DE102004059985B4

DE102004059985B4 - Funksender mit einstellbaren Verstäkereinheiten im Basisband- und im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads

Info

Publication number: DE102004059985B4
Application number: DE102004059985.8A
Authority: DE
Inventors: Gunther Kraut; Ernst Kristan; Günter Märzinger; José Moreira
Original assignee: Intel Deutschland GmbH
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2024-12-14
Also published as: DE102004059985A1

Abstract

Funksender (400) zum Aussenden von Sendesignalen, mit – einem Sendepfad (400) zur Verarbeitung von auszusendenden Signalen zu Sendesignalen, – einem in dem Sendepfad (400) angeordneten Polarmodulator, in dessen Amplitudenpfad ein Digital/Analog-Wandler (408) angeordnet ist, – einem im Basisbandabschnitt des Sendepfads (400) angeordneten Koordinatentransformator (403) zur Aufspaltung der den Koordinatentransformator (403) speisenden Signale in ihre Polarkoordinaten (A(t), φ(t)), wobei ein Ausgang des Koordinatentransformators (403) den Amplitudenpfad des Polarmodulators speist und ein weiterer Ausgang des Koordinatentransformators (403) den Phasenpfad des Polarmodulators speist, – einem in dem Sendepfad (400) angeordneten ersten Mischer (411) zum Mischen der den ersten Mischer (411) speisenden Signale des Basisbandabschnitts in den Hochfrequenzbereich, – einem in dem Amplitudenpfad des Polarmodulators angeordneten zweiten Mischer (405) zum Mischen der den zweiten Mischer (405) speisenden Signale mit von einem digitalen Ramping-Generator (406) erzeugten Signalen, wobei der digitale Ramping-Generator (406) derart ausgestaltet ist, dass er zu Beginn eines Sendebursts die Ausgangsleistung des Funksenders (400) hochfährt und am Ende eines Sendebursts die Ausgangsleistung des Funksenders (400) herunterfährt, – einer ersten digital programmierbaren Verstärkereinheit (407), die in dem Amplitudenpfad vor dem Digital/Analog-Wandler (408) angeordnet ist, – einer zweiten digital programmierbaren Verstärkereinheit (410), die in dem Amplitudenpfad nach dem Digital/Analog-Wandler (408) angeordnet ist, und – einer dritten digital programmierbaren Verstärkereinheit (412), die im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads (400) angeordnet ist, wobei die dritte Verstärkereinheit (412) eine Grobquantisierung des Ausgangsleistungsbereichs des Funksenders (400) in Schritten von jeweils 6 dB, die zweite Verstärkereinheit (410) eine Feinquantisierung des Ausgangsleistungsbereichs in Schritten von jeweils 1 dB und die erste Verstärkereinheit (407) eine Endauflösung des Ausgangsleistungsbereichs in Schritten von jeweils 1/8 dB vornimmt, ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Funksender, bei welchem die auszusendenden Signale im Sendepfad mehrere Verstärkereinheiten mit einstellbaren Verstärkungen durchlaufen, bevor sie von dem Funksender als Sendesignale ausgesendet werden.
In den meisten Mobilfunkstandards ist eine Einstellbarkeit der Ausgangsleistung des Mobilfunkgeräts vorgeschrieben. Hierbei ordnet die Basisstation in Abhängigkeit von den Empfangsverhältnissen an, mit welchem Pegel das Mobilfunkgerät zu senden hat.
Für den GSM EDGE(GSM Enhanced Data Rate for GSM Evolution)-Standard kann auf diese Weise der Ausgangspegel des Mobilfunkgeräts zwischen 5 dBm und 27 dBm im niedrigen Band (GSM850 und GSM900) variieren, während die Werte für den Ausgangspegel im hohen Band (DCS1800 und PCS1900) zwischen 0 dBm und 26 dBm liegen. Damit ergibt sich allein für die Leistungseinstellung im niedrigen Band eine Einstelldynamik von 22 dB und im hohen Band eine Einstelldynamik von 26 dB. Für zukünftige Mobilfunkstandards wie UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) gelten sogar noch höhere Anforderungen.
Der Standard GSM EDGE verwendet als Modulationsart eine modifizierte 8PSK-Modulation, die eine dreifach höhere Übertragungsgeschwindigkeit im Vergleich zu einer GMSK-Modulation ermöglicht. Hierbei erfahren die Modulationsdaten im Gegensatz zur GMSK-Modulation nicht nur eine Phasen-, sondern auch eine Amplitudenmodulation, was eine lineare Übertragungskette notwendig macht. Bei Verwendung einer linearen Leistungsendstufe lässt sich dann die Ausgangsleistung des Mobilfunkgeräts durch Veränderung der Ausgangsamplitude des Senderbausteins steuern.
Eine robuste und aufgrund weitgehender Digitalisierung für die Implementierung sehr effiziente Senderstruktur bedient sich der so genannten Polarmodulation. Diese beruht darauf, dass sich jedes beliebig modulierte Hochfrequenzsignal R(t) in folgender Polarkoordinaten-Form darstellen lässt: R(t) = A(t)·cos(ωt + φ(t)), (1) wobei A(t) die sich zeitlich ändernde Amplitudeninformation, φ(t) die sich zeitlich ändernde Phaseninformation, ω die Kreisfrequenz der Hochfrequenzschwingung und t die Zeit bezeichnen. In der Amplitude A(t) und der Phase φ(t) sind die Nutzinformationen, wie beispielsweise Sprache oder Daten, enthalten.
Zur senderseitigen Realisierung des Polarmodulationsschemas wird im Transceiverbaustein die Phase φ(t) mittels einer Phasenregelschleife in die Hochfrequenzebene transformiert (entspricht dem Kosinusterm in Gleichung (1)). Anschließend wird in einem Amplitudenmodulator, beispielsweise einem Mischer, die Amplitudeninformation A(t) aufgebracht. Das Ausgangssignal eines derartigen Polarmodulators kann in seiner Höhe mittels eines Verstärkers in geeigneter Weise verändert werden. Dies kann zum einen analog durch eine Steuerspannung geschehen, die von dem Basisbandbaustein an eine VGA (Voltage Gain Amplifier) angelegt wird. Zum anderen kann prinzipiell dieselbe Funktionalität durch Einsatz eines Verstärkers mit einer digital programmierbaren Verstärkung, einer so genannten PGA (Programmable Gain Amplifier), geschaffen werden, wobei die Verstärkung eines programmierbaren Verstärkers durch ein digitales Steuerwort eingestellt wird. Allerdings muss im Fall eines digital programmierbaren Verstärkers die Gesamtarchitektur soweit angepasst werden, dass zu Beginn eines Bursts ein kontinuierliches Herauffahren der Leistung von Null auf den Zielwert und am Ende des Bursts ein ebensolches Herunterfahren gewährleistet wird. Dieses Herauf- und Herunterfahren der Leistung wird in der Fachliteratur im Allgemeinen als ”Power Ramping” bezeichnet.
Sowohl bei einer analogen als auch bei einer digitalen Verstärkungseinstellung wird die Ausgangsspannung des Verstärkers einer Leistungsendstufe zugeführt, die das Hochfrequenzsignal auf den gewünschten Pegel an der Antenne verstärkt.
Ob man einer analog oder einer digital einstellbaren Verstärkerlösung den Vorzug gibt, hängt von den Randbedingungen ab, wie beispielsweise Übertragungsstandard, Technologie, Ansteuerungsmöglichkeiten des Basisbands, geforderter Übertragungsreinheit und Stromaufnahme. Unabhängig von der Wahl des Verstärkers ist zu bedenken, dass sich in einer linearen Kette die Gesamtverstärkungstoleranz des Systems aus den Verstärkungstoleranzen der einzelnen Bausteine in dem Sendepfad zusammensetzt. Diese Verstärkungstoleranzen hängen wiederum von den Temperatur- und Frequenzgängen, der Betriebsspannung und der Alterung ab. Um die geforderte Ausgangsleistung zu erhalten, müssen die Verstärkungstoleranzen der einzelnen Bausteine in dem Sendepfad durch den analog oder digital einstellbaren Verstärker ausgeglichen werden. Hieraus resultiert eine Erweiterung der notwendigen Stehdynamik des Verstärkers weit über den oben genannten Bereich hinaus. So sind beispielsweise für den Standard GSM EDGE im hohen Band mehr als 40 dB erforderlich. Ferner sind insbesondere für die höchsten Ausgangsleistungen recht hohe Anforderungen an die Pegelgenauigkeit von der 3GPP-Spezifikation und den Netzwerkbetreibern vorgeschrieben. Daher darf die Verstärkung aller Bauelemente des Sendepfads über die oben angeführten Parameter nur wenig schwanken oder muss zumindest soweit reproduzierbar sein, dass sie sich mit Software-Mitteln im Basisbandabschnitt des Sendepfads kompensieren lässt.
Bei bisherigen linearen GSM EDGE-Senderarchitekturen ist der Verstärker in der Regel analog einstellbar und im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads angeordnet. Nachteilig an dieser Lösung ist die hohe Stromaufnahme des VGA-Bausteins, die für eine hohe spektrale Reinheit des Ausgangssignals und für geringes Rauschen notwendig ist. Sofern im Zuge des Übergangs zu modernen, kostengünstigen Lösungen statt der üblicherweise für die Realisierung des Verstärkers verwendeten Bipolartechnologie die CMOS(Complementary Metal-Oxid-Semiconductor Circuits)-Technologie herangezogen wird, so ergeben sich insbesondere bei der Abregelung des Verstärkers erhebliche Linearitätsprobleme, die sich – wenn überhaupt – nur mit großen Ruheströmen bekämpfen lassen. Des Weiteren ist man mit den gegenüber Bipolarlösungen höheren Toleranzen konfrontiert, die einen Abgleich der Ausgangsleistung während der Produktion des Mobilfunkgeräts erschweren.
Obwohl dies bislang nach Kenntnis der Anmelderin noch nicht realisiert worden ist, könnte der insbesondere analog einstellbare Verstärker grundsätzlich auch im Basisbandabschnitt des Sendepfads angeordnet werden. Dies würde zu einer Erleichterung bei der Schaltungsentwicklung eines linearen Verstärkerkonzepts und damit zu Ersparnissen bei der Stromaufnahmeführen. Ein großer Nachteil einer derartigen Lösung wäre jedoch das Auftreten von Offsetspannungen im Verstärker und in anderen Schaltungsblöcken, die insbesondere beim Absenken des Nutzpegels durch den Verstärker einen starken Trägerdurchschlag bewirken würden. Im Fall von GSM EDGE würde hierdurch bei Direktmodulatorsystemen die OOS(Origin Offset Suppression)-Anforderung verletzt und im Allgemeinen würde somit die Qualität des Sendesignals herabgesetzt. Bei Polarmodulatorsystemen würde ein Durchschlag des phasenmodulierten Trägers starke Nachbarkanalsverzerrungen hervorrufen. Ein hochgenauer Abgleich derartiger Offsetspannungen ist – wenn überhaupt – nur mit großem Aufwand möglich.
Die Druckschrift DE 101 63 466 A1 betrifft eine Sendeanordnung für zeitkontinuierliche Datenübertragung, bei der anstelle der üblicherweise vorgesehenen, automatischen Verstärkungsregelung, die durch wertkontinuierliche Steuersignale angesteuert wird, zumindest ein programmierbarer Verstärker im Basisband oder im Hochfrequenz-Pfad in der Signalverarbeitungskette des zu sendenden Signals vorgesehen ist.
Die Druckschrift EP 1 119 902 B1 betrifft allgemein Kommunikationssysteme, die polare Modulationstechniken verwenden, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von linear modulierten Signalen unter Verwendung einer Polarmodulation in Fernstationen in einem zellularen Kommunikationssystem.
Die Druckschrift US 2003/0206056 A1 betrifft einen Sender und insbesondere einen Polarmodulator in einem Sender.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Funksender zu schaffen, bei welchem die durch einen im Basisbandabschnitt des Sendepfads angeordneten Verstärker hervorgerufenen Offsetspannungen leichter beherrschbar werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Funksender dient zum Aussenden von Sendesignalen. Zu diesem Zweck umfasst der erfindungsgemäße Funksender einen Sendepfad, welcher an seinem Eingang auszusendende Signale bzw. Daten entgegennimmt und diese Signale bzw. Daten derart verarbeitet, dass sie zur Funkübertragung geeignet sind. Die derart verarbeiteten Signale werden anschließend am Ausgang des Sendepfads als Sendesignale ausgesendet.
Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Funksender eine erste und eine zweite Verstärkereinheit auf. Die Verstärkungen beider Verstärkereinheiten sind einstellbar. Die Verstärkereinheiten sind beide in dem Sendepfad des erfindungsgemäßen Funkempfängers angeordnet und dienen zur Verstärkung der sie speisenden Signale. Ein wesentlicher Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erste einstellbare Verstärkereinheit im Basisbandabschnitt des Sendepfads angeordnet ist, während die zweite einstellbare Verstärkereinheit im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads angeordnet ist.
Hierbei bezeichnet der Basisbandabschnitt den Abschnitt des Sendepfads, in welchem sich die in diesem Abschnitt bearbeiteten Signale im Basisband befinden. Demgegenüber sind die Signale des Hochfrequenzabschnitts bereits auf die Trägerfrequenz umgesetzt worden, mit welcher die Signale letztlich von dem Funksender ausgesendet werden.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Funksender ist die Aufspaltung der aus dem Stand der Technik bekannten Verstärkereinheit in Verstärkereinheiten, die sowohl im Basisband- als auch im Hochfrequenzabschnitt angeordnet sind. Dadurch kann insbesondere der Verstärkungsbereich der ersten einstellbaren Verstärkereinheit im Basisbandbereich stark eingeschränkt werden. Aufgrund dieser Maßnahme werden die oben erwähnten Offsetspannungen leichter beherrschbar, sodass sie durch einen Offsetspannungsabgleich soweit reduziert werden können, dass sie für die Übertragungsqualität unerheblich sind.
In dem Sendepfad ist ein erster Mischer vorgesehen, welcher die Signale des Basisbandabschnitts in Hochfrequenzsignale umsetzt. Bezogen auf die beiden erfindungsgemäßen einstellbaren Verstärkereinheiten bedeutet dies, dass der erste Mischer im Sendepfad zwischen den beiden einstellbaren Verstärkereinheiten angeordnet ist.
Obwohl die Verstärkungen der beiden Verstärkereinheiten analog eingestellt werden könnten, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verstärkungen der erfindungsgemäßen Verstärkereinheit digital programmierbar sind. Folglich handelt es sich bei den beiden Verstärkereinheiten in diesem Fall um so genannte PGAs.
Die digitale Programmierbarkeit der beiden Verstärkereinheiten verbessert die Schnittstelle zum Basisbandbaustein, in welchem die digitalen Programmierwörter zur Einstellung der Verstärkungen in der Regel erzeugt werden, da nunmehr nur noch digitale Daten übertragen werden müssen und dies eine höhere Störsicherheit gewährleistet. Im Vergleich zu einer analogen Einstellung der Verstärkungen wird durch die digitale Einstellbarkeit der Verstärkungen ferner die Schnittstelle des Basisbandbausteins vereinfacht, da ein für eine analoge Verstärkungseinstellung notwendiger Digital/Analog-Wandler entfallen kann.
Des Weiteren sind digital programmierbare Verstärkereinheiten hinsichtlich der Reproduzierbarkeit einer bestimmten Nieder- oder Hochfrequenzspannung bei einer bestimmten Verstärkungseinstellung durch ein digitales Programmierwort analog einstellbaren Verstärkereinheiten überlegen. Außerdem kann insbesondere die im Hochfrequenzabschnitt angeordnete zweite einstellbare Verstärkereinheit in CMOS-Technologie vergleichsweise rausch- und verzerrungsarm realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Funksenders umfasst dieser eine Steuereinheit, mittels welcher die Verstärkungen der Verstärkereinheiten eingestellt werden. Insbesondere geschieht dies durch ein digitales Programmierwort. Die Steuereinheit ist vorzugsweise in den Basisbandbaustein des erfindungsgemäßen Funksenders integriert.
Der erfindungsgemäße Funksender sieht einen in dem Sendepfad angeordneten Polarmodulator vor. Dabei ist in den Amplitudenpfad des Polarmodulators die erste einstellbare Verstärkereinheit geschaltet.
Um die Basisbandsignale in ihre Polarkoordinaten aufzuspalten, ist ein Koordinatentransformator im Basisbandabschnitt des Sendepfads vorgesehen. Ein Ausgang des Koordinatentransformators speist den Amplitudenpfad des Polarmodulators, während ein weiterer Ausgang des Koordinatentransformators den Phasenpfad des Polarmodulators speist.
Vorzugsweise speisen den Amplitudenpfad digitale Signale. Diese digitalen Signale durchlaufen zunächst die erste einstellbare Verstärkereinheit. Anschließend werden sie von einem in den Amplitudenpfad geschalteten Digital/Analog-Wandler in analoge Signale umgewandelt. Hinter dem Digital/Analog-Wandler befindet sich in dem Amplitudenpfad vorteilhafterweise eine dritte einstellbare Verstärkereinheit, welche insbesondere digital programmierbar ist. Die beschriebene Verteilung der Verstärkereinheiten im Basisbandbereich auf zwei oder mehr Blöcke bringt Vorteile in Bezug auf den Dynamikbereich und die Komplexität des Sendepfads mit sich.
Der erfindungsgemäße Funksender beinhaltet vorteilhafterweise eine ”Power Ramping”-Funktionalität. Diese Funktionalität wird dadurch realisiert, dass ein digitaler Ramping-Generator einen im Amplitudenpfad angeordneten zweiten Mischer speist, sodass der zweite Mischer die Amplitudensignale mit den von dem digitalen Ramping-Generator erhaltenen Signalen mischen kann. Der digitale Ramping-Generator erzeugt derartige Signale, dass zu Beginn eines Sendebursts die Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Funksenders hochgefahren wird und am Ende eines Sendebursts die Ausgangsleistung des Funksenders heruntergefahren wird. Eine ”Power Ramping”-Funktionalität ist insbesondere beim Betrieb des erfindungsgemäßen Funksenders mit digital programmierbaren Verstärkereinheiten im Sendepfad notwendig.
Der Amplitudenmodulator des Polarmodulators und die zweite einstellbare Verstärkereinheit müssen nicht notwendigerweise als separate Bauelemente realisiert werden. Diese beiden Bauelemente können vorteilhafterweise durch einen dritten Mischer mit einer digital programmierbaren Verstärkung ersetzt werden. Ferner kann in den dritten Mischer eine lineare Leistungsendstufe mit einbezogen werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Funksender bewirkt die zweite einstellbare Verstärkereinheit eine Grobquantisierung der Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Funksenders und die erste einstellbare Verstärkereinheit bewirkt eine Feinquantisierung der Ausgangsleistung des erfindungsgemäßen Funksenders. Aufgrund dieser Maßnahme ergibt sich ein stark eingeschränkter Verstärkungsbereich im Basisbandabschnitt. Dadurch werden die weiter oben angesprochenen Offsetspannungen noch leichter beherrschbar.
Um den Anforderung des Standards GSM EDGE zu genügen, weist der Sendepfad vorteilhafterweise eine lineare Übertragungscharakteristik auf. Des Weiteren kann im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads eine lineare Leistungsendstufe vorgesehen sein.
Die erste einstellbare Verstärkereinheit und/oder die zweite einstellbare Verstärkereinheit werden bevorzugt in CMOS-Technologie realisiert.
Der erfindungsgemäße Funksender kann zur Signalübertragung gemäß dem GSM-Standard und insbesondere gemäß dem GSM EDGE-Standard ausgelegt sein.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Sendepfads 1 mit einem Polarmodulator in einem Mobilfunkgerät gemäß dem Stand der Technik;
2 ein Blockschaltbild eines Sendepfads 10 mit einem Direktmodulator in einem Mobilfunkgerät gemäß dem Stand der Technik;
3 ein Blockschaltbild eines Sendepfads 100 in einem Mobilfunkgerät;
4 ein Blockschaltbild eines Sendepfads 200 in einem Mobilfunkgerät;
5 ein Blockschaltbild eines Sendepfads 300 in einem Mobilfunkgerät; und
6 ein Blockschaltbild eines Sendepfads 400 in einem Mobilfunkgerät als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Funksenders.
In 1 ist das Blockschaltbild des Sendepfads 1 eines herkömmlichen Funksenders gezeigt. In dem Sendepfad 1 sind hintereinander ein Basisbandbaustein 2 und ein Transceiverbaustein 3 angeordnet. Der Transceiverbaustein 3 enthält vorliegend einen Polarmodulator.
Von dem Basisbandbaustein 2 werden I- und Q-Signale I(t) bzw. Q(t) erzeugt und an einen in dem Transceiverbaustein 3 angeordneten Koordinatentransformator 4 übergeben. Der Koordinatentransformator 4 erzeugt aus den Signalen I(t) und Q(t) die Polarkoordinaten A(t) und φ(t), wobei A(t) die Amplitude und φ(t) die Phase bezeichnen. Die Phase φ(t) speist eine Phasenregelschleife (Phase-Locked Loop; PLL) 5. Die Phasenregelschleife 5 transformiert die Phase φ(t) in den Hochfrequenzbereich. Demnach gibt die Phasenregelschleife 5 ausgangsseitig ein Signal φ(t) + ωt aus, wobei ω für die Kreisfrequenz der Hochfrequenzschwingung und t für die Zeit stehen. Auf dieses Ausgangssignal der Phasenregelschleife 5 wird mittels eines Mischers 6 die Amplitude A(t) aufgebracht. Hieraus ergibt sich das oben durch Gleichung (1) beschriebene Hochfrequenzsignal R(t).
Nach der Polarmodulation wird das erhaltene Signal einem Verstärker (VGA) 7 zugeführt, dessen Verstärkung analog durch eine Steuerspannung eingestellt wird. Die Steuerspannung wird von dem Basisbandbaustein 2 erzeugt. Anschließend wird das derart verstärkte Hochfrequenzsignal von einer linearen Leistungsendstufe (Power Amplifier) 8 auf den gewünschten Pegel verstärkt und von einer Antenne 9 ausgestrahlt.
In 2 ist das Blockschaltbild des Sendepfads 10 eines weiteren Funksenders gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Der Sendepfad 10 umfasst genauso wie der in 1 gezeigte Sendepfad 1 einen Basisbandbaustein 11 und einen Transceiverbaustein 12. Der Transceiverbaustein 12 enthält einen Direktmodulator 13 anstelle des in 1 vorgesehenen Polarmodulators. Das zur Umsetzung der Basisbandsignale in das Hochfrequenzband benötigte Lokaloszillatorsignal wird von einem Lokaloszillator 14 bereitgestellt. Dem Transceiverbaustein 10 ist ein Verstärker (VGA) 15 nachgeschaltet, dessen Verstärkung analog durch eine von dem Basisbandbaustein 11 erzeugte Steuerspannung eingestellt wird. Genauso wie in 1 sind hinter den Verstärker 15 eine lineare Leistungsendstufe (Power Amplifier) 16 und eine Antenne 17 geschaltet.
Der analog einstellbare Verstärker 15 ist im Stand der Technik in Bipolartechnologie realisiert. Die Probleme, welche eine Implementierung des Verstärkers 15 in CMOS-Technologie mit sich brächte, wurden oben bereits diskutiert. Ebenfalls wurden oben bereits die Probleme diskutiert, die mit einer Anordnung des Verstärkers 15 im Basisbandabschnitt des Sendepfads 10 verbunden wären.
In 3 ist ein Blockschaltbild eines Sendepfads 100 in einem Mobilfunkgerät dargestellt.
In dem Sendepfad 100 ist hinter einem Basisbandbaustein 101 ein programmierbarer Verstärker (PGA) 102 angeordnet, welcher sich ebenfalls im Basisbandabschnitt befindet. Dem programmierbaren Verstärker 102 ist ein Mischer 103 zum Mischen der Signale in den Hochfrequenzbereich nachgeschaltet. Im Hochfrequenzabschnitt befindet sich ein weiterer programmierbarer Verstärker (PGA) 104. Die von dem programmierbaren Verstärker 104 verstärkten Signale durchlaufen noch eine lineare Leistungsendstufe (Power Amplifier) 105, bevor sie von einer Antenne 106 ausgestrahlt werden.
Die Verstärkungen der beiden programmierbaren Verstärker 102 und 104 werden mittels eines digitalen Programmierworts 107 eingestellt.
In 4 ist das Blockschaltbild eines Sendepfads 200 dargestellt, welcher im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Sendepfad 100 einen Polarmodulator aufweist.
Der Polarmodulator des Sendepfads 200 entspricht in weiten Teilen dem in 1 gezeigten herkömmlichen Polarmodulator. Von einem Basisbandbaustein 201 werden Signale in Polarkoordinaten ausgegeben, d. h. es werden Amplitudensignale A(t) und Phasesignale φ(t) ausgegeben. Die Phase φ(t) speist eine Phasenregelschleife 202. Die Phasenregelschleife 202 transformiert die Phase φ(t) in den Hochfrequenzbereich und erzeugt ein Signal φ(t) + ωt, wobei ω für die Kreisfrequenz der Hochfrequenzschwingung und t für die Zeit stehen. Im Unterschied zu herkömmlichen Polarmodulatoren wird die Amplitude A(t), bevor sie mittels eines als Amplitudenmodulator ausgebildeten Mischers 203 auf das Ausgangssignal der Phasenregelschleife 202 aufgebracht wird, von einem programmierbaren Verstärker (PGA) 204 verstärkt. In dem vorliegenden Beispiel wird folglich die basisbandseitige einstellbare Verstärkung der Signale im Amplitudenpfad des Polarmodulators durchgeführt.
Die Ausgangssignale des Mischers 203 durchlaufen genauso wie in 3 einen weiteren programmierbaren Verstärker (PGA) 205 sowie eine lineare Leistungsendstufe (Power Amplifier) 206. Anschließend werden die derart erhaltenen Sendesignale von einer Antenne 207 ausgestrahlt.
Die Verstärkungen der beiden programmierbaren Verstärker 204 und 205 werden mittels eines digitalen Programmierworts 208 eingestellt.
In 5 ist eine Modifikation des in 4 gezeigten Sendepfads 200 dargestellt. Der Sendepfad 300 entspricht mit einem Basisbandbaustein 301, einer Phasenregelschleife 302 und einem im Amplitudenpfad des Polarmodulators angeordneten programmierbaren Verstärker (PGA) 303 insoweit dem Sendepfad 200. Beim Sendepfad 300 wurden jedoch der Mischer, der im Hochfrequenzabschnitt angeordnete programmierbare Verstärker (PGA) und die lineare Leistungsendstufe (Power Amplifier) durch einen einzigen Baustein 304 ersetzt, welcher sämtliche Funktionalitäten der drei genannten Bausteine aufweist. Folglich stellt der Baustein 304 einen Mischer mit digital programmierbarer Verstärkung sowie eine lineare Leistungsendstufe dar. Genauso wie in 4 werden die Verstärkungen des programmierbaren Verstärkers 303 und des Bausteins 304 mittels eines digitalen Programmierworts 306 eingestellt.
In 6 ist als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Funksenders eine weitere Modifikation des in 4 gezeigten Sendepfads 200 dargestellt. In dem in 6 gezeigten Sendepfad 400 sind hintereinander ein Basisbandbaustein 401 und ein Transceiverbaustein 402 angeordnet.
Von dem Basisbandbaustein 401 werden I- und Q-Signale I(t) bzw. Q(t) erzeugt und an einen den Eingang des Transceiverbausteins 402 bildenden Koordinatentransformator 403 weitergeleitet. Der Koordinatentransformator 403 erzeugt aus den Signalen I(t) und Q(t) als Polarkoordinaten die Amplitude A(t) und die Phase φ(t). Die Phase φ(t) speist eine Phasenregelschleife 404 zur Transformation in den Hochfrequenzbereich.
Die von dem Koordinatentransformator 403 ausgegebene Amplitude A(t) wird im Amplitudenpfad des Polarmodulators zunächst mittels eines Mischers 405 mit Signalen, die von einem digitalen Ramping-Generator 406 erzeugt wurden, gemischt. Aufgrund dieser Maßnahme kann zu Beginn eines Bursts die Ausgangsleistung des Mobilfunkgeräts von Null auf den Zielwert kontinuierlich hochgefahren werden und am Ende des Bursts wieder heruntergefahren werden.
Dem Mischer 405 ist ein programmierbarer Verstärker (PGA) 407 nachgeschaltet, welcher sich noch in dem digitalen Teil des Amplitudenpfads befindet. Zur Umsetzung der digitalen Amplitudensignale in analoge Amplitudensignale dient ein Digital/Analog-Wandler 408, dem ein Filter 409 nachgeschaltet ist. Hinter dem Filter 409 befindet sich ein weiterer programmierbarer Verstärker (PGA) 410, welcher sich folglich im analogen Teil des Amplitudenpfads befindet.
Mittels eines als Amplitudenmodulator ausgebildeten Mischers 411 wird auf das Ausgangssignal der Phasenregelschleife 404 das von dem programmierbaren Verstärker 410 ausgegebene Amplitudensignal aufgebracht. Die dadurch erhaltenen Signale werden nacheinander einem programmierbaren Verstärker (PGA) 412 sowie einer linearen Leistungsendstufe (Power Amplifier) 413 zugeführt und anschließend von einer Antenne 414 ausgestrahlt.
Die Verstärkungseinstellungen der programmierbaren Verstärker 407, 410 und 412 erfolgen mittels eines digitalen Programmierworts 415.
Im Folgenden werden die Funktionen der programmierbaren Verstärker 407, 410 und 412 erläutert.
Der im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads 400 angeordnete programmierbare Verstärker 412 sorgt für die Grobquantisierung des Ausgangsleistungsbereichs von 42 dB in Schritten von jeweils 6 dB. Von den im Basisbandabschnitt befindlichen programmierbaren Verstärkern 407 und 410 stellt der im analogen Teil des Amplitudenpfads angeordnete programmierbare Verstärker 410 eine Feinquantisierung in Schritten von jeweils 1 dB bereit, während der im digitalen Teil des Amplitudenpfads angeordnete programmierbare Verstärker 407 für die Endauflösung von 1/8 dB zuständig ist.
Die im Basisbandabschnitt befindlichen programmierbaren Verstärker 407 und 410 sind ferner zuständig für den Ausgleich der unvermeidlichen Verstärkungstoleranzen der Einzelschritte des im Hochfrequenzabschnitt angeordneten programmierbaren Verstärkers 412. So kann jeder Schritt des programmierbaren Verstärkers 412 beispielsweise um ±1 dB schwanken, was durch die beiden programmierbaren Verstärker 407 und 410 im Basisbandabschnitt kompensiert werden muss.
Da der programmierbare Verstärker 410 im Niederfrequenzbereich arbeitet, sind ohne größere Probleme geringe Toleranzen von weniger als ±0,5 dB möglich, welche letztlich die Gesamttoleranz der Ausgangsleistung des Mobilfunkgeräts festlegen. Eine derartige Genauigkeit ist insbesondere für hohe Ausgangsleistungen durch die 3GPP-Spezifikation und die Netzwerkbetreiber gefordert.
Durch die Verwendung eines stark eingeschränkten Verstärkungsbereichs im Basisbandabschnitt des Sendepfads 400 sind auch die oben erwähnten Offsetspannungen beherrschbar, welche durch einen Offsetspannungsabgleich so weit reduziert werden können, dass sie für die Übertragungsqualität unerheblich sind.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels ergibt sich bei dem Abgleich der Ausgangsleistung, wie er während der Produktion des Mobilfunkgeräts durchgeführt werden muss. Aufgrund der Erfindung muss nämlich nur die Ausgangsleistung bei jedem Schritt des im Hochfrequenzabschnitt angeordneten programmierbaren Verstärkers 412 vermessen werden. Anschließend kann jede gewünschte Ausgangsleistung zumindest auf die Genauigkeit des programmierbaren Verstärkers 410, also z. B. auf ±0,5 dB, eingestellt werden. Ein solches Vorgehen verursacht gegenüber den sonst bei der Verwendung von programmierbaren Verstärkern notwendigen Sukzessiv-Approximations-Algorithmen einen geringeren Aufwand.
Bei den vorstehend erläuterten und in den 3 bis 6 dargestellten Beispielen werden die digitalen Programmierwörter zur Einstellung der Verstärkungen der programmierbaren Verstärker von einer in den 3 bis 6 nicht dargestellten Steuereinheit erzeugt. Diese Steuereinheit kann sich beispielsweise in dem jeweiligen Basisbandbaustein befinden.
Ferner wurde bei der Beschreibung der 3 bis 6 stets von den Sendepfaden 100, 200, 300 und 400 gesprochen. Dies ist so zu verstehen, dass mit den Sendepfaden jeweils der zugehörige Funksender assoziiert wird. Dies ist insofern gerechtfertigt, als es bei der vorliegenden Erfindung in erster Linie auf die Bauelemente des Sendepfads des zugehörigen Funksenders ankommt.

Claims

Funksender (400) zum Aussenden von Sendesignalen, mit – einem Sendepfad (400) zur Verarbeitung von auszusendenden Signalen zu Sendesignalen, – einem in dem Sendepfad (400) angeordneten Polarmodulator, in dessen Amplitudenpfad ein Digital/Analog-Wandler (408) angeordnet ist, – einem im Basisbandabschnitt des Sendepfads (400) angeordneten Koordinatentransformator (403) zur Aufspaltung der den Koordinatentransformator (403) speisenden Signale in ihre Polarkoordinaten (A(t), φ(t)), wobei ein Ausgang des Koordinatentransformators (403) den Amplitudenpfad des Polarmodulators speist und ein weiterer Ausgang des Koordinatentransformators (403) den Phasenpfad des Polarmodulators speist, – einem in dem Sendepfad (400) angeordneten ersten Mischer (411) zum Mischen der den ersten Mischer (411) speisenden Signale des Basisbandabschnitts in den Hochfrequenzbereich, – einem in dem Amplitudenpfad des Polarmodulators angeordneten zweiten Mischer (405) zum Mischen der den zweiten Mischer (405) speisenden Signale mit von einem digitalen Ramping-Generator (406) erzeugten Signalen, wobei der digitale Ramping-Generator (406) derart ausgestaltet ist, dass er zu Beginn eines Sendebursts die Ausgangsleistung des Funksenders (400) hochfährt und am Ende eines Sendebursts die Ausgangsleistung des Funksenders (400) herunterfährt, – einer ersten digital programmierbaren Verstärkereinheit (407), die in dem Amplitudenpfad vor dem Digital/Analog-Wandler (408) angeordnet ist, – einer zweiten digital programmierbaren Verstärkereinheit (410), die in dem Amplitudenpfad nach dem Digital/Analog-Wandler (408) angeordnet ist, und – einer dritten digital programmierbaren Verstärkereinheit (412), die im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads (400) angeordnet ist, wobei die dritte Verstärkereinheit (412) eine Grobquantisierung des Ausgangsleistungsbereichs des Funksenders (400) in Schritten von jeweils 6 dB, die zweite Verstärkereinheit (410) eine Feinquantisierung des Ausgangsleistungsbereichs in Schritten von jeweils 1 dB und die erste Verstärkereinheit (407) eine Endauflösung des Ausgangsleistungsbereichs in Schritten von jeweils 1/8 dB vornimmt, – wobei die erste Verstärkereinheit (407), die zweite Verstärkereinheit (410) und die dritte Verstärkereinheit (412) durch ein gemeinsames digitales Programmierwort (415) programmiert werden, so dass Verstärkungstoleranzen der Einzelschritte der dritten Verstärkereinheit (412) durch die erste Verstärkereinheit (407) und die zweite Verstärkereinheit (410) kompensiert werden.
Funksender (400) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – eine Steuereinheit zur Einstellung und insbesondere zur Programmierung der Verstärkungen der einstellbaren Verstärkereinheiten (407, 410, 412).
Funksender (400) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Sendepfad (400) eine lineare Übertragungscharakteristik aufweist, und/oder – dass eine lineare Leistungsendstufe (413) im Hochfrequenzabschnitt des Sendepfads (400) angeordnet ist.
Funksender (400) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die erste und zweite einstellbare Verstärkereinheit (407, 410) und/oder die dritte einstellbare Verstärkereinheit (412) in CMOS-Technologie realisiert sind.
Funksender (400) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Funksender (400) zur Signalübertragung gemäß dem GSM-Standard ausgelegt ist.
Funksender (400) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, – dass der Funksender (400) gemäß dem GSM EDGE-Standard ausgelegt ist.