FI98420C - Menetelmä ja kytkentä moduloidun signaalin muodostamiseksi lähetin/vastaanottimessa - Google Patents

Description

98420

Menetelmä ja kytkentä moduloidun signaalin muodostamiseksi lähetin/vastaanottimessa - Förfarande ooh koppling att alstra en modulerad signal i en sändare/mottagare 5

Keksintö kohdistuu menetelmään ja kytkentään moduloidun signaalin muodostamiseksi taajuussyntesoijalla, joka perustuu vaihelukittuun silmukkaan. Silmukan vaihevertaili-10 jalle tuodaan kiinteätaajuinen vertailusignaali ja tulo-signaali, joka saadaan taajuussyntesoijän lähtösignaalis-ta sen taajuutta pienentämällä.

Eräs tunnettu tapa synnyttää moduloitu lähetystaajuus on 15 esitetty kuvassa 1. Lähetystaajuus f-pX muodostetaan suljetussa vaihelukitussa silmukassa ohjaamalla jänniteoh-jattua oskillaattoria 109 (VCO) ohjausjännitteellä VcmoD' joka muodostuu silmukan sisäisestä ohjaussignaalista ja siihen summaimessa 110 lisätystä silmukan ulkopuolelta 20 tulevasta modulaatiosignaalista MOD. Ohjausjännite Vc muodostetaan vaihelukkosilmukalle ominaisesti vaihever-tailijalla, jota kuvaa vaihelukkopiiri 107 (PLL), ja sil-mukkasuodattimella 108 (LPF) muodostamalla VCO:n 109 läh-tösignaalin ja piirille 107 ennalta ohjelmoidun vertailu-25 signaalin vaihe-eroon verrannollinen signaali ja suodattamalla se silmukkasuodattimessa 108 (LPF). VCO:n lähtö-signaalissa fTX näkyvät ainoastaan silmukan asettumisno-peutta nopeammat moduloivan signaalin MOD aiheuttamat vaihe- tai taajuusmuutokset eli silmukalla on ylipäästö-30 luonteinen taajuusvaste.

Kuvassa 1 on esitetty myös tavanomainen heterodynevas-taanotin, jossa vastaanotinsignaali fpX sekoitetaan paikallistaa juuteen sekoittimessa 3 ja suodatetaan kais-35 tanpäästösuodattimessa 4 välitaajuuden fjp muodostamiseksi. Paikallistaajuus muodostetaan oskillaattorissa 5, 98420 2 joka voi olla esimerkiksi vaihelukittu taajuussyntesoija tai kideoskillaattori. Kuvassa on selvyyden vuoksi esitetty myös lähetin/vastaanottimen antenni 1; dupleksisuo-datin 2 sekä lähettimen tehovahvistin 106.

5

Matkapuhelimissa käytettyjen jänniteohjattujen oskillaattorien taajuuden säätöalue on suuruusluokkaa 30 MHz (esimerkiksi kantoaaltotaajuuksien ollessa 890 - 915 MHz) ja ohjausjännite enintään 5 V, jolloin yhden kilohertzin 10 taajuuspoikkemaa VCO:n lähdössä vastaa 200 μν:η ohjaus- jännite, mistä johtuen modulaatiosignaalin MOD sisältämät häiriöt aiheuttavat helposti epätarkkuutta lähtösignaa-liin f-ρχ. Lisäksi VCO:n 109 taajuusmuutoksen ja sitä vastaavan ohjausjännitteen VqM0D muutoksen välinen suhde ei 15 ole vakio, vaan muuttuu VCO : n lähtötaajuuden f-ρχ muuttuessa. Seurauksena on, että modulaatiokerroin vaihtelee helposti sekä laitekohtaisesti että taajuuteen ja lämpötilaan verrannollisena. Lähettimen hyötysuhteen kannalta kuvan l ratkaisu on edullinen, sillä VCO:n 109 lähtöteho 20 johtuu lähes suoraan lähetyssignaaliin fTX· Ratkaisu on yksinkertainen, mutta se ei sovellu mainitun ylipäästö-luonteisen taajuusvasteen ja häiriöherkkyyden takia DC-modulaation tai digitaalisen vaihemodulaation synnyttämiseen .

25

Kuvan 1 rakenteen ongelmat voidaan osittain poistaa kuvan 2 mukaisella rakenteella, jossa lähetystaajuus fp-χ muodostetaan lähetin/vastaanotinosan yhteisen paikallistaa-juuden fp ja oskillaattorissa 209 synnytetyn moduloidun 30 siirtotaajuuden fqff sekoitustuloksena. Modulaatiokerroin voidaan toteuttaa käytännön vaatimusten mukaiseksi, jolloin esimerkiksi 1 kHz suuruusluokkaa oleva taajuuspoik-kema saadaan aikaan noin yhden voltin vaihtelulla moduloivassa signaalissa MOD. Lähetystaajuudeksi ίγχ valitaan 35 kaistanpäästösuodattimellä 207 sekoittimen 208 lähdöstä joko taajuus fp + foFF tai taajuus fp - foFF· Sekoitti- 3 98420 messa 208 ja suodattimessa 207 signaalin teho vaimenee jopa noin 10 dB, mikä heikentää kytkennän kokonaishyö-tysuhdetta kuvan 1 ratkaisuun verrattuna. Jos oskillaattori 209 on esimerkiksi kideoskillaattori, voidaan tällä 5 rakenteella toteuttaa myös DC-modulaatio. Moduloitavien kideoskillaattoreiden taajuudet ovat tyypillisesti alle 50 MHz, mikä asettaa omat rajoituksensa rakenteen soveltamiselle. Ongelmana on edelleen, että rakenteella ei saavuteta vaihemodulaation vaatimaa vaihetarkkuutta.

10

Kuvassa 3 esitetty I/Q-modulaattori 310 sen sijaan soveltuu myös hallitun vaihemodulaation synnyttämiseen. Lähe-tystaajuinen moduloimaton vakioamplitudinen signaali ja sen kanssa 90 asteen vaihesiirrossa oleva ja amplitu-15 diitaan samansuuruinen signaali fcn/2 kerrotaan moduloi villa signaalikomponenteilla I ja Q kertojissa 308 ja 309 vastaavasti. Näin saadut signaalit lasketaan yhteen sum-maimessa 307, jonka lähdöstä saadaan modulaation sisältävä lähetystaajuinen signaali f-ρχ. Tämän kytkennän on-20 gelmana on, että I/Q-modulaattori 310 on teknisesti vaikeasti toteutettava komponentti erityisesti suurilla taajuuksilla, sillä esimerkiksi kertojilta 308 ja 309 vaaditaan hyvää lineaarisuutta. Kertojat 308, 309 sekä summain 307 toteutetaankin yleensä aktiivisina rakenteina, esi-25 merkiksi tunnettuina Gilbertin soluina, joiden virran kulutus on useita kymmeniä mA. Eräs tämän kytkennän ongelmista on, että lähetystaajuisen moduloimattoman signaalin vuotamista kertojan kautta lähetteeseen on vaikea estää. Näistä syistä lähetystaajuudella toimivan I/Q-modu-30 loinnin sijaan päädytäänkin usein kuvan 4 mukaiseen I/Q-modulointiin siirto-oskillaattoritaajuudella f>p. Moduloitu siirto-oskillaattoritaajuus foFF sekoitetaan lähetystaajuudelle f-ρχ paikallistaajuuden fp avulla. Tässä kytkennässä modulaattoripiiri 410 toimii lähetystaajuutta 35 huomattavasti pienemmällä taajuudella, esimerkiksi 90 MHz taajuudella, kun lähetystaajuus fTX on noin 900 MHz.

4 98420

Sekoittajalta 411 tulevista taajuuksien ja f qff sekoi-tustuloksista + foFF ia fi ~ foFF toinen valitaan lähetystaajuudeksi ίτχ suodattimen 412 avulla. Suodatti -5 mella vaimennetaan myös taajuuksien ja foFF läpikuulu-mista. Sekä kuvan 3 että kuvan 4 rakenteiden virrankulu-tus on suuri lähinnä I/Q-modulaattorin 310, 410 kertojien ja summaimen johdosta sekä kuvan 4 suodattimen 412 aiheuttamien häviöiden takia.

10 Tämän keksinnön avulla pyritään edellä kuvattuihin rakenteisiin liittyvät ongelmat poistamaan. Keksinnön avulla voidaan toteuttaa hyötysuhteeltaan hyvä ja rakenteeltaan yksinkertainen lähetin/vastaanotin, joka soveltuu myös 15 digitaalisen vaihemodulaation toteutukseen. Keksintö poistaa rf-taajuudella toimivan kaistanpäästösuodattimen tarpeen. Lisäksi keksinnön avulla voidaan toteuttaa digitaalinen vaihemodulaatio myös suoraan lähetystaajuudelle. Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on esitetty 1. ja 20 9. patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Keksinnössä moduloitava siirtotaajuus muodostetaan vaihe-lukitussa silmukassa säädettävän oskillaattorin lähtötaa-juudesta sekoittamalla se silmukkaan tuotuun sekoitinsig-25 naaliin, joka on edullisesti vastaanottimen paikallistaa-juus, ja suodattamalla sekoitustuloksesta erotussignaali.

Näin saatu siirtotaajuus johdetaan silmukan vaihevertai-lijalle. Säädettävää oskillaattoria ohjataan siirtotaa-juuden ja vertailutaajuuden vaihe-eroon verrannollisella 30 ohjaussignaalilla, joka sisältää modulaation. Modulaatio voidaan toteuttaa sinänsä tunnetuilla tavoilla lisäämällä taajuus- tai vaihemuutos ainakin yhteen vaihevertailijan tulosignaaleista tai niiden johdannaisista. Mainittuja moduloitavia signaaleja ovat esimerkiksi siirtotaajuus, 35 vertailutaajuus tai niistä jakamalla tai kertomalla muodostetut johdannaiset.

5 98420

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa 5 Kuvat 1-4 esittävät tunnettujen lähe- tin/vastaanotinrakenteiden periaateratkaisuja,

Kuva 5 esittää keksinnön mukaisen lähetin/vastaanottimen periaatteen, 10

Kuva 6 esittää keksinnön erään sovellutuksen, jossa modulaatio on toteutettu pulssinviivästystekniikalla,

Kuva 7 esittää keksinnön erään sovellutuksen, jossa modu-15 laatio or. toteutettu I/Q-modulaattorilla ja

Kuva 8 esittää erään esimerkin silmukkasuodattimen toteutuksesta keksinnön mukaisessa lähetin/vastaanottimessa.

20 Kuvien 1-4 mukaiset rakenteet on käsitelty hakemuksen yleisessä osassa. Keksinnön periaate sovellettuna matkapuhelimeen en esitetty kuvassa 5. Kuvan 5 esimerkissä oletetaan, että radiopuhelinjärjestelmän vastaanottotaa-juus fRX = 935 MHz ja lähetystaajuus f-ρχ = 890 MHz (NMT-25 taajuudet) sekä vastaanottimen ensimmäinen välitaajuus fIF = 45 MHz. Tähän sekoitustulokseen pääsemiseksi vastaan-otinhaarassa tarvitaan paikallistaajuus f]_ = fRX±45 MHz, joka synnytetään oskillaattorilla 5, joka voi muodostua esimerkiksi VCO- ja PLL-komponenteista. 890 MHz taajuinen 30 lähetyssignaali f-ρχ muodostetaan säädettävällä oskillaattorilla 511 (esim. VCO). Lähetystaajuinen oskillaattorin 511 lähtösignaali ί?τχ johdetaan myös sekoittajalle 507, jossa se kerrotaan vastaanotinhaaran paikallistaajuudella fi eli kuvan 5 esimerkissä taajuudella 980 MHz. Sekoitus-35 tuloksena syntyvät taajuudet 890 ± 980 Hz eli 90 MHz ero-tustaajuus ja 1870 MHz summataajuus, sekä tasoltaan näitä 6 98420 pienemmät sekoittajan 507 epäideaalisuudesta johtuvat vuototaajuudet 890 ja 980 MHz. Erotustaajuus 90 MHz, jota myöhemmin kutsutaan siirtotaajuudeksi f2, valitaan ali-päästösuodattimella 508 ja johdetaan moduloivalle vaihe-5 lukkopiirille 509 (M-PLL), jossa modulaatio voi tapahtua esimerkiksi hakijan patentoimalla pulssinviivästysteknii-kalla. Vaihelukkopiirin tulosignaalia f2 verrataan ver-tailusignaaliin fr ja näiden vaihe-eroon verrannollista vaihelukkopiirin lähtösignaalia edelleen integroidaan ja 10 suodatetaan silmukkasuodattimessa 510 (LPF). Silmukkasuo-dattimen 510 lähtösignaali V^OD ohjaa säädettävää oskillaattoria 511. Vaihelukkosilmukassa 90 MHz siirtotaajuu-teen f2 synnytetty modulaatio kompensoituu oskillaattorin 511 taajuusmuutoksen johdosta ja siten synnyttää modulaa-15 tion oskillaattorin lähtösignaaliin ϋχχ·

Seuraava numeerinen esimerkki valaisee asiaa. Alkutilanteessa taajuudet ovat lukittaneet siten, että = 980 MHz, f'T-v - 8 90 MHz ja näiden erotustaajuus f2 = 90 MHz.

20 Kun erotustaajuiseen moduloivan PLL-rakenteen 509 tulo-signaaliin f2 synnytetään mainitussa rakenteessa askel-mainen taajuuspoikkeama Af, edustavat suodattimelta 508 piirin 5C9 sisäiselle vertailuelimelle saapuvat pulssit taajuutta 90 MHz + Af. Vaihelukko säätää nyt oskillaatto-25 rin 511 lähtösignaalin f-ρχ taajuuden muuttumaan siten, että sekoittajalta 507 PLL-rakenteen 509 vaihevertailue-limelle saapuvien pulssien taajuus palautuu arvoon 90 MHz, mikä toteutuu kun oskillaattorin 511 taajuus pienenee Af:n verran.

30

Siirtotaajuuteen f2 lisätty taajuusmodulaatio näkyy siten taajuuden muutoksena oskillaattorin 511 lähdössä. Voidaan osoittaa, että vaihemodulaatiolle pätee sama. Modulointi on mahdollista nollataajuudesta alkaen niin suureen taa-35 juuteen saakka kuin vaihelukkosilmukan tekninen toteutus antaa mahdollisuuden.

7 98420

Edellä olevasta ilmenevät ratkaisun edut aiemmin tunnettuihin ratkaisuihin nähden. Modulaatio toteutetaan VCO:n 511 avulla suoraan lähetystaajuudelle fpX, mikä parantaa 5 kokonaishyötysuhdetta. Käytännössä modulaatioinformaatio lisätään kuitenkin alempaan siirtotaajuuteen £2, mikä puolestaan parantaa modulaation tarkkuutta. Hyötysuhteen ja valmistuskustannusten kannalta on oleellista, että se-koitustulosten suodattamiseen tarvitaan kaistanpäästösuo-10 dattimen, esimerkiksi 207 kuvassa 2, sijasta vain yksinkertainen alipäästösuodatin 508. Moduloitavalle siiito-taajuudelle f2 ei myöskään ole radiopuhelinjärjestelmän lähetys- tai vastaanottotaajuuksien asettamia rajoituksia, koska siirtotaajuus f2 ei ole lähettimen signaalipo-15 lulla kuten tunnetuissa ratkaisuissa. Lisäksi, kun modulointi tapahtuu suljetussa säätösilmukassa, riippuu modu-laatiokerroin ainoastaan referenssitaajuudesta fr, eikä esimerkiksi lähetystaajuudesta f-ρχ, lämpötilasta tai laitteiden yksilöllisistä vaihteluista.

20

Valitsemalla kuvan 5 mukaiseen rakenteeseen vastaanottimen välitaajuudeksi fjp 45 MHz:n sijasta esimerkiksi 57,15 MHz, voidaan muut taajuudet valita seuraavasti (kuvan 5 mukaisilla lähetys- ja vastaanottotaajuuksilla 25 fTX ja fRX): paikallistaajuus fp = 877.85 MHz siirtotaajuus f2 = 12.15 MHz.

30 12,15 MHz siirtotaajuuden f2 suodattaminen ja käsittely on helposti toteutettavissa. Suodatin 508 voi tässä tapauksessa olla yksinkertainen, piille integroitava RC-ali-päästösuodatin.

35 Kuvan 5 ratkaisun toteuttaminen edellyttää, että oskillaattori 511 on lukittavissa laajalle taajuusalueelle 8 98420 (esim. 890 MHz - 915 MHz) sekä toisaalta moduloitavissa hyvin pienellä taajuusalueella. Lisäksi on varmistettava, ettei oskillaattori 511 vaihelukitu halutun taajuuden f-ρχ = fi - f2 sijasta peilitaajuudelle ίχ + f2- Tämä mahdol-5 lisuus on olemassa, mikäli siirtotaajuus f.2 on suuruudeltaan alle puolet oskillaattorin 511 säätöalueesta.

Kuvissa 6, 7 ja 8 on esitetty yksityiskohtia ja täydennyksiä kuvan 5 laiteratkaisun lähetin- ja modulaattori-10 toiminteisiin. Kuvassa 6 on esitetty pulssinviivästystek-niikkaan perustuva modulointiratkaisu ja kuvassa 7 vaihtoehtoisena modulointiratkaisuna I/Q-modulaattoriir perustuva ratkaisu sekä periaate oikeaan taajuuteen lukit-tumiseksi. Pulssinviivästystekniikkaan perustuva modu-15 lointi on esitetty tarkemmin patenttijulkaisuissa US 5,079,520 ja US 5,325,075. Kuvassa 8 on esitetty esimerkki silmukkasuodattimen ja sen yksityiskohtien toteutuksesta .

20 Kuvassa 6 on esitetty yksityiskohdat kuvan 5 paikallisos-killaattorista ja keksinnön mukaisesta moduloidun lähe-tinsignaalin muodostavasta vaihelukitusta silmukasta. Kuvan 5 paikallisoskillaattori 5 on tässä toteutettu vaihe-lukitulla taajuussyntesoijalla 605 (katkoviiva rajaa loh-25 koa). Paikallisoskillaattori 605 tuottaa paikallistaajuu-den f3_. Vastaavasti keksinnön mukaisessa vaihelukkosilmu-kassa kuvan 5 sekoitinta 507 vastaa sekoitin 607, ali-päästösuodatintä 508 suodatin 608, säädettävää oskillaattoria 511 oskillaattori 611 ja silmukkasuodatinta 510 30 lohko 610. Moduloivan vaihelukkopiirin 509 M-PLL sisäinen rakenne on esitetty lohkossa 609.

Paikallisoskillaattori 605 muodostuu säädettävästä oskillaattorista 612, silmukkasuodattimesta 613 ja vaihelukko-35 piiristä 614, jota rajaa pilkkuviiva. Paikallistaajuudel-le ti pätee 9 98420 /, = 7i-W. + Λ) <ι>

Mr missä Mr on referenssitaajuuden fr jakajan 601 jakoluku, 5 Nr on jakajan 602 jakoluku ja Pr dual-modulus esijakajan 603 jakoluku sekä Ar esijakajan modulusohjaimen 604 oh-jausluku. Syntesoijan 605 lähtösignaali fp sekoitetaan VCO:n 611 muodostamaan lähetystaajuiseen lähtösignaaliin fΤχ sekoittimessa 607 ja suodatetaan alipäästösuodatti-10 messa 608 keksinnön mukaisesti. Sekoitustuloksena saatu siirtotaajuus f 2 johdetaan vaihelukkopiirin 609 jakaja-kytkennälle, jota kuvaa lohko 615. Kytkennässä pulssitaa-juus f2 jaetaan luvulla (N-pPp- + Ap>) · Signaalin f2 taajuudesta riippuen jakaja 615 voi perustua kuvan esijakaja-15 ratkaisuun tai suoraan pulssilaskuriin. Referenssitaajuus fr jaetaan luvulla M-p jakajassa 616.

Modulaatio suoritetaan viivästämällä tulosignaalista f2 jakamalla saadun signaalin pulssien reunoja viivästimessä 20 617 sekä referanssitaajuudesta fr jakamalla saadun sig naalin pulssien reunoja toisessa viivästimessä 618. Vii-västimien 617 ja 618 yksikköviiveet saadaan lausekkeista (2) ja (3) 25 ΔΓ =- — (2)

Lfr ΔΓ2=-l--- (3) (L + AL)fr 30 jossa L ja AL ovat kokonaislukuja. Seuraavassa oletetaan, että AL=1. Yksikköviiveet ovat eripituisia. Valitsemalla viivästimille tuleville pulsseille yksilölliset kertoimet kp ja k2 sekä tarvittaessa lisäämällä tai vähentämällä kokonaisia referenssitaajuisia fr pulsseja, voidaan ver- 10 98420 tailuelimelle 619 menevien pulssien pituuksia muunnella siten, että haluttu taajuus- tai vaihe-ero siirtotaajuu-den f2 ja vertailutaajuuden fr välillä toteutuu. Kun tu-losignaalin f2 taajuus on fp-ίρχ, saadaan sitä jakamalla 5 ja viivästämällä vertailuelimelle 619 menevän signaalin j aksonpituudeksi Tp T PTN_J + Ar (4) ' f\ - f TX Lfr 10

Vastaavasti referenssitaajuudesta fr jakamalla ja viivästämällä muodostetun signaalin jaksonpituus T2 on (5) 15

Vaihelukitun silmukan ollessa lukitussa tilassa saadaan VCO:n lähtotaajuudeksi ίρχ , , UPTNT+AT) 2 0 Jtx - h--k-f ' 6 > M + ^2 il

L +1 L

Jos valitaan vertailutaajuudeksi fr = 14,85 MHz ja jako-luvuksi Mp = 227, johtuu vertailuelimelle 619 50 kHz.-n pulssitaajuus. Jos edelleen Pp = 64, Np = 28 ja Ap = 8 25 sekä kp = k2= 0, saadaan lähetystaajuudeksi fTX = 980MHz - 14·850Μ/^1|Q0) = 890MHz ju 297

Jos edelleen L = 63, niin yhtälön 5 mukaisesti pienin 30 taajuusmuutos syntyy, kun kertoimia kp ja k2 inkrementoi-daan yhdellä joka K:nnen vaihevertailupulssin kohdalla 11 98420

Af™. =/γ(^τΛ+Λγ)( γ *7-— £7+ί ντϊ^ικ (7)

r L + l L 7 Ζ, + 1 L

Kun Μτ >> k2/(L+l) ja Μτ >> kp/L, niin yhtälölle (7) saa-5 daan hyvin tarkaksi likiarvoksi Δ/π,,η * —{NTPT +A)x--- (8) 7m," TT ) + ^ eli siirtotaajuus f2 jaettuna tulolla K*MTxL(L+l), ja lu-10 kuarvoksi Afmin = 75/K Hz. Yhtälöstä 8 nähdään edelleen, että mitä pienemmäksi siirtotaajuus f2 suunnitellaan ja mitä suuremmalla ref erenssi j akaj an M-p arvolla referenssi-taajuus fr jaetaan sitä pienemmäksi saadaan pienin taa-juusaskel Afm^n. Valitsemalla siirtotaajuudeksi f2 edellä 15 jo esitetty 12.15 MHz ja referenssitaajuudeksi fr 19.2 MHz ja vaihelukitun silmukan vaihevertailutaajuudeksi 50 kHz (M = 384), saadaan pienimmäksi taajuusaskeleeksi 8/K Hz, joka on riittävän pieni korkealaatuisen modulaation toteuttamiseksi radiopuhelimen puheensiirtoon jo arvolla 20 K=1 eli muuttamalla kl ja k2:n arvoja jokaisen vaihever- tailijalle tulevan pulssin kohdalla. Tämä vastaa näytteen ottamista moduloivasta signaalista 50 kHz taajuudella. Taajuusaskel saadaan pienemmäksi joko käyttämällä pienempää siirtotaajuutta f2 tai harventamalla kertoimien kl ja 25 k2 muutoksia antamalla K:lie arvo, joka on suurempi kuin 1. Kertoimien kl ja k2 muutosten on kuitenkin tapahduttava moduloivaan signaalitaajuuteen MOD nähden riittävän useasti, sillä kertoimien päivitys vastaa näytteen ottamista moduloivasta signaalista.

Analoginen moduloiva signaali MOD muunnetaan viiveohjauk-siksi muuntamalla se muuntimessa 621 digitaaliseen muotoon ja edelleen tarvittaviksi viivästyskertoimien kl ja 30 12 98420 k2 arvoiksi sekä lisättävien tai vähennettävien pulssien lukumääräksi modulaatiologiikalla 620.

Kuva 7 esittää· viiverakenteiden käytölle vaihtoehtoisen 5 tavan modulaation suorittamiseen sekä menetelmän sen varmistamiseksi, että keksinnön syntesoija lukittuu oikeaan taajuuteen. Edelleen kuvan 5 säädettävää oskillaattoria 511 vastaa oskillaattori 711, sekoitinta 507 sekoitin 707, suodatinta 508 suodatin 708 ja silmukkasuodatinta 10 510 lohko 710. Moduloivaa vaihelukkopiiriä 509 vastaa lohko 709, jota rajaa katkoviiva. Lohko 709 sisältää ainakin I/Q-mcdulaattorin 704 (rajattu pilkkuviivalla), esijakajan 706 (rajattu pilkkuviivalla), vertailuelimen 714 sekä jakajan 712.

15

Sekoituksen 707 tuloksena syntynyt siirtotaajuinen signaali f2 jaetaan I/Q-modulaattorissa 704 kahteen keskenään 90 asteen vaihesiirrossa olevaan I- ja Q- komponenttiin ja kerrotaan ne kertojissa 701 ja 702 moduloivalla 20 signaalilla Mod(I) ja Mod(Q). Saadut tulot lasketaan yhteen summaimessa 703. Näin saatu moduloitu siirtotaajuinen signaali syötetään jakajakytkennälle 706 ja edelleen vertailuelimelle 714. Vertailusignaali fr jaetaan jakajassa 712. Vertailuelimen 714 lähdöstä saatava, modulaa-25 tion sisältävä vaihe-erosignaali johdetaan aiemmin esitetyn mukaisesti silmukkasuodattimelle 710, jonka lähtösig-naali ohjaa säädettävää oskillaattoria 711.

Modulaatio voidaan vaihtoehtoisesti toteuttaa myös ver-30 tailutaajuuteen fr. Tällöin 1/Q-modulaattori 704 sijoitetaan ennen jakajaa 712 siten, että vertailutaajuus fr johdetaan modulaattorin tuloon A ja modulaattorin lähdöstä B saatava signaali johdetaan jakajalle 712.

35 Kuvien 6 ja 7 mukaiset modulaatiomenetelmät soveltuvat myös digitaalisen modulaation vaatimien tarkkojen taa- li 13 98420 juus- tai vaiheaskeleiden toteuttamiseen. Esitettyjen modulointimenetelmien käytännön toteutuksessa on kuitenkin parametreistä riippuen tarpeellista varmistaa, ettei f-ρχ lukitu fi - f2··η peilitaajuuteen ja että vaihelukitun 5 silmukan aikavakiot ovat yhtäältä sopivat ί·ρχ:η muuttamiseen kanavanvaihtotilanteessa ja toisaalta sopivat myös halutun modulaation toteuttamiseen vakioksi asettuneelle ϋ-ρχ:η arvolle. Tämän toiminteen mahdollistamiseksi kuvan 7 kytkentään on lisätty sekoittajan 707 ja suodattimen 10 708 ohituskytkentä, jolla tässä esimerkissä ohitetaan myös modulaattori 704. Ohitus tapahtuu ohjattavan kytkimen 716 avulla.

Ohjaussignaalin MODE avulla syntesoijalle voidaan määri-15 teliä kaksi vaihtoehtoista toimintatilaa: taajuuslukitus-tila ja modulointitila. Taajuuslukitustilassa kytkin 716 on asennossa I, jolloin VCO:n 711 lähtösignaali f-ρχ viedään suoraan jakajakytkennälle 706. Koska jaettava taajuus vaikuttaa myös suljetun silmukan systeemivasteeseen, 20 ohjataan vaihevertailijan lähtöpuskurin 713 ja silmukka-suodattimen 710 ominaisuuksia halutun'asettumisnopeuden saavuttamiseksi sekä asetetaan ohjausosalla 715 jakajien jakoluvut N-p, P-p, A-p ja M-p vastaamaan haluttua taajuutta. Siirryttäessä modulointitilaan jakoluvut sekä lähtöpusku-25 rin silmukkasuodattimen ominaisuudet asetetaan oskillaattorin 711 moduloinnin vaatimiin arvoihin sekä ohjataan kytkin 716 asentoon II, jolloin jakajakytkennän 706 tulo-signaali saadaan modulaattorin 704 lähdöstä B.

30 Virrankulutuksen ja siten käyttökustannusten kannalta edullinen kuvan 7 kytkennän variaatio saadaan sijoittamalla kytkin 716 pisteeseen E eli "dual modulus"-esijaka-jan 718 ja jakajan 717 väliin. Tällöin silmukan ollessa modulointitilassa, johdetaan moduloitu siirtotaajuus f2 35 suoraan modulaattorin 704 lähdöstä pisteestä B jakajalle 717. Taajuuslukitustilassa lähetystaajuinen signaali ί-ρχ 14 98420 puolestaan jaetaan kuvan mukaisella jakajakytkennällä 706. Näin virtaa kuluttava "dual modulus" -esijakaja 718 ja moduluslaskuri 719 voidaan kytkeä irti käyttöjännitteestään modulointitilassa ja siten pienentää virrankulu-5 tusta. Tätä tilannetta vastaavat kertoimien arvot Ap = 0 ja Pp = 1, jolloin jakajakytkennän 706 jakoluvuksi saadaan PpAp + Np = Np.

Kuvan 8 periaatteen mukaisesti säädettävälle oskillaatto-10 rille voidaan toteuttaa laaja säätöalue, esimerkiksi BO MHz, ja taajuusdeviaatio saadaan pieneksi, esimerkiksi 4 kHz, jossa virheen ja kohinan osuus on vain muutamia hertsejä. Edelleen kuvan 5 säädettävää oskillaattoria 511 vastaa kuvassa 8 oskillaattori 811, sekoitinta 507 sekoi-15 tin 807, suodatinta 508 suodatin 808 ja silmukkasuodatintä 510 lohko 810. Kuvan 7 kytkintä 716 vastaa kytkin 812.

Kuvan 8 ratkaisussa säädettävällä oskillaattorilla 811 on kaksi tuloa. Taajuuslukitustilassa kytkimen 812 ollessa 20 asennossa I, VCO:n 811 taajuusohjaustulon C ohjaussignaaliksi valitaan kytkimellä 801 silmukkäsuodattimen 802 lähtösignaali, joka asettaa taajuuden fpx halutulle alueelle. Tulon C kautta voidaan toteuttaa oskillaattorin 811 taajuuden karkea säätö, esimerkiksi 50 MHz alueella.

25 Modulointitulon D avulla toteutetaan VCO:n 811 taajuuden hienosäätö kapealla säätöalueella, joka on vain murto-osa, esimerkiksi joitakin satoja kilohertsejä, koko sää-töalueesta. Modulointitulon D säätösignaali asetetaan taajuuslukitustilassa kytkimen 804 avulla säätöalueen 30 keskikohtaa vastaavaksi ohjauksella VqentER· Silmukan lukkiuduttua halutulle taajuudelle, lukitaan tulo C senhetkiseen arvoonsa asettamalla ohjauselimen 805 avulla muistielimen 813 lähtösignaaliksi silmukkäsuodattimen 802 lähtösignaalin arvo taajuuslukitustilassa. Modulaatioti-35 laan siirryttäessä kytkin 801 muutetaan asentoon II, jolloin muistielimen 813 lähtö ohjataan tuloon C. Muistielin 15 98420 813 voidaan toteuttaa esimerkiksi D/A-muuntimella. Modu-lointitilassa oskillaattoria 811 ohjaa silmukkasuodatin 803, jonka lähtösignaali viedään kytkimen 804 ollessa asennossa II modulointituloon D.

5

Kytkennällä voidaan poistaa myös modulointitilassa esimerkiksi lämpötilasta johtuvat sellaiset oskillaattorin 811 lähtötaajuuden f-ρχ muutokset, joita ei ole mahdollista poistaa säätämällä modulointituloa D. Tämä suorite-10 taan mittaamalla silmukkasuodattimen 803 lähtösignaalin keskiarvoa elimessä 814 sekä valvomalla mitatun aikakes-kiarvcn pysymistä ennalta määritellyn vaihtelualu^en sisällä elimen 806 avulla. Mikäli silmukkasuodattimen 803 lähtösignaalin mitattu aikakeskiarvo on ennalta määritel-15 lyn vaihtelualueen ulkopuolella, muutetaan oskillaattorin 811 taajuusaluetta, ohjaussignaalin CNTL sen salliessa, ohjauselimen 805 ja muistielimen 813 avulla tuloon C johdettua signaalia säätämällä.

20 Keksinnön mukaisessa lähetin/vastaanottimessa, engl.

tranceiver, lähetystaajuinen moduloitu signaali muodostetaan säädettävällä oskillaattorilla, jota moduloidaan suljetussa vaihelukitussa silmukassa oskillaattorin lähe-tystaajuisesta signaalista f-ρχ alassekoitetun siirtotaa-25 juuden f2 avulla. Ratkaisulla saavutetaan lähettimessä hyvä hyötysuhde sekä hyvä modulaation taajuusvaste, joka alkaa nollataajuudesta, mikä antaa mahdollisuuden digitaalisten vaihemodulaatioiden toteuttamiseen. Keksintö tarjoaa myös menetelmät moduloinnin mahdollisten virhe-30 toimintojen poistamiseen. Keksintö soveltuu erityisesti lähetin/vastaanottimeen, jolta vaaditaan nopeita taajuus-muutoksia laajalla taajuusalueella sekä hallittua kapeakaistaista taajuus- tai vaihemodulaatiota.

35 Keksinnön periaate soveltuu myös muihin kuin edellä esitettyjen esimerkkien rakenteisiin. Myös säädettävä oskil- 16 98420 laattori voidaan toteuttaa muutoinkin kuin VCOrlla, esimerkiksi oskillaattorilla, jonka taajuutta säädetään resonaattorin mekaanista pituutta muuttamalla. Lisäksi keksinnön selostuksesta ilmenee, että keksinnöllä on ole-5 massaolevien rakenteiden kanssa useita yhdistelymahdollisuuksia, joita voidaan soveltaa noudattaen lähe-tin/vastaanottimelle asetettuja vaatimuksia, joita ovat esimerkiksi radiojärjestelmän taajuusalue tai modulaatiotapa, sekä lähetin/vastaanotinrakenteelle valitut sisäi-10 set taajuudet sekä osin myös haluttu lähetysteho. Siten keksinnön toteutusratkaisuja ja soveltumisalaa rajoittavat ainoastaan keksinnön ominaiset piirteet esittävät oheiset patenttivaatimukset.

Claims (18)

1. Menetelmä moduloidun signaalin muodostamiseksi lähe- tin/vastaanottimessa vaihelukittuun silmukkaan perustuvalla taajuussyntesoijalla, jossa - vaihevertailijan tulosignaalit ovat kiinteä vertailu-taajuus (fr) sekä siirtotaajuus {f2)> joka muodostetaan 10 säädettävän oskillaattorin lähtösignaalista (ίχχ) sen taajuutta pienentämällä, ja - säädettävää oskillaattoria ohjataan mainittujen tulo-signaalien (fr, f2) vaihe-eroon verrannollisella ohjaussignaalilla (VCMOd)/ 15 tunnettu siitä, että modulaation aikaansaamiseksi lähtösignaaliin (ίχχ): - siirtotaajuus (f2) muodostetaan sekoittamalla säädettävän oskillaattorin lähtösignaali (ίχχ) silmukkaan tuotuun sekoitinsignaaliin (f^) ja suodattamalla sekoitustulok- 20 sesta näiden erotussignaali, ja - modulaatio (MOD) lisätään aiheuttamalla ainakin yhteen tulosignaaleista (f2# fr) tai niiden johdannaisista taajuus- tai vaihemuutos.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtotaajuus (f2) on pienempi kuin lähtö-(fτχ) ja sekoitinsignaalien (f^) taajuudet.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että lähtösignaali (ίχχ) on lähetystaajuinen.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitinsignaali (f^) saadaan vastaanottimen paikallisoskillaattorilta (5, 605). 35 18 98420

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modulaatio (MOD) lisätään siirtotaajuuteen (f2) tai vertailutaajuuteen (fr) pulssinviivästysteknii-kalla. 5

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modulaatio (MOD) lisätään jakamalla siirto-taajuus (f2) I- ja Q-komponentteihin, kertomalla mainitut komponentit I- ja Q-modulaatiokertoimilla (I(mod),

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modulaatio lisätään jakamalla vertailutaajuus (fr) I- ja Q-komponentteihin, kertomalla mainitut kompo- 15 nentit I- ja Q-modulaatiokertoimilla ja laskemalla saadut tulot yhteen.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekoitustulos alipäästösuodatetaan erotussig- 20 naalia suurempitaajuisten signaalien eliminoimiseksi.

9. Kytkentä moduloidun signaalin muodostamiseksi lähe-tin/vastaanottimessa vaihelukittuun silmukkaan perustuvalla taajuussyntesoijalla, joka sisältää: 25. säädettävän oskillaattorin (511), joka antaa lähtösignaalin (ίτχ)/ ja - vaihevertailijan (509), joka vastaanottaa tulosignaaleina kiinteän vertailutaajuuden (fr) sekä siirtotaajuuden (f2) ja ohjaa säädettävää oskillaattoria 30 (511) mainittujen tulosignaalien (fr, f2) vaihe-eroon verrannollisella ohjaussignaalilla (Vq^od)' tunnettu siitä, että kytkentä sisältää modulaation aikaansaamiseksi lähtösignaaliin (ίτχ) lisäksi: - sekoittimen (507), joka vastaanottaa lähtösignaalin 35 (ίτχ) ja sekoitinsignaalin (ίχ), li 19 98420 - alipäästösuodattimen (508), joka on kytketty sekoittimen (507) ja vaihevertailijan (509) välille siirtotaajuuden (f2) muodostamiseksi erottamalla sekoittimen (507) sekoitustuloksesta lähtösignaalin (fTX) 5 ja sekoitinsignaalin (ίχ) erotus, sekä - välineet modulaation (MOD) lisäämiseksi aiheuttamalla taajuus- tai vaihemuutos ainakin yhteen tulosignaaleista (f2, fr) tai niiden johdannaisista.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että välineet modulaation lisäämiseksi muodostuvat ainakin vaihevertailijän (609) vertailuelimen (619) siir-totaajuustuloon (f2) kytketyistä ensimmäisestä jakajasta (615) ja ensimmäisestä viivästimestä (617), vertailutaa- 15 juustuloon (fr) kytketyistä toisesta jakajasta (616) ja toisesta viivästimestä (618), sekä jakajia (615, 616) ja viivästimiä (617, 618) ohjaavasta modulaatiologiikasta (620), jota ohjataan A/D-muuntimessa (621) muunnetulla modulaatiosignaalilla (MOD).

10 Q(mod)) ja laskemalla saadut tulot yhteen.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että välineet modulaation lisäämiseksi muodostuvat vaihevertailijan (709) vertailuelimen (714) siirtotaa-juustulohaaraan (f2) kytketystä I/Q-modulaattorista 25 (704) .

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että silmukassa on välineet sekoittimen ja suodattimen ohittamiseksi. 30

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että välineisiin sekoittimen (707) ja suodattimen (708) ohittamiseksi kuuluu kytkin (716), jota ohjaamalla silmukka saatetaan modulointitilaan kytkemällä sekoitin 35 ja suodatin osaksi silmukkaa (II) ja taajuuslukitustilaan kytkemällä sekoitin ja suodatin silmukasta irti (I), joi- 98420 20 loin oskillaattorin lähtösignaali (ίτχ) on toinen vaihe-vertailijan (709) tulosignaaleista.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen kytkentä, tun-5 nettu siitä, että välineisiin sekoittimen ja suodattimen ohittamiseksi kuuluu silmukkajakaja.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että silmukkajakaja muodostuu "dual modulus"-esi- 10 jakajasta (718) ja moduluslaskurista (719), jotka muodostavat ainakin osan vaihevertailijän (709) tulosignaalin jakajakytkennästä (706) taajuuslukitustilassa, ja jotka ovat irrotettuina jakajakytkennästä (706) modulointiti-lassa. 15

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että säädettävässä oskillaattorissa (811) on kaksi ohjaustuloa, joista - ensimmäiseen (C) johdetaan ensimmäinen ohjaussignaali, 20 joka asettaa lähtötaajuuden (ίτχ) oikealle alueelle taajuuslukitustilassa, ja - toiseen (D) johdetaan toinen ohjaussignaali, joka muuttaa lähtötaajuutta (ίτχ) lisätyn modulaation (MOD) mukaisesti modulointitilassa. 25

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen ohjaussignaali muodostetaan tulosignaalien (fr, f2) vaihe-eroon verrannollisesta signaalista silrnukkasuodattimessa (810). 30

18. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että suodatin on alipäästösuodatin (508, 608, 708, 808) . 35 21 98420