FI109736B - Vastaanottimen taajuusalueen ja kaistanleveyden vaihto peilitaajuutta vaimentavan sekoittimen avulla - Google Patents

Description

! 109736

Vastaanottimen taajuusalueen ja kaistanleveyden vaihto peilitaajuutta vaimentavan sekoittimen avulla - Skifte av frekvensomräde och bandbredd i en motta-gare med en blandare som dämpar spegelfrekvensen

Radioliikennejärjestelmissä dupleksitoimintaa varten käytetään erilaisia menetelmiä. Tavanomaisissa analogisissa järjestelmissä käytetään tavallisesti taajuusjakoista dup-leksia (Frequency Division Duplex, FDD). Siinä käytetään kahta eri taajuuskaistaa, toista vastaanottoa ja toista lähettämistä varten.

5 Digitaalissa järjestelmissä myös aikajakoinen dupleksi (Time Division Duplex, TDD) on mahdollinen. Esimerkiksi DECT-järjestelmässä (Digital European Cordless Telecommunications) käytetään TDD:tä. Tässä tapauksessa lähetin (Tx) ja vastaanotin (Rx) toimivat samalla taajuuskaistalla, mutta eri aikaväleissä.

Eräissä tulevissa tietoliikennejärjestelmissä, esim. UMTS:ssä (Universal Mobile Te-10 lecommunication System) järjestelmän on mahdollisesti myös voitava kytkeytyä FDD-toimintatilasta TDD-toimintatilaan ja päinvastoin. Käytännön järjestelmissä käytettäisiin todennäköisesti kahta FDD-kaistaa, toista ylöspäin (uplink) tukiasemalle ja toista alaspäin (downlink) tukiasemalta esim. matkaviestimelle, sekä kolmatta taajuuskaistaa TDD-toimintaa varten. Tällöin sekä vastaanottimen että lähettimen on 15 vaihdettava toimintataajuuttaan, kun radio-osa kytketään FDD-toimintatilasta TDD-toimintatilaan ja päinvastoin. Tyypillisesti FDD-toimintatilassa välitaajuudella käyte-’. '·: tään eri kaistanleveyttä kuin TDD-toimintatilassa. Tämä tarkoittaa, että vastaanotti- • men on myös vaihdettava välitaaj uuden kaistanleveys, samanaikaisesti kun tominta- : V: taaj uuden kaistaa vaihdetaan.

!!” 20 Kun vastaanottimen on vaihdettava toimintataajuuskaistaansa kahden taajuuskaistan :§t;’ välillä, vaihtokytkentä voidaan tehdä vaihtamalla paikallisoskillaattorin taajuutta.

’·* Samalla myös sekoittajaa edeltävän radiotaajuisen kaistanpäästösuodattimen päästö- kaistaa on muutettava, niin että se päästää oikean taajuuskaistan. Vaihtoehtoisesti : V voidaan käyttää kahta kaistanpäästösuodatinta, joista toinen kulloinkin kytketään sig-:ti : 25 naalitielle kahden kytkimen avulla. Paikallisoskillaattorin taajuuden muutos voi olla ....: hyvin suuri, eikä sitä ole helppo toteuttaa samalla syntesoijalla. Toisaalta kahden kyt- . kettävän syntesoijan käyttäminen paikallisoskillaattorissa on huomattavasti mutkik-. kaampi tehtävä.

. · · ·. Välitaajuuden kaistanleveyden vaihto on tavallisesti tehty käyttäen kahta suodatinta ja 30 kahta kytkintä, joilla tarvittava suodatin kytketään signaalitielle. Vaihtoehtoisesti voi- 2 109736 daan myös kytkeä sarjaan suodattimia, joilla on erilaiset kaistanleveydet, kuten selitetään US-patentissa 4,385,402.

Peilitaajuuden vaimentava sekoitin (image reject mixer) käsittää radiotaajuisen 3 dB hybridin, jolla on 90 asteen vaiheensiirto, paikallisoskillaattorien samavaiheisen tehon 5 jakajan, kaksi sekoitinta ja 3 dB välitaajuushybridin. Vt-hybridissä toivottu signaali summautuu samavaiheisesti toiseen vt-lähtöporttiin ja kumoutuu toisessa vt-lähtö-portissa. Samalla tavalla peilisignaali summautuu toiseen porttiin ja kumoutuu siinä portissa, johon toivottu signaali summautuu. Tavallisesti peilisignaalin portti päätetään ja toivotun signaalin porttia käytetään välitaajuisena lähtöporttina.

10 Saksalaisessa patenttijulkaisussa DE 40 26 426 AI esitetään järjestelmä, jossa datasiirto kahden tai useamman henkilökohtaisen tietokoneen ja oheislaitteiden välillä tapahtuu radiotaajuudella, erityisesti mikroaaltotaajuudella. Tässä järjestelmässä käytetään kahta taajuuskaistaa, jolloin laitteet lähetyksessä voivat käyttää jompaa kumpaa taajuutta. Vastaanottimessa paikallisoskillaattorin taajuus on valittu näiden taajuus-15 kaistojen eli peilitaajuuksien keskeltä vastaanoton ajaksi, jolloin vastaanotetaan molempia kaistoja. Tämän järjestelmän mukaan toimiva laite kuitenkin vastaanottaa koko ajan molempia taajuuksia, ja sekoittimen jälkeen molempien kaistojen signaalit ovat sekoittuneet samalle välitaajuudelle.

Keksinnön tehtävänä on nyt osoittaa peilitaajuuskaistoja hyväksi käyttävä piirijärjes-20 tely vastaanottimen taajuuden ja kaistanleveyden vaihtamista varten, jolla piiriraken- • ·,. netta voidaan yksinkertaistaa tekniikan tasoon verrattuna. Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkien avulla. Piirijärjestelyn edullisia suoritusmuoto-ja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

• · ·

Keksinnön mukaisessa piirijärjestelyssä käytetään hyväksi peilitaaj uuden vaimenta- • * · : 25 van sekoittimen molempia lähtöjä, jolloin toinen haluttu taajuuskaista saadaan ·\ί : "signaaliportista" ja toinen haluttu taajuuskaista "peilisignaalin portista", jota teknii kan tasossa ei tavallisesti käytetä hyväksi.

« · · • · · ’.,; Seuraavassa keksintöä selitetään piirustuksen avulla, jossa • · · kuva 1 esittää kaavallisesti tekniikan tason mukaista piiriratkaisua vastaanottimen • · . 30 taajuuden vaihtamiseksi; . kuva 2 esittää kaavallisesti keksinnön mukaista piiriratkaisua vastaanottimen taajuu- ‘:' ‘; den ja kaistanleveyden vaihtamiseksi; ja kuvassa 3 on taajuusakselilla esitetty vastaanottimen paikallisoskillaattorin taajuuden sijoittaminen likimain vastaanottimeen tulevien radiotaaj uuskaistoj en keskelle.

3 109736

Kuva 1 esittää kaavallisesti tekniikan tason mukaisen piiriratkaisun, jolla vastaanottimen taajuus voidaan vaihtaa, ja jota jo alussa yleisesti selitettiin. Esim. antennista (ei esitetty) tuleva radiotaajuinen signaali RF johdetaan kaistanpäästösuodattimelle (RF filter), edelleen sekoittimelle sekoitettavaksi paikallisoskillaattorin taajuudella 5 LO, josta välitaajuinen signaali johdetaan välitaajuussuodattimelle (IF filter), ja siitä ulostuloon haluttuna välitaajuisena lähtösignaalina IF. Ulostuloon johdetun välitaajui-sen signaalin keskitaajuus voidaan vaihtaa vaihtamalla paikallisoskillaattorin taajuutta LO. Tällöin kuitenkin myös RF-ja IF-suodattimet on vaihdettava, niin että ne päästävät kulloinkin halutun kaistan. Tämän vuoksi kuvan 1 RF-ja IF-suodattimet on kah-10 dennettu. Taajuuden vaihto toteutetaan tässä kuvan 1 tapauksessa kytkimillä sl - s4, joilla reitille RF - IF kytketään haluttu RF-suodatin ja vastaavasti IF-suodatin. Kais-tanpäästösuodattimien (RF, IF) ominaisuudet, eli keskitaajuus ja kaistanleveys mitoitetaan kulloisenkin tarpeen mukaan jollain sinänsä tunnetulla tavalla. Kuten jo mainittiin, paikallisoskillaattorin taajuuden vaihtaminen saattaa johtaa käytännön on-15 gelmiin.

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukainen piirijärjestely, jolla taajuuden ja kaistanleveyden vaihtaminen voidaan toteuttaa yksinkertaisemmin. Piirijärjestely käsittää: - radiotaajuisen 3 dB hybridin 1 (RF-hybridi), jolla on 90 asteen vaiheensiirto, ja jonka tulona on radiotaajuinen signaali RF, esim. antennista; 20 - paikallisoskillaattorin (ei esitetty) lähtösignaalin LO samavaiheisen tehon jakajan 12, jonka lähdöt johdetaan sekoittimille; . *: - kaksi sekoitinta 14, 16, joiden lähdöt johdetaan välitaajuushybridin kulloiseenkin : ’.: tuloon; : : : - 3 dB välitaajuushybridin 18 (IF-hybridi), jolla on 90 asteen vaiheensiirto, ja jonka · · 25 lähdöt johdetaan kulloisellekin välitaajuussuodattimelle; : - välitaajuuden kaistanpäästösuodattimet 20, 22, joiden lähdöt johdetaan valintakyt- ,·;·. kimelle; sekä - valintakytkimen 24, jolla valitaan haluttu ulostuleva välitaaj uus lähdöksi IF.

: ’.· Tässä kuvan 2 piirijärjestelyssä käytetään hyväksi peilitaajuuden vaimentavan sekoit-: 30 timen molempia lähtöjä, jolloin toinen haluttu taajuuskaista saadaan "signaaliportista" ja toinen haluttu taajuuskaista "peilisignaalin portista". Tällöin paikallisoskillaattorin taajuus on valittava niin, että se on likimain haluttujen taajuuskaistojen puolessa välissä. Toisaalta myös välitaajuuden IF on oltava likimain puolet näiden kahden valitun *”· taajuuskaistan keskitaajuuden välisestä erotuksesta. Tätä tilannetta on kaaviollisesti 35 havainnollistettu kuvassa 3, jossa valitut radiotaajuuskaistat on merkitty RF1, RF2.

Näin valituilla taajuuksilla paikallisoskillaattorin taajuudessa LO ei tarvitse tehdä mitään suurta muutosta, kun lähtöön vaihdetaan toinen valittu välitaajuus IF. Näin 4 109736 ollen myös kaistojen valinta voidaan tehdä käyttämällä peilitaajuuden vaimentavan sekoittimen jompaa kumpaa lähtöä.

Koska välitaajuuden kaistanleveys muuttuu samalla kun taajuutta vaihdetaan, sekoittimen lähtöihin voidaan kytkeä kaksi erilaista välitaajuussuodatinta 20 ja vastaavasti 5 22 ilman mitään kytkimiä. Tämän järjestelyn etuna on se, että ennen suodattimia ei tarvita mitään kytkimiä, ja näin ollen suodattimen ja sekoittimen 18 välinen sovitus voidaan optimoidaan erikseen kumpaakin suodatinta 20, 22 varten. Itse asiassa kuvaan 1 verrattuna keksinnön piirijärjestelyssa tarvitaan vain yksi kytkin 24 kuvan 1 neljän kytkimen sl - s4 sijasta, joka merkittävästi yksinkertaistaa piirisuunnittelua.

10 Paikallisoskillaattorin taajuus LO voidaan valita edullisesti niin, että se on tarkasti taajuuskaistojen RF1, RF2 keskellä. Vaihtoehtoisesti voidaan paikallisoskillaattorin taajuus LO valita niin, että se ei ole täsmälleen kaistojen keskellä, vaan määrätyn määrän Df sivuun viritettynä, jompaan kumpaan suuntaan. Tässä viimeksi mainitussa tapauksessa paikallisoskillaattorin taajuutta LO on siirrettävä määrän Df verran vaih-15 dettaessa ulostuloon IF johdettavaa taajuuskaistaa (RF1 tai RF2). Tämä taajuuden siirto Df on kuitenkin huomattavasti pienempi, kuin esim. kuvan 1 tapauksessa, jossa ei käytetä peilitaajuutta vaimentavaa sekoitinta. Näin ollen kuvan 2 tapauksessa pai-kallisoskillaattorissa voidaan toteuttaa molemmat taajuudet (LO; LO+Df tai LO-Df) samalla syntesoijalla.

20 Esimerkkinä voidaan tarkastella järjestelmää, jossa on useita taajuuskanavia taajuus-• ... kaistoilla 2000 - 2050 MHz ja 2200 - 2250 MHz. Välitaaj uudeksi voidaan valita : v. puolet radiokaistojen keskitaajuuksien erotuksista, eli (2200+2250)/2 - (2050+2000)/2 = 100 MHz. Tällöin paikallisoskillaattorin signaalin taajuus LO vaihtelee kanavasta ' ! riippuen välillä 2100 - 2150 MHz. Sekoittimen signaaliportista ja peilitaajuusportista 25 saadaan kummastakin 100 MHz välitaaj uus siten, että toisen portin signaali vastaa ’. ; 1 alempaa ja toisen portin signaali ylempää taajuuskaistaa. Toiseen porttiin voidaan ' kytkeä välitaajuussuodatin (kuvassa 2 esim. ylempi välitaajuussuodattimista ’IF filters'), jolla on kapeampi kaista, esim. 100 kHz, ja toiseen porttiin välitaajuussuodatin : (kuvassa 2 esim. alempi välitaajuussuodattimista 'IF filters'), jolla on leveämpi kaista, v : 30 esim. 1 MHz. Valitsemalla signaali jomman kumman välitaajuussuodattimen lähdös-.. 1.: tä, voidaan valita vastaanotetaanko kapeakaistaista signaalia ensimmäiseltä taajuus- . kaistalta vai leveäkaistaista signaalia toiselta taajuuskaistalta.

Eräissä sovellutuksissa peilitaajuutta vaimentavan sekoittimen vaimennusominaisuu-.··. det eivät ehkä ole riittäviä. Tällöin peilitaajuutta vaimentavan sekoittimen edessä voi-35 daan käyttää kytkettävää tai viritettävää RF-suodatinta (ei esitetty), joka tuottaa suuremman vaimennuksen toisella valitulla taajuuskaistalla.

5 109736

Keksintöä sovelletaan edullisella tavalla radiopuhelimissa ja radiopuhelinjärjestelmis-sä, joihin jo selityksen johdanto-osassa viitattiin. Luonnollisesti keksinnön mukaista periaatetta voidaan muunnella patenttivaatimusten suoja-alan puitteissa, esim. toimintataajuuksien, kaistanleveyksien ja piirijärjestelyn rakenteellisten yksityiskohtien 5 osalta. Piirijärjestelyn yksityiskohtia ei tässä selityksessä ole esitetty mitoituksen osalta tarkemmin, koska sellaiset katsotaan kuuluvan alan ammattilaisen normaaliin taitoihin, joita hän voi soveltaa tämän selityksen luettuaan.

• · • · · * · * · • · · 1 · · • · ·

Claims (9)

109736

1. Piirijärjestely radiovastaanottimen taajuusalueen vaihtamiseksi peilitaajuus-kaistoja hyväksikäyttäen, jolloin paikallisoskillaattorin taajuus on sovitettu valitun kahden taajuuskaistan likimain puoleen väliin, tunnettu siitä, että piirijärjestely 5 käsittää - peilitaajuutta vaimentavan sekoittimen, jonka ensimmäisestä lähdöstä saadaan ensimmäistä taajuuskaistaa vastaava välitaajuus ja toisesta lähdöstä toista taajuuskaistaa vastaava välitaajuus, ja - kytkimen, jolla valitaan haluttu taajuuskaistaa vastaava välitaajuus joko sekoitti-10 men ensimmäisestä tai toisesta lähdöstä, ja - sovituspiirit, jotka on liitetty sekoittimen kumpaankin lähtöön ennen kytkintä lähtöjen sovittamiseksi kytkimen molemmissa toimintatiloissa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että mainitut sovituspiirit toimivat välitaajuussuodattimina.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että pai kallisoskillaattorin taajuus on sovitettu valitun kahden taajuuskaistan puoleen väliin.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen piirijärjestely, jossa paikallisoskillaattorin taajuus on sovitettu jonkin verran sivuun valitun kahden taajuuskaistan puo-20 Iestä välistä, tunnettu siitä, että paikallisoskillaattorin taajuutta muutetaan ennalta määrätty määrä samalla kun kytkimellä valitaan ensimmäinen ja/tai toinen lähtö-'· *: taajuus ulostuloon.

. . 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, ,;, että sekoittimen eteen on järjestetty kytkettävä/viritettävä radiotaajuinen suodatin, < . ’! 25 jonka päästöalue kytketään/viritetään halutuksi kulloinkin valitun lähtötaajuuden \ ; mukaan.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 2-5 mukainen piirijärjestely, tunnettu * · siitä, että paikallisoskillaattorin taajuus ja sekoittimen lähtöjen kaistanpäästösuo-* »» > :1. dattimien parametrit valitaan siten, että kytkimellä kulloinkin lähtöön johdetulla . 30 välitaajuudella on ennalta määrätty kaistanleveys.

: · ·: 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että ennalta I, määrätyt kaistanleveydet ovat samat. 109736

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että kaistanleveydet ovat erilaiset.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen piirij ärj estely, tunnettu siitä, että se käsittää: 5. radiotaajuisen 3 dB hybridin, jolla on 90 asteen vaiheensiirto, - paikallisoskillaattorin samanvaiheisen tehon jakajan, - kaksi sekoitinta, ja - 3 dB välitaajuushybridin, jolla on 90 asteen vaiheensiirto, - välitaajuushybridin lähtöihin kytketyt kaistanpäästösuodattimet, sekä 10. kaistanpäästösuodattimien lähtöihin kytketyn kytkimen, jolla valitaan haluttu ulostuleva välitaajuus.