLL 86, einen Spannungs-gesteuerten Oszillator (VCO) 88,
einen zweiten Modulator 90 in der Rückkopplungsschleife des PLL 86,
wobei der zweite Modulator 90 von einem zweiten Oszillator 92 getrieben
wird. Jede der Referenzfrequenzen, die von dem Phasenmodulator 54 verwendet
werden, kann von dem Frequenzsynthesizer 36 bereitgestellt werden.
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Beim
Betrieb erzeugt der VCO 88 ein RF-Trägersignal bei einer gewünschten
Trägerfrequenz
und mit einer Phase, die durch den PLL 86 gesteuert wird.
Der PLL 86 steuert die Phase des RF-Trägersignals
gemäß der Eingangsphaseninformation,
die von dem Übertragungsprozessor 52 empfangen
wird. Daher setzt der Startphasenwert, der von dem Übertragungsprozessor
vor der Übertragungssignalerzeugung
empfangen wird, die Startphase des RF-Trägersignals.
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Bei
dem Beginn einer Übertragungssignalerzeugung,
wie zum Beispiel bei dem Start eines Übertragungs-Burst, werden rohe
TX-Daten auf die entsprechenden Symbole abgebildet und dann von
dem Herauf-Abtaster/Puls-Former 62 gefiltert. Beginnt einmal
gefilterte Symbolinformation in den Phasen- und Amplitudenumwandler 64 zu
fließen,
beginnt dieser ein Ausgeben koordinierter Phasen- und Amplitudenmodulations-Informationssignale.
Daher beginnt der DAC 70 ein Versorgen des Amplitudenmodulators 56 mit
einem Amplitudenmodulations-Steuersignal
in Reaktion auf das Amplitudenmodulations-Informationssignal.
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Der
Amplitudenmodulator 56 beginnt ein Heraufführen des
RF-Trägersignals,
das von dem Leistungsverstärker 58 bereitgestellt
wird, gemäß dem Puls-Formen,
das von dem Herauf-Taster und Puls-Former 62 auferlegt
wird. Das Amplitudenmodulationssteuersignal von dem DAC 70 passiert durch
einen Eingabefilter 100, der ein Tiefpassfilter sein kann.
Die gefilterte Steuersignalinformation wird dann verwendet, um einen
Multiplizierer 102 zu steuern. Der Multiplizierer 102 skaliert
effektiv das RF-Trägersignal,
das von dem VCO 88 ausgegeben wird, gemäß der Eingabeamplituden-Modulationsinformation,
so dass das RF-Trägersignal,
das als eine Eingabe an den Leistungsverstärker 58 bereitgestellt wird,
gemäß der Symbolsequenz
Amplituden-moduliert wird, die die gewünschten Übertragungsdaten darstellt.
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9 stellt
eine der vielen möglichen
Variationen zum Bereitstellen von Startphasenwerten an den Phasenmodulator 54 dar.
Die dargestellte Konfiguration stellt einen analogbasierten Ansatz
dar, um den Phasenmodulator 54 zu initialisieren. Ein analoger
Schalter 110 kann zwischen Startphasenwerten, die von einer
Referenzspannungsquelle 112 bereitgestellt werden und Übertragungsdaten-Phasenwerten
geschaltet werden, die von einem Übertragungsprozessor 52 bereitgestellt
werden. Daher empfängt der
Modulator 82 eine Eingabespannung, die die gewünschte Phase
des Trägerfrequenzsignals
darstellt, die entweder fest bei einer Spannung entsprechend dem
gewünschten
Startphasenwert ist oder die als eine Funktion der gewünschten Übertragungsdaten variiert.
Wie leicht von dem auf dem Gebiet tätigen Fachleuten erkannt werden
kann, sind viele Variationen selbst in dieser analogen Implementierung
möglich
und eine analoge Steuerung kann auf einer Spannung, einem Strom
oder irgendeinem anderen Signalparameter basieren, der in dieser
analogen Weise variiert wird.
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10 bezieht
sich zurück
auf die Implementierung, die zuerst in 8 dargestellt
ist und stellt zusätzliche
Details eines beispielhaften Phasen- und Amplitudenumwandlers 64 dar.
Eine Zustandsmaschine oder eine andere Steuerlogik 120 bestimmt,
ob der Übertragungsprozessor 52 Startphasenwerte
oder Übertragungsdaten-Phasenwerte ausgibt,
durch Steuern eines MUX 66.
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Die
Zustandsmaschine 120 kann ein Startsignal, wie zum Beispiel
einen regelmäßig wiederholten
Startabtastimpuls, zum Beispiel von dem Basisbandprozessor 20 empfangen.
In Reaktion startet die Zustandsmaschine 120 einen PLL-Verriegelungszähler 122,
der einen Startverriegelungszählwert aus dem
PLL-Verriegelungszählwertregister 124 empfangen
kann. Der Verriegelungszählwert
kann hart-kodiert basierend auf den Eigenschaften des verwendeten,
bestimmten Phasenmodulators 24 hart-kodiert sein oder kann
konfigurierbar sein. In dem letzteren Fall kann das Verriegelungszählwertregister 124 unter
Verwendung eines externen Verriegelungswertes geladen werden, der
von dem Basisbandprozessor 20, dem Steuergerät 22 oder
irgendeinem anderen Gerät
innerhalb des Mobilendgerätes 10 bereitgestellt
wird. Die Zustandsmaschine 120 kann ein Ausgabesteuersignal
an den MUX 66 bereitstellen, das bestimmt, ob der MUX 66 Startphasenwerte
oder Übertragungsdaten-Phasenwerte
verwendet.
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Übertragungsdaten-Phasenwerte
werden in einem normalisierten I/Q-Format an den MUX 66 von dem
normalisierten I/Q- und Amplitudenumwandler 126 bereitgestellt,
der ebenso Übertragungsdaten-Amplitudenmodulationsinformation
bereitstellt. In anderen Ausführungsformen
können
kein normalisierten Werte verwendet werden und eine Phaseninformation
kann nicht in einem I/Q-Format dargestellt sein.
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Ungeachtet
des Formats kann ein Anfangsphasenregister 128 konfiguriert
sein, die gewünschten
Startphasenwerte zu enthalten, die in der Darstellung als Iinit und Qinit bezeichnet
werden. Die Werte, die in dem Anfangsphasenregister 128 gehalten
werden, können
hartkodiert sein oder konfigurierbar sein. Zum Beispiel kann das
Anfangsphasenregister 128 mit einem gewünschten Startphasenwert geladen
werden. Die auf dem Gebiet tätigen
Fachleute werden erkennen, dass die Konfigurierbarkeit von Registerwerten,
die von dem Phasen- und Amplitudenumwandler 64 verwendet
werden, eine leichte Anpassbarkeit auf sich variierende Systembedingungen
erlaubt oder variierende Eigenschaften oder Implementationen des
Phasenmodulators 54.
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Wie
zuvor erläutert,
kann der Phasen- und Amplitudenumwandler 64 es fortsetzen,
den Phasenmodulator 54 mit dem Startphasenwert selbst nach dem
Burst-Start zu versorgen. Dies kann vorteilhaft zum Anpassen einer
Filterverzögerung
sein und kann andere Vorteile aufweisen. Ein Ansatz eines Bestimmens,
wann von dem Versorgen des Phasenmodulators 54 mit Startphasenwerten
zu den gewünschten Übertragungsdaten-Phasenwerten
zu schalten ist, umfasst die Verwendung eines Schwellendetektors 130.
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Unter
Verwendung des Schwellendetektors 130 wird der MUX 66 von
Startphasenwerten zu Übertragungsdaten-Phasenwerten
geschaltet, wenn die herauf laufende Amplitude des Übertragungs-Burst-Signals
einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Natürlich kann dieser Schwellenwert gemäß den bestimmten
Anforderungen eines gegebenen Übertragungssignaltyps
konfiguriert sein, jedoch erlaubt es im Allgemeinen dieser Ansatz,
dass der Phasenmodulator 54, bei einem stabilen, bekannten
Startphasenwert gehalten wird, bis eine Filterverzögerung oder
andere Startverzögerungen überwunden
sind. Es sollte selbstverständlich
sein, dass das Detektieren der Amplitudenschwelle des Übertragungssignals
implizieren kann, dieses direkt oder indirekt zu detektieren. Die
dargestellte Ausführungsform
stellt ein Beispiel einer Schwelldetektion basierend auf einem Überwachen
des Amplitudeninformationssignals dar, das verwendet wird, um das Übertragungssignal
zu Amplitudenmodulieren.
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Die
Zustandsmaschine 120 kann ebenso den Phasenmodulator 54 mit
einem Startsignal versorgen. Im Interesse einer Leistungsersparnis
kann der Phasenmodulator 54 zwischen Perioden einer Übertragungssignalerzeugung
ausgeschaltet werden. Daher kann zum Beispiel vor einem Übertragungs-Burst
die Zustandsmaschine 120 ein Startsignal an den Phasenmodulator 54 bereitstellen
und kann zusätzlich
diesen mit Startphasenwerten versorgen. Diese Aktion durch die Zustandsmaschine 120 erlaubt
es, dass der Phasenmodulator 54 sich einschaltet und sich
auf den Startphasenwert vor der eigentlichen Übertragungssignalerzeugung
stabilisiert.
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Wie
zuvor erwähnt,
kann der Startphasenwert, der dem Phasenmodulator 54 bereitgestellt wird,
gewählt
werden, um mit dem Anfangs- oder voreingestellten Startphasenwert
der ersten Symbolphase oder des Symbolphasenübergangs der Übertragungsdaten überein zu
stimmen. Daher kann der Startphasenwert, der an den Phasenmodulator 54 bereitgestellt
wird, gewählt
werden, mit der Startphase einer Referenz oder eines Endsymbols übereinstimmen,
das das Beginnen eines Übertragungs-Burst
in GSM definiert. Natürlich
kann das gleiche Übereinstimmungskonzept
leicht auf andere Luftschnittstellenstandards und andere Übertragungssignalerzeugungstechniken
ausgedehnt werden.
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Ein
Wählen
des Startphasenwertes, der von dem MUX 66 zu dem Phasenmodulator 54 zugeführt wird,
um mit dem ersten oder einem der Übertragungsdaten-Phasenwerte überein zu
stimmen, die von dem Phasenmodulations-Informationssignal übermittelt
werden, kann besonders vorteilhaft in Anbetracht dessen sein, wo
der MUX 66 positioniert ist. Mit dem MUX 66, der
nach dem Herauf-Taster/Puls-Former 62 positioniert ist,
werden die Startphasenwerte, die von dem MUX 66 bereitgestellt werden,
nicht dem Puls-formenden Filter unterzogen, das auf die Übertragungsdaten-Phasenwerte
angewendet wird. Obwohl der Phasenmodulator kein Eingabefiltern
aufweist, kann es immer noch wünschenswert
sein, schnelle Phasenänderungen
zu verringern oder zu eliminieren, die ansonsten aus der Schaltaktion
des MUX 66 von dem Startphasenwert zu den tatsächlichen Übertragungsdaten-Phasenwerten
entstehen.
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11 stellt
eine beispielhafte Flusslogik dar, die mit der Implementierung verknüpft ist,
die in 10 dargestellt ist. Ein Verarbeiten
beginnt bei einer Zurücksetzung
(Schritt 200) mit einer Konfiguration des Startphasenwertes,
Verriegelungszählwertes
und Modulationstyps (Schritt 202).
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Das
Verarbeiten befindet sich dann im Leerlauf, wartend auf einen Startimpuls
oder eine andere Anzeige eines Übertragungs-Burst-Starts
(Schritt 204). Bemerke, dass der Startimpuls der tatsächlichen
Burst-Startzeit voranschreiten kann, wodurch eine gewünschte Initialisierung
des Phasenmodulators 54 erlaubt wird. Auf Empfang des Startimpulses setzt
sich ein Verarbeiten mit einem Schalten des MUX 66 auf
den Startphasenwert (Schritt 206) und Laden des PLL-Verriegelungszählers mit
dem Startverriegelungszählwert
fort (Schritt 208). Ein Verarbeiten setzt sich mit einem Überprüfen und
Dekrementieren des PLL-Verriegelungszählers fort (Schritt 210 und 212).
Ist einmal der Verriegelungszähler
erfüllt, setzt
sich ein Verarbeiten mit optionalen Verriegelungsdetektionsverfahren
fort (Schritt 214). Ein Mobilendgerät 10 kann andere Verriegelungsdetektionsabsicherungen
umfassen, um einen fortgesetzten Betrieb bei dem Vorliegen von PLL-Verriegelungsfehlern
zu vermeiden.
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Ein
Verarbeiten setzt sich dann mit dem Phasen- und Amplitudenumwandler 64 fort,
der den Phasenmodulator 54 startet (Schritt 216),
was im Allgemeinen durch Bereitstellen eines Startsignals oder eines
Startindikators an den Phasenmodulator 54 erreicht werden
kann. Ein Symbolumwandler 60 beginnt dann ein Senden von
Proben zu dem Puls-Former 62 (Schritt 218), was
eine Amplitudenmodulationsinformation veranlasst, anzufangen erzeugt
zu werden. Ein Verarbeiten führt
dann Schleifen basierend auf einem Überprüfen der Amplitude des Übertragungssignals
oder durch Überprüfen zum
Beispiel der Werte der Amplitudeninformation aus, die von dem DAC 70 durch
den Phasen- und Amplitudenumwandler 64 bereitgestellt wird
(Schritt 220).
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Bestimmt
der Schwellendetektor 130 einmal, dass die herauf laufende
Amplitude des Übertragungssignals
einen minimalen definierten Wert erreicht hat, schaltet der Phasen-
und Amplitudenumwandler 64 von einem Versorgen des Phasenmodulators 54 mit
dem Startphasenwert auf ein Versorgen von diesem mit den Übertragungsdaten-Phasenwerten
um.
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Während die
auf dem Gebiet tätigen
Fachleute bereits die breite Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung
hinsichtlich einer Übertragungssignalerzeugung
erkennen dürften,
sollte es erwähnt werden,
dass obwohl die vorliegende Erfindung in der vorangehenden Beschreibung
in dem Rahmen eines Mobilendgerätes 10 dargestellt
wurde, diese über
eine Vielzahl von Senderausführungen
angewendet werden kann.
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Daher
kann der Sender 18 für
eine Vielzahl von Verwendungen angepasst sein. In einigen Ausführungsformen
kann der Sender 18 angepasst zur Verwendung in Funkbasisstationen 150 oder
anderen drahtlosen Kommunikationssendern sein, wie in 12 dargestellt.
Tatsächlich
finden die Techniken und das Gerät
der vorliegenden Erfindung eine nützliche Anwendung im Wesentlichen überall,
wo eine direkte Phasenmodulation in einer Übertragungssignalerzeugung
verwendet wird. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht durch
die obigen Erläuterungen
begrenzt, stattdessen ist diese lediglich durch den Umfang der folgenden
Ansprüche
und die vernünftigen Äquivalenten
von diesen begrenzt.