-
TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung, die im unabhängigen
Anspruch definiert ist, betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Datenübertragungen
und insbesondere ein Verfahren zum Verfeinern eines Gleichstromversatz-Schätzwerts,
zum Abschätzen
und zum Entfernen des Gleichstromversatzes.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Direktumsetzungsarchitekturen
sind für Empfängerentwickler
sehr attraktiv, da sie weniger Komponenten erfordern und deswegen
weniger komplex sind als herkömmliche
Superheterodyne-Empfänger.
Direktumsetzungsempfänger
besitzen jedoch ein wesentliches Problem, das im Gleichstromversatz
besteht. Dieses Problem ist im Dokument US-A-5.705.949 A offenbart.
Direktumsetzungsempfänger
verwenden ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) und übertragen
es zum Grundband. Wenn dabei irgendein Gleichstromversatz dem Empfangssignal
durch den Mischer (oder eine andere Komponente im Empfänger) zugefügt wird,
geht die Gleichstromkomponente des Empfangssignals verloren, da
kein Zwischenfrequenz-Filter (ZF-Filter) vorhanden ist. Direktumsetzungsempfänger sind
sehr empfindlich auf das Vorhandensein von Sperrsignalen (Störsignalen),
die durch Selbstmischung einen Gleichstromversatz erzeugen können, der
dem Empfangssignal zugefügt
wird.
-
Beim
Vorhandensein eines zeitlich veränderlichen
Gleichstromversatzes verschlechtert sich die Empfängerleistung,
wobei der Betrag der Verschlechterung von der Schwankung des Gleichstromversatzes
und der Geschwindigkeit der Schwankung abhängt. Deswegen ist die Lösung des Problems
des zeitlich veränderlichen
Gleichstromversatzes eines der wesentlicheren Probleme, die bei
einem Direktumsetzungsempfänger
zu lösen sind.
Einer der Hauptgründe
für das
Auftreten von zeitlich veränderlichen
Gleichstromversätzen
in einem Direktumsetzungsempfänger
(der außerdem
als Homodyne-Empfänger
bezeichnet wird) ist das Vorhandensein von TDMA-Störungen,
die durch Selbstmischen oder Nichtlinearitäten mit gerader Ordnung einen
Gleichstromversatz erzeugen können,
der dem Empfangssignal zugefügt
wird. Das geschieht bei Superheterodyne-Empfängern nicht. Da eine derartige
Störung
jederzeit auftreten kann, kann auch die Gleichstromversatz-Komponente,
die dem Empfangssignal zugefügt
wird, jederzeit auftreten. Sie wird folglich als ein "zeitlich veränderlicher" Gleichstromversatz
bezeichnet, da sie sich in Abhängigkeit von
der Ankunftszeit des Störsignals ändert.
-
Das
Problem des Gleichstromversatzes wird größer, wenn sich der Gleichstromversatz
zeitlich ändert.
Das erfolgt insbesondere bei hohen AM-Unterdrückungspegeln bei nicht statischen
Kanalbedingungen. Wenn berücksichtigt
wird, dass mehr als ein Sperrsignal während einer einzelnen Signalfolge,
die zu decodieren ist, ankommen kann, kann man die Komplexität des vorhandenen
Problems verstehen. In einer verwandten Anmeldung mit dem Titel "Method for Estimating
and Removing a Time-varying DC-Offset" beschreiben die Anmelder ein Verfahren zum
Abschätzen
und Entfernen eines komplexen Gleichstromversatz-Musters. Obwohl
das ein sehr guter Schätzwert
ist, der ermöglicht,
dass Empfänger eine
GSM-Prüfung
zur AM-Unterdrückung
bestehen, wären
auf dem technischen Gebiet weitere Verbesserungen eines derartigen
Gleichstromversatz-Schätzwertes
oder andere Gleichstromversatz-Schätzwerte unter Verwendung anderer
Techniken erwünscht,
insbesondere dann, wenn diese Techniken mehrere Sperrsignale behandeln.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Die
vorliegende Erfindung kann am besten verstanden werden durch eine
Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von bestimmten beispielhaften
Ausführungsformen
der Erfindung, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung erfolgt, wobei
in deren verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente
kennzeichnen und worin:
-
1 das
Ergebnis einer ersten Gleichstromversatz-Abschätzung zeigt;
-
2 ein
typisches Gleichstromversatz-Profil zeigt, wobei AM-Verzögerung,
AM-Pegel und Einschwinglänge
hervorgehoben sind;
-
3 Suchergebnisse
des Suchalgorithmus der AM-Verzögerung
zeigt;
-
4 die Suchergebnisse der AM-Verzögerung für eine Situation
mit zwei Sperrsignalen zeigt;
-
5 die
Erzeugung einer Schätzwerterzeugung
bei mehreren Gleichstromversatzpfaden zeigt;
-
6 einen
Ablaufplan zeigt, wobei die ausgeführten Schritte hervorgehoben
sind; und
-
7 einen
vereinfachten Blockschaltplan eines Empfängers zeigt.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Eine
bevorzugte beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit einem TDMA-System,
wie etwa ein GSM-System, beschrieben, obwohl die Erfindung bei anderen
Kommunikationssystemen verwendet werden kann. Bei dem folgenden
Verfahren wird angenommen, dass die Störsignale, die den Gleichstromversatz
erzeugen, eine konstante Hüllkurve
haben, wegen ihres impulsartigen Wesens werden sie jedoch Änderungen
des Gleichstromversatzes erzeugen, der Gleichstromversatz bleibt
jedoch zwischen den jeweiligen Änderungen
des Gleichstromversatzes konstant.
-
Das
Verfahren unterteilt die eintreffende Signalfolge, in die ein Gleichstromversatz
eingeführt wurde,
in zwei Teile. Jeder Teil wird einen anderen Gleichstromwert haben,
der Gleichstromwert ist jedoch innerhalb jedes Teils konstant (da
das ursprüngliche
Signal GMSK-moduliert wurde). Zwischen den beiden Teilen gibt es
jedoch eine Einschwingung, die typischerweise ein cosinusförmiges Profil 106 besitzt,
wie in 1 gezeigt ist. Die Einschwinglänge hängt von den maximalen und minimalen
Zeiten des rampenförmigen
Leistungsanstiegs ab, die in GSM 05.05 festgelegt sind, und kann
in einem GSM-System zwischen 0 und 28 μs (8 Bitperioden) schwanken.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Zeitpunkt,
an dem sich der Gleichstromversatz wegen der Ankunft des Sperrsignals ändert, und
den Wert des Gleichstromversatzes vor und nach diesem Zeitpunkt
abzuschätzen.
Diese Informationen liefern eine sehr genaue Abschätzung des
Versatzpfads, insbesondere dann, wenn mehrere Sperrsignale das Signal
beeinträchtigen,
das empfangen werden soll.
-
Wenn
berücksichtigt
wird, dass mehr als ein Sperrsignal während einer Signalfolge ankommen kann,
kann die ursprüngliche
Idee in der folgenden Weise erweitert werden. An Stelle der Unterteilung der
Signalfolge in zwei Teile, kann sie in eine Anzahl von Teilen unterteilt
werden, die gleich der um eins vergrößerten Anzahl der Sperrsignale
ist. Deshalb muss das Verfahren in der Lage sein, den Zeitpunkt, an
dem jedes der Sperrsignale ankommt, und den Wert des Gleichstromversatzes
zwischen jedem Paar von Ankunftszeiten von Sperrsignalen zu finden.
Unter Verwendung dieser einfachen Idee ist das Verfahren der vorliegenden
Erfindung in der Lage, sehr komplexe dynamische Gleichstromversatz-Muster
genau abzuschätzen
und dadurch zu kompensieren.
-
Die
Eingabe, auf die die vorliegende Erfindung reagiert, ist eine erste
Gleichstromversatz-Messung, die durch eine von mehreren wohlbekannten Techniken
zur Gleichstromversatz-Abschätzung
berechnet wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Gleichstromversatz-Abschätzung unter
Verwendung der Technik ausgeführt,
die in einer verwandten Anmeldung, die durch die Anmelder eingereicht
wurde, mit dem Titel "Method
for Estimating and Removing a Timevarying DC-Offset" beschrieben ist.
Diese Technik zur Gleichstromversatz-Abschätzung schätzt die untere und die obere
Hüllkurve des
Signals ab und berechnet den Mittelwert dieser beiden Hüllkurven.
Dieser Mittelwert ist der erste Schätzwert des Gleichstromversatzpfads.
-
Um
die obere und die untere Hüllkurve
abzuschätzen,
werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- 1.
Unterteilen der Signalfolge 208 (die in 2 gezeigt
ist) in "N" Blöcke (210, 212,
usw.)(wenn eine konstante Blockgröße verwendet wird, Unterteilen
in "N" Blöcke aus
Nsample/Nsamples); und
- 2. Berechnen des maximalen Abtastwerts und des minimalen Abtastwerts
in jedem Block und speichern ihrer Position und ihres Werts in zwei Datenfeldern,
die mit "vMax" und "vMin" bezeichnet werden.
-
Das
Ziel dieser ersten beiden Unterschritte besteht darin, ein "Muster" zu berechnen, dem
die Hüllkurven
folgen (die Hüllkurven
müssen
durch die in vMax und vMin vorhandenen Punkte verlaufen). Nachdem
das ausgeführt
wurde, werden die "momentanen
Hüllkurven" unter Verwendung
von vMax und vMin als Anfangspunkte abgeschätzt. Das erfolgt in der folgenden
Weise:
- 3. Für
jedes Paar aus aufeinander folgenden Maximalwerten von vMax wird
Folgendes ausgeführt:
- a) Der kleinere Maximalwert wird als max1 bezeichnet, während der
andere größere Maximalwert
als max2 bezeichnet wird; und
- b) Definieren eines als "currentMax" bezeichneten Wertes,
der gleich max1 gesetzt wird; und
- c) Für
jeden Abtastwert zwischen max1 und max2 werden, beginnend bei max1
und auf max2 zulaufend, die folgenden weiteren Schritte ausgeführt:
- 1. Vergleichen jedes Abtastwerts mit currentMax;
- 2. Wenn ein Abtastwert größer als
currentMax ist, Setzen von currentMax auf den Wert dieses Abtastwertes;
und
- 3. Setzen des Wertes der momentanen oberen Hüllkurve (vInstMax) an der Abtastwertposition auf
currentMax.
- 4. Wiederholen der gleichen Prozedur für vMin:
- a) Bezeichnen der größeren Minimalwertes
mit "min1", während der
andere kleiner Minimalwert mit "min2" bezeichnet wird;
- b) Definieren eines mit "currentMin" bezeichneten Wertes
und Setzen dieses Wertes auf "min1"; und
- c) Für
jeden Abtastwert zwischen min1 und min2, beginnend bei min1 und
zulaufend auf min2:
- 1. Vergleichen jedes Abtastwertes mit currentMin;
- 2. Wenn ein Abtastwert kleiner als currentMin ist, Setzen von
currentMin auf den Wert dieses Abtastwertes; und
- 3. Setzen des Wertes der gegenwärtigen unteren Hüllkurve
(vInstMin) an dieser Abtastwertposition auf currentMin.
-
Als
ein Ergebnis der obigen Schritte und wenn die Anzahl von Blöcken (und
somit die Blockgröße) korrekt
ausgewählt
wurde, kann eine sehr gute Abschätzung
der oberen Hüllkurve 202 und
der unteren Hüllkurve 204 bestimmt
werden, wie in 2 gezeigt ist. Der geschätzte Gleichstromversatzpfad 206 ist
außerdem
in 2 für
eine Komponente des Signals (phasengleiche I-Komponente) gezeigt.
Der Gleichstromversatzpfad 206 wird unter Verwendung der
folgenden Gleichung bestimmt: VOffsetPath = (vInstMax + vInstMin)/2 Gleichung 1
-
Erfassung eines zeitlich
veränderlichen
Gleichstromversatzes
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung beginnt durch das Erfassen,
ob in der Signalfolge irgendein Gleichstromversatz vorhanden ist.
Dazu wird der Leistungswert des ersten Abtastwerts des Gleichstromversatzes
berechnet, der unter Verwendung von Gleichung 1 oder einer anderen
Technik zur Gleichstromversatz-Abschätzung, die auf dem technischen
Gebiet bekannt ist, berechnet wird, und wenn er größer als
ein bestimmter vorgegebener Schwellenwert ist, wird angenommen,
dass ein bestimmter dynamischer Gleichstromversatz in der Signalfolge
vorhanden ist. Nur in diesem Fall wird der Prozess der Gleichstromversatz-Kompensation fortgesetzt.
-
Das
ist ein sehr wichtiger Schritt, da er die Grundvoraussetzung ist,
um den Einfluss der Ausführung
dieses Verfahrens auf die Empfindlichkeitsleistung (Rauschleistung)
der gesamten Empfängerkette
zu verringern. Wenn der Schwellenwert zu groß ist, wird der Korrekturalgorithmus
arbeiten, selbst wenn keine AM-Unterdrückung vorhanden ist. Wenn das
Rauschen zu stark ist, wird der erste Schätzwert des Versatzpfads, der
unter Verwendung von Gleichung 1 berechnet wird, einige Spitzenwerte
enthalten, die durch das gegenwärtige
Verfahren als eine Änderung
des Gleichstromversatzes interpretiert werden, die durch ein nicht
vorhandenes Sperrsignal bewirkt wird. Das kann außerdem bei
einigen speziellen Kanalprofilen passieren, wie etwa HT100 und EQ100
von GSM. Insbesondere EQ100 ist auf diesen Schwellenwert sehr empfindlich.
Das vorliegende Verfahren hat jedoch die Aufgabe, den möglichst
geringen Betrag der Verschlechterung in die Empfindlichkeitsleistung
des Empfängers
einzuführen,
während
eine gute Leistungsfähigkeit
der AM-Unterdrückung
aufrechterhalten wird.
-
Die
Leistungsmessung, die in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird,
ist einfach und kann durch Gleichung 2 dargestellt werden: power_measure = Σ abs(vOffsetPath) – mean(vOffsetPath)) Gleichung 2
-
Gleichung
2 ist kein reales Maß der
Leistung, da sie an Stelle des Exponenten 2 den absoluten Wert (abs)
verwendet. Das verringert jedoch die Komplexität dieses Schritts, wobei es
in gleicher Weise nützlich
und gemäß den ausgeführten Simulationen
in gleicher Weise genau ist. Gleichung 2 wird nicht nur für die Entscheidung
verwendet, ob irgendein Sperrsignal vorhanden ist. Sie wird außerdem für die Entscheidung
verwendet, wie viele Sperrsignale vorhanden sind. Je größer das
Leistungsmaß ist,
desto mehr Sperrsignale sind vorhanden, nach denen gesucht wird.
In der bevorzugten Ausführungsform
wird vorzugsweise nach bis zu drei Sperrsignalen gesucht. Der Versuch,
nach einer größeren Anzahl
von Sperrsignalen zu suchen, kann die Leistungsfähigkeit des Algorithmus stark
verringern, da die Signalfolge in sehr kleine Blöcke unterteilt werden würde, was
die Abschätzung
des Gleichstrompegels in jedem Block zu ungenau machen würde.
-
Suche der
AM-Verzögerung
-
Wenn
ein bestimmter Gleichstromversatz vorhanden ist, wird die Ankunftszeit
des Sperrsignals abgeschätzt,
die als die "AM-Verzögerung" bezeichnet wird.
Die AM-Verzögerung
ist in 2 durch die Linie 202 angegeben, während der
AM-Pegel durch eine
Linie 204 dargestellt ist. Die Einschwinglänge des
Sperrsignals ist durch die Linie 206 angegeben. Die Einschwinglänge hängt von
der maximalen und der minimalen Dauer des rampenförmigen Anstiegs ab,
die in GSM 05.05 festgelegt sind und zwischen 0 und 28 μs (8 Bitperioden)
schwanken können.
-
Obwohl
die erste Versatzpfadabschätzung unter
Verwendung von Gleichung 1 gewöhnlich
recht nahe am wirklichen Versatzpfad liegt, ist es bevorzugt, sie
etwas zu filtern, bevor die Suche begonnen wird. Dazu können zwei
Dinge ausgeführt
werden:
- 1) Wenn die erste Gleichstromversatzpfad-Abschätzung für beide
Signalkomponenten (I und Q) ähnlich
ist, können
ihre Durchschnitte berechnet und für die Suche verwendet werden.
Das würde die
Anzahl der für
den Algorithmus erforderlichen Operationen um zwei verringern.
- 2) Andernfalls könnte
der Gleichstromversatzpfad für
jede Komponente (I und Q) gefiltert (z. B. mit einem Fenster des
gleitenden Durchschnitts (sliding average window) der Größe 5) werden
und der Suchalgorithmus könnte
an jeden gefilterten Versatzpfad getrennt angewendet werden.
-
Die
oben genannte erste Möglichkeit
basiert auf der Idee, dass sich der Gleichstromversatzpegel, obwohl
er in jeder Komponente (I und Q) unterschiedlich sein kann, gleichzeitig ändern wird,
da das Sperrsignal beide Pfade gleichzeitig (jedoch in unterschiedlicher
Weise) beeinflussen wird. Simulationen haben gezeigt, dass dann,
wenn der Gleichstromversatzpegel sowohl im I-Pfad als auch im Q-Pfad ähnlich ist,
die Leistungsfähigkeit
des Suchalgorithmus durch eine Mittelwertbildung stark verbessert
werden kann, bei der nach dem Durchschnitt der beiden geschätzten Versatzpfade
gesucht wird. Das hat außerdem
den Vorteil, dass lediglich die Notwendigkeit einer Suche besteht,
wodurch die Komplexität
des Gesamtalgorithmus verringert wird.
-
Um
zu entscheiden, ob die ersten Schätzwerte des Versatzpfads zwischen
den beiden I- und Q-Komponenten nahe beieinander liegen, wird die Differenz
zwischen dem maximalen Wert von vMax und dem minimalen Wert von
vMax, die durch den auf die I- und Q-Komponenten angewendeten Algorithmus
InstEnvelope zurückgeführt werden,
verglichen. Wenn die Differenz ähnlich
ist (d. h. das gleiche "Vorzeichen" und den gleichen
Pegel hat), wird der oben angegebene Schritt (1) ausgeführt. Andernfalls wird
der Schritt (2) ausgeführt.
Andere Techniken zum Vergleichen, wie ähnlich der I-Pfad und der Q-Pfad
untereinander sind, können
außerdem
verwendet werden. Zum Beispiel kann die Differenz zwischen dem maximalen
Wert und dem minimalen Wert des ersten Gleichstromversatz-Schätzwertes blockweise
zwischen dem I-Pfad und dem Q-Pfad verglichen werden. Wenn die blockweise
ermittelten gegenseitigen Differenzen für I und Q innerhalb eines bestimmten
Schwellenwertes liegen, wird der Schritt (1) ausgeführt, andernfalls
wird der Schritt (2) ausgeführt.
-
In
jedem Fall ist der eigentliche Suchalgorithmus identisch und iterativ.
Er versucht, eine Anzahl von bis zu maxAM Sperrsignale zu finden
(die Anzahl maxAM ist in der bevorzugten Ausführungsform auf drei gesetzt)
und enthält
die folgenden vier Schritte:
- 3) Berechnen des
Maximalwerts und des Minimalwerts des gefilterten Versatzpfads.
- 4) Berechnen des Mittelwerts von beiden.
- 5) Suchen der Abtastung des gefilterten Versatzpfads, deren
Position zwischen dem maximalen Abtastwert und dem minimalen Abtastwert
liegt und deren Wert näher
an dem Mittelwert liegt.
- 6) Vergleichen der ausgewählten
Abtastwerte mit dem Mittelwert. Wenn sie nahe beieinander liegen (weniger
als ein Drittel der Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert),
wird angenommen, dass die Ankunftszeit eines Sperrsignals gefunden
wurde. Andernfalls können
zwei Dinge geschehen:
- a) Wenn der Maximalwert und der Minimalwert nahe genug beieinander
liegen (z. B. innerhalb von 10 Abtastwerten), Differenzieren und
Suchen nach der größten Differenz,
die die Ankunftszeit des Sperrsignals angibt.
- b) Wenn sie nicht nahe genug beieinander liegen, wird daraus
geschlossen, dass in ihnen keine AM-Unterdrückung vorhanden ist, so dass
keine AM-Verzögerung
gefunden wurde.
-
Die
Schritte 3 bis 6 sind in 3 gezeigt, wobei der Maximalwert
am Punkt 304, der Minimalwert am Punkt 306 bzw.
der Mittelwert am Punkt 302 dargestellt ist. Wenn mehr
als ein Sperrsignal gefunden werden soll, werden die oben genannten
vier Schritte iterativ wiederholt, bis eine Anzahl von Sperrsignalen bis
zu einem vorgegebenen Grenzwert (z. B. eine Anzahl von maxAM Sperrsignalen)
gefunden wird. Dafür
wird die Signalfolge in zwei Teile oder Blöcke unterteilt, jeweils ein
Teil oder Block für
jede Seite der geschätzten
AM-Verzögerung,
wobei eine kleine Spanne zwischen der AM-Verzögerung und dem Beginn jedes
Blocks berücksichtigt
wird. Der obige Prozess wird für
jeden dieser beiden Blöcke
wiederholt. Das ist durch 4 gezeigt,
in der eine Signalfolge mit zwei Gleichstromversatz-Pegeländerungen 402 und 404 durch
den Algorithmus analy siert wird. Die erste Gleichstromversatz-Pegeländerung 402 besitzt einen
hohen Wert am Punkt 406, einen mittleren Wert am Punkt 408 und
einen niedrigen Wert am Punkt 410. Die zweite Gleichstromversatz-Pegeländerung 404 besitzt
dagegen einen hohen Wert am Punkt 416, einen mittleren
Wert am Punkt 414 und einen niedrigen Wert am Punkt 412.
-
Der
obige Prozess kann wiederholt werden, bis keine weiteren Gleichstromversatz-Änderungen vorhanden
sind oder bis eine maximal zulässige
Anzahl von Gleichstromversatz-Änderungen
(der Schwellenwert maxAM ist z. B. auf drei gesetzt) erreicht wurde.
Nachdem die Suche beendet ist und bevor der Algorithmus fortgesetzt
wird, erfolgt eine Prüfung
nach unzuverlässigen
AM-Verzögerungen. Unzuverlässige AM-Verzögerungen
sind jene, die ununterbrochen sind, sehr nahe beieinander liegen und
das gleiche "Vorzeichen" besitzen (d. h.
entweder eine Vergrößerung oder
eine Verringerung des Versatzpegels bedeuten). Wenn das geschieht,
ist es gut möglich,
dass der Suchalgorithmus eine einzelne Gleichstromversatz-Änderung
in zwei kleinere und sehr nahe beieinander liegende Versatzänderungen unterteilt
hat. Nach diesen ununterbrochenen Situationen wird gesucht und falls
sie gefunden werden, wird (durch Differenzieren) eine einzelne AM-Verzögerung neu
berechnet, die die beiden widersprüchlichen AM-Verzögerungen
ersetzt.
-
Erzeugung
des Gleichstromversatzpfads
-
Wenn
alle AM-Verzögerungen
gefunden wurden, wird die endgültige
Abschätzung
des Versatzpfads unter Verwendung dieser Informationen gebildet.
Die endgültige
Abschätzung
wird dann von den empfangenen Signalabtastwerten subtrahiert, um
den dynamischen Gleichstromversatz zu entfernen. Um die endgültige Abschätzung zu
bilden, wird Folgendes ausgeführt:
- 1) Zwischen jeder AM-Verzögerung wird der Gleichstromversatz
als konstant betrachtet und ist gleich dem Mittelwert des ersten
Schätzwerts
des Versatzpfads zwischen jedem Paar von AM-Verzögerungswerten. Man muss sorgfältig eine
kleine Spanne einführen,
um den Einschwingvorgang aus der Mittelwertberechnung auszuschließen.
- 2) Die Einschwingvorgänge
zwischen diesen Werten dauern 3 Bits, was eine lineare Interpolation
von den geschätzten
Versatzwerten darstellt. Andere "Einschwingprofile" wie "Cosinus" und "Quadratsinus" wurden geprüft, ihre
Leistungsfähigkeit
war ähnlich
(bzw. geringfügig
schlechter), wobei für
die Berechnung mehr Operationen erforderlich waren.
-
In 5 ist
die Erzeugung einer Abschätzung
für mehrere
Versatzpfade unter Verwendung der Technik zum Verfeinern eines Schätzwertes
gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Linie 502 zeigt
die Signalfolge, die Linie 504 zeigt den tatsächlichen
Versatz, die Linie 506 zeigt den ersten Gleichstromversatz-Schätzwert unter
Verwendung von Gleichung 1, während
die Linie 508 die Verfeinerung des Gleichstromversatzes
unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Gleichstromversatz-Korrektur
-
Dieser
Abschnitt ist in zwei Teile unterteilt, die Versatzentfernung und
die Einschwingkorrektur. Der Abschnitt der Versatzentfernung ist
der unkomplizierteste Schritt. Er enthält einfach das Subtrahieren des
geschätzten
Versatzwertes von seinem entsprechenden empfangenen Abtastwert bei
Annahme der Verwendung eines DSP. Die Einschwingkorrektur ist der
letzte Schritt des Prozesses der Versatzkorrektur. Er enthält das Prüfen, ob
irgendwelche AM-Verzögerungen
vorhanden sind, deren Versatzänderung
größer als
ein bestimmter Schwellenwert, z. B. 6 ist. Für jede AM-Verzögerung,
die gefunden wird, werden ihre entsprechenden Abtastwerte gemeinsam
mit den zwei am nächsten
liegenden Abtastwerte auf null gesetzt. Der Sinn dieses letzten
Schritts besteht darin, den Einfluss des Profils und der Länge von
unbekannten Einschwingvorgängen
zu verringern, der kritisch wird, wenn die Gleichstromversatz-Änderung größer wird.
-
Ein
Einschwingvorgang, der einer Gleichstromversatz-Änderung vorhergeht, ist nicht
immer gleich. Seine Dauer kann sich ändern, da die GSM-Norm lediglich die
maximale Dauer des rampenförmigen
Anstiegs und des rampenförmigen
Abfalls festlegt (28 μs,
d. h. etwa 8 Bitperioden). Deswegen kann ein Sperrsignal in bis
zu 8 Bitperioden rampenförmigen
ansteigen (rampenförmigen
abfallen). Die tatsächliche
Dauer des rampenförmigen
Anstiegs wird von dem genauen rampenförmigen Anstieg der Leistung
der störenden
Vorrichtung abhängen.
Folglich gibt es keine optimale Einschwinglänge und es muss ein Kompromiss
getroffen werden. Nach verschiedenen Computersimulationen wurde festgestellt,
dass der beste Kompromiss getroffen wurde, wenn eine Einschwinglänge von
3 Bit für
die Kompensation verwendet wird. Trotzdem kann sich dann, wenn die
störende
Einschwinglänge
sehr kurz ist oder insbesondere sehr lang ist, die Leistungsfähigkeit
verschlechtern.
-
Wenn
der rampenförmige
Anstieg des störenden
Signals sehr kurz ist, kann der folgende ungünstigste Fall eintreten. Der
Algorithmus kann bei dem Schätzwert
der AM-Verzögerung
einen kleinen Fehler machen. Er kann z. B. schätzen; dass die AM-Verzögerung 67
an Stelle von tatsächlich
68 beträgt.
Da der rampenförmige
Anstieg sehr schnell erfolgt, könnte
in diesem Fall ein Abtastwert total falsch sein. In diesem Fall
könnte
das Kanalimpulsverhalten fehlen, wodurch ein starker Anstieg der
Bitfehlerrate (BER) erzeugt wird.
-
Wenn
der rampenförmige
Anstieg dagegen sehr lang ist (etwa 8 Bits), würde dann, wenn der Algorithmus
für die
Schätzwerte
der AM-Verzögerung während eines
einzelnen Bits ausgeschaltet wäre, der
Fehler sehr klein sein, da die Differenz zwischen dem tatsächlichen
Abtastwert und dem korrigierten Wert klein wäre. Wenn der rampenförmige Anstieg jedoch
langsam erfolgt, ist die Varianz des Algorithmus für die Schätzwerte
größer und
deswegen ist das Schätzverfahren
wahrscheinlich für
mehr als ein Bit ausgeschaltet. In diesem Fall werden die Bits um die
geschätzte
AM-Verzögerung
wahrscheinlich ebenfalls falsch sein.
-
Um
diese beiden Probleme zu lösen,
gibt es eine einfache Lösung.
Die Lösung
besteht darin, einige der Abtastwerte um die geschätzte Position
des Sperrsignals auf null zu setzen. Da die Ausgleicheinrichtung
die eingegebenen Abtastwerte als bewertete Entscheidungen behandelt,
erfolgt das in der Weise, als ob der Aus gleicheinrichtung mitgeteilt
wird, dass diese Abtastwerte unzuverlässig sind und als solche zu
behandeln sind. In der Praxis wurde festgestellt, dass das Setzen
von drei Abtastwerten auf null (das geschätzte AM-Verzögerungsbit
und zusätzlich
ein Bit auf jeder Seite) den besten Anstieg der Leistungsfähigkeit
ergibt. Das Setzen einer größeren Anzahl von
Bits auf null würde
den Wert von BER vergrößern, da
dann, wenn ein Abtastwert gleich null ist, die Ausgleicheinrichtung
und der Codierer seinen tatsächlichen
Wert erraten müssen,
wobei das kein perfekter Prozess ist.
-
Das
erfolgt, wenn die Schwankung des Gleichstromversatzes groß genug
ist. Wenn das nicht der Fall ist, ist der Anstieg des Wertes von
BER, der durch den Schätzfehler
der AM-Verzögerung
bewirkt wird, sehr gering. Nur dann, wenn die Änderung des Gleichstromversatzes
größer wird,
kann der Steuerung der Einschwingkorrektur einen bedeutenden Vorteil
schaffen. Deshalb verwendet der Algorithmus die Schätzung der
Gleichstromversatz-Änderung,
um zu entscheiden, ob einige Abtastwerte auf null gesetzt werden
müssen.
-
In 6 ist
ein Ablaufplan gezeigt, bei dem die Schritte hervorgehoben sind,
die gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
ausgeführt
werden. Im Schritt 602 wird ein erster Schätzwert des
Gleichstromversatzes berechnet. In der bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das unter Verwendung von Gleichung 1. Nachdem der Gleichstromversatz
berechnet wurde, wird im Schritt 604 unter Verwendung der Leistungsmessung
von Gleichung 2 festgestellt, ob AM vorhanden ist. Wenn festgestellt
wird, dass keine AM vorhanden ist, endet die Routine. Wenn jedoch festgestellt
wird, dass AM vorhanden ist, geht die Routine zum Schritt 606.
Im Schritt 606 wird festgestellt, ob die I- und Q-Pfade ähnliche
Schätzungen des
Gleichstromversatzpfads haben. Wenn die Schätzwerte für beide Pfade genug nahe beieinander liegen,
wird im Schritt 608 eine einzige Suche nach beiden Pfaden
ausgeführt.
Wenn festgestellt wird, dass die Schätzwerte für die I- und Q-Pfade nicht nahe
beieinander liegen, wird im Schritt 610 jeweils eine Suche
nach den Pfaden ausgeführt
(doppelte Suche).
-
Im
Schritt 612 wird der verfeinerte Gleichstromversatzvektor
unter Verwendung der oben beschriebenen Technik erzeugt. Im Schritt 614 wird
der verfeinerte Gleichstromversatzvektor von dem gewünschten
Signal subtrahiert. Im Schritt 616 wird festgestellt, ob
der AM-Pegel hoch ist, und wenn das nicht der Fall ist, endet die
Routine, wenn jedoch festgestellt wird, dass der Pegel hoch ist,
geht die Routine zum Schritt 618. Im Schritt 618 wird
in der oben beschriebenen Weise die Einschwingkorrektur ausgeführt.
-
In 7 ist
ein vereinfachter Blockschaltplan eines Funkempfängers dargestellt, bei dem
die vorliegende Erfindung realisiert werden kann. Der Empfänger 700 enthält eine
Antenne 702 zum Empfangen eines HF-Signals und das empfangene
HF-Signal wird vorzugsweise bandpassgefiltert (wobei das Filter
nicht gezeigt ist), wobei der rauscharme Verstärker 704 anschließend das
gefilterte Signal verstärkt. Das
gefilterte Signal wird dann durch Mischer 708 und 710 in
einem phasengleichen Kanal (I-Kanal) und einem Quadraturphasen-Kanal
(Q-Kanal) zum Grundband abwärts
umgesetzt. Ein Lokaloszillatorsignal (LO) wird von einem LO-Generator 706 bereitgestellt.
-
Das
LO-Signal vom Generator 706 wird an einen Teiler und Phasenschieber 712 bereitgestellt. Die
Ausgänge
des Teilers und Phasenschiebers 712 werden zu Mischern 708 und 710 geführt. Die
I- und Q-Signale, die von den Mischern 708 und 710 erzeugt
werden, werden durch die Grundbandverstärker- und Filterblöcke 714 und 716 verstärkt und
gefiltert. Die verstärkten
Signale werden dann an die Analog/Digital-Umsetzer 718 und 720 (A/D-Umsetzer) zum
Umsetzen in digitale Signale gesendet und die digitalen Signale
werden an eine Steuereinheit, wie etwa einen digitalen Signalprozessor
(DSP) 722, bereitgestellt. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform
führt der
DSP 722 die Aufgabe der Ausführung des Algorithmus aus,
um die Abschätzung
der Verfeinerung eines Gleichstromversatzpfads sowie die Entfernung
des Gleichstromversatzes der vorliegenden Erfindung zu realisieren.
Es sollte angemerkt werden, dass andere wohlbekannte Hardwareschaltungen
oder Vorrichtungen die erforderlichen Aufgaben ausführen können, obwohl
ein DSP verwendet worden ist, um die Abschätzungs- und Entfernungsschritte
auszuführen,
und seine Nützlichkeit
beim Ausführen
dieser Schritte nachgewiesen hat.
-
Die
Schritte zur Verfeinerung der Gleichstromversatz-Abschätzung der
vorliegenden Erfindung gewährleisten
folglich eine verbesserte AM-Unterdrückung, während die Empfindlichkeitsleistung des
Empfängers
minimal gemacht wird. Prüfungen der
Empfindlichkeitsleistung zeigen, dass der Algorithmus zur Gleichstromversatz-Abschätzung der vorliegenden
Erfindung einen vernachlässigbaren Einfluss
auf die Empfängerempfindlichkeit
für alle GSM-Kanalprofile
(ST, TU3, TU50, HT100, RA250) hat. Eine Komplexität der Gesamtschritte
liegt in der Größenordnung
von 1,8 Millionen Befehle pro Sekunde (MIPS), wenn der Algorithmus
durch einen DSP ausgeführt
wird. Wie gezeigt wurde, schafft das Verfahren die Möglichkeit
zum Kompensieren von mehrfacher AM-Unterdrückung.
-
Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, sollte klar sein,
dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Wie oben erwähnt wurde,
kann die vorliegende Erfindung nicht nur in GSM-Systemen verwendet werden, sondern außerdem bei
anderen Signalen mit konstanter Hüllkurve von weiteren Systemen.
Zahlreiche Modifikationen, Änderungen,
Variationen, Ersetzungen und Entsprechungen werden einem Fachmann
erscheinen, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, der in den
beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, abzuweichen.