DE60129343T2

DE60129343T2 - Mehrband-Frequenzsynthesizer für mobile Endgeräte

Info

Publication number: DE60129343T2
Application number: DE60129343T
Authority: DE
Inventors: Grigory Itkin; Alexander Pestryakow
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003198366A; US20030155949A1; JP4233082B2; DE60129343D1; EP1320189B1; EP1320189A1; US6828863B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Frequenzsynthesizer, speziell Mehrband-Frequenzsynthesizer, die in mobilen Endgeräten für drahtlose Telekommunikationsnetzwerke verwendet sind.
Die mobilen Endgeräte der neuen Generation sind ausgebildet Datenübertragung in dem UMTS (Universelles Mobiles Telekommunikationssystem) und GSM/GPRS (Globales System für mobile Kommunikation/Allgemeine Paketfunkdienste) in einem Körper zu unterstützen. Hierfür sind Mehrband-Frequenzsynthesizer erforderlich, welche sowohl die UMTS-FDD-(UMTS-Frequenzteiler-Duplex) und UMTS-TDD-(UMTS-Zeitteiler-Duplexer)-Frequenzbänder als auch die Dreibandfunktionalität (GSM900/DCS1800/PCS1900 MHz) für GSM/GPRS in beiden von Auf- (T_x) und Abwärtskopplungsrichtungen (R_x) unterstützen. Hierbei steht DCS für Digitales Zellulares System für persönliche Kommunikationsdienste.
Die heute bekannten Ausführungen der Mehrband-Frequenzsynthesizer basieren auf der Verwendung unabhängiger Frequenzsynthesizer, eines für UMTS-Abwärtskopplung, eines für UMTS-Abwärtskopplung ("link") und eines dritten für das Dreierband GSM/GPRS. Um die benötigte Einschwingzeit der Klasse 12 für GPRS (unterhalb von 150 μs) zu erreichen, sind allgemein Partiell-N-Synthesizer verwendet.
Der größte Vorteil der Partiell-N-Synthesizer ist deren schnelle Einschwingzeit, z.B. beim Umschalten von einem Abwärtskopplungs- zu einem Abwärtskopplungs-Frequenzband oder bei einer Zwischensystemübergabe, welche eine der Vorbedingungen für eine zuverlässige GPRS-Datenübertragung erfüllt. Der größte Nachteil der Partiell-N-Synthesizer aller Klassen ist deren schlechte Ausgangsspektrumleistung, welche durch ein hohes Phasenrauschen und einen hohen Betrag störender Spektren gekennzeichnet ist. Es kann speziell, wenn Niedrigpegelsignale empfangen werden, sehr problematisch sein. Beim Benutzen der Partiell-N-Synthesizer können die Anforderungen des GSM-Standards 0505 nur durch eine Nachverarbeitung der Ausgangsspektren mit hochqualitativen Filtern, die sperrig und kostenintensiv sind, erreicht werden. Das kollidiert mit den allgemeinen Erfordernissen an eine kompakte Bauweise mobiler Endgeräte, die den klobigen Bestandteilen nicht viel Raum lässt, und für kostenwirksame Lösungen.
US 5,408,201 offenbart einen Frequenzsynthesizer mit drei Unter-Frequenzsynthesizern. Der Frequenzsynthesizer hat eine einzige Referenzsignalquelle und ist angepasst, Signale mit verschiedenen Frequenzen auszugeben, die zwei verschiedenen Frequenzbereichen angehören.
EP-A-1148654 offenbart einen Frequenzsynthesizer zum Erzeugen von Frequenzen in den GSM- und UMTS-Frequenzbändern unter Verwendung von drei verschiedenen lokalen Oszillatoren.
EP-A-1170874 , die nach Art. 54(3) EPC Stand der Technik ist, offenbart einen Frequenzsynthesizer, in welchem drei Frequenzen erzeugt sind, wobei zwei von den Frequenzen zusammengesetzt sind.
Es ist deswegen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kostenwirksamen Mehrband-Frequenzsynthesizer mit minimalen Raumanforderungen, aber mit einer kurzen Einschwingzeit und sehr niedrigem Phasenrauschen und einem sehr niedrigen Anteil störender Spektren vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird von einer Frequenzsynthesizeranordnung und einem mobilen Endgerät wie in den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen beansprucht erreicht.
Speziell ist die obige Aufgabe durch eine Frequenzsynthesizeranordnung zum Erzeugen von Signalen mit Frequenzen für UMTS und GSM/GPRS-Frequenzbänder nach Anspruch 1 erreicht.
Der erste, zweite, dritte und vierte Typ von Frequenzbändern sind voneinander verschieden und korrespondieren zu den verschiedenen Frequenzbändern, die für verschiedene drahtlose Kommunikationsstandards notwendig sind. Speziell unterstützt das Frequenzband von dem ersten Typ die UMTS TDD1-, FDD-T- und TDD2- Standards, das Frequenzband von dem zweiten Typ unterstützt das UMTS FDD-R-Standard, das Frequenzband von dem dritten Typ unterstützt die GSM/GPRS 1800/1900 MHz DCS- und PCS-Standards und das Frequenzband von dem vierten Typ unterstützt das GSM-900 MHz-Standard.
Die obige Aufgabe ist ferner durch ein mobiles Endgerät zum Verwenden mit UMTS- und GSM/GPRS-Frequenzbändern nach Anspruch 7 mit einer Frequenzsynthesizeranordnung entsprechend vorliegender Erfindung erreicht.
Die Lösung nach vorliegender Erfindung liefert vorteilhafterweise einen Mehrband-Frequenzsynthesizer zum Kommunizieren in den UMTS/GSM/GPRS-Frequenzbändern von kompaktem Aufbau, schnellem Schaltverhalten, mit keinen störenden Spektren, die in einem unerwünschten Frequenzband erzeugt werden, und welcher ein niedriges Phasenrauschen zeigt. Außerdem ist durch Verteilen komplexer Bestandteile in der Aufbauanordnung eine kostenwirksame Lösung erreicht.
Zusätzliche vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beansprucht.
Die Frequenzsynthesizer-Untereinheiten weisen vorteilhafterweise einen Frequenzteiler zum Umsetzen des Signals der Referenzfrequenzquelle in ein sogenanntes herabgesetztes Signal auf, wessen Frequenzwert die Referenzfrequenz repräsentiert, die durch eine ganze Zahl dividiert ist, und die Frequenzsynthesizer-Untereinheiten weisen ferner vorteilhafterweise einen phasengekoppelten Frequenzsynthesizer zum Umsetzen des herabgesetzten Signals in ein Signal auf, dessen Frequenz ein ganzzahliges Mehrfaches des herabgesetzten Signals ist.
Vorteilhafterweise dividiert ein Frequenzteiler die Frequenz eines Hilfssignals durch eine ganze Zahl, bevor sie einem Frequenzmischer zugeführt wird.
Ein Tiefpassfilter ist vorzugsweise zum Eliminieren der Oberschwingungen benutzt, die in den Schaltungen zum Erzeugen von Signalen erzeugt werden, die für ein Signal einer Frequenz in einem Bereich des dritten oder vierten Frequenzbandtyps benutzt werden, und ferner ist ein Tiefpassfilter vorzugsweise zum Eliminieren von Oberschwingungen benutzt, die durch den Frequenzteiler erzeugt werden, der die Signale für den vierten Frequenzband-Typ liefert.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise in mobilen Telefonen umgesetzt werden, insbesondere für drahtlose zellulare Telekommunikationsnetzwerke.
In der nachfolgenden Beschreibung ist die vorliegende Erfindung detaillierter mit Hinsicht auf spezielle Ausführungen und Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen
1 das schematische Schaltungsdiagramm einer Frequenzsynthesizer-Untereinheit nach vorliegender Erfindung zeigt,
2 das schematische Schaltungsdiagramm eines Mehrband-Frequenzsynthesizers nach vorliegender Erfindung zeigt,
3 ein Frequenzplan des in 2 gezeigten Mehrband-Frequenzsynthesizers ist, und
4 den Referenzempfindlichkeitspegel versus der Frequenz zeigt, die die Einschränkungen für die Außerbandemissionen für alle Frequenzbänder definiert, die zu berücksichtigen sind.
1 illustriert die Prinzipien einer Frequenzsynthesizer-Untereinheit 10, die in dem Mehrband-Frequenzsynthesizer nach vorliegender Erfindung benutzt ist. Die Signale, die an einem Ausgang 18 einer Untereinheit erzeugt sind, bilden entweder direkt eine Frequenz eines zugehörigen Frequenzbandes oder bilden eine Hilfsfrequenz für die weitere Verarbeitung.
Die Eingänge 17 aller Untereinheiten sind mit einem Referenzfrequenzsignal f_r eines Referenzquarzoszillators beliefert. In einem ersten Stadium ist die Referenzfrequenz f_r durch einen ganzzahligen Teilungskoeffizienten R zu f_D = f_r/R herabgesetzt, der durch den programmierbaren Frequenzteiler 12 mittels digitalem Steuercode konfiguriert ist. Nachfolgend stellt dann der phasengekoppelte Frequenzsynthesizer 11 die Ausgangsfrequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 15 zu dem gewünschten Wert ein.
Der phasengekoppelte Frequenzsynthesizer 11 arbeitet im Prinzip wie ein Frequenzvervielfacher mit einem Frequenzraster f_D. Das ist durch das Verwenden eines ganzzahligen programmierbaren Frequenzteilers 16 in der Rückkopplungsleitung des phasengekoppelten Frequenzsynthesizers, der die Ausgangsfrequenz des VCO 15 durch Division mit dem Koeffizienten N herabsetzt.
Der phasengekoppelte Frequenzsynthesizer weist einen Phasenfrequenzabtaster 13 auf, der eine Ausgangsspannung u₀(t) liefert, die der Phasenwinkelabweichung zwischen der Eingangsfrequenz f_D und der herabgesetzten Ausgangsfrequenz f₀/N proportional ist. Diese Ausgangsspannung u₀(t) wird durch ein Tiefpassfilter 14 bevor sie zum VCO 15 zugeführt wird gefiltert. Die Filtercharakteristiken des Tiefpasses 15 [14] sind breit genug, um jeweils ein schnelles Umschalten der Ausgangsfrequenz oder eine rasche Zeitkopplung zu ermöglichen, wenn die Zwischenfrequenzbänder getauscht werden, und eng genug, um höhere Frequenzen zu blockieren, welche sonst Phasenrauschen in dem Ausgangsspektrum des spannungsgesteuerten Oszillators verursachen würden. Die Ausgangsfrequenz f₀ des VCO 15 ist eine Funktion des Wertes der gefilterten Ausgangsspannung u₀(t), welche ihm zugeführt ist. In der Rückkopplungsschleife des phasengekoppelten Frequenzsynthesizers 11 ist dieses Ausgangsfrequenzsignal f₀ mit einem passenden ganzen Wert N zu einem Wert gleich dem von f_D zum Zugeführtsein zu dem Phasenfrequenzabtaster 13 herabgesetzt. Dort ist es mit dem Originalfrequenzsignal f_D verglichen, um die Steuerspannung u₀(t) für den VCO 15 zu erzeugen. Nach dem Abschluss der Übergangs-Prozesse ist der Wert der Ausgangsfrequenz f_{0 daher durch den Codedivisionskoeffizienten
N gesteuert, der in} dem programmierbaren Frequenzteiler 16 der Rückkopplungsschleife entsprechend der Gleichung konfiguriert ist:
mit N und R als ganze Zahlen.
Entsprechend der Gleichung 1 ist die Ausgangsfrequenz f₀ ein ganzzahliges Mehrfaches der Eingangsfrequenz f_D oder, anders ausgedrückt, f_D definiert einen Frequenzraster für f₀. Eine Änderung der Ausgangsfrequenz wird durch die Änderung des Teilerkoeffizienten N erreicht, einen Prozess, der ausreichend schnell ist, um schnelle Frequenzsprünge zu ermöglichen. Weder störende Spektren noch zusätzliches Phasenrauschen, die so charakteristisch für die Partiell-N-Frequenzsynthesizer sind, werden durch diese Prozedur erzeugt, so dass keine extra Filter für eine Nachbearbeitung der Ausgangsspektren des phasengekoppelten Frequenzsynthesizers 11 erforderlich sind.
Eine Mehrband-Frequenzsynthesizereinheit 200 nach vorliegender Erfindung ist in 2 gezeigt. Es weist die drei phasengekoppelte Frequenzsynthesizer PLL1 211, PLL2 221 und PLL3 231 von dem Typ auf, der in Bezug auf 1 beschrieben worden ist. Zwei von ihnen, nämlich PLL1 und PLL2 arbeiten für UMTS Auf- und Abwärtskopplung, während der dritte (PLL3) zusammenwirkend mit PLL2 und zusätzlichen Mischern und Frequenzteilern alle benötigten Frequenzen für die Dreierband-GSM/GPRS-Funktionalität erzeugt. Jedem phasengekoppelten Frequenzsynthesizer ist ein programmierbarer Frequenzteiler vorausgegangen, welcher von einer Referenzfrequenzquelle 201 wie z.B. einem Quarzoszillator sein Eingangsfrequenzsignal empfängt, der eine stabilisierte Schwingungsfrequenz von 19,2 MHz liefert.
Abweichend von dem ersten phasengekoppelten Frequenzsynthesizer 211 arbeitet der zweite phasengekoppelte Frequenzsynthesizer 221 abwechselnd mit zwei verschiedenen Eingangsfrequenzen, die von dem vorausgehenden Phasenfrequenzteiler 222 geliefert werden. Die UMTS-Abwärtskopplungsfrequenzen sind mit der ersten Eingangsfrequenz versorgt, die Zwischenfrequenzsignale, die eine Basis für das Bereitstellen der GSM/GPRS-Bänder bilden, sind mit der zweiten Eingangsfrequenz versorgt. Das beeinflusst positiv die Einschwingzeit und das Phasenrauschen für die GSM/GPRS-Frequenzbänder.
Der dritte phasengekoppelte Frequenzsynthesizer 231 ist schmalbandig (etwa 24 MHz) und verarbeitet eine hohe Frequenz in dem Phasenfrequenzabtaster 233, welcher die Einschwingzeit und das Phasenrauschen reduziert. Der Teiler 237 setzt an seinem Ausgang die Ausgangsfrequenz und auch die Frequenzschritte des phasengekoppelten Frequenzsynthesizers 231 mit einem Faktor M1 herab. Das reduziert das Phasenrauschen sogar noch weiter.

Der in 2 gezeigte Mehrband-Frequenzsynthesizer hat vier Ausgangsanschlüsse 219, 229, 239 und 249, deren jeder ein Signal für ein bestimmtes Frequenzband aufweist. Die Zuordnung der Frequenzbänder zu den jeweiligen Ausgangsanschlüssen ist in der Tabelle 1 gezeigt.

Anschluss	Frequenzband	Frequenzbereich /MHz
219	TDD1, FDD-T_x	1900–1980
219	TDD2	2010–2025
229	FDD-R_x	2110–2170
239	DCS-T_x	1710–1785
239	DCS-R_x	1805–1880
239	PCS-T_x	1850–1910
239	PCS-R_x	1930–1990
249	GSM-T_x	880–915
249	GSM-R_x	925–960

Tabelle 1: Frequenzbeeichzuordnungen für die Anschlüsse des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200

Der Synthesizerzweig 202 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200, der den ersten Ausgangsanschluss 219 bereitstellt, erzeugt jeweils die Signale mit Frequenzen in den UMTS-Frequenzbändern 'FDD-Übermittler' (FDD-T_x) und TDD1 (1900–1980 MHz) und TDD2 (2010–2025 MHz). Der programmierbare Frequenzteiler 212 setzt die Referenzfrequenz f_r mit einem Faktor R₁ herab, wobei der ganzzahlige R₁ zum Wert 96 gesetzt ist, woraus resultierend ein Frequenzsignal f_D1 von 0,2 MHz an seinem Ausgang erzeugt ist. Der Codeteilerkoeffizient R₁ ist wie für alle anderen in der Darstellung der 2 verwendeten programmierbaren Frequenzteiler mittels eines Steuercodes CC konfiguriert.
Die Funktion eines phasengekoppelten Frequenzsynthesizers wurde bereits mit Bezug auf die 1 beschrieben. Der ganzzahlige Teilerkoeffizient N₁, der auf die Rückkopplungsleitung von PLL1 angewendet ist, der dem programmierbaren Frequenzteiler 212 nachfolgt, ist zum Erzeugen der gewünschten Frequenz des Ausgabesignals f₀₁ nach Gleichung 1 programmierbar einstellbar. Für die TDD1/FDD-T_x-Frequenzbänder reichen die Werte N₁ von 9500 bis 9900, wobei das Erhöhen von N1 um einen Wert von 1 in einer Erhöhung von f₀₁ durch einen Wert von 0,2 MHz resultiert. Für das TDD2-Frequenzband müssen die Werte N₁ in dem Intervall beginnend mit 10.050 und endend mit 10.125 eingestellt sein.
Beim Arbeiten in dem UMTS-Frequenzband 'FDD-Empfänger' (FDD-R_x), der von 2110 bis 2170 MHz reicht, wird das Ausgangssignal f₀₂ des PLL2 221 an dem zweiten Ausgangsanschluss 229 geliefert. Zu diesem Zweck setzt der programmierbare Frequenzteiler 222 des zweiten Synthesizerzweigs 203 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 die Referenzfrequenz f_r mit einem Faktor R₂ herab, der mit einem Wert von 96 gleich dem von R₁ ist. Das resultierende Signal wird dann im PLL2 multipliziert, wobei der Multiplikationsfaktor durch den Codeteilerkoeffizienten N2 gesteuert ist, der auf die Rückkopplungsschleife angewandt ist. Die Werte von N2 rangieren von 10.550 bis 10.850. Der Frequenzraster der Ausgangsfrequenz f₀₂ oder die möglichen inkrementellen Änderungen von f₀₂ sind hierbei jeweils zu Schritten von 0,2 MHz festgelegt.
Der zweite Synthesizerzweig 203 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 kann in einer zweiten Betriebsart betrieben werden, um Frequenzen zu erzeugen, die zum Ableiten der GSM/GPRS-Frequenzbänder geeignet sind. In dieser zweiten Betriebsart setzt der programmierbare Frequenzteiler 222 die Referenzfrequenz f_r mit einem Faktor R₂ = 6 herab, wodurch der PLL2 mit einem Eingangsfrequenzsignal von f_D2 = 3,2 MHz beliefert ist. Diese Frequenz ist durch PLL2 zu Frequenzen im Bereich von 2110 bis 2390 MHz mit einem Frequenzraster von 3,2 MHz multipliziert. Die großen Frequenzschritte gewährleisten eine kurze Einschwingzeit zusammen mit einem niedrigen Phasenrauschen auch für die GSM/GPRS-Frequenzsignale. Der zweite Synthesizerzweig 203 des Mehrband-Frequenzsynthesizers arbeitet in beiden Betriebsarten nach Prinzipien, die mit Bezug auf die 1 beschrieben worden sind.
Um die GPRS-Frequenzbänder aus dem Signal abzuleiten, das an dem Ausgang des PLL2 ansteht, ist das Signal in dem Frequenzmischer 227 mit einer Hilfsfrequenz f₀₃/8 gemischt, die von dem dritten Synthesizerzweig 204 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 bereitgestellt ist. Der Frequenzmischer 227 arbeitet in Zusammenwirkung mit dem Tiefpassfilter 238 als ein Subtrahierwerk nach der Gleichung:
wobei f₀₃ die Frequenz des Ausgangssignals des PLL3 231 darstellt.

Zum Bereitstellen des Hilfsfrequenzsignals f₀₃ in dem dritten Synthesizerzweig 204 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 ist die Referenzfrequenz f_r durch R3, der einen Wert 12 aufweist, herabgesetzt. Das resultierende Signal mit einer Frequenz von 1,6 MHz ist dann an PLL3 231 geliefert, wo es zu einem Signal f₀₃ mit einer Frequenz um die 3200 MHz herum durch das Konfigurieren des Teilerkoeffizienten N₃ des programmierbaren Frequenzteilers 236 zu einem konstanten Wert von 2000 umgesetzt ist. Vor dem Anlegen auf einen Eingang des Frequenzmischers 227 ist f₀₃ in dem digitalen Frequenzteiler 237 mit dem Faktor M₁ vom festen Wert 8 zu 400 MHz herabgesetzt. Die GPRS-Frequenzbänder sind somit durch das Einstellen von f₀₂ auf einen geeigneten Wert bereitgestellt. Eine detaillierte Beziehung zwischen dem Teilerkoeffizienten N₂, dem Frequenzband des Ausgangssignals f₀₂ von PLL2 und dem gewünschten GPRS-Frequenzband ist in der Tabelle 2 angegeben.

N₂	f₀₂	Frequenzband	Frequenzbereich
657–683	2110–2185	DCS-T_x	1710–1785
689–713	2205–2280	DCS-R_x	1805–1880
703–722	2250–2310	PCS-T_x	1850–1910
728–747	2330–2390	PCS-R_x	1930–1990

Tabelle 2: Beziehungen zwischen den Parametern von PLL3 und zugehörigen GSM-Bändern; Frequenzen sind in MHz angegeben

Das Tiefpassfilter 238 blockiert die Oberschwingungen, die von dem Mischprozess in dem Frequenzmischer 227 stammen und auch die Oberschwingungen, deren Herkunft in einem der spannungsgesteuerten Oszillatoren 225 (VCO2) oder 235 (VCO3) ist. Das Signal, das an dem Ausgang des Tiefpassfilters 238 dem dritten Ausgang 239 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 bereitsteht, ist daher durch die Gleichung 2 oben angegeben.
Die Frequenzen für die GSM-Bänder, die an dem vierten Ausgangsanschluss 249 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 anstehen, sind von dem Ausgang des Tiefpassfilters 238 abgeleitet, das durch ein weiteres Herabsetzen der Vorstufenfrequenz mit einem Faktor M₂ vom festen Wert 2 als eine Vorstufe arbeitet, und nachfolgendes Filtern im Tiefpassfilter 242, um die Oberschwingungen zu eliminieren, die in dem digitalen Frequenzteiler 241 erzeugt worden sind. Die Frequenzen an dem Ausgang des Tiefpassfilters 238 müssen für eine einfache Konstruktion des digitalen Frequenzteilers 241 durch 2 teilbar sein.
Eine detaillierte Beziehung zwischen dem Teilerkoeffizienten N₂, dem Frequenzband des Ausgangssignals f₀₂ von PLL2 und dem gewünschten GPRS-Frequenzband ist in der Tabelle 3 angegeben.

N₂ f₀₂ Vorstufenbereich Frequenzband Frequenzbereich

675–697 2160–2230 1760–1830 GSM-T_x 880–915

703–725 2250–2320 1850–1920 GSM-R_x 925–960

Tabelle 3: Beziehungen zwischen den Parametern von PLL2, dem Vorstufenfrequenzbereich und jeweiligen GPRS-Bändern; die Frequenzen sind in MHz angegeben
Es gibt keine Notwendigkeit zum Nachbearbeiten der Ausgangssignale f₀₁ und f₀₂ von PLL1 und PLL2 durch Tiefpassfilter wie für die GSM/GPRS-Frequenzbänder, weil die für UMTS verwendete Codierung wie CDMA (Codeteiler-Mehrfachzugriff) die Information, die in einem spezifischen interessierenden Signal enthalten ist, über eine viel größere Bandbreite als das Originalsignal streut, wodurch die Störsicherheit der Signalübertragung erweitert wird. Störende Signale von den Oberschwingungen von VCO1 oder VCO2 werden daher die Qualität einer Signalübertragung nicht herabsetzen.
Es ist anzumerken, dass die UMTS-Abwärtskopplungsfrequenzen unabhängig von den GSM/GPRS-Auf- und Abwärtskopplungsfrequenzen erzeugt werden, um eine GSM-Überwachung während eines UMTS-Anrufs in einem unkomprimierten Betriebsmodus zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausführung sind ein ADF4213 Ganzzahl-N-Dual-RF/IF PLL-Frequenzsynthesizer 1,0 GHz oder ein anderer, aber kompatibler phasengekoppelter (PLL) Frequenzsynthesizer von Analog Devices (AD) oder von einem weiteren Lieferanten als phasengekoppelte Frequenzsynthesizer 211, 221 und 231 verwendet. Vorrichtungen mit einem oder bis zu vier PLL-Synthesizern in einem Paket können verwendet sein. Die PLL-Synthesizer von Analog Devices sind wegen ihren sehr kurzen Einschwingzeiten bevorzugt, die mit dem sogenannten eingebauten Schnellkopplungs-Modus erreicht sind, aber auch die Vorrichtungen anderer Hersteller können verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Vorrichtung der vorliegenden Erfindung sind alle digitalen Schaltungselemente in einer ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) ausgeführt, während nur für die spannungsgesteuerten Oszillatoren 215, 225 und 235, den Mischer 227, die Filter 238 und 242 und die Referenzfrequenzquelle 201 diskrete oder integrierte Schaltungsvorrichtungen verwendet sind.
Ein Frequenzplan eines Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 nach vorliegender Erfindung ist in 3 angegeben. Mit Ausnahme der UMTS-Frequenzbänder, die eine hohe Störungssicherheit zeigen, muss keine der Frequenzen, die in einem der VCO's erzeugt ist, was auch die Oberschwingungen einschließt, in einen Empfangs- oder Übertragungsband des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 fallen, um die Anforderungen des GSM-Standards 0505 zu erfüllen. Das ist durch Verwendung der Frequenzen für die VCO's erreicht, welche deutlich über den GSM/GPRS-Frequenzen liegen. Ferner müssen auch die Oberschwingungen des VCO3 235, wenn sie durch den digitalen Frequenzteiler 237 herabgesetzt werden, nicht in die GSM/GPRS-Empfangs- oder Übertragungsbänder fallen.
Ferner gleicht keine der Frequenzen eines VCO's der eines anderen VCO, um eine direkte Kopplung zu verhindern, was in einem ernst zunehmenden Rückgang der Spektrenleistung resultieren würde. Die VCO's mit einem kleinen Einstellbereich zeigen eine bessere Spektrenleistung als jene mit einem breiten Einstellbereich und sind deshalb in einem Mehrband-Frequenzsynthesizer nach vorliegender Erfindung bevorzugt verwendet. Das ist speziell für VCO3 235 zutreffend. Die VCO's mit einer Maximalfrequenz gleich oder nicht weit über der benutzten maximalen Frequenz sind bevorzugt, weil der Energieverbrauch eines VCO mit seiner maximalen Frequenzspezifikation zunimmt, wodurch wiederum die Ladeintervalle eines mobilen Endgerätes verkürzt werden.
Zum Kleinhalten der Tiefpassfilter 238 und 242 müssen Bildfrequenzen, die komplexes Filtern erfordern, vermieden werden. Die Maximumwerte von f₀₃/M₁ dürfen deshalb 0,1 f₀₂ nicht überschreiten, um eine wirksame Sättigung störender Bestandteile an dem Ausgang des Frequenzmischers 227 zu erreichen.
Der Frequenzplan der 3 zeigt ferner die Filtercharakteristiken des Schleifenfilters 214 (LPF1), der anzeigt, dass seine Bandbreite ausreichend breit ist, um ein schnelles Umschalten der Frequenzen in dem VCO 215 zu ermöglichen, aber ist auch ausreichend eng, um das Phasenrauschen im Ausgangsspektrum des phasengekoppelten Frequenzsynthesizers 211 zu verhindern.
Die Frequenzen der VCO's sind auf eine solche Art und Weise gewählt, dass weder die Frequenzen selbst noch eine im Prozess erzeugte Oberschwingung innerhalb eines Bands mit maximalen Anforderungen an eine Störungsunterdrückung fallen. Für den dritten Synthesizerzweig 204 des Mehrband-Frequenzsynthesizers 200 nach vorliegender Erfindung muss das Besagte auf die Frequenzen und Oberschwingungen Gier Signale angewandt werden, die durch VCO3 235 geteilt durch M1 erzeugt sind. Auf diese Weise sind die Anforderungen an die Außerbandemissionen entsprechend dem GSM-Standard 0505 wie in 4 gezeigt mit minimalem Konstruktionsaufwand durch eine niedrige Schaltungskomplexität erfüllt.

Claims

Frequenzsynthesizer-Anordnung zum Erzeugen von Signalen mit Frequenzen für die UMTS- und GSM/GPRS-Frequenzbänder, aufweisend: – eine Referenzfrequenzquelle (201) zum Bereitstellen eines Signals von konstanter Referenzfrequenz, – eine erste Frequenzsynthesizer-Untereinheit (202) zum Umsetzen des Signals der Referenzfrequenzquelle (201) in ein Signal mit einer Frequenz im Bereich eines ersten Frequenzbandes, – eine zweite Frequenzsynthesizer-Untereinheit (203) zum Umsetzen des Signals der Referenzfrequenzquelle (201) in ein Signal mit einer Frequenz im Bereich eines zweiten Frequenzbandes, wobei die zweite Frequenzsynthesizer-Untereinheit (203) das Signal der Referenzfrequenzquelle (201) ferner in ein Signal mit einer Zwischen- frequenz umzusetzen, und eine dritte Frequenzsynthesizer-Untereinheit (204) ausgebildet ist, das Signal der Referenzfrequenzquelle (201) in ein Hilfssignal mit einer festen Frequenz umzusetzen, welches zusammen mit dem Signal der Zwischenfrequenz zum Erzeugen von Signalen mit Frequenzen im Bereich eines dritten und eines vierten Frequenzbandes benutzt ist, ferner aufweisend einen Frequenzmischer (227), der ausgebildet ist, ein Signal von der zweiten Frequenzsynthesizer-Untereinheit (203) mit einem von dem Hilfssignal abgeleiteten Signal zum Bilden eines Signals in einem Bereich des dritten Frequenzbandes oder zum Bilden eines Vorläufers zum Herleiten eines Signals in einem Bereich des vierten Frequenzbandes zu mischen, und einen Frequenzteiler (241), der ausgebildet ist, ein Signal in einem Bereich des vierten Frequenzbandes aus einem Signal, das durch den Frequenzmischer (227) bereitgestellt ist, durch das Teilen der Frequenz des von dem Frequenzmischer (227) bereitgestellten Signals mit einer ganzen Zahl abzuleiten, wobei die Frequenzen des ersten Frequenzbandes Werte von einem von den Frequenzbereichsintervallen von 1900 MHz bis 1980 MHz und von 2010 MHz bis 2025 MHz annehmen, die Frequenzen des zweiten Frequenzbandes Werte des Frequenzbereichsintervalls von 2110 MHz bis 2170 MHz annehmen, die Frequenzen des dritten Frequenzbandes Werte von einem von den Frequenzbändern, die innerhalb eines Intervallbereichs von 1710 MHz bis 1990 MHz liegen, annehmen, und die Frequenzen des vierten Frequenzbandes Werte von einem von den Frequenzbändern, die innerhalb eines Intervallbereichs von 880 MHz bis 960 MHz liegen, annehmen.
Frequenzsynthesizer-Anordnung nach Anspruch 1, wobei eine Frequenzsynthesizer-Untereinheit (202, 203, 204) einen Frequenzteiler (212, 222, 232) zum Umsetzen des Signals der Referenzfrequenzquelle (201) in ein abgesetztes Signal, dessen Frequenzwert die durch eine ganze Zahl geteilte Referenzfrequenz repräsentiert, aufweist.
Frequenzsynthesizer-Einrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Frequenzsynthesizer-Untereinheit (202, 203, 204) einen phasengekoppelten Frequenzsynthesizer (211, 221, 231) zum Umsetzen des abgesetzten Signals in ein Signal, wessen Frequenz ein ganzzahliges Mehrfaches des abgesetzten Signals ist, aufweist.
Frequenzsynthesizer-Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei ein Frequenzteiler (237) ausgebildet ist, die Frequenz des Hilfssignals durch eine ganze Zahl zu teilen, bevor es dem Frequenzmischer (227) zugeführt wird.
Frequenzsynthesizer-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Tiefpassfilter (238) zum Eliminieren der Oberschwingungen benutzt ist, die in den Schaltungen zum Erzeugen von Signalen erzeugt werden, die für ein Signal einer Frequenz in einem Bereich des dritten und vierten Frequenzbandes benutzt werden.
Frequenzsynthesizer-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Tiefpassfilter (242) zum Eliminieren von Oberschwingungen benutzt ist, die durch den Frequenzteiler (241) erzeugt werden, der die Signale für das vierte Frequenzband liefert.
Mobiles Endgerät zum Verwenden mit den UMTS und GSM/GPRS-Frequenzbändern, das eine Frequenzsynthesizer-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.