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Die
Erfindung betrifft die drahtlose Übertragung digitaler Daten
und insbesondere das zellulare Mobiltelefon, insbesondere dasjenige,
das für
einen Betrieb unter der UMTS-Norm (Universal Mobile Terrestrial
Standard) bestimmt ist.
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Ein
zellulares Mobiltelefon besitzt zwei Betriebsmodi, einen sogenannten
aktiven Modus und einen Bereitschaftsmodus ("idle mode" in englisch). In dem aktiven Modus,
der einem Dialog im Verlaufe einer zwischen der Basisstation und
dem zellularen Telefon aufgebauten Kommunikationsverbindung entspricht,
werden sowohl die Sende- als auch die Empfangskette des Telefons
verwendet, um zwischen der Basisstation und dem Telefon Sprache oder
digitale Daten zu übertragen.
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Außerhalb
einer telefonischen Kommunikationsverbindung setzt sich das zellulare
Telefon in seinen Bereitschaftsmodus. In diesem Bereitschaftsmodus
wird die Sende- und/oder Empfangskette in regelmäßigen Intervallen aktiviert
und deaktiviert, um eine regelmäßige Verbindung
mit der Basisstation zu unterhalten.
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In
struktureller Hinsicht weist das zellulare Telefon, zusätzlich zu
der Sende/Empfangsstufe, die die Sendekette und die Empfangskette
aufweist, eine Verarbeitungsstufe auf, die mit der Sende/Empfangsstufe
verbunden ist und Einrichtungen zur digitalen Modulation/Demodulation
aufweist, die im allgemeinen teilweise als festverdrahtete Logik
und teilweise als Software in einem Signalverarbeitungsprozessor implementiert
sind. Dieser Prozessor führt
also insbesondere die Demodulation des empfangenen Signals und die
Modulation des zu übertragenden
Signals durch.
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Außerdem müssen verschiedene
Referenzsignale (mit gewählten
Frequenzen) und Taktsignale erzeugt und jeweils zu der Sendekette,
zu der Empfangskette sowie zu dem Modulation/Demodu lation-Prozessor
ausgegeben werden. Die Frequenzen der Referenzsignale legen die
Sende- und Empfangsfrequenzen fest.
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Die
verschiedenen Referenz- und Taktsignale werden von einer Frequenzaufbereitungsstufe ausgegeben,
die von Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Frequenz gesteuert
werden. Die für
die Sendefrequenz erforderliche Präzision ist typisch ±0,1 ppm
für eine
Sollfrequenz, die im Bereich von 2 GHz ist.
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Derzeit
setzt sich die innere Architektur der Frequenzaufbereitungsstufe
eines zellularen Mobiltelefons aus herkömmlichen Phasenverriegelungsschleifen
zusammen, die am Ausgang der Schleifenoszillatoren die für die Sende/Empfangsstufe
vorgesehenen Referenzsignale sowie das für die Modulation/Demodulation-Einrichtungen
vorgesehene Taktsignal erzeugen.
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Das
Basissignal, das für
diese Phasenverriegelungsschleifen vorgesehen ist und für die Schleifen eine
Frequenzreferenz bildet, wird durch einen gesteuerten Oszillator
ausgegeben, zum Beispiel einem spannungsgesteuerten und temperaturstabilen Oszillator
(VTCXO-Oszillator), der die erforderliche Präzision hat, das heißt, ±0,1ppm.
Es ist also im wesentlichen dieser Oszillator, der die verlangte
Präzision
insbesondere für
die Übertragungsfrequenz
bedingt.
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Auf
der Basis dieser Architektur ist der gesteuerte Oszillator immer
in Betrieb, ebenso die Phasenverriegelungsschleife, die das Taktsignal
für die Modulation/Demodulation-Einrichtungen
erzeugt und diejenige, die das Referenzsignal für die Sendekette erzeugt.
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Jedoch
hat eine solche Struktur Nachteile.
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Ein
solcher Oszillator ist nämlich
nicht nur teuer, sondern sein Elektrizitätsverbrauch beeinträchtigt auch
die Autonomie des Telefons.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, eine Lösung
für dieses
Problem bereitzustellen.
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Ein
Ziel der Erfindung ist, durch Optimieren des Elektrizitätsverbrauchs
der Frequenzaufbereitungsstufe abhängig vom Betriebsmodus des
zellularen Telefons den Elektrizitätsverbrauch des Senders/Empfängers (Telefon)
zu optimieren.
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Die
Erfindung hat also insbesondere zum Ziel, in den verschiedenen Betriebsmodi
des Senders/Empfängers
verschiedene Takt- und Synchronisationssignale zu erzeugen, um dadurch
den Elektrizitätsverbrauch
zu verringern.
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Die
Erfindung schlägt
also ein Verfahren zur Reduzierung des Elektrizitätsverbrauchs
eines Senders/Empfängers
digitaler Daten, insbesondere eines zellularen Mobiltelefons, vor,
wobei dieser Sender/Empfänger
eine Frequenzaufbereitungsstufe aufweist, die von einem Algorithmus
zur automatischen Frequenzsteuerung gesteuert wird, wobei diese
Frequenzaufbereitungsstufe in der Lage ist, mindestens ein Referenzsignal
einer gewählten
Frequenz zu der Sende/Empfangsstufe des Senders/Empfängers und
ein Haupttaktsignal einer gewählten
Frequenz zu Modulation/Demodulation-Einrichtungen des Senders/Empfängers auszugeben.
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Gemäß einem
allgemeinen Merkmal der Erfindung werden das oder die Referenzsignale
einer vorgegebenen Präzision
(sogenannte Sendepräzision),
typisch ±0,1ppm,
ausgehend von mindestens einer ersten Multiplex-Phasenverriegelungsschleife
erzeugt, die von dem Algorithmus zur automatischen Frequenzsteuerung
gesteuert wird, wobei diese Schleife (beispielsweise von einem Quarz-Oszillator) ein
Basissignal empfängt,
das eine vorgegebene Basisfrequenz und eine geringere Basispräzision als
die genannte Sendepräzision
hat, typisch eine Basispräzision
in der Größenordnung
von ±10ppm.
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Ausgehend
von einer zweiten Multiplex-Phasenverriegelungsschleife, die von
dem Algorithmus zur automatischen Frequenzsteuerung gesteuert wird
und ebenfalls das Basissignal empfängt, wird ein Taktsignal einer
vorgegebenen Präzision
(im allgemeinen gleich der Sendepräzision) erzeugt.
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Wenn
die Sende/Empfangsstufe inaktiv ist (zum Beispiel im Bereitschaftsmodus),
wird die zweite Multiplex-Phasenverriegelungsschleife inaktiviert, wobei
das Basissignal dann die Aufgabe des Haupttaktsignals erfüllt. Und,
wenn die Sende/Empfangsstufe aktiv ist, wird die zweite Schleife
aktiviert, wobei das von dieser Schleife ausgegebene Taktsignal dann
die Aufgabe des Haupttaktsignals erfüllt.
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Mit
anderen Worten wird der Verbrauch des Telefons dadurch reduziert,
daß Multiplex-Phasenverriegelungsschleifen
verwendet werden, die eine Frequenzreferenz von einem wenig präzisen Quarz-Oszillator
empfangen, und dadurch, daß der Ausgang
des Oszillators zu dem Eingang der Verarbeitungsstufe umgeschaltet
wird, wenn die Sende/Empfangsstufe inaktiv ist. Die Schleifen können dann
deaktiviert werden.
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Genauer
gesagt, wenn die Sende/Empfangsstufe, zum Beispiel die Sendekette,
aktiviert werden soll (das heißt,
im aktiven Modus bei einem Telefongespräch oder auch im Bereitschaftsmodus
in regelmäßigen Intervallen),
steuern die Modulation/Demodulation-Einrichtungen des Telefons über den
Algorithmus zur automatischen Frequenzsteuerung (durch Demodulation
eines von der Basisstation ausgesandten Pilotsignals) die zweite
Phasenverriegelungsschleife (und selbstverständlich die erste Schleife oder
die ersten Schleifen), um die Erzeugung einer für die Sendekette vorgesehenen
sehr präzisen
Sendereferenzfrequenz, typisch mit ±0,1ppm, und die Erzeugung
des Haupttaktsignals des Signalverarbeitungsprozessors zu erlauben.
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Wenn
dagegen die Sende/Empfangskette inaktiv ist, das heißt auch
in den regelmäßigen Intervallen
während
des Bereitschaftsmodus, ist es überhaupt
nicht notwendig, ein Referenzsignal für die Sendekette zu erzeugen.
Einzig und allein der Signalverarbeitungsprozessor muß aktiviert
sein. Es ist beobachtet worden, daß es in diesem Fall überhaupt nicht
notwendig ist, die zweite Phasenverriegelungsschleife zu aktivieren.
In der Tat hat sich für
den Betrieb der Verarbeitungsstufe ein Haupttaktsignal einer geringeren
Präzision,
zum Beispiel ±10ppm,
als weitgehend ausreichend erwiesen. Dieses wenig präzise Taktsignal
kann dann direkt zum Beispiel von einem Quarz-Referenzoszillator
bereitgestellt werden.
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Die
Erfindung resultiert insbesondere aus der Beobachtung, daß es einerseits
Zeiten gibt, im Verlaufe derer es überhaupt nicht notwendig ist,
Referenzsignale und sehr präzise
Taktsignale auszuarbeiten, da die Sende/Empfangsstufe und insbesondere
die Sendekette inaktiv ist, und daß im Verlaufe dieser Zeiten
ein Taktsignal geringerer Präzision
für den
Betrieb der Verarbeitungsstufe ausreichend ist.
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Die
Erfindung resultiert außerdem
aus der Beobachtung, daß,
wenn die Sende/Empfangsstufe aktiviert werden soll, die Modulation/Demodulation-Einrichtungen
sowie der Algorithmus zur auto matischen Frequenzsteuerung ihren
Betrieb mit einem wenig präzisen
Taktsignal beginnen können,
bis sich, im Anschluß an
die Synchronisation an einem Pilotsignal, die verschiedenen Multiplex-Phasenverriegelungsschleifen
mit einer Präzision
in der Größenordnung
von ±0,1ppm
auf die präzisen
Frequenzen verriegelt haben.
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In
Verbindung mit diesen Beobachtungen verwendet die Erfindung somit
Multiplex-Phasenverriegelungsschleifen, die die Besonderheit aufweisen, daß sie ausgehend
von einem Basisreferenzsignal, das zum Beispiel von einem Quarz-Oszillator
ausgegeben wird, der eine geringere Präzision als ein VTCXO-Oszillator hat, aber
andererseits einen geringeren Elektrizitätsverbrauch als ein VTCXO-Oszillator hat,
Ausgangssignale sehr hoher Präzision,
zum Beispiel in der Größenordnung
von einigen Hertz, ausgeben können.
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Die
Erfindung schlägt
außerdem
einen Sender/Empfänger,
insbesondere ein zellulares Mobiltelefon, vor, mit
einer Sende/Empfangsstufe,
einer
Verarbeitungsstufe, die mit der Sende/Empfangsstufe verbunden ist
und Modulation/Demodulation-Einrichtungen und Einrichtungen zur
automatischen Frequenzsteuerung aufweist, und
einer Frequenzaufbereitungsstufe,
die von den Einrichtungen zur automatischen Frequenzsteuerung gesteuert
wird und in der Lage ist, mindestens ein Referenzsignal einer gewählten Frequenz
zu der Sende/Empfangsstufe und ein Haupttaktsignal einer gewählten Frequenz
zu den Modulation/Demodulation-Einrichtungen auszugeben.
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Gemäß einem
allgemeinen Merkmal der Erfindung weist die Frequenzaufbereitungsstufe
auf:
- – mindestens
eine erste Multiplex-Phasenverriegelungsschleife, deren mit der
Sende/Empfangsstufe verbundener Ausgang in der Lage ist, mit einer
vorgegebenen Sendepräzision
das Referenzsignal auszugeben, und
- – eine
zweite Multiplex-Phasenverriegelungsschleife, deren Ausgang in der
Lage ist, mit einer vorgegebenen Präzision ein Taktsignal auszugeben.
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Jede
Schleife ist in der Lage, auf Befehl einen aktiven Zustand und einen
inaktiven Zustand anzunehmen, und weist einen Steuereingang auf,
der mit den Einrichtungen zur automatischen Frequenzsteuerung verbunden
ist, sowie einen Eingang, um ein von einem Oszillator ausgegebenes
Basissignal zu empfangen, das eine vorgegebene Basisfrequenz und
eine geringere Basispräzision
als die Sendepräzision
hat.
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Die
Frequenzaufbereitungsstufe weist außerdem steuerbare Schalteinrichtungen
auf, die einen ersten Zustand aufweisen, der den Ausgang des Oszillators
mit den Modulation/Demodulation-Einrichtungen verbindet, und einen
zweiten Zustand aufweisen, der den Ausgang der zweiten Schleife
mit den Modulation/Demodulation-Einrichtungen verbindet.
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Ferner
weist der Sender/Empfänger
Steuereinrichtungen auf, die in der Lage sind, die zweite Schleife
in einen inaktiven Zustand und die Schalteinrichtungen in ihren
ersten Zustand zu setzen sowie die zweite Schleife in einen aktiven
Zustand und die Schalteinrichtungen in ihren zweiten Zustand zu
setzen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist jede Schleife eine Multiplex-Phasenverriegelungsschleife
einer Delta-Sigma-Modulation,
was eine Verringerung des Phasenrauschens elektrischen Ursprungs
und eine Taktpräzision
in der Größenordnung
von einigen Hertz erlaubt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung zeigen sich beim Studieren der
detaillierten Beschreibung von keinesfalls einschränkenden
Ausführungsformen
und der beiliegenden Zeichnungen:
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1 zeigt
sehr schematisch die innere Architektur eines Teils eines zellularen
Mobiltelefons gemäß der Erfindung
und insbesondere die innere Architektur einer Frequenzaufbereitungsstufe
gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
detaillierter, aber immer noch schematisch, die Struktur einer in
der Erfindung verwendeten Multiplex-Phasenverriegelungsschleife;
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3 zeigt
eine Ausführungsvariante,
die eine Delta-Sigma-Modulation
verwendet, um den Dividierer einer Multiplex-Phasenverriegelungsschleife zu steuern;
und
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4 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Mit
Bezug insbesondere auf 1 wird nun angenommen, daß die Erfindung
speziell auf das Gebiet von zellularen Mobiltelefonen, zum Beispiel
auf diejenigen, die gemäß der UMTS-Norm
betrieben werden sollen, angewendet wird.
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Eine
Sendestation (Basisstation), in 1 aus Gründen der
Vereinfachung nicht gezeigt, weist typisch einen Kodierungsblock
auf, der die zu übertragenden
Nutzdaten, beispielsweise Sprachdaten, empfängt und insbesondere herkömmliche
und auf dem Fachgebiet bekannte sogenannte "Kanalkodierungs"-Verarbeitungen durchführt. Das
Ausgangssignal dieses Kodierungsblocks besteht aus Blöcken digitaler
Daten. Dem Kodierungsblock folgt herkömmlich ein Modulator, der zum
Beispiel eine Quadratur-Modulation des Typs QPSK, gemäß einer
auf dem Fachgebiet bekannten Bezeichnung, durchführt und das digitale Signal
in ein analoges Signal umwandelt. Dieses analoge Signal wird anschließend in einem
Sendefilter gefiltert, bevor es, nach Transponieren auf eine Funkfrequenz
(RF), über
eine Antenne in Richtung Telefone ausgesandt wird.
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Das
zellulare Mobiltelefon TP weist im wesentlichen am Kopf eine Antenne
ANT auf, die mit einer analogen Sende/Empfangsstufe verbunden ist, die
im wesentlichen eine Empfangskette RXC und eine Sendekette TXC aufweist.
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In
der UMTS-Norm kann die Empfangsfrequenz zwischen 2110 und 2170MHz
sein, während die
Sendefrequenz, die sich von der Empfangsfrequenz unterscheidet,
zwischen 1920 und 1980MHz sein kann.
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Außerdem besteht
eine der Forderungen der UMTS-Norm in einer hohen Präzision der
Sendefrequenz. Tatsächlich
darf diese Sendefrequenz beispielsweise um nicht mehr als plus/minus
0,1ppm von der Sollfrequenz abweichen.
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Die
Sende/Empfangsstufe ist auf herkömmliche
Weise über
eine Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandlerstufe (CAN- und CNA-Wandlerstufe)
mit einer digitalen Verarbeitungsstufe verbunden, die, was ihre
Hardware betrifft, teilweise als eine festverdrahtete Logik und
teilweise beispielsweise als ein Signalverarbeitungsprozessor DSP
implementiert ist, und deren verschiedene Funktionen dann als Software
implementiert sind.
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Funktionell
weist die Verarbeitungsstufe (zusätzlich zu den Einrichtungen
zum Schätzen
der Impulsantwort des Übertragungskanals,
den Einrichtungen zum Unterdrücken
von Intersymbol-Interferenzen
(Entzerrer) und einem Kanaldekodierungsblock) Modulation/Demodulation-Einrichtungen
MDM auf, die die Demodulation des empfangenen Signals und die Modulation
des auszusendenden Signals durchführen können.
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Das
tragbare Telefon TP weist außerdem mindestens
eine Multiplex-Phasenverriegelungsschleife EPLL auf, die vorgesehen
ist, um Referenzsignale, die jeweils nominale Empfangs- und Sendefrequenzen
haben, zu erzeugen und diese zu der Empfangskette RXC und der Sendekette
TXC auszugeben. In dem Fall, daß das
Telefon nur eine einzige Schleife EPLL aufweist, die das Referenzsignal
direkt zu einer der Ketten, entweder der Sende← oder der Empfangskette, ausgibt,
ist dann eine Einrichtung zur Frequenzverschiebung vorgesehen, um ausgehend
von dem von der Schleife EPLL direkt ausgegebenen Signal das Referenzsignal
zu der anderen Kette, entweder der Sende- oder Empfangskette, auszugeben.
Abgesehen davon kann man abhängig
von der für
das Telefon verwendeten Architektur zwei separate Schleifen EPLL
vorsehen, die zwei Referenzsignale zu der Sendekette bzw. der Empfangskette
ausgeben und somit direkt die Sende- und die Empfangsfrequenz festlegen.
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Im
weiteren Verlauf des Textes wird hier aus Gründen der Vereinfachung vorausgesetzt,
daß es eine
einzige Schleife EPLL gibt, wobei selbstverständlich alles, was nachstehend
beschrieben ist, auch auf den Fall zutrifft, daß es mehrere Schleifen EPLL
gibt.
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Die
Präzision
des von der Schleife EPLL ausgegebenen Referenzsignals wird von
einem Steuersignal SC1 gesteuert, das faktisch ein digitales Wort
ist, das von der automatischen Frequenzsteuerungssoftware AFC ausgegeben
wird.
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Genauer
gesagt, führen
die Demodulationseinrichtungen MDM eine Demodulation eines von der
Basisstation auf einem Pilotkanal ausgesandten Pilotsignals durch,
das eine vorgegebene Frequenz hat und einen vorgegebenen Code enthält.
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Bei
der Demodulation des Pilotsignals verwendet der Demodulator ein
Haupttaktsignal, das (wie nachstehend detaillierter zu sehen ist)
von einer Phasenverriegelungsschleife MCPLL erzeugt wird. Die Frequenz
dieses Haupttaktsignals soll theoretisch ein Vielfaches der Datenübertragungsrate
des Pilotkanals ("chip
rate") sein. Wenn
dies nicht der Fall ist, beobachtet man bei der Demodulation eine
Rotation der Modulationskonstellation zu einer Frequenz, die der
Differenz zwischen der theoretischen Übertragungsrate ("chip rate") und dem Haupttaktsignal
entspricht. Der Algorithmus zur automatischen Frequenzsteuerung
wird dann den Wert des Steuerworts so anpassen, um die Rotation
dieser Konstellation zu stoppen. In diesem Fall sind dann alle Phasenverriegelungsschleifen
des Telefons als fixiert zu betrachten, und die verschiedenen Taktgeber
haben die erforderliche Präzision.
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Ein
solcher Algorithmus zur automatischen Frequenzsteuerung ist Fachleuten
bekannt. Sie können
Bezug nehmen insbesondere auf den Artikel von Aldo N. D'Andrea mit dem Titel "Design of Quadricorrelators
for Automatic Frequency Control Systems", IEEE Transactions an Communications,
Bd. 41, Nr. 6, Juni 1993,
oder auch auf den Artikel von Wen-Yi
Kuo mit dem Titel "Frequency
Offset Compensation of Pilot Symbol Assisted Modulation in Frequency
Flat Fading", IEEE Transactions
on Communications, Bd. 45, Nr. 11, November 1997,
oder auch
auf den Artikel von Bellini mit dem Titel "Digital Frequency Estimation in Burst
Mode QPSK Transmission",
IEEE Transactions on Communications, Bd. 38, Nr. 7, Juli 1990.
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Zusätzlich zu
der oder den Schleifen EPLL weist das Telefon auch eine weitere
Multiplex-Phasenverriegelungsschleife MCPLL auf, deren Ausgang mit
dem zweiten Eingang E2 einer Zwei-Zustand-Schalteinrichtung MCM (zum Beispiel
eines Multiplexers mit zwei Eingängen
und 1 Ausgang) verbunden ist. Der Ausgang S der Schalteinrichtung MCM
ist mit den Modulation/Demodulation-Einrichtungen verbunden und gibt ein
Haupttaktsignal SHM zu diesen Einrichtungen aus.
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Die
Einrichtungen MCM weisen außerdem einen
ersten Eingang E1 auf, der mit dem Ausgang eines Quarz-Oszillators
QT verbunden ist, der eine vorgegebene Basisfrequenz (zum Beispiel
20 MHz) hat und eine viel geringere Präzision hat als die Präzision,
die für
die Übertragungsfrequenz
erforderlich ist. Bei spielsweise ist die Präzision des Quarz-Oszillators
in der Größenordnung
von ±10ppm.
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Die
Schalteinrichtungen MCM werden von einem Steuersignal SCAI gesteuert,
das von den Steuereinrichtungen MCD ausgegeben wird. Die Steuereinrichtungen
MCD sind ebenfalls Softwaremittel. Sie können außerdem mit einem anderen Steuersignal
SCAC den Betrieb der Schleifen EPLL und MCPLL aktivieren oder unterdrücken.
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Das
von dem Oszillator kommende Signal SBA dient auch als Referenzsignal
für die
Phasenverriegelungsschleifen EPLL und MCPLL. Das Steuersignal SC2,
das die Präzision
des von der Schleife MCPLL ausgegebenen Taktsignals SH steuert,
wird ebenfalls von den automatischen Frequenzsteuerungseinrichtungen
AFC ausgegeben und ist ebenfalls ein digitales Wort, das in einem
festen Verhältnis mit
dem Steuerwort SC1 verbunden ist.
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Die
Struktur einer Multiplex-Phasenverriegelungsschleife ist Fachleuten
vollkommen bekannt, und sie können
Bezug nehmen insbesondere auf den Artikel mit dem Titel "Technique enhances
the performance of PLL Synthetisers", Microwaves & RF, Januar 1993, Seite 59-65.
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Zur
Erinnerung sind in 2 deren wesentliche Elemente
gezeigt.
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Im
einzelnen weist eine Multiplex-Phasenverriegelungsschleife PLLF
am Kopf einen auf dem Fachgebiet bekannten Phasen- und Frequenzdetektor
PFD herkömmlicher
Struktur auf. Das Ausgangssignal dieses Detektors PFD steuert ein
Schleifenfilter FT an, dessen Ausgang mit dem Eingang eines spannungsgesteuerten
Schleifenoszillators VCO verbunden ist. Die Frequenz des Schleifenoszillators VCO
ist im wesentlichen die gewünschte
Ausgangsfrequenz für
das zu dem Ausgang SO der Schleife ausgegebene Ausgangssignal (das
das Ausgangssignal des Oszillators VCO ist).
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Der
Ausgang des Oszillators VCO ist über
einen Teiler DV, der von dem von den automatischen Frequenzsteuerungseinrichtungen
AFC ausgegebenen Steuerwort SC gesteuert wird, wieder zurück mit einem
der Eingänge
des Detektors PFD verbunden. Der andere Eingang des Detektors PFD
empfängt das
von dem Oszillator QT kommende Basissignal.
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Die
Zahl N ist die ganze Zahl, die dem Verhältnis zwischen der Frequenz
des Signals SBA und der Frequenz des Schleifenoszillators VCO am nächsten liegt
(aber kleiner). Außerdem
definiert das Verhältnis
zwischen der Frequenz des Signals SBA und der erforderlichen Präzision die
Anzahl der Bits des Steuerworts SC. Wenn also zum Beispiel die Ausgangsfrequenz
der Schleife gleich 2GHz ±0,1ppm
sein soll, was einer Präzision
von 200Hz entspricht, und wenn die Frequenz des Signals SBA 20MHz
ist, ist das oben genannte Verhältnis
gleich 20MHz/200Hz, nämlich
100000, was zwischen 216 und 217 liegt.
Das Steuerwort SC wird somit ein Wort aus 17 Bits sein, das definiert,
wie viele Male der Teiler DV eine Division durch N durchführen wird
und wie viele Male der Dividierer DV eine Division durch N+1 durchführen wird,
um das exakte Verhältnis
des Signals SBA und des Ausgangssignals SO auf ±0,1ppm Präzision zu erzielen.
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Eine
Multiplex-Phasenverriegelungsschleife erlaubt also, durch Verwenden
eines Basissignals, das von einem Oszillator kommt, der eine viel
geringere Präzision
hat, und durch Steuerung eines Teilers mit einem ausreichend langen
digitalen Wort eine sehr gute Präzision
betreffend der Ausgangsfrequenz zu erzielen.
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Als
Variante, wie in 3 gezeigt, kann die Steuerung
des Teilers aus einer Delta-Sigma-Modulation resultieren, die ebenfalls
auf dem Fachgebiet bekannt ist. Beispielsweise steuert das von den
Einrichtungen AFC ausgegebene Steuerwort SC einen Integrierer an.
Das Ausgangssignal des Integrierers wird anschließend über ein
Filter FT1 zu dem Eingang einer Quantisierungseinrichtung QT ausgegeben.
Der Ausgang der Quantisierungseinrichtung QT ist einerseits wieder
zurück
mit dem Eingang des Integrierers verbunden und steuert andererseits
den Teiler DV der Phasenverriegelungsschleife.
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Die "Delta"-Modulation basiert
vielmehr auf der Quantisierung der Änderung des Signals Abtastwert
für Abtastwert
als auf der Quantisierung des Absolutwerts des Signals bei jedem
Abtastwert. Der vorhandene (Sigma)-Integrierer verleiht dem Modulator die
Bezeichnung "Delta-Sigma". Ein Delta-Sigma-Modulator
ist konzipiert, um das Quantisierungsrauschen in dem Basisband zu
unterdrücken.
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Die
Steuerung des Dividierers durch eine Delta-Sigma-Modulation erlaubt insgesamt gesehen eine
Verringerung des Rauschens.
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Für weitere
Details betreffend ein Beispiel einer Phasenverriegelungsschleife
mit Delta-Sigma-Modulation können
Fachleute Bezug nehmen auf den Artikel von Perrott mit dem Titel "A 27-mW CMOS Fractional-N
Synthesizer Using Digital Compensation for 2.5-Mb/s GFSK Modulation" IEEE Journal of
Solid-State Circuits, Bd. 32, Nr. 12, Dezember 1997, sowie auf den
oben zitierten Artikel mit dem Titel "Technique enhances the performance of
PLL synthetisers".
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Mit
Bezug insbesondere auf 4 wird nun detaillierter die
Funktionsweise der Frequenzaufbereitungsstufe des Telefons gemäß der Erfindung
beschrieben.
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Im
aktiven Modus, das heißt,
bei einer Kommunikation zwischen der Basisstation BS und dem Telefon,
aktivieren die Steuereinrichtungen MCD die Phasenverriegelungsschleifen
EPLL und MCPLL und setzen die Schalteinrichtungen MCM in ihren zweiten
Zustand, der den zweiten Ausgang E2 mit dem Ausgang S verbindet.
Folglich ist das zu den Modulation/Demodulation-Einrichtungen ausgegebene
Signal das von der Schleife MCPLL ausgegebene Taktsignal SH (nämlich ein
Vielfaches der Übertragungsrate
des Pilotsignals ("chip
rate"), zum Beispiel
15,36MHz für
eine Übertragungsrate
("chip rate") gleich 3,84Mcps
wie in der UMTS-Norm).
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Die
Präzision
des Signals SHM und der zu der Sende/Empfangsstufe ausgegebenen
Referenzsignale ist dann gleich ±0,1ppm, wobei diese Präzision von
den Steuerwörtern
SC1 und SC2 über
den automatischen Frequenzalgorithmus gesteuert wird.
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Im
Bereitschaftsmodus, wie in 4 gezeigt, kommuniziert
die Basisstation BS in regelmäßigen Intervallen
mit dem tragbaren Telefon TP, wobei das Pilotsignal SP seinerseits
permanent ausgesandt wird.
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Außerhalb
der Zeiten des Dialogs zwischen der Basisstation BS und dem Telefon
TP halten die Steuereinrichtungen MCD die Schleifen EPLL und MCPLL
inaktiv und setzen die Schalteinrichtungen MCM in ihren ersten Zustand,
der den ersten Eingang E1 mit dem Ausgang S verbindet. In diesem Fall
ist das zu der Ver arbeitungsstufe ausgegebene Haupttaktsignal SHM
das von dem Oszillator QT ausgegebene Basissignal SBA. Folglich
empfangen die Verarbeitungsstufe und insbesondere die Modulation/Demodulation-Einrichtungen
ein Taktsignal, dessen Präzision
gleich derjenigen des Oszillators QT ist, nämlich in dem vorliegenden Fall ±10ppm.
Jedoch ist diese Präzision
im Verlaufe dieser Zeiten eines Nichtdialogs weitgehend ausreichend.
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Dagegen
aktivieren unmittelbar vor jeder Dialogperiode zwischen der Basisstation
BS und dem tragbaren Telefon die Steuereinrichtungen MCD die Schleifen
EPLL und MCPLL und setzen die Schalteinrichtungen MCM erneut in
ihren zweiten Zustand. Zu Beginn der Aktivierung der Schleife MCPLL
wird das Signal SHM (SH) mit einer Präzision von ±10ppm ausgegeben. Jedoch
ist diese Präzision
ausreichend, um den Einrichtungen zur automatischen Frequenzsteuerung
AFC eine Durchführung
der Frequenzsteuerung und die Ausgabe der Steuerwörter SC1
und SC2 zu ermöglichen,
so daß am
Ende der Zeitdauer ΔT,
das heißt,
wenn der Dialog mit der Basisstation tatsächlich beginnt, die Präzision auf ±0,1ppm
gebracht ist (abhängig
von der verwendeten Architektur kann ΔT typisch in der Größenordnung von
einigen Mikrosekunden sein).
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Am
Ende der Dialogperiode deaktivieren die Steuereinrichtungen von
neuem die Schleifen EPLL und MCPLL und setzen die Schalteinrichtungen MCM
wieder in ihren zweiten Zustand.