DE102004021867B4

DE102004021867B4 - Verfahren zur Signalverarbeitung, insbesondere in einem Hochfrequenzempfänger und Signalaufbereitungsschaltung

Info

Publication number: DE102004021867B4
Application number: DE102004021867A
Authority: DE
Inventors: Giuseppe Li Puma; Dietolf Seippel; Dr.-Ing. Stevanovic Nenad; Dr.-Ing. Kissing Jens; Dr.-Ing. Eisenhut Carsten
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2024-05-05
Also published as: WO2005107085A1; US20070116160A1; KR100866938B1; KR20070008684A; CN100583657C; DE102004021867A1; US7751513B2; CN1951020A

Abstract

Verfahren zur Signalverarbeitung, insbesondere in einem Empfänger, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines ersten Signalpfades (6) mit einem ersten Verstärker (64) und eines zweiten Signalpfades (7) mit einem zweiten Verstärker (74) mit steuerbarem Verstärkungsfaktor; – Anlegen eines Signals an den ersten und den zweiten Signalpfad (6, 7); – Verstarken des angelegten Signals im ersten Signalpfad (6) und Demodulieren des im ersten Signalpfad (6) verstärkten Signals; Verstärken des angelegten Signals im zweiten Signalpfad (7) um den steuerbaren Verstärkungsfaktor und Ermi angelegten Signals; – wobei der Schritt des Demodulierens im ersten Signalpfad (7) den Schritt des Ermittelns einer eine Modulationsart reprasentierenden Kennung in einem Dateninhalt und den Schritt des wahlweisen Abschaltens oder Aktivierens des ersten Signalpfades (6) und/oder des zweiten Signalpfades (7) in Abhängigkeit der ermittelten Kennung umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalverarbeitung, insbesondere in einem Empfänger. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Signalaufbereitungsschaltung.
Die Druckschrift DE 4319256 C2 zeigt eine Analog-Digital-Wandlerschaltung, bei der in einem ersten Signalpfad das zugeführte Signal geeignet verstärkt wird, um einen Dynamikbereich eines Wandlers optimal anzusteuern.
Die DE 10131457 A1 zeigt einen Empfänger mit zwei Empfangspfaden, die eingangsseitig über einen Antennensignalsplitter miteinander verbunden sind. Die Empfangspfade sind für verschiedene Empfangsfrequenzen optimiert.
Die DE 10125909 A1 behandelt ein System zum Übertragen von Datenpaketen mittels Funk in einem Zeitschlitzverfahren, wobei ein erster Teil eines Datenpakets mit einer ersten Symbolrate und einer ersten Frequenz übertragen wird und ein zweiter Teil des Datenpakets mit einer zweiten Symbolrate und einer zweiten Frequenz übertragen wird, wobei das verwendete Modulationsverfahren nicht verändert werden muss.
Die US 4370520 behandelt einen Stereo-Empfanger, welcher eine automatische Verstärkungsregelung derart vorsieht, dass wahrend des Einstellens eines Senders mit zunehmender Stärke eines Eingangssignals die Stärke eines zugehörigen Ausgangssignals ebenfalls zunimmt, wohingegen ansonsten die Starke des Ausgangssignals unabhängig von der Stärke des Eingangssignals auf einem relativ konstanten Niveau gehalten wird.
Einige moderne Kommunikationsstandards besitzen die Moglichkeit, Informationen mit einer variablen Datenrate zu übertragen. Ein Beispiel dafür ist der Kommunikationsstandard Bluetooth. Für die Übertragung von verschiedenen Datenraten sind bei diesem Standard verschiedene Modulationsarten vorgesehen. Für eine Datenübertragungsrate von einem MBit/s wird als Modulationsart eine Frequenzumtastung (GFSK-Modulation) verwendet. Fur mittlere bzw. höhere Datenübertragungsraten von 2 bis 3 MBit/s sind als Modulationsarten eine π/4-DQPSK- bzw. 8-DPSK-Modulation vorgesehen. Während bei einer reinen Frequenzumtastung Information nur über den Zeitpunkt eines Nulldurchgangs übertragen wird, werden bei den beiden Modulationsarten π/4-DQPSK und 8-DPSK eine Amplitude und eine Phase des Signals gleichzeitig verändert, wodurch sich andere Anforderungen an einen Empfänger ergeben.
5 zeigt ein typisches Blockschaltbild eines Empfängersystems für einen solchen mobilen Kommunikationsstandard. Das empfangene Signal mit einer Frequenz f_RF wird in einer Hochfrequenzeingangsstufe 1 mit einem rauscharmen Verstärker 12 verstärkt und mit einem Mischer 13 auf eine Zwischenfrequenz f_IF umgesetzt. Dazu verwendet der Mischer 13 ein Lokaloszillatorsignal mit der Frequenz f_LO. Das auf die Zwischenfrequenz f_IF umgesetzte Signal wird einem komplexen Kanalfilter 2 zugeführt, der als Bandpassfilter ausgebildet ist.
Das gefilterte Signal wird in einer Signalaufbereitungsschaltung 3 verstarkt und in einem nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler digitalisiert. Die Verstarkung in der Signalaufbereitungsschaltung 3 erfolgt bis auf einen Pegel, der für die nachfolgende analoge bzw. digitale Signalverarbeitung geeignet ist. Beispielsweise wird die gesamte Auflosung des nachgeschalteten Analog/Digitalwandlers durch die eingestellte Verstarkung ausgenutzt. Der hier vorgestellte Empfängerpfad enthält mehrere verteilte Verstarkerstufen mit jeweils einzelnen Verstärkungsfaktoren, die einen gemeinsamen Verstarkungsfaktor ergeben.
In Abhängigkeit des verwendeten Mobilfunkstandards müssen die Verstärkungsfaktoren in den einzelnen Stufen für einen optimalen Empfang unterschiedlich ausgelegt sein. Beispielsweise ist es bei einer reinen Frequenzmodulation bei der eine Frequenzumtastung verwendet wird, ausreichend, mit limitierenden Verstärkerstufen zu arbeiten, da in der Signalamplitude keine Information enthalten ist. Die Verstärkerstufen können daher in Begrenzung betrieben werden. Höherwertige Modulationsverfahren wie das beschriebene π/4-DQPSK- und 8-DPSK-Verfahren verwenden jedoch auch Amplituden- und Phaseninformation. Daher ist für die Verstärkung eines mit einem solchen Modulationsverfahren modulierten Signals ein lineares Übertragungsverhalten der Verstärkerstufen erforderlich.
Um das Signal/Rausch-Verhaltnis des empfangenen Signals weiter zu verbessern, ist es zweckmäßig, das Signal möglichst vor einer komplexen Signalverarbeitung stark zu verstärken. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass hohe Eingangspegel eines empfangenen Signals ebenso linear verstärkt werden müssen, um eventuell vorhandene Amplitudeninformationen nicht zu verfälschen. Aus diesem Grund wird in modernen Kommunikationssystemen eine aktive Steuerung der Verstärkung verwendet, bei der beispielsweise der Pegel des Eingangssignals bestimmt und die Verstärkung davon abhängig eingestellt wird. Die dazugehörige Leistungsmessung, die als RSSI-Messung (Radio Signal Strength Indikator) bezeichnet wird, erlaubt eine aktive Kontrolle.
Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich bei einem Mobilfunkstandard, der während einer Übertragung die Datenrate/Modulationsart variabel ändert. Ein solches Beispiel ist die neue Fassung des Mobilfunkstandards Bluetooth, der paketorientiert arbeitet. Dabei werden in Datenpaketen insbesondere Kopf- und Paketinformationen erst mit einer niedrigen GFSK-Datenrate und GFSK-Modulation übertragen und daran anschließend die Nutzdaten mit der gleichen oder einer mittleren bzw. hoheren Datenrate mit π/4-DQPSK- oder 8-DPSK-Modulation. Es ist also notwendig, den Empfangspegel des empfangenen Datenpakets zu ermitteln und daraus abhängig von der Modulationsart der Nutzdaten den Verstärkungsfaktor geeignet einzustellen, um so einen Amplituden- oder Phasenfehler zu vermeiden.
Der Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren vorzusehen, bei dem auf einfache Art und Weise der geeignete Verstärkungsfaktor ermittelt wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Signalaufbereitungsschaltung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Verfahrensanspruchs 1 sowie der Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 10 gelöst.
So ist erfindungsgemäß ein erster Signalpfad mit einem ersten Verstarker sowie ein zweiter Signalpfad mit einem zweiten Verstärker vorgesehen. Der Verstärker des zweiten Signalpfades weist dabei einen steuerbaren Verstärkungsfaktor auf. Sodann wird ein Signal an den ersten und den zweiten Signalpfad angelegt, wobei das Signal im ersten Signalpfad verstärkt wird. Gleichzeitig wird das Signal im zweiten Signalpfad um den steuerbaren Verstärkungsfaktor verstärkt und eine Leistung des am zweiten Signalpfad angelegten Signals ermittelt.
Die ermittelte Leistung kann bevorzugt für eine spätere Einstellung eines Verstärkungsfaktors verwendet werden. Dadurch wird vorteilhaft eine Demodulation sowie die Messung des Signalpegels in zwei unterschiedlichen Signalpfaden ausgeführt. Dies ist vorteilhaft, da so Fehler während der Demodulation, die aufgrund einer Pegelmessung hervorgerufen werden können, vermieden werden. Insbesondere kann im zweiten Signalpfad eine optimale Verstärkungseinstellung gefunden und eingestellt werden, ohne dass Demodulationsfehler durch einen Einschwingvorgang der Verstärkerstufen auftreten.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform kann zudem abhängig von dem Dateninhalt des demodulierten Signals einer der beiden Signalpfade abgeschaltet werden und das nachfolgende empfangene Signal nur über einen Signalpfad verstarkt und weiterverarbeitet werden. Dadurch lässt sich der Stromverbrauch einer Schaltung, die nach diesem Prinzip arbeitet, deutlich senken, denn es ist lediglich der Verstärkerpfad aktiv, der für die Verstärkung und die Demodulation des Signals benotigt wird. Insbesondere kann so einer der beiden Signalpfade abhängig von der Modulationsart ausgewählt werden.
Zudem kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verstärker im ersten Signalpfad besonders einfach und stromsparend als begrenzender Verstärker mit nur wenigen Stufen ausgebildet sein.
Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft für den Empfang von Signalen mit variabler Datenrate oder variablem Modulationstyp verwenden. Bevorzugt wird das Verfahren für das Empfangen von Signalen nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth benutzt. Dabei wird ein Signal, bevorzugt ein Bluetooth-Signal, im zweiten Signalpfad mit einem Verstarkungsfaktor verstärkt und die Leistung des empfangenen Signals ermittelt. Gleichzeitig wird im ersten Signalpfad das Signal verstärkt und geeignet demoduliert.
Durch die ermittelte Leistung lässt sich ein geeigneter Verstärkungsfaktor für eine optimale Verstärkung zu einem späteren Zeitpunkt gesendeter Nutzdaten in dem Signal und bevorzugt in dem Bluetooth-Signal einstellen. Gleichzeitig können durch die Demodulation Informationen uber die für die Nutzdaten verwendete Modulationsart des Signals gewonnen werden. Bei einem Bluetooth-Signal werden dafür vorteilhaft Informationen am Anfang des Signals ausgewertet. Bevorzugt wird einer der beiden Signalpfade abhängig von den gewonnenen Informationen abgeschaltet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leistung eines im zweiten Signalpfad angelegten Signals ermittelt, indem das Signal in ein wert- und zeitdiskretes Signal umgewandelt wird. Sodann wird die Amplitude des umgewandelten Signals ermittelt.
Eine erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung enthalt einen ersten Signalpfad mit einem ersten Verstärker sowie einen zweiten Signalpfad mit einem zweiten, in seinem Verstärkungsfaktor einstellbaren Verstärker und ist ausgebildet, einen ersten oder einen zweiten einnehmbaren Betriebszustand einzunehmen. In dem ersten einnehmbaren Betriebszustand ist der erste Signalpfad zur Verstärkung eines anliegenden Signals und zur Bereitstellung des verstärkten Signals für eine Demodulation ausgebildet. In dem ersten einnehmbaren Betriebszustand ist zudem der zweite Signalpfad zur Verstärkung des anliegenden Signals und zur Ermittlung einer Leistung des anliegenden Signals ausgebildet. In dem zweiten einnehmbaren Betriebszustand der Signalaufbereitungsschaltung ist entweder der erste oder der zweite Signalpfad zur Verstärkung des anliegenden Signals und zur Demodulation des verstarkten Signals ausgebildet. Der andere Signalpfad ist in diesem Betriebszustand zur Reduzierung eines Strom- bzw. Leistungsverbrauchs ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist in dem zweiten einnehmbaren Betriebszustand einer der beiden Signalpfade inaktiv, während der andere Signalpfad zur Verstärkung und zur Bereitstellung des verstärkten Signals in geeigneter Weise für eine Demodulation ausgebildet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Signalaufbereitungsschaltung ist vorteilhaft der Pegel eines Empfangssignals bestimmbar, und die gemessene Leistung ist als ”Radio Signal Strength Indicator” Signal (RSSI) an weitere signalverarbeitende Schaltungen und insbesondere an die Demodulationseinrichtung lieferbar. Durch die parallele Verstärkung und Bereitstellung zur Demodulation im ersten Betriebszustand kann Zeit fur das Einschwingen der einzelnen Verstärkerstufen gewonnen werden. Eine Änderung der Verstärkung während des Nutzdatenempfangs und damit ein möglicher Datenverlust werden dadurch vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verstarker im ersten Signalpfad als limitierender Verstärker ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform enthält der erste Signalpfad einen Analog/Digital-Konverter zur Analog/Digital-Wandlung eines empfangenen und über den ersten Verstärker verstärkten Signals. Beispielsweise kann der Analog/Digital-Wandler als ΣΔ-(Sigma-Delta)-Modulator ausgebildet sein.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der zweite Verstärker einen Einstelleingang zur Zuführung eines Signals auf, welches den Verstärkungsfaktor des zweiten Verstärkers einstellt. Der zweite Verstärker ist somit als mit seinem Verstärkungsfaktor programmierbarer Verstärker ausgebildet.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Signalaufbereitungsschaltung zum Empfang und zur Verarbeitung von nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth kodierten Signalen ausgebildet. Alternativ ist die Signalaufbereitungsschaltung zur Verarbeitung von Signalen mit unterschiedlichen Modulationsarten ausgebildet.
Insgesamt ist so bevorzugt der erste Signalpfad für einen Empfang und eine Demodulierung von Nutzdaten mit niedriger Datenrate und GFSK-Modulationstyp ausgebildet, während der zweite Signalpfad vor allem für den Empfang von Nutzdaten mit hoher Datenubertragungsrate verwendet wird. Während der Nutzdatenübertragung ist somit immer nur ein Pfad aktiviert. Dies reduziert die Stromaufnahme und den Leistungsverbrauch. Zusätzlich wird bei einer Datenübertragung mit niedriger Datenübertragungsrate der erste Signalpfad genutzt, dessen Stromverbrauch durch die Ausbildung mit einem einfachen Verstärker bereits reduziert ist. Da der erste Signalpfad keine Daten zur Leistung des anliegenden Signals ermitteln muss, kann dieser entsprechend einfach aufgebaut sein.
Die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung lässt sich als integrierte Schaltung in einem einzigen Halbleiterkorper ausbilden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Signalaufbereitungsschaltung,
2 ein Blockschaltbild des ersten und zweiten Signalpfades,
3 eine Strukturübersicht eines Signalpaketes nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth,
4 ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 einen bekannten Empfangspfad.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Signalaufbereitungsschaltung in einem Empfangspfad für Bluetooth-Signale. Eine Antenne 11 ist über einen rauscharmen Verstärker 12 an den ersten Eingang eines Mischers 13 angeschlossen. Über die Antenne 11 sind Signale nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth auf einer Frequenz f_RF empfangbar, die in dem Mischer 13 mit Hilfe eines Lokaloszillatorsignals auf der Frequenz f_LO auf eine Zwischenfrequenz f_IF umgesetzt werden.
Der Ausgang des Mischers 13 ist jeweils an einen Eingang 61 bzw. 71 eines ersten Signalpfades 6 und eines zweiten Signalpfades 7 angeschlossen. Beide Signalpfade 6 und 7 lassen sich durch ein entsprechendes Aktivierungssignal an ihren Eingangen 62 und 72 einzeln aktivieren oder abschalten. Somit konnen die Signalpfade 6 und 7 beide aktiv sein, beide abgeschaltet sein oder einer von ihnen ist aktiv und der zweite ist abgeschaltet.
Die beiden Signalpfade 6 und 7 sind zur Verstärkung eines eingangsseitig anliegenden Signals und zur Analog/Digital-Wandlung und Abgabe des verstärkten und digitalisierten Signals an einem Ausgang 63 bzw. 73 ausgebildet. Dazu enthalten sie jeweils zumindest einen Verstärker sowie einen den Verstärkern nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler.
Der Signalausgang 73 für das digitale Signal des zweiten Signalpfades 7 führt an einen Eingang eines Schalters 10. Dieser kann einen von zumindest zwei möglichen Zuständen einnehmen und schaltet in einem ersten Zustand den Ausgang 73 an einen Eingang 91 eines Leistungsdetektors 9. In einem zweiten Schaltzustand verbindet der Schalter 10 den Ausgang 73 des zweiten Signalpfades 7 mit dem Eingang 81 einer Demodulationseinrichtung 8. Weiterhin ist auch der Ausgang 63 des ersten Signalpfades 6 mit dem Eingang 81 der Demodulationseinrichtung 8 verbunden.
Die Demodulationseinrichtung 8 demoduliert ein an ihrem Eingang anliegendes digitales Signal und erzeugt daraus die gemäß einer Modulationsart codierten Daten. Weiterhin steuert die Demodulationseinrichtung 8 über Signale an einem Ausgang 82 die Signalpfade 6 und 7. Gegebenenfalls kann die Demodulationseinrichtung 8 so einen der beiden Signalpfade 6 oder 7 abschalten.
Der Leistungsdetektor 9 ermittelt aus einem an seinem Eingang 91 anliegenden Signal den Pegel oder die Leistung. Die entsprechende Messung wird auch als RSSI-Messung bezeichnet. Der Detektor 9 weist einen Ausgang 92 auf, der mit Einstelleingängen der Modulationseinrichtung 8 sowie des zweiten Signalpfades 7 verbunden ist. Die von dem Detektor 9 abgegebenen Signale lassen sich somit zur Einstellung der Verstärkung in dem zweiten Signalpfad 7 sowie in der Demodulationseinrichtung 8 verwenden. Dadurch kann die Demodulationseinrichtung Fehler korrigieren.
3 zeigt die Struktur eines Datenpaketes nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth, wie es von der in 1 dargestellten Signalaufbereitungsschaltung über ihre Antenne empfangen wird. Die genaue Spezifikation des Standards ist offen und einsehbar. Durch neue Erweiterungen, wie hier durch neue Modulationsarten, lässt sich die Datenübertragungsrate erhöhen. Die Struktur eines Datenpaketes bleibt jedoch über alle Bluetooth Versionen gleich. Das Datenpaket enthält eine Präambel, die wiederum unterteilt ist in einen Zugriffscode AC, in Paketinformationen PH sowie einen Synchronisationsabschnitt GS. Die Präambel und auch der Synchronisationsabschnitt GS werden mit einer speziellen Frequenzumtastung GFSK (Gauss-Frequency-Shift-Keying) moduliert. Die eigentlichen Nutzdaten PL werden anschließend mit variabler Datenrate und Datenlänge übertragen. Die Datenrate ergibt sich aus einer Modulationsart. Diese ist unterschiedlich und kann pro Datenpaket zwischen GFSK, π/4-QPSK und 8-DPSK wechseln. Die fur die Nutzdaten verwendete Modulationsart sowie die Anzahl der Nutzdaten sind in der Präambel kodiert. Die Nutzdaten innerhalb eines Datenpakets verwenden die gleiche Modulationsart.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ersten und zweiten Signalpfades gemäß 1. Bauelemente mit gleicher Funktion tragen gleiche Bezugszeichen. Die verwendete Kombination enthält einen limitierenden Verstärker 64 sowie einen linear arbeitenden, in seiner Verstärkung programmierbaren Verstärker 74.
Der limitierende Verstärker 64 ist Teil des ersten Signalpfades 6 und in einfacher Weise aus wenigen Stufen aufgebaut. Eine Auswertung bzw. eine Ermittlung von RSSI-Daten erfolgt mit dem linear arbeitenden Verstärker 74, der einen Teil des zweiten Signalpfades 7 bildet. Die RSSI-Messung erfolgt am Anfang eines anliegenden Signals, um möglichst schnell einen geeigneten Verstärkungsfaktor zu bestimmen. Bei einem Bluetooth-Signal wird die RSSI-Messung während der Übertragung der Präambel vorgenommen. Gleichzeitig erfolgt eine Demodulation des Signals.
Dazu wird das Signal im ersten Signalpfad 6 durch den Verstärker 64 verstärkt und einem Analog/Digital-Wandler 65 zugeführt. Dieser ist im Ausführungsbeispiel als ΣΔ-Modulator ausgebildet und gibt eine Folge von binären Werten an seinem Ausgang ab.
In gleicher Weise enthält der zweite Signalpfad 7 einen Analog/Digital-Wandler 76, der im Ausführungsbeispiel ein paralleles, aus m Bits bestehendes digitales Signal am Ausgang abgibt. Dieses wird im Leistungsdetektor 9 gemäß 1 bewertet, der daraufhin den Pegel des Signals bestimmt. Der aus Übersichtsgrunden nicht dargestellte Detektor steuert über ein n-Bit-wertiges Signal an eine Kontrollschaltung 75 die Verstärkungseinstellung des einstellbaren Verstärkers 74.
Bei sehr großen Eingangspegeln kann es vorkommen, dass bereits ein erster rauscharmer Verstärker 12 an der Antenne ein empfangenes Signal verstärkt und dabei in Begrenzung gefahren wird. Dadurch wird bereits das empfangene Signal übersteuert und verzerrt. Um diesem Fall vorzubeugen, ist es moglich, eine oder mehrere Auswerteschaltungen direkt nach dem Mischer 13 oder parallel zu der hier vorgeschlagenen Anordnung zu schalten. Die Auswerteschaltungen können beispielsweise aus einfachen Komparatoren aufgebaut sein.
Dadurch wird eine schnelle Leistungsabschätzung vorgenommen und gegebenenfalls die Verstärkung des rauscharmen Verstärkers am Signaleingang so weit reduziert werden, dass das Eingangssignal linear verstärkt wird. Die Verstärkung durch den Eingangsverstärker wird bei der RSSI-Messung und der nachfolgenden Signalverarbeitung berücksichtigt.
Durch die parallele Signalverarbeitung werden ein besonders effizientes Verfahren sowie eine einfache Realisierung zur Einstellung der Verstärkung in einer Empfängerkette geschaffen. Gleichzeitig ermöglicht die erfindungsgemäße Signalaufbereitungsschaltung den Empfang und die Demodulation eines Hochfrequenzsignals. Durch den Zeitgewinn bei der parallelen Auswertung der Leistungsmessung und der Demodulation lassen sich auch Verstärker mit größeren Einschwingzeiten einsetzen. Insgesamt können so Strom und Fläche bei einer integrierten Realisierung eingespart werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens, das eine gleichzeitige Signalverarbeitung eines Bluetooth-Signals während einer RSSI-Messung des Signals ermöglicht. Dazu wird die Schaltung nach 1 verwendet, das Bluetooth-Signal ist wie in 3 aufgebaut.
In Schritt 1 gemäß 4 sind während des Empfangs der Präambel sowie des Synchronisationsabschnitts GS sowohl der erste Signalpfad wie auch der zweite Signalpfad aktiv. Die in der Präambel und im Synchronisationswort enthaltenen Daten sind mit einer Frequenzumtastung moduliert. Nach einer Umsetzung auf die Zwischenfrequenz werden diese Signale dem limitierenden Signalpfad 6 sowie dem mit der linearen Verstärkung arbeitenden Signalpfad 7 zugeführt.
In Schritt 2 gemäß 4 werden im limitierenden Pfad 6 der Zugriffscode AC und die Paketinformationen PH der Präambel aufbereitet und anschließend weiterverarbeitet. Im einzelnen wird das Signal um einen festen Faktor verstärkt. Dabei ist es nicht von Bedeutung, ob der Verstärker das Signal verzerrt, da in der Amplitude der Präambel keine Information kodiert ist. In der Präambel ist unter anderem enthalten, ob die anschließenden Nutzdaten PL mit hoher bzw. niedriger Datenübertragungsrate gesendet werden und welche Modulationsart für eine Demodulation benötigt wird. Für eine niedrige Datenübertragungsrate von 1 MBit/s wird eine Frequenzumtastung FSK verwendet, eine Datenübertragungsrate von 2 MBit/s benötigt als Modulationsart eine π/4-QPSK-Modulation, und die höchste Datenübertragungsrate von 3 Mbit/s wird mit einer 8-DPSK-Modulation erreicht.
Bei einer niedrigen Übertragungsrate und der dafür verwendeten Frequenzumtastung benötigt man keine Amplitudeninformation fur eine fehlerfreie Demodulation der Nutzdaten PL. Für diese Datenübertragungsrate ist daher ein limitierender, einfach aufgebauter Verstärker ausreichend. Bei der mittleren oder der hohen Datenrate muss bei einer Verstärkung die Linearität berücksichtigt werden, um Datenverluste zu vermeiden. Abhängig von der in der Präambel enthaltenen Information über die Datenübertragungsrate wird somit entweder der erste Sendepfad 6 mit dem limitierenden Verstärker 64 oder der zweite Sendepfad 7 mit dem linearen Verstärker 74 für ein Empfangen der Nutzdaten ausgewählt.
Gleichzeitig wird in Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens die Empfangsleistung parallel über den zweiten Signalpfad 7 mit dem linearen Verstärker 74 ermittelt. Dabei wird angenommen, dass die durchschnittliche Empfangsleistung auch während des Nutzdatensignals in etwa konstant bleibt. Aus dem ermittelten Pegel des Eingangssignals ergibt sich ein Verstärkungsfaktor, mit dem eine ausreichend gute Signalqualitat bei gleichzeitig guten Linearitätseigenschaften erreichbar ist. Die Bestimmung der Eingangsleistung des Signals erfolgt bei niedrigster Verstärkung des linearen Verstärkers 74 im zweiten Signalpfad 7. Dadurch ist eine lineare Verstärkung sichergestellt und bei hohen Eingangspegeln werden ein Ubersprechen sowie eine Erzeugung von Intermodulationsprodukten vermieden.
Geeignet kann die Verstärkung des linearen Verstärkers 74 im zweiten Signalpfad 7 schrittweise angehoben werden. Die optimale Verstarkung ist erreicht, wenn die gesamte Auflösung des dem Verstärker 74 nachgeschalteten Analog/Digital-Wandlers 76 ausgenutzt wird. Mit der parallelen Signalverarbeitung kann eine fehlerfreie Demodulation der Präambel bei gleichzeitiger Ermittlung des Eingangspegels des Bluetooth-Signals erfolgen.
In Schritt 3 erfolgt eine Abschaltung des nichtverwendeten Signalpfades fur den Nutzdatenempfang. Dadurch wird Strom gespart, während gleichzeitig eine optimale Verstärkung des empfangenen Signals möglich ist.
Die Verwendung der parallelen Signalpfade reduziert den durchschnittlichen Stromverbrauch, da ein nur für die hohen Übertragungsraten benötigter linearer Verstärker mehr Leistung verbraucht als ein einfach aufgebauter limitierender Verstärker. Bei geringen Übertragungsraten ist ein einfacher, stromsparender Verstärker von Vorteil und der lineare Verstärker ist inaktiv. Gleichzeitig kann der lineare Verstärker aber fur die RSSI-Messung verwendet werden, wodurch zusätzliche Bauelemente für eine RSSI-Messung bei dem limitierenden Verstarkers entfallen.

Claims

Verfahren zur Signalverarbeitung, insbesondere in einem Empfänger, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines ersten Signalpfades (6) mit einem ersten Verstärker (64) und eines zweiten Signalpfades (7) mit einem zweiten Verstärker (74) mit steuerbarem Verstärkungsfaktor; – Anlegen eines Signals an den ersten und den zweiten Signalpfad (6, 7); – Verstarken des angelegten Signals im ersten Signalpfad (6) und Demodulieren des im ersten Signalpfad (6) verstärkten Signals; Verstärken des angelegten Signals im zweiten Signalpfad (7) um den steuerbaren Verstärkungsfaktor und Ermitteln einer Leistung des am zweiten Signalpfad (7) angelegten Signals; – wobei der Schritt des Demodulierens im ersten Signalpfad (7) den Schritt des Ermittelns einer eine Modulationsart reprasentierenden Kennung in einem Dateninhalt und den Schritt des wahlweisen Abschaltens oder Aktivierens des ersten Signalpfades (6) und/oder des zweiten Signalpfades (7) in Abhängigkeit der ermittelten Kennung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend folgende Schritte: – Auswerten einer Amplitude des Signals vor dem Anlegen des Signals an den ersten und zweiten Signalpfad (6, 7); – Erzeugen eines den steuerbaren Verstärkungsfaktor reprasentierenden Signals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verstärkens des Signals im zweiten Signalpfad (7) folgende Schritte umfasst: – Einstellen des zweiten Verstärkers (74) mit einem Verstarkungsfaktor; – Digitalisieren des verstärkten Signals; – Ermitteln einer Amplitude aus dem digitalisierten Signal.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einstellens des zweiten Verstärkers (74) mit dem Verstarkungsfaktor gebildet ist, der die kleinste Verstärkung durch den zweiten Verstärker (74) repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Demodulierens des angelegten Signals im ersten Signalpfad (6) und der Schritt des Ermittelns der Leistung des angelegten Signals im zweiten Signalpfad (7) gleichzeitig erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verstärkens des angelegten Signals im ersten Signalpfad (6) den Schritt umfasst: – Verstärken des angelegten Signals mit einem festen Verstärkungsfaktor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens eines Signals den Schritt umfasst: – Anlegen eines gepulsten Signals mit einem Dateninhalt, wobei das Signal zumindest zwei verschiedene Modulationsarten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens eines Signals den Schritt umfasst: – Anlegen eines gepulsten Signals mit einem Dateninhalt, der mit zwei unterschiedlichen Modulationsarten kodiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens eines Signals den Schritt umfasst: – Anlegen eines gepulsten Signals mit einem Dateninhalt, der nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth aufbereitet ist.
Signalaufbereitungsschaltung, welche – einen ersten Signalpfad (6) mit einem ersten Verstärker (64); – einen zweiten, zu dem ersten parallel geschalteten Signalpfad (7) mit einem zweiten, in seinem Verstärkungsfaktor einstellbaren Verstärker (74); umfasst und die ausgebildet ist, einen Betriebszustand aus einem ersten einnehmbaren Betriebszustand und zumindest einem zweiten einnehmbaren Betriebszustand einzunehmen, wobei: – in dem ersten Betriebszustand der erste Signalpfad (6) zur Verstärkung eines anliegenden Signals und zu einer Bereitstellung des verstärkten Signals für eine Demodulation ausgebildet ist und der zweite Signalpfad (7) zur Verstärkung des anliegenden Signals und zur Ermittlung einer Leistung des anliegenden Signals ausgebildet ist; – in dem zumindest einen zweiten Betriebszustand entweder der erste Signalpfad (6) oder der zweite Signalpfad (7) zur Verstarkung des anliegenden Signals und zur Bereitstellung des verstarkten Signals für eine Demodulation ausgebildet ist, und der andere Signalpfad zu einer Reduzierung seines Leistungsverbrauchs ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (64) des ersten Signalpfades (6) als ein limitierender Verstärker ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Verstärker (64) ein Analog/Digital-Wandler (65) zur Abgabe eines wertdiskreten Signals nachgeschaltet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstärker (74) des zweiten Signalpfades (7) ein Analog/Digital-Wandler (76) nachgeschaltet ist, der zur Abgabe eines digitalen, eine Anzahl Bits umfassenden Wertes ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Anspruche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalausgang (63) des ersten Signalpfades (6) mit einem Eingang (81) einer Demodulationseinrichtung (8) gekoppelt ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalausgang (73) des zweiten Signalpfades (7) mit einem Eingang (81) einer Demodulationseinrichtung (8) gekoppelt ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Anspruche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulationseinrichtung (8) zur Ermittlung einer in dem angelegten Signal codierten Modulationsart und zur Abgabe eines von der Modulationsart abhängigen Steuersignals an einen Steuersignalausgang (82) ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalausgang (73) des zweiten Signalpfades mit einem Schalter (10) gekoppelt ist, der zwei von dem Betriebszustand der Signalaufbereitungsschaltung abhängige einnehmbare Zustande aufweist, wobei der Signalausgang (73) in einem Zustand des Schalters (10) mit einem Detektor (9) zur Messung einer Signalleistung gekoppelt ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (9) zur RSSI-Messung ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Signalpfad (6) und der zweite Signalpfad (7) je einen Steuereingang (62, 72) umfassen, der zur Zuführung eines Steuersignals zur Abschaltung des jeweiligen Signalpfades in dem zumindest einen zweiten Betriebszustand der Signalaufbereitungsschaltung ausgebildet ist.
Signalaufbereitungsschaltung nach Anspruch 19, sofern auf einen der Ansprüche 16 bis 18 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereingänge (62, 72) des ersten und des zweiten Signalpfades (6, 7) mit dem Steuersignalausgang (82) der Demodulationseinrichtung (8) gekoppelt sind.
Verwendung einer Signalaufbereitungsschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 20 in einem Empfänger für Funksignale nach dem Mobilfunkstandard Bluetooth, bei der einer der beiden Signalpfade in einer Signalaufbereitungsschaltung abhängig von dem Dateninhalt des Funksignals ausgewählt und der andere Signalpfad in seiner Leistungsaufnahme reduziert wird.