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Empfängersystem mit Analog-Digital-Wandlung auf HF und Verfahren - Dokument DE60000503T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60000503T2 26.06.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1148653
Titel Empfängersystem mit Analog-Digital-Wandlung auf HF und Verfahren
Anmelder Lucent Technologies Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Kaminski, Walter Joseph, Long Valley, New Jers 07853, US;
Kolsrud, Arild, Bridgewater, New Jersey 08807, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60000503
Vertragsstaaten DE, FI, FR, GB, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.11.2000
EP-Aktenzeichen 003098134
EP-Offenlegungsdatum 24.10.2001
EP date of grant 25.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.06.2003
IPC-Hauptklasse H04B 1/28
IPC-Nebenklasse H04B 1/40   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft Verfahren zum Verarbeiten von Empfangssignalen und Empfänger.

Der Versorgungsbereich eines drahtlosen Kommunikationssystems ist in verbundene Dienstbereiche unterteilt, die als Zellen bekannt sind, wo drahtlose Einheiten über Funkverbindungen mit einer Basisstation (BS) kommunizieren, welche die Zelle bedient. Die Basisstation ist zum Beispiel durch ein mobiles Vermittlungssystem ("Mobile Switching System" - MSC) an ein Landnetz gekoppelt, das an mehrere Basisstationen angeschlossen ist, die in dem gesamten Dienstbereich verteilt sind. In der drahtlosen Kommunikationsindustrie werden einem Dienstanbieter häufig zwei oder mehr nicht benachbarte oder abgesonderte Frequenzbänder gewährt, die für das drahtlose Übertragen und Empfangen von HF- Kommunikationskanälen zu verwenden sind. In den Vereinigten Staaten zum Beispiel empfängt eine Basisstation für einen "A"-Bandanbieter für Zellularkommunikationen Frequenzkanäle in den A-(825- 835 MHz), A'-(845-846,5 MHz) und A"-(824-825 MHz) Bändern, und die drahtlosen Einheiten empfangen Frequenzkanäle in den A-(870-880 MHz), A'-(890- 891,5 MHz) und A"-(869-870 MHz) Bändern. Eine Basisstation für einen B-Bandanbieter empfängt Prequenzkanäle in den B-(835-845 MHz) und B'-(846,5 849 MHz) Frequenzbändern, und die drahtlosen Einheiten empfangen Frequenzkanäle in den B-(880- 890 MHz) und B'-(891,5-894 MHz) Frequenzbändern. Zusätzlich kann eine Basisstation für Personalkommunikationssystemanbieter (PCS-Anbieter) Frequenzkanäle von drahtlosen Einheiten auf einem oder mehreren PCS-Bändern (1850 MHz-1910 MHz) empfangen, und die drahtlosen Einheiten empfangen Frequenzkanäle auf einem oder mehreren PCS-Bändern (1930-1990 MHz).

Zur Senkung der Kosten der System-Hardware wäre es ein Anliegen eines Dienstanbieters, einen gemeinsamen Empfänger für das simultane Empfangen und Verarbeiten von Signalen innerhalb der nicht benachbarten Frequenzbänder zu verwenden. In einer typischen Empfängerarchitektur wird für gewöhnlich eine Abwärtsmischstufe für jedes Frequenzband zum Abwärtsmischen und Bearbeiten der Anordnung jedes Frequenzbandes bei Zwischenfrequenzen ("intermediate frequencies" - ZF) verwendet, so dass die Frequenzbänder der modulierten Analogsignale in ein entsprechendes IF-Frequenzspektrum umgewandelt werden und bei einer verringerten Abtastrate durch getrennte Analog/Digital-(A/D-)Wandler abgetastet werden können. Zur Verwendung eines einzigen A/D-Wandlers zum Digitalisieren der modulierten Analogsignale in den nicht benachbarten Bändern müsste ein einziger A/D bei ausreichend hoher Rate abtasten, um beide Frequenzbänder abzudecken. Dies ist eine ineffiziente Methode, da der A/D-Wandler Bandbreite verwendet, wenn er unerwünschte Frequenzen in dem Abstand zwischen den Frequenzbändern abtastet. Zur Verringerung des Frequenzabstandes zwischen nicht benachbarten Frequenzbändern wird eine Abwärtsmischstufe für jedes der Frequenzbänder zum Abwärtsmischen und Bearbeiten der Anordnung jedes Frequenzbandes bei ZF verwendet, so dass die Bänder näher beieinander liegen, um in eine kleinere Nyquist-Bandbreite zu passen. Eine andere Methode zur Verbesserung der effizienten Verwendung der Bandbreite des A/D-Wandlers beinhaltet das Abwärtsmischen beider Frequenzbänder, so dass eine Kopie eines der Frequenzbänder in dem Frequenzabstand zwischen den Frequenzbändern angeordnet wird.

Wenn das ZF-Spektrum von einem A/D-Wandler bei einer Abtastrate abgetastet wird, die größer oder gleich dem Zweifachen der kombinierten Signalbandbreite ist, die als Nyquist-Abtastrate bezeichnet werden kann, dreht oder faltet sich die A/D-Eingangssignalbandbreite periodisch um sich selbst in Vielfachen der halben Abtastfrequenz. Folglich werden die Signalbandbreite und Spiegelbilder der Signalbandbreite, bei Frequenz Intervallen, die der Abtastrate des A/D- Wandlers entsprechen, periodisch wiederholt. Jede Kopie der Signalbandbreite kann als eine Nyquist-Zone bezeichnet werden, und die ZF-Signalbandbreite faltet sich auf die erste Nyquist-Zone zwischen etwa 0 Hz und der halben Abtastfrequenz zurück. Die Bandbreite einer Nyquist-Zone entspricht der Nyquist-Bandbreite.

Die Periodizität der Spektraldichte im digitalen Bereich ist eine Grundeigenschaft abgetasteter Wellenformen, die durch Bestimmung der Fourier- Transformation der zeitabgetasteten Wellenform vorhergesagt werden kann. Im Allgemeinen tastet der A/D-Wandler bei wenigstens der zweifachen Bandbreite der zusammengesetzten Frequenzbänder (d. h., der Nyquist-Abtastrate) ab, um eine digitale Darstellung des modulierten analogen ZF-Signals zu erhalten. Daher wird die Abtastrate für den A/D-Wandler so gewählt, dass die Nyquist-Bandbreite die gewünschten ZF- Frequenzbänder umfasst. Je höher die Abtastrate, umso breiter ist die Nyquist-Bandbreite. Wenn die Wellenform bei einer Rate von weniger als dem Zweifachen ihrer Signalbandbreite (der Nyquist-Bandbreite) abgetastet wird, kann ein unerwünschtes Überlappen zwischen den benachbarten periodischen Spektren auftreten - ein allgemein als Alias-Effekt bekanntes Phänomen. Daher werden die Abtastrate und die ZF-Frequenz so gewählt, dass die Nyquist-Bandbreite das umzuwandelnde Frequenzband umfasst, während die Abtastrate des A/D- Wandlers verringert wird, wodurch die Verwendung von A/D-Wandlern mit geringerer Abtastrate bei gesenkten Kosten möglich ist. Je weiter daher die Trennung oder der Frequenzabstand zwischen den Frequenzbändern ist, erreichen die gegenwärtigen Empfängerarchitekturen einen Punkt, wo die Verwendung eines einzigen A/D weder als praktisch noch als effizient erachtet wird.

Wenn die Frequenzbänder weit genug auseinander liegen, oder falls erwünscht, wird eine separate Antenne für jedes abgesonderte Frequenzband verwendet. In Mehrfachantennenarchitekturen, wo Antennen verschiedenen Frequenzbändern zugeordnet sind, wird ein separater Zweig verwendet, in dem eine Frequenzumwandlungsstufe mit einem Mischer und einem lokalen Oszillator (LO) zum Abwärtsmischen der Hochfrequenz-(HF-)Analogsignale auf Zwischenfrequenzen (ZF) verwendet wird, und für jeden Antennenpfad wird für gewöhnlich ein A/D verwendet.

GB-A-2338 853 offenbart erste und zweite Vorfeldschaltungen für den Empfang in zwei Frequenzbändern. Jede enthält einen Mischer zum Abwärtsmischen von Empfangssignalen auf eine entsprechende Zwischenfrequenz. Signale von den beiden Vorfeldschaltungen werden zu einem einzigen Analog/Digital-Wandler geleitet. Die Abtastrate des Analog/Digital-Wandlers und die Zwischenfrequenzen sind so gewählt, dass die empfangenen Signale an demselben Punkt in verschiedenen Zähnen der Alias-Antwort des Analog/Digital-Wandlers erscheinen.

Michael C. Lawton und John D. Waters, "The Design of Flexible Receivers For Communicating Applicances," Mobile Technology for the Human Race, 28. April-1. Mai 1996, New York, IEEE, U.S. Bd. CONF. 46, 28. April 1996, 1060-1064, beschreibt die Konstruktion eines flexiblen Empfängers in kommunizierenden Einrichtungen. Es wird eine alternative Konstruktion beschrieben, in welcher es möglich ist, das Signal abzutasten und den Alias-Effekt der Abtastung zur Neubildung des Signals entweder bei Gleichstrom oder einer anderen niedrigen Frequenz zu verwenden. Der flexible Empfänger erfordert ein programmierbares oder umschaltbares Filter, welches das Frequenzband erzeugt, das umzuwandeln ist.

Die oben genannten Empfängerarchitekturen nutzen nicht die potenziellen Bandbreiten und die Flexibilität, die durch Analog/Digital-Wandler beim Umwandeln von Analogsignalen in den Digitalbereich bereitgestellt werden.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Empfänger gemäß Anspruch 6 bereitgestellt.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen Empfänger, der Analogsignale bei Hochfrequenz (HF) empfängt, und die HF-Analogsignale werden in den Digitalbereich umgewandelt. Als solches benötigt der Empfänger keine Frequenzumwandlungsstufe(n) vor der Analog-Digital- Umwandlung. Zum Beispiel kann der Empfänger wenigstens eine Antenne oder Antennen umfassen, die Hochfrequenz- (HF-)Analogsignale in verschiedenen Frequenzbändern empfängt. Die analogen HF-Signale werden zu einem einzigen Analog/Digital-(A/D-)Wandler geleitet, und der A/D-Wandler wandelt die analogen HF-Signale in den verschiedenen Frequenzbändern in Digitalsignale innerhalb der Nyquist-Bandbreite um. Durch richtige Auswahl der Abtastrate des A/D-Wandlers für die HF- Analogsignale kann der A/D-Wandler Kopien der verschiedenen Frequenzbänder der Analogsignale in nicht überlappenden Abschnitten der Nyquist-Bandbreite erzeugen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und mit Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich, von welchen:

Fig. 1 ein allgemeines Blockdiagramm eines Empfängers zeigt, der die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 2 die verschiedenen Frequenzbänder bei den A/D- Eingangsfrequenzen und die Kopien der Analogsignale in den verschiedenen Nyquist-Zonen zeigt, die sich auf die erste Nyquist-Zone im Digitalbereich zurückfalten;

Fig. 3 ein allgemeines Blockdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels eines Mehrfachbandempfängers zeigt, der die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 4 die verschiedenen Frequenzbänder bei den A/D- Eingangsfrequenzen und die Kopien der Frequenzbänder in den Digitalbereichsfrequenzen der ersten Nyquist-Zone für den Mehrfachbandempfänger von Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 einen Nyquist-Zonen-Frequenzplan für einen A/D- Wandler bei Verwendung einer Abtastrate von 61,44 MHz zeigt; und

Fig. 6 Nyquist-Zonenkanäle mit Kopien der Frequenzbänder bei HF zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In der Folge sind veranschaulichende Ausführungsbeispiele eines Empfängersystems beschrieben, das einen einzigen Analog/Digital-(A/D-) Wandler zur Umwandlung von HF-Analogsignalen in den Digitalbereich verwendet. Die HF-Analogsignale werden unter Verwendung einer Abtastrate für den A/D-Wandler, die eine Kopie der Signalbandbreite(n) bei HF in der Nyquist-Bandbreite erzeugt, digital gewandelt. Als solches erfordert die Empfängerarchitektur gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung keine Frequenzumwandlungsstufe(n), die einen oder mehrere Mischer und lokale(n) Oszillator(en) umfassen, um die HF- Analogsignale herabzumischen. Ferner stellt der Empfänger durch die Verwendung eines einzigen A/D- Wandlers in bestimmten Ausführungsbeispielen eine Zeit- und/oder phasenkohärente Abtastung von Analogsignalen in einem oder mehreren verschiedenen Frequenzbändern bereit.

Mit besonderer Bezugnahme auf Fig. 1 enthält ein Empfänger 10 N Antennen 12a-n, die Analogsignale über HF-Kommunikationskanäle empfangen, wobei N ≥ 1. Die Antenne 12a könnte eine Mehrfrequenzbandantenne sein. Ein Kanalzweigverteiler 14, wie ein N-plexer-Filter oder ein Kombiniererarray, kombiniert und/oder trennt die empfangenen HF-Analogsignale oder Teile davon und stellt die empfangenen Analogsignale in X Kanalzweigen 16a-x in gewünschter Weise bereit, wobei X ≥ 1 und gleich N sein kann, aber nicht muss. Zum Beispiel können verschiedene Kanalzweige 16a-x die Analogsignale für entsprechende HF-Frequenzbänder leiten, die Kanalzweige 16a-x können HF-Analogsignale leiten, die von verschiedenen Antenne(n) oder Sätzen von Antennen empfangen werden, und/oder Mehrkanalzweige mit Kopien der HF-Analogsignale von verschiedenen oder benachbarten Frequenzbändern. In diesem Ausführungsbeispiel stellt eine Filteranordnung 18 wenigstens zwei verschiedene HF-Frequenzbänder auf wenigstens einem Kanalzweig 16a-x bereit. Zum Beispiel kann die Filteranordnung 18 ein Filter 20a-x auf jedem Kanalzweig 16a-x enthalten, das ein Frequenzband auf dem entsprechenden Kanalzweig 16a-x weiterleitet, während andere Frequenzen gedämpft werden. Als Alternative kann der Kanalzweigverteiler 14, abhängig von dem Ausführungsbeispiel, einfach eine oder mehrere direkte Verbindung(en) von der oder den Antenne(n) 12a- n zu der Filteranordnung 18 enthalten, und die Filteranordnung 18 kann ein Filter 20a-x für jeden Kanal zweig 16a-x enthalten.

Eine Kombinieranordnung 22 kombiniert die HF- Analogsignale auf den Kanalzweigen 16a-x in gewünschter Weise. Das erhaltene zusammengesetzte Analogsignal wird mit Analogsignalen in verschiedenen Frequenzbändern zu einem Analog/Digital-Wandler 24 bereitgestellt, der die HF-Analogsignale digitalisiert und die digitalisierten Signale der digitalen Verarbeitungsschaltung 26 bereitstellt. Wenn, abhängig von dem Ausführungsbeispiel, der Empfänger 10 einen einzigen Zweig 16 hat, ist als Alternative die Kombinieranordnung 22 einfach eine Verbindung von der Antenne 12 durch das Filter 20 (falls erforderlich) zu dem A/D-Wandler 24.

Eine Abtastrate für den A/D-Wandler 24 wird so gewählt, dass sich die Frequenzbänder der HF-Analogsignale auf den Kanalzweigen 16a-x auf nicht überlappende Abschnitte der ersten Nyquist-Zone zurückfalten, welche die Nyquist-Bandbreite reflektiert, die durch den Analog/Digital-(A/D-)Wandler 24 bereitgestellt wird. Die Nyquist-Abtastrate für ein moduliertes Analogsignal, zum Beispiel wenn ein Informationssignal auf ein Trägersignal moduliert wird, kann als wenigstens das Zweifache der höchsten Frequenzkomponente des Informationssignals definiert werden, unabhängig von der Trägerfrequenz, auf welcher das Informationssignal moduliert wird. Die Informationen, die Sprache, Daten, Video, Text und/oder andere Informationen sein können, werden in der Signalbandbreite geleitet. Die höchste Frequenzkomponente des Informationssignals hängt direkt mit der Signalbandbreite zusammen. Da die Signalbandbreite mit wenigstens dem Zweifachen der höchsten Frequenzkomponente des Informationssignals abgetastet wird, kann das Informationssignal im Digitalbereich reproduziert werden.

Wenn das Frequenz Spektrum von einem A/D-Wandler 24 bei der Abtastrate von wenigstens dem Zweifachen der kombinierten Signalbandbreite abgetastet wird, die als die Nyquist-Abtastrate bezeichnet werden kann, dreht oder faltet die Signalbandbreite sich periodisch um sich selbst bei Frequenzvielfachen oder -intervallen ("Nyquist-Zonen") der halben Abtastfrequenz zurück auf eine erste Nyquist-Zone im Digitalbereich von 0 Hz bis zur halben Abtastrate. Folglich wiederholen sich eine Signalbandbreite und ein Spiegelbild der Signalbandbreite periodisch in Frequenzintervallen, die der Abtastrate des A/D-Wandlers entsprechen. Zum Beispiel erscheint eine Signalbandbreite in einer ungerade nummerierten Nyquist-Zone in derselben relativen Position in ungerade nummerierten Nyquist- Zonen zurück zu der ersten Nyquist-Zone, erscheint aber als Spiegelbild in den gerade nummerierten Nyquist- Zonen. Ferner erscheint eine Signalbandbreite in einer gerade nummerierten Nyquist-Zone als Spiegelbild in den ungerade nummerierten Nyquist-Zonen zurück zu der ersten Nyquist-Zone, erscheint aber in derselben relativen Position in den gerade nummerierten Nyquist- Zonen. Daher werden Kopien der Signalbandbreite(n) in Intervallen der halben Abtastrate wiederholt. Die Abtastrate für den A/D-Wandler wird so gewählt, dass nach dem Digitalisieren der Analogsignale die gewünschten Kopie-Frequenzbänder nicht überlappende Abschnitte oder Kanäle der ersten Nyquist-Zone belegen. Die Digitalwandlung bewahrt effektiv die Informationen, die mit einer Rate von kleiner gleich der halben Abtastrate in der Bandbreite der ersten Nyquist-Zone erzeugt werden. Wenn die Abtastrate erhöht wird, wird die erste Nyquist-Zone oder die Nyquist-Bandbreite breiter.

In diesem Ausführungsbeispiel liefert eine schnelle Fouriertransformation (FFT) der Digitalsignalwerte Signale in Frequenzbändern ("Nyquist-Zonenkanälen") innerhalb der halben Abtastrate ("der ersten Nyquist- Zone"), welche die umgewandelten Analogsignale darstellen. Wenn die Wellenform mit einer Rate von weniger als dem Zweifachen ihrer Signalbandbreite (der Nyquist-Bandbreite) abgetastet wird, kann eine unerwünschte Überlappung zwischen den benachbarten periodischen Spektren auftreten - ein allgemein als Alias-Effekt bekanntes Phänomen. Daher wird die Abtastrate gewählt, um einen Informationsverlust aufgrund eines Alias-Effektes zu vermeiden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, verarbeitet der A/D-Wandler 24 zum Beispiel beim Umwandeln des Analogsignals in verschiedenen HF-Bändern in den Digitalbereich das zusammengesetzte Analogsignal in Nyquist-Zonenkanäle 30a-x oder Bänder in der ersten Nyquist-Zone. Die Nyquist-Zonenkanäle 30a-x im Digitalbereich entsprechen den verschiedenen Frequenzbändern 28a-x des HF- Analogsignals. Der Digitalsignal- Verarbeitungsschaltkreis 26 kann die Digitalsignale aus den Nyquist-Zonenkanälen der ersten Nyquist-Zone gewinnen, da die verchiedenen Kanäle schließlich in der ersten Nyquist-Zone enden, nachdem die analogen Eingangssignale digitalisiert wurden, zum Beispiel unter Verwendung von Digitalfiltern, Digitalkombinierern, Digitaldetektoren, Digitaldemodulatoren, Digitalabwärtsmischern, wie einem Digital Down Converter (DDC) mit Numerical Controller Oscillator (NCO) zum digitalen Abwärtsmischen der Datenrate (die als Dezimierung bezeichnet wird), und/oder einer anderen Digitalverarbeitung. Der DDC kann sich auf die entsprechenden Frequenzen für eine weitere Signalverarbeitung abstimmen. Daher kann der Empfänger 10 die Bandbreite verwenden, die in einem einzigen A/D verfügbar ist, um die HF-Analogsignale von verschiedenen HF-Frequenzbändern zu verarbeiten.

Folglich hebt der Empfänger 10 die Notwendigkeit einer Mischer/LO-Kombination auf jedem der Kanalzweige 16a-x auf. Ein Empfänger 10 ohne Mischer/LO-Kombination hat viele Vorteile. Zum Beispiel wird ohne festen lokalen Oszillator (LO) in den Frequenzumwandlungsstufen der Gleichstromverbrauch verringert, die Rückstrahlung des LO aus der Antenne wird beseitigt, wodurch die Notwendigkeit für ein zusätzliches Vorfeldfiltern entfällt. Filteranforderungen bei der ZF entfallen, und es sind keine Bildbandfilter notwendig. Da ein Mischer nicht erforderlich ist, werden störende Mischerprodukte wie auch eine Intermodulationsverzerrung, die von dem Mischer erzeugt wird, entfernt, wodurch der störungsfreie dynamische Bereich verbessert wird. Zusätzlich werden Verluste, die durch den Mischer eingeführt werden, entfernt, welche die erforderliche Kanalgewinnung verringern und die Rauschzahl und die Gewinnlinearität verbessern. Ferner stellt der Empfänger durch die Verwendung eines einzigen A/D- Wandlers eine Zeit- und/oder phasenkohärente Abtastung von Analogsignalen in einem oder mehreren verschiedenen Frequenzbändern bereit. Verschiedene Anwendungen oder Signalverarbeitungsschemata können aus solchen verbesserten Zeit- und/oder phasenkohärenten Messungen Nutzen ziehen.

Abhängig von dem Ausführungsbeispiel und aufgrund seiner Flexibilität kann der Empfänger auf verschiedene Weisen ausgeführt werden, um die potenzielle Bandbreite eines A/D-Wandlers 24 zu verwenden. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Mehrbandempfängers 50, der zum Empfangen von Kommunikations Signalen in den Zellular- und Personalkommunikationssystem-(PCS-) Frequenzbändern verwendet wird. In den Vereinigten Staaten empfängt eine Basisstation für einen "A"-Band- Zellulardienstanbieter Frequenzkanäle in den A-(825-835 MHz), A"-(824-825 MHz) und A'-(845-846,5 MHz) Bändern. Eine Basisstation für einen B-Band- Zellulardienstanbieter verwendet die B- (835-845 MHz) und B'-(846,5-849 MHz) Frequenzbänder. In diesem Beispiel empfängt eine erste Antenne 12a die modulierten Analogsignale in dem gesamten Zellularbasisstation-Empfangsband (824-849 MHz), und eine zweite Antenne 12b empfängt die modulierten Analogsignale in dem gesamten PCS-Basisstation- Empfangsband (1850-1910 MHz).

In diesem Ausführungsbeispiel werden die HF- Analogsignale von der Antenne 12a einem ersten Kanalzweig 16a bereitgestellt, und die HF-Analogsignale von der Antenne 12b werden einem zweiten Kanalzweig 16b bereitgestellt. Ein Bandpassfilter 20a auf dem ersten Kanalzweig 16a lässt die Frequenzen im Zellularband (824-849 MHz) passieren und dämpft alle anderen Frequenzen. Ein Bandpassfilter 2 Ob auf dem zweiten Kanalzweig 16b lässt die Frequenzen im PCS-Band (1850-1910 MHz) passieren und dämpft alle anderen Frequenzen. In diesem Ausführungsbeispiel verstärken rauscharme Verstärker ("low-noise amplifiers" - LNAs) 52a-b die Analogsignale auf den entsprechenden Kanalzweigen 16a-b. Eine Kombinieranordnung 56 empfängt die Analogsignale auf dem ersten und dem zweiten Kanalzweig 16a-b und stellt die kombinierten Analogsignale der beiden verschiedenen Frequenzbänder dem A/D-Wandler 24 bereit. Die Kombinieranordnung 56 kann ein Leistungskombinierer oder ein Multiplexerfilter sein.

In diesem Beispiel beträgt die Gesamtbandbreite der HF- Analogsignale auf den verschiedenen Zweigen 16a-b nach der Addition des Zellular- (25 MHz) und des PCS- (60 MHz) Bands 85 MHz. Als solches wird eine Abtastrate für den A/D-Wandler 24 so verwendet, dass die Nyquist- Bandbreite ausreicht, um die 85-MHz-Bandbreite der HF- Analogsignale zu handhaben. Zusätzlich wird die Abtastrate für den A/D-Wandler 24 so gewählt, dass die verschiedenen Frequenzbänder in nicht überlappenden Abschnitten der Nyquist-Bandbreite kopiert werden. Als solches beeinflusst die relative Positionierung der verschiedenen Frequenzbänder in der entsprechenden Nyquist-Zone die Wahl der Abtastrate. Zur Veranschaulichung, eine 400-MHz-Abtastrate (400 Mega-Abtastungen pro Sekunde) wird für den A/D-Wandler 24 verwendet, um eine Nyquist-Zonenbandbreite von 200 MHz (halbe Abtastrate) bereitzustellen. In der Praxis kann eine andere Abtastrate gewählt werden, um eine andere Bandbreite oder Schutzbänder zwischen den Signalen der verschiedenen Frequenzbänder oder Zweige bereitzustellen. Der A/D-Wandler 24 tastet die kombinierten oder zusammengesetzten Analogsignale im Zellularband (824-849 MHz) und im PCS-Band (1850-1910 MHz) ab. Dabei erzeugt der A/D-Wandler 24 für die Digitalverarbeitungsschaltung 26 umgewandelte Signale in einem Nyquist-Zonenkanal bei 24-49 MHz, entsprechend der Signalbandbreite im Zellularband, und umgewandelte Signale in einem Nyquist-Zonenkanal bei 90 -150 MHz, entsprechend der Signalbandbreite im PCS- Band.

Fig. 4 zeigt das Frequenz Spektrum, das von dem A/D- Wandler 24 erzeugt wird, wobei Nyquist-Zonen 60a-j über das Frequenz Spektrum in Intervallen der Nyquist- Bandbreite oder 200 MHz wiederholt werden. Das Zellularband erscheint in der fünften Nyquist-Zone 60e bei den A/D-Eingangsfrequenzen von 824-849 MHz, welche die HF-Frequenzen sind. Eine Kopie des Zellularbands erscheint in jeder der Nyquist-Zonen zurück zu der ersten Nyquist-Zone 60a, die für eine Wiedergewinnung des Informationssignals des Zellularbands auf einem Nyquist-Zonenkanal zwischen 24 und 49 MHz sorgt. Das PCS-Band erscheint in der zehnten Nyquist-Zone 60j bei den A/D-Eingangsfrequenzen 1850-1910 MHz, welche die HF-Frequenzen sind. Eine Kopie des PCS-Bands erscheint in jeder der Nyquist-Zonen zurück zu der ersten Nyquist-Zone 60a, die für eine Wiedergewinnung des Informationssignals des PCS-Bands auf einem Nyquist-Zonenkanal zwischen 90 und 150 MHz sorgt, entsprechend einem Spiegelbild der A/D- Eingangsfrequenzen von 1850-1910 MHz.

Durch richtige Wahl der Abtastrate für den A/D-Wandler 24 kann der Empfänger die Nutzung der potenziellen Nyquist-Bandbreite, die durch den A/D-Wandler 24 bereitgestellt wird, erhöhen, um HF-Analogsignale in verschiedenen Frequenzbändern, die durch große Frequenzunterschiede getrennt sind, zu empfangen. In dem oben genannten Beispiel wurden das gesamte Zellular- und das gesamte PCS-Band empfangen und unter Verwendung eines einzigen A/D-Wandlers unter Verwendung einer Abtastrate von 400 MHz digital gewandelt. Bei Abtastung der Analogsignale bei den HF-Frequenzen stellt der A/D-Wandler Kopien oder Bilder der HF- Frequenzbänder in der ersten Nyquist-Zone bereit, die zur Digitalsignalverarbeitung verfügbar sind. In anderen Ausführungsbeispielen können verschiedene Abtastraten zur Vergrößerung oder Verkleinerung der Nyquist-Bandbreite verwendet werden, zum Beispiel um zusätzliche Bandbreite oder Schutzbänder zwischen den Signalen der verschiedenen Frequenzbänder bereitzustellen.

Zum Beispiel zeigt Fig. 5 einen Nyquist-Zonen- Frequenzplan für einen A/D-Wandler unter Verwendung einer Abtastrate von 61,44 MHz, der Nyquist-Zonen bereitstellt, die 30,72 MHz breit sind. Die Nyquist- Zonen sind als 15-MHz-Bandbreiten in jeder Nyquist-Zone inband dargestellt. Fig. 6 zeigt eine erste Nyquist- Zone, die 30,72 MHz breit ist, in welcher Kopien von Signalen in verschiedenen Frequenzbändern in höheren Nyquist-Zonen in nicht überlappenden Abschnitten oder Kanälen der ersten Nyquist-Zone dargestellt sind. Ein erster Nyquist-Zonenkanal 80 ist bei etwa 7,5 MHz dargestellt, mit einer Kopie eines amplitudenmodulierten (AM) Analogsignals, das von der Nyquist-Zone 12 bei 361 MHz mit einer 400-kHz- Bandbreite zurückgefaltet ist. Ein zweiter Nyquist- Zonenkanal 82 ist bei etwa 10 MHz dargestellt, mit einer Kopie eines Codemultiplexzugriffs-(CDMA-)- Signals, das von der Nyquist-Zone 61 bei 1853 MHz mit einer 2-MHz-Bandbreite zurückgefaltet ist. Ein dritter Nyquist-Zonenkanal 84 ist bei etwa 18,75 MHz dargestellt, mit einer Kopie eines Dauerstrich-(CW-)- Einfachtonsignals, das von der Nyquist-Zone 5 bei 141,7 MHz zurückgefaltet ist. Schließlich ist ein vierter Nyquist-Zonenkanal 86 bei etwa 22 MHz dargestellt, mit einer Kopie eines frequenzmodulierten (FM-)Signals, das von der Nyquisfc-Zone 17 bei 513,5 MHz mit einer 4-MHz-Bandbreite zurückgefaltet ist. Daher kann der Empfänger Analogsignale von Systemen empfangen und digital wandeln, die unterschiedliche, gleiche oder keine Mehrzugriffstechniken verwenden, unter Verwendung derselben und/oder verschiedener Modulationstechniken und/oder unter Verwendung verschiedener und/oder benachbarter Frequenzbänder oder Schemata in einem einzigen A/D-Wandler ohne Frequenzumwandlung der HF- Frequenzbänder. Die Analogsignale können als Weitband, Breitband und/oder Schmalband gekennzeichnet sein.

Zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind alternative Konfigurationen der Empfängerarchitektur möglich, in welchen Komponenten fehlen und/oder hinzugefügt sind und/oder die Variationen oder Teile der beschriebenen Empfängerarchitektur verwenden. Zum Beispiel kann mit besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 ein AM-Rundsende-Hochfrequenzband (550-1600 kHz) von einer Antenne 76 empfangen werden und dem kombinierten oder zusammengesetzten Analogsignal hinzugefügt werden, und der A/D-Wandler 24 könnte die Analogsignale in dem AM- Hochfrequenzband digitalisieren. Das AM- Hochfrequenzband wäre im Kilohertzbereich der ersten Nyquist-Zone angeordnet. Als solcher könnte der Empfänger Signale von verschiedenen Quellen empfangen, wie den Basisstationen für Zellular- oder PCS-Systeme, AM- oder FM-Rundfunkstationen und/oder GPS-Satelliten. Wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, sollten die verschiedenen Komponenten, welche die Empfängerarchitektur bilden, und ihre entsprechenden Betriebsparameter und -eigenschaften richtig abgestimmt sein, um den richtigen Betrieb bereitzustellen. Zum Beispiel kann ein Ausführungsbeispiel des Empfängersystems zum Empfangen von Signalen von einem nordamerikanischen TDMA-System, einem Global System For Mobile Communication-(GSM-)System, einem Codemultiplexzugriffs-(CDMA-)System, Frequenzmultiplexzugriffs- (FDMA-)Systemen, einem globalen Positioniersystem (GPS), FM-Funk und/oder AM-Funk verwendet werden. Zusätzlich wurden die Ausführungsbeispiele des Empfängers mit einem oder mehreren Frequenzbändern beschrieben, die den Basisstation-Empfangsfrequenzen zugeordnet sind, aber die Empfängerarchitektur kann in drahtlosen Einheiten, wie Mobileinheiten, verwendet werden, die Informationen von einem oder mehreren anderen Frequenzbändern empfangen, wie ein Basisstation-Sendeband, das ein Mobileinheits- Empfangsband ist.

Ferner wurde das Empfängersystem unter Verwendung besonderer Konfigurationen einzelner Komponenten beschrieben, aber es sollte offensichtlich sein, dass das Empfänger system und Teile davon in anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, Software-betriebenen Verarbeitungsschaltungen, Firmware, programmierbaren Logikvorrichtungen, Hardware oder anderen Anordnungen einzelner Komponenten mit den Vorteilen dieser Offenbarung ausgeführt werden können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist. Obwohl in dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel eine bestimmte Schaltung dargestellt ist, kann die Messfunkarchitektur verschiedene Komponenten verwenden, die gemeinsam ähnliche Funktionen ausführen, wenn ein Vergleich mit der dargestellten Schaltung angestellt wird. Beschrieben wurde nur eine Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt sofort, dass diese und verschiedene andere Modifizierungen, Anordnungen und Verfahren bei der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne den hierin dargestellten und beschriebenen beispielhaften Anwendungen streng zu folgen und ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Verarbeiten von Empfangssignalen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bereitstellen von Analogsignalen in verschiedenen HF- Frequenzbändern auf einer Mehrzahl von Kanal zweigen (16a-b);

Kombinieren der HF-Analogsignale auf der Mehrzahl von Kanalzweigen (16a-b) mit HF; und

Digitalwandeln der Analogsignale in den unterschiedlichen HF-Frequenzbändern zur Erzeugung von Digitalsignalen in verschiedenen Frequenzbändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit Empfangen der Analogsignale an mindestens zwei Antennen (12a-b).

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen folgendes umfasst:

Benutzen einer ersten Antenne (12a) zur Bereitstellung von Analogsignalen eines Frequenzbandes auf einem ersten Kanalzweig (16a); und

Benutzen einer zweiten Antenne (12b) zur Bereitstellung von Analogsignalen eines zweiten Frequenzbandes auf einem zweiten Kanalzweig (16b).

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen das Filtern der Analogsignale auf jedem Kanalzweig (16a-b) zur Bereitstellung von Analogsignalen mit einem dem besagten Kanalzweig entsprechenden Frequenzband umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen folgendes umfasst:

Empfangen von Analogsignalen von mindestens einer Antenne (12a); und

gezieltes Erzeugen auf jedem Kanalzweig (16a-b) von Analogsignalen mit einem dem besagten Kanalzweig (16a-b) entsprechenden Frequenzband.

6. Empfänger (10) gekennzeichnet durch folgendes:

mindestens eine Antenne (12a) zum Empfangen von Analogsignalen in verschiedenen Hochfrequenz-(HF-)Bändern;

eine mit der mindestens einen Antenne (12a) verbundene Kanal Zweiganordnung (14, 16, 18) zum Empfangen von Analogsignalen und Bereitstellen von Analogsignalen auf eine Mehrzahl von Kanal zweigen (16a-b) mit verschiedenen Hochfrequenzen (HF);

eine mit der Mehrzahl von Kanalzweigen (16a-b) verbundene Kombinieranordnung (22) zum Kombinieren der Analogsignale auf der Mehrzahl von Kanalzweigen (16a-b); und

einen zum Empfangen und Digitalwandeln der Analogsignale mit verschiedenen HF-Bändern aufgebauten Analog-Digitalwandler (24) zum Erzeugen von Digitalsignalen mit verschiedenen Frequenzen.

7. Empfänger nach Anspruch 6 mit mindestens zwei Antennen (12a-b) zum Bereitstellen der Kanalzweiganordnung (14, 16, 18) mit den Analogsignalen.

8. Empfänger nach Anspruch 6, wobei die Kanalzweiganordnung (14, 16, 18) zur Bereitstellung auf einem ersten Kanalzweig (16a) von Analogsignalen von einer ersten Antenne eines Frequenzbandes und zur Bereitstellung auf einem zweiten Kanalzweig (16b) von Analogsignalen von einer zweiten Antenne (12b) eines zweiten Frequenzbandes aufgebaut ist.







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