In CMOS integriertes Mehrantennen-Diversity-Empfangssystem für digitales Satellitenradio

Overview & Synopsis

Das in dieser Arbeit beschriebene Mehrantennen-Diversity-Empfangssystem für digitales Satellitenradio ist als Erweiterung des im Auto implementierten Empfängers konzipiert und deshalb hochintegriert in einer 150 nm CMOS-Technologie umgesetzt. Der Zielfrequenzbereich ist der des im S-Band liegenden amerikanischen SDARS-Satellitenradiodienstes von 2.320 GHz bis 2.345 GHz. Bei der Übertragung kommt es dabei aufgrund der Mehrwegeausbreitung der Satellitensignale und den damit zusammenhängenden Fast- und Slow-Fading- Effekten zu Pegeleinbrüchen. Aufgrund dessen befasst sich diese Arbeit mit der Integration und Implementierung einer empfangsseitigen Diversity-Architektur zur Verbesserung der Empfangsqualität und weiteren Reduzierung von Tonausfällen. Hierfür werden verschiedene Architekturen aufgezeigt und anschließend die Schalt-Phasen-Diversity-Schaltung ausgewählt. Das hierfür entworfene integrierte Front-End mit zusätzlichen diskreten Komponenten ist in einem Feldtest validiert worden. Dabei wurden Signale eines geostationären Satelliten mit einer Dauer von 289.6 s auf einer Teststrecke unter dichtem Laubwerk mittels zweier Einzelantennen aufgenommen. Die geringste Audioausfalldauer bei einem Einzelantennenbetrieb beträgt 29.8 s. Durch die vorgestellte Diversity-Architektur mit einem Betrieb von zwei aktiven Eingangspfaden konnte dieser Wert auf 4.1 s reduziert werden, wodurch eine Erhöhung der Tonverfügbarkeit von 89.8% auf 98.6% erzielt wurde.