DE19536526A1 - Empfängerarchitektur zum Empfangen von winkelmodulierten/-getasteten Trägersignalen unterschiedlicher Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Empfängerarchitektur zum Empfan­ gen von winkelmodulierten/-getasteten Trägersignalen unter­ schiedlicher Frequenz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

Empfängerarchitekturen der vorstehend bezeichneten Art werden in der Nachrichtentechnik überall dort eingesetzt, wo ein als Träger dienendes, durch Modulation mit einem die zu übertra­ gende Information enthaltendes analoges oder digitales NF-Si­ gnal verbundenes HF-Signal durch Demodulation wieder aufbe­ reitet wird. In Abhängigkeit von der Verwendung eines analo­ gen oder des digitalen NF-Signals unterscheidet man zwischen einer anlogen oder digitalen Modulations- bzw. Demodulations­ art. Zur Unterscheidung der beiden Arten wird für die digita­ len Modulation bzw. Demodulation der Begriff "Tastung" ver­ wendet.

Für jede Modulations- bzw. Demodulationsart (analog oder di­ gital) gibt es jeweils verschiedene Modulations- bzw. Demodu­ lationsformen. Man unterscheidet dabei zwischen einer Ampli­ tuden-, Frequenz- und Phasenmodulation bzw. Amplituden-, Fre­ quenz- und Phasendemodulation. Darüber hinaus gibt es insbe­ sondere bei der digitalen Modulations- bzw. Demodulationsart zahlreiche Derivate zu den vorstehend genannten Modulations­ bzw. Demodulationsformen (z. B. GFSK, GMSK, etc.). Die Fre­ quenz- und Phasenmodulation bzw. Frequenz- und Phasendemodu­ lation wird auch als Winkelmodulation bzw. -demodulation be­ zeichnet.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf ein einzelnes zu modulierendes bzw. demodulierendes HF-Signal, das für die Nachrichtenübertragung in einem Nachrichtensystem, z. B. einem Mobilfunksystem oder Schnurlos-Telekommunikationssystem, ei­ nem begrenzten Teilnehmerkreis zur Verfügung steht.

Um den Teilnehmerkreis zu erhöhen, wird die Anzahl der Dimen­ sionen für die analoge oder digitale Modulation bzw. Demodu­ lation erhöht. Dazu werden vorzugsweise der Zeit- und/oder Frequenzbereich ausgenutzt. Alternativ dazu ist es auch mög­ lich, den durch den Zeit- und Frequenzbereich definierten Übertragungskanal zusätzlich durch unterschiedliche Codierun­ gen auszunutzen. Bei der Ausnutzung des Zeit- und/oder Fre­ quenzbereiches spricht man von einem TDMA- und/oder FDMA-Ver­ fahren (Time Division Multiple Access; Frequency Division Multiple Access). Bei der Ausnutzung des Zeit- und Frequenz­ bereich in Verbindung mit der Verwendung unterschiedlicher Codierungen spricht man von einem CDMA-Verfahren (Code Divi­ sion Multiple Access).

In der Mobilfunktechnik nach dem GSM-Standard (Groupe Sp´cia­ le Mobile oder Global System for Mobile Communication; vgl. Informatik Spektrum 14 (Jun. 1991), No.3, Berlin; A. Mann: "Der GSM-Standard - Grundlage für digitale europäische Mobil­ funknetze"; Seiten 137 bis 152) einschließlich des Derivats DCS1800 und der amerik. Version ADC und jap. Version JDC so­ wie in der Schnurlos-Telekommunikationstechnik nach dem DECT- Standard (Digital Kuropean Cordless Telecommunication; vgl. Nachrichtentechnik Elektronik 42 (Jan./Feb. 1992), No.1, Berlin; U. Pilger: "Struktur des DECT-Standards"; Seiten 23 bis 29) einschließlich der amerik. Version WCPS, dem CT2- und CT3-Standard (Cordless Telecoinmunication) werden daher Emp­ fängerarchitekturen zum Empfangen von winkelgetasteten Trä­ gersignalen eingesetzt, deren Frequenzen bei dem GSM-System in einem Frequenzband zwischen 890 MHz und 960 MHz und bei dem DECT-System in einem Frequenzband zwischen 1880 MHz und 1900 MHz liegen.

Beim Aufbau eines Empfängers - z. B. für die vorstehend ge­ nannten Systeme - unterscheidet man generell zwischen einem Homodynempfänger (Direktempfänger) oder Heterodynempfängern (Überlagerungsempfänger) mit einfacher oder doppelter Fre­ quenzumsetzung. Der Homodynempfänger hat gegenüber dem He­ terodynempfängern den Vorteil, daß die homodyne Empfängerar­ chitektur höher integrierbar- ist. Der Heterodynempfänger hat gegenüber dem Homodynempfängern die Vorteile, daß die Selek­ tivität durch ein Bandpaßfilter bei der Zwischenfrequenz und der variablen Oszillators leicht definiert werden kann und daß die Demodulation bei einer relativ niedrigen Frequenz stattfindet. Der Homodynempfänger ist zudem nicht besonders gut für TDMA-Systeme geeignet, weil der größte Teil der Sy­ stemverstärkung im Basisbandverstärker vorgenommen wird. Diese Verstärker reagieren aber auf sehr niederfrequente Si­ gnale und sind daher sehr empfindlich gegenüber Einschwing­ vorgänge, die durch das Umschalten zwischen einem Sendemodus und einem Empfangsmodus in den TDMA-Systemen entstehen (vgl. ntz Bd.46 (1993), Heft 10, Seiten 754 bis 757).

Fig. 1 zeigt einen aus der GB-2,286,950 A1 bekannten Homo­ dynempfänger (Direct Conversion Receiver), der einen für Ho­ modynempfänger typischen einstufigen Synthesizer SYN mit ei­ nem vorgeschalteten rauscharmen Verstärker VS und Bandpaßfil­ ter BPF und mit einer nachgeschalteten Limitiereinrichtung LE und Dekodiereinrichtung DE. Mit der Limitiereinrichtung LE können zu einer "In Phase"-Komponente (1-Komponente) und ei­ ner Quadratur-Komponente (Q-Komponente) des zu demodulieren­ den Signals durch Addition bzw. Subtraktion der 1-Komponente und Q-Komponente zwei weitere Komponenten (z. B. eine A-Kompo­ nente und B-Komponente) erzeugt werden. Dadurch wird die Win­ kelauflösung in der komplexen I/Q-Ebene erhöht. Für die Demo­ dulation in der Dekodiereinrichtung DE werden die Komponenten (Signale) außerdem hart begrenzt (limitiert), wodurch die Zu­ stände "1" oder "-1" für die I-, Q-, A- und B- Komponenten entstehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ei­ ne Empfängerarchitektur zum Empfangen von winkelmodulierten/getasteten Trägersignalen unterschiedlicher Frequenz anzuge­ ben, die den Vorteil der hohen Integrierbarkeit bei einem Ho­ modynempfänger mit den Vorteilen eines Heterodynempfängers verbindet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Empfängerarchitektur durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, in der Empfängerarchitektur der eingangs genannten Art einen zwei­ stufigen Synthesizer mit einem Lokaloszillator fester Fre­ quenz in einer ersten Synthesizerstufe und einem Lokaloszil­ lator stellbarer Frequenz in einer zweiten Synthesizerstufe vorzusehen, wobei die in der zweiten Synthesizerstufe enthal­ tenen Mischer als eine Mischeranordnung zur Unterdrückung von in der ersten Synthesizerstufe gebildeten Spiegelfrequenzen ausgebildet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Anwendungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 2 erläutert.

Fig. 2 zeigt ausgehend von dem bekannten Homodynempfänger gemäß Fig. 1 eine in bezug auf den Synthesizer SYN modifi­ zierte Empfängerarchitektur, die die Vorteile eines Homo­ dynempfängers mit denen eines Heterodynempfängers verbindet. Der in der Fig. 2 dargestellte Empfänger wird deshalb auch als Quasi-Homodynempfänger bezeichnet. Um den für Homodynemp­ fänger charakteristischen hohen Integrationsgrad mit dem in der Fig. 2 dargestellten Empfänger zu erreichen, müssen die für einen Homodyn- und Heterodynempfänger typischen Lokalos­ zillatoren für die Frequenzumsetzung integriert werden (vollständige Integration).

Dabei entsteht das Problem, daß die Realisierung des benötig­ ten Phasenrauschens des Oszillators nicht ausreicht. Um die­ ses Problem zu umgehen, wird daher ein erster Lokaloszillator LO1 einer ersten Synthesizerstufe SYNS1 in dem Synthesizer SYN auf einer festen Frequenz betrieben. Dadurch kann die Bandbreite des Synthesizers SYN sehr groß gewählt werden, so daß das Phasenrauschen im interessierenden Bereich im wesent­ lichen durch die Stabilität eines verwendeten in der Fig. 2 nicht dargestellten Referenzoszillators bestimmt wird.

Da der erste Lokaloszillator LO1 in der Frequenz nicht verän­ derbar ist, ist die für den Homodynempfänger typische direkte Konversionsarchitektur aufgrund der fehlenden Kanalauswahl nicht möglich. Das über die Antenne empfangene, in dem Band­ paßfilter BPF gefilterte und in dem rauscharmen Verstärker VS (Low Noise Amplifier) verstärkte Signal, z. B. bei einer DECT-Empfängerarchitektur das DECT-Signal, wird daher in der ersten Synthesizerstufe SYNS1 auf eine Zwischenfrequenz umge­ setzt. Dabei wird jedoch - im Gegensatz zu den bekannten He­ terodynempfängern - keine Kanalselektion durchgeführt. Um die bei der Umsetzung des Empfangssignals auf die Zwischenfre­ quenz entstehenden Spiegelfrequenzen zu unterdrücken, wird in einer der ersten Synthesizerstufe SYNS1 nachfolgenden zweiten Synthesizerstufe SYNS2 bezüglich der in dieser Stufe verwen­ deten Mischer eine Mischeranordnung MA (Konfiguration) ver­ wendet, die das auf die Zwischenfrequenz umgesetzte Empfangs­ signal in das Basisband umsetzt und dabei gleichzeitig die in der ersten Synthesizerstufe SYNS1 aufgetretenen Spiegelfre­ quenzen unterdrückt. Die Konfiguration zur Spiegelfrequenzun­ terdrückung wird auch als "Image Rejection Mixer"-Konfigura­ tion bezeichnet. Die Mischeranordnung MA in der zweiten Synthesizerstufe SYNS2 wird dabei zur Unterdrückung der Spie­ gelfrequenzen von einem zweiten Lokaloszillator LO2 betrie­ ben, der im Unterschied zu dem ersten Lokaloszillator LO1 in der Frequenz stellbar ist. Dadurch wird die vorstehend be­ reits angesprochene Kanalselektion bzw. Kanalwahl realisiert.

Am Ausgang der zweiten Synthesizerstufe SYNS2 werden die durch die Mischeranordnung zur Spiegelfrequenzunterdrückung gebildeten Komponenten zu einer I-Komponente und einer Q-Kom­ ponente - analog den Verhältnissen beim Homodynempfänger - zusammengesetzt. Die Kanalselektion im Basisband wird an­ schließend, wie bei dem bekannten Homodynempfänger nach Fig. 1, durch Tiefpaßfilter in dem I-Zweig und Q-Zweig realisiert.

Mit der sich daran anschließenden Limitiereinrichtung LE kön­ nen - gemäß der GB-2,286,950 A1 - durch gewichtete Addition bzw. Subtraktion der I-Komponente und Q-Komponente zusätzli­ che Komponenten, eine A-Komponente und eine B-Komponente er­ zeugt werden. Durch ein auf diese Weise in der komplexen Ebene zusätzlich erhaltenes Koordinatensystem kann die Win­ kelauflösung in der komplexen Ebene erhöht werden. Mit dieser verbesserten Winkelauflösung können somit auch Empfangssigna­ le mit einem kleinen Modulationsindex in der Dekodiereinrich­ tung DE dekodiert werden.

Claims (4)

1. Empfängerarchitektur zum Empfangen von winkelmodulierten/getasteten Trägersignalen unterschiedlicher Frequenz, mit

• (a) einem zweistufigen Synthesizer (SYN) zum synthetischen Erzeugen eines zu demodulierenden/dekodierenden Basissignales mit einer I-Komponente und einer Q-Komponente aus dem Träger­ signal,
• (b) einem rauscharmen Verstärker (VS), der dem Synthesizer (SYN) vorgeschaltet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (c) eine erste Synthesizerstufe (SYNS1) des Synthesizers (SYN) vorgesehen ist, die einen mit einer konstanten Frequenz betriebenen Lokaloszillator (LO1) aufweist,
• (d) eine der ersten Synthesizerstufe (SYNS1) nachgeschaltete zweite Synthesizerstufe (SYNS2) des Synthesizers (SYN) vorge­ sehen ist, die einen mit einer variablen Frequenz stellbaren Lokaloszillator (LO2) und eine Mischeranordnung (MA) zum Un­ terdrücken von Spiegelfrequenzen bei der synthetischen Erzeu­ gung des zu demodulierenden/dekodierenden Basissignales auf­ weist.

2. Verwendung der Empfängerarchitektur nach Anspruch 1 in ei­ nem DECT-spezifischen Schnurlos-Telekommunikationssystem.

3. Verwendung der Empfängerarchitektur nach Anspruch 1 in ei­ nem GSM-spezifischen Mobilfunk-Telekommunikationssystem.