In der vorliegenden Arbeit wird der Entwurf von Funkempfängern für digitale Modulation betrachtet. Dabei liegt der Schwerpunkt der Betrachtungen beim Finden einer geeigneten Empfängerarchitektur, der Spezifikation der einzusetzenden Bausteine, der Auswahl einer geeigneten Arbeitsfrequenz und eines passenden Modulationsverfahrens sowie der Festlegung einer dem Einsatzzweck angepaßten Datenrate. Ein wesentlicher Punkt ist die der Empfangsaufgabe angepaßte gewichtete Bekämpfung der auftretenden Störbeiträge. Dafür werden zunächst Grundlagen, wie wichtige Modulationsverfahren, Empfängerarchitekturen sowie Bestimmungsgleichungen für Parameter eingeführt. Darauf aufbauend wird eine allgemeingültige Methode zum Entwurf von Funkempfängern für digitale Modulation entwickelt. Diese Methode kann stets angewendet werden, wenn ein Empfänger für digitale Modulation entworfen werden soll. Wesentliche zu berücksichtigende Einsatzparameter und Randbedingungen werden an passender Stelle in den Entwurf einbezogen und eine entsprechend angepaßte Lösung wird weiterverwendet. Die Entwurfsmethode eignet sich sowohl für den freien Empfängerentwurf als auch für Entwürfe, die sich an der Einhaltung von Standards orientieren müssen. Der Kerngedanke besteht darin, das alle Störeinflüsse einen gleichgroßen Beitrag zur Signalverfälschung liefern sollen. Um dies zu erreichen, werden potentielle Störeinflüsse analysiert und entsprechend ihres Einflusses gewichtet zur weiteren Bestimmung der notwendigen Eigenschaften der Empfängerbaugruppen herangezogen. In der vorliegenden Arbeit wird hauptsächlich der allgemeine Anwendungsfall des freien nicht standardbezogenen Empfängerentwurfes betrachtet. Es wird aufgezeigt, wie durch die Analyse und entsprechende Berücksichtigung einer variablen Anzahl von Störeinflüssen die Eigenschaften der einzelnen Empfängerkomponenten jeweils bestmöglich eingestellt werden können. Diese Methode wird anschließend anhand von verschiedenartigen Beispielen weiter illustriert und ihre erfolgreiche Anwendbarkeit veranschaulicht. Anhand einer Mischerschaltung wird beispielhaft auf grundlegende Ansätze zur Verbesserung der Linearitätseigenschaften eingegangen. Dabei werden spezifische Unterschiede zwischen einer Superhet- bzw. einer Direktmischarchitektur hervorgehoben. Weiterhin wird eine Methode zur Wiederverwendung (Re-Use) von analogen Schaltungen oder ähnlichen Objekten vorgeschlagen. Dabei werden die Schaltungen anhand einer Vorgabe bewertet, und es wird eine Rangfolge aufgestellt. Damit ist gewährleistet, daß die der Vorgabe am besten entsprechende Schaltung gefunden werden kann, auch wenn eine 100%ige Übereinstimmung nicht gegeben ist. Die hierfür notwendigen Bewertungsalgorithmen werden ausführlich dargestellt und ihr jeweiliger Einsatz wird erläutert. Abschließend erfolgt eine überblicksweise Darstellung von Simulationswerkzeugen und -verfahren, die für den Empfängerentwurf bedeutsam sind. Dabei wird hauptsächlich auf die Verbindung von System- und Schaltungsentwurf eingegangen, und es werden bestehende Probleme dargelegt sowie vorhandene Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Einige im Zusammenhang mit der Simulation interessante Modellierungsgesichtspunkte werden ebenfalls dargestellt.

In der vorliegenden Arbeit wird der Entwurf von Funkempfängern für digitale Modulation betrachtet. Dabei liegt der Schwerpunkt der Betrachtungen beim Finden einer geeigneten Empfängerarchitektur, der Spezifikation der einzusetzenden Bausteine, der Auswahl einer geeigneten Arbeitsfrequenz und eines passenden Modulationsverfahrens sowie der Festlegung einer dem Einsatzzweck angepaßten Datenrate. Ein wesentlicher Punkt ist die der Empfangsaufgabe angepaßte gewichtete Bekämpfung der auftretenden Störbeiträge. Dafür werden zunächst Grundlagen, wie wichtige Modulationsverfahren, Empfängerarchitekturen sowie Bestimmungsgleichungen für Parameter eingeführt. Darauf aufbauend wird eine allgemeingültige Methode zum Entwurf von Funkempfängern für digitale Modulation entwickelt. Diese Methode kann stets angewendet werden, wenn ein Empfänger für digitale Modulation entworfen werden soll. Wesentliche zu berücksichtigende Einsatzparameter und Randbedingungen werden an passender Stelle in den Entwurf einbezogen und eine entsprechend angepaßte Lösung wird weiterverwendet. Die Entwurfsmethode eignet sich sowohl für den freien Empfängerentwurf als auch für Entwürfe, die sich an der Einhaltung von Standards orientieren müssen. Der Kerngedanke besteht darin, das alle Störeinflüsse einen gleichgroßen Beitrag zur Signalverfälschung liefern sollen. Um dies zu erreichen, werden potentielle Störeinflüsse analysiert und entsprechend ihres Einflusses gewichtet zur weiteren Bestimmung der notwendigen Eigenschaften der Empfängerbaugruppen herangezogen. In der vorliegenden Arbeit wird hauptsächlich der allgemeine Anwendungsfall des freien nicht standardbezogenen Empfängerentwurfes betrachtet. Es wird aufgezeigt, wie durch die Analyse und entsprechende Berücksichtigung einer variablen Anzahl von Störeinflüssen die Eigenschaften der einzelnen Empfängerkomponenten jeweils bestmöglich eingestellt werden können. Diese Methode wird anschließend anhand von verschiedenartigen Beispielen weiter illustriert und ihre erfolgreiche Anwendbarkeit veranschaulicht. Anhand einer Mischerschaltung wird beispielhaft auf grundlegende Ansätze zur Verbesserung der Linearitätseigenschaften eingegangen. Dabei werden spezifische Unterschiede zwischen einer Superhet- bzw. einer Direktmischarchitektur hervorgehoben. Weiterhin wird eine Methode zur Wiederverwendung (Re-Use) von analogen Schaltungen oder ähnlichen Objekten vorgeschlagen. Dabei werden die Schaltungen anhand einer Vorgabe bewertet, und es wird eine Rangfolge aufgestellt. Damit ist gewährleistet, daß die der Vorgabe am besten entsprechende Schaltung gefunden werden kann, auch wenn eine 100%ige Übereinstimmung nicht gegeben ist. Die hierfür notwendigen Bewertungsalgorithmen werden ausführlich dargestellt und ihr jeweiliger Einsatz wird erläutert. Abschließend erfolgt eine überblicksweise Darstellung von Simulationswerkzeugen und -verfahren, die für den Empfängerentwurf bedeutsam sind. Dabei wird hauptsächlich auf die Verbindung von System- und Schaltungsentwurf eingegangen, und es werden bestehende Probleme dargelegt sowie vorhandene Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt. Einige im Zusammenhang mit der Simulation interessante Modellierungsgesichtspunkte werden ebenfalls dargestellt.

Due to the increasing demand of broadband capability and reconfigurability for mobile applications, there is an enormous interest to develop appropriate analog receiver front-ends. In this respect, one promising candidate group is the Six-Port-based direct conversion receiver. The presented work focuses on the investigation of Six-Port-based mobile receiver front-ends with their specific systematical signal processing. Thereby, issues of spurious interfering signals which are generated within the down conversion process of such receivers are of special interest. Based on a comprehensive description of the analog signal processing within additive frequency conversion, a reason could be identified why existing Six-Port receivers have not found any practical application in mobile communication yet – the dynamic DC-offset. With this insight compensation techniques were developed to overcome the negative influences of the dynamic DC-offset. Furthermore, this work presents novel Six-Port-based receiver architectures which, on the one hand, keep the advantages of additive mixing systems like: low power consumption, broadband capability and simplicity of implementation especially for mm-wave transmissions. On the other hand, these novel architectures comprise compensation techniques such that systematically generated spurious signals are inherently compensated in the analog part of the receiver. Moreover, the influence of impairments of phase and amplitude within the IQ-branches of a receiver was investigated. The resulting, unwanted IQ-imbalance was shown to be a mixing method (multiplicative or additive) independent spurious effect. It is suggested to compensate for IQ-imbalance in the digital part of the receiver system. This can be realized with the use of adaptive algorithms. The comparison with conventional analog receiver architectures (especially homodyne receivers) with respect to the reception of today’s and future digitally modulated transmission signals indicate the proposed Six-Port-based receiver architectures to be suitable candidates to fulfill the difficult tasks of modern mobile communication.

Due to the increasing demand of broadband capability and reconfigurability for mobile applications, there is an enormous interest to develop appropriate analog receiver front-ends. In this respect, one promising candidate group is the Six-Port-based direct conversion receiver. The presented work focuses on the investigation of Six-Port-based mobile receiver front-ends with their specific systematical signal processing. Thereby, issues of spurious interfering signals which are generated within the down conversion process of such receivers are of special interest. Based on a comprehensive description of the analog signal processing within additive frequency conversion, a reason could be identified why existing Six-Port receivers have not found any practical application in mobile communication yet – the dynamic DC-offset. With this insight compensation techniques were developed to overcome the negative influences of the dynamic DC-offset. Furthermore, this work presents novel Six-Port-based receiver architectures which, on the one hand, keep the advantages of additive mixing systems like: low power consumption, broadband capability and simplicity of implementation especially for mm-wave transmissions. On the other hand, these novel architectures comprise compensation techniques such that systematically generated spurious signals are inherently compensated in the analog part of the receiver. Moreover, the influence of impairments of phase and amplitude within the IQ-branches of a receiver was investigated. The resulting, unwanted IQ-imbalance was shown to be a mixing method (multiplicative or additive) independent spurious effect. It is suggested to compensate for IQ-imbalance in the digital part of the receiver system. This can be realized with the use of adaptive algorithms. The comparison with conventional analog receiver architectures (especially homodyne receivers) with respect to the reception of today’s and future digitally modulated transmission signals indicate the proposed Six-Port-based receiver architectures to be suitable candidates to fulfill the difficult tasks of modern mobile communication.