DE69424622T2

DE69424622T2 - Frequenzumsetzer mit Beseitigung der Spiegelfrequenz als mehrbandiger Empfänger

Info

Publication number: DE69424622T2
Application number: DE69424622T
Authority: DE
Inventors: Mikko Pesola
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: FI934832A; ES2145812T3; DE69424622D1; US6374093B1; EP0651522B1; EP0651522A1; FI934832A0; FI109736B

Description

In Funkverbindungssystemen werden für einen Duplexbetrieb verschiedene Verfahren verwendet. Herkömmliche analoge Systeme verwenden im allgemeinen FDD ("Frequency Division Duplex"). Dabei werden zwei verschiedene Frequenzbänder verwendet; eines für den Empfang und eines für das Senden.
In digitalen Systemen ist TDD ("Time Division Duplex") anwendbar. So verwendet z. B. das DECT (Digital European Cordless Telecommunications)-System TDD. In diesem Fall arbeiten der Sender (Tx) und der Empfänger (Rx) im selben Frequenzband, jedoch in verschiedenen Zeitschlitzen.
In künftigen Telekommunikationssystemen, wie etwa dem UMTS ("Universal Mobile Telecommunication System") sollte das System in der Lage sein, vom FDD-Zustand in den TDD-Zustand (und umgekehrt) zu schalten. In gegenwärtigen Systemen werden meistens zwei FDD-Bänder verwendet, das eine für die Aufwärtsstrecke zur Basisstation (uplink) und das andere für die Abwärtsstrecke von der Basisstation zu einem Mobiltelefon (downlink), und z. B. ein drittes Frequenzband für die TDD-Operationen. Folglich müssen sowohl der Empfänger als auch der Sender ihre Betriebsfrequenzen umschalten, wenn das Funkteil vom FDD-Zustand in den TDD-Zustand (und umgekehrt) gekoppelt wird. Für die Zwischenfrequenz wird typischerweise im FDD-Zustand eine andere Frequenzbandbreite als im TDD-Zustand verwendet. Dies bedeutet, daß der Empfänger auch die Bandbreite der Zwischenfrequenz schalten muß, und zwar zu der Zeit, zu der das Betriebsfrequenzband geschaltet wird.
Dort, wo der Empfänger sein Betriebsfrequenzband zwischen zwei Frequenzbändern schalten muß, kann dies durch Schalten der Frequenz des Überlagerungsoszillators erfolgen. Zur selben Zeit sollte der Durchlaßbereich des dem Mischer vorangeschalteten Bandpaßfilters der Funkfrequenz derart geschaltet werden, daß es das rechte Frequenzband durchläßt. Alternativ können auch zwei Bandpaßfilter verwendet werden, von denen unter Verwendung von zwei Schaltern jeweils eines in den Signalpfad gekoppelt wird. Das Schalten der Frequenz des Überlagerungsoszillators kann aufwendig sein, und ist bei der Verwendung desselben Synthesizers nicht einfach zu implementieren. Andererseits stellt die Verwendung von zwei schaltbaren Synthesizern im Überlagerungsoszillator eine weitaus kompliziertere Aufgabe dar.
Der Schalter für die Bandbreite der Zwischenfrequenz wird normalerweise durch die Verwendung von zwei Filtern gebildet, sowie durch zwei Schalter, über die das gewünschte Filter in den Signalpfad gekoppelt wird. Alternativ können Filter mit unterschiedlichen Bandbreiten in Serie gekoppelt sein, wie in der US 4,385,402 offenbart.
Ein Spiegelsignalunterdrückungs-Mischer enthält einen 3 dB Hochfrequenz-Hybridrichtkoppler mit einem 90 Grad Phasenschalter, einen Inphase-Leistungsteiler der Überlagerungsoszillatoren, zwei Mischer und einen 3 dB Zwischenfrequenz-Hybridrichtkoppler. Das gewünschte Signal wird in Phase im Zwischenfrequenz-Hybridrichtkoppler auf einen anderen Zwischenfrequenz-Ausgangsanschluß aufsummiert, und in dem anderen Zwischenfrequenz-Ausgangsanschluß gelöscht. Auf gleiche Weise wird das Spiegelsignal am einen Anschluß summiert und an dem Anschluß, an dem das gewünschte Signal aufsummiert wird, gelöscht. Im allgemeinen ist der Anschluß des Spiegelsignals terminiert, und der Anschluß des gewünschten Signals wird als Zwischenfrequenz-Ausgangsanschluß verwendet.
Ein Spiegelsignaltrennmischer ist in der US 5,214,796 beschrieben. Spiegelsignalsperrfilter zur Abwärtswandlung und Seitenbandwahl sind aus "A robust Signaling Technique for part 15 RF Control Network Applications" RF Design 16 (1993) April Nr. 4 bekannt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik, die verwendet werden kann, um die Frequenz eines Empfängers zu schalten, und die bereits oben allgemein beschrieben wurde. Ein von einer Antenne (nicht gezeigt) kommendes Hochfrequenzsignal RF wird z. B. an ein Bandpaßfilter (RF- Filter) geleitet, und weiter in einen Mischer, um dort mit der Frequenz LO des Überlagerungsoszillators gemischt zu werden, von wo aus das Zwischenfrequenzsignal an ein Zwischenfrequenzfilter (IF-Filter) geleitet wird, und von dort als gewünschtes Zwischenfrequenzausgangssignal IF an den Ausgang. Die Mittenfrequenz des an den Ausgang geführten Zwischenfrequenzsignals kann durch Schalten der Frequenz LO des Überlagerungsoszillators geschaltet werden. Jedoch müssen dann auch die RF- und IF-Filter derart geschaltet werden, daß sie jeweils das gewünschte Band durchlassen. Folglich sind das RF- und das IF-Filter aus Fig. 1 doppelt ausgebildet. Im Falle von Fig. 1 erfolgt das Frequenzschalten durch Schalter s1-s4, die verwendet werden, um das gewünschte RF-Filter und IF- Filter jeweils in den Pfad RF-IF zu koppeln. Die Eigenschaften der Bandpaßfilter (RF, IF), also die Mittenfrequenz und die Bandbreite, werden gemäß den jeweiligen Anforderungen auf allgemein bekannte Weise dimensioniert. Wie bereits oben erwähnt, kann das Frequenzschalten des Überlagerungsoszillators in der Praxis zu Problemen führen.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Bereitstellung einer Schaltung zum Schalten des Frequenzbereichs eines Funkempfängers, und zwar zwischen einem ersten und einem zweiten Frequenzband, enthaltend: Mittel zur Bereitstellung eines Überlagerungsoszillatorsignals, das eine zwischen dem ersten und dem zweiten Frequenzband liegende Frequenz aufweist; Mittel zum Mischen des Überlagerungsoszillatorsignals mit einem empfangenen Signal, um korrespondierend zum ersten und zweiten Frequenzband jeweils ein erstes und zweites Ausgangssignal zur Verfügung zustellen; Mittel zur Bereitstellung des ersten Ausgangssignals an einem ersten Ausgang und des zweiten Ausgangssignals an einem zweiten Ausgang; und Mittel zur Auswahl des ersten oder zweiten Ausgangs in Abhängigkeit vom Frequenzband des empfangenen Signals.
Die Erfindung verwendet eine Schaltung, die als Frequenzumsetzer mit Beseitigung der Spiegelfrequenz verwendet werden kann, um Ausgangssignale bereitzustellen, die von einem ersten Frequenzband auf einen ersten Ausgang und von einem zweiten Frequenzband auf einen zweiten Ausgang abwärts gewandelt sind, wobei eine einfache Anordnung zum Schalten des Frequenzbereichs eines Funkempfängers zur Verfügung gestellt wird.
Die Erfindung stellt eine Schaltungsanordnung zur Verfügung, die Spiegelfrequenzbänder verwendet, um die Frequenz und die Bandbreite des Empfängers zu schalten, und mit der die Schaltungsstruktur verglichen mit dem Stand der Technik vereinfacht werden kann.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung verwendet beide Ausgänge eines Mischers, der die Spiegelfrequenz dämpft, wodurch eines der gewünschten Frequenzbänder vom "Signalanschluß" erhalten wird, und das andere gewünschte Frequenzband vom "Anschluß des Spiegelsignals", der im allgemeinen bei bekannten Frequenzumsetzern mit Beseitigung der Spiegelfrequenz nicht verwendet wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 2 schematisch eine Schaltungslösung gemäß der Erfindung zum Schalten der Frequenz und der Bandbreite eines Empfängers; und
Fig. 3 die Anordnung des Überlagerungsoszillators des Empfängers ungefähr in der Mitte zwischen den am Empfänger ankommenden Hochfrequenzbändern auf einer Frequenzachse.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die verwendet werden kann, um die Frequenz und die Bandbreite auf einfachste Weise zu schalten. Die Schaltungsanordnung enthält: einen 3 dB Hochfrequenz-Hybridrichtkoppler 10 (RF-Hybrid) mit einer 90 Grad Phasenverschiebung, der als Ausgang das Hochfrequenzsignal RF, z. B. von einer Antenne, aufweist; einen Inphase-Leistungsteiler 12 des Ausgangssignals L0 eines Überlagerungsoszillators (nicht gezeigt), wobei die Ausgänge des Leistungsteilers an Mischer geführt sind; zwei Mischer 14, 16, deren Ausgänge an den jeweiligen Eingang eines Zwischenfrequenz-Hybridrichtkopplers geführt sind; einen 3 dB Zwischenfrequenz-Hybridrichtkoppler 18 (IF-Hybrid) mit einer 90 Grad Phasenverschiebung, dessen Ausgänge an jeweilige Zwischenfrequenzfilter geführt sind; Bandpaßfilter 20, 22 der Zwischenfrequenz, deren Ausgänge an einen Auswahlschalter geführt sind; und den Auswahlschalter 24, der verwendet wird, um eine gewünschte Ausgangszwischenfrequenz als Ausgang IF auszuwählen.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 verwendet beide Ausgänge des Mischers, der die Spiegelfrequenz dämpft, wobei eines der gewünschten Frequenzbänder von einem "Signalanschluß" und das andere gewünschte Frequenzband vom "Anschluß des Spiegelsignals" erhalten wird. Folglich muß die Frequenz des Überlagerungsoszillators derart gewählt werden, daß sie ungefähr genau zwischen den gewünschten Frequenzbändern liegt. Andererseits muß die Zwischenfrequenz IF ungefähr bei der Hälfte der Differenz der Mittenfrequenzen der beiden ausgewählten Frequenzbänder liegen. Diese Situation ist schematisch in Fig. 3 verdeutlicht, in der die ausgewählten Hochfrequenzbänder mit RF 1 und RF2 gekennzeichnet sind. Auf diese Weise müssen bei den ausgewählten Frequenzen bei der Frequenz L0 des Überlagerungsoszillators keine nennenswerten Änderungen erfolgen, da die andere ausgewählte Zwischenfrequenz IF bereits an den Ausgang geschaltet ist. Demzufolge kann die Auswahl der Bänder erfolgen, indem irgendei ner der Ausgänge des die Spiegelfrequenz dämpfenden Mischers verwendet wird. Da sich die Bandbreite der Zwischenfrequenz während des Schaltens der Frequenz ändern kann, können jeweils zwei verschiedene Zwischenfrequenzfilter 20 und 22 an die Ausgänge des Mischers gekoppelt werden, ohne daß irgendwelche Schalter verwendet werden. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß keine Schalter vor den Filtern benötigt werden, und daß folglich das Zusammenspiel zwischen dem Filter und dem Mischer 18 für jedes Filter 20, 22 separat optimiert werden kann. Verglichen mit Fig. 1 wird in der Tat bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung anstelle von vier Schaltern s1-s4 nur noch ein Schalter 24 benötigt, was das Schaltungsdesign erheblich vereinfacht.
Die Frequenz L0 des Überlagerungsoszillators kann vorteilhafterweise derart gewählt werden, daß diese exakt in der Mitte zwischen den Frequenzbändern RF1, RF2 liegt. Alternativ kann die Frequenz L0 des Überlagerungsoszillators derart gewählt werden, daß sie nicht genau in der Mitte der Bänder liegt, sondern in einer Richtung um einen gegebenen Grad Df seitlich versetzt ist. Im zuletzt genannten Fall muß bei Änderung des an den Ausgang IF geleitete Frequenzbandes (RF1, RF2) die Frequenz L0 des Überlagerungsoszillators um den Grad Df geschaltet werden. Dieses Frequenzschalten um Df ist jedoch beträchtlich geringer als im Falle von Fig. 1, wo z. B. kein Mischer verwendet wird, der die Spiegelfrequenz dämpft. Folglich können im Falle von Fig. 2 beide Frequenzen (L0; L0 + Df oder L0-Df) im Überlagerungsoszillator implementiert werden, indem derselbe Syntheziser verwendet wird.
Als Beispiel kann ein System mit mehreren Frequenzkanälen in Frequenzbändern von 2000-2050 MHz und 2200-2250 MHz genannt werden. Die Hälfte der Differenz der Mittenfrequenzen der Funkbänder, also (2200 + 2250)/2- (2050 + 2000)/2 = 100 MHz, kann als Zwischenfrequenz ausgewählt werden. Folglich variiert in Abhängigkeit von dem Kanal die Frequenz L0 des Signals des Überlagerungsoszillators zwischen 2100-2150 MHz. Eine 100 MHz Zwischenfrequenz wird sowohl vom Signalanschluß des Mischers als auch vom Spiegelfrequenzanschluß erhalten, so daß das Signal eines der Anschlüsse mit einem tieferen Frequenzband und das Signal des anderen Anschlusses mit einem höheren Frequenband korrespondiert. Ein Zwischenfrequenzfilter (wie etwa das höhere der Zwischenfrequenzfilter, IF-Filter, in Fig. 2) mit einem schmäleren Band, wie etwa 100 kHz, kann mit einem der Anschlüsse gekoppelt werden, und ein Zwischenfre quenzfilter (das tiefere Zwischenfrequenzfilter, IF-Filter, in Fig. 2) mit einem breiteren Band, etwa 1 MHz, kann mit dem anderen Anschluß gekoppelt werden. Durch Wahl eines Signals vom Ausgang eines der Zwischenfrequenzfilter ist es möglich auszuwählen, ob ein schmalbandiges Signal vom ersten Frequenzband oder ein breitbandiges Signal vom zweiten Frequenzband empfangen wird.
Bei einigen Anwendungen reichen möglicherweise die Dämpfungseigenschaften des Mischers, der die Spiegelfrequenz (die Übertragungsfrequenz) dämpft, nicht aus. In derartigen Fällen kann ein schaltbares oder abstimmbares RF-Filter (nicht gezeigt) vor dem Mischer verwendet werden, um die Übertragungsspiegelfrequenz zu dämpfen, wobei das Filter bei einem ausgewählten Frequenzband eine stärkere Dämpfung erzeugt.
Die Erfindung ist vorteilhafterweise in Funktelefonen und Funktelefonsystemen anwendbar, auf die bereits im einleitenden Teil der Beschreibung Bezug genommen wurde. Selbstverständlich kann das Prinzip gemäß der Erfindung bezüglich der Betriebsfrequenzen, Bandbreiten und Konstruktion von Einzelheiten der Schaltungsanordnung modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen, Einzelheiten der Schaltungsanordnung bezüglich der Dimensionierung sind in dieser Beschreibung nicht näher offenbart, da sie Teil des üblichen Wissens eines Fachmanns auf diesem Gebiet sind, das nach Lesen dieser Beschreibung angewendet werden kann.
Aufgrund des vorangegangenen ist es offensichtlich, daß verschiedenen Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Schaltung zum Schalten des Frequenzbereichs eines Funkempfängers, und zwar zwischen einem ersten und einem zweiten Frequenzband (RF1, RF2), enthaltend:

- Mittel zur Bereitstellung eines Überlagerungsoszillatorsignals (12), das eine zwischen dem ersten und dem zweiten Frequenzband liegende Frequenz aufweist;

- ein Spiegelsignalsperrfilter (14, 16, 18) zum Mischen des Überlagerungsoszillatorsignals mit einem empfangenen Signal, um korrespondierend zum ersten und zweiten Frequenzband jeweils ein erstes und zweites Ausgangssignal zur Verfügung zustellen, und zur Bereitstellung des ersten Ausgangssignals an einem ersten Ausgang und des zweiten Ausgangssignals an einem zweiten Ausgang; und

- Mittel (24) zur Auswahl des ersten oder zweiten Ausgangs in Abhängigkeit vom Frequenzband des empfangenen Signals.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei vor den Auswahlmitteln jeweilige Zwischenfrequenzfilter mit den Ausgängen des Filters gekoppelt sind.

3. Schaltungsanordnung nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Frequenz des Überlagerungsoszillatorsignals genau zwischen dem ersten und zweiten Frequenzband liegt.

4. Schaltungsanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Frequenz des Überlagerungsoszillators in Abhängigkeit vom Frequenzband des empfangenen Signals gewählt wird.

5. Schaltungsanordnung nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, wobei vor dem Mischer ein schaltbares oder abstimmbares Hochfrequenzfilter angeordnet ist, dessen Durchlaßbereich nach Wunsch gemäß der jeweils gewählten Ausgangsfrequenz geschaltet oder abgestimmt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und irgendeinem davon abhängigen Anspruch, wobei die Frequenz des Überlagerungsoszillators und die Parameter der Zwischenfrequenzfilter derart gewählt werden, daß die jeweils an die jeweiligen Ausgänge geführten Zwischenfrequenzen eine vorbestimmte Bandbreite aufweisen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmten Bandbreiten gleich sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreiten verschieden sind.

9. Schaltungsanordnung nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß folgendes enthalten ist:

- ein 3 dB Hochfrequenz-Hybridrichtkoppler mit 90 Grad Phasenverschiebung;

- ein Inphase-Leistungsteiler des Überlagerungsoszillators;

- zwei Mischer;

- ein 3 dB Zwischenfrequenz-Hybridrichtkoppler mit 90 Grad Phasenverschiebung;

- Bandpaßfilter, die mit den Ausgängen des Zwischenfrequenz- Hybridrichtkopplers gekoppelt sind; und

- ein mit den Ausgängen der Bandpaßfilter gekoppelter Schalter, wobei unter Verwendung des Schalters die gewünschte Ausgangszwischenfrequenz ausgewählt wird.