DE10331294B3

DE10331294B3 - Verfahren und Anordnung zur Schnellen Frequenzsuche in Breitbandigen Mobilfunkempfängern

Info

Publication number: DE10331294B3
Application number: DE10331294A
Authority: DE
Inventors: Steffen Paul; Thomas Ruprich
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: CN1578285A; CN1578285B; US7197280B2; US20050009471A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Suche der Trägerfrequenz f eines Mobilfunksenders in einem Mobilfunkempfänger werden mehrere Werte e(k) der spektralen Eingangsleistung zu verschiedenen diskreten Testfrequenzen f¶k¶ mit f¶k¶ < f¶k+1¶ gemessen. Anschließend erfolgt die Suche des Maximums e(k¶max¶) der Werte e(k) und der zugeordneten Testfrequenz f¶kmax¶. Ein für die gesuchte Trägerfrequenz f charakteristischer Schätzwert f' lässt sich aus Kenntnis der Werte mindestens eines Wertepaares e(k¶1¶) und e(k¶2¶) mit k¶1¶ < k¶max¶ < k¶2¶ sowie der bestimmten Testfrequenz f¶kmax¶ ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Trägerfrequenz eines Mobilfunksenders in einem Mobilfunkempfänger.

Bei der Signalübertragung in Mobilfunksystemen wird das zu übertragende Datensignal auf ein hochfrequentes Trägersignal moduliert, wobei beide Signale miteinander gemischt werden. Nach der Modulation wird das kombinierte Signal über die Sendeantenne abgestrahlt. Bei der anschließenden Demodulation auf der Empfangsseite muss das Trägersignal wieder aus dem empfangenen Signal durch Mischung mit einem dem Trägersignal zugeordneten LO-Signal (local oscillator) entfernt werden, so dass sich das sogenannte Basisbandsignal ergibt. Die genaue Frequenz des Trägersignals, auch Trägerfrequenz genannt, ist im Empfänger im Allgemeinen in dessen initialen Zustand nicht bekannt und muss zunächst durch geeignete Verfahren bestimmt oder geschätzt werden. Dabei ist meist ein breiter Frequenzbereich vorgegeben, in dem der über die Trägerfrequenz bestimmte, zu detektierende Funkkanal liegt. Aufgabe der Frequenzsynchronisation im Empfänger ist es nun, die Mittenfrequenz des Übertragungskanals, welche der Trägerfrequenz entspricht, möglichst genau zu schätzen.

Bei der Schätzung sind folgende Kriterien als Gütemaß für das Schätzverfahren heranzuziehen:

a) die Genauigkeit der Schätzung und
b) der Zeitaufwand für eine Schätzung.

Dabei beeinträchtigen zu große Schätzfehler in der Regel erheblich die Leistungsfähigkeit des Empfängers; zu lange Schätzzeiten beruhen meist auf einer nicht akzeptablen, sehr aufwendigen Implementierung und verzögern den Aufbau der Verbindung.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Frequenzsuche wird zur Erreichung einer vorgegebenen Genauigkeit ein mehrstufiger Ansatz gewählt. Zunächst wird die Trägerfrequenz des Senders bis zu einer bestimmten Genauigkeit durch Ausprobieren aller in Frage kommenden Trägerfrequenzen f_k mit k = 1..N bestimmt. Dazu wird mittels einer sogenannten RSSI-Messung (radio signal strength indicator) der zulässige Frequenzbereich in einem Raster Δ durchlaufen und die empfangene Signalenergie breitbandig, d. h. mit einer hohen Bandbreite des Empfangsfilters, gemessen. Diejenige Frequenz f_kmax, bei der die meiste Leistung empfangen wird, liegt dabei am nächsten an der tatsächlichen Trägerfrequenz und stellt eine erste Schätzung der Trägerfrequenz dar. Die Frequenzunsicherheit der ersten Schätzung ergibt sich aus der Größe des Frequenzrasters Δ. In einem zweiten Schritt wird ein genauerer, zweiter Schätzwert für die Trägerfrequenz ermittelt, indem die spektrale Empfangsleistung nun mit einem schmalbandigen Empfangsfilter in einem kleinen Frequenzbereich um die in der ersten Schätzung gefundene Frequenz herum in diskreten Schritten gemessen wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass in dem ersten Verfahrensschritt eine große Frequenzbandbreite (beispielsweise 60 MHz) mit einem dazu relativ kleinen Frequenzraster (beispielsweise 1 MHz) abgesucht werden muss, was eine lange Suchzeit erfordert. Anschließend verbleibt aber trotzdem ein im Vergleich zu der geforderten Auflösung relativ großer Frequenzunsicherheitsbereich, der dann in dem zweiten Verfahrensschritt mit schmalbandiger Suche weiter untersucht werden muss. Auch dieser Schritt ist sehr zeitaufwendig.

Aus der Druckschrift DE 100 46 575 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Trägerfrequenz eines Mobilfunksenders bekannt, welches die spektrale Empfangsleistung bei verschiedenen Frequenzen mit einem bestimmten Frequenzraster misst. Die Frequenz-Auflösung des Verfahrens ist dabei durch Ausnutzen der Kenntnis eines festen Frequenzrasters der möglichen Sendefre quenzen gegenüber dem Frequenzraster der gemessenen Frequenzen erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Trägerfrequenz eines Mobilfunksenders in einem Mobilfunkempfänger anzugeben, welches eine hohe Genauigkeit in der Schätzung der Trägerfrequenz bei gleichzeitig geringem Rechen-, Zeit- und Implementierungsaufwand liefert. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, eine entsprechende Anordnung mit den obigen Eigenschaften bereitzustellen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 12 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gliedert sich die Suche der Trägerfrequenz f eines Mobilfunksenders in einem Mobilfunkempfänger in folgende Schritte: In einem ersten Schritt werden mehrere Werte e(k) einer für die spektrale Empfangsleistung charakteristischen Größe zu verschiedenen diskreten Testfrequenzen f_k bestimmt. Diese Testfrequenzen f_k unterscheiden sich um Vielfache einer Schrittweitenfrequenz Δ, wobei f_k < f_k+i für alle Messwerte e(k) und e(k + 1) gilt. In einem weiteren Schritt wird das Maximum e(k_max) der Werte e(k) gesucht, wobei e(k_max) einer bestimmten Testfrequenz f_kmax zugeordnet ist. Schließlich wird ein für die gesuchte Trägerfrequenz f charakteristischer Schätzwert f' aus Kenntnis der Werte mindestens eines Wertepaares e(k₁) und e(k₂) mit k₁ < k_max < k₂ sowie der bestimmten Testfrequenz f_kmax bestimmt. Die Werte e(k₁) und e(k₂) zur Bestimmung von f' werden demzufolge bei diskreten Frequenzen unterhalb bzw. oberhalb von f_kmax ermittelt.

Damit bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass durch die spezielle Verarbeitung der Messwerte die gesuchte Frequenz mit einer höheren Auflösung als die Schrittweitenfrequenz Δ geschätzt werden kann. So ist es möglich, dass die Frequenz f im Mittel auf etwa 10% bis 20% des Suchrasters bestimmt werden kann. Umgekehrt ermöglich das erfindungsgemäße Verfahren, dass die Schrittweite Δ durch die erfindungsgemäße Verarbeitung der Messwerte bei vorgegebener Genauigkeit gegenüber einem gängigen Suchalgorithmus erhöht werden kann, also ein gröberes Suchraster verwendet wird, so dass der Zeitaufwand für die Schätzung deutlich reduziert werden kann.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Bestimmen des Schätzwertes f' der Wert einer Fehlergröße S aus Kenntnis der Werte des mindestens einen Wertepaares e(k₁) und e(k₂) ermittelt. Dabei stellt S ein Maß für die Abweichung zwischen den jeweiligen Werten des mindestens einen Wertepaares e(k₁) und e(k₂) dar. Dies bietet den Vorteil, dass aus dem Wert von S in Verbindung mit der bestimmten Testfrequenz f_kmax direkt auf die Sendefrequenz geschlossen werden kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gilt, dass k₁ = k_max – 1 und k₂ = k_max + 1 ist. Es werden dementsprechend die beiden Messwerte e(k_max + 1) und e(k_max – 1) bei diskreten Frequenzen direkt oberhalb bzw. direkt unterhalb von f_kmax liegend für die Bestimmung des charakteristischen Schätzwertes f' herangezogen. Dies bietet den Vorteil, dass durch die Auswertung von Messwerten bei zu f_kmax symmetrisch liegenden diskreten Frequenzen in einfacher Weise ein für die gesuchte Trägerfrequenz charakteristischer Schätzwert angegeben werden kann. Darüber hinaus ist typischerweise der Signalpegel dieser Werte noch ausreichend hoch, da diese nahe dem Pegelmaximum sind, so dass das Verfahren auch bei hohem Rauschpegel robust arbeitet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Fehlergröße S anhand der folgenden Gleichung ermittelt werden:

Bei dieser bevorzugten Verfahrensvariante ist S in vorteilhafter Weise von den Absolutbeträgen der Leistungsmessung unabhängig und wird lediglich über Leistungsverhältnisse bestimmt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann zur Bestimmung des Schätzwerts f' der Trägerfrequenz eine analytische Gleichung verwendet werden, welche die Fehlergröße S entweder mit den beiden Größen Schätzwert f' der Trägerfre quenz und Testfrequenz f_kmax oder mit der Frequenzverstimmung f_v, gebildet als Differenz zwischen f' und f_kmax, verknüpft. Damit kann der Schätzwert f' aus Kenntnis der aus Messgrößen gebildeten Größe S leicht bestimmt werden.

Vorzugsweise beinhaltet die analytische Gleichung eine oder mehrere Größen zur Charakterisierung der Form des Sendespektrums und/oder des Empfangsspektrums, insbesondere die Bandbreite des Sende- und/oder Empfangsspektrums und/oder die Bandbreite des Sende- und/oder Empfangsfilters. Insbesondere ist es gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsvariante möglich, eine Bestimmung des Schätzwertes f' in Abhängigkeit der Bandbreite des Empfangs- und Sendefilters durchzuführen, wobei beide Größen aus der Systemspezifikation bekannt sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform lässt sich der Schätzwert f' der Trägerfrequenz anhand einer Berechnungsvorschrift in Abhängigkeit von f_kmax, dem Wert der Fehlergröße S und der Bandbreite B des Sende- und Empfangsspektrums bestimmen. Falls der Wert der Fehlergröße S durch Gleichung (1) bestimmt worden ist, kann der Schätzwert f' der Trägerfrequenz bestimmt werden zu:

Eine solche Berechnungsvorschrift ist sehr einfach implementierbar; lediglich ein systemspezifischer Parameter – die Bandbreite B – ist notwendig. Entsprechend ist es natürlich auch möglich, die Frequenzverstimmung f_v mit analogen Gleichungen zu berechnen, woraus anschließend der Schätzwert f' bestimmt werden kann.

Vorzugsweise wird das breitbandige weiße Grundrauschen (noise floor) des Empfangsspektrums bei der Bestimmung des Schätzwertes f' berücksichtigt. Die gemessenen Werte e(k) können dabei direkt um das breitbandige weiße Grundrauschen des Empfangsspektrums korrigiert werden oder es werden bei der Bestimmungsgleichung Korrekturterme verwendet, die dem breit bandigen weißen Grundrauschen entsprechen. Diese Maßnahme macht das Verfahren robust gegenüber hohen Rauschpegeln.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem weiteren Schritt eine signifikant schmalbandigere Frequenzsuche, fußend auf den Ergebnissen der vorhergehenden Schritte, durchgeführt. Dazu wird eine korrelative Frequenz-Feinabstimmung auf der Basis eines Vergleiches einer im empfangenen Signal enthaltenen Synchronisationsfolge und der im Empfänger bekannten Synchronisationsfolge durchgeführt. Zur Durchführung der Korrelation ist es notwendig, dass der vorher bestimmte Schätzwert f' berücksichtigt wird, da diese Feinabstimmung mit einer geringeren Schrittweitenfrequenz durchgeführt wird und somit nur ein geringer Bereich des vorher durchsuchten Frequenzbereiches berücksichtigt wird. Letztendlich lässt sich durch diesen weiteren Schritt der Schätzwert hinreichend präzise bestimmen, so dass die Frequenzsynchronisation für eine Telekommunikationsverbindung ausreichend genau arbeitet (beispielsweise mit einer Genauigkeit von 3 ppm – parts per million). Die breitbandige Frequenzsuche mit der erfindungsgemäßen Verarbeitung der Messwerte als weiteren Schätzschritt und einer nachfolgenden schmalbandigen Frequenzsuche bietet im Vergleich zu einem gängigen Suchverfahren mit breitbandiger und anschließender schmalbandiger Suche einen wesentlichen Vorteil: Es kann bei vorgegebener Schrittweitenfrequenz Δ die schmalbandige Suche erfindungsgemäß mit wenigeren Suchschritten durchgeführt werden, da die Auflösung der breitbandigen Suche erfindungsgemäß kleiner als Δ ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:

1A eine Darstellung der Sendefrequenz f und der Testfrequenzen f_k am Empfänger;

1B eine Darstellung der gemessenen spektralen Leistungswerte e(k) für die verschiedenen Testfrequenzen f_k;

2 eine Darstellung der spektralen Leistung bei rechteckförmiger Sende- und Empfangscharakteristik und gegebener Frequenzverstimmung f_v;

3 eine Darstellung des nichtlinearen Zusammenhangs zwischen der Fehlergröße S und der Frequenzverstimmung f_v;

4 eine Tabelle von Simulationsergebnissen bei der Frequenzschätzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;

5 eine Darstellung der Wahrscheinlichkeit des Fehlerwertes der Frequenzschätzung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; und

6 eine Darstellung der schaltungstechnischen Realisierung der Erfindung.

In 1A sind diskrete Testfrequenzen f_k des Empfängers für k = 1 bis N dargestellt, welche über das gesamte interessierende Frequenzband der Trägerfrequenzsuche verteilt sind. Die Testfrequenzen f_k unterscheiden sich um Vielfache einer Schrittweitenfrequenz Δ. Der Empfänger weist dabei eine gewisse Empfängerbandbreite B um die jeweilige Testfrequenz herum auf, in der Signalanteile empfangen werden können. In der Darstellung ist ein momentaner Empfang der Signale um die Testfrequenz f₃ eingezeichnet. Zusätzlich ist das Sendespektrum bei einem modellhaften rechteckigen Verlauf mit der Mittenfrequenz f und der Sendebandbreite B eingezeichnet.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die spektralen Leistungswerte e(k) bei den verschiedenen Testfrequenzen f_k bestimmt. Die Messergebnisse der spektralen Leistungswerte e(k), welche den verschiedenen Testfrequenzen f_k zugeordnet sind, sind in 1B dargestellt. Darüber hinaus ist das Sendespektrum bei einem modellhaften rechteckigen Verlauf mit der Mittenfrequenz f und der Sendebandbreite B eingezeichnet. Der Verlauf der gemessenen Leistungswerte e(k) zeigt, dass die Leistung ansteigt, wenn sich Sende- und Empfangsfrequenz, bestimmt durch f bzw. f_k, annähern. Im modellhaften Fall von rechteckigem Sende- und Empfangsspektrum zeigt die Leistung einen dreieckigen Verlauf über der Frequenz. Wären Sende- und Empfangsfrequenz gleich, nähme der Leistungswert e(k_max) bei der Frequenz f_kmax = f einen Maximalwert an. Die beiden Messwerte e(k_max + 1) und e(k_max – 1) bei diskreten Frequenzen f_kmax + 1 und f_kmax – 1 direkt oberhalb bzw. direkt unterhalb von f_kmax wären in diesem Fall gleich. Besteht zwischen Sender und Empfänger eine kleine Frequenzverstimmung f_v, dann kann aus der Abweichung zwischen e(k_max + 1) und e(k_max – 1) auf die tatsächliche Sendefrequenz f geschlossen werden. Als Maß für die Abweichung kann eine Fehlerfunktion S definiert werden, welche sich beispielsweise folgendermaßen bestimmt:
Dabei ist S zusätzlich eine Funktion der Frequenzverstimmung f_v. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird daher in einem zweiten Schritt derjenige Leistungswert e(k_max) aus den gemessenen Leistungswerten e(k) bestimmt, welcher den größten Wert aufweist. Nun sind die Frequenz f_kmax und damit auch über f_kmax + 1 und f_kmax – 1 die beiden Messwerte e(k_max + 1) bzw. e(k_max – 1) wohldefiniert, so dass S berechnet werden kann.
Der Zusammenhang S = f(f_v) kann anhand von 2 abgeleitet werden. Schematisch dargestellt sind die Filtercharakteristiken des Sende- und Empfangsfilters über der Frequenz bei An nahme einer rechteckförmigen Bandpasscharakteristik des Sende- und Empfangsspektrums. Die Filtercharakteristik des Empfängers ist durch die durchgezogenen rechteckigen Verläufe mit einer Bandbreite B um die beiden Testfrequenzen f_kmax-1 und f_kmax+1 unterhalb bzw. oberhalb einer vorher bestimmten Testfrequenz f_kmax, welche mit dem Leistungsmaximum korrespondiert, veranschaulicht. Dabei sind f_kmax-1 und f_kmax+1 jeweils um die Schrittweitenfrequenz Δ gegenüber f_kmax verschoben. Die Filtercharakteristik des Senders ist durch den gestrichelt dargestellten rechteckigen Verlauf um die Mittenfrequenz oder Trägerfrequenz f mit der Bandbreite B angedeutet. Die Testfrequenz f_kmax ist gegenüber der Trägerfrequenz f um die Frequenzverstimmung f_v verschoben, wobei f_v = f – f_kmax gilt. Die beiden Leistungswerte e(k_max – 1) und e(k_max + 1) zu den beiden Testfrequenzen f_kmax-1 bzw. f_kmax+1 sind proportional zu den schraffiert dargestellten Flächen, welche den Überlappungsbereich zwischen dem Sende- und dem Empfangsspektrum angeben. Die schraffierten Flächen verhalten sich proportional zu deren Breiten, welche sich für e(k_max – 1) und e(k_max + 1) zu B – f_v – Δ bzw. B + f_v – Δ bestimmen lassen. In diesem Fall gilt für die Fehlerfunktion:
wobei |f_v| ≤ min (B – Δ, Δ) vorausgesetzt wird.
In 3 ist der nichtlineare Zusammenhang zwischen der Fehlergröße S und der Frequenzverstimmung f_v graphisch dargestellt. Jedem Wert S, welcher über die Messung von e(k_max – 1) und e(k_max + 1) berechnet wird, ist in eindeutiger Weise ein Wert für die Frequenzverstimmung f_v zwischen f und f_kmax zugeordnet. Die Frequenzverstimmung f_v kann somit eindeutig über die Umkehrfunktion S^–1(f_v) bestimmt werden.
Der Verfahrensablauf stellt sich wie folgt dar:

1. Messung der Leistungswerte e(k);
2. Suche nach dem Maximalwert e(k_max);
3. Berechnen von S gemäß Gleichung (3); und
4. Bestimmung von f_v aus der Umkehrfunktion S^–1(f_v).

Im Fall der Funktion für S nach Gleichung (4) lautet die Umkehrfunktion:
Der geschätzte Wert für die Sendefrequenz ergibt sich dann zu: f' = fv + fkmax (6)
Bei den bisherigen modellhaften Annahmen zur Bestimmung von e(k_max – 1) und e(k_max + 1) ist das breitbandige Empfangsrauschen, welches hauptsächlich durch das thermische Rauschen sowie durch das Eigenrauschen des Empfängers bestimmt ist, nicht berücksichtigt worden. Dieses Rauschen führt zu einem Grundpegel der Messwerte e(k) wie in 1B dargestellt. Soll die Frequenz eines sehr schwachen Trägersignals gemessen werden, so kann der im wesentlichen konstante Rauschbeitrag zur Korrektur der Funktion S in Gleichung (3) von e(k_max – 1) und e(k_max + 1) subtrahiert werden.
In 4 sind die Simulationsergebnisse zur Trägerfrequenzsuche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Dabei werden folgende Parameter für einen UMTS-Empfänger (universal mobile telecommunication system) angenommen: eine Bandbreite B = 3,84 MHz und eine Schrittweitenfrequenz Δ = 2 MHz. Angegeben sind der mittlere Frequenzfehler, der maximale Frequenzfehler und der minimale Frequenzfehler für verschiedene Werte E_C/I₀. Dabei gibt E_C/I₀ das Verhältnis zwischen Trägersignalleistung und einer angenommenen Interferenz-Signal-Leistung an, auch im angelsächsischen Sprachgebrauch „carrier-to-interference ratio" genannt. Der jeweilige Frequenzfehler ist als betragsmäßige Differenz zwischen dem Schätzwert f' der Trägerfrequenz und der tatsächlichen Trägerfrequenz f zu verstehen, wobei bei der entsprechenden Fre quenz des maximalen oder minimalen Frequenzfehlers die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines bestimmten Frequenzfehlerwertes null wird. Aus 4 ersichtlich ist, dass die simulierten Frequenzfehler mit zunehmendem Verhältnis E_C/I₀ abnehmen.
In 5 ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines bestimmten Frequenzfehlerwertes bei der Frequenzsuche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für verschiedene Werte von E_C/I₀ dargestellt. Es ist ersichtlich, dass beispielsweise die maximale Wahrscheinlichkeit des Frequenzfehlers für ein Träger-zu-Interferenz-Verhältnis E_C/I₀ von 0 dB bei ungefähr 400 kHz liegt, was deutlich geringer als die Schrittweitenfrequenz von 2 MHz ist. Trotz relativ grober Frequenzrasterung kann ein kleiner Frequenzfehler mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden.
6 zeigt die schaltungstechnische Realisierung der Erfindung, wobei eine zusätzliche zweite Stufe zur Frequenz-Feinabstimmung integriert ist. Im oberen, ersten Teil der Darstellung wird das breitbandige hochfrequente Antennen-Signal 1 einem Hochfrequenzschaltungsblock 2 (front end) zugeführt. Dieser Block wird über ein zusätzliches Steuersignal 3 angesteuert. Der Ausgang des Hochfrequenzschaltungsblocks 2 steuert eine Leistungsmessungseinheit 4 (power scan) an. Das Ausgangssignal des Blocks 4 wird in einem Rechenmittel 5 (Interpolations-Algorithmus) weiterverarbeitet, so dass sich ein Ausgangssignal 6 ergibt. Der Block 4 und das Rechenmittel 5 sind Teil eines Basisbandchips 18.
Funktional betrachtet wird das hochfrequente Antennen-Signal 1 zunächst in dem Hochfrequenzblock 2 mittels eines Mischers in ein tiefpassbegrenztes niederfrequentes Signal gewandelt. Innerhalb des Hochfrequenzblocks 2 wird die Einhüllende des Spektrums des Antennen-Signals um einen festen Frequenzwert zu niedrigen Frequenzen verschoben. Dabei gibt die Frequenz des Signals 3 den Wert der Frequenztranslation der Einhüllenden des Empfangsspektrums wieder. Es handelt sich bei dem Signal 3 um ein periodisches Signal mit der diskreten Frequenz f_k. Möglich wäre es aber auch, dass das Signal 3 selber eine direkte Darstellung des Frequenzwertes f_k aufweist, woraus dann ein entsprechendes periodisches Signal mit der Frequenz f_k generiert wird. Die diskrete Frequenz fk wird mit einer Schrittweitenfrequenz Δ von 2 MHz im Bereich f_min und f_max variiert. Die Leistung e(k) des um die Frequenz f_k verschobenen Antennen-Signals wird mittels einer RSSI-Messung im Leistungsmesser 3 gemessen. Dabei besitzt der Leistungsmesser 4 einen Messbereich, welcher eine rechteckförmige Tiefpass-Charakteristik mit der Bandbreite B = 4 MHz aufweist. Aus den verschiedenen Leistungswerten e(k), welche jeweils einer Testfrequenz f_k zugeordnet sind, wird zusätzlich – vorzugsweise in der Leistungsmesseinheit 4 – der Maximalwert und die zugeordnete Frequenz f_kmax bestimmt. Die erfindungsgemäßen Größen e(k_max – 1) und e(k_max + 1) können daraus entweder in der Leistungsmesseinheit 4 oder in dem nachgeschalteten Rechenmittel 5 abgeleitet werden. Dabei muss die beispielsweise parallele Schnittstelle zwischen den Blöcken 4 und 5 natürlich an die funktionale Schaltungs-Partitionierung angepasst werden. In dem Rechenmittel 5 wird dann über die Bestimmung der Fehlergröße S ein Schätzwert f' für die Trägerfrequenz bestimmt. Das Ausgangssignal 6 der Recheneinheit 5 kann dabei entweder ein periodisches Signal mit der Frequenz f' oder den Frequenzwert direkt enthalten. Generell sind beliebige Darstellungen eines Frequenzwertes als solcher, wie beispielsweise eine Kanalnummer, denkbar. Die Steuerung der Testfrequenzen f_k geschieht über den Basisbandchip (nicht eingezeichnet).
Im unteren, zweiten Teil von 6 wird das breitbandige hochfrequente Antennen-Signal 1 dem Hochfrequenzschaltungsblock 2 (front end) zugeführt. Dieser Block wird über das Steuersignal 3 und zusätzlich über das Steuersignal 17 angesteuert. Der Ausgang des Hochfrequenzschaltungsblocks 2 steuert einen Korrelator 14 an. Das Ausgangssignal des Blocks 14 wird in einer Auswerteschaltung 15 (Entscheidung) weiterverarbeitet, so dass sich ein Ausgangssignal 16 ergibt. Der Korrelator 14 und die Auswerteschaltung 15 sind Teil eines Basisbandchips 18.
Bei der Schaltungsanordnung im unteren Teil der Darstellung werden Signale und Schaltungsteile verwendet, welche bei der obigen Bestimmung von f' funktional beteiligt sind. Dabei handelt es um denselben Empfänger, wobei das im unteren Teil von 6 dargestellte funktionale Zusammenwirken zeitlich nach dem im oberen Teil dargestellten funktionalen Zusammenwirken liegt.
Die Einhüllende des Spektrums des hochfrequenten Antennen-Signals 1 wird entsprechend obiger Beschreibung im Schaltungsblock 2 um die vorher bestimmte Schätzung f' der Trägerfrequenz über das Steuersignal 3 verschoben. Darüber hinaus wird zur Frequenz-Feinabstimmung die Einhüllende zusätzlich um eine über das Signal 17 bestimmte Frequenz f_cordic verschoben, wobei f_cordic in diskreten Schritten mit einer sehr feinen Schrittweite von Δ' = 6 kHz über einen Bereich f_cordic,min bis f_cordic,max variiert wird. Dabei kann f_cordic auch negative Werte annehmen. Die Frequenztranslation über f_cordic findet vorzugsweise nach der Analog-/Digital-Wandlung (nicht eingezeichnet) mit Hilfe des digitalen CORDIC-Algorithmus statt und ist in diesem Fall entgegen der Darstellung im Allgemeinen nicht Teil des Hochfrequenzschaltungsblocks 2 zur Frequenztranslation. Die allgemeinen 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 378–385, 1971, beschrieben. In leicht modifizierter Form wäre auch eine analoge Frequenztranslation über einen Analogmischer mit dann aber lediglich positiven Werten f_cordic denkbar, wobei f' entsprechend verschoben werden müsste. Die einzelnen über f_cordic unterschiedlich frequenzverschobenen Signale s_i werden dem Korrelator 14 zugeführt, welcher jeweils die Werte einer Größe c(i) bestimmt. Diese Größe ist für die Korrelation zwischen der in dem jeweiligen Signal s_i enthaltenden Synchronisationsfolge und der im Empfänger bekannten Synchronisationsfolge charakteristisch. Dabei handelt es sich bei der Synchronisationsfolge in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Synchronisationsfolge eines bestimmten UMTS-spezifischen Synchronisationskanals, welcher bei UMTS auch pSCH (primary synchronization channel) genannt wird und im Zuge der Trägerfrequenzsuche verwendet wird. Das Benutzen von Synchronisationsfolgen zur Synchronisation ist für CDMA-basierte Systeme (code division multiple access) wie UMTS gängig. Anhand der Werte c(i) der Korrelation, welche dem Schaltungsblock 15, zugeführt werden, kann im Schaltungsblock 15 das Maximum der Werte c(i) bestimmt werden, wobei dieses Maximum einer bestimmten Frequenz f_cmax der Frequenzen f_cordic zugeordnet ist. Der Ausgang von Schaltungsblock 15 liefert als Ausgangssignal 16 entweder f_cmax, wobei sich die gesuchte Trägerfrequenz f'' aus der Summe von f_cmax und f' ergibt, oder direkt einen Wert für die Trägerfrequenz f''. Dabei kann das Signal 16 entweder ein periodisches Signal mit der bestimmten Frequenz oder den Frequenzwert direkt enthalten. Generell sind beliebige Darstellungen eines Frequenzwertes als solcher – wie oben erwähnt – möglich. Darüber hinaus ist es nicht unbedingt notwendig, einen Schätzwert für die Trägerfrequenz f'' in einer Zahlenform oder als periodisches Signal zu bestimmen; denkbar wäre auch, dass die Trägerfrequenzsuche mit dem Ziel einer optimalen Einstellung des Korrelatoos – ohne die wirkliche Frequenz zahlenmäßig zu erfassen – abgeschlossen ist.

Claims

Verfahren zur Suche der Trägerfrequenz f eines Mobilfunksenders in einem Mobilfunkempfänger, mit den Schritten: a) Messen mehrerer Werte e(k) einer für die spektrale Empfangsleistung charakteristischen Größe zu verschiedenen diskreten Testfrequenzen f_k, wobei sich die Testfrequenzen f_k um Vielfache einer Schrittweitenfrequenz Δ unterscheiden und f_k < f_k+i für alle Messwerte e(k) und e(k + 1) gilt; b) Suchen des Maximums e(k_max) der Werte e(k), wobei e(k_max) einer bestimmten Testfrequenz f_kmax zugeordnet ist; und c) Bestimmen eines für die gesuchte Trägerfrequenz f charakteristischen Schätzwertes f' aus Kenntnis der Werte mindestens eines Wertepaares e(k₁) und e(k₂) mit k₁ < k_max< k₂ sowie der bestimmten Testfrequenz f_kmax.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzichnnet, dass das Bestimmen des Schätzwertes f' in Schritt c) folgenden Schritt beinhaltet: – Bestimmen einer Fehlergröße S aus Kenntnis der Werte des mindestens einen Wertepaares e(k₁) und e(k₂), wobei S ein Maß für die Abweichung zwischen den jeweiligen Werten des mindestens einen Wertepaares e(k₁) und e(k₂) darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzichnnet, dass k₁ = k_max-1 und k₂ = k_max+1 ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzichnnet, dass sich die Fehlergröße S anhand einer folgenden Gleichung ergibt:
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzichnnet, dass das Verfahren zur Bestimmung des Schätzwerts f' der Trägerfrequenz in Schritt c) eine analytische Gleichung verwendet, welche die Fehlergröße S entweder mit den beiden Größen Schätzwert f' der Trägerfrequenz und Testfrequenz f_kmax oder mit der Frequenzverstimmung f_v, gebildet als Differenz zwischen f' und f_kmax verknüpft.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzichnnet, dass die analytische Gleichung folgende Größen beinhaltet: – eine oder mehrere Größen zur Charakterisierung der Form des Sendespektrums und/oder des Empfangsspektrums, insbesondere die Bandbreite des Sende- und/oder Empfangsspektrums und/oder die Bandbreite des Sende- und/oder Empfangsfilters.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzichnnet, dass sich der Schätzwert f' der Trägerfrequenz in Schritt c) folgendermaßen ergibt:
wobei B die Bandbreite des Sende- und Empfangsspektrums angibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzichnnet, dass bei der Bestimmung der Schätzwerts f' der Trägerfrequenz in Schritt c) entweder die gemessenen Werte e(k) direkt um das breitbandige weiße Grundrauschen (noise floor) des Empfangsspektrums korrigiert werden oder bei der Berechnung in Schritt c) Korrekturterme verwendet werden, die dem breitbandigen weißen Grundrauschen entsprechen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzichnnet, dass in Schritt a) eine RSSI-Messung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzichnet, dass nach Schritt c) ein zusätzlicher Schritt d) ausgeführt wird, welcher beinhaltet: – eine korrelative Frequenz-Feinabstimmung auf der Basis eines Vergleiches einer im empfangenen Signal enthaltenen Synchronisationsfolge und der im Empfänger bekannten Synchronisationsfolge unter Berücksichtigung des in Schritt c) bestimmten Schätzwertes f' der Trägerfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzichnnet, dass der Schritt d) folgendermaßen durchgeführt wird: – Erzeugen unterschiedlich frequenzverschobener Signale s_i basierend auf dem empfangenen Signal, welche gegenüber dem empfangenen Signal um den Schätzwert f' der Trägerfrequenz und Vielfache einer Schrittweitenfrequenz Δ' verschoben sind, wobei Δ' < Δ; – Bestimmen mehrerer Werte einer Größe c(i), welche für die Korrelation zwischen der in dem jeweiligen Signal s_i enthaltenden Synchronisationsfolge und der im Empfänger bekannten Synchronisationsfolge charakteristisch ist; und – Bestimmen eines neuen Schätzwertes f'', welcher für die Trägerfrequenz f charakteristisch ist, durch Auswerten der Werte c(i).
Schaltungsanordnung zur Suche der Trägerfrequenz f eines Mobilfunksenders in einem Mobilfunkempfänger, mit a) einer Messeinrichtung (4) zum Messen mehrerer Werte e(k) einer für die spektrale Sendeleistung charakteristischen Größe zu verschiedenen diskreten Testfrequenzen f_k, wobei sich die Testfrequenzen um Vielfache einer Schrittweitenfrequenz Δ unterscheiden, b) einer Auswerteeinrichtung (4), welche das Maximum e(k_max) der Werte e(k) ermittelt, wobei e(k_max) einer bestimmten Testfrequenz f_kmax zugeordnet ist, und c) einem Rechenmittel (5), welches einen Schätzwert f' der Trägerfrequenz f aus Kenntnis der Werte des mindestens einen Wertepaares e(k₁) und e(k₂) sowie der Testfrequenz f_kmax bestimmt, wobei k₁ < k_max < k₂ ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzichnnet, dass k₁ = k_{max – 1} und k₂ = k_{max + 1} ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzichnnet, dass die Schaltungsanordnung darüber hinaus beinhaltet: d) einen Korrelator (14) zum Vergleichen einer im empfangenen Signal enthaltenen Synchronisationsfolge und der im Empfänger bekannten Synchronisationsfolge, e) ein Frequenzverschiebemittel (2) zum spektralen Verschieben des empfangenen Signals, und f) eine zweite Auswerteeinrichtung (14), welche die Ausgabegröße des Korrelators bei verschiedenen Frequenzverschiebungen zur Frequenz-Feinabstimmung vergleicht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzichnnet, dass das Frequenzverschiebemittel (2) unterschiedlich frequenzverschobene Signale s_i basierend auf dem empfangenen Signal erzeugt, welche gegenüber dem empfangenen Signal um den Schätzwert f' der Trägerfrequenz und Vielfache einer Schrittweitenfrequenz Δ' verschobenen sind, wobei Δ' < Δ ist; dass der Korrelator (14) mehrere Werte einer Größe c(i) bestimmt, welche für die Korrelation zwischen der in dem jeweiligen Signal s_i enthaltenden Synchronisationsfolge und der im Empfänger bekannten Synchronisationsfolge charakteristisch ist; und dass die zweite Auswerteeinrichtung (15) einen neuen Schätzwert f'', welcher für die Trägerfrequenz f charakteristisch ist, durch Auswerten der Werte c(i) bestimmt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzichnnet, dass die Messeinrichtung eine RSSI-Messung (Radio Signal Strength Indicator) durchführt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzichnnet, dass die Schaltungsanordnung in einem UMTS-Empfänger Verwendung findet.