FI89845B - Koppling foer alstring av saendningssignal i en radiotelefon - Google Patents

Description

Kytkentä radiopuhelimen lähetinsignaalin muodostamiseksi -

Koppling för alstring av sändningssignal i en radiotelefon 898 45 5 Keksinnön kohteena on radiopuhelinjärjestelmien radio-osissa käytettävä lähetinsignaalin muodostuskytkentä, johon kuuluu DDS-piiri (DDS, Direct Digital Synthesis), jonka yhteen tuloon on kytketty moduloiva signaali ja jonka lähdöstä saadaan moduloitu välitaajuussignaali, ja jossa radio-osassa 10 vastaanotettu radiotaajuussignaali sekoitetaan vastaanottimen PLL-syntetoijapiirillä muodostettuun paikallisoskillaat-toritaaj uuteen.

Suoran digitaalisen synteesin toteuttavan piirin (DDS, Di-15 reet Digital Synthesis) käyttö modulaattoreissa on tunnettua. Esim. patentissa US-4 878 035 kuvataan digitaalista modulointia, taajuusavainnusta, tekevää modulaattoria, jota voidaan käyttää radiolaitteissa kuten radiopuhelimissa. Modulaattoriin kuuluu DDS-osa sekä vaihelukittu silmukka PLL.

20 Modulointi esitetään syötettäväksi vaihelukittuun silmukkaan. Modulaatio voidaan syöttää myös digitaalisena DDSrään. Olennainen ero tämän julkaisun ja keksintömme välillä on, että DDS:n vaatimaa kellosignaalia ei oteta PLL-piiriltä. Patentissa US-5 008 900 esitetään tavalliseen puhelimeen 25 liitettävä tilaajalaite, jonka avulla voidaan muodostaa radioyhteys tukiasemaan. Tämän julkaisun piirillä muodostetaan välitaajuinen moduloitu signaali DDS-piirillä. Taajuuden säätö hoidetaan myös DDSrllä, mutta julkaisussa ei kuitenkaan mainita, että DDS:n referenssitaajuus muodostettaisiin 30 vastaanottimen paikallisoskillaattorin taajuudesta.

Yleisesti käytössä olevat radiopuhelinjärjestelmät poikkeavat toisistaan mm. käytettävien modulaatioiden ja taajuuksien osalta. Käytössä olevia modulaatioita ovat mm. FM-, 35 QPSK- ja GMSK-modulaatiot.

Aikaisemmin FM-modulaation tapauksessa modulointi on ratkaistu käyttämällä lähetinsignaalin generoimiseen lopputaa- 2 39845 juudella tai vastaanotintaajuuteen sekoitettavalla siirto-taajuudella olevaa PLL-syntetoijaa (PLL, Phase Locked Loop). Digitaalisissa modulaatiojärjestelmissä modulaatio on generoitu käyttäen esim. analogista I/Q-modulaattoria.

5 FM-modulaation generoiminen PLL-syntetoijassa luo kaksi ristiriitaista tavoitetta: vaihelukitun silmukan rajataajuuden tulisi olla tarpeeksi suuri, jotta lähettimen käynnistyminen olisi tarpeeksi nopea ja toisaalta silmukan rajataajuuden 10 tulisi olla mahdollisimman alhainen, jotta silmukan ominaisuudet eivät vääristäisi moduloitavaa signaalia. PLL-synte-toijan ominaisuudet riippuvat myös lämpötilasta, koska esimerkiksi VCO-oskillaattorin (VCO, Voltage Controlled Oscillator) keskitaajuus ja taajuus/ohjausjänniteriippuvuus vaih-15 televat eri lämpötiloissa. Lisäksi FM-modulaation ominaisuudet riippuvat siitä, missä kohtaa syntetoijan taajuuskaistaa toimitaan eli millä lähetyskanavalla signaali lähetetään. Digitaalisissa modulaatiojärjestelmissä I/Q-modulaattorin analoginen toteutus aiheuttaa suunnittelijoille korkeita 20 vaatimuksia toteutettaessa modulaattoriratkaisun vaatimia vaiheistuksia niin, että ominaisuudet ovat riittävät myös eri lämpötiloissa.

DDS-järjestelmä (DDS, Direct Digital Synthetis) on järjes-: 25 telmä, joka tuottaa digitaalisesti muodostettua siniaaltoa D/A-muuntajan avulla. Tyypillinen DDS-järjestelmä koostuu DDS-mikropiiristä, D/A-muuntimesta, kellosignaalista ja digitaalisesta liitännästä. DDS:n avulla saadulla siniaallolla on tarkka taajuusresoluutio, esimerkiksi 0,007 Hz 30 MHz:n 30 taajuudella. Signaalin vaiheresoluutio on erittäin tarkka (0,00000008 astetta). DDS-järjestelmällä on alhainen tehonkulutus ja pieni koko. DDS-syntetoija on siten käyttökelpoinen sovellutuksissa, joissa vaaditaan taajuus- tai vaihe-nopeutta. Tällaisia sovellutuksia ovat modeemit, jotka voi-35 vat tehdä taajuushyppyjä, PSK-modeemit, viritettävät lähe-tinvastaanottimet, eräät laajakaistajärjestelmät ja signaaligeneraattorit. Tietoliikennejärjestelmissä DDS-syntetoijia voidaan käyttää sekä paikallisoskillaattorina että modulaat- i 8 9 8 4 5 3 torina. Se voi myös korvata VCO:n lukituttaessa kantoaaltoon sekä bittisynkronoinnissa.

Yhdysvaltoihin suunnitteilla olevassa TDMA-jakoisessa digi-5 taalisessa radiopuhelinjärjestelmässä RF-osien tulee toimia sekä analogia- että digitaalimoodissa. Tämän keksinnön yhtenä tavoitteena on mahdollistaa kummankin järjestelmän vaatima modulaatio yleiskäyttöisen syntetoijan avulla.

10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada yhtenäinen syntetoija, jota voidaan käyttää eri radiopuhelinjärjestelmien radio-osissa. Tämän saavuttamiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että lähetinsignaalin modulointi ja taajuuden säätö toteutetaan DDS-järjestelmän (DDS, Direct 15 Digital Synthetis) avulla.

DDS:n vaatiman referenssitaajuuden on oltava moninkertainen (vähintään kaksinkertainen) taajuus verrattuna DDS:n lähtö-signaaliin. Tällöin referenssin taajuuden muodostaminen ra-20 diopuhelimessa on ongelma suuren lähtötaajuuden ja lämpöti-laryömintöjen takia. Referenssitaajuus voidaan synnyttää tosin ylimääräisen oskillaattorin avulla, mutta tämä aiheuttaa lisäkustannuksia ja vie tilaa.

25 Keksintö mahdollistaa suoran digitaalisen synteesin (DDS) käytön radiopuhelimessa ilman, että DDS:llä muuten saatavista eduista joudutaan merkittävästi tinkimään. Keksinnölle on tunnusomaista se, että vastaanottimen syntetoijapiirin lähtö on kytketty DDS-piirin referenssitaajuussisäänmenoon, jol-30 loin DDS-piirin referenssitaajuus on sama kuin vastaanottimen paikallisoskillaattoritaajuus.

Keksinnön avainkohtana on vastaanottimen paikallisoskillaat-toritaajuuden käyttäminen DDS:n referenssinä. Paikallisos-35 killaattorin taajuus on jo perinteisesti moninkertainen verrattuna siirto-oskillaattorin taajuuteen (2-10-kertainen). Mikäli vielä käytetään DDS:n ja sekoituksen välissä kertojaa, saadaan DDS:n lähtötaajuuden ja paikallisoskillaattori- 4 39 845 taajuuden ero vielä suuremmaksi. Vaikka paikallisoskillaat-toritaajuus muuttuu kanavan mukaisesti, pysyy lähettimen taajuus oikeana säätämällä DDS-taajuutta aina vastaavasti.

5 Keksinnön mukaista radiopuhelimen syntetoijaa kuvataan seu-raavassa seikkaperäisesti viitaten kuvaan l, joka esittää keksinnön mukaisen ratkaisun toteutusta.

Kuvassa 1 vastaanottimen tarvitsema paikallisoskillaattori 10 on toteutettu perinteisesti vaihelukitulla silmukalla toteutetulla syntetoijalla 1, jossa tunnetusti silmukan lähtö-taajuus Rx on lukittu referenssioskillaattorin 2 referens-sitaajuuteen. Referenssitaajuus generoidaan esim. lämpöti-lakompensoidulla kideoskillaattorilla TCXO (Temperature Com- 15 pensated Crystal Oscillator). TCXO voi olla myös jänniteoh-jattu eli VCTCXO (Voltage Controlled Temperature Compensated Crystal Oscillator). PLL:n lähtötaajuus voi olla lämpötila-kompensoinnin lisäksi AFC-lukittu esim. vastaanottimen signaalin tulotaajuuteen.

20

Kuvassa 1 lähettimen lähtösignaali Tx generoidaan sekoittamalla DDS-järjestelmän 3 avulla synnytetty siirto-oskillaat-toritaajuus, joka sisältää modulaation, vastaanottimen pai-kallisoskillaattorin Rx-taajuuteen sekoittimessa 4. DDS:n - 25 lähdön ja sekoituksen välissä voidaan käyttää kertojaa 5, jolla DDS:n taajuus nostetaan sopivaksi sekoitusta varten. Lisäksi voidaan käyttää suodattimia 6 ja 7 ylimääräisten sekoitustulosten ja harhalähetteiden poistamiseen.

30 DDS:n avulla voidaan toteuttaa useat eri modulaatiot, kuten esim. FM-, QPSK-, GMSK-modulaatiot jne. DDS:lle syötetään modulaatio ja haluttu keskitaajuus digitaalisesti. Näille voi olla erilliset tai yhteiset fyysiset liitynnät.

35 Keksinnön edut näkyvät suunnittelun ja tuotannon yksinkertaistumisena. Keksinnöllä on sama perusrakenne kuin perinteisissä järjestelmissä, kuitenkin mm. taajuudet voivat vaihdella sovellettavan radiopuhelinjärjestelmän mukaan.

I: 5 89845

Ratkaisun edut näkyvät myös esim. Yhdysvaltojen digitaaliseen radiopuhelinjärjesteinään suunniteltavien puhelinten koossa, koska samoilla osilla voidaan toteuttaa rinnakkaiset toiminnot kuten esimerkiksi FM- ja QPSK-modulaatio.

5

Keksinnön mukainen syntetoija mahdollistaa sen, että lähettimen päälle- ja kanavalle-kytkeytymisaika saadaan lyhyeksi ja riippumattomaksi modulointitarpeesta. Tällöin voidaan säästää akkutehoa, joka on merkittävä tekijä kannettavissa 10 radiopuhelimissa.

Mikäli lähetin- tai vastaaottokaistan kanavat pyritään peittämään yksinään paikallisoskillaattorisignaalin muodostavalla syntetoijalla, seuraa tästä vaihevirhe- ja lukittumisai-15 kaongelma. DDS:n avulla voidaan hoitaa osa tarvittavasta taajuuskaistasäädöstä.

Claims (3)

1. Eri radiopuhelinjärjestelmien radio-osassa käytettävä lähetinsignaalin muodostuskytkentä, johon kuuluu DDS-piiri (3) (DDS, Direct Digital Synthesis), jonka yhteen tuloon on 5 kytketty moduloiva signaali ja jonka lähdöstä saadaan moduloitu välitaajuussignaali, ja jossa radio-osassa vastaanotettu radiotaajuussignaali sekoitetaan vastaanottimen PLL-syntetoijapiirillä (1) muodostettuun paikallisoskillaattori-taajuuteen, tunnettu siitä että vastaanottimen syn-10 tetoijapiirin (1) lähtö on kytketty DDS-piirin (3) referenssi taajuus s isäänmenoon, jolloin DDS-piirin referenssitaajuus on sama kuin vastaanottimen paikallisoskillaattoritaajuus.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kytkentä, tunnet -15 t u siitä, että vastaanottimen syntetoijan lähtösignaali ja DDS:n lähtösignaali on kytketty sekoittimeen (4), jonka lähdöstä saadaan lähettimen lopputaajuus.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kytkentä, tunnet -20 t u siitä, että DDS:n (3) lähtö on kytketty kertojaan (5), jonka lähtö on kytketty sekoittimeen (4), jolloin DDS:n lähtö-signaalin taajuus nostetaan sopivaksi sekoitusta varten.