DE69015281T2 - Funkfernsprechempfänger mit Verstärkungsregelung. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Empfänger. Im besonderen betrifft die Erfindung einen Empfänger für Funktelefonsysteme, die in einem Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffsystem (TDMA) arbeiten, wobei der Empfänger eine Verstärkungsregeleinrichtung enthält, die geschaltet ist, um ein Eingangssignal zu empfangen. Ein solcher Empfänger ist aus EP-A-0192061 bekannt.
• Mit der bevorstehenden Einführung des GSM-Systems (Groupe Speciale Mobile) für ein Paneuropäisches Mobiltelefonsystem [siehe Z.B. Electronics and Communication Engineering Journal Jan/Feb. 1989, Vol. 1, Nr. 1 Seiten 7 bis 13, "Pan-European cellular radio", D.M. Balston], müssen eine Anzahl schwieriger technischer Probleme überwunden werden, um das System zufriedenstellend zu implementieren.
• Bei dem GSM-System werden zu übertragene Daten durch ein Gaußsches Minimal-Pulslagenmodulationsverfahren (GMSK) auf ein 900 MHz Trägersignal moduliert. Frequenzkanäle stehen in einem Abstand von 200 kHz zur Verfügung, und die Daten werden auf jedem Kanal mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 270.833 kBits pro Sekunde übertragen.
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des TDMA-Formates für das GSM-System.
• Fig. 1 zeigt das Grundformat eines Frequenzkanals für GSM-Übertragungungen, das eine Reihe von Rahmen (Zeitbereich-Mehrfachzugriffrahmen) umfaßt, wobei jeder Rahmen acht gemultiplexte Zeitkanäle von verschiedenen Mobilstationen umfaßt. Jeder Rahmen ist 4.615ms lang, und jeder Zeitkanal ist 0.577ms lang. Der gezeigte Aufbau eines Zeitkanals umfaßt zwei Abschnitte von Daten, die durch Steuerbits, Nachlaufbits usw. getrennt sind. Die Daten werden von jeder Mobilstation innerhalb eines Zeitkanals in komprimierter Form mit einer Rate von 13 kBits/s gesendet.
• Die sehr engen Beschränkungen des GSM-Systems vorausgesetzt, können Störungen, Datenverlust und Verfälschungen leicht auftreten.
• Probleme entstehen im Empfänger des GSM-Endgeräts, sei es ein Endgerät in einer Mobilstation oder in einer Basisstation. Erstens wird sich die Stärke des von dem Endgerät empfangenen Signals verändern, und der Eingangsdynamikbereich kann bis zu 100dB betragen. Dies liegt daran, daß im Fall einer Mobilstation diese nicht nur in einem Verkehrsmodus arbeiten muß, um Datensignale von der nächsten Basisstation zu empfangen, sondern auch in einem Überwachungsmodus arbeiten muß, um benachbarte Basisstationen während der Zeitkanäle des Rahmens zu überwachen, die nicht zur Datenübertragung für Übergabezwecke reserviert sind. Folglich ist es erforderlich, die Verstärkung um sehr große Beträge von Zeitkanal zu Zeitkanal, d.h. innerhalb 0.577ms, zu justieren. Herkömmliche Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung können mit solch extremen Anforderungen nicht fertig werden. Zweitens müssen Signale, bei welchen Pegel sie auch immer empfangen werden, auf einen geeigneten Pegel verstärkt werden, so daß sie innerhalb des Eingangsdynamikbereiches eines Analog/Digital-Umsetzers (A/D), der der Zwischenfrequenz-(ZF)-Stufe folgt, untergebracht werden können. Da der Dynamikbereich eines A/D-Umsetzers relativ klein ist, ist es erforderlich, die Verstärkung des Systems anzupassen, so daß jeder ankommende Impuls aus HF-Energie sich auf einem passenden Pegel befindet. Die angewandte Verstärkung muß über den gesamten Kanal hinweg konstant sein, um die Amplituden- und Phaseninformation der eingehenden Impulse zu bewahren, da die eingehenden Impulse vom dem ursprünglich gesendeten Signal infolge von Mehrweg-Reflexionen stark verzerrt würden. Um solche Mehrwegeffekte zu korrigieren, ist es erforderlich, eine Ausgleichsverarbeitung auf den Eingangssignalen mit Hilfe eines Ausgleichssystems durchzuführen, und deshalb ist es erforderlich, alle Amplituden- und Phaseninformationen der eingehenden Impulse zu bewahren.
• Erfindungsgemäß umfaßt ein Empfänger für ein Mobiltelefonsystem, das in einem TDMA-System arbeitet, eine Verstärkungsregeleinrichtung, die ein Eingangssignal empfängt, wobei die Verstärkungsregeleinrichtung unter der Kontrolle von digitalen Steuersignalen zwischen einer Mehrzahl von Verstärkungs- und/oder Abschwächungsstufen umschaltbar ist, sowie eine Einrichtung, die den Wert des Empfangssignals ermittelt und die digitalen Steuersignale liefert, um die Verstärkungs- oder Abschwächungsstufe für einen Zeitkanal des TDMA-Systems konstant einzustellen, wobei die Ermittlungseinrichtung eine Einrichtung enthält, die den ermittelten Signalwert aufzeichnet, um die Stufe der Verstärkungsregeleinrichtung vor einem vorbestimmten Zeitkanal auf der Basis von Messungen, die während einer vorangehenden Zeitdauer vorgenommen wurden, einzustellen.
• Bei einem speziellen erfindungsgemäßen Empfänger kann, wenn dieser im Verkehrsmodus arbeitet, die Signalstärke des eingehenden Slgnals durch einen logarithmischen Verstärker, der sehr schnell arbeitet, überwacht werden, so daß er die eingehende Signalstärke erfassen und ein Signal an einen A/D-Umsetzer anlegen kann, der einer Mehrzahl von Verstärkern mit umschaltbarer Verstärkung, die in Kaskade geschaltet sind, digitale Steuersignale zur Verfügung stellt. Dadurch wird die Verstärkung basierend auf der momentanen Information für den Zeitkanal unmittelbar vor dem Empfang der Daten für den Zeitkanal eingestellt.
• Bei alternativen Betriebsarten, wo z.B. eine Mobilstation in einem Überwachungsmodus arbeitet, um eine neue Basisstaion zu überwachen, um zu erfahren, ob sie ein Kandidat für eine Übergabe ist, mag keine frühere Information hinsichtlich der Signalstärke dieser speziellen Basisstation vorhanden sein. Bei einem speziellen erfindungsgemäßen Empfänger wird die Mehrzahl der umschaltbaren Verstärker selektiv durch einen Zählermechanismus betätigt, der die Verstärkung der kaskadierten Verstärker erhöht, bis das verstärkte Signal von dieser Basisstation innerhalb des Dynamikbereiches des A/D-Umsetzers liegt. Diese Tatsache wird erfaßt und die resultierende Einstellung der Verstärker liefert, zusammmen mit einer Messung des demodulierten Signals, ein genaues Maß der empfangenen Signalstärke.
• Zwei Ausführungen der Erfindung werden nun, nur im Form eines Beispiels, mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
• Inhalt der Zeichnungen:
• Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des TDMA-Formats für das GSM-System, das bereits beschrieben wurde.
• Fig. 2 ist ein schematisches Blockschalbild, das einen Teil eines Empfängers für ein GSM-Endgerät gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt.
• Fig. 3 ist ein schematisches Blockschalbild, das einen Teil eines Empfängers für ein GSM-Endgerät gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung zeigt.
• Gemäß Fig. 2 enthält ein Empfänger, der entweder in einer Mobilstation oder in einer Basisstation eingebaut sein kann, eine geeignete Signalverarbeitungseinrichtung (nicht gezeigt), die ein empfangenes Signal verarbeitet, um auf einer Leitung 2 ein ZF-Signal zu liefern. Dieses ZF-Signal ist gemäß einem Gaußschen Minimal-Pulslagenmodulationsverfahren moduliert, und das Signal wird in einer Demodulator- und Digitalisierungseinheit 4 demoduliert und digitalisiert. Danach werden die Digitalsignale in einer Ausgleichseinheit 6 ausgeglichen und in einem Prozessor 8 verarbeitet. Geeignete Ausgleichs- und Verarbeitungsverfahren werden den Fachleuten in der Technik bekannt sein.
• Die ZF-Leitung 2 ist mit der Demodulator- und Digitalisierungseinheit 4 durch eine kaskadierte Kette 10 von drei umschaltbaren Verstärkern 12, 14 und 16 verbunden. Die Steuerleitungen 12', 14' und 16' sind angeordnet, um die umschaltbaren Verstärker 12, 14 und 16 zwischen dem Zustand, bei dem sie das Signal ohne Verstärkung (d.h. 0dB Verstärkung) einfach durchlassen, und dem Zustand umzuschalten, bei dem der Verstärker 12 eine Verstärkung von 8dB, der Verstärker 14 eine Verstärkung von 16 dB und der Verstärker 16 eine Verstärkung von 32 dB liefert. Die Steuerleitungen 12', 14' und 16' sind mit einer Signalstärkeeinheit 20 und auch mit einem Zähler 22 verbunden. Ein Starteingang des Zählers 22 ist mit der Signalstärkeeinheit 20 verbunden, und ein Stopeingang ist mit einem Spitzendetektor 24 verbunden, der auf das ZF-Signal am Eingang der Demodulator- und Digitalisierungseinheit 4 anspricht. Der Spitzendetektor 24 spricht auf etwa 1/4 oder 1/2 eines ZF-Wellenformzyklusses an, um eine Schätzung der Signalstärke basierend auf der Wellenformspitze zu erzeugen.
• Die Einheit 20 liefert auf einer Ausgangsleitung 30 ein Maß der von der Einheit 4 ermittelten Signalstärke. Dieses wird in einem Summierer 32 mit den Signalen auf den Leitungen 12', 14' und 16' summiert, die die von der Kette 10 gelieferte Verstärktung anzeigen, um eine Anzeige der Empfangssignalstärke an der Empfangssignalstärke-Anzeigeeinheit (RSSI) 34 zur Verfügung zu stellen.
• Im Betrieb, wo der Empfänger in einem Verkehrsmodus arbeitet und eingehende Informationsrahmen empfängt, die Sprachinformation darstellende Daten enthalten, wird daher dann die Signalstärkeeinheit 20, die die Signalstärke des ZF-Eingangssignals von vorangehenden Zeitkanälen gespeichert hat, Signale auf den Steuerleitungen 12', 14' und 16' liefern, um den geeigneten Verstärkungsbetrag an das ZF-Signal anzulegen, damit das resultierende ZF-Signal im Dynamikbereich untergebracht werden kann. Die Gesamtempfangssignalstärke wird in der RSSI- Einheit 34 angezeigt. Im Verkehrsmodus kann angenommen werden, daß der empfangene Signalpegel sich nur langsam über eine große Zahl von Zeitkanälen verändern wird. Zwischen diesen Zeitkanälen werden die gesendeten Signale für andere Mobilstationen gedacht sein und können einen gänzlich anderen Pegel aufweisen.
• Während unbenutzter Zeitkanäle eines Zeitrahmens wird die Mobilstation Steuerkanalsignale von angrenzenden Basisstationen überwachen. Diese werden fortlaufende Signale mit einer Frequenz sein, die von den in den Verkehrsmodussignalen benutzten Frequenzen abweichend ist. Wenn das Steuerkanalsignal einer Basisstation mit einer unbekannten Steuerkanal-Signalstärke überwacht wird, wird der Zähler 22 zu Begin des Zeitkanals durch sie Signalstärkeeinheit 20 aktiviert, um die von den umschaltbaren Verstärkern gelieferte Verstärkung schnell hochzufahren, bis der Spitzendetektor 24 ermittelt, daß die Signalstärke innerhalb des Dynamikbereiches des A/D-Umsetzers in der Einheit 4 liegt, und hält foglich den Zähler 22 an. Die Einstellung des Zählers 22 wird in der Einheit 20 gespeichert und wird für nachfolgende Ablesungen verwendet. Man wird einsehen, daß es erforderlich sein wird, einen Teil des Steuersignals während wenigstens eines Teils eines ersten Zeitkanals zu überwachen, um die Verstärkung der Verstärker 12, 14, 14 einzustellen, damit das Signal von der Basisstation in dem nachfolgenden Zeikanal überwacht und demoduliert werden kann, um die Identität der Basisstation zu gewinnen. Indem die Steuerkanäle jeweils eine konstante Trägeramplitude besitzen, ist keine Pegeländerung von Kanal zu Kanal wie bei dem Verkehrsmodus vorhanden. Die Einstellung des Zählers 22 liefert auch ein Maß der Empfangssignalstärke, wenn sie durch 32 mit der gemessen Amplitude von Signalen in der Einheit 4 auf der Leitung 30 kombiniert wird, um in der Einheit 34 eine Anzeige der Empfangssignalstärke zu erzeugen.
• Bei der in Fig. 3 gezeigten alternativen Ausführung sind Teile, die denen in Fig. 2 gleichen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Empfänger wird das ZF-Signal an einen logarithmischen Verstärker 40 angelegt, der eingerichtet ist, um den Pegel des ZF-Signals er ermitteln. Der Verstärker 40 führt dies in einem sehr kurzen Zeitraum aus und kann daher die ZF-Signalstärke bevor die Empfangsdaten in der Demodulator- und Digitaliserungseinheit 4 empfangen werden ermitteln. Der Ausgang des Verstärkers 40 wird in einem Flash-A/D-Umsetzer 42 in einen Digitalwert umgesetzt, und der Digitalwert wird über die Steuerleitungen 12', 14' und 16' geführt, um die umschaltbaren Verstärker 12, 14 und 16 zu steuern. Daher ist es möglich, die Verstärkungswerte der Verstärker 12, 14 und 16 zu Beginn des Zeitkanals einzustellen. Der Leistungspegel des in der Einheit 4 empfangenen Signals wird in der Signalstärkeeinheit 20 gemessen, und dieser Pegel wird in dem Summierer 32 zusammen mit der Verstärkungseinstellung der Verstärker 12, 14 und 16 summiert, um ein genaues Maß der Empfangssignalstärke zu erzeugen. Wenn die bei 20 gemessene Leistung als übermäßig oder unzureichend befunden wird, werden Signale über eine Fenstereinheit 44 geliefert, um weitere Verstärkungsregelsignale auf der Leitung 46 an die Leitungen 12', 14' und 16' während einer Fensterperiode anzulegen, die innerhalb des Zeitkanals erscheint.
• Man wird erkennen, daß bei jeder der oben als Beispiel beschriebenen Ausführungen, die automatische Verstärkungsregelung eine relativ grobe 8dB Einstellauflösung besitzt. Dies gestattet eine genaue Verstärkungseinstellung mit einer kleinen Anzahl digitaler Steuerleitungen und schnelle Änderungen der Verstärkung über einen weiten Bereich. Durch die Verwendung von weiteren Verstärkern mit umschaltbarer Verstärkung und entsprechenden digitalen Steuerleitungen kann eine feinere Auflösung erreicht werden. Eine feinere automatische Verstärkungsregelung wird dem System jedoch durch die Verwendung des Ausgleichers 6 überlagert. Dieser stellt effektiv zwei weitere Auflösungsstufen zur Verfügung. Es versteht sich jedoch, daß, wenn z.B. genügend umschaltbare Verstärkerstufen vorhanden sind, es möglich ist, den Ausgleicher wegzulassen.

Claims (7)

1. Empfänger für ein Mobiltelefonsystem, das in einem Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffsystem (TDMA) arbeitet, wobei der Empfänger um faßt:

eine Verstärkungsregeleinrichtung (10), die ein Eingangssignal empfängt, wobei der Empfänger dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verstärkungsregeleinrichtung unter der Kontrolle von digitalen Steuersignalen zwischen einer Mehrzahl von Verstärkungs- und/oder Abschwächungsstufen umschaltbar ist, wobei der Empfänger auch eine Einrichtung (20) umfaßt, die den Wert des Empfangssignals ermittelt und die digitalen Steuersignale liefert, um die Verstärkungs- oder Abschwächungsstufe für einen Zeitkanal des TDMA-Systems konstant einzustellen, wobei die Ermittlungseinrichtung eine Einrichtung enthält, die den ermittelten Signalwert aufzeichnet, um die Stufe der Verstärkungsregeleinrichtung (10) vor einem vorbestimmten Zeitkanal auf der Basis von Messungen, die während einer vorangehenden Zeitdauer vorgenommen wurden, einzustellen.

2. Empfänger nach Anspruch 1, der eine Ausgleichseinrichtung (6) umfaßt, die geschaltet ist, um das Ausgangssignal von der Verstärkungsregeleinrichtung (10) zu empfangen.

3. Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ermittlungseinrichtung (20) die Verstärkungsstufe vor einem vorbestirnmten Zeitkanal auf der Basis von Messungen einstellt, die unmittelbar vor dem Zeitkanal vorgenommen wurden, wobei die Ermittlungseinrichtung eine Einrichtung umfaßt, die den augenblicklichen Signalwert liefert, um die Werte der digitalen Steuersignale zu steuern.

4. Empfänger nach Anspruch 3, der einen Zähler (22) umfaßt, der den Wert der digitalen Steuersignale erhöht, sowie eine Einrichtung (24), die einen Spitzenwert des Eingangssignals ermittelt, um die Funktion des Zählers (22) anzuhalten.

5. Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Verstärkungsregeleinrichtung (10) eine Mehrzahl von Verstärkern mit geschalteter Verstärkung (12, 14, 16) umfaßt, die in Kaskade geschaltet sind, wobei jeder Verstärker (12, 14, 16) eine Verstärkungssteuerleitung (12', 14', 16') besitzt, um abhängig von den digitalen Steuersignalen eine aus einer Mehrzahl von Verstärkungsstufen auszuwählen.

6. Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, der einen logarithmischen Verstärker (40) umfaßt, der das Eingangssignal mißt und mit einem Analog/Digital-Umsetzer (42) verbunden ist, der die digitalen Steuersignale erzeugt.

7. Empfänger nach einem der vorangehenden Ansprüche, der eine Einrichtung (4), die das Eingangssignal demoduliert, eine Einrichtung (20), die die Stärke des demodulierten Signals mißt, sowie eine Einrichtung (32) umfaßt, die die gemessene Stärke zu der Verstärkungseinstellung der Verstärkungsregeleinrichtung (10) addiert, um eine Anzeige der empfangenen Slgnalstärke zu erzeugen.