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Modulare RF-IC-Architektur - Dokument DE69933363T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69933363T2 23.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001041724
Titel Modulare RF-IC-Architektur
Anmelder Lucent Technologies Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Zelley, Christopher Andrew, Lowerwick, Worcester WR2 4DY, GB
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Aktenzeichen 69933363
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.04.1999
EP-Aktenzeichen 993026327
EP-Offenlegungsdatum 04.10.2000
EP date of grant 27.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.2007
IPC-Hauptklasse H04B 1/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Funkfrequenzempfänger auf einem einzelnen integrierten Schaltungschip und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf solch einen Empfänger zur Benutzung in der Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems.

Hintergrund der Erfindung

Der analoge Teil einer Mobilkommunikations-Basisstation umfasst eine Funkfrequenz ("Radio Frequency"; RF)- und eine Zwischenfrequenz (IF)-Schaltung. Die RF-Schaltung ist gegenwärtig realisiert, indem diskrete elektronische Komponenten benutzt werden. In dem Interesse der Minimierung von Schaltungsgröße und der Kostenreduzierung ist gegenwärtig ein Bestreben hin zu Implementation einer RF-Schaltung auf integrierten Schaltungen (ICs) vorhanden.

US Patent No. 5 648 985 offenbart einen integrierten Schaltungs-Chipsatz zur Benutzung in einem Funkkommunikationssystem. Ein Empfängerkanal hat einen ersten Eingang zum Empfangen eines Signals von einer ersten Antenne und einen zweiten Eingang zum Empfangen eines lokalen Oszillatorsignals an einer Referenzfrequenz. US Patent No. 3 743 941 offenbart einen Diversitätsempfänger, der für einen hohen Integrationsgrad geeignet ist.

Die Systemarchitektur und Funkfrequenz-IC-Anforderungen für verschiedene Typen einer Basisstation sind signifikant unterschiedlich, wobei dies zu dem Vorschlag von integrierten Schaltungen geführt hat, die die RF-Schaltung für die verschiedenen Typen von Basisstation implementieren, welche exklusiv in den verschiedenen Typen von Anwendungen benutzt werden kann.

Zum Beispiel erfordert eine Basisstation für ein Makro-Zellen-Mobilkommunikationssystem einen Diversitätskanal, jedoch mag nicht notwendigerweise einen Niedrig-Geräusch-Verstärker in dem Empfängerkanal erfordern. Für ein Mikro-Zellen-Mobilkommunikationssystem werden für gewöhnlich ein Niedrig-Geräusch-Verstärker und ein Diversitätskanal benötigt. Für ein Pico-Zellen-System werden für gewöhnlich weder ein Niedrig-Geräusch-Verstärker noch ein Diversitätskanal benötigt.

Aus diesem Grund ist das Entwerfen von Funkfrequenz-IC-Empfängern für alle möglichen Basisstationklassen kostspielig und zeitaufwendig.

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Funkfrequenz-IC-Empfänger bereitzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Funkfrequenzschaltungs-Empfängerstruktur gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.

Daher wird eine universell einsetzbare, modulare integrierte Funkfrequenzschaltungs-Empfängerarchitektur vorgeschlagen, welche es der Systemarchitektur ermöglicht, in verschiedener Weise um einen einzelnen Funkfrequenz-IC konfiguriert zu werden, um die Funktionalität zu realisieren, die für verschiedene Basisstationanwendungen benötigt wird.

Zum Beispiel mag die Verstärkungsstufe nicht selektiert werden, wobei der Diversitätskanal selektiert werden kann, wenn der Empfängerkanal in einer Basisstation eines Makro-Zellen-Mobilkommunikationssystems benutzt wird.

In einem weiteren Beispiel kann die Verstärkungsstufe selektiert werden ebenso wie der Diversitätskanal selektiert werden kann, wenn der Empfängerkanal für die Benutzung in einer Basisstation eines Mikro-Zellen-Mobilkommunikationssystems bestimmt ist.

In einem weiteren Beispiel mag die Verstärkungsstufe nicht selektiert werden, ebenso wie der Diversitätskanal nicht selektiert werden mag, wenn der Empfängerkanal zur Benutzung in einer Basisstation eines Pico-Zellen-Mobilkommunikationssystems bestimmt ist.

Die Verstärkungsstufe ist bevorzugt ein Verstärker mit niedrigem Rauschen.

Der Empfängerkanal kann einen Treibe-Verstärker, einen Mischer und einen Zwischenfrequenz-Verstärker beinhalten.

Die Elemente des Empfängerkanals können außerhalb des Chips gemäß der Anwendung des Empfängerkanals verschaltet sein.

Der Diversitätskanal kann einen Treibe-Verstärker, einen Mischer und einen Zwischenfrequenz-Verstärker aufweisen.

Die Elemente des Diversitätskanals können außerhalb des Chips gemäß der Anwendung des Empfängerkanals verschaltet sein.

Die Erfindung wird nun im Wege eines nicht-limitierenden Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 veranschaulicht eine Implementation eines Funkfrequenz(RF)-ICs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 veranschaulicht den RF-IC von 1 konfiguriert zur Benutzung in einer makro-zellularen Basisstation;

3 veranschaulicht den RF-IC von 1 konfiguriert zur Benutzung in einer mikro-zellularen Basisstation; und

4 veranschaulicht den RF-IC von 1 konfiguriert zur Benutzung in einer pico-zellularen Basisstation.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

1 zeigt eine schematische Darstellung einer integrierten Funkfrequenz (RF)-Schaltung 2 (IC) gemäß der vorliegenden Erfindung. Der RF-IC beinhaltet einen Empfängerkanal, der allgemein gekennzeichnet ist durch Bezugszeichen 3, einen Diversitätskanal, der allgemein gekennzeichnet ist durch Bezugszeichen 5, einen Verstärker 14 (LNA) mit niedrigem Rauschen, der mit dem Empfängerkanal 3 assoziiert ist, und einen Verstärker 12 (LNA) mit niedrigem Rauschen, der mit dem Diversitätskanal 5 assoziiert ist.

In der bevorzugten Implementation beinhaltet der Empfängerkanal 3 einen Treibe-Verstärker 6, einen Mischer 8 und einen Zwischenfrequenz-Verstärker 10. Der Diversitätskanal 5 beinhaltet bevorzugt einen Treibe-Verstärker 14, einen Mischer 16 und einen Zwischenfrequenz-Verstärker 18. Jedoch wird es anerkannt werden, dass die Implementation des Empfängerkanals und des Diversitätskanals jenseits von der, die in 1 dargestellt ist, variieren kann.

In der Anordnung von 1 ist der Ausgang des Mischers 8 mit dem Eingang des Zwischenfrequenz (IF)-Verstärkers 10 auf dem Chip verbunden. Die Verbindung der anderen Komponenten des Empfängerkanals werden bestimmt durch Verbindungen außerhalb des Chips gemäß der Applikation des RF-ICs. Ebenso ist in der Anordnung von 1 der Ausgang des Mischers 16 mit dem Eingang des IF-Verstärkers 18 auf dem Chip verbunden. Die Verbindung der anderen Komponenten des Diversitätskanals werden in ähnlicher Weise bestimmt durch außerhalb des Chips vorgesehene Verbindungen gemäß der Applikation des RF-ICs.

Der RF-IC in dieser bevorzugten Implementation beinhaltet außerdem ein lokalen Oszillatorpuffer 22, welches vorgesehen ist, um ein lokal generiertes Oszillatorsignal von außerhalb des Chips zu empfangen. Die Ausgabe des lokalen Oszillatorpuffers 22 bildet eine Eingabe an einen lokalen Oszillator-Splitter 20, welcher wiederum Ausgaben an die zwei Mischer 8 und 16 bereitstellt. Die Eingaben an die Mischer 8 und 16 von dem lokalen Oszillator-Splitter 20 stellen die Referenzfrequenz für Überlagerung des empfangenen Signals bereit. Obwohl in der bevorzugten Implementation der RF-IC das lokale Oszillator-Puffer und den lokalen Oszillator-Splitter beinhaltet, wird es anerkannt werden, dass diese Komponenten nicht wesentlich sind, und dass die Referenzeingaben an die Mischer direkt von außerhalb des Chips bereitgestellt werden können.

Die Verstärker 12 und 14 mit niedrigem Rauschen und der Diversitätskanal 5 von 1 werden selektiv in Kombination mit dem Empfängerkanal 3 durch außerhalb des Chips vorgesehene Verbindungen verbunden, so dass gemäß der Erfindung der RF-IC von 1 in einer Anzahl von verschiedenen Applikationen benutzt werden kann. Drei vorteilhafte Auswahlen der durch den RF-IC 2 bereitgestellten Funktionalität werden weiter unten mit Bezug auf 2 bis 4 erläutert, es wird jedoch anerkannt werden, dass der RF-IC Anwendungen jenseits dieser drei spezifischen Beispiele aufweist.

Mit Bezug auf 2 ist die Auswahl des Diversitätskanals und Niedrig-Geräusch-Verstärkers, der mit dem Empfängerkanal assoziiert ist, dargestellt, wenn der RF-IC als Teil einer Empfängerstruktur in der Basisstation einer makro-netzförmigen mobilen Kommunikationsstruktur benutzt wird. In der Implementation einer makro-zellularen Basisstation, die hier betrachtet wird, besteht kein Erfordernis für einen Niedrig-Geräusch-Verstärker in dem Empfängerkanal, da angenommen wird, dass die Implementation einen Niedrig-Geräusch-Verstärker anderswo in der Systemanordnung bereitstellt, zum Beispiel in dem Antennenmasten. Der auf dem Chip befindliche Niedrig-Geräusch-Verstärker wird deshalb nicht benötigt und ist deshalb nicht ausgewählt. Es ist jedoch vorstellbar, dass in alternativen Anordnungen eines makro-netzförmigen Systems der Niedrig-Geräusch-Verstärker nicht anderswo in dem System vorgesehen werden kann, so dass der auf dem Chip vorgesehene Niedrig-Geräusch-Verstärker deshalb benutzt werden müsste.

Ein Diversitätskanal wird in der makro-netzförmigen Struktur benötigt, wobei der Diversitätskanal 5 aus diesem Grund ausgewählt ist. 2 zeigt ebenfalls ein Beispiel der außerhalb des Chips vorgesehenen Verbindungen des Empfängerkanals und des Diversitätskanals und die Verbindung der wesentlichen Komponenten der jeweiligen Kanäle.

Der Treibe-Verstärker 6 des Empfängerkanals empfängt das Funkfrequenz-Eingangssignal von der Empfangsantenne auf Leitung 24 als seine Eingabe. Ein außerhalb des Chips vorgesehenes Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filter 26 empfängt auf seiner Eingangsleitung 28 die Ausgabe des Treibe-Verstärkers 6. Die Ausgabe des Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filters 26 auf Leitung 32 bildet eine Eingabe an einen 3 dB-Splitter 34. Der Splitter 34 hat zwei Ausgaben auf Leitungen 30 und 36. Die Ausgabe auf Leitung 30 bildet die außerhalb des Chips vorgesehene Eingabe an den Mischer 8. Die Ausgabe auf Leitung 36 bildet die Diversitätsausgabe, wie hierin weiter unten näher beschrieben. Die Ausgabe des Empfängerkanals wird auf Leitungen 38 von dem RF-IC bereitgestellt.

Das Diversitätseingangssignal an den Diversitätskanal 5 kann in einer bevorzugten Implementation von einem Empfänger- oder Diversitätskanal bereitgestellt werden, der außerhalb des Chips auf eine unterschiedliche Frequenz eingestellt ist. Daher kann der RF-IC 2 auf eine erste Frequenz eingestellt werden und ein zweiter RF-IC kann auf eine zweite Frequenz eingestellt werden. Der zweite RF-IC kann ein Eingangssignal auf dem Haupt-Empfängerkanal 3 von einer zweiten Antenne empfangen. Die Diversitätsausgabe auf Leitung 36 des ersten RF-ICs kann mit einem der Diversitätseingänge des zweiten RF-ICs verbunden werden, und die Diversitätsausgabe auf der äquivalenten Leitung 36 des zweiten RF-ICs kann mit der einen der Eingangsleitungen 44 und 48 des ersten RF-ICs verbunden werden. In solch einer Anordnung kann der erste RF-IC, der auf die erste Frequenz eingestellt ist, zwischen den Signalen von der ersten und zweiten Antenne auswählen, indem entweder die Ausgabe des Empfängerkanals 3 auf Leitungen 38 oder die Ausgabe des Diversitätskanals auf Leitungen 42 ausgewählt wird. In gleicher Weise kann der zweite RF-IC, der auf die zweite Frequenz eingestellt ist, zwischen den Signalen von der ersten und zweiten Antenne auswählen.

In einer alternativen Anordnung kann die Diversitätseingabe auf Leitung 44 oder 46 direkt von einer zweiten Antenne bereitgestellt werden. In dieser Anordnung sieht der RF-IC die Auswahl zwischen Antennen durch Auswahl von einer der Ausgaben auf entweder Leitung 38 oder 42 vor. In diesem Fall werden beide Kanäle des RF-IC auf die gleiche Frequenz eingestellt.

Das RF-Eingangssignal von der Diversitätsantenne stellt eine Eingabe entweder auf Leitung 44 an den Treibeverstärker 14 oder auf Leitung 46 an den Mischer 48 bereit. Falls der Treibeverstärker erforderlich ist, stellt die Ausgabe des Treibeverstärkers auf Leitung 48 eine Eingabe an den Mischer auf Leitung 46 bereit. Die Ausgabe des Diversitätskanals wird auf Leitungen 42 von dem RF-IC bereitgestellt.

Mit Bezug auf 3 ist die Auswahl des Diversitätskanals und des Niedrig-Geräusch-Verstärkers, der mit dem Empfängerkanal assoziiert ist, dargestellt, wenn der RF-IC als Teil einer Empfängerstruktur in der Basisstation einer mikro-netzförmigen mobilen Kommunikationsstruktur verwendet wird. In solch einer Implementation besteht ein Erfordernis für einen Niedrig-Geräusch-Verstärker in dem Empängerkanal, so dass der Niedrig-Geräusch-Verstärker ausgewählt wird. Es ist ein Diversitätskanal erforderlich, so dass der Diversitätskanal 5 daher ebenso ausgewählt ist. 3 zeigt außerdem ein Beispiel der außerhalb des Chips vorhandenen Verbindungen des Empfängerkanals und des Diversitätskanals in dieser beispielhaften Implementation und die Verbindung der wesentlichen Komponenten der jeweiligen Kanäle.

Der Niedrig-Geräusch-Verstärker 4 empfängt das RF-Eingangssignal von der Empfängerantenne auf Leitung 24 als seine Eingabe. Das außerhalb des Chips vorgesehene Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filter 26 empfängt auf seiner Eingabeleitung 28 die Ausgabe des Niedrig-Geräusch-Verstärkers 4. Die Ausgabe des Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filters 26 auf Leitung 32 bildet eine Eingabe an den Treibeverstärker 6. Die Ausgabe des Treibeverstärkers bildet die Eingabe auf Leitung 32 an den 3 dB-Splitter 34. Der Splitter 34 hat zwei Ausgaben auf Leitungen 30 und 36, wie zuvor. Die Ausgabe auf Leitung 30 bildet die "off-Chip"-Eingabe an den Mischer 8.

Die Ausgabe des Empfängerkanals wird auf Leitungen 38 von dem RF-IC bereitgestellt. Wiederum stellt das RF-Eingangssignal von der Diversitätsantenne eine Eingabe entweder auf Leitung 44 an den Treibeverstärker 14 oder auf Leitung 46 an den Mischer 48 bereit. Falls der Treibeverstärker notwendig ist, stellt die Ausgabe des Treibeverstärkers auf Leitung 48 die Eingabe an den Mischer auf Leitung 46 bereit. Die Ausgabe des Diversitätskanals wird auf den Leitungen 42 von dem RF-IC bereitgestellt.

Mit Bezug auf 4 ist die Auswahl des Diversitätskanals und des Niedrig-Geräusch-Verstärkers, der mit dem Empfängerkanal assoziiert ist, dargestellt, wenn der RF-IC als Teil einer Empfängerstruktur in der Basisstation einer pico-netzförmigen mobilen Kommunikationsstruktur verwendet wird. In solch einer Implementation besteht kein Erfordernis für einen Niedrig-Geräusch-Verstärker in dem Empfängerkanal, so dass der Niedrig-Geräusch-Verstärker nicht ausgewählt ist. Ein Diversitätskanal ist ebenso nicht erforderlich, so dass der Diversitätskanal 5 daher ebenfalls nicht ausgewählt ist. 4 zeigt außerdem ein Beispiel der außerhalb des Chips ("off-Chip") vorgesehenen Verbindungen des Empfängerkanals und die Verbindung der wesentlichen Komponenten des Empfängerkanals.

Der Treibe-Verstärker 6 des Empfängerkanals empfängt das RF-Eingangssignal von der Empfängerantenne auf Leitung 24 als eine Eingabe. Das außerhalb des Chips vorgesehene Spiegelfrequenzunterdrückungs-Filter 26 empfängt auf seiner Eingabeleitung die Ausgabe des Treibeverstärkers 6. Die Ausgabe des Spiegelfreuquenzunterdrückungs-Filters 26 auf Leitung 32 bildet die "off-Chip"-Eingabe an den Mischer 8. Die Ausgabe des Empfängerkanals wird auf Leitungen 38 von dem RF-IC bereitgestellt.

Der Niedrig-Geräusch-Verstärker 12 wird nicht in jeder der beispielhaften Implementationen verwendet, die oben angegeben sind. Jedoch sieht sein Vorhandensein eine zusätzliche Flexibilität und zukünftige Systemoptionen vor. Zum Beispiel kann der Diversitätskanal 5 als ein Empfängerkanal für eine Antenne verwendet werden, die unterschiedlich ist zu derjenigen, die mit dem Empfängerkanal 3 assoziiert ist, und der Niedrig-Geräusch-Verstärker 12 kann eine Eingangsstufe eines solchen Empfängerkanals bilden. In solch einer Anordnung stellt der RF-IC 2 zwei Empfängerkanäle an einer gemeinsamen Frequenz für zwei Antennen bereit.

Die Verwendung des universell einsetzbaren, modularen RF-IC eines Basisstationsempfängers, wie oben beschrieben, sieht eine umfassendere Gesamtlösung vor, im Vergleich zu dem, was existierende Lösungen ermöglichen, und gibt Entwicklern von Basisstationsystemen eine größere Flexibilität. Der RF-IC ermöglicht einer einzelnen integrierten Schaltung, die Empfängeranforderungen für drei Klassen von Basisstationen zu erfüllen, und verfügt über Applikationen darüber hinaus.

Jene Elemente des RF-IC, die nicht für eine bestimmte Anwendung erforderlich sind, brauchen nicht ausgewählt zu werden, indem keine Versorgung an diese bereitgestellt wird.


Anspruch[de]
Integrierte Funkfrequenzschaltungs-Empfängerstruktur (2) umfassend: einen Empfängerkanal (3) mit einem ersten Eingang zum Empfangen eines Signals von einer ersten Antenne und einem zweiten Eingang zum Empfangen eines lokalen Oszillatorsignals an einer Referenzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Funkfrequenzschaltungs-Empfängerstruktur weiterhin umfasst: eine selektiv verbindbare Verstärkungsstufe (4), die mit dem ersten Eingang zu dem Empfängerkanal assoziiert ist; und einen selektierbaren Diversitätskanal (5), der mit dem Empfängerkanal (3) assoziiert ist, und der einen ersten Eingang zum Empfangen eines Signals von einer zweiten Antenne und einen zweiten Eingang zum Empfangen des lokalen Oszillatorsignals an der Referenzfrequenz aufweist. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 1, in welcher die Verstärkungsstufe (4) ein Verstärker mit niedrigem Rauschen ist. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsstufe (4) nicht ausgewählt wird und der Diversitätskanal (5) ausgewählt wird, wenn der Empfängerkanal (3) für eine Verwendung in einer Basisstation eines makro-netzförmigen mobilen Kommunikationssystems vorgesehen ist. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsstufe (4) ausgewählt wird und der Diversitätskanal (5) ausgewählt wird, wenn der Empfängerkanal (3) zur Verwendung in einer Basisstation eines mikronetzförmigen mobilen Kommunikationssystems vorgesehen ist. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsstufe (4) nicht ausgewählt wird und der Diversitätskanal (5) nicht ausgewählt wird, wenn der Empfängerkanal (3) zur Verwendung in einer Basisstation eines pico-netzförmigen mobilen Kommunikationssystem vorgesehen ist. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welcher der Empfängerkanal (3) einen Treibe-Verstärker (6), einen Mischer (8) und einen Zwischenfrequenz-Verstärker (10) beinhaltet. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 6, in welcher die Elemente des Empfängerkanals (3) außerhalb des Chips gemäß der Anwendung des Empfängerkanals (3) verschaltet sind. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 1, in welcher der Diversitätskanal (5) einen Treibe-Verstärker (14), einen Mischer (16) und einen Zwischenfrequenz-Verstärker (18) aufweist. Integrierte Funkfrequenzschaltung nach Anspruch 8, in welcher die Elemente des Diversitätskanals (5), wenn dieser ausgewählt ist, außerhalb des Chips gemäß der Anwendung des Empfängerkanals (3) verschaltet sind.






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