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Title:
METHOD AND ARRANGEMENT FOR WIDEBAND GENERATION OF IQ SIGNALS, IN PARTICULAR IN MULTICHANNEL SYSTEMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/215334
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for wideband generation of IQ signals involves a reference signal initially having its frequency doubled and subsequently being supplied to a master-slave D-type flip-flop (DIV2) in order to obtain an I component and a Q component of the reference signal. In one configuration, the D-type flip-flop (DIV2) is operated without a feedback path and instead the reference signal is supplied to the data input (D) of the D-type flip-flop (DIV2) with a phase shift that compensates for a phase shift caused by the frequency doubling. In this manner, a phase uncertainty between the individual channels in multichannel systems is avoided. In another configuration, the reference signal is split upstream of the circuit for IQ signal generation and firstly provided to the frequency doubler (X2) and secondly, after phase shifting, provided to one or two mixers (MixI, MixQ), which each down-convert the reference signal with either the I signal or the Q signal generated downstream of the master-slave flip-flop (DIV2) and thus each generate a DC signal indicating whether the I and Q signals have the phase uncertainty 0° or 180°. This information is then used to compensate for the phase uncertainty in the I and Q signals.

Inventors:
WELP, Benedikt (Goldammerweg 7, Essen, 45134, DE)
POHL, Nils (Küstriner Str. 17, Meckenheim, 53340, DE)
Application Number:
EP2018/063074
Publication Date:
November 29, 2018
Filing Date:
May 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E. V. (Hansastr. 27c, München, 80686, DE)
International Classes:
H03H17/08; H03K5/15
Foreign References:
DE19926358C12001-03-01
US20110200161A12011-08-18
DE3836396C11990-02-15
JP2005094113A2005-04-07
Attorney, Agent or Firm:
GAGEL, Roland (Landsberger Str. 480a, München, 81241, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur breitbandigen Erzeugung von IQ- Signalen, bei dem ein Referenzsignal zunächst in der Frequenz verdoppelt und anschließend einem Takt-Eingang (CLK) eines Master-Slave-Flipflop (DIV2) zugeführt wird, um einen I-Anteil und einen Q-Anteil des Referenzsignals zu erhalten, wobei das Master-Slave-Flipflop (DIV2) ohne Rückkopplung betrieben wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Referenzsignal zusätzlich mit einer

Phasenverschiebung am Daten-Eingang (D) des

Master-Slave-Flipflops (DIV2) eingespeist wird, um das in der Frequenz verdoppelte Referenzsignal mit dem um die zusätzliche Phase verschobenen

Referenzsignal zu synchronisieren, wobei die

Phasenverschiebung so gewählt wird, dass sie eine durch die Frequenzverdopplung verursachte Phasenverschiebung zumindest annähernd kompensiert und zusätzlich gewährleistet, dass bei Anliegen einer Flanke des in der Frequenz verdoppelten

Referenzsignals am Takt-Eingang (CLK) ein

definierter High- oder Low-Pegel des Referenzsignals am Daten-Eingang (D) des Master-Slave- Flipflops (DIV2) anliegt.

Verfahren zur breitbandigen Erzeugung von IQ- Signalen, bei dem ein Referenzsignal zunächst in der Frequenz verdoppelt und anschließend mit einem Master-Slave-Flipflop (DIV2) wieder herunter¬ geteilt wird, um einen I-Anteil und einen Q-Anteil des Referenzsignals zu erhalten,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Referenzsignal zusätzlich mit einer

Phasenverschiebung versehen und anschließend mit dem durch das Master-Slave-Flipflop erzeugten I- Anteil und/oder dem Q-Anteil des Referenzsignals gemischt wird, wobei die Phasenverschiebung so gewählt wird, dass sie eine durch die

Frequenzverdopplung und das Herunterteilen

verursachte Phasenverschiebung zumindest annähernd kompensiert, und in Abhängigkeit einer Amplitude eines durch das Mischen erhaltenen Mischsignals der I-Anteil und der Q-Anteil entweder nicht um 180° in der Phase gedreht oder korrigiert werden .

Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Drehung der Phase des I-Anteils und des Q-Anteils jeweils mit einer Gilbert-Zelle erfolgt, die den I- und den Q-Anteil entweder mit +1 oder mit -1 multipliziert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Referenzsignal für den Betrieb eines mehrkanaligen Systems in mehrere Kanäle aufgeteilt wird, wobei die Frequenzverdopplung und das

Herunterteilen oder Synchronisieren in jedem der Kanäle erfolgen, um für jeden Kanal einen I-Anteil und einen Q-Anteil des Referenzsignals synchron zu den anderen Kanälen zu erzeugen.

Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass der erzeugte I-Anteil und der erzeugte Q- Anteil in jedem der Kanäle einem Vektor-Addierer (VA) für den Betrieb eines Phased-Array Systems zugeführt werden.

Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Referenzsignal für den Betrieb eines mehrkanaligen Systems in mehrere Kanäle aufgeteilt wird, wobei die Frequenzverdopplung und das

Herunterteilen in jedem der Kanäle erfolgen, um für jeden Kanal einen I-Anteil und einen Q-Anteil des Referenzsignals synchron zu den anderen

Kanälen zu erzeugen, der erzeugte I-Anteil und der erzeugte Q-Anteil in jedem der Kanäle einem

Vektor-Addierer (VA) für den Betrieb eines Phased- Array Systems zugeführt werden und die Drehung der Phase des I-Anteils und des Q-Anteils in

Abhängigkeit der Amplitude des durch das Mischen erhaltenen Mischsignals jeweils in dem Vektor- Addierer (VA) erfolgt.

Anordnung zur breitbandigen Erzeugung von IQ- Signalen mit einem oder mehreren Signalkanälen, wobei jeder Signalkanal einen Frequenzverdoppler (X2) und ein Master-Slave-Flipflop (DIV2) ohne Rückkopplungs-Pfad aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Signaleingang der Anordnung zusätzlich über eine Einrichtung zur Erzeugung einer

zusätzlichen Phase (φ) mit einem Daten-Eingang (D) des Master-Slave-Flipflops (DIV2) verbunden ist und der Frequenzverdoppler (X2) und das Master- Slave-Flipflop (DIV2) so ausgebildet und

verschaltet sind, dass ein am Signaleingang der Anordnung anliegendes Referenzsignal durch den Frequenzverdoppler (X2) in der Frequenz verdoppelt und anschließend einem Takt-Eingang (CLK) des Master-Slave-Flipflops (DIV2) zugeführt wird, durch das das in der Frequenz verdoppelte

Referenzsignal mit dem um die zusätzliche Phase verschobenen Referenzsignal am Daten-Eingang (D) des Master-Slave-Flipflops (DIV2) synchronisiert wird und an einem ersten Ausgang des Master-Slave-

Flipflops (DIV2) ein I-Anteil und an einem zweiten Ausgang ein Q-Anteil des Referenzsignals

bereitgestellt wird,

wobei die Einrichtung zur Erzeugung einer

zusätzlichen Phase (φ) so ausgebildet ist, dass sie ein am Signaleingang der Anordnung anliegendes Referenzsignal mit einer Phasenverschiebung versieht, die eine durch die Frequenzverdopplung verursachte Phasenverschiebung zumindest annähernd kompensiert und zusätzlich gewährleistet, dass bei

Anliegen einer Flanke des in der Frequenz

verdoppelten Referenzsignals am Takt-Eingang (CLK) ein definierter High- oder Low-Pegel des Referenzsignals am Daten-Eingang (D) des Master-Slave- Flipflops (DIV2) anliegt.

8. Anordnung zur breitbandigen Erzeugung von IQ- Signalen mit einem oder mehreren Signalkanälen, wobei jeder Signalkanal einen Frequenzverdoppler (X2) und ein Master-Slave-Flipflop (DIV2)

aufweist, die so ausgebildet und verschaltet sind, dass ein an einem Signaleingang der Anordnung anliegendes Referenzsignal durch den Frequenz¬ verdoppler (X2) in der Frequenz verdoppelt und anschließend einem Takt-Eingang (CLK) des Master- Slave-Flipflops (DIV2) zugeführt wird, durch das das in der Frequenz verdoppelte Referenzsignal wieder herunterteilt und an einem ersten Ausgang ein I-Anteil und an einem zweiten Ausgang ein Q- Anteil des Referenzsignals bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet,

dass weiterhin wenigstens ein Mischer (Mixl,

MixQ) , eine Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase (φ) und eine Einrichtung zur Phasenkorrektur so in der Anordnung verschaltet sind, dass ein am Signaleingang anliegendes

Referenzsignal zusätzlich über die Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase (φ) und den

Mischer (Mixl, MixQ) mit dem am ersten Ausgang bereitgestellten I-Anteil und/oder dem am zweiten Ausgang bereitgestellten Q-Anteil des Referenzsignals gemischt wird und in Abhängigkeit einer Amplitude eines durch das Mischen erhaltenen

Mischsignals der I-Anteil und der Q-Anteil durch die Einrichtung zur Phasenkorrektur entweder nicht oder um 180° in der Phase gedreht oder korrigiert werden,

wobei die Einrichtung zur Erzeugung einer

zusätzlichen Phase (φ) so ausgebildet ist, dass sie ein am Signaleingang der Anordnung anliegendes Referenzsignal mit einer Phasenverschiebung versieht, die eine durch die Frequenzverdopplung und das Herunterteilen verursachte Phasenverschiebung zumindest annähernd kompensiert. 9. Anordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Einrichtung zur Phasenkorrektur durch eine Gilbert-Zelle gebildet wird. 10. Anordnung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Einrichtung zur Phasenkorrektur durch einen Vektor-Addierer (VA) gebildet ist. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,

dass bei Vorliegen mehrerer Signalkanäle die Einrichtungen zur Phasenkorrektur der einzelnen Signalkanäle jeweils so aufeinander abgestimmt sind, dass die in jedem Signalkanal erzeugten I-

Anteile und Q-Anteile synchron zu den I-Anteilen und Q-Anteilen der jeweils anderen Signalkanäle sind .

Description:
Verfahren und Anordnung zur breitbandigen Erzeugung von IQ-Signalen, insbesondere in Mehrkanal-Systemen

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur breitbandigen und synchronen Erzeugung von IQ-Signalen, insbesondere in mehr- kanaligen Systemen, bei denen ein Referenzsignal zunächst in der Frequenz verdoppelt und anschließend einem Master-Slave-Flipflop zugeführt wird, um einen I-Anteil und einen Q-Anteil des Referenzsignals zu erhalten .

Für viele Anwendungen, egal ob in Radar- oder Kommunikationssystemen, sind Signale notwendig, die zueinander um 90° in der Phase verschoben sind.

Derartige Signale werden auch als Quadratur- oder IQ- Signale bezeichnet. Man kann IQ-Signale zum Beispiel direkt über IQ-Oszillatoren oder aus einem Referenzsignal mit einem Phasenschieber erzeugen. Phasen- Schieber können dabei aktiv oder passiv realisiert werden. Passive Realisierungen haben den Nachteil, dass sie IQ-Signale nur schmalbandig erzeugen können.

Demgegenüber bieten aktive Komponenten eine effiziente Möglichkeit, IQ-Signale extrem breitbandig zu

generieren.

Stand der Technik

Für die Erzeugung breitbandiger IQ-Signale ist eine Anordnung bekannt, bei der ein Referenzsignal f ref , in zunächst mit einem Frequenzverdoppler X2 in der Frequenz verdoppelt und anschließend mit einem

statischen Teiler oder Master-Slave-D-Flipflop DIV2 wieder heruntergeteilt wird. Das Flipflop DIV2 enthält dabei das I- und das Q-Signal, welche jeweils an einen Ausgang als Ausgangssignale f 0U t , Q / fout , i ausgegeben werden können. Eine derartige Anordnung ist beispiel ¬ haft in Figur 1 dargestellt. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht jedoch darin, dass derartige Flipflops, in Konfiguration als statischer Teiler, zum Teilen von Frequenzen eine

Rückkopplung FB enthalten, die das Flipflop ohne

Eingangssignal instabil macht, wodurch die Signalpfade im Flipflop schwingen. Wird ein derartiges Flipflop eingeschaltet oder das Signal kurz von seinem Eingang getrennt und anschließend wieder angelegt, entsteht eine Phasenunsicherheit der IQ-Signale f 0U t , Q / fout , i / denn das Flipflop kann entweder in einem High- oder einem Low-Zustand als Anfangszustand einrasten. Dadurch erhalten die IQ-Signale entweder eine zusätzliche

Phasenlage von 0° oder von 180°.

In einkanaligen Systemen ist diese Eigenschaft oft vernachlässigbar. In mehrkanaligen Systemen hingegen, in denen jeder einzelne Kanal oder ein Kanalbündel aus einem Referenzsignal jeweils eigene IQ-Signale erzeugen soll, führt dies zwangsläufig zu einer Asynchronizität der Kanäle, da die 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicherheit der

Flipflops in allen Kanälen zufällig verteilt ist. Somit entstehen Phasenfehler und die einzelnen Kanäle sind nicht mehr synchron zueinander. Figur 2 zeigt

beispielhaft ein Blockschaltbild eines derartigen mehrkanaligen Systems. Das Eingangs-Referenzsignal f ref , i n wird zunächst durch ein Verteilnetzwerk K auf N Kanäle aufgeteilt. Für jeden dieser Kanäle erfolgt dann eine Verdopplung des Referenzsignals im Frequenzver- doppler X2 und anschließend ein Herunterteilen mit einem Master-Slave-D-Flipflop DIV2 als statischem

Teiler, wodurch für jeden der Kanäle ein I- und ein Q- Anteil des Referenzsignals erhalten wird. Bei dem

Beispiel der Figur 2 handelt es sich um ein Phased- Array Sendesystem, in dem die auf diese Weise erzeugten IQ-Signale genutzt werden, um mit einem Vektor-Addierer VA die Phase jedes Sendekanals so zu verschieben, dass sich die über die Antennen TX abgestrahlten Signale durch konstruktive Interferenz in beliebige Richtungen bündeln lassen. Der Vektor-Addierer VA wird hierzu über eine geeignete Steuerung (Control) angesteuert. Die Anwendung in Phased-Array Systemen ist besonders interessant, da sich durch Strahlformung (Beamforming) der Sendewellen die Systemdynamik und damit auch die Reichweite erhöhen lassen. Auch ein Einsatz in

mehrkanaligen Empfängern, in denen Phasenschieber, Delays (verzögerte Phase) oder im Allgemeinen IQ- Signale für beliebige Zwecke benötigt werden, ist möglich .

Bei einer derartigen Anwendung, bei der die

Synchronizität der einzelnen Kanäle von fundamentaler Bedeutung ist, verhindert die 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicherheit der IQ-Signale jedoch die Einsetzbarkeit des klassischen Konzepts der Figur 1 für die genannten

Beispiele. Betrachtet man das Phased-Array System aus Figur 2, so erzeugt die 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicherheit destruktive Interferenzen der elektromagnetischen Sendewellen, wodurch die Systemperformance verschlechtert wird.

Daher wurden bisher zumeist schmalbandige und passive Komponenten verwendet, um IQ-Signale in

mehrkanaligen Systemen zu erzeugen. Sobald jedoch ein etwas breitbandigerer Frequenzbereich abgedeckt werden soll, entstehen hier Abweichungen von der Soll-Phase der verarbeiteten Signale und die Systemperformance verschlechtert sich. Eine stabile und präzise Phase mit passiven Komponenten zu erzeugen, wird schwieriger, je größer der angestrebte Frequenzbereich ist.

Die JP 2005094113 A beschreibt eine Anordnung und ein Verfahren zur Erzeugung von IQ-Signalen, bei dem ein Referenzsignal zunächst in der Frequenz verdoppelt und anschließend einem Takt-Eingang eines Master-Slave- Flipflop zugeführt wird, um einen I-Anteil und einen Q- Anteil des Referenzsignals zu erhalten. Das Master- Slave-Flipflop wird hierbei ohne Rückkopplung

betrieben .

Für das in der Figur 2 dargestellte mehrkanalige System ist es prinzipiell möglich, die IQ-Signale bereits direkt hinter dem Referenzoszillator, d.h. vor der Signalverteilung, zu erzeugen, womit der Phasenfehler von 0° oder 180° in allen Kanälen gleich und damit synchron wäre, allerdings steigt hierdurch der Verdrahtungsaufwand im Verteilnetzwerk und das Risiko für Phasenfehler der IQ-Signale durch diese Verdrahtung. Daher ist es optimal, wenn jeder Kanal seine eigenen IQ-Signale generiert, die eine exakte, stabile und breitbandige 90 ° -Phasenlage zueinander haben. So erhält der Vektor-Addierer nahezu perfekte IQ-Signale und Strahlformung wird für dieses Phased-Array System für einen großen Frequenzbereich möglich. Auch bei MIMO-Empfängern, bei denen jeder Kanal unterschiedliche Signale von verschiedenen Antennen empfängt, muss jeder Kanal eine separate IQ-Signalgenerierung besitzen, damit die Signale der einzelnen Kanäle synchron

zueinander in Phase verschoben oder verzögert und so verarbeitet werden können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur

breitbandigen Erzeugung von IQ-Signalen ohne 0°/180°- Phasenunsicherheit anzugeben.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit den Verfahren und den

Anordnungen gemäß den Patentansprüchen 1, 2, 7 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren und der Anordnungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden

Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird in

bekannter Weise entsprechend dem bereits beschriebenen klassischen Konzept ein Referenzsignal zunächst in der Frequenz verdoppelt und anschließend dem Takt-Eingang eines Master-Slave-Flipflop, insbesondere eines Master- Slave-D-Flipflop, zugeführt, um einen I-Anteil und einen Q-Anteil des Referenzsignals zu erhalten. Zur Vermeidung der bei diesem Prinzip auftretenden

Phasenunsicherheit werden zwei Lösungsvarianten vorgeschlagen, bei denen jeweils zusätzlich das

Referenzsignal mit einer Phasenverschiebung bei der Signalverarbeitung genutzt wird.

Bei der ersten Lösungsvariante wird das Master- Slave-Flipflop ohne Rückkopplung betrieben. Stattdessen wird das Referenzsignal mit einer Phasenverschiebung am Daten-Eingang des Master-Slave-Flipflops eingespeist, wobei die Phasenverschiebung so gewählt wird, dass sie eine durch die Frequenzverdopplung verursachte

frequenzabhängige Phasenverschiebung des am Takt- Eingang des Flipflops anliegenden frequenzverdoppelten Referenzsignals kompensiert. Zusätzlich ist die

Phasenverschiebung so gewählt, dass beim vom Takt- Eingang gesteuerten Umschalten des Master-Slave- Flipflops (in den Beispielen wird ein flankenge ¬ steuertes Flipflop verwendet, welches bei einer

Taktflanke umschaltet) ein definierter High- oder Low- Pegel am Daten-Eingang des Master-Slave-Flipflops anliegt, der dann vom Flipflop eingelesen werden kann. Durch diese aktive Einspeisung des phasenverschobenen

Referenzsignals am Daten-Eingang ist zu jedem Zeitpunkt die Phasenlage des I-Anteils und des Q-Anteils am

Ausgang des Master-Slave-Flipflops eindeutig

festgelegt, so dass keine 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicherheit mehr auftritt.

Bei der zweiten Lösungsvariante wird das Master- Slave-Flipflop in bekannter Weise mit Rückkopplung in der Konfiguration als statischer Teiler betrieben. Bei dieser Variante wird das Referenzsignal zusätzlich mit einer Phasenverschiebung jeweils mit dem I-Anteil und/oder dem Q-Anteil am Ausgang des Master-Slave- Flipflops gemischt, wobei die Phasenverschiebung des Referenzsignals in diesem Fall so gewählt wird, dass sie die durch die Frequenzverdopplung und das

anschließende Herunterteilen versursachte frequenz ¬ abhängige Phasenverschiebung zumindest annährend kompensiert. Die Amplitude des durch das Mischen erhaltenen Mischsignals des I-Anteils und des Q-Anteils mit dem phasenverschobenen Referenzsignal gibt dann Aufschluss darüber, ob die I- und Q-Anteile entweder nicht oder um 180° in der Phase gedreht vorliegen. Die Ausgangssignale der Mischer werden anschließend dazu genutzt, um die Phase der I- und Q-Signale zu

korrigieren. Dies kann beispielsweise in der

Kontrolllogik des Vektor-Addierers wie in Figur 6 oder mit Gilbert-Zellen als Verstärkern zur Phasendrehung wie in Figur 5 geschehen. Auch auf diese Weise wird somit sichergestellt, dass die am Ausgang der Anordnung bzw. durch das vorgeschlagene Verfahren erhaltenen I- und Q-Anteile bzw. der addierten I- und Q-Signale hinter dem Vektor-Addierer VA keine 0°/180°- Phasenunsicherheit mehr aufweisen.

Bei der zugehörigen Anordnung zur breitbandigen Erzeugung von IQ-Signalen mit einem oder mehreren

Signalkanälen weist jeder Signalkanal einen

Frequenzverdoppler und ein Master-Slave-Flipflop auf. Durch den Frequenzverdoppler wird ein am Signaleingang der Anordnung anliegendes Referenzsignal in der

Frequenz verdoppelt und in den Takt-Eingang des

Flipflops eingespeist. Durch das Flipflop wird dann an einem ersten Ausgang ein I-Anteil und an einem zweiten Ausgang ein Q-Anteil des Referenzsignals bereit ¬ gestellt. In einer ersten Ausgestaltung zeichnet sich diese Anordnung dadurch aus, dass das Flipflop keinen

Rückkopplungs-Pfad aufweist und der Daten-Eingang des Flipflops mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase verbunden ist, deren Eingang mit dem Signaleingang der Anordnung verbunden ist. Die

Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase ist dabei derart ausgebildet, dass sie das am Signaleingang der Anordnung anliegende Referenzsignal mit einer zusätzlichen Phase versieht, die einerseits die durch die Frequenzverdopplung verursachte frequenzabhängige Phasenverschiebung zumindest annährend kompensiert und andererseits gewährleistet, dass bei einer Taktflanke am Takt-Eingang ein definierter High- oder Low-Pegel am Daten-Eingang anliegt, und mit dieser zusätzlichen Phase dem Daten-Eingang des Flipflops zuführt.

In der zweiten Ausgestaltung weist das Flipflop in bekannter Weise den Rückkopplungs-Pfad zwischen dem Q- Ausgang des Slave und dem Daten-Eingang des Master auf. In dieser Ausgestaltung ist ebenfalls wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase vorgesehen, an deren Eingang das Referenzsignal

anliegt. Der Ausgang dieser Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase ist mit einem ersten Eingang eines Mischers verbunden, über dessen zweiten Eingang der am ersten oder zweiten Ausgang des Flipflops erhaltene I-Anteil oder Q-Anteil zugeführt wird. Der Mischer mischt somit den I-Anteil oder den Q-Anteil mit dem mit einer zusätzlichen Phase versehenen Referenzsignal. Die Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzlichen Phase ist dabei wiederum so ausgebildet, dass sie das Referenzsignal mit einer zusätzlichen Phase versieht, die die durch die Frequenzverdopplung und das Herunterteilen verursachte frequenzabhängige

Phasenverschiebung zumindest annähernd kompensiert. Das am Ausgang des Mischers erhaltene Ausgangs- bzw.

Mischsignal dient als Eingangssignal für eine

Einrichtung zur Phasenkorrektur um 0° oder 180°, mit der jeweils der erste Ausgang mit I-Signalanteil und der zweite Ausgang mit Q-Signalanteil des Flipflops verbunden sind. Diese Einrichtung zur Phasenkorrektur ist so ausgebildet, dass sie die Phase des I-Anteils und des Q-Anteils in Abhängigkeit vom Ausgangsignal des Mischers entweder nicht oder um 180° dreht bzw.

entsprechend korrigiert. Bei dieser Einrichtung kann es sich beispielsweise um eine Gilbert-Zelle handeln, eine für den ersten und eine für den zweiten Ausgang des Flipflops, die das I- oder Q-Signal entweder mit +1 oder -1 multipliziert und so um 0° oder 180°

verschiebt. Alternativ - beispielsweise bei Nutzung in einem Phased-Array System - kann auch ein Vektor- Addierer genutzt werden, der die Phasenlage der I- und Q-Signale kennt und in dessen Kontrolllogik dies bei der Einstellung der gewünschten Phasenlage in jedem Kanal berücksichtigt und entsprechend kompensiert wird. Mit dem Verfahren und der zugehörigen Anordnung werden in jedem Kanal eines mehrkanaligen Sende- oder Empfangssystems synchrone IQ-Signale erhalten, die in der Phase sehr stabil und präzise über einen extrem großen Frequenzbereich sind und beispielsweise mit einem Vektor-Addierer dazu genutzt werden können, die Signalphase jedes Kanals gezielt zu verschieben. Die untere Grenzfrequenz liegt hierbei bei 0 Hz und die obere Grenzfrequenz ist nur durch die Komponente des Systems mit der geringsten maximalen Arbeitsfrequenz bestimmt. So konnten in einer bereits umgesetzten

Realisierung beider Lösungen in einer Silizium- Germanium Technologie Frequenzen von über 30 GHz erreicht werden. Durch weitere Optimierungen oder andere Halbleiter-Technologien wie bspw. InP, GaAs, etc. können auch höhere Frequenzen erreicht werden. Bereits veröffentlichte Publikationen zeigen

Schaltungskomponenten in Silizium-Germanium, die 60 GHz und mehr als obere Grenzfrequenz erreicht haben. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen

Anordnung wird somit eine Signal-Synchronizität und extrem hohe Bandbreite für mehrkanalige Systeme

erreicht, in denen IQ-Signalgenerierung benötigt wird.

Das Verfahren und die zugehörige Anordnung lassen sich in allen Anwendungen einsetzen, in denen jeder Kanal eines mehrkanaligen Systems eine stabile und breitbandige IQ-Signalgenerierung benötigt, die

synchron zu allen anderen Kanälen ist. Dies ist

beispielsweise in Phased-Array-Kanälen der Fall, um mit Vektor-Addierern Strahlformung zu betreiben.

Strahlformung kann bei allen Sendesystemen (Radar, Mobilfunk, etc.) eingesetzt werden. Auch auf Empfänger- seite von (insb. mehrkanaligen) Radar- oder

Mobilfunksystemen, wo jeder Empfangskanal Signale einer anderen Antenne empfängt und diese Signale in jedem Kanal in der Phase verschoben, moduliert oder

demoduliert werden sollen, kann das vorgeschlagene Verfahren bzw. die vorgeschlagene Anordnung eingesetzt werden. Beispiele hierfür sind der Einsatz in (insb. mehrkanaligen) Kommunikationssystemen (z.B. bei

Verfahren, die orthogonale Träger verwenden (OFDM) , QAM, Rake-Receiver) und Radarsystemen (z.B. bei Phased- Array Beamforming, IQ-Receiver für Image Rejection), jeweils auf Sender ¬ und Empfängerseite.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung werden nachfolgend anhand von Ausführungs ¬ beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel für eine klassische

breitbandige IQ-Signalgenerierung gemäß dem Stand der Technik (enthält 0°/180°- Phasenunsicherheit der I- und Q- Ausgangssignale) ;

Fig. 2 ein Beispiel für eine klassische

breitbandige IQ-Signalgenerierung für ein Phased-Array Sendesystem gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 ein erstes Beispiel für eine Anordnung zur breitbandigen IQ-Signalgenerierung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren;

Fig. 4 das Beispiel der Figur 3 in einem

mehrkanaligen Phased-Array Sendesystem;

Fig. 5 ein zweites Beispiel für eine Anordnung zur breitbandigen IQ-Signalgenerierung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren; und Fig. 6 das Beispiel der Figur 5 in einem mehrkanaligen Phased-Array Sendesystem.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Anordnung für die klassische breitbandige IQ-Signalgenerierung, bei der ein

Referenzsignal f re f,in zunächst in einem Frequenz- verdoppler X2 in der Frequenz verdoppelt und

anschließend mit einem Master-Slave-D-Flipflop DIV2 wieder heruntergeteilt wird. Das Flipflop enthält dabei das I- und das Q-Signal welche als Ausgangssignale fout , Q / fout , i ausgegeben werden können. Das

frequenzverdoppelte Eingangssignal wird dabei in bekannter Weise mit den Takt-Eingängen CLK des Master und des Slave verbunden. Der Q-Ausgang des Slave ist über einen Rückkopplungs-Pfad FB mit dem Daten-Eingang D des Master verbunden. Wie bereits im einleitenden Teil erläutert wurde, tritt bei einem derartigen System eine Phasenunsicherheit der IQ-Signale am Ausgang auf, die entweder eine Phasenlage von 0° oder eine

zusätzliche Phasenlage von 180° erhalten.

Figur 2 zeigt ein mehrkanaliges System gemäß dem Stand der Technik, bei dem diese Anordnung in jedem Kanal zur Generierung der IQ-Signale eingesetzt wird.

Durch die 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicherheit der Flipflops, die in allen Kanälen zufällig auftritt, entstehen

Phasenfehler und die einzelnen Kanäle sind nicht mehr synchron. Gerade in einem Phased-Array Sendesystem, wie es in der Figur 2 dargestellt ist, führt diese

Phasenunsicherheit zu unerwünschten destruktiven

Interferenzen der elektromagnetischen Sendewelle. Figur 3 zeigt nun ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, mit der die oben

beschriebenen Phasenunsicherheiten vermieden werden. Bei der Anordnung der Figur 3 wurde der Rückkopplungs- Pfad des als statischer Teiler eingesetzten Master-

Slave-D-Flipflops DIV2 im Vergleich zu Figur 1 entfernt und stattdessen das Referenzsignal f re f,in mit dem Daten- Eingang D des Master über eine Einrichtung φ zur

Erzeugung einer zusätzlichen Phase verbunden. Das Flipflop wird jetzt als echtes Flipflop zur Signal- synchronisierung mit dem Takt (verdoppeltes

Referenzsignal hinter dem Frequenzverdoppler X2) genutzt. Hierbei ist es erforderlich, den mit der

Frequenz variierenden Phasenversatz, der durch den Frequenzverdoppler X2 entsteht, zu kompensieren, indem auch das Referenzsignal mit Hilfe einer Schaltung, der Einrichtung φ, um in etwa denselben Phasenversatz verzögert wird. Es ist wichtig, dass bei einer Flanke am Takt-Eingang CLK des Flipflops ein stabiler Zustand des Referenzsignals am Daten-Eingang D des Flipflops anliegt und nicht ebenfalls eine Flanke des Referenz ¬ signals. Der zur Kompensation erzeugte Phasenversatz wird daher diesbezüglich entsprechend angepasst. Am Ausgang des D-Flipflops werden dann der I-Anteil des Referenzsignals f ou t , i und der Q-Anteil des

Referenzsignals f 0U t , Q ohne die 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicher ¬ heit erhalten. Als Frequenzverdoppler X2 kann

beispielsweise eine Gilbert-Zelle eingesetzt werden, die das Eingangssignal mit sich selbst mischt und so verdoppelt. Als Einrichtung φ zur Erzeugung der

zusätzlichen Phase kann beispielsweise eine oder mehrere Emitterschaltungen mit Lastwiderständen oder komplexen Lastimpedanzen verwendet werden, um den (frequenzabhängigen) Phasenversatz des Referenzsignals, das die anderen Komponenten (X2 und evtl. Teile des Flipflops) durchläuft, nachzumodellieren . In dem Beispiel der Figur 4 wird die in Figur 3 beschriebene Anordnung in einem mehrkanaligen Phased- Array Sendesystem eingesetzt, wie sie bereits in

Verbindung mit Figur 2 beschrieben wurde. Die Vektor- Addierer VA erhalten nun in jedem Kanal IQ-Signale, die synchron zu denen der anderen Kanäle sind. Dadurch können die abgestrahlten Signale dieses Phased-Array Systems durch Strahlformung in bestimmte Richtungen gebündelt werden. Der Vektor-Addierer VA wird hierzu in bekannter Weise über eine Steuerung (Control)

angesteuert.

Figur 5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine

Ausgestaltung einer Anordnung bzw. eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel wird das D-Flipflop als statischer Teiler DIV2 mit dem Rückkopplungs-Pfad FB betrieben. Bei dieser Lösung wird allerdings jeweils ein Abwärtsmischer MixQ, Mixl eingesetzt, um das um eine Phase verschobene Referenzsignal f ref , in mit dem I- oder dem Q-Signal des statischen

Teilers DIV2 zu mischen. Auch hier ist es wieder wichtig, das Referenzsignal mit einer geeigneten

Einrichtung φ um dieselbe Phase zu verzögern wie das Signal, das durch den Frequenzverdoppler X2 und den Teiler DIV2 läuft, um die Breitbandigkeit der IQ- Signalgenerierung zu gewährleisten. Die IQ-Signale enthalten hierbei zunächst nach wie vor am Ausgang des Teilers DIV2 die 0 ° /l 80 ° -Phasenunsicherheit . Am Ausgang der Mischer MixQ, Mixl erhält man dann je nach Phasenlage der I- und Q-Signale (entweder 0° oder 180°) ein DC-Signal, welches entweder „High" oder „Low" ist. Diese Information wird anschließend dazu genutzt, um einen der beiden möglichen Phasenlagen der IQ-Signale (zum Beispiel 180°) zu kompensieren. Dies kann

beispielsweise, wie in Figur 5 dargestellt, mit

Verstärkern erfolgen, die das Signal bei Bedarf um 180° drehen. Beispielsweise kann hierzu eine Gilbert-Zelle eingesetzt werden, die das I- oder Q-Signal mit +1 oder -1 multipliziert/mischt. Eine weitere Möglichkeit zur Kompensation ist in Figur 6 anhand des bekannten

Phased-Array Systems gezeigt. Hier wird die Information über die Phasenlage der IQ-Signale über die Mischer MixQ/MixI dem Vektor-Addierer VA übergeben, in dessen Kontrolllogik (Control) die Phasenänderung zu seinem Ausgang hin so eingestellt wird, dass die Phasen ¬ unsicherheit kompensiert und die gewünschte Phasenlage der Sendesignale eingestellt wird. Somit werden auch bei dieser Ausgestaltung alle IQ-Signale in allen

Kanälen eines mehrkanaligen Systems auf das Referenzsignal synchronisiert.

Bezugs zeichenliste

X2 Frequenz erdoppler

DIV2 Statischer Tei1er/Master-Slave-D-Flipflop

FB Rückkopplung

D Daten-Eingang

CLK Takt-Eingang

Q Q-Ausgang

K Verteilernetzwerk

N Anzahl der Kanäle

TX Sendeantennen

VA Vektor-Addierer

φ Einrichtung zur Erzeugung einer zusätzl. Phase

Mixl Mischer

MixQ Mischer