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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Funkfrequenzempfänger auf
einem einzelnen integrierten Schaltungschip und insbesondere, jedoch
nicht ausschließlich,
auf solch einen Empfänger zur
Benutzung in der Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
analoge Teil einer Mobilkommunikations-Basisstation umfasst eine
Funkfrequenz ("Radio Frequency"; RF)- und eine Zwischenfrequenz (IF)-Schaltung.
Die RF-Schaltung ist gegenwärtig realisiert,
indem diskrete elektronische Komponenten benutzt werden. In dem
Interesse der Minimierung von Schaltungsgröße und der Kostenreduzierung
ist gegenwärtig
ein Bestreben hin zu Implementation einer RF-Schaltung auf integrierten
Schaltungen (ICs) vorhanden.
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US
Patent No. 5 648 985 offenbart einen integrierten Schaltungs-Chipsatz
zur Benutzung in einem Funkkommunikationssystem. Ein Empfängerkanal
hat einen ersten Eingang zum Empfangen eines Signals von einer ersten
Antenne und einen zweiten Eingang zum Empfangen eines lokalen Oszillatorsignals
an einer Referenzfrequenz. US Patent No. 3 743 941 offenbart einen
Diversitätsempfänger, der
für einen
hohen Integrationsgrad geeignet ist.
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Die
Systemarchitektur und Funkfrequenz-IC-Anforderungen für verschiedene
Typen einer Basisstation sind signifikant unterschiedlich, wobei
dies zu dem Vorschlag von integrierten Schaltungen geführt hat,
die die RF-Schaltung für
die verschiedenen Typen von Basisstation implementieren, welche
exklusiv in den verschiedenen Typen von Anwendungen benutzt werden
kann.
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Zum
Beispiel erfordert eine Basisstation für ein Makro-Zellen-Mobilkommunikationssystem
einen Diversitätskanal,
jedoch mag nicht notwendigerweise einen Niedrig-Geräusch-Verstärker in
dem Empfängerkanal
erfordern. Für
ein Mikro-Zellen-Mobilkommunikationssystem werden für gewöhnlich ein
Niedrig-Geräusch- Verstärker und
ein Diversitätskanal
benötigt.
Für ein
Pico-Zellen-System werden für
gewöhnlich
weder ein Niedrig-Geräusch-Verstärker noch
ein Diversitätskanal
benötigt.
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Aus
diesem Grund ist das Entwerfen von Funkfrequenz-IC-Empfängern für alle möglichen
Basisstationklassen kostspielig und zeitaufwendig.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Funkfrequenz-IC-Empfänger
bereitzustellen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine integrierte Funkfrequenzschaltungs-Empfängerstruktur
gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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Daher
wird eine universell einsetzbare, modulare integrierte Funkfrequenzschaltungs-Empfängerarchitektur
vorgeschlagen, welche es der Systemarchitektur ermöglicht,
in verschiedener Weise um einen einzelnen Funkfrequenz-IC konfiguriert
zu werden, um die Funktionalität
zu realisieren, die für
verschiedene Basisstationanwendungen benötigt wird.
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Zum
Beispiel mag die Verstärkungsstufe nicht
selektiert werden, wobei der Diversitätskanal selektiert werden kann,
wenn der Empfängerkanal
in einer Basisstation eines Makro-Zellen-Mobilkommunikationssystems
benutzt wird.
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In
einem weiteren Beispiel kann die Verstärkungsstufe selektiert werden
ebenso wie der Diversitätskanal
selektiert werden kann, wenn der Empfängerkanal für die Benutzung in einer Basisstation
eines Mikro-Zellen-Mobilkommunikationssystems bestimmt ist.
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In
einem weiteren Beispiel mag die Verstärkungsstufe nicht selektiert
werden, ebenso wie der Diversitätskanal
nicht selektiert werden mag, wenn der Empfängerkanal zur Benutzung in
einer Basisstation eines Pico-Zellen-Mobilkommunikationssystems
bestimmt ist.
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Die
Verstärkungsstufe
ist bevorzugt ein Verstärker
mit niedrigem Rauschen.
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Der
Empfängerkanal
kann einen Treibe-Verstärker,
einen Mischer und einen Zwischenfrequenz-Verstärker beinhalten.
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Die
Elemente des Empfängerkanals
können außerhalb
des Chips gemäß der Anwendung
des Empfängerkanals
verschaltet sein.
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Der
Diversitätskanal
kann einen Treibe-Verstärker,
einen Mischer und einen Zwischenfrequenz-Verstärker aufweisen.
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Die
Elemente des Diversitätskanals
können außerhalb
des Chips gemäß der Anwendung
des Empfängerkanals
verschaltet sein.
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Die
Erfindung wird nun im Wege eines nicht-limitierenden Beispiels mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 veranschaulicht
eine Implementation eines Funkfrequenz(RF)-ICs gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 veranschaulicht
den RF-IC von 1 konfiguriert zur Benutzung
in einer makro-zellularen Basisstation;
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3 veranschaulicht
den RF-IC von 1 konfiguriert zur Benutzung
in einer mikro-zellularen Basisstation; und
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4 veranschaulicht
den RF-IC von 1 konfiguriert zur Benutzung
in einer pico-zellularen Basisstation.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer integrierten Funkfrequenz (RF)-Schaltung 2 (IC)
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der RF-IC beinhaltet einen Empfängerkanal, der allgemein gekennzeichnet
ist durch Bezugszeichen 3, einen Diversitätskanal,
der allgemein gekennzeichnet ist durch Bezugszeichen 5,
einen Verstärker 14 (LNA) mit
niedrigem Rauschen, der mit dem Empfängerkanal 3 assoziiert
ist, und einen Verstärker 12 (LNA)
mit niedrigem Rauschen, der mit dem Diversitätskanal 5 assoziiert
ist.
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In
der bevorzugten Implementation beinhaltet der Empfängerkanal 3 einen
Treibe-Verstärker 6, einen
Mischer 8 und einen Zwischenfrequenz-Verstärker 10.
Der Diversitätskanal 5 beinhaltet
bevorzugt einen Treibe-Verstärker 14,
einen Mischer 16 und einen Zwischenfrequenz-Verstärker 18.
Jedoch wird es anerkannt werden, dass die Implementation des Empfängerkanals
und des Diversitätskanals
jenseits von der, die in 1 dargestellt ist, variieren kann.
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In
der Anordnung von 1 ist der Ausgang des Mischers 8 mit
dem Eingang des Zwischenfrequenz (IF)-Verstärkers 10 auf dem Chip
verbunden. Die Verbindung der anderen Komponenten des Empfängerkanals
werden bestimmt durch Verbindungen außerhalb des Chips gemäß der Applikation
des RF-ICs. Ebenso ist in der Anordnung von 1 der Ausgang
des Mischers 16 mit dem Eingang des IF-Verstärkers 18 auf
dem Chip verbunden. Die Verbindung der anderen Komponenten des Diversitätskanals
werden in ähnlicher
Weise bestimmt durch außerhalb
des Chips vorgesehene Verbindungen gemäß der Applikation des RF-ICs.
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Der
RF-IC in dieser bevorzugten Implementation beinhaltet außerdem ein
lokalen Oszillatorpuffer 22, welches vorgesehen ist, um
ein lokal generiertes Oszillatorsignal von außerhalb des Chips zu empfangen.
Die Ausgabe des lokalen Oszillatorpuffers 22 bildet eine
Eingabe an einen lokalen Oszillator-Splitter 20, welcher
wiederum Ausgaben an die zwei Mischer 8 und 16 bereitstellt.
Die Eingaben an die Mischer 8 und 16 von dem lokalen
Oszillator-Splitter 20 stellen die Referenzfrequenz für Überlagerung des
empfangenen Signals bereit. Obwohl in der bevorzugten Implementation
der RF-IC das lokale Oszillator-Puffer und den lokalen Oszillator-Splitter
beinhaltet, wird es anerkannt werden, dass diese Komponenten nicht
wesentlich sind, und dass die Referenzeingaben an die Mischer direkt
von außerhalb
des Chips bereitgestellt werden können.
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Die
Verstärker 12 und 14 mit
niedrigem Rauschen und der Diversitätskanal 5 von 1 werden selektiv
in Kombination mit dem Empfängerkanal 3 durch
außerhalb
des Chips vorgesehene Verbindungen verbunden, so dass gemäß der Erfindung
der RF-IC von 1 in einer Anzahl von verschiedenen Applikationen
benutzt werden kann. Drei vorteilhafte Auswahlen der durch den RF-IC 2 bereitgestellten Funktionalität werden
weiter unten mit Bezug auf 2 bis 4 erläutert, es
wird jedoch anerkannt werden, dass der RF-IC Anwendungen jenseits
dieser drei spezifischen Beispiele aufweist.
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Mit
Bezug auf 2 ist die Auswahl des Diversitätskanals
und Niedrig-Geräusch-Verstärkers, der
mit dem Empfängerkanal
assoziiert ist, dargestellt, wenn der RF-IC als Teil einer Empfängerstruktur
in der Basisstation einer makro-netzförmigen mobilen Kommunikationsstruktur
benutzt wird. In der Implementation einer makro-zellularen Basisstation,
die hier betrachtet wird, besteht kein Erfordernis für einen
Niedrig-Geräusch-Verstärker in
dem Empfängerkanal,
da angenommen wird, dass die Implementation einen Niedrig-Geräusch-Verstärker anderswo
in der Systemanordnung bereitstellt, zum Beispiel in dem Antennenmasten.
Der auf dem Chip befindliche Niedrig-Geräusch-Verstärker wird deshalb nicht benötigt und
ist deshalb nicht ausgewählt.
Es ist jedoch vorstellbar, dass in alternativen Anordnungen eines makro-netzförmigen Systems
der Niedrig-Geräusch-Verstärker nicht
anderswo in dem System vorgesehen werden kann, so dass der auf dem
Chip vorgesehene Niedrig-Geräusch-Verstärker deshalb benutzt
werden müsste.
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Ein
Diversitätskanal
wird in der makro-netzförmigen
Struktur benötigt,
wobei der Diversitätskanal 5 aus
diesem Grund ausgewählt
ist. 2 zeigt ebenfalls ein Beispiel der außerhalb
des Chips vorgesehenen Verbindungen des Empfängerkanals und des Diversitätskanals
und die Verbindung der wesentlichen Komponenten der jeweiligen Kanäle.
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Der
Treibe-Verstärker 6 des
Empfängerkanals
empfängt
das Funkfrequenz-Eingangssignal von der Empfangsantenne auf Leitung 24 als
seine Eingabe. Ein außerhalb
des Chips vorgesehenes Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filter 26 empfängt auf
seiner Eingangsleitung 28 die Ausgabe des Treibe-Verstärkers 6.
Die Ausgabe des Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filters 26 auf
Leitung 32 bildet eine Eingabe an einen 3 dB-Splitter 34.
Der Splitter 34 hat zwei Ausgaben auf Leitungen 30 und 36.
Die Ausgabe auf Leitung 30 bildet die außerhalb
des Chips vorgesehene Eingabe an den Mischer 8. Die Ausgabe auf
Leitung 36 bildet die Diversitätsausgabe, wie hierin weiter
unten näher
beschrieben. Die Ausgabe des Empfängerkanals wird auf Leitungen 38 von
dem RF-IC bereitgestellt.
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Das
Diversitätseingangssignal
an den Diversitätskanal 5 kann
in einer bevorzugten Implementation von einem Empfänger- oder
Diversitätskanal
bereitgestellt werden, der außerhalb
des Chips auf eine unterschiedliche Frequenz eingestellt ist. Daher
kann der RF-IC 2 auf eine erste Frequenz eingestellt werden
und ein zweiter RF-IC kann auf eine zweite Frequenz eingestellt
werden. Der zweite RF-IC kann ein Eingangssignal auf dem Haupt-Empfängerkanal 3 von
einer zweiten Antenne empfangen. Die Diversitätsausgabe auf Leitung 36 des
ersten RF-ICs kann mit einem der Diversitätseingänge des zweiten RF-ICs verbunden
werden, und die Diversitätsausgabe
auf der äquivalenten
Leitung 36 des zweiten RF-ICs kann mit der einen der Eingangsleitungen 44 und 48 des
ersten RF-ICs verbunden werden. In solch einer Anordnung kann der
erste RF-IC, der auf die erste Frequenz eingestellt ist, zwischen
den Signalen von der ersten und zweiten Antenne auswählen, indem
entweder die Ausgabe des Empfängerkanals 3 auf
Leitungen 38 oder die Ausgabe des Diversitätskanals
auf Leitungen 42 ausgewählt
wird. In gleicher Weise kann der zweite RF-IC, der auf die zweite
Frequenz eingestellt ist, zwischen den Signalen von der ersten und
zweiten Antenne auswählen.
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In
einer alternativen Anordnung kann die Diversitätseingabe auf Leitung 44 oder 46 direkt
von einer zweiten Antenne bereitgestellt werden. In dieser Anordnung
sieht der RF-IC die Auswahl zwischen Antennen durch Auswahl von
einer der Ausgaben auf entweder Leitung 38 oder 42 vor.
In diesem Fall werden beide Kanäle
des RF-IC auf die gleiche Frequenz eingestellt.
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Das
RF-Eingangssignal von der Diversitätsantenne stellt eine Eingabe
entweder auf Leitung 44 an den Treibeverstärker 14 oder
auf Leitung 46 an den Mischer 48 bereit. Falls
der Treibeverstärker
erforderlich ist, stellt die Ausgabe des Treibeverstärkers auf
Leitung 48 eine Eingabe an den Mischer auf Leitung 46 bereit.
Die Ausgabe des Diversitätskanals wird
auf Leitungen 42 von dem RF-IC bereitgestellt.
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Mit
Bezug auf 3 ist die Auswahl des Diversitätskanals
und des Niedrig-Geräusch-Verstärkers, der
mit dem Empfängerkanal
assoziiert ist, dargestellt, wenn der RF-IC als Teil einer Empfängerstruktur
in der Basisstation einer mikro-netzförmigen mobilen Kommunikationsstruktur
verwendet wird. In solch einer Implementation besteht ein Erfordernis für einen
Niedrig-Geräusch-Verstärker in
dem Empängerkanal,
so dass der Niedrig-Geräusch-Verstärker ausgewählt wird.
Es ist ein Diversitätskanal
erforderlich, so dass der Diversitätskanal 5 daher ebenso ausgewählt ist. 3 zeigt
außerdem
ein Beispiel der außerhalb
des Chips vorhandenen Verbindungen des Empfängerkanals und des Diversitätskanals
in dieser beispielhaften Implementation und die Verbindung der wesentlichen
Komponenten der jeweiligen Kanäle.
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Der
Niedrig-Geräusch-Verstärker 4 empfängt das
RF-Eingangssignal von der Empfängerantenne
auf Leitung 24 als seine Eingabe. Das außerhalb
des Chips vorgesehene Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filter 26 empfängt auf
seiner Eingabeleitung 28 die Ausgabe des Niedrig-Geräusch-Verstärkers 4.
Die Ausgabe des Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filters 26 auf
Leitung 32 bildet eine Eingabe an den Treibeverstärker 6.
Die Ausgabe des Treibeverstärkers
bildet die Eingabe auf Leitung 32 an den 3 dB-Splitter 34.
Der Splitter 34 hat zwei Ausgaben auf Leitungen 30 und 36,
wie zuvor. Die Ausgabe auf Leitung 30 bildet die "off-Chip"-Eingabe an den Mischer 8.
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Die
Ausgabe des Empfängerkanals
wird auf Leitungen 38 von dem RF-IC bereitgestellt. Wiederum
stellt das RF-Eingangssignal von der Diversitätsantenne eine Eingabe entweder
auf Leitung 44 an den Treibeverstärker 14 oder auf Leitung 46 an
den Mischer 48 bereit. Falls der Treibeverstärker notwendig
ist, stellt die Ausgabe des Treibeverstärkers auf Leitung 48 die
Eingabe an den Mischer auf Leitung 46 bereit. Die Ausgabe
des Diversitätskanals
wird auf den Leitungen 42 von dem RF-IC bereitgestellt.
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Mit
Bezug auf 4 ist die Auswahl des Diversitätskanals
und des Niedrig-Geräusch-Verstärkers, der
mit dem Empfängerkanal
assoziiert ist, dargestellt, wenn der RF-IC als Teil einer Empfängerstruktur
in der Basisstation einer pico-netzförmigen mobilen Kommunikationsstruktur
verwendet wird. In solch einer Imple mentation besteht kein Erfordernis für einen
Niedrig-Geräusch-Verstärker in
dem Empfängerkanal,
so dass der Niedrig-Geräusch-Verstärker nicht
ausgewählt
ist. Ein Diversitätskanal
ist ebenso nicht erforderlich, so dass der Diversitätskanal 5 daher
ebenfalls nicht ausgewählt
ist. 4 zeigt außerdem
ein Beispiel der außerhalb
des Chips ("off-Chip") vorgesehenen Verbindungen
des Empfängerkanals
und die Verbindung der wesentlichen Komponenten des Empfängerkanals.
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Der
Treibe-Verstärker 6 des
Empfängerkanals
empfängt
das RF-Eingangssignal von der Empfängerantenne auf Leitung 24 als
eine Eingabe. Das außerhalb
des Chips vorgesehene Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filter 26 empfängt auf
seiner Eingabeleitung die Ausgabe des Treibeverstärkers 6.
Die Ausgabe des Spiegelfreuquenzunterdrückungs-Filters 26 auf
Leitung 32 bildet die "off-Chip"-Eingabe an den Mischer 8.
Die Ausgabe des Empfängerkanals
wird auf Leitungen 38 von dem RF-IC bereitgestellt.
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Der
Niedrig-Geräusch-Verstärker 12 wird nicht
in jeder der beispielhaften Implementationen verwendet, die oben
angegeben sind. Jedoch sieht sein Vorhandensein eine zusätzliche
Flexibilität
und zukünftige
Systemoptionen vor. Zum Beispiel kann der Diversitätskanal 5 als
ein Empfängerkanal
für eine
Antenne verwendet werden, die unterschiedlich ist zu derjenigen,
die mit dem Empfängerkanal 3 assoziiert
ist, und der Niedrig-Geräusch-Verstärker 12 kann
eine Eingangsstufe eines solchen Empfängerkanals bilden. In solch
einer Anordnung stellt der RF-IC 2 zwei Empfängerkanäle an einer
gemeinsamen Frequenz für
zwei Antennen bereit.
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Die
Verwendung des universell einsetzbaren, modularen RF-IC eines Basisstationsempfängers, wie
oben beschrieben, sieht eine umfassendere Gesamtlösung vor,
im Vergleich zu dem, was existierende Lösungen ermöglichen, und gibt Entwicklern von
Basisstationsystemen eine größere Flexibilität. Der RF-IC
ermöglicht
einer einzelnen integrierten Schaltung, die Empfängeranforderungen für drei Klassen
von Basisstationen zu erfüllen,
und verfügt über Applikationen
darüber
hinaus.
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Jene
Elemente des RF-IC, die nicht für
eine bestimmte Anwendung erforderlich sind, brauchen nicht ausgewählt zu werden,
indem keine Versorgung an diese bereitgestellt wird.