DE60309174T2 - Ultrabreitbandiger signalempfänger mit frequenz-subbändern - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Signalempfänger und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen Signalempfänger, der für das Empfangen eines Funksignals mit einer breiten Bandbreite geeignet ist.
• Die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung, um wenigstens die Basisbandverarbeitung eines Funkempfängers zu implementieren, kann Vorteile bringen, wie etwa eine erhöhte Vielseitigkeit und reduzierte Kosten. Gewöhnlich wird ein HF-Signal vor der Digitalisierung zu einer niedrigen ZF oder zum Basisband heruntergemischt, da eine Digitalisierung bei einer hohen Frequenz einen Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital-Umsetzer (ADU) erfordert. Wenn eine herkömmliche Tiefpass-Abtastung angewendet wird, um mit der Nyquist-Frequenz abzutasten, wird ein ADU benötigt, welcher mit dem Doppelten der höchsten Frequenz des Signals abtasten kann. Die Abtastfrequenz, die für eine Digitalisierung bei HF erforderlich ist, kann die Leistungsfähigkeit von im Handel erhältlichen ADU übersteigen oder einen ADU erfordern, der eine höhere Leistungsaufnahme aufweist oder mit höheren Kosten verbunden ist. Selbst nach dem Heruntermischen auf eine niedrigere Frequenz kann ein Abtasten mit der Nyquist-Frequenz für das Signal die Leistungsfähigkeit von im Handel erhältlichen ADU übersteigen oder einen ADU erfordern, der eine höhere Leistungsaufnahme aufweist oder mit höheren Kosten verbunden ist.
• Ultrabreitband ist ein Verfahren zur Durchführung von Funkverkehr und Funkpositionierung, welches auf dem Senden eines Signals beruht, das ultrakurze Impulse umfasst. Solche ultrakurzen Impulse belegen normalerweise Frequenzen von null bis zu einem oder mehreren GHz, und es ist nicht zweckmäßig, einen einzigen ADU zu verwenden, welcher dann mit der Nyquist-Frequenz ein Signal digitalisiert, das solche hohen Frequenzen enthält. Eine Lösung zum Verringern der Abtastfrequenz bis unter die Nyquist-Frequenz für das Signal ist in "Ultra-wideband radar technology", herausgegeben von J.D. Taylor, CRC Press, 2001, Seiten 77-78, dargelegt. Diese Lösung verwendet eine Filterbank, um das Frequenzspektrum des Signals in mehrere Subbänder zu zerlegen, jedes Subband auf GS herunterzumischen und die einzelnen Subbänder unter Verwendung einer Bank von ADU separat zu digitalisieren, wobei jeder ADU mit einer Geschwindigkeit abtastet, die gleich der höchsten Frequenz in dem heruntergemischten Subband ist. Ein schematisches Blockschaltbild dieser Lösung nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt, welche einen Abschnitt eines Empfängers zeigt, der für ein Signal geeignet ist, das ein Spektrum von 0-1 GHz aufweist. Die Filterbank, als ein Channel Dropping Filter (Kanalabzweigungsfilter) bezeichnet, teilt das empfangene Signal in fünf Subbänder mit einer Breite von jeweils 200 MHz auf, und es werden vier Mischer und vier verschiedene Lokaloszillatorsignale benötigt, um das Signal in sämtlichen Subbändern in den Bereich 0-200 MHz zu bringen, wo eine Bank von fünf ADU, wobei jeder ADU mit 200 MHz abtastet, verwendet wird, um das Signal in den Subbändern zu digitalisieren. Der digitalisierte Ausgang von jedem ADU wird verwendet, um die Signalwellenform zu rekonstruieren, obwohl in der Arbeit von Taylor kein Verfahren und keine Vorrichtung beschrieben wird, um dies zu realisieren. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass eine Anordnung von Mischern und ein Mittel zum Erzeugen eines jeweils anderen Lokaloszillatorsignals für jeden Mischer erforderlich sind. Eine solche Vielzahl von Geräten erhöht die Komplexität und die Kosten, da zum Beispiel Mischer aktive Geräte sind, welche Strom verbrauchen, zum Rauschen beitragen und einen begrenzten Dynamikbereich aufweisen.
• Eine weitere Lösung wird in "A Channelised DSSS Ultra-Wideband Receiver", Won Namgoong, Proceedings RAWCON 2001, 2001 IEEE Radio and Wireless Conference, Waltham MA, USA, 19.-22. August 2001, Seiten 105-108 offenbart. Bei dieser Lösung wird eine Anordnung von Mischern verwendet, die jeweils ein anderes Lokaloszillatorsignal benötigen, und wobei jedem Mischer ein Subband-Filter folgt; daher weist sie dieselben Nachteile auf.
• In "High-Speed A/D conversion incorporating a QMF bank", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, US, 01.06.1999, S. 427-431, wird eine Lösung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Signalempfänger bereitzustellen, welcher wenigstens einige der oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet.
• Gemäß der Erfindung wird ein Signalempfänger bereitgestellt, welcher Digitalisierungsmittel zum Digitalisieren eines empfangenen Signals und Demodulationsmittel zum Extrahieren des Informationsgehalts des digitalisierten empfangenen Signals umfasst, wobei das Digitalisierungsmittel Filtermittel zum Zerlegen des empfangenen Signals in mehrere Frequenz-Subbänder, Analog-Digital-Umsetzmittel zum Digitalisieren des Signals in jedem Subband, Transformationsmittel zum Transformieren des digitalisierten Signals in jedem Subband in den Frequenzbereich und Rekonstruktionsmittel, um in dem Frequenzbereich das digitalisierte Signal in jedem Subband zu verketten und dadurch das Spektrum des empfangenen Signals zu rekonstruieren, umfasst.
• Das rekonstruierte Spektrum des empfangenen Signals kann bei derselben Frequenz liegen wie das Spektrum des empfangenen Signals, bevor es in Subbänder zerlegt wurde, oder es kann bei einer niedrigeren Frequenz liegen; zum Beispiel kann ein empfangenes Signal, das ein Bandpass-Spektrum aufweist, zu GS verschoben sein.
• Indem das empfangene Signal in mehrere Subbänder zerlegt wird und das Signal in jedem Subband digitalisiert wird, wird die Forderung nach einem ADU, der in der Lage ist, die gesamte Signalbandbreite zu digitalisieren, indem er mit der Nyquist-Rate arbeitet, vermieden. Indem jedes Subband digitalisiert wird, ohne zuerst jedes Subband abwärtszumischen, wird die Forderung nach einer Anordnung von Mischern und Mitteln zum Erzeugen eines jeweils anderen Lokaloszillatorsignals für jeden Mischer vermieden.
• Optional kann das empfangene Signal, wenn es ein Bandpasssignal ist, vor dem Digitalisierungsmittel von einer Übertragungsfrequenz zu einer niedrigeren Frequenz abwärtsgemischt werden.
• Die Abtastfrequenz, die für das Digitalisieren des Signals in einem Subband erforderlich ist, hängt von der Bandbreite dieses Subbandes ab, wie weiter unten beschrieben wird.
• Durch eine wohl überlegte Wahl der Abtastfrequenz für jedes Subband ist es möglich, eine gemeinsame Abtastfrequenz für mehrere Subbänder zu verwenden, wodurch die Erzeugung des Taktes der Abtastfrequenzen vereinfacht wird. Solche Subbänder können eine gemeinsame Bandbreite haben.
• Durch eine wohl überlegte Wahl der Abtastfrequenz und der Bandbreite für jedes Subband ist es möglich, eine gemeinsame Abtastfrequenz für Subbänder mit ungeraden Nummern und eine andere gemeinsame Abtastfrequenz für Subbänder mit geraden Nummern zu verwenden, wodurch die Erzeugung des Taktes der Abtastfrequenzen auf zwei Frequenzen vereinfacht wird.
• Die Analog-Digital-Umsetzmittel können einen ADU für jedes Subband umfassen. Falls jedoch der Empfänger verwendet werden soll, um ein Signal zu empfangen, welches zu einem beliebigen Zeitpunkt nur ein Subband belegt, wie etwa ein Frequency-Hopping-Signal (Frequenzsprungsignal) oder ein Chirp-Signal, so brauchen die Analog-Digital-Umsetzmittel zu jedem Zeitpunkt immer nur ein Subband zu digitalisieren, und es kann ein einziger ADU der Reihe nach zu den einzelnen Subbändern geschaltet werden, indem die Frequenz des empfangenen Signals verfolgt wird, wodurch die Komplexität des Analog-Digital-Umsetzmittels verringert wird.
• Der Erfindung wird nun, lediglich als Beispiel, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
• 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers nach dem Stand der Technik ist,
• 2 ein Schema des Frequenzgangs einer Filterbank ist,
• 3 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Funkempfängers gemäß der Erfindung ist,
• 4 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Funkempfängers gemäß der Erfindung ist, und
• 5 eine Skizze ist, welche die Subband-Spektren zeigt.
• Es wird auf 3 Bezug genommen; eine erste Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Signaleingang 5 zum Empfangen eines Signals von einer Antenne. Mit dem Signaleingang 5 ist ein Tiefpassfilter 10 zum Entfernen unerwünschter Signalkomponenten aus dem empfangenen Signal gekoppelt. Mit dem Ausgang des Tiefpassfilters 10 ist ein Verstärker 20 gekoppelt. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist mit einem Eingang einer Filterbank 30 gekoppelt. Die Filterbank 30 zerlegt das durch den Verstärker 20 zugeführte Signal in fünf Subbänder, und die Signale in den einzelnen Subbändern werden jeweiligen ADU 41-45 zugeführt, wo sie digitalisiert werden. Mit einem Ausgang jedes ADU ist ein jeweiliges FFT-Mittel 51-55 zum Transformieren des digitalisierten Subband-Signals zu dem Frequenzbereich, was durch die Skizze 59 eines Subband-Spektrums veranschaulicht ist, unter Verwendung einer schnellen Fourier-Transformation (Fast Fourier Transform, FFT) gekoppelt. Mit einem Ausgang jedes FFT-Mittels 51-55 ist ein jeweiliges Frequenzverschiebungsmittel 61-65 gekoppelt, welches eine Verschiebung der Frequenz der Frequenzbereich-Subband-Signale, die bei GS zu positionieren sind, bewirkt, was durch die Skizze 69 eines verschobenen Subband-Spektrums veranschaulicht ist, sofern sie sich nicht bereits bei GS befindet, und zwar durch "Umetikettieren" (Re-labelling) der Frequenzen. Mit einem Ausgang jedes Frequenzverschiebungsmittels 61-65 ist ein jeweiliger Speicherabschnitt 71-75 eines Speichermittels 70 gekoppelt. Die frequenzverschobenen Subband-Signale werden verkettet, indem sie in ihren jeweiligen Speicherabschnitten 71-75 gespeichert werden, wodurch das empfangene Signal in dem Frequenzbereich rekonstruiert wird. Ein Ausgang des Speichermittels 70 ist mit einem ersten Eingang eines Multiplikatormittels 80 gekoppelt, welches das rekonstruierte empfangene Signal mit einem Referenzsignal multipliziert, wobei das Referenzsignal eine Kopie des Signalspektrums ist, so wie es gesendet wurde, das in einem Referenzsignalspeicher 85 gespeichert ist und einem zweiten Eingang des Multiplikatormittels 80 zugeführt wird. Ein Ausgang des Multiplikatormittels 80 ist mit einem Mittel 90 zum Durchführen einer inversen diskreten Fourier-Transformation (IDFT) gekoppelt, welches an einem Ausgang 95 die Kreuzkorrelationsfunktion des empfangenen Signals und des Referenzsignals zur Verfügung stellt. Der Ausgang 95 ist mit einem Verarbeitungsmittel (PROC) 96 für die weitere Verarbeitung der Kreuzkorrelationsfunktion gekoppelt, so wie es für die Anwendung, für welche der Funkempfänger verwendet werden soll, erforderlich ist. Zum Beispiel kann die Zeit des Auftretens eines Peaks in der Korrelationsfunktion gemessen werden, um die Laufzeit des Signals zu bestimmen, und demzufolge die Reichweite des Senders vom Empfänger. Als anderes Beispiel kann die Polarität eines Peaks in der Korrelationsfunktion bestimmt werden, um den Wert eines Datenbits zu erkennen, das von dem Signal transportiert wird. Als ein weiteres Beispiel kann eine Modulation der Ankunftszeit des empfangenen Signals als Information transportierend bestimmt werden.
• 2 zeigt den Frequenzgang einer Filterbank, welche ein Signal, das eine Bandbreite f_b aufweist, in N Subbänder zerlegt. In 2 hat jedes Subband dieselbe Bandbreite f_b/N, doch ist dies nicht wesentlich. Für die in 3 dargestellte Ausführungsform ist N = 5.
• Falls die Signale in den Subbändern durch die jeweiligen ADU 41-45 ohne Aliasing (Signalverfälschung) abgetastet werden sollen, müssen die Abtastfrequenzen der ADU so gewählt werden, dass sie der folgenden Ungleichung genügen:

  

  i = 1, ..., N wobei

  

  die Abtastfrequenz für das i-te Subband ist,

  

  die obere Frequenzgrenze des i-ten Subbandes ist,

  

  die untere Frequenzgrenze des i-ten Subbandes ist und r_i eine ganze Zahl ist, welche der Ungleichung

  

  genügt. Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, dass die Abtastfrequenzen der ADU derart gewählt werden, dass Aliasing vermieden wird, obwohl für manche Typen von empfangenen Signalen ein gewisser Grad an Aliasing akzeptabel sein kann. In der nachfolgenden Beschreibung wird angenommen, dass Aliasing vermieden wird.
• Optional kann r_i derart gewählt werden, dass mehrere Subbänder eine gemeinsame Abtastfrequenz nutzen, was die Erzeugung des Taktes der Abtastfrequenzen vereinfacht. Zum Beispiel erhält man für eine Ausführungsform mit 5 Subbändern, wie in 3 dargestellt, wenn man die Bandbreite des i-ten Subbandes mit W_i bezeichnet, wobei

  

  Subband 1: 2W1 ≤ fs1 ≤ ∞ für r1 = 1, (2) Subband 2: 2(W1 + W2) ≤ fs2 ≤ ∞ für r2 = 1, (3) Subband 3: (W1 + W2 + W3 ) ≤ fs3 ≤ 2(W1 + W2) für r3 = 2, (4) Subband 4: (W1 + W2 + W3 + W4 ) ≤ fs4 ≤ 2(W1 + W2 + W3) für r4 = 2, (5) Subband 5: 2/3(W1 + W2 + W3 + W4 + W5) ≤ fs5 ≤ (W1 + W2 + W3 + W4) für r5 = 3, (6)
• In diesem Falle kann eine gemeinsame Abtastfrequenz, die der Ungleichung (3) genügt, für die Subbänder 1 und 2 verwendet werden.
• Andere Möglichkeiten gemeinsamer Abtastfrequenzen können für spezielle Werte von r_i und Bandbreiten der Subbänder W_i bestimmt werden.
• Subbänder, die eine gemeinsame Abtastfrequenz verwenden, können optional eine gemeinsame Bandbreite haben. Wenn zum Beispiel W₁ = W₃ = B ist, kann eine gemeinsame Abtastfrequenz für die Subbänder 1 und 3 verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie der Ungleichung 3B ≤ f₃ ≤ 4B genügt. Als weiteres Beispiel, wenn W₂ = W₄ = B ist, kann eine gemeinsame Abtastfrequenz für die Subbänder 2 und 4 verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie der Ungleichung 4B ≤ f₄ ≤ 6B genügt.
• Besonders vorteilhafte Abtastfrequenzen können hergeleitet werden, indem man

  

  und W_i = B für alle Werte von i setzt, d.h. eine gemeinsame Bandbreite für alle Subbänder. In diesem Falle sind nur zwei verschiedene Abtastfrequenzen erforderlich; eine erste gemeinsame Abtastfrequenz kann für sämtliche Subbänder mit ungeraden Nummern verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie der Ungleichung (1) für das Subband mit der höchsten ungeraden Nummer genügt, und eine zweite, davon verschiedene gemeinsame Abtastfrequenz kann für sämtliche Subbänder mit geraden Nummern verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie der Ungleichung (1) für das Subband mit der höchsten geraden Nummer genügt. Für die in 3 dargestellte Ausführungsform und eine gemeinsame Bandbreite von B = 200 MHz für alle Subbänder muss die erste gemeinsame Abtastfrequenz der Ungleichung

  

  genügen, und so würde ein Wert von 733 MHz günstig in der Mitte des zulässigen Bereiches liegen, und die zweite, davon verschiedene gemeinsame Abtastfrequenz muss der Ungleichung

  

  genügen, und so würde ein Wert von 1 GHz günstig in der Mitte des zulässigen Bereiches liegen.
• Andere Möglichkeiten einer ersten gemeinsamen Abtastfrequenz für die Subbänder mit ungeraden Nummern und einer davon verschiedenen gemeinsamen Abtastfrequenz für die Subbänder mit geraden Nummern können für spezielle Werte der Bandbreite W_i der Subbänder bestimmt werden, wenn die Bandbreiten der Subbänder ungleich sind.
• Der zulässige Wertebereich der Abtastfrequenz, der durch die Ungleichung (1) ausgedrückt wird, definiert die zulässigen Grenzwerte des Frequenzfehlers, den die jeweilige Abtastfrequenz haben darf. Es ist vorzuziehen, Abtastfrequenzen zu wählen, welche ungefähr in der Mitte ihres jeweiligen zulässigen Bereiches liegen. Für die in 3 dargestellte Ausführungsform und mit B = 200 MHz beträgt die Toleranz für eine erste gemeinsame Abtastfrequenz von 733 MHz ungefähr ±9 %, und die Toleranz für eine zweite gemeinsame Abtastfrequenz von 1 GHz beträgt ±20 %. Stattdessen kann auch für eine gewählte Abtastfrequenz

  

  die Ungleichung (1) verwendet werden, um die zulässigen Toleranzgrenzen für

  

  und

  

  für die jeweiligen Subbänder zu definieren, die von der Filterbank 30 geliefert werden. Natürlich kann die Toleranz für die Abtastfrequenz durch eine Toleranz für

  

  und

  

  ersetzt werden.
• Die digitalisierten Subband-Signale, die von den ADU 41-45 geliefert werden, enthalten Kopien des Subband-Spektrums, die bei ganzzahligen Vielfachen der Abtastfrequenz wiederholt werden. Daher umfassen die FFT-Mittel 51-55 Filtermittel zum Auswählen eines einzigen Subband-Spektrums. 5 zeigt Subband-Spektren (Amplitude A in Abhängigkeit von der Frequenz f) für das Beispiel eines Signals 0-1 GHz, das in Subbänder mit einer Breite von 200 MHz zerlegt wurde.
• Das Diagramm 5(a) von 5 zeigt das erste Subband-Spektrum bei 0-200 MHz mit einer Abtastfrequenz von

  

  = 733 MHz. Wiederholungs-Spektren liegen alle über 200 MHz und werden durch das FFT-Mittel 51 herausgefiltert; sie sind im Diagramm (a) nicht dargestellt.
• Das Diagramm (b) zeigt das zweite Subband-Spektrum bei 200-400 MHz mit einer Abtastfrequenz von

  

  = 1 GHz. Wiederholungs-Spektren liegen alle über 400 MHz und werden durch das FFT-Mittel 52 herausgefiltert; sie sind im Diagramm (b) nicht dargestellt.
• Das Diagramm (c) zeigt das dritte Subband-Spektrum bei 400-600 MHz, das mit einer Abtastfrequenz von 733 MHz abgetastet wird. Der Abtastprozess erzeugt eine Kopie des Subband-Spektrums bei 133-333 MHz, in invertierter Form, so dass die niedrigeren Frequenzen des Subbandes vor dem Abtasten nun als die oberen Frequenzen der Kopie bei 133-333 MHz erscheinen. In 5 sind die Hüllkurven der Subband-Spektren, welche Kopien sind, als gestrichelte Linien dargestellt. Das FFT-Mittel 53 umfasst Mittel zum Auswählen des eine Kopie darstellenden Subband-Spektrums bei 133-333 MHz und auch zum Invertieren des Spektrums der Kopie, um die Reihenfolge ihrer Frequenzkomponenten wiederherzustellen.
• Das Diagramm (d) zeigt das vierte Subband-Spektrum bei 600-800 MHz, das mit einer Abtastfrequenz von 1 GHz abgetastet wird. Der Abtastprozess erzeugt eine Kopie des Subband-Spektrums bei 200-400 MHz, in invertierter Form, so dass die niedrigeren Frequenzen des Subbandes vor dem Abtasten nun als die oberen Frequenzen der Kopie bei 200-400 MHz erscheinen. Das FFT-Mittel 54 umfasst Mittel zum Auswählen des eine Kopie darstellenden Subband-Spektrums bei 200-400 MHz und auch zum Invertieren des Spektrums der Kopie, um die Reihenfolge ihrer Frequenzkomponenten wiederherzustellen.
• Das Diagramm (e) zeigt das fünfte Subband-Spektrum bei 800-1000 MHz, das mit einer Abtastfrequenz von 733 MHz abgetastet wird. Der Abtastprozess erzeugt eine Kopie des Spektrums bei 67-267 MHz ohne irgendeine Inversion. Das FFT-Mittel 55 um fasst Mittel zum Auswählen des eine Kopie darstellenden Subband-Spektrums bei 67-267 MHz.
• Die Frequenzverschiebungsmittel 61-65 werden verwendet, um die einzelnen Subband-Spektren zu GS zu verschieben. Zum Beispiel betragen die für die Subbänder 2, 3, 4 und 5 erforderlichen Verschiebungen, wie in 5 dargestellt, 200 MHz, 133 MHz, 200 MHz bzw. 67 MHz. Die Verschiebung kann durch "Umetikettieren" (Relabelling) der Frequenz der Spektralkomponenten erreicht werden. Optional kann das Invertieren der Kopien darstellenden Subband-Spektren durch die Frequenzverschiebungsmittel anstatt durch die FFT-Mittel durchgeführt werden.
• Das empfangene Signal wird in dem Frequenzbereich rekonstruiert, indem die frequenzverschobenen Subband-Signale in dem Speichermittel 70 verkettet werden. Der Verkettungsprozess verschiebt das i-te Subband-Signal, i = 2, ..., N, in dem Frequenzbereich zu jeweiligen Frequenzen

  

  i = 2, ..., N, welche in dem in 5 dargestellten Beispiel 200, 400, 600 und 800 MHz betragen. Das rekonstruierte Spektrum ist in 3 durch die Skizze 79 des am Ausgang des Speichermittels 70 gelieferten Spektrums dargestellt. Das Auflösungsvermögen der FFT-Mittel 51-55 hängt von der Abtastfrequenz des jeweiligen ADU 41-45 ab; eine hohe Abtastfrequenz hat zur Folge, dass die Frequenzkomponenten geringere Abstände voneinander haben als bei einer niedrigeren Abtastfrequenz. Da das Auflösungsvermögen der einzelnen FFT-Mittel 51-55 nicht gleich ist, sind die Frequenzkomponenten des rekonstruierten Spektrums nicht in gleichmäßigen Abständen angeordnet. Diese Ungleichmäßigkeit ist in der Skizze 79 des rekonstruierten Spektrums nicht dargestellt. Das Referenzsignal, das in dem Referenzsignalspeicher 85 gespeichert ist, ist bei denselben, in ungleichmäßigen Abständen angeordneten Frequenzwerten angegeben wie das rekonstruierte Spektrum. Das Mittel 90 zum Durchführen einer IDFT ist in der Lage, mit den ungleichmäßige Abstände aufweisenden Frequenzwerten zu operieren.
• Es wird auf 4 Bezug genommen, welche eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt. Für Elemente, welche mit Elementen der in 3 dargestellten Ausführungsform identisch oder diesen ähnlich sind, wurden dieselben Bezugszeichen verwendet; nachfolgend werden die Elemente von 4 beschrieben, bei denen Unterschiede vorhanden sind. Die in 4 dargestellte Ausführungsform kann verwendet werden, wenn der Empfänger verwendet werden soll, um ein Signal zu empfangen, welches zu einem beliebigen Zeitpunkt nur ein Subband belegt, wie etwa ein Frequency-Hopping-Signal (Frequenzsprungsignal) oder ein Chirp-Signal. Es werden ein einziger ADU 41, ein einzi ges FFT-Mittel 51 und ein einziges Frequenzverschiebungsmittel 61 verwendet. Der Eingang des einzigen ADU 41 wird mittels eines ersten Kommutierungsschalter-Mittels 100 der Reihe nach zwischen den einzelnen Ausgängen der Filterbank 30 umgeschaltet, und der Ausgang des einzigen Frequenzverschiebungsmittels 61 wird mittels eines zweiten Kommutierungsschalter-Mittels 101 der Reihe nach zwischen den einzelnen Speicherabschnitten 71-75 umgeschaltet. Das Umschalten des ersten und zweiten Kommutierungsschalter-Mittels 100, 101 wird mittels eines Synchronisationsmittels (SYNC) 99 synchronisiert. Die Reihenfolge, in welcher Subbänder für die Verarbeitung ausgewählt werden, wird so vorgegeben, dass sie mit der bekannten Frequenzsprung-Sequenz oder dem bekannten Chirp-Profil des gesendeten Signals übereinstimmt. Ein Taktgeber (CLK) 98 erzeugt die Abtastfrequenzen, die von dem ADU benötigt werden, um die einzelnen Subbänder der Reihe nach zu digitalisieren, und ein Wahlschaltermittel 102 wird durch das Synchronisationsmittel 99 so synchronisiert, dass es für jedes Subband die erforderliche Abtastfrequenz wählt. Das Wahlschaltermittel 102 in 4 gewährleistet eine Wahl zwischen zwei Abtastfrequenzen; es kann jedoch eine beliebige erforderliche Anzahl von Wahlmöglichkeiten gewährleistet werden. Das Synchronisationsmittel 99 ist außerdem mit dem FFT-Mittel 51 gekoppelt, um das Umschalten der Filter- und Invertierungsfunktionen so zu synchronisieren, wie es für das aktuelle Subband-Signal angebracht ist.
• Wenn das Umschalten des ersten und des zweiten Kommutierungsschalter-Mittels 100, 101, des Wahlschaltermittels 102 und der Filtration und Spektrumsinversion des FFT-Mittels 51 zu irgendeinem Zeitpunkt nicht mit dem Subband synchronisiert ist, welches das empfangene Signal belegt, so enthält das Speichermittel 70 nach einem Kommutierungszyklus keine vollständige Menge von Subband-Signalen, und so wird das empfangene Signal in dem Speichermittel 70 nicht vollständig rekonstruiert, und die am Ausgang 95 zur Verfügung gestellte Kreuzkorrelationsfunktion weist eine schwache Korrelation auf. Der Ausgang 95 ist mit einem Eingang des Synchronisationsmittels 99 gekoppelt, welcher die Phase der Kommutierungsschalter-Mittel 100, 101, des Wahlschaltermittels 102 und der Filtration und Spektrumsinversion des FFT-Mittels 51 abgleicht, bis am Ausgang 95 eine maximale Korrelation vorliegt. Optional können Mittel zum Erkennen der Signalstärke in jedem Subband vorhanden sein, um dem Synchronisationsmittel 99 eine Angabe über die aktuelle Frequenzbelegung des empfangenen Signals zu liefern und damit das Synchronisationsmittel 99 dabei zu unterstützen, den Kommutierungszyklus, das Wahlschaltermittel 102 und das FFT-Mittel 51 mit dem empfangenen Signal zu synchronisieren.
• Obwohl die Erfindung anhand eines Beispiels eines Funkempfängers beschrieben wurde, ist die Erfindung ebenso bei einem Empfänger zum Empfangen eines Signals über ein anderes Medium anwendbar, zum Beispiel über Draht oder auf optischem Wege.
• Obwohl die Erfindung anhand eines Beispiels eines Empfängers beschrieben wurde, der für den Empfang eines Breitband- oder Ultrabreitband-Signals geeignet ist, kann die Erfindung auch verwendet werden, um Signale zu empfangen, die eine geringere Bandbreite aufweisen.
• Optional kann ein Demodulationsprozess, der sich von dem hier beschriebenen unterscheidet, angewendet werden, um das digitalisierte empfangene Signal zu demodulieren.
• Optional kann der Empfänger ein Energiesparschema umfassen, in welchem einige oder alle Empfängerelemente sich in einem Energiesparmodus befinden und in bestimmten Zeitabständen aktiviert werden, um ein Signal zu empfangen. Wenn zum Beispiel der Empfänger verwendet werden soll, um ein Signal zu empfangen, das ein Tastverhältnis von weniger als eins aufweist, so kann eine Bank von ADU ebenfalls mit einem Einschaltfaktor von weniger als eins betrieben werden, wobei nur in Zeitintervallen abgetastet wird, in welchen zu erwarten ist, dass das Signal vorhanden ist.
• In der vorliegenden Patentbeschreibung und den vorliegenden Patentansprüchen schließt das Wort "ein" oder "eine", das einem Element vorangestellt ist, nicht das Vorhandensein mehrerer solcher Elemente aus. Ferner schließt das Wort "umfasst" oder "umfassend" nicht das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte neben den aufgezählten aus.
• Aus dem Studium der vorliegenden Beschreibung werden für Fachleute weitere Modifikationen offensichtlich. Solche Modifikationen können andere Merkmale betreffen, welche bei der Konstruktion, Herstellung und Anwendung von Signalempfängern bereits bekannt sind und welche anstelle der hier beschriebenen Merkmale oder zusätzlich zu diesen verwendet werden können.
• Text in der Zeichnung
• 1
• Channel Dropping Filter = Channel Dropping Filter
• 2
• Sub-band = Subband
• Frequency = Frequenz
• Amplitude = Amplitude
• 3, 4
• Re-label = Re-label
• Filter bank = Filterbank

Claims (11)

1. Signalempfänger, welcher Digitalisierungsmittel zum Digitalisieren eines empfangenen Signals und Demodulationsmittel (80, 85, 90, 96) zum Extrahieren des Informationsgehalts des digitalisierten empfangenen Signals umfasst, wobei das Digitalisierungsmittel Filtermittel (30) zum Zerlegen des empfangenen Signals in mehrere Frequenz-Subbänder und Analog-Digital-Umsetzmittel (41-45) zum Digitalisieren des Signals in jedem Subband umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Digitalisierungsmittel ferner Transformationsmittel (51-55) zum Transformieren des digitalisierten Signals in jedem Subband in den Frequenzbereich und Rekonstruktionsmittel (51-55, 61-65, 70), um in dem Frequenzbereich das digitalisierte Signal in jedem Subband zu verketten und dadurch das Spektrum des empfangenen Signals zu rekonstruieren, umfasst.
2. Empfänger nach Anspruch 1, wobei das Rekonstruktionsmittel (51-55, 61-65, 70) das Spektrum des empfangenen Signals bei einer Frequenz rekonstruiert, die niedriger ist als die Frequenz des Spektrums des empfangenen Signals, bevor es in Subbänder zerlegt wurde.
3. Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Analog-Digital-Umsetzmittel (41-45) Mittel zum Abtasten des Signals im i-ten Subband mit einer Abtastfrequenz

   

   im Bereich

   

   umfasst, wobei

   

   die obere Frequenzgrenze des i-ten Subbandes ist und

   

   die untere Frequenzgrenze des i-ten Subbandes ist und r_i eine ganze Zahl ist, welche der Ungleichung

   

   genügt.
4. Empfänger nach Anspruch 3, wobei das Analog-Digital-Umsetzmittel (41-45) Mittel zum Abtasten des Signals in mehreren Subbändern mit einer gemeinsamen Abtastfrequenz umfasst.
5. Empfänger nach Anspruch 3, wobei das Analog-Digital-Umsetzmittel (41-45) Mittel zum Abtasten des Signals in einer ersten Teilmenge der Subbänder mit einer ersten Abtastfrequenz und zum Abtasten des Signals in einer zweiten Teilmenge der Subbänder mit einer zweiten Abtastfrequenz umfasst und wobei das Signal in benachbarten Subbändern mit unterschiedlichen Abtastfrequenzen abgetastet wird.
6. Empfänger nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mehreren Subbänder, welche eine gemeinsame Abtastfrequenz aufweisen, eine gemeinsame Bandbreite aufweisen.
7. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Analog-Digital-Umsetzmittel Mittel (41) zum Digitalisieren mehrerer Subbänder nacheinander umfasst.
8. Empfänger nach Anspruch 7, wobei das Transformationsmittel Mittel (51) zum Transformieren des digitalisierten Signals in mehrere der Subbänder nacheinander umfasst.
9. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Rekonstruktionsmittel Mittel (51-55) zum Auswählen eines eine Kopie darstellenden Spektrums eines Subband-Signals und Mittel (51-55 oder 61-65) zum erneuten Invertieren des eine Kopie darstellenden Spektrums, falls das eine Kopie darstellende Spektrum invertiert ist, umfasst.
10. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Demodulationsmittel Mittel (80) zum Multiplizieren des rekonstruierten empfangenen Signals mit einem Referenzsignal in dem Frequenzbereich bei ungleichmäßige Abstände aufweisenden Frequenzen umfasst.
11. Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, welcher vor den Digitalisierungsmitteln Heruntermisch-Mittel zum Heruntermischen des empfangenen Signals von einer Übertragungsfrequenz zu einer niedrigeren Frequenz umfasst.