DE69922584T2

DE69922584T2 - Hochfrequenzumsetzer

Info

Publication number: DE69922584T2
Application number: DE69922584T
Authority: DE
Inventors: Fugi Yang; Pierre Genest; Eric Dussauby; Corine Berland; Arnaud Maecker
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: EP1482635A2; CA2272077A1; AU744555B2; EP0964523B1; DE69922584D1; US6161000A; EP0964523A1; DE69939280D1; EP1482635B1; EP1482635A3; ES2235448T3; FR2779890B1; ES2312891T3; JP2000031898A; AU3396799A; FR2779890A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Sende- und Empfangskette sowie ein Sendeverfahren, das insbesondere auf dem Gebiet der Mobiltelefonie eingesetzt werden kann. Das bevorzugte Gebiet der Erfindung ist dasjenige der Mobiltelefonie, weil es in der TDMA- ebenso wie in der FDMA-Mobiltelefonie notwendig ist, regelmäßige Sendefrequenzsprünge herbeizuführen. Aus der Sicht des Systems der Mobiltelefonie dienen diese Sprünge dazu, den Kanal zu wechseln und somit das Rauschen zu verteilen, das in den einzelnen Frequenzbändern zwischen mehreren Verbindungen vorhanden ist, die zwischen Mobiltelefonen und Basisstationen ausgetauscht werden. Die Erfindung zielt somit darauf ab, Frequenzagilität zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang könnte sie auch im Bereich der Radartechnik, zum Beispiel für Gegenmaßnahmen, zum Einsatz kommen.
Sendeketten umfassen im allgemeinen eine Gruppe von Phasenregelkreisen ("PLL-Schaltkreise" für "Phase-Locked-Loop"). Jeder Phasenregelkreis ist mit einem spannungsgesteuerten Osziliator ausgestattet. Das Prinzip dieser Sendeketten besteht darin, die von den Phasenregelkreisen erzeugten Wellen so zu mischen, dass eine Sendewelle erzeugt wird. Im allgemeinen wird ein erster Regelkreis zusammengestellt, dessen Oszillator mit einer Zwischenfrequenz schwingt, zum Beispiel um 100 oder 200 MHz, und ein zweiter Regelkreis, dessen Oszillator mit einer Umsetzungsfrequenz schwingt. Zum Beispiel kann auf dem Gebiet von GSM die Umsetzungsfrequenz in der Größenordnung von 800 MHz liegen und führt daraus zu einem Sendevorgang um 900 MHz. Im Rahmen des DCS-Protokolls liegt sie in der Größenordnung von 1700 MHz und führt zu einem Sendevorgang um 1800 MHz. Die Kombination dieser beiden Wellen mit Zwischenfrequenz und Umsetzungsfrequenz erfolgt im allgemeinen direkt. Sie kann auch im Rahmen eines dritten Regelkreises ausgeführt werden. Das Signal des Zwischenfrequenz-Regelkreises dient dann als Sollwert für einen Phasenkomparator des dritten Regelkreises, der ein Signal empfängt, das sich aus der Subtraktion des Signals mit Umsetzungsfrequenz von einem Signal mit einer Sendefrequenz ergibt.
Ein Phasenregelkreis umfasst im wesentlichen einen spannungsgesteuerten Oszillator mit durchstimmbarer Frequenz, der am Ausgang mit dem Eingang eines Phasenkomparators verbunden ist, der außerdem ein als Führungsgröße dienendes Signal mit einer einzuhaltenden Frequenz empfängt. Der Phasenkomparator liefert ein Steuersignal, das vorzugsweise in einem Tiefpassfilter gefiltert wird. Das vom Tiefpassfilter gelieferte Steuersignal dient zur Steuerung des spannungsgesteuerten Oszillators. Diese Anordnung führt dazu, dass man am Ausgang des Oszillators über ein Signal verfügt, dessen Frequenz ein mit einem Teilungsfaktor des Frequenzteilers multipliziertes Vielfaches der Frequenz des Signals ist, das als Führungsgröße in den Phasenkomparator eingespeist wird.
Die Frequenzsprünge, die Vielfachen einer genormten Kanalbandbreite entsprechen, sind Vielfache von genormten Werten. Beispielsweise wählt man im Rahmen des GSM-Netzes Kanalbandbreiten von 200 kHz. Die verschiedenen Kanäle sind somit voneinander durch einen Frequenzabstand gleich 200 kHz entfernt.
Nach dem Stand der Technik, insbesondere in dem Werk "Phaselock Techniques" von Floyd M. Gardner, verlegt bei John Wiley & Sons 1979, S. 211, sowie in "Phase no[i]se in signal sources" von W.P. Robins, verlegt bei Peter Peregrinus Ltd 1982, S. 116, ist bekannt, dass zur Durchführung von Frequenzsprüngen der Teilungsfaktor des in den Frequenzumsetzungsregelkreis eingebauten Teilers so verändert wird, dass durch Addition bzw. Subtraktion die erwarteten Sprünge ausgelöst werden. Beispielweise liegt im Rahmen des GSM-Netzes mit einem Abstand von 200 kHz und Umsetzungsfrequenzen gleich 1700 MHz der Teilungsfaktor in der Größenordnung von 8500. Dieser Faktor fällt um einen oder mehrere Einerschritte unterschiedlich aus, je nachdem, ob der auszuführende Frequenzsprung einmal oder mehrmals dem Schritt von 200 kHz entspricht.
Eine derartige Lösung ist nicht vollständig zufriedenstellend, weil der Regelkreis mit der Umsetzungsfrequenz mit Frequenzteiler leider trotz aller im Hinblick auf seine Ausführung getroffenen Vorsichtsmaßnahmen zur Erzeugung von störenden Rauschphänomenen im gesendeten Band führt, denn der Oszillator und alle in einem solchen Regelkreis vorhandenen Bauteile erzeugen ein Rauschen. Faktisch ist das Rauschen am Ausgang einer solchen Sendekette in diesem Fall im wesentlichen proportional zum Teilungsfaktor des Teilers des Frequenzumsetzungsregelkreises.
In der Erfindung ist vorgesehen, für dieses Problem Abhilfe zu schaffen, indem der für den Sendevorgang gesuchte Frequenzschritt, der einen geringen Wert aufweisen muss (200 kHz im bevorzugten Beispiel), dadurch ausgeführt wird, dass eine Subtraktion zwischen zwei Schritten durchgeführt wird, die ihrerseits nicht gering sind. In einem Beispiel entspricht ein erster Änderungsschritt 5,2 MHz bei einer Vergleichsfrequenz von 2,6 MHz. Ein anderer Schritt entspricht 5 MHz bei einer Vergleichsfrequenz von 1 MHz. Nun kann man durch Subtraktion zwischen diesen beiden Änderungsschritten einen geringen Schritt erhalten, ohne dass man dafür jemals kleine Frequenzänderungen auslösen müsste. In der Erfindung erhält man die Subtraktion, indem man die Frequenz des Regelkreises mit Umsetzungsfrequenz (um den Schritt von 5,2 MHz) ansteigen lässt, während man die Frequenz des Regelkreises mit Zwischenfrequenz (um den Schritt von 5 MHz) abnehmen lässt. Zum Zeitpunkt der Addition erhält man einen Schritt von geringem Wert (0,2 MHz).
Unter diesen Bedingungen kann man zeigen, dass der Teilungsfaktor des Teilers für den Regelkreis mit Umsetzungsfrequenz von 8500 auf etwa 600 übergehen kann.
Im übrigen müssen, wenn man einen Frequenzsprung durchführt, die Phasenregelkreise den neuen Frequenzwert so schnell wie möglich erreichen. Die Anpassungsgeschwindigkeit des Regelkreises ist proportional zur Breite des durchgelassenen Frequenzbandes des mit dem Komparatorausgang verbundenen Tiefpassfilters. Aufgrund dessen, dass die Vergleichsfrequenz bei der Erfindung viel höher ist, ist es möglich, eine viel höhere Grenzfrequenz zu haben. Mit einer viel höheren Grenzfrequenz des Filters ist folglich die Anpassungszeit geringer. Bei der Erfindung ist diese Geschwindigkeit folglich deutlich höher und die Anpassung schneller aufgrund der Tatsache, dass in den Regelkreisen selbst eine viel höhere Vergleichsfrequenz für die Frequenzsprünge gewählt wird.
Schließlich ist es aufgrund der Tatsache, dass bei der Erfindung das Rauschen der Schaltkreise geringer ist, möglich, sie auf ein und derselben integrierten Schaltung zu integrieren, was die hierfür anfallenden Kosten erheblich verringert und die Zuverlässigkeit dieser Vorrichtungen sehr stark erhöht.
Um dieses erste Problem zu lösen, hat die Erfindung daher eine Sendekette zum Gegenstand, insbesondere für ein Mobiltelefon, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Phasenregelkreis (PLL-Schaltkreis) umfasst, die untereinander verbunden sind, um jeweils ein Signal mit einer Zwischenfrequenz, ein Signal mit einer Umsetzungsfrequenz bzw. ein Signal mit einer Sendefrequenz zu erzeugen, wobei der Wert der Sendefrequenz gleich der Summe der Werte von Zwischenfrequenz und Umsetzungsfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von Zwischenfrequenz und Umsetzungsfrequenz durch Teilungsschaltungen programmierbar sind, und dadurch, dass die Veränderungen der Faktoren dieser Teilungsschaltungen untereinander durch eine Änderung der zu erhaltenden Sendefrequenz verknüpft sind.
Sie hat auch ein Sendeverfahren zum Gegenstand, insbesondere für ein Mobiltelefon, das die folgenden Schritte umfasst:

– ein erster, ein zweiter und ein dritter Phasenregelkreis (PLL-Schaltkreis) werden in Betrieb gesetzt, um jeweils ein Signal mit einer Zwischenfrequenz, ein Signal mit einer Umsetzungsfrequenz und ein Signal mit einer Sendefrequenz zu erzeugen;
– die drei Regelkreise werden untereinander verbunden, damit der Wert der Sendefrequenz gleich der Summe der Werte der Zwischenfrequenz und der Umsetzungsfrequenz ist;

Ein anderes Problem tritt bei Sendern bzw. Empfängern von Mobiltelefonen auf, wenn der Informationsdurchsatz erhöht wird, insbesondere im Rahmen der Norm HSCSD-JPRS. Im allgemeinen werden nämlich bei diesen Mobiltelefonen Einsparungen vorgenommen, indem ein Teil der zum Senden nutzbaren Schaltkreise für den Empfang verwendet wird. Aufgrund dessen, dass die Sende- und Empfangsfrequenzbänder verschieden sind, muss am Ende eines Sende- (oder Empfangs-) Zeitfensters ein Frequenzsprung durchgeführt werden, um den Empfänger (oder Sender) um eine andere Trägerfrequenz herum zu synchronisieren als die Sende- (bzw. Empfangs-) Trägerfrequenz. Außerdem ist vorgesehen, dass im Fall von Übertragungen mit großem Datendurchsatz (56 kBit/s) ein Sender während zwei oder sogar mehreren aufeinanderfolgenden Zeitfenstern innerhalb desselben GSM-Datenblocks ("Frame") senden kann. In diesem Fall wird die verbleibende Zeit um den Frequenzsprung zwischen der Sendeträgerwelle und der Empfangsträgerwelle oder umgekehrt verkürzt. Er kann zum Beispiel so kurz wie ein einziges GSM-Fenster werden (und nicht mehr gleich mindestens einer Datenblock-Zeit). In diesem Fall ist die Anpassungszeit, selbst wenn sie, wie oben beschrieben, verbessert ist, zu lang.
Um dieses zweite Problem zu lösen, ist in der Erfindung vorgesehen, die Sende- und Empfangskette mit einem für den Empfang reservierten Phasen regelkreis (PLL-Schaltkreis) sowie mit zwei spannungsgesteuerten Oszillatoren auszustatten. Einer dieser Oszillatoren dient zum Senden, der andere zum Empfangen. Es ist dann möglich, eine Vorwegnahme des Synchronisierens eines Phasenregelkreises durchzuführen, um die Anpassung in Gang zu setzen. Auf diese Weise löst man das Problem der Frequenzstabilisierung der Trägersignale zum gewünschten Zeitpunkt.
Die Erfindung hat daher auch eine Sende- und Empfangskette zum Gegenstand, insbesondere für ein Mobiltelefon, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Phasenregelkreis (PLL-Schaltkreis) umfasst, die untereinander verbunden sind, um jeweils ein Signal mit einer Zwischenfrequenz, ein Signal mit einer Umsetzungsfrequenz bzw. ein Signal mit einer Sendefrequenz zu erzeugen, wobei der Wert der Sendefrequenz gleich der Summe der Werte von Zwischenfrequenz und Umsetzungsfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzungsregelkreis zu einem ersten und einem zweiten Umsetzungsregelkreis verdoppelt ist, um seine Funktion jeweils in einem Sendekreis bzw. in einem Empfangskreis zu erfüllen, wobei jeder dieser beiden Regelkreise in Reihe geschaltet einen spannungsgesteuerten durchstimmbaren Oszillator, einen Frequenzteiler, einen Phasenkomparator und ein Tiefpassfilter umfasst.
Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und der Betrachtung der ihr beigefügten Abbildungen leichter verständlich werden. Diese werden lediglich zur Information und ohne jede einschränkende Wirkung in bezug auf die Erfindung vorgelegt. Die Abbildungen zeigen:
1: Ein Funktionsschaltbild einer Sendekette gemäß der Erfindung, die außerdem einen mit ihr verbundenen Modulator umfasst und auf einer integrierten Schaltung ausgeführt ist;
2: Eine Tabelle, aus der die Entwicklungen der Teilungsfaktoren in den Regelkreisen mit Zwischenfrequenz und mit Umsetzungsfrequenz, die erhaltenen entsprechenden Frequenzabstände und die sich daraus ergebende Sendefrequenz ersichtlich werden;
3: Eine Kette gemäß der Erfindung, die mit jener von 1 vergleichbar ist und in welcher der Empfangskreis verändert wurde.
1 zeigt eine der Erfindung entsprechende Sendekette. Diese Sendekette ist insbesondere für eine Nutzung auf dem Gebiet der Mobiltelefonie bestimmt. Diese Kette umfasst drei Phasenregelkreise (PLL-Schaltkreise), die mit 1 bis 3 bezeichnet werden. Der erste Regelkreis 1 ist ein sogenannter Zwischenfrequenzkreis, und er erzeugt an seinem Ausgang 4 ein Signal mit einer Zwischenfrequenz. Der zweite Regelkreis 2 ist ein Regelkreis mit einer Umsetzungsfrequenz und erzeugt an seinem Ausgang 5 ein Signal mit einer Umsetzungsfrequenz. Der dritte Regelkreis ist der Sendekreis, und er erzeugt an seinem Ausgang 6 ein Signal mit einer Sendefrequenz. In einem Beispiel hat das am Ausgang 4 verfügbare Signal eine Frequenz in der Größenordnung von 100 MHz, das am Ausgang 5 verfügbare hat eine Frequenz in der Größenordnung von 1700 MHz. Der Wert der Sendefrequenz wird somit durch Addition des Wertes der Zwischenfrequenz und des Wertes der Umsetzungsfrequenz gebildet. Im Rahmen von DCS liegt die Sendefrequenz somit in der Größenordnung von 1800 MHz (mit Schwankungen je nach den Frequenzzuweisungen, die einem Telekommunikations-Netzbetreiber zugesprochen werden). Im Rahmen von GSM müssen diese Werte so geändert werden, dass die Sendefrequenz dem Wert von 900 MHz entspricht.
Es wäre jedoch möglich, die Sendefrequenz durch eine Subtraktion des Wertes der Zwischenfrequenz vom Wert der Umsetzungsfrequenz zu ermitteln. Man behält jedoch trotzdem auch in diesem Fall die Terminologie der Bildung durch Addition bei, da die Umsetzungsfrequenz in diesem Fall das Ergebnis der Addition der Sendefrequenz und der Zwischenfrequenz wäre.
Die Sendekette der Erfindung umfasst außerdem einen Modulatorkreis 7, der in die Verbindungen zwischen diesen Regelkreisen zwischengeschaltet ist. In dem dargestellten Beispiel ist der Modulatorkreis in die Verbindung zwischen dem Regelkreis 1 und dem Regelkreis 3 geschaltet. Er könnte gleichwohl auch zwischen beliebigen dieser Regelkreise geschaltet sein. Das Ziel besteht darin, das verfügbare Signal mit Sendefrequenz durch ein zu sendendes Modulationssignal zu modulieren. Das zu sendende Modulationssignal stellt die Information dar. Es ist hier ein analoges Signal mit zwei Komponenten 1 und Q (sowie ihren Komplementärwerten NI und NQ).
In dem Modulatorkreis 7 wird das am Ausgang 4 verfügbare Zwischenfrequenzsignal in einen 90°-Phasenschieber 8 eingespeist, dessen um 90° untereinander phasenverschobene Ausgänge die Mischer 9 bzw. 10 treiben. In bekannter Weise enthält der 90°-Phasenschieber einen doppelten Frequenzteiler, der eine Teilung durch zwei durchführt und jeweils durch eine steigende Flanke bzw. eine fallende Flanke des Zwischenfrequenzsignals ausgelöst wird. In der Praxis ist die Frequenz des berücksichtigten Zwischenfrequenzsignals aus diesem Grund das Doppelte der hier dargestellten Frequenz. Diese Klarstellung schmälert jedoch in keiner Weise die Allgemeingültigkeit der Erfindung, da für die Ausführung der Kette gemäß der Erfindung lediglich alle auf den ersten Regelkreis bezogenen Werte verdoppelt werden müssen. Die um 90° phasenverschobenen Komponenten des Zwischenfrequenzsignals werden mit den Signalen 1 bzw. Q gemischt. Die Ausgänge der Mischer 9 und 10 werden in einer Addiervorrichtung 11 kombiniert, welche ein moduliertes Signal liefert.
Jeder andere Typ eines Modulatorkreises könnte selbstverständlich auch in Betracht kommen. Insbesondere kann der Ort dieses Modulatorkreises unterschiedlich sein. In bestimmten Fällen ist der Modulatorkreis im Senderegelkreis angeordnet.
Die Frequenzabstimmung der Regelkreise 1 und 2 wird durch die Erzeugung eines Bezugssignals erreicht, das von einem Bezugskreis 12 erzeugt wird. In einem bevorzugten Beispiel, das zur Vereinfachung der Erklärung bis zum Ende dieser Darstellung verwendet wird, hat das von dem Bezugskreis 12 erzeugte Signal eine Frequenz Fref von 13 MHz. Dieses Signal könnte jedoch auch einen beliebigen anderen Wert haben. In einem Beispiel enthält der Bezugskreis 12 einen Quarz. Das Signal des Bezugskreises 12 wird insbesondere über Teiler 13 und 14 mit einem Wert von Mi bzw. Ms in die Eingänge für die Führungsgrößen der Phasenkomparatoren 15 und 16 der Regelkreise 1 bzw. 2 eingespeist. Die Phasenkomparatoren 15 und 16 empfangen außerdem Ausgangssignale, die von zwei spannungsgesteuerten Oszillatoren 17 und 18 dieser Regelkreise geliefert werden und die von den Teilern 19 und 20 mit dem Wert Ni und Ns in den Regelkreisen 1 bzw. 2 geteilt wurden.
Unter der Annahme, dass der Faktor Mi gleich 13 ist, hat das am Ausgang des Teilers 13 verfügbare Signal in diesem Fall eine Frequenz von 1 MHz. Das vom Phasenkomparator 15 gelieferte Signal steuert somit den Oszillator 17 in der Weise, dass das Ergebnis der Division des von diesem Oszillator 17 erzeugten Signals durch Ni seinerseits ein Signal mit 1 MHz ist. Infolgedessen hat das am Ausgang 4 verfügbare Signal eine Frequenz von Ni × 1 MHz. Mit anderen Worten besteht die Funktionsweise eines Regelkreises darin, am Ausgang ein Signal zu erzeugen, dessen Frequenz das Produkt der Frequenz des als Führungsgröße dienenden Signals mit dem Teilungsfaktor des Regelkreises ist. Im Regelkreis 1 weist der Oszillator 17 in einer bekannten Weise einen Ausgang auf, der mit dem Eingang des Teilers 19 und dem Eingang des Modulatorkreises 7 verbunden ist. Dieser Ausgang liefert das Zwischenfrequenzsignal.
Nach dem bisherigen Stand der Technik musste angesichts der Notwendigkeit, für die Frequenzsprünge einen Abstand von geringem Wert zu haben, vorzugsweise von 200 kHz, die Frequenz des als Führungsgröße dienenden Signals des Frequenzumsetzungs-Regelkreises 2 unbedingt mit diesem geringen Wert dargestellt werden. Unter diesen Bedingungen war der Teilungsfaktor Ns des Teilers 20 hoch. In einem Beispiel hatte er den Wert von 8500, um ein Signal mit 1700 MHz in ein Signal mit einer Frequenz umzuwandeln, die mit 200 kHz vergleichbar ist.
In der Erfindung geht man vollkommen anders vor, indem man feststellt, dass die am Ausgang 6 verfügbare Sendefrequenz das Ergebnis der Addition der Frequenz des am Ausgang 4 verfügbaren Signals mit der Frequenz des am Ausgang 5 verfügbaren Signals ist. Unter diesen Bedingungen entscheidet man sich dafür, die Frequenz des am Ausgang 5 verfügbaren Signals mit einem großen Schrittabstand ansteigen zu lassen. In einem Beispiel wurden für diesen großen Schritt 5,2 MHz mit einer Vergleichsfrequenz von 2,6 MHz gewählt. Zum Ausgleich entscheidet man sich dann dafür, die Frequenz des vom anderen Regelkreis, dem Regelkreis 1, gelieferten Signals ebenfalls mit einem großen Schrittabstand abnehmen zu lassen. Nach dem Stand der Technik hatte der Zwischenfrequenz-Regelkreis 1 einen festen Frequenzwert. In der Erfindung hat das in diesem Regelkreis verfügbare Signal eine Frequenz, die sich bei Frequenzsprüngen ändert.
Die Addition der beiden Signale wird vorzugsweise durch den dritten Regelkreis in folgender Weise ausgelöst. Der Regelkreis 3 enthält seinerseits auch einen spannungsgesteuerten Oszillator 21. Der Ausgang 6 des Oszillators 21 wird mit einer Sendevorrichtung verbunden, die einen Verstärker 23, einen Duplexer 24 und eine Sendeantenne 25 umfasst. Das am Ausgang 6 verfügbare Signal wird vor der Verstärkung auch von einem Messwertgeber 26 abgegriffen. Dieses abgegriffene Signal wird in einem Mischer 27 mit dem am Ausgang 5 des Regelkreises 2 verfügbaren Signal gemischt. Das aus der Mischung durch den Mischer 27 resultierende Signal, das an einem Ausgang 28 verfügbar ist, wird in einen Phasenkomparator 29 eingespeist, wo es mit dem von der Sendekette 7 gelieferten Signal verglichen wird, also, was die Trägerwelle der Sendefrequenz betrifft, mit dem vom Zwischenfrequenz-Regelkreis 1 gelieferten Signal. Der Mischer 27 führt die Subtraktion und die Addition der Frequenzen der am Ausgang 6 und am Ausgang 5 verfügbaren Signale durch. Mit einem Tiefpassfilter 33 wird die Additionskomponente eliminiert. Das vom Komparator 29 gelieferte Signal, das den Oszillator 21 steuert, bewirkt, dass das Ergebnis dieser Subtraktion, abgesehen von den Modulationssignalen I und Q, gleich sein muss wie das Zwischenfrequenzsignal.
Die Phasenkomparatoren 15, 16 und 29 sind mit den spannungsgesteuerten Oszillatoren 17, 18 und 21 jeweils über Tiefpassfilter 30, 31 und 32 verbunden. Das Filter 30 hat eine untere Grenzfrequenz in der Größenordnung von 100 kHz. Das Filter 31 hat eine untere Grenzfrequenz in der Größenordnung von 100 bis 200 kHz. Das Filter 32 hat eine untere Grenzfrequenz in der Größenordnung von 200 bis 300 kHz. Außerdem liegt die Grenzfrequenz des Filters 33 in der Größenordnung von 200 MHz. Die Filter 30 bis 33 sind Schieifenfilter.
In den dargestellten Schaftkreisen sind die Teiler 13, 14, 19 und 20 im wesentlichen programmierbar. Derartige Teiler können auf einfache Weise realisiert werden, wobei sie prinzipiell so aufgebaut sind, dass Zähler mit automatischer Nullrücksetzung und Neuauslösung verwendet werden, sobald sie einen zuvor aufgezeichneten Wert erreicht haben. Das Neuauslösungssignal dieser Zähler stellt das Signal mit geteilter Frequenz dar. Der voraufgezeichnete Wert stellt den Teilungsfaktor dar.
2 zeigt eine Tabelle, mit der einfach und in bezifferter Weise die Funktionsweise der Erfindung erklärt werden kann. In der Tabelle gibt eine erste Spalte 34 mögliche Werte des Teilungsfaktors Ni des Teilers 19 an. Eine zweite Spalte 35 gibt den Wert der dementsprechend am Ausgang 4 verfügbaren Zwischenfrequenz an. Eine dritte Spalte 36 gibt den Wert des Teilungsfaktors des Teilers 20 an. Eine vierte Spalte 37 gibt die Frequenz des Signals mit der am Ausgang 5 verfügbaren Umsetzungsfrequenz an. Eine letzte Spalte 38 gibt den Wert der Frequenz des daraus resultierenden Sendesignals an.
Wie bereits erklärt, hat der Faktor Mi des Teilers 13 vorzugsweise den Wert 13, sodass die Frequenz des als Führungsgröße dienenden Signals, das am Eingang des Komparators 15 eingelassen wird, den Wert von 1 MHz hat. Doch die Erklärung behält auch dann ihre Gültigkeit, wenn dieser Faktor Mi einen anderen Wert hat.
Wenn zum Beispiel in der ersten Zeile der Tabelle der Faktor Ni auf den Wert 98 festgelegt wird, hat die Frequenz des am anderen Eingang des Komparators 15 eingespeisten Signals den Wert der vom Oszillator 17 gelieferten Frequenz, geteilt durch 98. Sobald das Signal vom Komparator 15 verglichen und anschließend vom Filter 30 gefiltert wurde, wird das aus dem Vergleich resultierende Signal als Steuerung erneut in den Oszillator 17 eingespeist. Wenn Ni den Wert 98 hat, ist in der Praxis die Frequenz des am Ausgang 4 verfügbaren Signals ein Signal mit einer Frequenz von 98 MHz (98 × 1 MHz).
In einem bevorzugten Beispiel hat der Teiler 14 einen Teilungsfaktor Ms gleich 5. Gleichwohl könnte auch er einen anderen Wert haben. Infolgedessen hat das am Führungsgrößeneingang des Phasenkomparators 16 eingelassene Signal den Wert von 2,6 MHz. Nach derselben Überlegung wie zuvor hat das am Ausgang 5 des Oszillators 18 verfügbare Signal diesen Sollwert 2,6 MHz, multipliziert mit dem Faktor Ms. In einem Beispiel (erste Zeile der Tabelle) hat Ms den Wert 620. Dies führt dazu, dass man am Ausgang 5 über ein Signal verfügt, dessen Frequenz den Wert von 1612 MHz (620 × 2,6 MHz) hat. Nach dem Durchlaufen des Regelkreises 3 hat das am Ausgang 6 des Modulators verfügbare Signal den Wert 1710 MHz von Spalte 38 (1710 = 98 + 1612). Hierdurch hat man dadurch, dass der Faktor Ns niedrig ist, eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung angewendet.
Es ist darauf hinzuweisen, dass es aufgrund dessen, dass die Divisionen durch ganze Zahlen erfolgen müssen (die Verarbeitung wird in digitaler Form durchgeführt), nicht möglich ist, ausgehend von einem Signal mit 13 MHz, das vom Bezugskreis 12 geliefert wird, durch eine Division durch eine ganze Zahl Ms über einen Abstand von 5,2 MHz zu verfügen. Man hätte durch 2,5 teilen müssen, was nicht ganzzahlig ist. Daher entwickelt sich, um diese Schwierigkeit zu kompensieren, der Faktor Ns in Spalte 36 jeweils in Zweierschritten weiter.
Wenn man somit von da aus einen elementaren Frequenzsprung von 200 kHz ausführt, lässt man die Frequenz des Umsetzungsregelkreises um 5,2 MHz springen. Dies wird erreicht, indem man einen Faktor Ms mit 622 wählt, was zu einer Frequenz in diesem Regelkreis von 1617,2 MHz führt. Man stellt also fest, dass man im Vergleich zur vorhergehenden Situation einen Sprung von 5,2 MHz erreicht hat. Zum Ausgleich lässt man im Regelkreis 1 den Faktor Ni jeweils in Fünferschritten abnehmen. Er verändert sich somit von 98 zu 93. Wenn Ni den Wert 93 hat, hat nach dem, was zuvor gesagt wurde, das Zwischenfrequenzsignal den Wert von 93 MHz. Durch Kombination im Regelkreis 3 führten die Signale mit 93 MHz und mit 1617,2 MHz zu einem Signal von 1710,2 MHz. Man hat also auf diese Weise tatsächlich den Frequenzsprung mit einem kleinen Schritt (von 200 KHz) erreicht, indem man zwei große Schritte kombiniert hat, die untereinander eine Differenz gleich diesem kleinen Schritt aufweisen.
In dieser Weise fortsetzend, kann man die Sendefrequenz ändern, indem man den Faktor Ns um einen Zweierschritt steigen lässt, während der Faktor Ni um einen Fünferschritt abnimmt. Man kann selbstverständlich auch Frequenzen unter 1710 MHz erreichen, indem man den Faktor Ni auf 103, danach auf 108 usw. ansteigen lässt, und indem man den Faktor N2 auf 618, danach 616 usw. abnehmen lässt.
Man stellt folglich fest, dass die Änderungen der Teilungsfaktoren Ni und Ns über eine Änderung der Sendefrequenz verknüpft sind. Wenn der Änderungsschritt A des Faktors Ni den Wert von 5 hat, löst er einen Frequenzänderungsschritt "a" der Zwischenfrequenz von 5 MHz aus. Im zweiten Regelkreis löst ein Zweierschritt B von Ns einen Frequenzschritt "b" der Umsetzungsfrequenz von 5,2 MHz aus. Die Sendefrequenz entwickelt sich folglich in diesem Beispiel mit einem Frequenzschritt b-a gleich 200 kHz.
Die Umsetzungsfrequenz Ft hat den Wert Fref*Ns/Ms. Ebenso hat die Zwischenfrequenz Fi den Wert Fref*Ni/Mi. Daraus folgt, dass die Änderungen a und b dieser Frequenzen geschrieben werden können als b = Fref*ΔNs/Ms und a = Fref*ΔNi/Mi. Nun ist aber *ΔNs der Schritt B, während *ΔNi der Schritt A ist. Daraus folgt, dass a/b = (B/Ms)/(A/Mi). Man kann daraus ableiten, dass das Verhältnis Mi/Ms der Teilungsfaktoren der Teiler 13 und 14 gleich bzw. proportional zu Ab/aB ist. Man könnte im übrigen einen Schritt a wählen, der größer ist als der Schritt b. In diesem Fall wäre der Änderungsschritt der Sendefrequenz a-b.
Diese Vorgehensweise kann auf eine Grenze stoßen, nämlich die Fähigkeit des Regelkreises 1, sich in der gesamten Dynamik der gewünschten Frequenzen zu synchronisieren. Theoretisch könnte der Faktor Ni auf diese Weise bis auf 1 sinken. In der Praxis verwendet man Oszillatoren 17, die keinen vollständigen elektronischen Frequenz-Durchstimmbereich haben. In diesem Fall stellt man fest, dass die Frequenzschritte a und b auf unterschiedliche Weise kombiniert werden können. Zum Beispiel ist es, wie in der sechsten Zeile der Tabelle dargestellt, möglich, zu einer Sendefrequenz von 1711 MHz auf zwei verschiedene Weisen zu kommen. Entweder hat in logischer Fortsetzung der Änderung dieser Faktoren in den Spalten 34 bzw. 36 der Faktor Ni den Wert 73 und der Faktor Ns den Wert 630. Oder, was bevorzugt wird, der Faktor Ni hat den Wert 99, während der Faktor Ns den Wert 620 hat. In diesem Fall kommt man auch zu dem angestrebten Ergebnis, jedoch mit einer eingeschränkten Abtastung des Faktors Ni. Man verändert somit die Werte Modulo a und Modulo b, um ein Ergebnis Modulo a – Modulo b oder Modulo a + Modulo b zu erzeugen, das einen begrenzte Auslenkungsbereich des Faktors Ni ermöglicht.
1 zeigt schematisch noch ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, das in Form einer schraffierten Fläche 39 dargestellt ist. Die schraffierte Fläche 39 zeigt alle Einrichtungen des Modulators, die auf derselben integrierten Schaltung integriert werden können. Abgesehen von den Filtern 30 bis 33 sowie den spannungsgesteuerten Oszillatoren 18 und 21 können alle bis hier dargestellten Schaltungen auf derselben integrierten Schaltung 39 integriert werden. Dies führt dazu, dass man über eine sehr kostengünstige Architektur verfügt. Sogar der Oszillator 17 kann auf der integrierten Schaltung 39 integriert werden.
Außerdem wird am Ausgang des Oszillators 18 vor dem Eingang in den Mischer 27 in Kaskade ein Frequenzteiler 40 angeordnet, der eine Teilung durch zwei durchführt. Der Teiler 40 ist schaltbar. Er ermöglicht, die Frequenz des Signals mit der Umsetzungsfrequenz durch zwei zu teilen oder nicht durch zwei zu teilen. In der Praxis kann ein solcher Teiler 40 die Möglichkeit bieten, vom DCS-Protokoll (1800 MHz) zum GSM-Protokoll überzugehen, ohne eine verdoppelte Schaltung entwickeln zu müssen. Der Teiler 40 ist vorzugsweise ebenfalls auf der Schaltung 39 integriert.
1 zeigt noch, dass man am Ausgang des Duplexers 24 einen Empfangskreis anschließen kann, der einen Demodulator 41 enthält, welcher die Signale 1 und Q (oder NI und NQ) erzeugt, indem das empfangene Signal in den Mischern 42 und 43 mit einem vom Regelkreis 2 erzeugten Signal gemischt wird und in einen 90°-Phasenschieber 44 eintritt. Das Problem des Rauschens ist beim Empfang weniger ausschlaggebend. In diesem Fall sind zum Zeitpunkt des Empfangs die Regelkreise 1 und 3 deaktiviert, und der Regelkreis 2 erzeugt direkt ein Signal mit der Empfangsfrequenz. Bei dieser Nutzungsweise wird dem Teiler 14 ein Teilungsfaktor Ms zugewiesen, der den Wert 65 hat, um eine Vergleichsfrequenz von 200 kHz zu erzeugen, während der Teiler Ns den Wert 8500 hat, damit der Oszillator 18 ein Signal in der Größenordnung von 1800 MHz im Rahmen des DCS-Protokolls erzeugt. In diesem Rahmen erfolgt die Demodulation direkt, ohne einen Zwischenfrequenzschritt zu durchlaufen.
3 wiederholt dieselben Elemente, wie sie in 1 dargestellt waren, jedoch mit dem Unterschied, dass der Oszillator 18 keinen zu großen Variationsbereich besitzt. Man unterscheidet hier nämlich einen Oszillator 18, der zum Senden dient und dessen Variationsbereich im Fall von DCS typischerweise zwischen 1530 und 1654 MHz liegt, während ein Oszillator 45, der zum Empfangen dient, einen Bereich besitzt, der sich zwischen 1805 und 1920 MHz bewegt, auch hier im Fall von DCS. Im Gegensatz dazu musste in dem Plan von 1 der Oszillator eine Dynamik haben, mit der das Empfangsband und das Sendeband abgedeckt werden können, vermehrt um einen Wert der Kanaltrennung. Im Rahmen der GSM-Telefonie sind die Sende- und Empfangskanäle nämlich voneinander getrennt.
In einem Beispiel haben die Sende- und Empfangskanäle jeweils ein Band von 35 MHz und einen Abstand von 10 MHz. Mit den beiden Oszillatoren 18 und 45 kann jeder von ihnen eine geringere Frequenzänderungsdynamik haben. In diesem Fall wird der Regelkreis 2 verdoppelt, um einerseits beim Senden mit dem Filter 31 und dem Oszillator 18 und andererseits beim Empfangen mit einem Filter 46 und dem Oszillator 45 seine Funktion zu erfüllen. Berücksichtigt man die angestrebten Frequenzen, so kann die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters 46 in der Größenordnung von 5 bis 10 kHz liegen. Vorzugsweise sind die Teiler 47 und 48 und die Phasenkomparatoren 49 und 50 jedes dieser Regelkreise in die integrierte Schaltung 39 integriert.
Diese Architektur bietet vor allem den Vorteil, dass die Teiler 47 und 48 durch Vorwegnahme konditioniert werden können, und zwar sogar bevor sie zum Einsatz kommen, sobald man nämlich die Trägerfrequenz kennt, an der sie teilnehmen sollen. Man weiß im übrigen, dass im Rahmen von GSM sich die Frequenzentwicklung während der Sprünge aus der Verarbeitung eines in den Mobiltelefonen gespeicherten Algorithmus ergibt. Diese können folglich gemäß der Erfindung die Verarbeitung dieses Algorithmus vorwegnehmen lassen, in künftigen Zeitfenstern nutzbare Trägerfrequenzen definieren, davon die Werte der Faktoren der Teiler subtrahieren und sie diesen Teilern mit einem ausreichenden zeitlichen Vorsprung zuweisen, damit die in jedem der Umsetzungsregelkreise geregelte Frequenz zu dem Zeitpunkt, an dem sie genutzt werden muss, gut stabilisiert ist. Der Umstand, dass man über zwei Umsetzungsregelkreise verfügt, bietet zum Beispiel die Möglichkeit, mit der Konditionierung eines dieser Regelkreise zu beginnen, während der andere gerade mitten in der Arbeit ist. Man ist also folglich nicht gezwungen zu warten, bis dieser andere Regelkreis fertig ist.
In der Lösung von 1 wird diese Vorwegnahme nicht angestrebt. Beim Empfang entscheidet man sich im Gegenteil für Einsparungen, indem Elemente von Regelkreis 2 abwechselnd beim Empfangen und beim Senden verwendet werden. In diesem Fall werden die Filter 31 und 46 in Regelkreis 2 mit Hilfe von zwei mit ihnen verbundenen Umschaltern 51 und 52 abwechselnd in Betrieb genommen. Zum Zeitpunkt der Umschaltung muss der Teilungsfaktor 20 selbstverständlich so geändert werden, dass er für die Synthese einer anderen Trägerwelle geeignet ist.

Claims

Sendekette, insbesondere für ein Mobiltelefon, die einen ersten (1), einen zweiten (2) und einen dritten (3) Phasenregelkreis (PLL-Schaltkreis) (15, 16, 29) umfasst, die untereinander verbunden sind, um jeweils ein Signal mit einer Zwischenfrequenz, ein Signal mit einer Umsetzungsfrequenz bzw. ein Signal mit einer Sendefrequenz zu erzeugen (4, 5, 6), wobei der Wert der Sendefrequenz gleich der Summe der Werte von Zwischenfrequenz und Umsetzungsfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte von Zwischenfrequenz und Umsetzungsfrequenz durch Teilungsschaltungen (19, 20) programmierbar sind (Ni, Ns), und dadurch, dass die Veränderungen der Faktoren dieser Teilungsschaltungen untereinander durch eine Änderung der zu erhaltenden Sendefrequenz verknüpft sind.
Kette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Regelkreis einen ersten Frequenzteiler mit einer ersten Vergleichsfrequenz fc1 aufweist, dessen Faktor sich mit einem Änderungsschritt A entwickelt und einen Frequenzschritt a gleich A.fc1 auslöst; – der zweite Regelkreis einen zweiten Frequenzteiler mit einer zweiten Vergleichsfrequenz fc2 aufweist, dessen Faktor sich mit einem Änderungsschritt B entwickelt und einen Frequenzschritt b gleich B.fc2 auslöst; – in der Weise, dass ein Änderungsschritt b-a oder a-b der Sendefrequenz ausgelöst wird.
Kette nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Frequenzbezugskreis (12), einen dritten Frequenzteiler (13), der mit diesem Bezugskreis zur Steuerung des ersten Regelkreises verbunden ist, und einen vierten Frequenzteiler (14), der mit diesem Bezugskreis zur Steuerung des zweiten Regelkreises verbunden ist, aufweist, wobei die Teilungsfaktoren Mi und Ms des dritten und vierten Teilers im Verhältnis Mi/Ms proportional zu oder gleich Ab/aB sind.
Kette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ersten und zweiten Regelkreise in Reihe geschaltet einen Oszillator, einen Frequenzteiler, einen Phasenkomparator und ein Tiefpassfilter aufweist, und dadurch, dass diese Frequenzteiler und Phasenkomparatoren auf einer integrierten Schaltung (39) integriert sind, die außerdem den Phasenkomparator des dritten Regelkreises enthält.
Kette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Modulatorkreis (7) aufweist, der in die Verbindung zwischen dem Zwischenfrequenzregelkreis und dem Sendefrequenzregelkreis zwischengeschaltet ist und der vorzugsweise auf derselben integrierten Schaltung integriert ist wie jener, welche den ersten und den zweiten Regelkreis enthält.
Kette nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit dem zweiten Regelkreis verbundenen Demodulatorkreis (41) und einen Satz aus zwei Schleifenfiltern (31, 46) aufweist, die mit dem zweiten Regelkreis durch einen Satz von zwei Umschaltern (51, 52) verbunden sind, wobei dieser Demodulatorkreis und diese beiden Umschalter vorzugsweise auf derselben integrierten Schaltung integriert sind wie jener, welche den ersten und den zweiten Regelkreis enthält.
Kette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Regelkreis einen Frequenzteiler (40) aufweist, der eine Teilung durch zwei durchführt und so umschaltbar ist, dass er für eine Nutzung im GSM- oder im DCS-Modus geeignet ist.
Sendeverfahren, insbesondere für ein Mobiltelefon, das die folgenden Schritte aufweist: – ein erster (1), ein zweiter (2) und ein dritter (3) Phasenregelkreis (PLL-Schaltkreis) werden in Betrieb gesetzt, um jeweils ein Signal mit einer Zwischenfrequenz, ein Signal mit einer Umsetzungsfrequenz und ein Signal mit einer Sendefrequenz zu erzeugen (4, 5, 6); – die drei Regelkreise werden untereinander verbunden, damit der Wert der Sendefrequenz gleich der Summe der Werte der Zwischenfrequenz und der Umsetzungsfrequenz ist; dadurch gekennzeichnet, dass man den Wert der Zwischenfrequenz abnehmen lässt (35), während man gleichzeitig den Wert der Umsetzungsfrequenz ansteigen lässt (37), oder umgekehrt, und zwar in der Weise, dass eine Änderung der Sendefrequenz durch diese Anstiegs- und Abnahmedifferenzen hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man den Wert der Umsetzungsfrequenz mit einem Schritt gleich b ansteigen lässt, und dass man den Wert der Zwischenfrequenz mit einem Schritt von a ansteigen lässt, damit die Sendefrequenz um einen Schritt von a-b ansteigt.