DE69101063T2

DE69101063T2 - Frequenzumsetzer für eine funkübertragungsanordnung.

Info

Publication number: DE69101063T2
Application number: DE91908613T
Authority: DE
Inventors: Stephen Harman
Original assignee: Northern Telecom Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2011-05-08
Also published as: US5033110A; EP0528848A1; JPH0680986B2; JPH05502358A; CA2069104C; DE69101063D1; CA2069104A1; WO1991018445A1; EP0528848B1

Description

Technisches Gebiet und industrielle Anwendbarkeit

Diese Erfindung bezieht sich auf Frequenzumsetzer, und sie befaßt sich insbesondere mit einem Aufwärts-Umsetzer oder Aufwärts-Mischer für ein Mikrowellen-Funknachrichtenübertragungssystem.

Stand der Technik

Es ist gut bekannt, am Sender eines Mikrowellen-Funknachrichtenübertragungssystems, das QAM (Qaudraturamplitudenmodulation) verwendet, eine IF (Zwischenfrequenz) mit einem LO- (Überlagerungsoszillator-) Signal zu mischen, um ein RF- (Hochfreguenz-) Signal zu erzeugen, das Seitenbänder oberhalb und unterhalb der LO-Frequenz enthält, die als Trägerfrequenz bezeichnet wird. Lediglich ein ausgewähltes dieser Seitenbänder wird übertragen, während das andere Seitenband und die Trägerfrequenz unterdrückt werden. Es ist erwünscht, einen Gegentaktmischer mit Spiegelfrequenzunterdrückung zur verwenden, um diesen Vorgang zu erleichtern. Weil die Signalfrequenz vergrößert wird, wird dies all Aufwärts-Umsetzung oder Aufwärts-Mischung bezeichnet.
Bei derartigen Systemen, die zunehmend mehr QAM-Zustände verwenden und einen vergrößerten dynamischen Bereich erfordern, besteht eine zunehmende Notwendigkeit der Verbesserung des Signal-/Rauschverhältnisses. Dies führt zu vergrößerten Sender- Leistungspegeln. Entsprechend besteht die Notwendigkeit, die Unterdrückung der unterdrückten Seitenband- und Trägerfrequenz- Komponenten am Ausgang des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers und damit in dem zu verstärkenden und auszusendenden Signal zu verbessern. Weil die Trägerfrequenz näher an dem ausgesandten ausgewählten Seitenband liegt, als das unterdrückte Seitenband, und weil die Trägerfrequenz aufgrund der Eigenart des mit Spiegelfreguenzunterdrückung arbeitenden Mischers einen relativ höheren Pegel aufweist, stellt das Vorhandensein von Trägerfrequenzkomponenten am Ausgang des Frequenzumsetzers ein besonderes Problem dar.
Dieses Problem wird durch die Tatsache verstärkt, daß für einen linearen Betrieb des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers das IF-Signal dem Mischer mit einem wesentlich niedrigeren Pegel zugeführt werden muß, als das LO-Signal. Entsprechend können Trägerfrequenzkomponenten, die am Ausgang des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers aufgrund einer unvolsltändigen Symmetrie auftreten, eine Amplitude aufweien, die vergleichbar mit der des ausgewählten RF-Seitenbandsignals ist.
Um derartige unerwünschte Trägerfrequenzkomponenten, die im folgenden als Trägerrest bezeichnet werden, vor der Verstärkung des RF-Signals in dem Leistungsverstärker des Senders zu beseitigen, ist es bekannt, ein Filter zwischen dem Ausgang des Frequenzumsetzers und dem Eingang des Leistungsverstärkers anzuordnen. Ein derartiges Filter arbeitet jedoch bei Mikrowellenfrequenzen und muß strenge Forderungen erfüllen, um das gewünschte Seitenband bei ausreichender Unterdrückung des Trägerrestes durchzulassen, so daß es entsprechend aufwendig ist.
Es ist weiterhin aus der europäischen Patentanmeldung 347 761, die am 27. Dezember 1989 auf den Namen Hughes Aircraft Company veröffentlicht wurde, bekannt, die Gleichstromvorspannung eines mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers zu regeln, um LO-Signalkomponenten an dessen Ausgang zu beseitigen, und einen Rückführungspfad zu verwenden, der synchrone Detektoren verwendet, um diese Vorspannungsregelung selbstkorrigierend zu machen, damit die Beseitigung der LO-Signalkomponenten optimiert wird.
Ein Ziel dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Frequenzumsetzers, bei dem der Trägerrest beträchtlich verringert ist.

Beschreibung der Erfindung

Gemäß einem Grundgedanken dieser Erfindung wird ein Frequenzumsetzer geschaffen, der folgende Teile umfaßt: komplexe Mischereinrichtungen zum Mischen eines IF-(Zwischenfrequenz-) Signals mit einem LO-(Überlagerungsoszillator-) Signal zur Erzeugung eines RF-(Hochfrequenz-) Signals, Einrichtungen zur Lieferung eines komplexen Rückführungssignals an die komplexen Mischereinrichtungen zur Verringerung von Komponenten mit der LO-Frequenz in dem RF-Signal, Einrichtungen zur Kreuzmodulation des LO-Signals mit einem Niederfrequenzsignal zur Erzeugung eines komplexen modulierten Signals, Eintakt-Mischereinrichtungen zum Mischen des komplexen modulierten Signals mit einem Teil des RF-Signals zur Erzeugung eines resultierenden Signals, und Einrichtungen zur Kreuzdemodulation eines niederfrequenten Teils des resultierenden Signals mit dem niederfrequenten Signal zur Erzeugung eines komplexen Rückführungssignals.
Die komplexe Mischereinrichtung ist vorzugsweise ein Mischer mit Spiegelfrequenzunterdrückung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Kreuzmodulationseinrichtung eine Einrichtung zur Lieferung von zwei Phasenquadraturkomponenten des LO-Signals, eine Einrichtung zur Modulation jeder Phasenquadraturkomponente des LO-Signals mit einer jeweiligen von zwei Phasenquadraturkomponenten des Niederfrequenzsignals und eine Einrichtung zum Summieren der Modulationsprodukte zur Erzeugung des komplexen modulierten Signals.
In diesem Fall umfaßt die Einrichtung zur Kreudemodulation vorzugsweise eine Einrichtung zur Tiefpaßfilterung des resultierenden Signals zur Erzeugung eines gefilterten Signals, und eine Einrichtung zum Mischen des gefilterten Signals mit jeder Phasenquadraturkomponente des Niederfrequenzsignals zur Erzeugung vor zwei Phasenquadraturkomponenten des komplexen Rückfüfhruncssignals.
Die Einrichtung zur Zuführung des komplexen Rückführungssignals umfaßt dann zweckmäßigerweise Einrichtungen zur Integration jeder Phasenquadraturkomponente des komplexen Rückführungssignals und zur Zuführung jeder integrierten Phasenquadraturkomponente zu einem jeweiligen Phasenquadraturpfad des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers.
Vorzugsweise umfassen die komplexen Mischereinrichtungen einen mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer, der auf Gleichspannungs-Verschiebungssignale anspricht, um Signalkomponenten mit der LO-Frequenz in dem RF-Signal zu verringern, das Niederfrequenzsignal umfaßt Phasenquadratur-Zerhackersignale, die Einrichtung zur Kreuzdemodulation erzeugt Phasenquadratur-Korrektursignale, und die Einrichtung zur Zuführung des komplexen Rückführungssignals an die komplexe Mischereinrichtung umfaßt Einrichtungen zur Integration der Phasenquadratur-Korrektursignale zur Erzeugung der Gleichspannungsverschiebungssignale für den mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer.
Entsprechend einem weiteren Grundgedanken der Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung von LQ-(überlagerungsoszillator-) Frequenzkomponenten in einem RF-(Hochfrequenz-) Signal geschaffen, dar durch Mischen eines IF-(Zwischenfrequenz-) Signals mit dem LO-Signal in einem eine Spiegelfrequenz unterdrückenden Mischer erzeugt wird, wobei das Verfahren die Integration von Phasenquadratur-Rückführungssignalen zur Erzeugung von Gleichspannungs-Verschiebungssignalen und die Zuführung der Gleichspannungs-Verschiebungssignale an jeweilige Phasenquadraturpfade des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers, die Lieferung von Phasenquadratur-Zerhackersignalen, die Kreuzmodulation des LO-Signals mit den Zerhackersignalen und die Summierung des Ergebnisses zur Erzeugung eines komplexen modulierten Signals, die Mischung des komplexen modulierten Signals mit einem Teil des RF-Signals in einem Eintaktmischer und die Tiefpaßfilterung des Ergebnisses zur Erzeugung eines gefilterten Signals, und die Kreuzdemodulation des gefilterten Signals mit dem Zerhackersignal zur Erzeugung der Phasenquadratur-Rückführungssignale umfaßt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird weiter aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung verständlich, die im Form eines Blockschaltbildes einen Frequenzumsetzer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Ausführungsformen zur Durchführung der Erfindung

Wie dies aus der Zeichnung zu erkennen ist, umfaßt der Frequenzumsetzer einen Gegentaktmischer 10 mit Spiegelfrequenzunterdrückung, dem ein IF-(Zwischenfrequenz-) Signal an einer IF- Eingangsleitung 12 und ein LO-(Überlagerungsoszillator-) Signal über eine LO-Eingangsleitung 14 und einen Verteiler 16 zugefüfhrt, und der ein das obere Seitenband umfassendes RF- (Hochfrequenz-) Signal erzeugt, das über einen Verteiler 18 einer RF-Ausgangsleitung 20 zugeführt wird. Beispielsweise können die Frequenzen der IF- und LO-Signale in der Größenordnung von 140 MHz bzw. 4 GHz liegen.
Der mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitende Mischer ist von allgemein bekannter Form und umfaßt zwei Phasenquadratur-Hybridkoppler 22 und 24 sowie zwei Mischer 26 und 28. Das IF- Signal wird mit einem niedrigen Pegel für einen linearen Betrieb des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers über die Leitung 12 einem Eingang des Kopplers 22 zugeführt, dessen Phasenquadraturausgänge (0º und -90º) über Kondensatoren (30) für eine Gleichspannungsisolation den Signalanschlüssen der Mischer 26 bzw. 28 zugeführt werden. Überlagerungsoszillator-Anschlüsse dieser Mischer 26 und 28 werden mit dem LO-Signal bei einem relativ hohen Pegel von dem Verteiler 16 gespeist, und die Ausgänge dieser Mischer werden Phasenquadratur-Eingängen (0º und -90º) des Kopplers 24 zugeführt, dessen Ausgang dem Verteiler 18 und dann der RF-Ausgangsleitung 20 zugeführt wird.
Wie dies bereits im Vorstehenden beschrieben wurde, kann insbesondere im Hinblick auf den relativ hohen Pegel des LO-Signals ein Trägerrest oder eine Signalkomponente bei der LO- oder Trägerfrequenz am Ausgang des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers 10 aufgrund einer nicht perfekten Symmetrie auftreten, und dieser Trägerrest muß vor der Verstärkung des RF- Signals beseitigt werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird dieser Trägerrest im wesentlichen vollständig durch eine Rückführungskompensation oder einen Nullabgleich beseitigt, wie dies weiter unten beschrieben wird, so daß keine Notwendigkeit für ein nachfolgendes Trägerfrequenzfilter besteht. Entsprechend wird die im folgenden beschriebene Rückführungsschaltung als Nullabgleichschaltung bezeichnet, weil sie dazu dient, den Trägerrest zu null zu machen oder diesen beträchtlich zu veringern, so daß er aus dem Signal an der RF-Ausgangsleitung 20 entfernt wird.
Die Nullabgleichschaltung wird durch eine 5 kHz-Zerhackersignalquelle 32 zerhackerstabilisiert, die an ihren Ausgängen zwei 5 kHz-Rechteckschwingungen erzeugt, die in Phasenquadratur zueinander stehen, d.h. deren Schwingungsformen zeitlich um ein Viertel einer Periode einer Rechteckschwingung ersetzt sind, um eine hohe Isolation zwischen Phasenquadratur-Signalkomponenten zu erzielen. Die Zeichnung zeigt benachbart zu den jeweiligen Ausgängen der Quelle 32 die relative Zeitlage der Schwingungsformen an diesen Ausgängen. Die Zerhackersignale werden einem Kreuz- oder 4-Phasenmodulator 34 und einem Kreuzdemodulator 36 zugeführt, die einen Teil der Nullabgleichschaltung bilden. Die Nullabgleichschaltung umfaßt weiterhin einen Eintaktmischer 38, ein Tiefpaßfilter (LPF-) 40, einen kapazitiv gekoppelten Verstärker 42 und zwei integrierende Verstärker 44, die jeweils einen Gegenkopplungs-Integrationskondensator 46 und einen Ausgangs-Koppelwiderstand 48 einschließen.
Der 4-Phasen-Modulator 34 umfaßt einen Quadratur-Hybridkoppler 50, zwei Mischer 52 und 54 und eine Summierschaltung 56. Ein Teil des LO-Signals an der Leitung 14 wird über den Verteiler 16 einem Eingang des Kopplers 50 zugeführt, dessen Phasenquadraturausgänge (0º und -90º) den Signalanschlüssen der Mischer 52 bzw. 54 zugeführt werden. Überlagerungsoszillatoranschlüsse dieser Mischer 52 und 54 werden mit den Phasenquadratur-Zerhackersignalen von der Quelle 32 gespeist und die Ausgänge dieser Mischer werden durch die Summierschaltung 56 summiert, deren Ausgang einem Überlagerungsoszillator-Anschluß des Eintaktmischers 38 zugeführt wird. Ein kleiner Teil des RF-Signals wird von dem Verteiler 18 dem Signalanschluß des Eintaktmischers 38 zugeführt.
Der Ausgang des Eintaktmischers 38 wird dem LPF 40 zugeführt, das eine Bandbreite in der Größenordnung von 40 kHz aufweist und damit ausreichend ist, um die 5 kMz-Rechteckschwingungsform der Zerhackersignale durchzulassen. Der Ausgang dieses Filter 40 wird in dem Verstärker 42 verstärkt und den Signalanschlüssen von zwei Mischern 58 und 60 zugeführt, die den Kreuzdemodulator 36 bilden und deren Überlagerungsoszillatoranschlüssen die jeweiligen Phasenquadratur-Zerhackersignale zugeführt werden. Ausgangssignale dieser Mischer 58 und 60 werden in den integrierenden Verstärkeren 44 integriert, um Gleichspannungs- Versetzungssignale zu erzeugen, die über die Widerstände 48 den jeweiligen Phasenquadraturpfaden des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers 10 zwischen den Kondensatoren 30 und den Signalanschlüssen der Mischer 26 und 28 zugeführt werden.
Im Betrieb erzeugt der Mischer 38, obwohl er vom Eintakttyp ist, ein Quadratur- oder eine willkürliche Phase aufweisendes Ausgangssignal, weil ihm Quadratur- oder eine willkürliche Phase aufweisende Signale an seinen Signal- und Überlagerungsoszillatoranschlüssen zugeführt werden. Weiterhin arbeitet dieser Mischer 38 zusammen mit dem Tiefpaßfilter 40 und dem Verstärker 42 in einer zerhackerstabilisierten Schleife zwischen dem 4-Phasen-Modulator 34 und dem Kreuzdemodulator 36. Entsprechend dienen diese Teile der Nullabgleichschaltung zur Überwachung willkürlicher oder beliebiger Phasen des Trägerrestes am Ausgang des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers 10.
Die Phasenquadratur-Ausgänge der Mischer 58 und 60 werden integriert und als Gleichspannungs-Versetzungssignale an die Quadraturphase des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers zurückgeführt, wie dies im Vorstehenden beschrieben wurde, um einen derartigen eine willkürliche oder beliebige Phase aufweisenden Trägerrest zu kompensieren und damit zu Null zu machen. Die Zeitkonstante der integrierenden Verstärker 44 kann relativ groß sein, weil der Trägerrest für irgendeinen bestimmten mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer keiner schnellen Änderung unterworfen ist.
Es wurde festgestellt, daß ein Frequenzumsetzer der vorstehend beschriebenen Art unter Verwendung eines Eintaktmischers 38 und Zerhackerstabilisierung eine Verringerung des Trägerrestes in dem RF-Ausgangssignal von ungefähr 65 - 70 dB erzielt. Dies reicht aus, um die Notwendigkeit und die Kosten der Verwendung entweder eines nachfolgenden, eine hohe Qualität aufweisenden Trägerfrequenzfilters oder eines Phasenquadraturmischers anstelle des Eintaktmischers 38 zu vermeiden.
Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung sich auf eine spezielle Konfiguration und auf spezielle Frequenzen bezieht, ist es verständlich, daß die Erfindung allgemein auf Frequenzumsetzer anwendbar ist, und daß vielfältige Modifikationen, Abänderungen und Anpassungen durchgeführt werden können.

Claims

1. Frequenzumsetzer mit komplexen Mischereinrichtungen zum Mischen eines IF-(Zwischenfrequenz-) Signals mit einem LO- (Überlagerungsoszillator-) Signal zur Erzeugung eines RF- (Hochfrequenz-) Signals und mit Einrichtungen zur Zuführung eines komplexen Rückführungssignals an die komplexen Mischereinrichtungen zur Verringerung von Komponenten mit der LO- Frequenz in dem RF-Signal,

gekennzeichnet durch:

eine Einrichtung (34) zur Kreuzmodulation des LO-Signals mit einem Niederfrequenzsignal (32) zur Erzeugung eines komplexen modulierten Signals,

eine Eintakt-Mischereinrichtung (38) zum Mischen des komplexen modulierten Signals mit einem Teil des RF-Signals zur Erzeugung eines resultierenden Signals, und

eine Einrichtung (36) zur Kreuzdemodulation eines Niederfrequenzteils des resultierenden Signals mit dem Niederfrequenzsignal zur Erzeugung des komplexen Rückführungssignals.

2. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, bei dem die komplexen Mischereinrichtungen einen mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer (10) umfassen.

3. Frequenzumsetzer nach Anspruch 2, bei dem das komplexe Rückführungssignal zwei Phasenquadraturkomponenten umfaßt, und bei dem die Einrichtung zur Zuführung des komplexen Rückführungssignals an die komplexen Mischereinrichtungen Einrichtungen (44,46,48) zur Integration jeder Phasenquadraturkomponente und zur Zuführung jeder integrierten Pasenquadraturkomponente an einen jeweiligen Phasenquadraturpfad der komplexen Mischereinrichtungen umfaßt.

4. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, bei dem die Kreuzmodulationseinrichtung (34):

Einrichtungen (50) zur Lieferung von zwei Phasenquadraturkompanenten des LO-Signals,

Einrichtungen (52,54) zur Modulation jeder Phasenquadraturkomponente des LO-Signals mit einer jeweiligen von zwei Phasenquadraturkomponenten des Niederfrequenzsignals, und

Einrichtungen (56) zur Summierung der Modulationsprodukte zur Erzeugung des komplexen modulierten Signals umfaßt.

5. Frequenzumsetzer nach Anspruch 4, bei dem die Einrichtung (36) zur Kreuzdemodulation:

eine Einrichtung (40) zur Tiefpaßfilterung des resultierenden Signals zur Erzeugung eines gefilterten Signals und

Einrichtungen (58,69) zum Mischen des gefilterten Signals mit jeder Phasenqueadraturkomponente des Niederfrequenzsignals zur Erzeugung von zwei Phasenquadraturkomponenten des komplexen Rückführungssignals umfaßt.

6. Frequenzumsetzer nach Anspruch 5, bei dem die Einrichtung (44) zur Zuführung des komplexen Rückführungssignals an die komplexen Mischereinrichtungen (10) Einrichtungen (44,46,48) zur Integration jeder Phasenquadraturkomponente des komplexen Rückführungssignals und zur Zuführung jeder integrierten Phasenquadraturkomponente an einen jeweiligen Phasenquadraturpfad der komplexen Mischereinrichtungen umfaßt.

7. Frequenzumsetzer nach Anspruch 1, bei dem die komplexen Mischereinrichtungen einen mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer umfassen, der auf Gleichspannungs- Versetzungssignale anspricht, um Signalkomponenten mit der LO-Frequenz in dem RF-Signal zu verringern, bei dem das Niederfrequenzsignal Phasenquadratur-Zerhackersignale umfaßt, bei dem die Einrichtung (36) zur Kreuzdemodulation Phasenquadratur-Korrektursignale erzeugt, und bei dem die Einrichtung zur Zuführung des komplexen Rückführungssignals an die komplexen Mischereinrichtungen Einrichtungen (44,46) zur Integration der Phasenquadratur-Korrektursignale zur Erzeugung von Gleichspannungs-Versetzungssignalen für den mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer umfaßt.

8. Verfahren zur Verringerung von LO-(Überlagerungsoszillator-) Frequenzkomponenten in einem RF-(Hochfrequenz-) Signal, das durch Mischen eines IF-(Zwischenfrequenz-) Signals mit dem LO-Signal in einem mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischer erzeugt wird, wobei das Verfahren die Integration von Phasenquadratur-Rückführungssignalen zur Erzeugung von Gleichspannungs-Versetzungssignalen und die Zuführung der Gleichspannungs-Versetzungssignale an jeweilige Phasenquadraturpfade des mit Spiegelfrequenzunterdrückung arbeitenden Mischers umfaßt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Liefern von Phasenquadratur-Zerhackersignalen

Kreuzmodulieren des LO-Signals mit den Zerhackersignalen und Summieren des Ergebnisses zur Erzeugung eines komplexen modulierten Signals,

Mischen des komplexen modulierten Signals mit einem Teil des RF-Signals in einem Eintaktmischer und Tiefpaßfilterung des Ergebnisses zur Erzeugung eines gefilterten Signals, und

Kreuzdemodulieren des gefilterten Signals mit den Zerhackersignalen zur Erzeugung der Phasenquadratur-Rückführungssignale.