DE69721745T2

DE69721745T2 - TDMA Master-Slave Filterabstimmung

Info

Publication number: DE69721745T2
Application number: DE69721745T
Authority: DE
Inventors: Petrus Martinus Sunnyvale Stroet
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: EP0887927B1; US6408010B1; EP0887927A1; DE69721745D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein drahtloses Telekommunikationssystem und spezieller auf eine Master-Slave-Filterabstimmung in einem TDMA- (Vielfachzugriff im Zeitmultiplex, Time Division Multiple Access) Funkkommunikationssystem.
Hintergrund der Erfindung
In modernen drahtlosen Telekommunikationssystemen, wie etwa dem wohl bekannten zellularen GSM (globales System für mobile Kommunikationen, Global System for Mobile Communications) und DECT- (digitale verbesserte schnurlose Telekommunikation, Digital Enhanced Cordless Telecommunication) Telefon- und Datenübertragungssystemen sind Einsparungen beim Raum von Komponenten, Herstellungskosten und Energieverbrauch wichtige Gestaltungssachverhalte.
In gegenwärtigen DECT-Funkempfängern z. B. wird die erforderliche Selektivität durch Verwendung eines sogenannten SAW- (Oberflächen-Akustikwelle, Surface Acoustic Wave) Bandpassfilters erreicht. DECT ist eine digitale Funkzugriffstechnik mit Mehrfachträger/Vielfachzugriff im Zeitmultiplex/Zeitduplex (Multi Carrier/Time Division Multiple Access/Time Division Duplex (MC/TDMA/TDD)) mit 10 Funkträgern, jeder versehen mit 24 Zeitschlitzen, d. h. 12 Empfangs- und 12 Sendeschlitzen, die zwölf Duplex-Kommunikationskanäle bedienen, genannt ein Rahmen. Die Daten- und Steuerbits werden bei einer Systemtaktfrequenz oder Systembitrate von 1152 kb/s übertragen.
An dem Empfangsteil eines typischen Doppel-Superüberlagerungs-DECT-Empfängers werden Signale in dem DECT-Frequenzband (1880 bis 1900 MHz) auf eine erste IF (Zwischenfrequenz, Intermediate Frequency) herunter konvertiert, die angepasst ist zum Filtern des herunterkonvertierten Signals durch den SAW-Filter mit einem Durchlassband von 1,152 MHz zentriert um die erste IF (typischerweise 110 MHz). In einem weiteren Konvertierungsschritt wird das gefilterte Signal für eine weitere Bearbeitung der Daten auf eine zweite IF (typischerweise 10 MHz) herunterkonvertiert.
SAW-Filter müssen in einem getrennten Produktionsprozess hergestellt werden, was zu einem ausgeprägten (eher sperrigen) Gehäuse führt. Als ein Ergebnis tragen SAW-Filter beträchtlich zu den Gesamtkosten, Raum- und Energieanforderungen eines Funkempfängers bei.
Es kann Ersetzen von SAW-Filtern durch halbleiter-integrierte Filter, wie etwa Filter, aufgebaut aus Baublöcken umfassend Transkonduktorstufen und Kondensatoren, wegen Toleranzen im Herstellungsprozess bis zu 25% absoluter Differenz in dem tatsächlichen und entworfenen RC-Produkt (Widerstand mal Kapazitätswert) von integrierten Komponenten auftreten.
Um diesen gewaltigen Fehler zu kompensieren kann das sogenannte Master-Slave-Abstimmungsprinzip verwendet werden, wobei der Filter auf die richtigen oder erforderlichen Betriebscharakteristika abstimmbar gemacht wird. Die Abstimmungsinformation wird von einem abstimmbaren Oszillator- oder Resonatorkreis erhalten. Dieser Oszillator- oder Resonatorkreis wird aus den gleichen Baublöcken wie der Filter auf gebaut und in dem gleichen Produktionsprozess (Chip) wie der Filter hergestellt.
Durch Abstimmen des Oszillator- oder Resonatorkreises, bei seiner Signalamplitude und Frequenzentwurfswerten zu arbeiten, können die Abstimmungssignale auch angewendet werden, um den Filter abzustimmen, der als ein Ergebnis im allgemeinen innerhalb von 1% seiner Entwurfswerte arbeiten wird. Diese Genauigkeit ist für die meisten praktischen Anwendungen ausreichend.
In einem normalen Betrieb arbeitet der Empfänger einer TDMA-Funkeinrichtung nur während des Empfangszeitschlitzes, der Signalisierungs- und Informationsdaten für die Einrichtung umfasst. In DECT z. B. ist ein Signal für die Aktivierung des Empfängers ungefähr 10 μs verfügbar, bevor die Daten empfangen werden. D. h. die Empfängerschaltungstechnik muss innerhalb des obigen Intervalls von 10 μs für einen Empfang hochgefahren werden und bereit sein. Wenn die Empfängerschaltungstechnik während dieses Intervalls nicht hochgefahren werden kann, sollte der Empfänger entsprechend für die vollständige Empfangsrahmenhälfte hochgefahren werden, was im allgemeinen aus Sicht von Energieverbrauchanforderungen nicht akzeptabel ist.
Wegen des relativ hohen Qualitätsfaktors (Q) des Oszillator- oder Resonatorkreises, der in der Master-Slave-Filterkonfiguration verwendet wird, ist zum Erhalten der erforderlichen Abstimmungsgenauigkeit die Zeit zum Hochfahren des Oszillators und seiner Erfassungsschaltungstechnik relativ lang. Ohne zusätzliche Maßnahmen ist das Master-Slave-Filterkonzept im allgemeinen zur Verwendung in Empfängern von gegenwärtigen TDMA-Funkkommunikationseinrichtungen nicht geeignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Angesichts des obigen ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Master-Slave-Filterkonzept zur Verwendung in TDMA-Funkempfängerausrüstung vorzusehen, das die Leistungsanforderungen bezüglich der Zeit der Operation und Bereitschaft (stand-by) einer batteriegespeisten Funkkommunikationseinrichtung erfüllt, und derart, dass SWA-Filter vermieden werden können.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen derartigen Filter vorzusehen, der zur Integration in einer HF- (Funkfrequenz) Analog-ASIC- (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, Application Specific Integrated Circuit) Funk-Transceiver-Einrichtung angepasst ist, die die erforderliche Selektivität vorsieht, wodurch die Anzahl von separaten Komponenten einer PCB (Leiterplatte, Printed Circuit Board) effektiv begrenzt und die Raumanforderungen und das Gewicht der Funkausrüstung reduziert werden.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, eine Funkkommunikationseinheit zur Verwendung in einem schnurlosen oder zellularen Funkkommunikationssystem vorzusehen, das das neuartige Filterkonzept umfasst.
Diese und andere Ziele und Merkmale werden gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Funkkommunikationseinrichtung mit Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA) erreicht, die zum Empfangen von Funksignalisierung und Informationsdaten in Empfangszeitschlitzen angeordnet ist, umfassend Empfängerschaltungstechnik mit Steuervorrichtungen und Filtervorrichtungen zum Filtern von empfangenen Funksignalen. Die Filtervorrichtungen umfassen einen abstimmbaren Filterteil und einen abstimmbaren Oszillator- oder Resonatorteil, die operativ derart verbunden sind, dass Steuersignale, die zum Abstimmen des Oszillatorteils betriebsfähig sind, auch zum Abstimmen des Filterteils betriebsfähig sind, Erfassungsvorrichtung für die Erfassung der Oszillatoroperation, Referenzquellenvorrichtung und Komparatorvorrichtung, angeordnet, die Abstimmungssteuersignale von der Erfassungsvorrichtung zum Abstimmen des Oszillators vorzusehen, um in Übereinstimmung mit der Referenzquellenvorrichtung zu arbeiten, und Speichervorrichtung zum Speichern der Abstimmungssteuersignale, wenn die Filtervorrichtung unwirksam gemacht wird und zum in Gang setzen der Filtervorrichtung durch Verwendung der gespeicherten Abstimmungssteuersignale.
Mit der vorliegenden Erfindung kann eine sehr schnelle Inbetriebnahme der Filtervorrichtung erreicht werden, da die Abstimmungssteuersignale von der Speichervorrichtung direkt verfügbar sind, wobei somit die Zeit vermieden wird, die für den Oszillator oder Resonatorteil erforderlich ist, um quasistabile Abstimmungssteuersignale nach einem Hochfahren vorzusehen.
In dem Konzept gemäß der Erfindung wird vorausgesetzt, dass zuvor gespeicherte Abstimmungssteuersignale bei einer nachfolgenden Inbetriebnahme der Filtervorrichtung noch gültig sind. Dies ist eine gültige Annahme insbesondere in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer TDMA-Funkkommunikationseinrichtung umfassend Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuervorrichtung, wobei unter der Steuerung der Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuervorrichtung die Abstimmungssteuersignale am Ende eines Empfangszeitschlitzes oder Schlitzen in einem Rahmen gespeichert werden und wobei die gespeicherten Abstimmungssteuersignale des Rahmens zum in Gang setzen der Filtervorrichtung für den Empfang eines Empfangszeitschlitzes oder Schlitzen eines nachfolgenden Rahmens aktiviert werden.
Im Fall von DECT z. B. kann die Filtervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Empfang eines empfangenen Zeitschlitzes innerhalb des Intervalls von 10 μs bereit sein, wie beschrieben.
Vorzugsweise sind die Filtervorrichtungen, d. h. der Filterteil und Oszillator- oder Resonatorteil davon, digital steuerbare Vorrichtungen, wohingegen die Speichervorrichtungen zum Speichern von Abstimmungssteuersignalen in einem digitalen Format angeordnet sind. Vorzugsweise sind die digitalen Speichervorrichtungen von einem Typ, der wenn er nicht in Betrieb ist, in einen Niedrigenergieverbrauchsschlafmodus versetzt werden kann. Entsprechend wird eine weitere Verringerung des Energieverbrauchs erreicht, was bei Verwendung der gleichen Batterie zu einer längeren Betriebszeit führt.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfassen die Erfassungsvorrichtungen Amplitudenerfassungsvorrichtungen und Frequenzerfassungsvorrichtungen für die Erfassung der Amplitude und Frequenz des Ausgangssignals von dem Oszillatorteil, wobei die Referenzvorrichtung zum Einstellen einer Amplitude und Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals angeordnet ist und wobei die Komparatorvorrichtungen Amplituden- oder Qualitäts-(Q) Abstimmungssteuersignale und Frequenz-Abstimmungssteuersignale zum Abstimmen des Oszillatorteils und des Filterteils der Filtervorrichtung vorsehen.
Deshalb können jede Erfassungsvorrichtung, Komparatorvorrichtung und Referenzquellenvorrichtung in noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung digital arbeitende Vorrichtungen umfassen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen der Filterteil und der Oszillatorteil der Filtervorrichtung abstimmbare Transkonduktor-Transistorstufen, die in ein und derselben Halbleiterschaltung während des gleichen Herstel Transkonduktor lungsprozesses integriert werden. Als ein Ergebnis wird an Stelle von mehreren Raum beanspruchenden Komponenten eine einzelne Komponente erreicht, die die erforderliche Selektivität und Betriebscharakteristika zur Verwendung in einem Empfänger von z. B. dem Einzel-Superüberlagerungstyp vorsieht.
Die Master-Slave-Filterabstimmung gemäß der Erfindung ist insbesondere zur Verwendung in einem Transceiver-ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) geeignet, der zur Verwendung in TDMA-Funk-Transceiver-Vorrichtungen angeordnet ist.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine entfernte Kommunikationseinheit, wie etwa ein Funktelefon, zur Verwendung in einem TDMA-Funkkommunikationssystem, umfassend Transceivervorrichtungen, Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuervorrichtungen und Informations- und Signalisierungsbearbeitungsvorrichtungen, wobei die Transceivervorrichtungen Filtervorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen.
Die oben erwähnten und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt auf eine schematische und darstellende Art und Weise eine DECT-Empfangs- und Sendezeitschlitz-Datensignalstruktur.
2 zeigt ein Blockdiagramm einer typischen Doppel-Superüberlagerungs-Empfängerschaltung des Stands der Technik.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines Master-Slave-Filterkonzepts gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem TDMA-Funkkommunikationssystem.
4 zeigt ein vereinfachtes Diagramm, das den Filter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Teils eines halbleiterintegrierbaren Filterentwurfs gemäß dem vereinfachten Diagramm von 4.
6 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Transkonduktorstufe gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung als eine Transkonduktorstufe von 5.
7 zeigt einen Teil des Transkonduktor-Schaltungsdiagramms von 6, um die Transkonduktorschaltung digital abstimmbar zu machen.
8 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Early-Effekt-Kompensationsschaltung, die mit der in 6 und 7 gezeigten Transkonduktorschaltung verwendet wird.
9 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer TDMA-Funkkommunikationseinheit, die die Form eines Telefonapparats mit einer Transceiver-Schaltungstechnik umfassend das Master-Slave-Filterkonzept gemäß der vorliegenden Erfindung annimmt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Ohne Beabsichtigung einer Begrenzung wird nun die Erfindung durch ihre Anwendung in einem schnurlosen Funktelefonsystem erläutert, das in Übereinstimmung mit dem DECT-Standard arbeitet.
In DECT wird die Information unter Verwendung einer in 1 gezeigten Rahmenstruktur über die Luft gesendet. Während der ersten Hälfte des Rahmens, d. h. den ersten zwölf Zeitschlitze, die mit R1, R2, ... R12 bezeichnet sind, werden Daten von einer Funkzugriffseinheit oder Basisstation durch eine entfernte Funkkommunikationseinheit, wie etwa ein tragbares Funktelefon, empfangen, wohingegen in der zweiten Hälfte von jedem Rahmen, d. h. den zweiten zwölf Zeitschlitzen, die mit T1, T2, ... T12 bezeichnet sind, die entfernten Kommunikationseinheiten Daten zu der Funkzugriffseinheit senden. Einer Funkkommunikationsverbindung zwischen einer Funkzugriffseinheit und einer entfernten Kommunikationseinheit wird ein Schlitz in der ersten Hälfte des Rahmens und ein Schlitz, der die gleiche Nummer trägt, in der zweiten Hälfte des Rahmens zugewiesen. Jeder Zeitschlitz enthält typischerweise Steuerdaten, Systemdaten und Information oder Benutzerdaten.
Einschließlich Schutzabstand beläuft sich die Gesamtanzahl von Bits pro Zeitschlitz gemäß dem DECT-Standard auf 480. Diese Bits werden bei einer Systemtaktfrequenz oder Systembitrate von 1152 kb/s gesendet, was zu einer Rahmenzykluszeit T_f von 10 ms führt.
2 zeigt ein typisches Doppel-Superüberlagerungs-Empfängerschaltungs-Blockdiagramm, das gegenwärtig in DECT tragbaren Funktelefonen verwendet wird.
Funksignale werden an dem Empfänger 1 über eine Antenne 2 bei einem 20 MHz breiten Bandpassfilter mit einer Mittelfrequenz von 1890 MHz empfangen, um Signale außerhalb des DECT-Bandes (1880 bis 1900 MHz) zu filtern.
Das gefilterte Signal wird einem Sende- (Tx)/Empfangs- (Rx) Switch 4 zugeführt, der gesteuert wird, zwischen den Empfangs- und Sendehälften eines Rahmens unter der Steuerung ei ner Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuervorrichtung (nicht gezeigt) zu schalten. Die empfangenen Signale werden zu einem Verstärker mit niedrigem Rauschen 5 eingegeben und auf eine erste Zwischenfrequenz (IF) von 110 MHz unter Verwendung eines ersten Mischers 6 und eines ersten lokalen Oszillators 7 herabkonvertiert.
Das herabkonvertierte Signal wird einem SAW- (Oberflächen-Akustikwellen-) Bandpassfilter mit einer Bandbreite von 1,152 MHz zugeführt, um benachbarte Kanäle zu filtern.
Nach einem Filtern durch den SAW-Filter 8 wird das empfangene Signal auf eine zweite IF bei 10 MHz durch einen zweiten Mischer 9 und einen zweiten lokalen Oszillator 10 weiter herabkonvertiert. Nach Durchlaufen eines Bandpassfilters 11, der bei 10 MHz abgestimmt ist, und eines Begrenzers 12 werden die empfangenen Signalisierungs- und Informationsdaten an einem Ausgangsanschluss 13 für deren weitere Bearbeitung bereitgestellt.
Der SAW-Filter 8 wird zum Vorsehen der erforderlichen Selektivität des Empfängers angewendet. Wie doch in der Einleitung beschrieben, sind SAW-Filter separate Komponenten, die nicht in der gleichen Halbleitereinrichtung wie der Mischer, Oszillator, die Verstärker- und Begrenzerschaltungen des Empfängers 1 integriert werden können.
Wenn z. B. in einem tragbaren Funkhandgerät angewendet, wird der Empfänger 1 während einer Verwendung nur während des relevanten Empfangszeitschlitzes oder Schlitzen, die Information enthalten, um durch den Handapparat empfangen zu werden, in Betrieb geschaltet. Entsprechend ist der Empfänger für ungefähr 90% eines Rahmens nicht in Betrieb, was eine beträchtliche Einsparung von Batterieleistung vorsieht. Diese Einsparung muss aufrechterhalten oder sogar verbessert werden, wenn ein integriertes Filterkonzept für den Austausch der (sperrigen) raum- und energieverbrauchenden und teuren SAW-Filter verwendet wird.
Beim Austauschen von SAW-Filtern durch halbleiter-integrierte Filter müssen Herstellungsprozesstoleranzen bis zu 25% begegnet werden, die abstimmbare Filtervorrichtungen basierend auf dem sogenannten Master-Slave-Prinzip erfordern.
3 zeigt ein neuartiges Filterkonzept gemäß der vorliegenden Erfindung zum Austauschen des SAW-Filters in Empfängerschaltungen, wobei das Filterkonzept gestaltet wurde, die erforderlichen schnellen Inbetriebnahmezeiten in TDMA-Funkkommunikationseinrichtungen zu erfüllen.
Das Filterkonzept 15 der Erfindung umfasst einen Filterteil 16 und einen Resonator- oder Oszillatorteil 17. Der Filterteil 16 und der Oszillatorteil 17 haben gemeinsame Abstimmungssteuereingänge 18, 19 derart, dass die Abstimmungsinformation, die auf den Oszillator 17 angewendet wird, auch auf den Filterteil 16 angewendet wird. In dieser Ausführungsform wird vorausgesetzt, dass der Oszillatorteil 17 und der Filterteil 16 aus den gleichen toleranzabhängigen Baublöcken hergestellt sind. Dies geschieht dazu, um eine optimale Abstimmung ohne zusätzliche Korrektur- oder Anpassungsschaltungstechnik zu erreichen.
Verbunden mit dem Ausgang 20 des Oszillators 17 sind ein Amplitudendetektor 21 und ein Frequenzdetektor 22. Amplituden- und Frequenzerfassungsschaltungen sind einem Durchschnittsfachmann bekannt, sodass keine weitere Erörterung notwendig erscheint. Beide Schaltungen können in analoger ebenso wie in digitaler Form vorgesehen werden.
Der Ausgang 23 des Amplitudendetektors 21 ist mit einem Eingang von einem Komparator 24 verbunden, an dessen anderem Eingang 25 ein Amplitudenreferenzsignal A_ref von einer Referenzquellenvorrichtung angelegt wird.
An dem Ausgang 26 des Komparators 24 wird ein Signal zugeführt, das die Differenzen zwischen der gegenwärtigen Amplituden des Oszillators 17 und der Entwurfsamplitude, wie durch A_ref dargestellt, anzeigt.
Diese Ausgabe wird einem Regelkreis 27 zugeführt, dessen Ausgang 28 ein erstes Abstimmungssteuersignal für den Oszillatorteil 17 und den Filterteil 16 bereitstellt.
Geeignete Komparatorvorrichtungen und Regelvorrichtungen sind in der Technik sowohl analog als auch digital bekannt.
Gleichermaßen wird ein zweites Abstimmungssteuersignal 33 zum Abstimmen der Frequenz des Oszillators 17 durch den Frequenzdetektor 22 erreicht, dessen Ausgang 29 und ein Frequenzreferenzsignal F_ref 30 von einer Frequenzreferenzquellenvorrichtung dem Eingang eines Komparators 31 zugeführt werden. Der Ausgang von dem Komparator 31 zeigt eine Frequenzabweichung zwischen der gegenwärtigen Frequenz und der Entwurfsfrequenz des Oszillators 17 an und wird zu einem Regler 39 eingegeben, der das Frequenzabstimmungssteuersignal 33 bereitstellt.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind die Regler 27 und 39 angeordnet zum Speichern der Abstimmungssteuersignale 28 und 33 unter der Steuerung eines Rx-Schlitz-Zeitabstimmungssignals, das an einem Anschluss 34 vorgesehen ist, der mit einem Steuereingang 35 des Oszillatorteils 17, einem Steuereingang 36 des Reglers 39, einem Steuereingang 37 von dem Regler 27 und optional einem Steuereingang des Filterteils 16 verbindet.
In dem Fall von digitalen Reglern 27, 39 können die Abstimmungssteuersignale 28 und 33 digital gespeichert werden, vorzugsweise in einer digitalen Speichervorrichtung des Typs, der wenn nicht in Betrieb ist, in einen Niedrigenergieverbrauchsschlafmodus versetzt wird. Dies geschieht dazu, um einen so niedrig wie möglichen Energieverbrauch zu erreichen. Es wird einem Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass die Abstimmungssteuersignale auf verschiedene Art und Weise gespeichert werden können, und nicht notwendigerweise in den Reglern 27 und 39. Ferner können getrennte Vorrichtungen zum Speichern der Abstimmungssteuerinformation vorgesehen werden, oder die relevante Information kann z. B. in entweder dem Filterteil 16 oder dem Oszillatorteil 17 gespeichert werden. Dies geschieht vorausgesetzt, dass die gespeicherte Information während Inbetriebnahme der Filtervorrichtung 15 zugreifbar ist.
In einer TDMA-Funkkommunikationseinrichtung werden die Filtervorrichtungen 15 derart betrieben, das an dem Ende eines Empfangsschlitzes oder Empfangsschlitzen in einem Rahmen die Abstimmungssteuersignale 28 und 33 gespeichert werden und die Filtervorrichtungen 15 außer Betrieb geschaltet werden. Um Daten in dem Empfangsschlitz oder Schlitzen eines nachfolgenden Rahmens zu empfangen, werden die Filtervorrichtungen 15 unter Verwendung der gespeicherten Abstimmungssteuersignale 28, 33 des vorherigen Rahmens hochgefahren und abgestimmt. Unter Annahme dessen, dass die gespeicherten Abstimmungssteuersignale noch gültig sind, was in dem Fall während einer laufenden Kommunikation äußerst wahrscheinlich ist, ist eine sehr rasche Inbetriebnahme des Filterteils 16 möglich, ohne für die relativ lange Zeit warten zu müssen, nach der der Oszillator 17 stabil geworden ist, d. h. dass die Abstimmungssteuersignale 28 und 33 leicht verfügbar sind.
Insbesondere in dem Fall von Filtervorrichtungen, die eine hohe Selektivität vorsehen müssen, kann es eine beträchtliche Zeit dauern, bevor der Oszillator in seinem stabilen Betriebsmodus ist, wegen des hohen Qualitätsfaktors (Q), der zum Erhalten genauer Abstimmungssteuersignale von der Filtervorrichtung 15 erforderlich ist.
4 zeigt ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm eines Filters, der die erforderliche Selektivität für eine Operation in einer DECT-Funkkommunikationsausrüstung vorsieht.
Es wird eine Filterstruktur einer achten Ordnung gezeigt, die aus vier kapazitiv gekoppelten Resonatoren (RES 1, 2, 3, 4) mit Abschlusswiderständen Rs (an dem Eingang) und R1 (an dem Ausgang) des Filters besteht. Die Resonatoren 1, 2, 3 und 4 sind durch Kondensatoren C12, C23 bzw. C34 gekoppelt. Vin stellt ein Eingangssignal und Vout stellt ein Ausgangssignal des Filters dar.
Jeder Resonator 1, 2, 3, 4 wird durch zwei gegenparallele Transkonduktoren 43, 44 implementiert, die mit Kondensatoren Ca, Cb, Cc, Cd verbunden sind, wie in dem Blockdiagramm von 5 gezeigt. Die Kondensatoren sind in einen gemeinsamen Teil Ca, um eine Instabilität im gemeinsamen Modus zu vermeiden, und einen Differenzialteil Cb aufgeteilt. Dies sieht auch ein schnelleres Verhalten bei Inbetriebnahme wegen der reduzierten Kapazität des gemeinsamen Teils vor, die eine Zeitkonstante mit einem relativen hohen Ausgangswiderstand im gemeinsamen Modus der Transkonduktoren 43, 44 bildet. Der Oszillator 17 (3) ist gestaltet, mit dem Resonator übereinzustimmen, um Frequenz- und Amplitudeninformation zu extrahieren, um den Filter abzustimmen, wie oben beschrieben. Es wird Filtereingangsschaltungstechnik vorgesehen, umfassend Transkonduktoren 41 und 42 und geeignete Widerstände Ra, Rb, Rc, Rd, um einen ausgewogenen Filterentwurf vorzusehen, zur Verwendung mit ausgewogenen Mischer-, Verstärker- und Begrenzerschaltungen, die in 2 gezeigt werden. Kondensatoren C12, C'12 sehen das Koppeln mit einem anderen Resonator derart vor, um die in 4 gezeigte Filterschaltung vorzusehen.
Jeder Transkonduktor 41, 42, 43, 44 wird implementiert, wie in 6 gezeigt. Die Rückkopplungsschaltung im gemeinsamen Modus wird nicht gezeigt. Es wird Emittergegenkopplung zur Transkonduktor-Linearisierung verwendet. Die Frequenzabstimmung wird durch Ein- oder Ausschalten eines Feldes von parallelen emitter-gegengekoppelten Differenzialpaaren T3, T4 realisiert. Der Resonator-Qualitätsfaktor wird durch Rq, Cq und den Emitterwiderstand der Eingangstransistoren T1 und T2 bestimmt. Deshalb kann Q- oder Amplitudenabstimmung einfach durch Abstimmung des Vorspannstroms Iq der Eingangstransistoren realisiert werden. Rq wird gewählt, um die Phase der Transkonduktor-Kondensator-Kombination auf –90° bei der Mittelfrequenz f₀ des Filters einzustellen. Variierender Iq führt zu einem Phasenabstimmungsbereich. Alle Transkonduktoren sind gleich und identisch, um einen guten Abgleich zu erleichtern und einen gleichen Eingangsspannungsbereich von jeder Stufe vorzusehen.
Der Filter wird in einem 15-GHz-F_T-Bipolarprozess implementiert, der auch verwendet wird, um Transceiver-ASIC's für TDMA-, DECT-Transceiverausrüstung vorzusehen.
Die Transistoren T5, T6, T7 und T8 ebenso wie die Widerstände Rt werden vorgesehen, um den Strom in dem Differenzialpaar T3, T4 einzustellen. IQ, Io und 2Io stellen Stromquellen dar, wie sie etwa im Stand der Technik gut bekannt sind.
7 zeigt einen Transkonduktor gemäß 6, der für eine digitale Frequenzabstimmung durch Ein- oder Ausschalten eines Feldes von parallelen ermitter-gegengekoppelten Differenzialpaaren 51 ausgerüstet ist. In der Schaltung von 6 werden T3, R, R, T4 und die Stromquelle 2Io durch die Schaltung von 7 ersetzt.
Das Differenzialpaar mit Rz ist stets aktiv und wird die minimale erforderliche Transkonduktanz einstellen. Die Transkonduktanz des signifikantesten Differenzialpaars mit Widerständen r wird gewählt, um eine nominale Transkonduktanz zusammen mit einem Paar Rz zu ergeben. Die weniger signifikanten Paare werden einen Gegenkopplungswiderstand 2r, 4r, 8r etc. haben. Durch Auswählen der Ströme I, l/2I, l/4I, l/8I wird die Spannung über den Gegenkopplungswiderständen konstant sein und deshalb werden alle gegengekoppelten Differenzialpaare bei dem gleichen (hohen) Signalpegel abschneiden. Schalten der Differenzialpaare kann durch die Schaltwiderstände 53 über ihre Schalteingänge 54, 55 bzw. 56 erhalten werden.
Der Annehmlichkeit wegen wurde in 7 nur eine begrenzte Anzahl von Differenzialpaaren 51 gezeigt.
8 zeigt eine weitere Schaltung zur Verwendung mit dem Transkonduktor gem. 6 und 7 zur Kompensation des gut bekannten Early-Effekts.
In der in 8 gezeigten Schaltung, die eine Anzahl von Stromspiegelschaltungen mit einer gleichen Übertragungsrate umfasst, wird der Einfluss des Early-Effekts über den Kollektor- und Ermitteranschlüssen einer Stromspiegelschaltung, angezeigt durch e, durch Absenken des Referenzstroms Io kompensiert, wenn die Versorgungsleistung Vdd erhöht wird, was in 8 durch die gestrichelte Linie 57 angezeigt wird. Mit dieser Maßnahme wird ein Zuführungsspannungsregler vermieden, wodurch der zusätzliche Zuführungsspannungsverlust von 300 mV vermieden wird, was in Niederspannungsanwendungen zu einer beträchtlichen Erhöhung in dem dynamischen Bereich des Filters führen kann.
Für weitere Details bezüglich des Filter- und Transkonduktor-Entwurfs wird auf den Bericht "Realisation of a 10 MHz integrated bipolar DECT band-pass filter" von P. M. Stroet, University of Twente verwiesen, wobei der Bericht hierin durch Bezugnahme einbezogen wird.
8 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Funktelefonapparats, der Frequenz- oder Taktsteuerungsschaltungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Funktelefonapparat 60 hat vier wesentliche Baublöcke, d. h. eine zentrale Steuer- und Anwendungslogikeinheit 61, eine Funkeinheit 62, eine Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuereinheit 63 und eine Sprachbearbeitungseinheit 64.
Die Funkeinheit 62 umfasst eine Luftschnittstelle 65 mit einem Antennensystem, das mit einer Transceiver-Einheit gekoppelt ist, die einen Sender/Modulator und einen Empfänger/Demodulator (nicht gezeigt) umfasst.
Die Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuereinheit 63 empfängt über die Luftschnittstelle 65 und die Funkeinheit 62 Daten von einer Basisstation, wobei die Daten Prozesse in Übereinstimmung mit der Systemtaktzeitabstimmung sind, die durch einen Funkaustausch bereitgestellt werden. Signalisierungs- und Synchronisationsinformation wird durch die Einheit 63 aus den empfangenen Daten entfernt und empfangene Sprachdaten werden der Sprachbearbeitungseinheit 64 zugeführt. Die Sprachbearbeitungseinheit 64 kümmert sich unter anderem um das Entschlüsseln von empfangenen Daten. Ein Kodierer-Dekodierer 66 dekodiert die empfangenen digitalisierten Sprachdaten in eine Form, um sie einem Benutzer des Handapparats über einen Lautsprecher 67, der mit dem Kodierer-Dekodierer 66 verbunden ist, hörbar zu machen.
Sprache, die durch den Benutzer erzeugt wird, wird durch ein Mikrofon 68 empfangen und durch den Kodierer-Dekodierer 66 in ein geeignetes digitales Format kodiert. Diese kodierten Sprachdaten werden der Sprachbearbeitungseinheit 64 zugeführt, die sich unter anderem um eine Verschlüsselung der Sprachdaten kümmert. Die Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuereinheit 63 fügt den verschlüsselten Sprachdaten geeignete Synchronisations- und Signalisierungsinformation hinzu. Die Funkeinheit 62 sendet diese Signalisierungs- und Sprachdaten über die Luftschnittstelle 65 zum Empfang durch eine Basisstation des Kommunikationssystems, mit der sich der Telefonapparat 60 operativ verbindet.
Die zentrale Steuer- und Anwendungslogikeinheit 61 umfasst einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller und Speichervorrichtungen und verbindet sich mit der Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuereinheit 63. Die zentrale Steuereinheit 61 steuert im wesentlichen die Systemdaten und die Kommunikation mit dem Benutzer des Funktelefonapparats 60 über eine Tastenfeldvorrichtung 69, Anzeigevorrichtung 73 und Rufgeneratorvorrichtung 70, die alle mit der zentralen Steuereinheit 61 verbunden sind. Ferner verbindet sich eine externe Schnittstelle 75 mit der zentralen Steuereinheit 61 zum Zweck einer externen Steuerung und Datenbearbeitung. Rahmen- und Zeitschlitzzuordnung und in dem Fall einer Mehrfachträger-Mehrfachzeitschlitz-Technologie wie etwa DECT auch die verschiedenen Kombinationen von Trägerfrequenzen und Zeitschlitzen, werden durch die zentrale Steuereinheit 61 gesteuert und in der Speichervorrichtung gespeichert.
Die Rufgeneratorvorrichtung 70 verbindet sich mit einem Summer 71 zum Erzeugen eines Ruf- oder Alarmgeräuschs bei der Ankunft eines Rufes. Optional kann ein visuelles Alarmsignal durch eine Lampe oder eine Leuchtdiode (Light Emitting Diode, LED) 72 ausgegeben werden, die wie gezeigt verbunden ist. Die Anzeigevorrichtungen 73, wie etwa eine LCD-Einrichtung, werden operativ mit der zentralen Steuereinheit 61 zum Anzeigen von Rufinformation und anderen Benutzer- und Systemdaten verbunden.
Für die umfassende Energieversorgung des Telefonapparats 60 ist eine Batterie- und Energieversorgungseinheit 74 enthalten.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuereinheit 63 derart gesteuert, um zu funktionieren.
Obwohl die vorliegende Erfindung allgemein in Bezug auf ein DECT-Funktelefon-Kommunikationssystem dargestellt wird, ist sie nicht darauf begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann mit anderen TDMA-Kommunikationssystemen verwendet werden, wie sie etwa in Übereinstimmung mit dem GSM (globales System für mobile Kommunikation, Global System for Mobile Communication), PHS (persönliches Handtelefonsystem, Personal Handyphone System) etc. arbeiten.

Claims

Eine TDMA- bzw. Zeitvielfachzugriff-Funkkommunikationseinrichtung, eingerichtet zum Empfangen von Funksignalisierung und Informationsdaten in Empfangszeitschlitzen, eine Empfängerschaltungseinrichtung umfassend mit einer Steuervorrichtung und einer Filtervorrichtung zum Filtern von empfangenen Funksignalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung ein abstimmbares Filterteil (16) umfasst und ein abstimmbares Oszillator- oder Resonatorteil (17), derart funktionsfähig verbunden, dass für das Abstimmen des Oszillatorteils wirksame Steuersignale auch wirksam sind für das Abstimmen des Filterteils, eine Detektorvorrichtung (21, 22) für das Erfassen des Oszillatorbetriebs, eine Referenzquellenvorrichtung (25, 30) und eine Komparatorvorrichtung (24, 31), eingerichtet zum Bereitstellen der Abstimmsteuersignale von der Detektorvorrichtung zum Abstimmen des Oszillators zum Arbeiten in Übereinstimmung mit der Referenzquellenvorrichtung, und eine Speichervorrichtung (37, 39) zum Speichern der Abstimmsteuersignale, wenn die Filtervorrichtung unwirksam gemacht wird und zum Ingangsetzen der Filtervorrichtung durch das Verwenden der gespeicherten Abstimmsteuersignale.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach Anspruch 1, außerdem eine Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuervorrichtung umfassend, wobei gesteuert durch diese Zeitabstimmungs- und Synchronisationssteuervorrichtung die Abstimmsteuersignale am Ende des Empfangszeitschlitzes oder der Schlitze in einem Rahmen abgelegt werden und wobei die abgelegten Abstimmsteuersignale des Rahmens befähigt sind, die Filtervorrichtung in Gang zu setzen zum Empfangen von Empfangszeitschlitz oder Schlitzen eines nachfolgenden Rahmens.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Filtervorrichtung eine digital steuerbare Filtervorrichtung ist und eine digitale Speichervorrichtung umfasst zum Speichern des Abstimmsteuersignals in einem Digitalformat.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die digitale Speichervorrichtung von einer Art ist, die, wenn sie nicht wirksam ist, in einen Niedrigenergieverbrauchsschlafmodus versetzt werden kann.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine oder alle von Erfassungsvorrichtung, Komparatorvorrichtung und Referenzquellenvorrichtung digital arbeitende Vorrichtungen sind.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorvorrichtung eine Amplitudendetektorvorrichtung (21) umfasst und eine Frequenzdetektorvorrichtung (22) für das Erfassen der Amplitude und Frequenz des Ausgangssignals des Oszillatorteils, wobei diese Referenzvorrichtung eingerichtet ist zum Einstellen einer Amplitude und Frequenz des Oszillatorausgangssignals und wobei die Komparatorvorrichtung Amplituden- oder Qualitätsabstimmsteuersignale bereitstellt und Frequenzabstimmsteuersignale zum Abstimmen des Oszillatorteils und des Filterteils der Filtervorrichtung.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterteil und das Oszillatorteil abstimmbare Transkonduktortransistorstufen umfassen.
TDMA-Funkkommunikationseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Transkonduktorstufen digital abstimmbar sind durch das Umfassen mehrerer Differenzpaare, gesteuert durch eine Vielzahl von unterschiedlich dimensionierten schaltbaren Stromeinrichtungen zum Steuern des Stroms in einem Differenzpaar.
Empfänger- ASIC bzw. Empfängeranwendungsspezifische integrierte Schaltung, eingerichtet zur Verwendung in einer TDMA-Funksenderempfängervorrichtung, wobei die ASIC eine Ein-Chip-Filtervorrichtung umfasst entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche.
Funkkommunikationseinheit wie zum Beispiel ein Funktelefon zur Verwendung in einem TDMA-Funkkommunikationssystem, eine Senderempfängervorrichtung umfassend, eine Zeitabstimm- und Synchronisationssteuervorrichtung und eine Informations- und Signalisierungsverarbeitungsvorrichtung, wobei die Senderempfängervorrichtung eine Filtervorrichtung umfasst entsprechend einem der vorhergehenden Ansprüche.