DE19933266A1 - Radio signal reception device for mobile communications IC - Google Patents
Radio signal reception device for mobile communications ICInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Emp fangen von Funksignalen, insbesondere zum Empfangen von band gespreizten Mobilfunksignalen.The present invention relates to a device for emp catch radio signals, especially for receiving band spread cellular signals.
Die Telekommunikation gehört zu den sich am schnellsten ent wickelnden Technologien. Auf dem Gebiet des Mobilfunks wird augenblicklich an der Standardisierung und Entwicklung der sogenannten dritten Mobilfunkgeneration gearbeitet, welche mit den Begriff UMTS (Universal Mobile Telecommunications Sy stem) bezeichnet wird und einen weltumspannenden einheitli chen Mobilfunkstandard vorsieht.Telecommunications is one of the fastest developing winding technologies. In the field of mobile radio immediately at the standardization and development of the the so-called third generation of mobile communications, which with the term UMTS (Universal Mobile Telecommunications Sy stem) is called and a global uniform Chen provides cellular standard.
Gemäß dem UMTS-Mobilfunkstandard wird als Vielfachzugriffs verfahren die sogenannten CDMA (Code Division Multiple Access)- oder Codemultiplex-Technik eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein Vielfachzugriffsverfahren, bei dem allen Teil nehmern des entsprechenden Mobilfunksystems erlaubt wird, gleichzeitig die gesamte zur Verfügung stehende Systemband breite zu nutzen. Um dennoch Kollisionen zwischen den einzel nen Teilnehmern vermeiden zu können, werden die einzelnen Teilnehmersignale mit unterschiedlichen Codesequenzen verse hen, welche somit eine eindeutige Zuordnung der empfangenen Signale ermöglichen. Während dieses Prozesses tritt eine Spreizung der Einzelsignale auf, wodurch sich die Bandbreite vervielfacht, so daß diese Technik auch als Spreizspektrum technik bezeichnet wird. Insbesondere werden die zu übertra genden Daten eines Teilnehmers mit einer Codesequenz multi pliziert bzw. gespreizt, welche unabhängig von den zu über tragenden Daten ist. Das somit erhaltene bandgespreizte Sig nal wird anschließend auf einen hochfrequenten Träger aufmo duliert und an einen entsprechenden Empfänger übertragen. Der Empfänger demoduliert dieses bandgespreizte Signal und führt eine De- oder Entspreizung durch, wobei eine zum Sender syn chrone Codesequenz verwendet wird. Der Empfänger empfängt zwar nicht nur das gewünschte Signal des Senders, sondern auch zusätzliche Signale von anderen Sendern, die im gleichen Frequenzbereich senden. Durch den Entspreizvorgang wird je doch sichergestellt, daß nur das Signal entspreizt und in der Bandbreite verringert wird, welches den gleichen und synchro nen Spreizcode wie der Empfänger verwendet, so daß nach dem Entspreizen das gewünschte Signal auf einfache Art und Weise herausgefiltert werden kann.According to the UMTS cellular standard is called multiple access process the so-called CDMA (Code Division Multiple Access) - or code division multiplex technology used. It acts it is a multiple access method in which all part is allowed to subscribers of the corresponding mobile radio system, at the same time the entire available system belt wide use. To avoid collisions between the individual The individual will be able to avoid participants Verse subscriber signals with different code sequences hen, which is a clear assignment of the received Enable signals. One occurs during this process Spreading of the individual signals on, which increases the bandwidth multiplied, so that this technique is also used as a spread spectrum technology is called. In particular, those to be transferred data of a participant with a code sequence multi plicated or spread, which is independent of the over carrying data. The band-spread Sig thus obtained nal is then mounted on a high-frequency carrier dulated and transmitted to a corresponding recipient. The Receiver demodulates this band-spread signal and performs a de-spreading or de-spreading, whereby a syn chrone code sequence is used. The recipient receives not just the desired signal from the transmitter, but also additional signals from other transmitters that are in the same Send frequency range. The despreading process will but ensured that only the signal despreads and in the Bandwidth is reduced, which is the same and synchro NEN spreading code used as the receiver, so that after the Despread the desired signal in a simple way can be filtered out.
Während Empfangsvorrichtungen für den derzeit üblichen GSM (Global System For Mobile Communication)-Mo bilfunkstandard bekannt sind, ist das Problem des Empfangs bandgespreizter Signale in mobilen Endgeräten für die dritte Mobilfunkgeneration noch nicht gelöst.While receiving devices for the currently usual GSM (Global System For Mobile Communication) -Mo are known, the problem of reception band-spread signals in mobile devices for the third Mobile phone generation not yet resolved.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Empfangen von Funksignalen bereitzustel len, welche insbesondere in Empfangsgeräten der dritten Mo bilfunkgeneration eingesetzt werden kann und somit auch zum Empfang von bandgespreizten Signalen geeignet ist.The present invention is therefore based on the object to provide a device for receiving radio signals len, which in particular in receivers of the third Mo bilfunkgeneration can be used and thus also for Reception of spread spectrum signals is suitable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche de finieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsfor men der vorliegenden Erfindung.This object is achieved by a device with solved the features of claim 1. The subclaims de define preferred and advantageous embodiments men of the present invention.
Erfindungsgemäß wird ein empfangenes Funksignal von einer Signalaufbereitungseinrichtung einer automatischen Frequenz korrektur, einer Filterung und einer Gleichanteil-Offset-Be seitigung unterzogen. In der Signalaufbereitungseinrichtung kann zudem eine schrittweise Dezimierung der Abtastrate und Synchronisation des Empfangssignals erfolgen.According to the invention, a received radio signal is transmitted from a Automatic frequency signal conditioning device correction, filtering and a DC offset offset subjected to side. In the signal processing device can also gradually decimate the sampling rate and Synchronization of the received signal take place.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt zunächst die au tomatische Frequenzkorretur, dann die Tiefpaßfilterung und abschließend die Gleichanteil-Offset-Beseitigung, während bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung das Empfangs signal zunächst einer Wellenfilterung, dann der Gleichanteil-Offset-Be seitigung und erst danach der automatischen Fre quenzkorrektur sowie der abschließenden Tiefpaßfilterung un terzogen wird.In a first embodiment, the au Tomatical frequency correction, then the low pass filtering and finally the DC offset correction, while at a second embodiment of the invention, the reception signal first wave filtering, then the DC component offset side and only then the automatic fre frequency correction and the final low-pass filtering un is educated.
Zur Durchführung der automatischen Frequenzkorrektur eignet sich der sogenannte CORDIC-Algorithmus, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung hierzu eine entsprechende schaltungs technische Realisierung vorgeschlagen wird.Suitable for performing automatic frequency correction the so-called CORDIC algorithm, whereby within the The present invention has a corresponding circuit technical implementation is proposed.
Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung ist vorteilhafter weise programmierbar und kann somit äußerst flexibel durch softwaremäßige Anpassung abgewandelt werden, wenn nachträg lich weitere Standards einbezogen werden sollen. Die Hardware muß hierzu nicht verändert werden.The receiving device according to the invention is more advantageous programmable and can therefore be extremely flexible software adjustment can be modified if later other standards are to be included. The hardware does not have to be changed for this.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum Ein satz in UMTS-Empfängern, d. h. die Erfindung eignet sich ins besondere, jedoch nicht nur, zur Verarbeitung von bandge spreizten Signalen. Allgemein ist die vorliegende Erfindung u. a. bei Anwendung der FDD (Frequency Division Duplex)-, TDD (Time Division Duplex)- oder Multi-Carrier-CDMA-Technik vorteilhaft.The present invention is particularly suitable for one set in UMTS receivers, d. H. the invention is suitable special, but not only, for processing bandge spread signals. In general, the present invention u. a. when using FDD (Frequency Division Duplex) -, TDD (Time Division Duplex) or multi-carrier CDMA technology advantageous.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher er läutert.The invention is described below with reference to the Drawing based on preferred embodiments, he closer purifies.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a simplified block diagram showing a first embodiment of a device according to the invention,
Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 is a simplified block diagram showing a second embodiment of a device according to the invention,
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer in Fig. 1 und Fig. 2 vorgesehenen Frequenzkorrektureinheit, und FIG. 3 shows a block diagram of a frequency correction unit provided in FIGS. 1 and 2, and
Fig. 4A und 4B zeigen Darstellungen zur Erläuterung der Funk tionsweise einer in Fig. 1 und Fig. 2 vorgesehenen RRC (Root- Raised Cosine)-Einheit. FIGS. 4A and 4B are views for explaining the radio tion as an opening provided in Fig. 1 and Fig. 2 RRC (root raised cosine) unit.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form einer Vorempfängerstufe (Receiver Front- End) eines Mobilfunkempfängers dargestellt; dem die I- und Q-Kom ponenten eines bandgespreizten Signals zugeführt sind.In Fig. 1 a first embodiment of the present invention in the form of a Vorempfängerstufe (receiver front-end) is shown a mobile radio receiver; which the I and Q components of a spread spectrum signal are supplied.
Phasenmodulierte Signale lassen sich als Vektor im Phasenraum darstellen, wobei somit eine als I/Q-Diagramm bezeichnete Darstellung des Signalzeigers erhalten wird. Dabei bezeichnet I diejenige Signalkomponente, welche in Phase zu dem jeweili gen Trägersignal liegt, während Q diejenige Signalkomponente bezeichnet, welche senkrecht zur Trägerphase liegt. Die I-Kom ponente wird daher auch als In-Phase-Komponente und die Q-Kom ponente als Quadraturkomponente bezeichnet.Phase-modulated signals can be used as a vector in the phase space represent, thus referred to as an I / Q diagram Representation of the signal pointer is obtained. Inscribed I the signal component which is in phase with the respective gene carrier signal, while Q is that signal component referred to, which is perpendicular to the carrier phase. The I-com component is therefore also used as an in-phase component and the Q-Kom component called the quadrature component.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung enthält sowohl für den I-Zweig als auch für den Q-Zweig ein analoges Tiefpaßfilter 1, dessen Ausgangssignal durch einen Analog/Digital-Wandler 2 (A/D-Wandler) in ein digitales Signal mit einer Auflösung von beispielsweise 8 Bit umgesetzt wird. Das von den A/D-Wandlern 2 gelieferte digitale Signal kann beispielsweise achtfach überabgetastet sein und somit eine Frequenz von 8/Tc besit zen, wobei Tc die Empfangsbitperiode bezeichnet.The device shown in FIG. 1 contains an analog low-pass filter 1 for both the I branch and the Q branch, the output signal of which is converted into a digital signal with a resolution by an analog / digital converter 2 (A / D converter) of 8 bits, for example. The digital signal supplied by the A / D converters 2 can, for example, be oversampled eight times and thus have a frequency of 8 / T c , where T c denotes the receive bit period.
Erfindungsgemäß wird das digitale Signal anschließend von ei ner Signalaufbereitungseinheit 3 einer automatischen Fre quenzkorrektur (Automatic Frequency Correction, AFC), einer DC-Offset-Beseitigung (Gleichanteil-Offset-Beseitigung) und einer digitalen Filterung zur Unterdrückung von Nachbarkanal störungen mit Dezimierung der Abtastrate unterzogen. Die je weils gültigen Parameterwerte für die Frequenzkorrektur, DC-Offset-Be seitigung und/oder digitale Filterung werden von ei nem digitalen Signalprozessor 18 über einen entsprechenden Programmierbus eingestellt. Das Ausgangssignal dieser Signal aufbereitungseinheit 3 besitzt eine Rate von 2/Tc und eine Auflösung von 8 Bit.According to the invention the digital signal is subjected to decimation of the sampling rate then ei ner signal processing unit 3, an automatic Fre quenzkorrektur (Automatic Frequency Correction, AFC), a DC offset canceller (DC offset removal) and digital filtering for the suppression of adjacent channel interference . The respectively valid parameter values for frequency correction, DC offset elimination and / or digital filtering are set by a digital signal processor 18 via a corresponding programming bus. The output signal of this signal processing unit 3 has a rate of 2 / T c and a resolution of 8 bits.
Zur Realisierung der zuvor beschriebenen Aufgaben der Signal aufbereitungseinheit 3 ist gemäß Fig. 1 zunächst eine AFC-Ein heit 7 zur automatischen Frequenzkorrektur vorgesehen, dessen Ausgangssignale von einem digitalen FIR-Filter (Finite Impulse Response) weiterverarbeitet und tiefpaßgefiltert wer den, wobei zudem die Abtastrate reduziert wird. Die Ausgangs signale des FIR-Filters 8 werden schließlich einer Einheit 9 zur Beseitigung des DC-Offsets zugeführt.To realize the above-described objects of the signal processing unit 3 is shown in FIG. 1, first an AFC A unit 7 for automatic frequency correction provided, the output signals processed by a digital FIR filter (Finite Impulse Response) and low-pass filtered who to, while in addition the sampling rate is reduced. The output signals of the FIR filter 8 are finally fed to a unit 9 for eliminating the DC offset.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung für den Aufbau der Signalaufbereitungseinheit 3 dargestellt, wobei sich dieses Ausführungsbeispiel von dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß zunächst ein digitales Wellenfilter 10 vorgesehen ist, dem die Ausgangssignale der vorgeschalteten A/D-Wandler 2 (vgl. Fig. 1) zugeführt werden. An das digitale Wellenfilter 10 schließt sich die bereits in Fig. 1 gezeigte Einheit 9 zur DC-Beseitigung und die AFC-Einheit 7 an. Darüber hinaus ist (entsprechend dem in Fig. 1 gezeigten FIR-Filter 8) gemäß Fig. 2 ausgangsseitig ein digitales Tiefpaßfilter 11 zur De zimierung der Abtastrate vorgesehen.In FIG. 2, a second embodiment of the present the invention for the construction of the signal processing unit 3, wherein this embodiment differs from that shown in Fig. 1 embodiment in that first a digital wave filter 10 is provided to which the output signals of the upstream A / D converter 2 (see FIG. 1) are supplied. The digital wave filter 10 is followed by the unit 9 for DC elimination already shown in FIG. 1 and the AFC unit 7 . In addition (corresponding to the FIR filter 8 shown in FIG. 1), a digital low-pass filter 11 is provided on the output side according to FIG. 2 for decimating the sampling rate.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiele für den Aufbau der Signalaufbereitungseinheit 3 unterscheiden sich somit im wesentlichen in der Reihenfolge der unter schiedlichen Bearbeitungsvorgänge.The embodiments shown in Fig. 1 and Fig. 2 for the structure of the signal conditioning unit 3 thus differ essentially in the order of under different processing operations.
Die Ausgangssignale der Signalaufbereitungseinheit 3 werden sowohl gemäß Fig. 1 als auch gemäß Fig. 2 einer RRC-Einheit 4 (Root-Raised Cosine) zur Pulsformung zugeführt. Die RRC-Ein heit 4 entspricht im Prinzip einem digitalen Filter, des sen Filterkoeffizienten ebenfalls über den bereits zuvor er wähnten Programmierbus durch den digitalen Signalprozessor 18 programmierbar sind. Die Ausgangssignale der RRC-Einheit 4 besitzen beispielsweise eine Wortbreite von 8 Bit und eine Abtastrate von 2/Tc. Die RRC-Einheit 4 ist ausgangsseitig mit einer RSSI-Einheit 5 (Radio Signal Strength Indicator) und einem Rake-Empfänger 6 verbunden.The output signals of the signal conditioning unit 3 are fed to an RRC unit 4 (root-raised cosine) for pulse shaping both in accordance with FIG. 1 and in accordance with FIG. 2. The RRC unit 4 corresponds in principle to a digital filter whose filter coefficients can also be programmed by the digital signal processor 18 via the programming bus mentioned above. The output signals of the RRC unit 4 have, for example, a word length of 8 bits and a sampling rate of 2 / T c . On the output side, the RRC unit 4 is connected to an RSSI unit 5 (radio signal strength indicator) and a rake receiver 6 .
Die RSSI-Einheit 5 mißt die von der RRC-Einheit 4 gelieferten Signalwerte und ist entweder direkt oder über den digitalen Signalprozessor 18 indirekt zu den digitalen Empfangsfiltern 8 bzw. 11 rückgekoppelt, um diese Filter, falls erforderlich, zur Beschränkung des Empfangssignalpegels entsprechend einzu stellen.The RSSI unit 5 measures the signal values supplied by the RRC unit 4 and is fed back either directly or indirectly via the digital signal processor 18 to the digital reception filters 8 and 11 , respectively, in order to set these filters accordingly, if necessary, to limit the reception signal level .
Der Rake-Empfänger 6 ermöglicht durch die Nutzung von Mehrwe gesignalen, welche mit unterschiedlichen Laufzeitverzögerun gen die Empfangsvorrichtung erreichen, einen deutlichen Sig nalgewinn. Dazu wird das von der Antenne der Empfangsvor richtung kommende Signal in mehreren Pfaden (den sogenannten "Fingern" des Rake-Empfängers) verarbeitet. Jeder dieser "Finger" ist hinsichtlich seiner Phasenlage optimal auf ein bestimmtes Mehrwegesignal eingestellt. Darüber hinaus ist in der Regel mindestens ein "Suchfinger" vorgesehen, welcher permanent nach stärkeren Mehrwegesignalen sucht. Hat der "Suchfinger" ein solches Signal entdeckt, wird der Finger des bisher schwächsten Signals auf das neu entdeckte Mehrwegesig nal optimal eingestellt. Auf diese Weise können in dem Emp fänger mehrere starke Mehrwegesignale demoduliert und kombi niert werden. Die von dem Rake-Empfänger 6 gelieferten Aus gangssignale werden anschließend zur weitere Verarbeitung, insbesondere zur Entspreizung (bei Anwendung der CDMA-Technik) und Decodierung, ausgegeben.The rake receiver 6 enables a clear signal gain through the use of multiple signals that reach the receiving device with different delay delays. For this purpose, the signal coming from the antenna of the receiving device is processed in several paths (the so-called "fingers" of the rake receiver). Each of these "fingers" is optimally adjusted to a specific multipath signal with regard to its phase position. In addition, at least one "search finger" is usually provided, which is constantly looking for stronger multipath signals. If the "search finger" has discovered such a signal, the finger of the weakest signal to date is optimally adjusted to the newly discovered multi-way signal. In this way, several strong multi-way signals can be demodulated and combined in the receiver. The output signals supplied by the rake receiver 6 are then output for further processing, in particular for despreading (when using CDMA technology) and decoding.
Nachfolgend sollen die einzelnen in Fig. 1 und 2 gezeigten Bestandteile näher erläutert werden.The individual components shown in FIGS. 1 and 2 are to be explained in more detail below.
Die AFC-Einheit 7 verwendet zur automatischen Frequenzkorrek tur den sogenannten CORDIC-Algorithmus. Dabei handelt es sich um einen iterativen Algorithmus, mit dessen Hilfe ein be stimmter Frequenzoffset eliminiert werden kann. Die allgemei nen Grundlagen des CORDIC-Algorithmus sind beispielsweise in "The CORDIC Trigometric Computing Technique", J. E. Volder, IRE Trans. Electronic Computers, vol. 8, Seiten 330-334, 1959 oder "A Unified Algorithm For Elementary Functions", J. S. Walther, Spring Joint Conference Seiten 370-385, 1971 be schrieben.The AFC unit 7 uses the so-called CORDIC algorithm for automatic frequency correction. It is an iterative algorithm that can be used to eliminate a specific frequency offset. The general basics of the CORDIC algorithm are described, for example, in "The CORDIC Trigometric Computing Technique", JE Volder, IRE Trans. Electronic Computers, vol. 8, pages 330-334, 1959 or "A Unified Algorithm For Elementary Functions", JS Walther, Spring Joint Conference pages 370-385, 1971.
Im vorliegenden Fall wird der CORDIC-Algorithmus im trigono
metrischen Koordinatensystem angewendet, wobei ein Eingangs
vektor mit dem Wertepaar (In, Qn) um den vorgegebenen Winkel
In the present case, the CORDIC algorithm is used in the trigonometric coordinate system, with an input vector with the pair of values (I n , Q n ) around the predetermined angle
αn = arctan(2-n) mit n = 0, 1, . . . , N-1
α n = arctan (2 -n ) with n = 0, 1 ,. . . , N-1
gedreht wird. Dabei bezeichnet N die Iterationslänge.is rotated. N denotes the iteration length.
Die Winkelfolge {α0, α1, . . . , αN-1} mit α0 < α1 < . . . < αN-1 wird
derart festgelegt, daß jeweils ein Winkel z, der die Bedin
gung |z| ≦ D mit D = α0 + α1 +.., + . . . , αN-1 erfüllt, durch eine
geeignete Linearkombination der einzelnen Winkel αn darge
stellt werden kann:
The angular sequence {α 0 , α 1 ,. . . , α N-1 } with α 0 <α 1 <. . . <α N-1 is determined such that in each case an angle z which defines the condition | z | ≦ D with D = α 0 + α 1 + .., +. . . , α N-1 fulfilled, can be represented by a suitable linear combination of the individual angles α n :
z ≈ σ0α0 + σ1α1 + . . . + σN-1αN-1 mit σn = ± 1z ≈ σ 0 α 0 + σ 1 α 1 +. . . + σ N-1 α N-1 with σ n = ± 1
Dabei wird D als Konvergenzbereich bezeichnet.D is referred to as the convergence area.
Auf diese Weise wird der Eingangsvektor (In, Qn) nicht unmit telbar um den Winkel z, sondern durch eine Folge von N auf einanderfolgende "Mikrorotationen" um die kleineren Winkel σnαn gedreht. Dabei entspricht σn dem Vorzeichen der n-ten Mi krorotation, welches abhängig von dem Winkel z festgelegt wird.In this way, the input vector (I n , Q n ) is not rotated directly by the angle z, but by a sequence of N on successive "microrotations" by the smaller angles σ n α n . Here, σ n corresponds to the sign of the nth micro rotation, which is determined as a function of the angle z.
Die Grundidee des CORDIC-Algorithmus besteht darin, sämtliche
Mikrorotationen durch einfache Verschiebe- und Addiervorgänge
zu realisieren:
The basic idea of the CORDIC algorithm is to implement all microrotations by simple shifting and adding processes:
In+1 = In - σn2-nQn
Qn+1 = σn2-nIn + Qn I n + 1 = I n - σ n 2 -n Q n
Q n + 1 = σ n 2 -n I n + Q n
Wie sich aus der obigen Formel für αn ableiten läßt, kann so
mit der Vektor (IN, QN) abhängig von dem Vektor (I0, Q0) darge
stellt werden:
As can be derived from the above formula for α n , the vector (I N , Q N ) depending on the vector (I 0 , Q 0 ) can be used to represent:
K ist dabei ein konstanter Skalierfaktor, der unabhängig von dem Rotationswinkel z ist.K is a constant scaling factor that is independent of is the angle of rotation z.
In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung zur Realisierung der automatischen Frequenzkorrektur unter Anwendung des CORDIC-Algorithmus dargestellt. Dabei wird angenommen, daß f0 den zu korrigierenden Frequenzoffset, Tc die Empfangsbitperiode und m den Überabtastungsfaktor des mit dem CORDIC-Algorithmus zu verarbeitenden Basisbandsignals darstellt.In Fig. 3 is a circuit arrangement for implementing the automatic frequency correction using the CORDIC algorithm is illustrated. It is assumed that f 0 represents the frequency offset to be corrected, T c the received bit period and m the oversampling factor of the baseband signal to be processed with the CORDIC algorithm.
Das durch die Signalkomponenten i(k) und q(k) definierte kom
plexe Basisbandsignal i(k)+jq(k) (k bezeichnet den Abtastin
dex) wird mit exp(jz(k)) multipliziert, wobei gilt:
The complex baseband signal i (k) + jq (k) (k denotes the scanning index) defined by the signal components i (k) and q (k) is multiplied by exp (jz (k)), where:
Diese Multiplikation wird durch Anwendung des CORDIC-Algorithmus durchgeführt, wobei die Phasenakkumulation durch den in Fig. 3 gezeigten Akkumulator 16 durchgeführt wird. Von einer in Form eines ROM-Speichers ausgestalteten Steuerein heit 14 werden die zur Ansteuerung der einzelnen Mikrorotati onseinheiten 13 0 . . . 13 N-1 benötigten Rotationsvorzeichen σ0 . . . σN-1 erzeugt. Die Iterationslänge kann beispielsweise N = 16 betragen, so daß entsprechend 16 Mikrorotationseinheiten vor gesehen sind. This multiplication is carried out using the CORDIC algorithm, the phase accumulation being carried out by the accumulator 16 shown in FIG. 3. A control unit 14 designed in the form of a ROM memory is used to control the individual microrotation units 13 0 . . . 13 N-1 required rotational sign σ 0 . . . σ N-1 generated. The iteration length can be, for example, N = 16, so that 16 microrotation units are seen accordingly.
Wie bereits erwähnt worden ist, werden von dem CORDIC-Al gorithmus lediglich Winkel z mit |z| ≦ D verarbeitet. Für N = 16 gilt D ≈ 99°. Das Winkel- oder Phaseninkrement kann jedoch für jede Bitperiode so groß sein, daß der Wert z(k) während eines Bursts Werte größer als 360° erreichen kann.As has already been mentioned, the CORDIC-Al algorithm only angle z with | z | ≦ D processed. For N = 16, D ≈ 99 °. The angle or phase increment can however, for each bit period be so large that the value z (k) can reach values greater than 360 ° during a burst.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsanordnung wird daher
der Winkel z derart verringert, daß er stets maximal 90° be
trägt. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 3 mit Hilfe des Akku
mulators 16 und einem Verzögerungsglied 17 der Wert
w(k) = w(k-1)-f0Tc akkumuliert, wobei gilt:
In the circuit arrangement shown in Fig. 3, the angle z is therefore reduced such that it always carries a maximum of 90 ° be. For this purpose, the value w (k) = w (k-1) -f 0 T c is accumulated according to FIG. 3 with the aid of the accumulator 16 and a delay element 17 , where:
Das Bitmuster 111 . . . 111 von w(k) entspricht in der Festkomma-Dar stellung dem Maximalwert w(k) ≈ 1 bzw. z(k) ≈ 2π. Somit ist die Modulo-Operation w(k) mod 1 bzw. z(k) mod 2π reali siert, so daß der Winkel z(k) stets auf den Wertebereich 0 ≦ z(k) ≦ 2π beschränkt wird.Bit pattern 111. . . 111 of w (k) corresponds to the fixed point dar position of the maximum value w (k) ≈ 1 or z (k) ≈ 2π. Consequently is the modulo operation w (k) mod 1 or z (k) mod 2π reali so that the angle z (k) is always within the range of values 0 ≦ z (k) ≦ 2π is limited.
Die einzelnen Werte w(k) werden in dem in Fig. 3 gezeigten Register 15 gespeichert und dienen zur Ansteuerung des ROM-Spei chers 14, was noch näher nachfolgend erläutert wird.The individual values w (k) are stored in the register 15 shown in FIG. 3 and are used to control the ROM memory 14 , which will be explained in more detail below.
Der CORDIC-Algorithmus weist gute Ergebnisse auf, falls sich der Phasenwinkel z(k) im ersten oder vierten Quadranten be findet. Daher wird bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungsan ordnung das Vorzeichen von i(k) und q(k) mit -1 multipli ziert, falls z(k) im zweiten oder dritten Quadranten liegt. Anschließend wird das Wertepaar (-i(k),-q(k)) um den Winkel z(k)-π gedreht, wobei dieser Winkel sicher im vierten oder ersten Quadranten liegt. Diese Aufgabe wird von der in Fig. 3 gezeigten Einheit 12 wahrgenommen, welche abhängig von einem Steuersignal s des ROM-Speichers 14 wahlweise das Vorzeichen von i(k) und q(k) negiert oder nicht. The CORDIC algorithm has good results if the phase angle z (k) is in the first or fourth quadrant. Therefore, in the circuit arrangement shown in FIG. 3, the sign of i (k) and q (k) is multiplied by -1 if z (k) lies in the second or third quadrant. The pair of values (-i (k), - q (k)) is then rotated by the angle z (k) -π, this angle being certainly in the fourth or first quadrant. This task is performed by the unit 12 shown in FIG. 3, which either negates the sign of i (k) and q (k) depending on a control signal s of the ROM 14 .
Der ROM-Speicher 14 ist derart ausgestaltet, daß für jeden Wert w(k) = (w0, w1, . . . , wN+1) unmittelbar entsprechende Werte für s und σ0 . . . σN-1 ausgelesen werden können, wobei w0 das höchstwertige Bit (Most Significant Bit, MSB) von w(k) dar stellt. Das Vorzeichenflag s kann dabei unmittelbar durch die logische Operation w0 XOR w1 ermittelt werden, da durch diese beiden Bits der Quadrant des Phasenwinkels z(k) bestimmt ist. Das Vorzeichen der ersten Mikrorotation σ0 ist stets mit w1 identisch, da im ersten und dritten Quadranten für die erste Rotationsrichtung stets σ0 = +1 gilt.The ROM memory 14 is designed in such a way that for each value w (k) = (w 0 , w 1 ,..., W N + 1 ), corresponding values for s and σ 0 . . . σ N-1 can be read out, where w 0 represents the most significant bit (MSB) of w (k). The sign flag s can be determined directly by the logical operation w 0 XOR w 1 , since these two bits determine the quadrant of the phase angle z (k). The sign of the first microrotation σ 0 is always identical to w 1 , since σ 0 = +1 always applies to the first direction of rotation in the first and third quadrants.
Die verbleibenden N-1 Vorzeichen σ1 . . . σN-1 werden hingegen von den übrigen N Bits w1, w2, . . . , wN+1 des w(k)-Registers 15 abgeleitet. Der ROM-Speicher 14 kann demzufolge in Form einer N Bit × (N-1) Bit-Tabelle in Kombination mit einem XOR-Gatter realisiert sein, wobei in dieser ROM-Tabelle für jede Kombi nation der Bits w1, w2, . . . ,wN+1 die entsprechenden Werte für die Vorzeichen σ1 . . . σN-1 abgelegt sind.The remaining N-1 signs σ 1 . . . σ N-1 , however, are from the remaining N bits w 1 , w 2 ,. . . , w N + 1 of the w (k) register 15 is derived. The ROM memory 14 can consequently be implemented in the form of an N bit × (N-1) bit table in combination with an XOR gate, in this ROM table for each combination of the bits w 1 , w 2 ,. . . , w N + 1 the corresponding values for the sign σ 1 . . . σ N-1 are filed.
Die Einheit 9 zur DC-Offset-Beseitigung ist derart ausgestal tet, daß ein Gleichstrom/Gleichspannung- oder DC-Offset durch Addieren oder Subtrahieren eines konstanten Werts beseitigt wird. Bei der zuvor beschriebenen 8 Bit-Auflösung kann dieser konstante Wert im Wertebereich -128 . . . 128 liegen. Die Einheit 9 kann somit beispielsweise einfach durch einen Addierer realisiert sein, dem einerseits das Ausgangssignal der vorgeschalteten Einheit und anderer seits der zu addierende konstante Wert zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Addierers wird dann zugleich als Ausgangs signal der DC-Offset-Beseitigungseinheit 9 ausgegeben.The unit 9 for DC offset elimination is designed in such a way that a direct current / direct voltage or DC offset is eliminated by adding or subtracting a constant value. With the 8 bit resolution described above, this constant value can be in the value range -128. . . 128 lie. The unit 9 can thus be easily implemented, for example, by an adder, to which the output signal of the upstream unit and the constant value to be added are supplied. The output signal of the adder is then simultaneously output as the output signal of the DC offset elimination unit 9 .
Die RRC-Einheit 4 dient dazu, eine optimale Bandbeschränkung
bei zugleich optimalem Frequenzgang zu erzielen. Zur Filte
rung kann von der RRC-Einheit 4 als Root-Raised-Cosine-Funktion
beispielsweise die folgende Impulsantwort g(t) ver
wendet werden:
The RRC unit 4 serves to achieve an optimal band restriction with an optimal frequency response. For filtering, the following impulse response g (t) can be used by the RRC unit 4 as the root-raised cosine function:
Der Parameter r(0 ≦ r < 1) wird als Rolloff-Faktor bezeich net. In Fig. 4A ist die Funktion g(t) in Form eines zeitver schobenen Ausschnitts für r = 0,22 (bei sechzehnfacher Über abtastung) dargestellt.The parameter r (0 ≦ r <1) is called the rolloff factor. In Fig. 4A, the function g (t) is shown in the form of a time-shifted section for r = 0.22 (with sixteen times oversampling).
Die Autokorrelationsfunktion ϕ(t) der RRC-Funktion g(t) be
sitzt die gewünschte RRC-Kennlinie, welche das Nyquist-Kri
terium zur Vermeidung von Zwischensymbol-Interferenzen er
füllt:
The autocorrelation function ϕ (t) of the RRC function g (t) has the desired RRC characteristic, which the Nyquist criterion fulfills to avoid inter-symbol interference:
Die Autokorrelationsfunktion ϕ(t) der in Fig. 4A gezeigten RRC-Funktion g(t) ist in Fig. 4B dargestellt.The autocorrelation function ϕ (t) of the RRC function g (t) shown in FIG. 4A is shown in FIG. 4B.
Die RRC-Einheit 4 mit der zuvor beschriebenen RRC-Funktion g(t) kann beispielsweise für den I- und den Q-Zweig Schiebe register der Länge 20 und der Wortbreite 8 Bit aufweisen, wo bei jeweils zwei oder vier benachbarte Schieberegisterzellen des I- und Q-Zweigs mit einem Multiplexer verbunden sind, dessen Ausgangssignal mit den Filterkoeffizienten der Filter funktion g(t) multipliziert werden, so daß die Filterkoeffi zienten abwechselnd für den I-Zweig und den Q-Zweig mit den in den Schieberegisterzellen gespeicherten Werten multipli ziert werden. Die Ergebnisse der Schiebeoperationen werden addiert und hinsichtlich ihrer Abtastrate reduziert, wobei von einem Demultiplexer wieder abwechselnd die gefilterten Werte für den I- und Q-Zweig mit zweifacher Überabtastung ausgegeben werden.The RRC unit 4 with the RRC function g (t) described above can have, for example, shift registers of length 20 and word length 8 bits for the I and Q branches, where two or four adjacent shift register cells of the I- and Q branch are connected to a multiplexer whose output signal is multiplied by the filter coefficients of the filter function g (t), so that the filter coefficients are multiplied alternately for the I branch and the Q branch by the values stored in the shift register cells become. The results of the shift operations are added and their sampling rate is reduced, the filtered values for the I and Q branches alternately being output by a demultiplexer with double oversampling.
Die RSSI-Einheit 5 kann schließlich durch einen programmier
baren Mittelwertbilder realisiert sein. Die RSSI-Einheit 5
berechnet dabei den folgenden Wert:
The RSSI unit 5 can finally be realized by a programmable mean value images. The RSSI unit 5 calculates the following value:
Die Länge M der Mittelwertbildung ist variabel und durch den digitalen Signalprozessor 18 über den Programmierbus program mierbar. Die Länge M sollte möglichst so gewählt werden, daß über einen ganzen Zeitschlitz, einen halben Zeitschlitz oder einen viertel Zeitschlitz gemittelt wird. Das Ergebnis der Mittelwertbildung kann von der RSSI-Einheit 5 über den Pro grammierbus beispielsweise mit einer maximalen Übertragungs rate von 6400 Worten/s dem digitalen Signalprozessor 18 mit geteilt werden. The length M of the averaging is variable and programmable by the digital signal processor 18 via the programming bus. The length M should, if possible, be chosen so that an average over an entire time slot, half a time slot or a quarter time slot is averaged. The result of the averaging can be shared with the digital signal processor 18 by the RSSI unit 5 via the programming bus, for example with a maximum transmission rate of 6400 words / s.
11
Analoges Tiefpaßfilter
Analog low pass filter
22nd
A/D-Wandler
A / D converter
33rd
Signalaufbereitungseinheit
Signal processing unit
44th
RRC (Root-Raised Cosine)-Einheit
RRC (Root-Raised Cosine) unit
55
RSSI (Radio Signal Strength Indicator)-Einheit
RSSI (Radio Signal Strength Indicator) unit
66
Rake-Empfänger
Rake receiver
77
Einheit zur automatischen Frequenzkorrektur
Automatic frequency correction unit
88th
FTR-Filter
FTR filter
99
Einheit zur DC-Offset-Beseitigung
Unit for DC offset elimination
1010th
Digitales Wellenfilter
Digital wave filter
1111
Digitales Tiefpaßfilter
Digital low pass filter
1212th
Vorzeichenauswahleinheit
Sign selection unit
1313
Mikrorotationseinheit
Microrotation unit
1414
ROM-Speicher
ROM memory
1515
Register
register
1616
Akkumulator
accumulator
1717th
Verzögerungsglied
Delay element
1818th
Digitaler Signalprozessor
I, i In-Phase-Komponente
Q, q Quadraturkomponente
f0 Digital signal processor
I, i in-phase component
Q, q quadrature component
f 0
Frequenzoffset
Tc Frequency offset
T c
Bitperiode
m Überabtastungsfaktor
t Zeit
Bit period
m oversampling factor
t time
Claims (18)
- - Frequenzkorrekturmittel (7), welchen das Empfangssignal zu geführt ist und welche das Empfangssignal einer automatischen Frequenzkorrektur unterziehen,
- - Tiefpaßfiltermittel (8), welche mit dem Ausgang der Fre quenzkorrekturmittel (7) verbunden sind und das Ausgangs signal der Frequenzkorrekturmittel (7) einer Tiefpaßfilterung unterziehen, und
- - Gleichanteil-Offset-Beseitigungsmittel (9), welche mit dem Ausgang der Tiefpaßfiltermittel (8) verbunden sind und einen in dem Ausgangssignal der Tiefpaßfiltermittel (8) enthaltenen Gleichanteil-Offset beseitigen.
- - frequency correction means ( 7 ), to which the received signal is routed and which subjects the received signal to automatic frequency correction,
- - low-pass filter (8) which are connected to the output of Fre quenzkorrekturmittel (7) and the output signal of the frequency correction means (7) undergo a low-pass filtering, and
- - DC component offset eliminating means ( 9 ) which are connected to the output of the low-pass filter means ( 8 ) and eliminate a DC component offset contained in the output signal of the low-pass filter means ( 8 ).
- - Wellenfiltermittel (10), welchen das Empfangssignal zuge führt ist und welche das Empfangssignal einer Wellenfilterung unterziehen,
- - Gleichanteil-Offset-Beseitigungsmittel (9), welche mit dem Ausgang der Wellenfiltermittel (10) verbunden sind und einen in dem Ausgangssignal der Wellenfiltermittel (10) enthaltenen Gleichanteil-Offset beseitigen,
- - Frequenzkorrekturmittel (7), welche mit dem Ausgang der Gleichanteil-Offset-Beseitigungsmittel (9) verbunden sind und das Ausgangssignal der Gleichanteil-Offset-Beseitigungsmittel (9) einer automatischen Frequenzkorrektur unterziehen, und
- - Tiefpaßfiltermittel (11), welche mit dem Ausgang der Fre quenzkorrekturmittel (7) verbunden sind und das Ausgangs signal der Frequenzkorrekturmittel (7) einer Tiefpaßfilterung unterziehen.
- - Wave filter means ( 10 ), which the received signal is supplied to and which subject the received signal to wave filtering,
- Direct component offset removal means ( 9 ) which are connected to the output of the wave filter means ( 10 ) and eliminate a direct component offset contained in the output signal of the wave filter means ( 10 ),
- - Frequency correction means ( 7 ), which are connected to the output of the DC offset elimination means ( 9 ) and subject the output signal of the DC offset elimination means ( 9 ) to an automatic frequency correction, and
- - low-pass filter (11) which are connected to the output of Fre quenzkorrekturmittel (7) and the output signal of the frequency correction means (7) undergo a low pass filtering.
wobei die n-te Rotationseinheit (13) die Phase um den Winkel an = arctan(2 -n) dreht, und
wobei Steuermittel (14-17) vorgesehen sind, welche in Abhän gigkeit von einem Frequenzoffset (f0) des den Frequenzkorrek turmitteln (7) zugeführten Signals einen Gesamt-Phasen drehwinkel z bestimmen und die Vorzeichen σn für die Phasendrehungen der einzelnen Rotationseinheiten (13) derart festlegen, daß die Bedingung z ≈ σ0α0 + σ1α1 + . . . + σN-1αN-1 mit σn = ±1 erfüllt ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the frequency correction means ( 7 ) comprise N series-connected rotation units ( 13 ), each rotating the phase of the signal supplied to them by a certain phase angle,
wherein the nth rotation unit ( 13 ) rotates the phase by the angle a n = arctan ( 2 -n ), and
Control means ( 14-17 ) are provided which, depending on a frequency offset (f 0 ) of the signal supplied to the frequency correction means ( 7 ), determine an overall phase rotation angle z and the sign σ n for the phase rotations of the individual rotation units ( 13 ) so that the condition z ≈ σ 0 α 0 + σ 1 α 1 +. . . + σ N-1 α N-1 with σ n = ± 1 is satisfied.
In+1 = In - σn2-nQn,
Qn+1 = σn2-nIn + Qn
wobei In die In-Phase-Komponente und Qn die Quadraturkompo nente des der n-ten Rotationseinheit (13) zugeführten Signals bezeichnet.10. Apparatus according to claim 9 and claim 2, characterized in that the rotation units ( 13 ) are designed such that they perform the rotation of the phase by the following calculation
I n + 1 = I n - σ n 2 -n Q n ,
Q n + 1 = σ n 2 -n I n + Q n
where I n denotes the in-phase component and Q n denotes the quadrature component of the signal supplied to the nth rotation unit ( 13 ).
wobei r einen variablen Parameter mit dem Wertebereich 0 . . . 1 und Tc die Bitperiode des Empfangssignals bezeichnet.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the impulse response g (t) of the RRC filter device ( 4 ) fulfills the following relationship:
where r is a variable parameter with a value range of 0. . . 1 and T c denotes the bit period of the received signal.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |