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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von veränderlichen
Offsetwerten eines Empfangssignals, das in Datenpaketen übertragen wird,
vorzugsweise in einem Empfänger
eines Mobilfunkgerätes,
wobei das Empfangssignal digitalisiert und zwischengespeichert wird,
der Offset des digitalisierten und zwischengespeicherten Empfangssignals
berechnet wird, mit dem berechneten Offset das digitalisierte Empfangssignal
korrigiert wird und das korrigierte Empfangssignal zur weiteren
Verarbeitung weitergeleitet wird.
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Im
GSM-Mobilfunk (GSM = Global System for Mobile Communication) werden
Daten, die Nutzdaten enthalten, in Form von Paketen (Burst) übertragen.
In einem solchen, über
eine Luftschnittstelle übertragenen
Paket, liegen nach dem Empfang im Mobilteil die Empfangsdaten (Empfangspakete), durch
Spannungswerte repräsentiert,
vor. Diese Spannungswerte werden digitalisiert (digitalisierte Empfangsdaten)
und der digitalen Signalverarbeitung des Mobilteils zugeführt.
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Während der Übertragung
der Daten können,
beispielsweise durch Reflexionen der Wellen oder durch Rauschen,
die Nutzdaten (Bits und Bytes) gestört werden. Diese gestörten Nutzdaten
können durch
einen Computeralgorithmus aus den Empfangsdaten zurückgerechnet
werden. Ein Vergleich der somit im Mobilteil ermittelten Nutzdaten
mit den tatsächlich
vom Sender gesendeten Nutzdaten bestimmt die Bitfehlerrate.
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Kommen
weitere Störeinflüsse in der Übertragung
hinzu, steigt die Bitfehlerrate. Ein solcher Störeinfluß kann zum Beispiel eine konstante
Verschiebung ("statischer
Offset"), eine langsame
Verschiebung ("Drift") oder eine spontane
Verschiebung ("Sprung") aus dem Arbeitspunkt
sein, wobei dieser Ar beitspunkt auf 0 Volt festgelegt ist. Drift
oder Sprung des Offsets wird als "dynamischer Offset" bezeichnet.
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Ein
Sprung im Offset kann zum Beispiel in einem Direct-Conversion Empfänger auftreten,
wenn die Leistungsdichte außerhalb
des Empfangsbandes eine starke und spontane Veränderung erfährt, die zusätzlich einen
für den
Empfänger
verträglichen
Absolutpegel überschreitet.
Eine Drift kann zum Beispiel auftreten, wenn nach dem Einschalten
des Empfängers
für den
Empfang eines Paketes parasitäre
Einschwingvorgänge
im Empfänger
stattfinden.
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Bisher
existiert zur Kompensation von dynamischen Offsets die sogenannte
statische Offsetkompensation, bei der über das gesamte, bereits digitalisierte
Empfangspaket, ein Mittelwert des Offsets errechnet wird und dieser
Mittelwert, zur Kompensation beziehungsweise zur Korrektur der Empfangsdaten,
von diesen abgezogen werden. Sämtliche
Empfangsdaten des Datenpaketes werden in diesem Verfahren also mit
demselben Wert, einer Konstanten, korrigiert. Ein dynamischer Offset
kann somit nicht oder nur unzureichend kompensiert werden. Dies wirkt
sich in einer relativ hohen Bitfehlerrate aus.
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Aus
der
EP 1 202 511 A1 ,
die früher
als dieses Schutzrecht angemeldet, jedoch nachveröffentlicht
wurde, ist ein gattungsgemäßes Verfahren
offenbart. Bei diesem Verfahren wird eine Aufteilung eines empfangenen
Datenpakets in mehrere Blöcke
vorgenommen, um innerhalb jedes Blocks zunächst den minimalen und den
maximalen Signalwert zu bestimmen und daraus eine zeitabhängige Korrekturfunktion
für den
Offset zu ermitteln.
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Aus
der
EP 0 895 385 A1 ist
ein Verfahren zur DC-Offset-Unterdrückung empfangener
Datenpakete bekannt, das jedoch zum technischen Hintergrund für die vorliegende
Erfindung zu zählen
ist. Zum technischen Hintergrund gehört au ßerdem die WO 98/01981 A1,
die sich ebenfalls mit einem Verfahren zum Kompensieren eines variierenden DC-Offsets
in einem abgetasteten Signal beschäftigt.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zu entwickeln,
das Offsetsprünge und
Offsetdrifts, die im Empfangssignal auftreten, zumindest teilweise,
kompensiert und eine Verringerung einer Bitfehlerrate des Empfangssignals
bewirkt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Demgemäß schlägt der Erfinder
vor, ein Verfahren zur Kompensation von veränderlichen Offsetwerten eines
Empfangssignals, das in Datenpaketen übertragen wird, vorzugsweise
in einem Empfänger eines
Mobilfunkgerätes,
weiterzuentwickeln, wobei in einem bekannten Verfahren:
- – das
Empfangssignal digitalisiert und zwischengespeichert wird,
- – der
Offset des digitalisierten und zwischengespeicherten Empfangssignals
berechnet wird,
- – mit
dem berechneten Offset das digitalisierte Empfangssignal korrigiert
wird und
- – das
korrigierte Empfangssignal zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet
wird.
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Die
erfindungsgemäße Weiterentwicklung sieht
vor, daß das
digitalisierte und zwischengespeicherte Empfangssignal eines Datenpaketes
in mehrere Blöcke
aufgeteilt wird, wobei innerhalb jedes Blocks, ein blockspezifischer
Mittelwert des Offsets berechnet wird und aufgrund der Mittelwerte
eine zeitabhängige
Korrekturfunktion für
den Offset ermittelt wird, mit der das digitalisierte Empfangssignal korrigiert
wird. Anstelle eines einzigen konstanten Wertes, der bisher zur
Korrektur verwendet wird, werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren
also zeitlich veränderliche
Werte der Korrekturfunktion ermittelt.
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Hierdurch
wird auf äußerst einfache
und zuverlässige
Weise erreicht, daß die
zeitlich veränderlichen
Werte der Korrekturfunktion eine bessere Anpassung an den tatsächlichen
Verlauf des Offsets wiedergeben, als das bei einem starren Mittelwert
der Fall ist. Dies führt
zu einer Verringerung einer Bitfehlerrate bei der Übertragung
des Empfangssignals.
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In
einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden als Korrekturfunktion Geraden verwendet, die jeweils benachbarte
Mittelwerte miteinander verbinden, wobei die Mittelwerte vorzugsweise
mittig in dem jeweiligen Block angeordnet sind. Die Geraden (Sekanten)
werden also zwischen den berechneten Mittelwerten linear interpoliert.
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Vorzugsweise
wird an den randständigen Blöcken die
Steigung der benachbarten Geraden linear extrapoliert.
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Eine
andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß als Korrekturfunktion
eine Näherungsfunktion
verwendet wird, deren Parameter mit Hilfe eines geeigneten Kriteriums an
den ermittelten Mittelwerten angepaßt werden. Für den zum
Beispiel praktisch wichtigen Fall einer Exponentialfunktion h*exp(t/tau),
läßt sich
bei unbekannten Parametern h und tau in einem für tau zu erwartenden Intervall
ein Polynom approximieren. Die Unbekannten h und tau können dann
durch ein Gradientenverfahren an den Stützstellen (den Mittelwerten)
angepaßt
werden. Generell können
beliebige Funktionen vorgelegt werden, wobei zur Laufzeit eine grobe
Klassifizierung der störenden
Kurvenform erfolgt und im zweiten Schritt deren Parameter genauer
bestimmt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das digitalisierte und zwischengespeicherte Empfangssignal
in zeitlich gleich große
Blöcke
aufgeteilt.
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Darüber hinaus
kann die Größe der Blöcke in Abhängigkeit
von einem Eingangspegel eingestellt werden. Verringert sich die
Höhe des
dynamischen Offsets mit steigendem Eingangspegel so kann es sinnvoll
sein, die Blockanzahl zu reduzieren. Ist die Drift verschwunden,
kann im Extremfall die Blockanzahl eins gewählt werden. Hierbei ist jedoch
zu beachten, daß der
Mittelwert relativ schlecht geschätzt wird, wenn die Blöcke sehr
klein sind, also nur eine kurze Folge an digitalisierten Empfangsdaten
umfaßt.
Werden die Blöcke
sehr groß,
wird der dynamische Offset jedoch, wie bei der statistischen Offsetkompensation,
schlecht genähert.
Es werden die Anzahl der Blöcke
also vorzugsweise derart eingestellt, daß ein optimaler Kompromiß zwischen
einer Näherung
des dynamischen Offsets und einer Schätzung des Mittelwertes erreicht
wird.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
mit Hilfe der Figuren näher
beschrieben. Es zeigen im einzelnen:
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1:
schematische Darstellung der statischen Offsetkompensation;
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2:
schematische Darstellung einer blockweise statischen Offsetkompensation;
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3:
schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 verdeutlicht
in einer schematischen Darstellung die statische Offsetkompensation. In
einer Auftragung der Offsetamplitude gegen die zeitliche Folge der
digitalisierten Empfangssignale (Position) beschreibt die durchgezogene
Linie IST einen tatsächlichen
Offset der Empfangssignale.
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Ein
in Form eines Datenpaketes X eingehendes Empfangssignal wird digitalisiert
und in einem Puffer zwischengespeichert. Dann wird der Offset des
digitalisierten und zwischengespeicherten Empfangssignals berechnet
und mit dem berechneten Offset das digitalisierte Empfangssignal
korrigiert.
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Bei
der bekannten statischen Offsetkompensation wird der Offset des
digitalisierten und zwischengespeicherten Empfangssignals berechnet,
indem ein Mittelwert M.5 des gesamten Datenpakets X bestimmt wird.
Durch diesen Mittelwert M.5 wird eine Gerade STA mit der Steigung
0 gelegt, das heißt,
zur Korrektur des digitalisierten Empfangssignals wird ein konstanter
Wert verwendet.
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Die 2 zeigt
eine schematische Darstellung der blockweise statischen Offsetkompensation. Hierbei
wird das Datenpaket X in Blöcke
B.X zerlegt, hier in die Blöcke
B.1 bis B.4. Innerhalb jedes Blockes B.1 bis B.4 wird nun die statische
Offsetkompensation angewendet.
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Für jeden
Block B.X wird ein Mittelwert M.X ermittelt, das heißt für den Block
B.1 der Mittelwert M.1, für
den Block B.2 der Mittelwert M.2 usw. Durch die jeweiligen Mittelwerte
M.1 bis M.4 werden Geraden BSTA.1 bis BSTA.4 gelegt, die keine Steigung aufweisen.
Eine Korrektur der digitalisierten Empfangssignale erfolgt nun anhand
dieser, innerhalb eines Blocks B.X jeweils konstanten, Offsetwerte.
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Die 3 zeigt
eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auch hier wird das digitalisierte Empfangssignal in vier Blöcke B.1
bis B.4 aufgeteilt, und innerhalb jedes Blocks B.X, ein blockspezifischer
Mittelwert M.1 bis M.4 des Offsets berechnet.
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Mit
Hilfe dieser Mittelwerte M.1 bis M.4 wird eine zeitabhängige Korrekturfunktion
für den
Offset ermittelt, mit der das digitalisierte und in Form eines Datenpaketes
X vorliegende Empfangssignal korrigiert wird.
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In
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden
jeweils benachbarte Mittelwerte linear miteinander verbunden, wobei
die Mittelwerte mittig in den jeweiligen Blöcken angeordnet sind, so daß die Gerade
G.12 zwischen den Mittelwerten M.1 und M.2, die Gerade G.23 zwischen
den Mittelwerten M.2 und M.3 und die Gerade G.34 zwischen den Mittelwerten M.3
und M.4 berechnet werden. Diese Geraden G.XX+1 können jeweils unterschiedliche
Steigungen aufweisen.
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An
den randständigen
Mittelwerten M.1 und M.4 wird die Steigung der jeweils benachbarten
Geraden fortgeführt.
Von dem Beginn des Datenblocks X bis zu dem ersten Mittelwert M.1
wird die Gerade Ga vorzugsweise mit der selben Steigung extrapoliert,
die die Gerade G.12 aufweist. Von dem Mittelwert M.4 bis zum Ende
des Datenblocks X erhält
die Gerade Gz vorzugsweise die selbe Steigung wie die benachbarte
Gerade G.34.
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Die
so ermittelte Kurve beziehungsweise Korrekturfunktion, wird von
den Empfangsdaten des Datenpaketes, in dem Digitalteil (Software)
des Empfängers
des Mobilfunkgerätes
subtrahiert. Diese Empfangsdaten können nun zur weiteren Verarbeitung
weitergeleitet werden.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Insgesamt
wird durch die Erfindung ein einfaches Verfahren vorgestellt, das
Offsetsprünge
und Offsetdrifts, die im Empfangssignal auftreten, zumindest teilweise,
kompensiert und eine Verringerung einer Bitfehlerrate bei der Übertragung
des Empfangssignals bewirkt.
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- B.X
- Block
- BSTA.X
- Gerade
der blockweisen statischen
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- Offsetkompensation
- G.XX+1
- Gerade
zwischen den Mittelwerten M.X und M.X+1
- Ga
- Gerade
zwischen dem Anfang des Datenpaketes X und
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- dem
ersten Mittelwert M.1
- Gz
- Gerade
zwischen dem letzen Mittelwert M.X und dem
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- Ende
des Datenpaketes X
- IST
- tatsächlicher
Offset
- M.X
- Mittelwert
- STA
- Gerade
der statischen Offsetkompensation
- X
- Datenpaket