FI111490B - Radiovastaanotin - Google Patents

Description

111490

Radiovastaanotin , Keksintö liittyy menetelmään ja järjestelyyn homo- dyynevastaanotinta varten, jota käytetään radio-, tele- ja 5 dataliikennejestelmissä, kuten esimerkiksi kannettavissa matkapuhelimissa, langattomissa puhelimissa, henkilöhakulaitteissa, kantoaaltojärjestelmissä, kaapelitelevisio järjestelmissä jne. Tämän tekniikan alan vastaanottimet ovat ensisijaisesti pieniä, kevyitä ja halpoja.

10 Matkapuhelinjärjestelmien ensimmäinen sukupolvi perustui analogiseen taajuusmodulointiin puheensiirtoa varten ja monta standardia on kehitetty, kuten esimerkiksi NMT450, NMT900, AMPS ja ETACS.

Matkapuhelinjärjestelmien toinen sukupolvi perustuu 15 kolmeen eri standardiin: Euroopassa, tietyissä Aasian maissa ja Australiassa - Global System for Mobile Communications (GSM), Pohjois-Amerikassa - American Digital Cellular (ADC) ja Japanissa - Pacific Digital Cellular (PDC). Kaikki nämä järjestelmät käyttävät digitaalista 20 äänensiirtoa ja käsittävät joitakin digitaalisia palveluja, esimerkiksi telekopiosiirron ja lyhyet viestit.

Näiden kannettavien yksiköiden saattamiseksi pienemmiksi ja halvemmiksi on suoritettu paljon tutkimustyötä puhelimen eri osien integraatiotason nostamiseksi.

25 Tällä tekniikan alalla käytetyt aikaisemmin tunne tut vastaanottimet ovat tavanomaista heterodynetyyppiä. Halpojen matkaviestinjärjestelmien yhteydessä käytettävinä sovelluksina näiden vastaanottimien haittana ovat korkeat tuotantokustannukset, jotka johtuvat korkeiden taajuuksien 30 ja keskitaajuuksien kalliista komponenteista, joita ei voi integroida, kuten esimerkiksi kaistanpäästösuotimet. Tällaisten haittojen poistamiseksi on kehitetty vaihtoehtoisia vastaanottimia. Nämä vastaanottimet perustuvat suora-muunnosperiaatteeseen. Paikallisoskillaattorin taajuus on 35 sama kuin vastaanotettu kantoaaltotaajuus ja täten vas- 111490 2 taanotettu signaali muunnetaan kantataajuuskaistaan yhdessä ainoassa vaiheessa. Tämä idea sovellettiin ensin SSB-vastaanottimiin, mutta sitä voi käyttää useisiin eri modu-lointitapoihin, erityisesti digitaalisiin kvadratuurimodu-5 lointijärjestelmiin.

Homodynevastaanottimessa tai "zero-IF-vastaanotti-messa" vastaanotetun signaalin taajuus ja paikallisoskil-laattorin taajuus ovat täsmälleen samat. Koska välitaajuu-det (IF, intermediary Frequency) puuttuvat, useat suotimet 10 voidaan jättää pois tai niitä voi yksinkertaistaa. Homody-nevastaanottimen toiminta voidaan selostaa seuraavasti. Keskitaajuuden fc ympäri sijaitseva radiotaajuinen signaali, jonka kaistanleveys on BWrf, vahvistetaan pienikohinai-sella vahvistimella vastaanottimen kokonaiskohinatilanteen 15 parantamiseksi. Sen jälkeen signaali jaetaan ja sekoite taan tasajännitteiseksi (DC) kummankin kanavan sekoitti-milla. Alaspäin sekoitettu spektri heijastetaan ja sen alue on DC - 1/2 BWrf. Sekoittimien aikaansaamat matalataa-juiset signaalit I ja Q suodatetaan sen jälkeen lähellä 20 sijaitsevien kanavien poistamiseksi, ja vahvistetaan kohi-natason määrittelemistä varten. I- ja Q-signaalit eli kvadratuurisignaalit sallivat olennaisesti minkä tahansa tyyppisen moduloinnin sopivaa signaalinkäsittelyä käyttäen.

25 Suoramuunnosvastaanottimien olennaisena haittana on loissäteily (spurious emission). Suoramuunnosvastaanotti-men loissäteilyn päälähteenä toimivat paikallisoskillaat-torin vuodot. Tavallisessa superheterodynevastaanottimessa paikallisoskillaattorin vuotoa antenniin vaimentaa vas-30 taanottimen ensimmäinen kaistanpäästösuodin. Näin ei ta-pahdu suoramuunnosvastaanottimessa, koska paikallisoskil-laattoritaajuus sijaitsee tämän kaistanpäästösuotimen päästökaistassa. Suoramuunnosvastaanottimessa esiintyy ainakin kahdentyyppisiä vuotoja. Ensimmäisenä tyyppinä 35 ovat johtoihin liittyvät vuodot ja toisena tyyppinä ovat 3 111490 säteilyvuodot, jotka johtuvat johtimien ja/tai sidoslanko-jen välisistä parasiittikytkennöistä.

Loissäteilyn aiheuttamien ongelmien poistamiseksi on esitetty erilaisia tapoja. Julkaisussa W092/01 337 on , 5 esitetty ja selostettu suoramuunnosvastaanotin, joka kä sittää antennin, suurtaajuussuotimen (RF-suotimen), vahvistimen ja sekoittimen. Paikallisoskillattori, joka toimii vastaanottotaajuuden harmonisella alitaajuudella, tuottaa signaalin sekoittimelle. Halutun signaalin saami-10 seksi sekoittimeen käytetään vakiotyyppiä olevaa sekoitin-ta, jonka tavallisena haittana on se, että sekoitin tuottaa harmonisia yliaaltoja paikallisoskillaattorin syöttäessä sekoittimeen vastaanotettua signaalia matalataajui-sempia signaaleja. Vaikka paikallisoskillaattori toimii 15 vastaanotetun signaalin harmonisella alitaajuudella, syntyy myös harmonisia yliaaltoja. Tietyt näistä harmonisista yliaalloista tulevat itse asiassa vastaamaan vastaanotettua signaalia, ja loissäteilyä tulee jossain määrin esiintymään .

20 Julkaisussa DE 3 240 565 on esitetty ja selostettu toisentyyppinen homodynevastaanotin. Tämän vastaanottimen paikallisoskillaattori on ohjattu oskillaattori, joka tuottaa signaalin, jonka taajuus on vastaanottotaajuuden monikerta. Tuotetun signaalin vaihe siirretään sen jälkeen 25 180° ja jaetaan radiotaajuisen signaalin taajuudeksi. Vas- taanottotaajuuden monikertataajuudella toimivan paikallisoskillaattorin sisältävän vastaanottimen olennaisena haittana ovat vaikeudet saavuttaa paikallisoskillaattorilta vaadittavat spesifikaatiot. Tällaisen oskillaattorin te-30 honkulutus on esimerkiksi vaikea sopeuttaa vastaanottimen ·· alhaisen kokonaistehon vaatimukseen.

r Tämän keksinnön mukaan suoramuunnosvastaanottimen ongelmat ja haitat poistetaan yllä esitetyn mukaisesti käyttämällä paikallisoskillaattoria, jonka lähtösignaalia 35 muokataan kahdessa vaiheessa ennen kuin se syötetään se- 4 11.1490 koittimeen. Taajuus sekä kerrotaan että jaetaan suositeltavasta ennen syöttöä sekoittimeen. Oskillaattoritaajuuden lopullinen käsittely vastaanotetun signaalin aikaansaamiseksi tapahtuu vasta välittömästi ennen sekoitinta, suosi-5 teltavasti samalla sirulla kuin sekoitin.

Keksinnön lisäominaisuudet, lisäedut ja lisäyksi-tyiskohdat ilmenevät seuraavasta selostuksesta sekä seu-raavista piirustuksista ja patenttivaatimuksista.

Kuvio 1 esittää tekniikan tason mukaisen homodyne-10 vastaanottimen toiminnallisen lohkokaavion; ja

Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen homodynevastaan-ottimen esitetyn suoritusmuodon lohkokaavion.

Kuviossa 1 on esitetty tekniikan tason homodynevas-taanotin. Kuvion 1 mukaisessa vastaanottimessa käytetään 15 kvadratuurimodulointia. Antenni 12 vastaanottaa sähkömag neettista energiaa, joka lähtee lähettimestä, jota ei ole esitetty piirustuksissa. Vastaanotettu signaali syötetään ensimmäiseen kaistanpäästösuotimeen 15, joka on järjestetty oikean liikennekaistan valitsemista varten vastaanotti-20 men sulkuominaisuuksien parantamiseksi. Vastaanottokaistan ulkopuolella olevia signaaleja vaimennetaan eivätkä tämän ansiosta heikennä vastaanottimen toimintaa.

Kaistanpäästösuotimen 15 lähtö on kytketty matala-kohinaiseen vahvistimeen 16, joka lisää vastaanottimen 25 herkkyyttä. Matalakohinaisen vahvistimen 16 vahvistus va- • c

Iitaan kyseisten vaatimusten perusteella. Suuri vahvistus johtaa hyvään herkkyyteen ja pieni vahvistus on toivottava hyvän dynaamisen alueen ja sopivien ristimodulaatio-omi-naisuuksien aikaansaamista varten. Matalakohinaisen vah-30 vistimen 16 lähtösignaali jaetaan kahteen osaan, eli I-ka- *' navaan ja Q-kanavaan.

• · I-kanava ja Q-kanava on kytketty sekoittimiin 11 ja 11' mainitussa järjestyksessä. Sekoittimet ovat suoramuun-nosvahvistimen olennaisia osia. Ne muuntavat suuritaajui-35 sen tulosignaalin kantataajuuskaistaan, jossa signaalin 5 111490 vahvistaminen ja suodatus on helpompaa. Sekoittimet 11 ja 11’ voivat olla passiiviset tai aktiiviset ja näiden kah-« den tyypin välinen valinta riippuu olennaisesti suunnitel lusta sovelluksesta. Passiivisilla sekoittimilla on hyvä , 5 suorituskyky vahvoilla signaaleilla ja korkea kolmannen asteen sulkupiste, mutta niiden haittoina ovat suuret muunnoshäviöt ja vahvan paikallisoskillaattorisignaalin tarve. Sen vuoksi tällaisia sekoittimia vältetään paristo-käyttöisissä laitteistoissa. Aktiivisilla sekoittimilla on 10 suuri muunnosvahvistus ja niitä voivat syöttää pienitehoiset paikallisoskillaattorit, mutta sen sijaan niiden kolmannen asteen sulkupiste on matalampi ja niiden kohina-arvot ovat jonkin verran huonommat kuin passiivisella se-koittimella. Esitetyssä suoritusmuodossa käytetään aktii-15 visia sekoittimia johtuen pienen tehonkulutuksen vaatimuksesta.

Kuten edellä on esitetty, keksinnön mukaan suoritetaan kvadratuurimodulaatio. Kvadratuurisignaalin aikaansaamiseksi on mahdollista edetä pääasiallisesti kahta tie-20 tä. Ensimmäisenä mahdollisuutena on yksinkertaisesti toisen signaalin tai molempien signaalien vaiheen siirtäminen I- ja Q-oskillaattorisignaalien joukosta, eli toisen signaalin 90°: n asteen vaiheensiirron suorittaminen tai toisen signaalin +45°:n vaiheensiirron suorittaminen ja toisen 25 signaalin +45°:n vaiheensiirron suorittaminen. Toisena menetelmänä on käyttää oskillaattoria, joka lähtösignaali-naan tuottaa tasapainotetun signaalin, eli kaksi signaalia, joista toisen vaihe on siirretty 180° toiseen nähden. Nämä signaalit jaetaan kahdella paikallisoskillaattorin ja 30 sekoittimien välisessä ketjussa. Puolikas aallonpituus kaksinkertaisella taajuudella vastaa neljännesaallonpi-tuutta eli 90° halutulla taajuudella, ja täten kvadratuuri-signaali tuotetaan automaattisesti. Tämän keksinnön mukaan paikallisoskillaattori toimii taajuudella, joka poikkeaa 35 halutusta signaalista tai vastaanotetusta signaalista.

111490 6

Paikallisoskillaattori on yhdistetty ensimmäiseen käsitte-ly-yksikköön 13, joka kertoo paikallisoskillaattorin taajuuden tekijällä M. M on kokonaisluku ja suositeltavasti i M = 3. Ensimmäisen käsittely-yksikön 13 lähtö on operatii-5 visesti liitetty toiseen käsittely-yksikköön 14, jossa tulosignaali jaetaan tekijällä N. M ja N ovat molemmat kokonaislukuja ja lisäksi pätee M Φ N. Suositeltavasti N = 2. Kuviosta 2 ilmenee, että on järjestetty kaksi se-koitinta 11 ja 11’ ja että vaiheensiirtoverkko 19 on ope-10 ratiivisesti liitetty sekoittimiin. Ensimmäinen sekoitin 11 vastaanottaa vahvistimessa 16 vahvistetun tulosignaalin sekä toisen käsittely-yksikön 14 lähtösignaalin ja tuottaa signaalin I. Toinen sekoitin 11' vastaanottaa myös vahvistimessa 16 vahvistetun tulosignaalin sekä toisen käsitte-15 ly-yksikön 14 lähtösignaalin 90°: n vaiheensiirrolla ja tuottaa signaalin Q. Kun N = 2, saattaa kuitenkin olla sopivampaa suorittaa lähtösignaalin vaiheensiirto toisessa käsittely-yksikössä 14.

Sekoittimien 11 ja 11' lähtösignaalit I ja Q syöte-20 tään tavanomaista tyyppiä oleviin alipäästösuotimiin 17 ja 17' ja vahvistetaan sen jälkeen lisää tavanomaisissa vahvistimissa 18 ja 18'. Keksinnön mukaan kvadratuurisignaa-lien tai kvadratuurimodulaation käyttö ei ole tarpeellista. Sellaisissa suoritusmuodoissa vaiheensiirtoverkkoa 19 . 25 ei ole, eikä myöskään heittomerkillä merkittyjä yksiköitä.

Keksinnön olennaisena ominaisuutena on se, ettei signaaleja, joiden taajuus on sellainen että ne voisivat aiheuttaa loissäteilyä, johdeta johtimien, kuten sidoslan-kojen, mikroliuskojen, liuskajohtojen, koaksiaalijohtojen, 30 jne. kautta. Sen vuoksi tulee vähintään toisen käsittely-yksikön 14 olla integroituna sekoittimiin 11 ja 11'. Integrointi voidaan suorittaa yhdellä sirulla tapahtuvana integrointina, mutta voidaan käyttää myös muuntyyppisiä integrointeja, joiden sähkömagneettisten signaalien lähe-35 tystasot ovat alhaiset. Tietyissä sovelluksissa voi olla 7 111490 sopivaa integroida myös ensimmäinen käsittely-yksikkö 13 sekoittimien 11 ja 11' sekä toisen käsittely-yksikön 14 kanssa.

Eri M:n ja N:n yhdistelmät ovat mahdollisia. N ja 5 M valitaan suositeltavasti siten, että paikallisoskillaat-torin toimintataajuus pysyy mahdollisimman matalana turhien tehohäviöiden välttämiseksi. Kuten edellä on mainittu, N:n arvona on suositeltavasti 2 ja M:n arvona suositeltavasti 3, mutta myös päinvastainen valinta voi olla 10 sopiva.

On ilmeistä, että keksinnön mukaista vastaanotinta voi käyttää myös langallisissa järjestelmissä eikä se rajoitu radioliikennejärjestelmiin. Langallisissa järjestelmissä antennin 12 korvaa tulopiiri tai jokin muu vastaan-15 ottoväline, joka soveltuu tällaiseen järjestelmään. 1 ♦

Claims (5)

1. Taajuuden fL0 omaavan oskillaattorisignaalin tuottavan paikallisoskillaattorin (LO), sekoittimen (11) 5 ja taajuuden fRF omaaavan tulosignaalin vastaanottavat vas-taanotinvälineet (12) käsittävän homodynevastaanottimen toteutusmenetelmä, jossa oskillaattorisignaali ja tulosig-naali johdetaan sekoittimeen (11), tunnettu siitä, että 10 (a) oskillaattorisignaali syötetään ensimmäiseen käsittely-yksikköön (13) ensimmäisen lähtösignaalin tuottamista varten, jonka taajuus on M1fL0 ja M on kokonaisluku; (b) ensimmäinen lähtösignaali syötetään toiseen 15 käsittely-yksikköön (14) toisen lähtösignaalin tuottamista varten, jonka taajuus on M1fL0/N, N on kokonaisluku ja ehto M / N on voimassa; ja (c) sekoitin (11) ja toinen käsittely-yksikkö (14) integroidaan sekoittimeen (11) toisesta käsittely-yksikös- 20 tä (14) johtuvien vuotosignaalien minimoimiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä paikallisos-killaattorissa tuotetaan tasapainotettu lähtösignaali, joka käsittää ensimmäisen oskillaattorisignaalin ja toisen • 25 oskillaattorisignaalin, toisen oskillaattorisignaalin vai heen ollessa siirretty 180o ensimmäisen oskillaattorisignaalin vaiheeseen nähden.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suoritetaan toisen lähtösig- 30 naalin 90o:n vaiheensiirto, että toinen lähtösignaali syö-.. tetään sekoittimeen (11) ja että signaali, jonka vaihe on siirretty, syötetään toiseen sekoittimeen (11’) kvadratuu-risignaalien aikaansaamista varten.

4. Taajuuden fL0 omaavan oskillaattorisignaalin 35 tuottavan paikallisoskillaattorin (LO), sekoittimen (11) « 1 1 9 111490 ja taajuuden fRF omaaavan tulosignaalin vastaanottavat vas-taanotinvälineet (12) käsittävän homodynevastaanottimen järjestely, jossa oskillaattori (LO) ja antenni (12) on operatiivisesti kytketty sekoittimeen (11), tunnet -5 t u siitä, että ensimmäinen käsittely-yksikkö (13) on operatiivisesti kytketty paikallisoskillaattoriin (LO) ensimmäisen lähtösignaalin tuottamista varten, jonka taajuus on M*flo ja M on kokonaisluku; 10 että toinen käsittely-yksikkö (14) on operatiivi sesti kytketty ensimmäiseen käsittely-yksikköön (13) toisen lähtösignaalin tuottamista varten, jonka taajuus on M*fL0/N, N on kokonaisluku ja ehto M ^ N on voimassa; ja että sekoitin (11) ja toinen käsittely-yksikkö (14) 15 integroidaan sekoittimeen (11) toisesta käsittely-yksikös tä (14) johtuvien vuotosignaalien minimoimiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen käsittely-yksikkö (13) on kertojayksikkö ja että toinen käsittely-yksikkö 20 (14) on jakajapiiri. ··< ; · « 111490