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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verfahren zur Verarbeitung empfangener Signale und Empfänger.
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Das Versorgungsgebiet eines drahtlosen Kommunikationssystems
ist in als Zellen bekannte miteinander verbundene Versorgungsbereiche
eingeteilt, wo drahtlose Einheiten über Funkstrecken mit einer
die Zelle vesorgenden Basestation (BS) kommunizieren. Die Basestation
ist an ein Landnetz angekoppelt, beispielsweise über eine Mobilvermittlungsstelle
(MSC – Mobile
Switching Center), die mit einer Mehrzahl von im gesamten Versorgungsgebiet verteilten
Basestationen verbunden ist. In der drahtlosen Kommunikationsindustrie
werden einem Diensteanbieter oft zwei oder mehr nicht zusammenhängende bzw.
getrennte Frequenzbänder
erteilt, die für die
drahtlose Übertragung
und den drahtlosen Empfang von RF-Kommunikationskanälen zu verwenden sind.
In den Vereinigten Staaten empfängt
beispielsweise eine Basestation für einen Anbieter von zellularen
Kommunikationen im „A"-Band Frequenzkanäle in den
Bändern
A (825-835 MHz), A' (845-846,5 MHz),
und A" (824-825
MHz) und die drahtlosen Einheiten empfangen Frequenzkanäle in den
Bändern
A (870-880 MHz), A' (890-891,5
MHz) und A" (869-870 MHz).
Eine Basestation für
einen Anbieter im Band B empfängt
Frequenzkanäle
in den Frequenzbändern B
(835-845 MHz) und B' (846,5-849
MHz) und die drahtlosen Einheiten empfangen Frequenzkanäle in den
Frequenzbändern
B (880-890 MHz) und B' (891,5-894
MHz). Zusätzlich
kann eine Basestation für
einen PCS-Anbieter (Personal Communications Systems) 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).
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Um die Systemhardwarekosten zu verringern,
würde ein
Dienstanbieter wünschen,
einen gemeinsamen Empfänger
für gleichzeitigen
Empfang und Verarbeitung von Signalen in den nicht zusammenhängeden Frequenzbändern zu
benutzen. Bei einer typischen Empfängerarchitektur wird typischerweise
für jedes
Frequenzband eine Abwärtsumsetzungsstufe
zum Abwärtsmischen
und Bearbeiten der Positionierung jedes Frequenzbandes auf Zwischenfrequenzen
(ZF) benutzt, so daß die
Frequenzbänder der
modulierten Analogsignale in ein entsprechendes ZF-Frequenzspektrum
umgewandelt werden und von getrennten Analog-Digital-(A/D-)Wandlern
mit verringerter Abtastrate abgetastet werden können. Um einen einzigen A/D-Wandler zum Digitalisieren
der modulierten Analogsignale in den nicht zusammenhängenden
Bändern
zu benutzen, würde
ein einziger A/D-Wandler mit einer Rate abtasten müssen, die
so hoch ist, daß sie
beide Frequenzbänder
umfaßt.
Dies ist eine ineffiziente Lösung,
da der A/D-Wandler bei der Abtastung von ungewünschten Frequenzen in der Lücke zwischen
den Frequenzbändern
Bandbreite aufbraucht. Zum Verringern der Frequenzlücke zwischen
nicht zusammenhängenden
Frequenzbändern
wird eine Abwärtsmischstufe
für jedes
der Frequenzbänder
zum Abwärtsmischen
und Bearbeiten der Positionierung jedes Frequenzbandes auf ZF benutzt,
so daß die
Bänder
enger beieinander liegen, um in eine kleinere Bandbreite für den A/D-Wandler zu
passen. Bei einer anderen Lösung
zur Verbesserung der effizienten Verwendung der A/D-Wandler-Bandbreite
werden beide Frequenzbänder
abwärtsgemischt,
so daß ein
Duplikat eines der Frequenzbänder
in die Frequenzlücke
zwischen den Frequenzbändern
positioniert wird.
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Wenn das ZF-Spektrum von einem A/D-Wandler
mit einer Abtastrate abgetastet wird, die größer oder gleich dem Doppelten
der kombinierten Signalbandbreite ist, was als Nyquist-Abtastrate
bezeichnet werden kann, dreht sich oder faltet sich die A/D-Eingangssignalbandbreite
periodisch mit Mehrfachen der Hälfte
der Abtastfrequenz um sich selbst. Dabei werden Signalbandbreite
und Spiegelbilder der Signalbandbreite periodisch in Frequenzabständen wiederholt,
die der Abtastrate des A/D- Wandlers entsprechen.
Jedes Duplikat der Signalbandbreite kann als eine Nyquist-Zone bezeichnet
werden und die ZF-Signalbandbreite wird auf die erste Nyquist-Zone
zwischen um OHz und der Hälfte
der Abtastfrequenz. zurückgefaltet.
Die Bandbreite einer Nyquist-Zone entspricht der Nyquist-Bandbreite.
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Die Periodizität der spektralen Dichte im
Digitalbereich ist eine Grundeigenschaft abgetasteter Wellenformen,
die durch Bestimmung der Fouriertransformierung der zeitlich abgetasteten
Wellenform vorhergesagt werden kann. Im allgemeinen tastet der A/D-Wandler
mit mindestens der doppelten Signalbandbreite der zusammengesetzten
Frequenzbänder
(d.h. der Nyquist-Abtastrate)
ab, um eine digitale Darstellung des modulierten ZF-Analogsignals
zu erhalten. Dementsprechend wird die Abtastrate für den A/D-Wandler
so gewählt,
daß die
Nyquist-Bandbreite die gewünschten
Frequenzbänder
umfaßt.
Je höher die
Abtastrate, desto breiter die Nyquist-Bandbreite. Wenn die Wellenform
mit einer geringeren Rate als der doppelten Signalbandbreite (der
Nyquist-Bandbreite) abgetastet wird, tritt eine unerwünschte Überlappung
zwischen den benachbarten periodischen Spektren ein – eine als
Rückfaltung
bezeichnete wohlbekannte Erscheinung. Dementsprechend werden Abtastrate
und ZF-Frequenz so gewählt,
daß die Nyquist-Bandbreite
das umzusetzende Frequenzband umfaßt und dabei die Abtastrate
des A/D-Wandlers herabgesetzt wird, wodurch A/D-Wandler mit niedrigerer
Abtastrate und geringeren Kosten benutzt werden können. Je
weiter die Trennung bzw. Frequenzlücke zwischen den Frequenzbändern ist,
desto schneller erreichen die gegenwärtigen Empfängerarchitekturen einen Punkt, an
dem die Verwendung eines einzelnen A/D-Wandlers nicht als praktisch
oder effizient angesehen wird. Wenn die Frequenzbänder weit
genug beabstandet sind, wird, wenn gewünscht, eine getrennte Antenne für jedes
getrennte Frequenzband benutzt. Bei Mehrantennenarchitekturen, bei
denen Antennen unterschiedlichen Frequenzbändern fest zugeordnet sind, wird
typischerweise für
jeden Antennenweg ein getrennter A/D-Wandler benutzt.
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Drahtlose Kommunikationsbasestationen benutzen
ebenfalls mehrere Antennen, die dasselbe Frequenzband empfangen,
um ein als N-Weg-Empfangsdiversität bekanntes Verfahren zu unterstützen, um
die Auswirkungen von Mehrwegeschwund zu lindern. Die Basestation
umfaßt
ein oder mehrere Funkgeräte,
die N räumlich
getrennte Empfangsantennen umfassen („Rx1" bis „RxN"). Da Mehrwegeschwund eine örtlich begrenzte
Erscheinung ist, ist es sehr unwahrscheinlich, daß alle räumlich getrennten
Empfangsantennen Mehrwegeschwund zur gleichen Zeit erfahren. Wenn
daher ein ankommendes Signal an einer Empfangsantenne schwach ist,
wird es an einer der anderen wahrscheinlich zufriedenstellend sein. Wenn
beispielsweise die Topographie des Geländes hügelig oder bergig ist, oder
wenn Objekte wie Gebäude
oder Bäume
vorhanden sind, kann ein von einer drahtlosen Einheit übertragenes
Signal so absorbiert oder reflektiert werden, daß die Signalgüte an der
Basestation nicht gleichförmig
ist. Dabei ergeben sich aus der Zerstreuung und Reflexion eines
Signals zwischen den vielen zwischen und um die drahtlose Einheit
und die Basestation herum befindlichen Objekten viele unabhängige Wege.
Die Zerstreuung und Reflexion des Signals erzeugt viele unterschiedliche „Kopien" des übertragenen
Signals („Mehrwegesignale"), die mit verschiedenen
Beträgen
an Zeitverzögerung,
Phasenverschiebung und Dämpfung
an der Empfangsantenne der Basestation ankommen. Infolgedessen besteht
das an der Basestation von der drahtlosen Einheit empfangene Signal
aus der Summe dieser Signale, die jeweils über einen getrennten Weg laufen.
Da sich die Mehrwegesignale konstruktiv und destruktiv an der Empfangsantenne
der Basestation addieren, können
starke örtliche
Schwankungen in der Stärke
des empfangenen Signals auftreten. Diese Erscheinung ist weithin
als Mehrwegeschwund oder schneller Schwund oder Rayleigh-Schwund bekannt.
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Wie im Stande der Technik wohlbekannt
ist, können
N ankommende Signale jeweils von einer von N Empfangsantennen durch
ein Diversity-Kombiniereinrichtung unter Verwendung verschiedener Verfahren
(u.B. Auswahl-Diversity,
Diversity-Kombination mit linearer Addition, Diversity-Kombination mit
maximalem Verhältnis
usw.) kombiniert werden, um die ungünstigen Auswirkungen von Mehrwegeschwund
zu verringern und den Empfang eines ankommenden Signals zu verbessern.
Bei im digitalen Bereich durchgeführten Diversity-Kombinationsverfahren
werden die ankommenden Analogsignale von den N Empfangsantennen
auf getrennten Kanalzweigen gehalten und getrennten Analog-Digital-(A/D-)Wandlern
auf jedem Kanalzweig zur Umwandlung in den digitalen Bereich zugeführt, wo
Diversityverfahren zur Verbesserung des Empfangs des ankommenden
Signals benutzt werden können. Die
Verwendung von mehreren A/D-Wandlern steigert die Kosten und kann
durch Inkohärenz
zwischen den durch getrennte A/D-Wandler für Analogsignale von den N Empfangsantennen
ausgeführten
zeitlichen Abtastwerten eine verringerte Leistungsfähigkeit
ergeben. Beseitigen jeglicher Inkohärenz zwischen den zeitlichen
Abtastwerten der ankommenden Signale von den N Empfangsantennen
ist wichtig, wenn genaue Messungen von Zeitverzögerung oder Phasenverschiebung
erforderlich ist. Als Alternative können die ankommenden Analogsignale
von den N Empfangsantennen vor der Digitalwandlung entsprechend
einem im Analogbereich durchgeführten
Diversityverfahren kombiniert werden und das sich ergebende Analogsignal
wird einem einzigen Analog-Digital-(A/D-)Wandler
zur Umwandlung in den digitalen Bereich zugeführt.
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Die obigen Empfängerarchitekturen mit mehreren
Zweigen nutzen nicht die von A/D-Wandlern bei der Umwandlung von
Analogsignalen in den digitalen Bereich bereitge stellte Fähigkeit
möglicher
Bandbreiten, Flexibilität
und/oder Zeit- und/oder Phasen-Kohärenz.
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GB-A-2338853 bezieht sich auf einen Zweibandempfänger, der
so aufgebaut ist, daß er
die Abwärtsmischung
von Signalen, ohne die Verdopplung eines A/D-Wandlers im Empfänger zu
erfordern, zuläßt und ein
als Sub-Nyquist-Abtastung
bekanntes Verfahren benutzt, um eine Alias-Antwort zu nutzen (z.B. bedeutet eine
Alias-Antwort, daß es
in einem A/D-Wandler-Ausgangssignal nicht möglich ist, zwischen Eingangssignalen
in der Nähe
der Abtastfrequenz des A/D-Wandlers zu unterscheiden). Es werden
zwei Eingangssignale, ein HF-Analogsignal von 900 MHz und eins von
1800 MHz in entsprechende Zwischenfrequenzen (ZF) abwärtsgemischt,
die an verschiedenen Teilen der Alias-Antwort des A/D-Wandlers erscheinen.
Die ZF unterscheiden sich nur durch ein ganzzahliges Mehrfaches
der Abtastfrequenz. Beispielsweise liegt bei dem Empfang von Eingangssignalen
mit 900 MHz und 1800 MHz eine optimale ZF für die 900 MHz-Signale im Bereich
von 100 MHz, während
eine optimale ZF für
mit 1800 MHz empfangene Signale im Bereich von 200 MHz liegt. Wenn
daher die Abtastrate 13 MHz ist, können die Empfangsoszillatorsignale
so gewählt
werden, daß die
Zwischenfrequenzen bzw. Unterschiede zwischen den zwei ZF ein ganzzahliges
Mehrfaches der Abtastfrequenz betragen. Die Bedeutung davon ist, daß es anscheinend
zeigt, daß der
Empfänger
zwei verschiedene HF-Frequenzen digitalisieren kann.
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US-A-5280636 bezieht sich auf eine
Kombinationsanordnung.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Empfänger
nach Anspruch 10 bereitgestellt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Empfänger,
der empfangene Analogsignale für
eine Mehrzahl von Kanalzweigen bereitstellt und auf mindestens einem
der Kanalzweige wird die Frequenz des empfangenen Analogsignals
unabhängig
von den relativen Positionen der entsprechenden Analogsignale im
Hochfrequenz-(HF-)Spektrum eingestellt. Die Analogsignale auf den
Kanalzweigen werden dann kombiniert und die kombinierten Analogsignale werden
in den digitalen Bereich umgewandelt. Beispielsweise umfaßt der Empfänger mindestens
eine Antenne, die Hochfrequenz-(HF-)Analogsignale empfängt. Eine
Kanalzweiganordnungseinrichtung empfängt die HF-Analogsignale von
der (den) Antenne(n) und stellt die HF-Analogsignale für eine Mehrzahl
von Kanalzweigen bereit. Eine mindestens einen Frequenzwandler auf
mindestens einem jeweiligen der Kanalzweige umfassende Frequenzwandlungsanordnung
stellt das Frequenzband der HF-Analogsignale auf dem jeweiligen
Kanalzweig unabhängig
von den relativen Positionen der entsprechenden Analogsignale im
HF-Spektrum der verschienen Kanalzweige ein. Die Analogsignale auf den
Kanalzweigen werden kombiniert und ein einziger Analog-Digital-Wandler wandelt
die kombinierten Analogsignale in Digitalsignale um. Bei der Umwandlung
der zusammengesetzten Analogsignale in den digitalen Bereich werden
die Frequenzbänder
der Analogsignale in einer Mehrzahl von Kanälen der Nyquist-Zone im digitalen
Bereich positioniert. Durch richtige Auswahl der Frequenzbänder für die Analogsignale
auf den Kanalzweigen und der Abtastrate für den A/D-Wandler kann die
verfügbare
Bandbreite für den
A/D-Wandler wirkungsvoller benutzt und/oder Zeitkohärenz und/oder
Phasenkohärenz
bereitgestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung können
bei der Lektüre
der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung
und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbar werden. In den
Zeichnungen zeigt:
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1 ein
allgemeines Blockschaltbild eines Empfängers mit mehreren Zweigen,
bei dem die vorliegende Erfindung zum Ausdruck kommt;
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2 ein
Blockschaltbild eines Empfängers mit
mehreren Zweigen, bei dem die vorliegende Erfindung zum Ausdruck
kommt;
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3 die
Analogsignale mit den A/D-Eingangsfrequenzen und die Duplikate der
Analogsignale in den verschiedenen Nyquist-Zonen, die bei einer Ausführungsform
des Empfängers
mit mehreren Zweigen, der zwei Versionen desselben Frequenzbandes
von verschiedenen Antennen empfängt,
zur ersten Nyquist-Zone im digitalen Bereich zurückgefaltet werden;
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4 ein
allgemeines Blockschaltbild eines weiteren Empfängers mit mehreren Zweigen,
bei dem die vorliegende Erfindung zum Ausdruck kommt; und
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5 die
Analogsignale mit den A/D-Eingangsfrequenzen und die Duplikate der
Frequenzbänder
mit den Frequenzen im digitalen Bereich der ersten Nyquist-Zone
für den
Empfänger
mit mehreren Zweigen der 4.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen
eines Empfängersystems
mit mehreren Kanalzweigen, auf dem Signalbandbreiten für HF-Analogsignale
bezüglich
der Positionen der Signalbandbreiten in der Nyquist-Bandbreite,
aber unabhängig
von den relativen Positionen der Signalbandbreite(n) auf HF entsprechend
den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung positioniert sind, werden untenstehend
beschrieben. Wenn beispielsweise zwei Frequenzbänder auf mindestens zwei Kanalzweigen Frequenzbändern entsprechen,
die um einen gewissen Betrag auf HF voneinander getrennt sind, kann
ein gewandeltes Band auf einem Kanalband näher oder weiter entfernt von dem
Frequenzband auf dem anderen Kanalzweig sein, wenn es mit den entsprechenden
Frequenzbändern
auf HF verglichen wird. Die Frequenzbänder auf den mindestens zwei
Kanalzweigen weisen Positionen relativ zu den Positionen der entsprechenden
Signalbandbreiten in der Nyquist-Bandbreite auf, indem die Frequenzbänder unterschiedliche
Teile der Nyquist-Bandbreite
eines A/D-Wandlers belegen, aber die Frequenzbänder können unabhängig von ihren Positionen relativ
zueinander auf HF positioniert werden.
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Infolgedessen kann in einem Diversity-Umfeld,
wenn die zwei Frequenzbänder
auf den mindestens zwei Kanalzweigen denselben Frequenzbändern auf
HF entsprechen, das Frequenzband auf mindestens einem Kanalzweig
in ein anderes Frequenzband als das Frequenzband auf dem mindestens
anderen Kanalzweig umgesetzt werden, solange wie die Frequenzbänder unterschiedliche
Teile der Nyquist-Bandbreite belegen.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 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. Eine Frequenzkanalisierungseinrichtung 13 enthält eine
Kanalzweiganordnungseinrichtung 14 wie beispielsweise eine N-Plexer-Filter-
oder Kombiniereinrichtung, die die empfangenen HF-Analogsignale
oder Teile derselben kombiniert und/oder aufteilt und die empfangenen
Analogsignale in X-Kanalzweigen 16a-x auf gewünschte Weise
bereitstellt, wobei X>=2.
Beispielsweise können
verschiedene Kanalzweige 16a-x die Analogsignale für entsprechende
HF-Frequenzbänder
führen,
die Kanalzweige 16a-x können
von verschiedenen Antennen oder Antennensätzen und/oder mehreren Kanalzweigen
mit Kopien der HF-Analogsignale von mehreren oder dem gleichen Fre quenzband
empfangene HF-Analogsignale führen.
Eine Frequenzwandlungsreinrichtung 18 umfaßt mindestens
einen Frequenzwandler 20a-x auf mindestens einem der Kanalzweige 16a-x zur
Bearbeitung der Positionierung der Analogsignale auf dem jeweiligen
Kanalzweig 16a-x in mindestens ein Zwischenfrequenz-(ZF-)Band,
das in der Nyquist-Bandbreite des A/D-Wandlers relativ zum Frequenzband auf
mindestens einem weiteren Kanalzweig 16a-x nicht überlappt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird
jeder Kanalzweig 16a-x mit einer Frequenzverwandlungsstufe 20a-x dargestellt,
aber die Anzahl von Kanalzweigen muß nicht gleich der Anzahl von Frequenzwandlungsstufen 20a-x sein.
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Eine Kombinierungsanordnung 22 kombiniert
die Analogsignale auf den Kanalzweigen 16a-x auf die gewünschte Weise.
Das sich ergebende zusammengesetzte Analogsignal wird mit Analogsignalen
in unterschiedlichen Frequenzbändern
einem Analog-Digital-Wandler 24 zugeführt. Die unterschiedlichen
Frequenzbänder
der Analogsignale werden in nicht überlappende Teile der Nyquist-Bandbreite zurückgefaltet,
die durch die Abtastung des zusammengesetzten Analogsignals mit
einer größeren Abtastrate
als das Doppelte der Bandbreite der kombinierten Bandbreite der
unterschiedlichen Frequenzbänder
durch den Analog-Digital-(A/D-)Wandler bereitgestellt wird. Bei
der Umwandlung des zusammengesetzten Analogsignals in den Digitalbereich
verarbeitet der A/D-Wandler 24 das
zusammengesetzte Analogsignal in Kanäle der Nyquist-Zone oder Bänder in
der ersten Nyquist-Zone.
Die Kanäle
der Nyquist-Zone im Digitalbereich entsprechen den verschiedenen
Frequenzbändern der
Analogsignale. Durch Digitalsignal-Verarbeitungsschaltungen 26 können die
Digitalsignale aus den Nyquist-Zonen-Kanälen der
ersten Nyquist-Zone abgerufen werden, da die verschiedenen Kanäle schließlich in
der ersten Nyquist-Zone enden, nachdem die Analog-Eingangssignale
beispielsweise unter Verwendung von Digitalfiltern, digitalen Kombiniereinrichtungen,
digitalen Detektoren, digitalen Demodulatoren, digitalen Abwärtswandlern
wie beispielsweise einem DDC (Digital Down Converter) mit NCO (Numerical
Controller Oscillator) zur digitalen Abwärtswandlung der Datenrate (was
als Dezimierung, bezeichnet wird) und/oder sonstige digitale Verarbeitung
digitalisiert worden sind. Der DDC kann zur weiteren Signalverarbeitung
auf die jeweiligen Frequenzen abstimmen. Der Empfänger 10 kann
daher die in einem einzelnen A/D-Wandler zur Verfügung stehende
Bandbreite wirkungsvoller durch Einstellen der relativen Positionierung
der unterschiedlichen HF-Frequenzbänder auf unterschiedlichen
Kanalzweigen 16a-x benutzen.
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In Abhängigkeit von der Ausführungsform und
aufgrund der Flexibilität
des Empfängers
kann der Empfänger 10 auf
verschiedene Weisen implementiert werden, um die mögliche Bandbreite
eines A/D-Wandlers wirkungsvoller zu benutzen. Beispielsweise zeigt
die 2 eine Ausführungsform
eines Empfängers 30 mit
Antennen 12a-n, die HF-Analogsignale empfangen. In der
Ausführungsform
der 1 empfängt die
Kanalisierungseinrichtung 13 die HF-Analogsignale von Empfangsschaltungen 32a-n wie
beispielsweise rauscharme Verstärker
LNA (Low Noise Amplifiers), die mit jeder Antenne 12a-n verbunden
sind. Die Kanalisierungseinrichtung 13 enthält die Kanalzweiganordnungseinrichtung 14,
die in der vorliegenden Ausführungsform
ein Kanalnetzwerk ist, das die HF-Analogsignale in denselben und/oder
unterschiedlichen Frequenzbändern
von den Antennen 12a-n empfängt. Das Kanalnetzwerk stellt
die HF-Analogsignale und/oder einen Teil derselben für einen
entsprechenden Kanalzweig 16a-x bereit. In dieser vorliegenden
Ausführungsform
umfaßt
das Kanalnetzwerk eine Gruppe von XN-Plexer-Filtern oder Kombinierungseinrichtungen
mit N Eingängen 34a-x,
wobei jedes der XN-Plexer-Filter oder Kombinierungseinrichtungen
mit N Eingängen 34a-x mit
einer der N Antennen 12a-n verbunden werden kann. In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann die Anzahl von Multiplexern oder Kombiniereinrichtungen 34a-x der Anzahl
von Kanalzweigen 16a-x entsprechen, aber muß es nicht.
Die Gruppe von Filtern oder Kombiniereinrichtungen 34a-x liefert
HF-Analogsignale von der mindestens einen Antenne 12a-n und
dem mindestens einen Hochfrequenz-(HF-)Band und eine beliebige Kombination von
HF-Signalen von mehreren Antennen 12a-n und/oder von HF-Signalen
mit demselben oder unterschiedlichen Frequenzband (bändern) an
mindestens zwei Kanalzweige 16a-x.
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Die HF-Analogsignale auf den Kanalzweigen 16a-x werden
einer Frequenzverwandlungsanordnung 18 unterworfen, die
mindestens eine Frequenzwandlungsstufe auf mindestens einem der mindestens
zwei Kanalzweige 16a-x umfaßt, um Analogsignale mit mindestens
zwei verschiedenen Frequenzbändern
auf mindestens zwei Kanalzweigen 16a-x bereitzustellen.
Um eines der Frequenzbänder
der mindestens zwei verschiedenen Frequenzbänder zu erhalten, können die
HF-Analogsignale von zwei oder mehr unterschiedlichen Antennen 12a-n mit
demselben Frequenzband vor oder nach jeglicher Frequenzwandlungsstufe 20a-x kombiniert werden,
beispielsweise unter Verwendung von Signal-Diversity-Kombinierung
oder einfache Kombinierung auf HF. Zusätzlich kann die Kanalzweiganordnungseinrichtung 14 eine
fest zugeordnete Verbindung (Verbindungen) zwischen einer Antenne 12a-n oder
Diversity-Kombiniereinrichtung und einer Frequenzwandlungsstufe 20a-x auf
einem entsprechenden Kanalzweig 16a-x umfassen. In der
vorliegenden Ausführungsform
wird die Positionierung der HF-Signalbandbreite(n) von den N Antennen 12a-n in
Zwischenfrequenz-(ZF-)Bändern durch
die Frequenzwandlungsstufen 20a-x bearbeitet. Bei der Bearbeitung
der Positionierung des (der) Frequenzbandes (Frequenzbänder) auf
dem (den) Kanalzweig(en) 16a-x relativ zu dem Frequenzband
(den Frequenzbändern)
auf dem (den) anderen Kanalzweigen) (das (die) das (die) gleiche(n) überlappende(n)
oder unterschiedliche(n) Frequenzband (Frequenzbänder) sein kann (können)) wird
(werden) das (die) Frequenzband (Frequenzbänder) unabhängig von der relativen Positionierung
zwischen dem (den) entsprechendem (entsprechenden) Band (Bändern) positioniert. In
Abhängigkeit
von der Ausführungsform
muß ein Kanalzweig 16a-x nicht
eine Frequenzwandlungsstufe 20a-x aufweisen, solange wie
das mindestens andere Frequenzband unabhängig von der relativen Positionierung
zwischen den entsprechenden Frequenzbändern auf HF positioniert ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform
enthält jede
Frequenzwandlerstufe 20a-x ein Filter 36a-x, das
die ankommenden HF-Signale filtert, um ein in der Frequenz zu wandelndes
HF-Frequenzband zu erzeugen. Das (die) von der (den) Frequenzwandlerstufe(n) 20a-x zu
wandelnde(n) HF-Frequenzband(bänder)
kann (können)
von denselben, unterschiedlichen und/oder überlappenden Frequenzbändern von
der mindestens einen Antenne 12a-n sein und die sich ergebenden
Frequenzbänder
belegen mindestens zwei verschiedene Frequenzbänder. Bei jeder Frequenzwandlerstufe 20a-x wird
das gefilterte HF-Frequenzband
einem Mischer 38a-x zugeführt, der das Frequenzband der
HF-Analogsignale durch Mischen des Frequenzbandes mit einem Empfangsoszillatorsignal
von einem Empfangsoszillator (LO – Local Oscillator) 40a-x nach
dem Verständnis
eines Fachmanns umwandelt.
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Die Analogsignale mit den mindestens
zwei verschiedenen Frequenzbändern
von der Frequenzwandlungsanordnung 18 werden der Kombinierungsanordnung 22 zugeführt. In
der vorliegenden Ausführungsform
enthält
die Kombinierungsanordnung 22 ein Kombinierungs-/Verteilnetzwerk 42,
das die Frequenzbänder
von der Frequenzwandlungsanordnung 18 auf gewünschte Weise
kombiniert und die Analogsignale auf gewünschte Weise verteilt, beispielsweise
in verschiedene Frequenzbänder,
um die Analogsignale auf M Kanalwegen 44a-m bereitzustellen,
wobei M>=2. Die Kanalzweige 16a-x können den
Kanalwegen 44a-m entsprechen. Als Alternative können die
mindestens zwei unterschiedlichen Frequenzbänder auf den Kanalzweigen 16a-x auf
verschiedene Kanalwege 44a-m aufgeteilt und/oder die Analogsignale
von mehreren Kanalzweigen 16a-x auf einen einzelnen Kanalweg 44a-m kombiniert, werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform
enthält das
Kombinierungs-/Verteilnetzwerk 42 eine Kombinierungseinrichtung
mit X Eingängen 46,
die die Analogsignale auf den Kanalzweigen 16a-x kombiniert und
das Signalspektrum für
einen Verteiler mit M Ausgängen 48 bereitstellt.
In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann der Verteiler mit M Ausgängen 48 ein
M-Plexer-Filter sein, das selektiv ein Frequenzband auf einem entsprechenden
Kanalweg 44a-m erzeugt. Vom M-Plexer-Filter wird die Impedanz
selektiv für
das Frequenzband bzw. dem Kanal angepaßt, um Verluste zu verringern.
Der Verteiler mit M Ausgängen 48 kann
ein Verteiler mit M Ausgängen
sein, der Duplikate der Signalbandbreite(n) auf den Kanalwegen 44a-m bereitstellt.
Das Kombinierungs-/Verteilnetzwerk 42 ist mit X Eingängen beschrieben
worden, die kombiniert und auf M Kanalwege 44a-m verteilt werden.
Die Anzahl von Eingängen
bzw. von Kanalzweigen 16a-x kann der Anzahl von Kanalwegen 44a-m entsprechen,
muß es
aber nicht. In Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann sich der Aufbau und die Art und Weise, auf die für die Kanalzweige 16a-x bereitgestellte
HF-Analogsignale frequenzgewandelt und kombiniert und auf M Kanalwege
verteilt werden, ändern.
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Das Frequenzband auf dem Kanalweg 44a-m kann
mindestens einem von zwei verschiedenen Frequenzbändern auf
den Kanalzweigen 16a-x, einer Kombination von Signalen
von mindestens zwei verschiedenen Signalzweigen 16a-x oder
einer Teilmenge eines der mindestens zwei Frequenzbänder entsprechen.
Von einem Filter 50a-m auf jedem Kanalweg 44a-m wird
das Frequenzband oder der Kanal durchgelassen, der dem Kanalweg 44a-m entspricht.
Als Alternative können
mehrere Kanalwege 44a-m dasselbe Frequenzband führen, aber
mindestens zwei Kanalwege 44a-m führen unterschiedliche Frequenzbänder, die
nicht überlappende
Teile der Nyquist-Bandbreite oder unterschiedliche Kanäle der ersten
Nyquist-Zone belegen. Bei der vorliegenden Ausführungsform verstärkt ein
Verstärker 52a-m auf jedem
Kanalweg 44a-m die Analogsignale auf dem Kanalweg 44a-m.
Die verstärkten
Analogsignale auf den Kanalwegen 44a-m werden von einer
Signalkombinierungseinrichtung 54 wie beispielsweise einer
Kombinierungseinrichtung mit M Eingängen oder einem M-Plexer-Filter
kombiniert, um ein zusammengesetztes oder kombiniertes Signal von
Analogsignalen mit den durch das Filtern der Filter 50a-m auf
den M Kanalwegen 44a-m diktierten M Frequenzkanälen bereitzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform liefert
die Signalkombinierungseinrichtung 54 die kombinierten
Analogsignale in den verschiedenen Frequenzkanälen an den Verstärker 56 zur
Hochleistungs-Signalverstärkung. In
Abhängigkeit
von der Ausführungsform
kann die Verstärkung
der ZF-Analogsignale an der Verstärkerstufe 52a-m, am
Verstärker 56 und/oder
an anderen Stellen in der Empfängerarchitektur
stattfinden. Die kombinierten Analogsignale werden dem Analog-Digitalwandler
zugeführt, der
die Analogsignale mit einer Abtastrate abtastet, um die modulierten
Analogsignale in den Digitalbereich umzuwandeln.
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Bei der Umwandlung der Analogsignale
in den Digitalbereich werden die Analogsignale vom A/D-Wandler 24 mit
einer Abtastrate abgetastet und den Analogsignalabtastwerten entsprechende
Digitalwerte erzeugt, wie einem Fachmann verständlich sein würde. Die
Nyquist-Abtastrate
für das
modulierte Analogsignal, beispielsweise wo ein Nutzsignal auf ein
Trägersignal
aufmoduliert ist, kann als mindestens das Doppelte der höchsten Frequenzkomponente
des Nutzsignals ungeachtet der Trägerfrequenz, auf die das Nutzsignal
aufmoduliert ist, definiert werden. Die Informationen, die Sprache,
Daten, Video, Text und/oder sonstige Informationen sein können, werden
in der Signalbandbreite geführt.
Die Komponente des Nutzsignals mit der höchsten Frequenz ist direkt
auf die Signalbandbreite bezogen. Da die Signalbandbreite mit mindestens
dem Doppelten der höchsten
Frequenzkomponente des Nutzsignals abgetastet wird, kann das Nutzsignal
im digitalen Bereich wiedergegeben werden.
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Wenn das Frequenzspektrum von einem A/D-Wandler 24 mit
der Abtastrate von mindestens dem Doppelten der kombinierten Signalbandbreite abgetastet
wird, was als die Nyquist-Abtastrate bezeichnet werden kann, dreht
sich oder faltet sich die Signalbandbreite periodisch um sich selbst
mit Frequenz-Mehrfachen oder -Abständen („Nyquist-Zonen") von der Hälfte der
Abtastfrequenz auf eine erste Nyquist-Zone im Digitalbereich von
0 Hz bis zur halben Abtastrate zurück. Dabei wiederholen sich eine
Signalbandbreite und ein Spiegelbild der Signalbandbreite periodisch
mit Frequenzabständen,
die der Abtastrate des A/D-Wandlers entsprechen. Beispielsweise
erscheint eine Signalbandbreite in einer ungeradzahligen Nyquist-Zone
in derselben relativen Position in ungeradzahligen Nyquist-Zonen
zurück zur
ersten Nyquist-Zone, erscheint aber als Spiegelbild in den geradzahligen
Nyquist-Zonen. Darüberhinaus
erscheint eine Signalbandbreite in einer geradzahligen Nyquist-Zone
als Spiegelbild in den ungeradzahligen Nyquist-Zonen zurück zur ersten
Nyquist-Zone und erscheint dabei in derselben relativen Position
in den geradzahligen Nyquist-Zonen. Duplikate der Signalbandbreite(n)
werden daher in Abständen
von der halben Abtastrate wiederholt. Die Abtastrate für den A/D-Wandler
wird so gewählt,
daß nach
Digitalisierung der Analogsignale die gewünschten Duplikat-Frequenzbänder nicht überlappende
Teile oder Kanäle
der ersten Nyquist-Zone belegen. Durch die Digitalwandlung werden
die erzeugten Informationen effektiv mit einer Rate von weniger oder
gleich der Hälfte
der Abtastrate in der Bandbreite der ersten Nyquist-Zone bewahrt.
Wenn die Abtastrate gesteigert wird, wird die erste Nyquist-Zone bzw. Nyquist-Bandbreite
breiter.
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Bei dieser Ausführungsform liefert eine schnelle,
Fouriertransformation (FFT – Fast
Fourier Transform) der Digitalsignalwerte Signale mit Frequenzbändern (Kanälen der
Nyquist-Zone) innerhalb einer Hälfte
der Abtastrate („der
ersten Nyquist-Zone"),
die die umgewandelten Analogsignale darstellt. Wenn die Wellenform
mit einer geringeren Rate als dem Doppelten der Signalbandbreite
(der Nyquist-Bandbreite) abgetastet wird, tritt eine unerwünschte Überlappung
zwischen benachbarten periodischen Spektren ein – eine mit Rückfaltung
bezeichnete wohlbekannte Erscheinung. Dementsprechend wird (werden)
die Abtastrate und das (die) ZF-Frequenzband (Frequenzbänder) so
gewählt, daß Informationsverlust
aufgrund von Rückfaltung vermieden
wird und trotzdem ein verbesserter Wirkungsgrad bei der Verwendung
der verfügbaren
Nyquist-Bandbreite bereitgestellt wird.
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Eine Ausführungsform des Empfängers mit mehreren
Zweigen kann von einem Diensteanbieter im zellularen A-Band zur Bereitstellung
von Diversity-Empfang im Digitalbereich mit einem einzigen A/D-Wandler
benutzt werden. In den Vereinigten Staaten empfängt eine Basestation für einen
zellularen Diensteanbieter im „A"-Band Frequenzkanäle in den A- (825-835 MHz),
A"- (824-825 MHz)
und A'-Bändern (845-846,5
MHz). Im vorliegenden Beispiel werden die modulierten Analogsignale
in den Frequenzbändern
A, A' und A" durch eine erste
Antenne 12a und eine zweite Antenne 12b empfangen. Die
Frequenzbänder
A, A' und A" von der ersten Antenne 12a werden
in ein (mehrere) ZF-Band (ZF-Bänder) frequenzumgesetzt
und die Frequenzbänder
A, A' und A" von der zweiten
Antenne 12b werden in ein (mehrere) unterschiedliches (unterschiedliche)
ZF-Band (ZF-Bänder)
frequenzumgesetzt. Beim Umwandeln des ZF-Analogsignalspektrums in den Digitalbereich
wird vom A/D-Wandler 24 das ZF-Analogsignalspektrum abgetastet und
das ZF-Spektrum in die erste Nyquist-Zone (von 0 Hz bis zur Hälfte der
Abtastfrequenz) zurückgefaltet.
In der ersten Nyquist-Zone werden Duplikate der ZF-Bänder an
unterschiedlichen Teilen oder Kanälen der ersten Nyquist-Zone
erzeugt, wo die umgewandelten Signale von der ersten und zweiten
Antenne 12a bzw. 12b bereitgestellt werden. Die
Verarbeitungsschaltungen 26 wie beispielsweise ein Digitalsignalprozessor
können
die umgewandelten Signale erhalten und Diversitykombinierung oder
sonstige Verarbeitung an den Signalen auf den getrennten Kanälen der
Nyquist-Zone durchführen.
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3 zeigt
ein Beispiel des Frequenzspektrums im Digitalbereich und mit A/D-Eingangsfrequenzen
für einen
Empfänger,
der Diversity für
im A-Band empfangene zellulare Signale bereitstellt. Beispielsweise
ergibt sich bei Verwendung eines A/D-Wandlers 24 mit einer Abtastrate
von 65 Mega-Abtastwerten pro Sekunde (Msps – megasamples per second) (was
mehr als das Doppelte der für
die zwei Bänder
A, A' und A" erforderlichen Signalbandbreite
bzw. 25 MHz ist) ein Spektrum, bei dem die A/D-Eingangsfrequenzen
auf denselben Frequenzen erscheinen, die an den A/D-Wandler angelegt
wurden. Zusätzlich
dreht sich oder faltet sich das Eingangs-ZF-Spektrum periodisch mit Mehrfachen der Hälfte der
Abtastfrequenz um sich selbst zurück zur ersten Nyquist-Zone
im Digitalbereich bei ca. 0 Hz bis zur Hälfte der Abtastrate Fs. Jedes
Duplikat des ZF-Spektrums
wiederholt mit Mehrfachen der Hälfte der
Abtastrate wird als eine Nyquist-Zone bezeichnet. Im vorliegenden
Beispiel dreht sich oder faltet sich das ZF-Eingangsspektrum um
Mehrfache der Hälfte
der Abtastfrequenz mit der Folge von Faltungen bei 0 Hz, 32,5 MHz,
65 MHz und so weiter. Digitalverarbeitungsfrequenzen belegen die
erste Nyquist-Zone von ca. 0 Hz bis 32,5 MHz und A/D-Eingangsfrequenzen
belegen die zweite Nyquist-Zone (32,5-65 MHz), die dritte Nyquist-Zone (65-97,5 MHz) und
so weiter.
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Besonders bezugnehmend auf 2 und 3 können
die HF-Analogsignale in den Bändern A
und A" von der ersten
Antenne 12a dem Kanalzweig 16a zugeführt und
durch eine erste Frequenzwandlungsstufe 20a in ein erstes
ZF-Frequenzband
abwärtsgemischt
werden. Beispielsweise können
unter Verwendung eines Bandpaßfilters 36a, das
die HF-Bänder
A und A" durchläßt, und
eines LO 40a mit 771,875 MHz die Bänder A und A" von der ersten Antenne 12a auf
ein erstes ZF-Band 60 (52,125-63,125 MHz) in der zweiten
Nyquist-Zone abwärtsgemischt
werden. Die HF-Analogsignale im HF-Band A' von der ersten Antenne 12a können dem Kanalzweig 16b zugeführt und
durch eine zweite Frequenzwandlungsstufe 20b auf ein zweites
ZF-Frequenzband
herabgemischt werden. Beispielsweise kann unter Verwendung eines
Bandpaßfilters 36b, das
das A'-Band durchläßt, und
eines LO 40b mit 794,375 MHz das A'-Band von der ersten Antenne 12a auf
ein zweites ZF-Frequenzband 62 (50,625-52,125
MHz) abwärtsgemischt
werden.
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Die HF-Analogsignale in den Bändern A
und A" von der zweiten
Antenne 12b können
einem dritten Kanalzweig 16c zugeführt und durch eine dritte Frequenzwandlungsstufe 20c auf
ein drittes ZF-Frequenzband 64 abwärtsgemischt werden. Beispielsweise
können
unter Verwendung eines Bandpaßfilters 36c,
das die Bänder
A und A" durchläßt, und
eines LO 40c mit 740,875 MHz die Bänder A und A" von der zweiten
Antenne 12b auf ein drittes ZF-Frequenzband 64 mit 83,125-94,125
MHz abwärtsgemischt
werden. Die HF-Analogsignale im A'-Band von der zweiten Antenne 12b können einem
vierten Kanalzweig 16d zugeführt und durch eine vierte Frequenzwandlungsstufe 20d auf
ein viertes ZF-Frequenzband 66 abwärtsgemischt werden. Beispielsweise
kann unter Verwendung eines Bandpaßfilters 36d, das
das A'-Band durchläßt, und
eines LO 40d mit 750,875 MHz das A'-Band von der zweiten Antenne 12b auf
das vierte ZF-Band 66 mit 94,125-95,625 MHz abwärtsgemischt
werden. Die Analogsignale in den verschiedenen ZF-Frequenzbändern auf
den Kanalzweigen 16a-d werden durch eine Kombinierungsanordnung 18 kombiniert
und die kombinierten Analogsignale werden dem A/D-Wandler 24 zur
Digitalwandlung zugeführt.
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Wenn das ZF-Spektrum von einem A/D-Wandler 24 mit
der beispielhaften Abtastrate von 65 Msps abgetastet wird (die größer als
das Doppelte der für
beide Mengen von Bändern
A, A', und A" erforderlichen Signalbandbreite
von 25 MHz ist), ergibt sich das Spektrum von 3 im Digitalbereich, in dem die A/D-Eingangsfrequenzen
an denselben ZF-Frequenzen erscheinen, die an den A/D-Wandler 24 angelegt
wurden. Zusätzlich
dreht sich oder faltet sich das Eingangs-ZF-Spektrum mit Mehrfachen
der Hälfte
der Abtastfrequenz um sich selbst und stellt dadurch die Nyquist-Zonen
her. Dabei werden die Duplikate des Eingangs-ZF-Spektrums periodisch mit
Frequenzabständen
wiederholt, die der Hälfte
der Abtastrate des A/D-Wandlers entsprechen. Die die Signale für die Bänder A,
A' und A" enthaltenden interessierenden
ZF-Frequenzbänder
werden ebenfalls periodisch in den Nyquist-Zonen auf nichtüberlappende
Kanäle
der Nyquist-Zone in der ersten Nyquist-Zone zurückdupliziert. Beispielsweise
werden die Bänder
A und A" von der
ersten Antenne 12a auf 1,875-12,875 MHz und das A'-Band der ersten
Antenne 12a auf 12,875-14,375 MHz zurückgefaltet. Weiterhin werden
die Bänder
A und A" von der
zweiten Antenne 12b auf 18,125-29,125 MHz und das A'-Band von der zweiten
Antenne 12b auf 29,125-30,625 MHz zurückgefaltet.
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Dabei kann der Digitalprozessor 26 von
den getrennten, aus dem A/D-Wandler 24 erzeugten Kanälen der
Nyquist-Zone die
beiden Versionen der umgewandelten Frequenzbänder empfangen, die denselben
Bändern
A, A' und A" von den zwei verschiedenen
Antennen 12a und 12b entsprechen. Der Digitalprozessor 26 kann
unter Verwendung der entsprechenden umgewandelten Signale auf den
verschiedenen Kanälen
der Nyquist-Zone eine beliebige gewünschte Diversity-Kombinierung
oder Auswahl oder beliebige sonstige Verarbeitung oder Handlungen durchführen. So
ermöglicht
im vorliegenden Beispiel der Empfänger die Durchführung von
Raumdiversity unter Verwendung von Diversityverfahren im Digitalbereich
mit einem einzigen A/D-Wandler, der die Analogsignale von den verschiedenen
Antennen 12a-b umwandelt. Durch Verwendung eines einzigen A/D-Wandlers
stellt der Empfänger
zeit- und/oder phasenkohärente
Abtastung verschiedener Versionen desselben Frequenzbandes oder
Kanals bereit, die an verschiedenen Antennen empfangen wurden. Dabei
wird Zeit- und/oder Phasenkohärenz
in Diversityanwendungen bewahrt, wo genaue Zeitverzögerungs-
und/oder Phasenverschiebungsmessungen von Bedeutung sein könnten. Als
Alternative kann der Empfänger
zeit- und/oder phasenkohärente
Abtastung zwischen an verschiedenen Antennen im selben (in denselben)
und/oder unterschiedlichen Frequenzband (-bändern) empfangenen Signalen
durch Verwendung eines einzigen A/D-Wandlers zur Bereitstellung
von zeit- und/oder phasenkohärenter
Abtastung desselben (derselben) und/oder unterschiedlichen (unterschiedlicher)
Frequenzbandes (Frequenzbänder)
oder Kanals (Kanäle)
bereitstellen, die an verschiedenen Antennen empfangen wurden. Andere
Anwendungen oder Signalverarbeitungsanordnungen wie beispielsweise
Mehrwege-Verringerungsmaßnahmen,
Ortsbestimmungssysteme, Phasengruppen- und/oder andere intelligenten
Antennenanwendungen können
Vorteil aus den verbesserten zeit- und/oder phasenkohärenten Messungen ziehen.
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Weiterhin verbessert der Empfänger die
Flexibilität
und Bandbreitennutzung des A/D-Wandlers, indem er unabhängige Positionierung
der Frequenzbänder
oder Teilmengen derselben relativ zu ihren entsprechenden HF-Analogsignalen
in Frequenzbändern
ermöglicht,
die sich in nichtüberlappende Teile
oder Kanäle
der ersten Nyquist-Zone zurückfalten.
Unabhängige
Positionierung kann weiterhin bedeuten, daß das Verhältnis zwischen HF-Frequenzbändern oder
innerhalb von HF-Frequenzbändern bei
der Positionierung der Frequenzbänder
oder Teilmengen derselben, die an den A/D-Wandler angelegt werden,
nicht aufrechterhalten werden muß, außer daß die an den A/D-Wandler angelegten
Frequenzbänder
in nichtüberlappende
Bänder
oder Kanäle
in der ersten Nyquist-Zone zurückgefaltet
werden müssen.
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4 zeigt
ein Beispiel eines Empfängers 70 und 5 zeigt, wie der Empfänger die
Bandbreitennutzung eines A/D-Wandlers durch unabhängige Positionierung
von Frequenzbändern,
so daß sie
in vom A/D-Wandler erzeugte Kanäle
der Nyquist-Zone passen, verbessern kann. Bei diesem Beispiel enthält der Empfänger 70 mehrere
Antennen 12a-n. Man sollte beachten, daß eine Mehrbandantenne benutzt
werden könnte,
bei der die HF-Analogsignale aus
den verschiedenen HF-Frequenzbändern
unterschiedlichen Kanalzweigen 72a-f in der Kanalisierungseinrichtung 13 zugeführt werden.
In dieser Ausführungsform
empfängt
die erste Antenne 12a Frequenzkanäle in den Bändern A (825-835 MHz), A" (824-825 MHz) und
A' (845-846,5 MHz)
und die zweite Antenne 12b empfängt dieselben Frequenzkanäle in den
Bändern
A (825-835 MHz), A" (824-825
MHz) und A' (845-846,5
MHz), um Empfangsdiversität
wie oben beschrieben bereitzustellen. Die Kanalzweiganordnungseinrichtung 14 stellt
das A'-Band von
der ersten Antenne 12a für einen ersten Zweig 72a,
die Bänder
A und A" von der
ersten Antenne 12a für
einen zweiten Zweig 72b und die Bänder A und A" von der zweiten
Antenne 12b für
einen dritten Zweig 12c und das A'-Band von der zweiten Antenne 12b für einen
vierten Zweig 72d bereit. In dieser Ausführungsform
empfängt
die dritte Antenne 12c HF-Analogsignale im D-Block (1865-1870
MHz) der PCS-Frequenzbänder (Personal
Communications System). Die Kanalzweiganordnungseinrichtung 14 führt die HF- Analogsignale in
den PCS-Bändern
von einer dritten Antenne 12c einem fünften Zweig 72e zu.
Die vierte Antenne 12d empfängt AF-Analog-Rundfunksignale
im FM-Rundfunk-Frequenzband
(88 bis 108 MHz) und die Kanalzweiganordnungseinrichtung 14 führt die
FM-Signale von der vierten Antenne 12d einem sechsten Zweig 72f zu.
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Die Gesamtbandbreite der HF-Analogsignale
auf den verschiedenen Zweigen 72a-f beträgt 50 MHz
nach Addierung der beiden A-Bänder
(12,5 MHz), des 5-MHz-PCS-Bandes
und des 20-MHz-FM-Rundfunkbandes. Dabei wird eine Abtastrate für den A/D-Wandler 24 so
benutzt, daß die
Nyquist-Zonenbandbreite dazu ausreicht, die 50-MHz-Bandbreite der HF-Analogsignale
zu bearbeiten. Für
beispielhafte Zwecke wird für
den A/D-Wandler 24 eine Abtastrate von 100 MHz benutzt,
um eine Nyquist-Zonenbandbreite
von 50 MHz bereitzustellen (die Hälfte der Abtastrate). In der
Praxis kann eine höhere
Abtastrate ausgewählt
werden, um zusätzliche
Bandbreite oder Schutzbänder
zwischen den Signalen der verschiedenen Frequenzbänder oder
Zweigen bereitzustellen. Die Frequenzwandlungsanordnung 18 positioniert
die HF-Frequenzbänder
unabhängig
aus den verschiedenen Zweigen in Frequenzbänder, die sich in nichtüberlappende
Bänder
oder Kanäle
in der ersten Nyquist-Zone zurückfalten.
Die Frequenzwandlungsanordnung ändert
die Positionierung der HF-Analogsignale
auf den mehreren Zweigen 72a-f relativ dazu, wie die Analogsignale
in der Nyquist-Bandbreite positioniert sind und nicht relativ zu
ihrer Positionierung auf HF, um verstärkte Nutzung der Nyquist-Bandbreite
des A/D-Wandlers 24 zu ermöglichen.
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In dieser Ausführungsform enthält jeder Zweig 72a-f zum
Umwandeln der HF-Analogsignale auf ZF-Frequenzbänder, die sich auf nichtüberlappende
Teile oder Kanäle
der Nyquist-Bandbreite oder der ersten Nyquist-Zone zurückfalten.
Beispielsweise werden die HF- Analogsignale
des A'-Bandes auf dem
ersten Zweig 72a von der ersten Frequenzstufe 20a auf
ein Frequenzband von 162,5-164 MHz umgewandelt, indem die HF-Analogsignale mit
einem Signal von 682,5 MHz vom LO 40a vermischt werden.
Die HF-Analogsignale der Bänder
A und A" auf dem
zweiten Zweig 72b werden von der zweiten Frequenzstufe 20b auf
ein Frequenzband von 64-75 MHz umgewandelt, indem die HF-Analogsignale
mit einem Signal von 760 MHz vom LO 40b vermischt werden.
Die HF-Analogsignale
der Bänder
A und A" auf dem
dritten Zweig 72c werden von der dritten Frequenzstufe 20c auf
ein Frequenzband von 137,5-148,5 MHz umgewandelt, indem die HF-Analogsignale
mit einem Signal von 686,5 MHz vom LO 40c vermischt werden.
Die HF-Analogsignale des A'-Bandes auf dem vierten
Zweig 72d werden von der vierten Frequenzstufe 20d auf
ein Frequenzband von 150-151,5 MHz umgewandelt, indem die HF-Analogsignale
mit einem Signal von 695 MHz vom LO 40d vermischt werden.
Die HF-Analogsignale des D-Blocks im PCS-Band auf dem fünften Zweig 72e werden
von der fünften
Frequenzstufe 20e auf ein Frequenzband von 120-125 MHz
umgewandelt, indem die HF-Analogsignale mit einem Signal von 1745
MHz vom LO 40e vermischt werden. Die HF-Analogsignale des FM-Rundfunkbandes
auf dem sechsten Zweig 72f werden von der sechsten Frequenzstufe 20f auf
ein Frequenzband von 180-200 MHz aufwärtsgemischt, indem die HF-Analogsignale mit
einem Signal von 92 MHz vom LO 40f vermischt werden.
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Die in den obenerwähnten ZF-Frequenzbändern positionierten
Analogsignale können
in einer Kombinierungsanordnung 22 kombiniert werden, um vom
A/D-Wandler 24 umgewandelt zu werden. Der A/D-Wandler tastet
die Analogsignale im ZF-Spektrum ab und erzeugt Signale in der ersten
Nyquist-Zone, die den HF-Analogsignalen
auf den verschiedenen Zweigen 72a-f entsprechen, die im ZF-Spektrum
positioniert wurden. Im vorliegenden Beispiel, bei dem eine Abtastrate
von 100 MHz benutzt wird, reicht die erste Nyquist-Zone von 0 bis
50 MHz mit sechs Kanälen
der Nyquist-Zone, aus denen der Digitalprozessor 26 Signale
entsprechend den HF-Signalen aus den verschiedenen HF-Bändern oder
Zweigen erhalten kann. Beispielsweise entspricht ein erster Kanal
der Nyquist-Zone von 0 Hz bis 20 MHz den FM-Rundfunksignalen von
der vierten Antenne 12d. Ein zweiter Kanal der Nyquist-Zone von
20 bis 25 MHz entspricht den Signalen im D-Block des PCS-Bandes
von der dritten Antenne 12c. Ein dritter Kanal der Nyquist-Zone von 25 bis 36 MHz
entspricht den Signalen auf den Bändern A und A" von der ersten Antenne 12a und
ein vierter Kanal der Nyquist-Zone von 36 bis 37,5 MHz entspricht
den Signalen auf den A'-Bändern von
der ersten Antenne 12a. Ein fünfter Kanal der Nyquist-Zone
von 37,5 bis 48,5 MHz entspricht den Signalen auf den Bändern A und
A" von der zweiten
Antenne 12b und ein sechster Kanal von der Nyquist-Zone
von 48,5 bis 50 MHz entspricht Signalen auf dem A'-Band von der zweiten Antenne 12b.
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Durch richtige Positionierung der
HF-Frequenzbänder
in den entsprechenden ZF-Frequenzbändern kann der Empfänger die
Nutzung der verfügbaren
Nyquist-Bandbreite
steigern, die vom A/D-Wandler bereitgestellt wird. Im obigen Beispiel war
die gesamte Nyquist-Bandbreite
für eine
Abtastrate von 100 MHz angefüllt.
Bei anderen Ausführungsformen
können
unterschiedliche Abtastraten zur Erhöhung oder Verringerung der
Nyquist-Bandbreite
benutzt werden. Bei alternativen Ausführungsformen wird, wenn das
HF-Frequenzband in einem gewünschten
Teil des Spektrums positioniert wird, Frequenzwandlung der HF-Frequenz
unter Umständen
nicht durchgeführt.
Wenn beispielsweise unter besonderer Bezugnahme auf 4 die Abtastrate erhöht werden würde, um eine weitere Nyquist-Bandbreite
bereitzustellen, kann durch eine Antenne 76 ein AM-Rundfunkfrequenzband
(550-1600 kHz) empfangen und dem kombinierten oder zusammengesetzten
Analogsignal hinzugefügt
werden und der A/D-Wandler 24 könnte
die Analogsignale im AM-Frequenzband digitalisieren. Das AM-Rundfunkfrequenzband
würde sich
im Kilohertzbereich der ersten Nyquist-Zone befinden und erfordert
unter Umständen
keine Frequenzwandlung. Dabei könnte der
Empfänger
Signale von verschiedenen Quellen empfangen wie beispielsweise den
Basisstationen für
zellulare oder PCS-Systeme, AM- oder FM-Rundfunkstationen und/oder
GPS-Satelliten.
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Zusätzlich zu der obenbeschriebenen
Ausführungsform
sind alternative Konfigurationen der Empfängerarchitektur mit mehreren
Analogzweigen möglich,
bei denen Bestandteile weggelassen und/oder hinzugefügt sind
und/oder Variationen oder Teile der beschriebenen Empfängerarchitektur
benutzt werden. Der gewöhnliche
Fachmann würde verstehen,
daß die
verschiedenen, die Empfängerarchitektur
und ihre entsprechenden Betriebsparameter und -eigenschaften bildenden
Komponenten richtig aneinander angepaßt sein sollten, um einen ordnungsgemäßen Betrieb
bereitzustellen. Beispielsweise kann eine Ausführungsform des Empfängersystems
zum Empfangen von Signalen von einem nordamerikanischen TDMA-System,
einem GSM-System (Global System For Mobile Communication), einem
CDMA-System (code division multiple access), einem FDMA-System (frequency
division multiple access), GPS (Global Positioning System), FM-Rundfunk und/oder
AM-Rundfunk benutzt werden. Dementsprechend kann der Empfänger Analogsignale
von unterschiedliche, die gleichen oder keine Mehrfachzugangsverfahren
benutzenden Systems (Systemen) unter Verwendung der gleichen und/oder unterschiedlicher
Modulationsverfahren und/oder Verwendung von unterschiedlichen und/oder
den gleichen Frequenzbändern
oder -anordnungen empfangen und in einem einzigen A/D-Wandler digital wandeln.
Die Analogsignale können
als breitbandig und/oder schmalbandig gekennzeichnet sein. Zusätzlich sind
die Ausführungsformen
des Empfängers
mit Basestationsempfangsfrequenzen verbundenen Frequenzbändern beschrieben
worden, aber die Empfängerarchitektur
kann in drahtlosen Einheiten wie beispielsweise Mobileinheiten benutzt
werden, die Informationen aus anderen Frequenzbändern wie beispielsweise einem
Empfangsband einer drahtlosen Einheit empfangen.
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Weiterhin ist das Empfängersystem
unter Verwendung einer bestimmten Konfiguration ausgeprägter Bauteile
beschrieben worden, aber es ist zu beachten, daß das Empfängersystem und Teile desselben
in anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen, softwaregesteuerten
Verarbeitungsschaltungen, Firmware, programmierbaren Logikvorrichtungen,
Hardware oder sonstigen Anordnungen diskreter Bauteile implementiert
werden kann, die ein gewöhnlicher
Fachmann anhand der vorliegenden Offenbarung verstehen würde. Obwohl
die beispielhafte Ausführungsform
mit bestimmten Schaltungen dargestellt ist, kann die Funkmeßarchitektur
unterschiedliche Bauteile benutzen, die zusammen ähnliche
Funktionen durchführen,
wenn sie mit den dargestellten Schaltungen verglichen werden. Was
beschrieben worden ist, ist nur beispielhaft für die Anwendung der Grundsätze der
vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird leicht erkennen, daß diese und
verschiedene andere Abänderungen,
Anordnungen und Verfahren an der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden
können,
ohne die dargestellten und hier beschriebenen beispielhaften Anwendungen
streng zu befolgen und ohne aus dem in den Ansprüchen definierten Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu weichen.