DE69227643T2

DE69227643T2 - Verstärkungsregelung für Funktelefonsystem TDMA

Info

Publication number: DE69227643T2
Application number: DE69227643T
Authority: DE
Inventors: Harri Sf-24240 Salo Honkasalo; Harri Sf-25370 Hiisi Jokinen; Seppo Sf-24100 Salo Lamberg
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1991-01-15
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2012-01-11
Also published as: EP0496507B1; FI910212A0; FI87287B; JPH04343530A; EP0496507A3; EP0496507A2; DE69227643D1; FI910212A; FI87287C; JP3064081B2; US5331638A

Description

Die Erfindung betrifft eine Art der Steuerung der AGC-Funktion des Empfängers in einem TDMA(Zeitvielfachzugriff)-Funktelefonsystem, so daß die Verstärkung zu Beginn des Empfangsintervalls in etwa gleich dem tatsächlichen Pegel ist.
Bei dem europäischen digitalen zellularen Funksystem (GSM) ist jeder der RF(Funkfrequenz)-Kanäle in Zeitschlitze mit etwa 0,5 ms Dauer eingeteilt. Die Modulationsbitrate für einen GSM-Träger liegt bei 270,838 kBit/s, was bedeutet, daß der Zeitschlitz 2 mit 156,25 Bit-Längen korrespondiert. Während dieser Zeitperiode wird der RF-Träger durch einen Datenstrom moduliert, dessen Ausdehnung als "Datenpaket" bezeichnet wird. Mit anderen Worten repräsentiert ein Datenpaket den physikalischen Inhalt eines Zeitschlitzes. Die Zeitschlitze 2 sind in Gruppen zusammengefaßt, wobei acht aufeinanderfolgende Zeitschlitze einen TDMA-Rahmen 1 bilden, wie in Fig. 1 gezeigt. TDMA steht für "Time Division Multiple Access", also für Zeitvielfachzugriff. Ein physikalischer Kanal ist definiert durch Spezifizierung eines RF-Kanals (oder im Falle von Frequenzspringen einer Folge von RF-Kanälen) und einer TDMA-Rahmen-Zeitschlitznummer. Für einen gegebenen RF-Kanal muß das System acht physikalische Kanäle zur Verfügung stellen.
Im GSM-System gibt es zwei Haupttypen von logischen Kanälen, die als Verkehrskanäle (TCHs) und Steuerkanäle (CCHs) bekannt sind. Die Verkehrskanäle dienen in erster Linie zur Übertragung von kodierter Sprache oder Benutzerdaten, wobei die Steuerkanäle Signalisierungs- und Synchronisationsdaten zwischen der Basisstation und der Mobilstation, z. B. einem Mobiltelefon, übertragen. Die Steuerkanäle enthalten Daten, die die Mobilstation anweisen, in welchen Zeitschlitzen, also in welchem betreffenden Empfangszeitschlitz, sie Datenpakete und Daten empfangen müssen, woraus die Mobilstation seine Synchronisation ableitet.
Aufgrund von TDMA ist die Übertragungsrate des Funkpfades sehr groß, wobei die für den Funkpfad spezifische Mehrpfadausbreitung während des Empfangs als schnelles Rayleigh-Fading der Hüllkurve des RF-Signals erscheint, sowie als Interferenz zwischen den detektierten Bits, mit anderen Worten ändert sich die von dem Mobiltelefon empfangene Feldstärke sehr schnell. Um dies zu berücksichtigen ist es denkbar, daß das empfangene Signal gleich der Summe von unabhängigen Rayleigh-Fading-Signalen und Signalen mit einer unterschiedlichen Verzögerung ist, wobei der Empfang entsprechend geplant werden kann. Da die Mehrpfadausbreitung lineare Verzerrungen auf dem Kanal verursacht, ist in einem digitalen Funktelefon zur Korrektur dieser Verzerrung ein linearer Empfänger notwendig. In diesem Fall wird in den Empfangsverstärkern eine automatische Verstärkungssteuerung (AGC) verwendet, mit dem Ziel den Pegel des empfangenen Signals vor den A/D-Wandlern (ADC) 4 konstant zu halten. In digitalen Funktelefonen wird die AGC-Funktion im allgemeinen genauso realisiert wie in AM- oder SSB-Empfängern, bei denen die AGC-Steuerung dadurch erfolgt, daß ein einstellbarer Verstärker 3, der mit einer Analogspannung Vc gesteuert wird als Zwischenfrequenzverstärker verwendet wird, der das Signal umsomehr dämpft, je größer dessen Amplitude ist. Die Eigenschaften von gegenwärtigen AGC-Verstärkern und ihre Anordnung im Empfänger werden im folgenden nicht diskutiert. Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltungsdiagramm, das die AGC in einem typischen zellularen Funkempfangssystem zeigt.
In einem TDMA-System, z. B. einem GSM-System, muß der dynamische Bereich des AGC-Verstärkers 3 groß sein, ebenso wie die maximale Verstärkung, um bei Reduzierung der Verstärkung eine Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses zu vermeiden. Das Signal/Rausch-Verhältnis verschlechtert sich, da für die reine Umsetzung eines kleinen Signals die Auflösung nicht ausreicht, wenn A/D-Wandler verwendet werden. Wie bereits oben erwähnt, wird der Signalpegel vor dem A/D-Wandler 4 mit Hilfe eines AGC-Verstärkers 3 konstant gehalten. Üblicherweise wird die Feldstärke des empfangenen Signals gemessen und über eine spezifische Zeitspanne gemittelt, wodurch folglich die durchschnittliche Feldstärke berechnet wird. Wenn der erforderliche Signalpegel bekannt ist, kann die notwendige Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 mit Hilfe der durchschnittlichen Feldstärke berechnet werden.
In einem TDMA-System bedeutet dies eine Durchschnittsberechnung der Feldstärken der betreffenden Empfangszeitschlitze. Die Durchschnittsberechnung erfolgt typischerweise über eine lange Zeitspanne, der Größenordnung von z. B. ungefähr einer Sekunde. Ein 4,62 ms Rahmen weist in einem GSM-System einen Empfangszeitschlitz mit der Dauer von 0,577 ms auf, wie bereits oben diskutiert, was bedeutet, daß die Signalleistung der betreffenden Empfangszeitschlitze über den Verlauf von einigen Rahmen gemittelt, und der erhaltene Durchschnittswert in der AGC verwendet wird. Dieses Steuerverfahren ist für einen Verkehrskanal ausreichend. Ein Beispiel für ein TDMA-System, bei dem die Messung der emp fangenen Signalstärke von einem oder von mehreren vorherigen betreffenden Empfangszeitschlitzen erfolgt, ist in der AU-B-5 806 990 offenbart. Darüber hinaus ist die Verwendung eines logarithmischen Verstärkers zur schnellen Detektion von empfangenen Signalstärken offenbart, um die Verstärkung zu Beginn eines Zeitschlitzes zu setzen. Eine automatische Verstärkungssteuerung für ein Frequenzsprungsystem ist aus der EP 0 366 075 bekannt.
Dort tritt bei Frequenzspringen ein Problem auf, wenn eine mit einer Signalisierungsfrequenz identische Frequenz in der Frequenzsprungsequenz enthalten ist da bei dieser Frequenz die Leistung von der Signalleistung der anderen betreffenden Zeitschlitze verschieden sein kann.
Ferner gibt es ein Problem, wenn sich ein Mobiltelefon im Überwachungszustand befindet, also in einem Zustand, bei dem das Telefon den Pagingkanal der Basisstation überwacht.
In dieser Situation kann die Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 gestreut sein. Z. B. muß in einem GSM-System ein Mobiltelefon nicht kontinuierlich den Pagingkanal (PCH) überwachen, da die minimale Anforderung lediglich darin besteht, den PCH-Kanal in etwa alle zwei Sekunden zu überwachen. Die Überwachung dieses Kanals durch das Telefon dauert jedesmal ungefähr 20 ms. Das Netzwerk kann das Mobiltelefon anweisen den PCH-Kanal häufiger zu überwachen. Die Feldstärke des empfangenen Signals kann sich jedoch seit dem vorherigen Empfang erheblich geändert haben, besonders wenn sich das Mobiltelefon in einem schnell fahrenden Fahrzeug befindet. In diesem Fall liefert die Durchschittsberechnung der Feldstärkenmessung während der Überwachung des PCH-Kanals eine wenig aussagekräftige Vorstellung über die derzeitige Feldstärke seit der vorherigen Messung.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, zur Bestimmung der AGC-Verstärkung eines Funktelefonempfängers für Zeitschlitze, in denen das Funktelefon ein Datenpaket empfängt, wobei ein derartiger Zeitschlitz hier als betreffender Empfangszeitschlitz bezeichnet wird, in einem TDMA basierten Mobiltelefonsystem, bei dem die mit dem Funktelefonempfänger assoziierte Basisstation zumindest bei einer Frequenz, entweder kontinuierlich oder mindestens zu einem gegebenen Augenblick ein spezifisches Signal mit einer Leistung sendet, dessen Verhältnis zur Leistung des betreffenden Signals angenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während eines Zeitschlitzes, der ein anderer als ein betreffender Empfangszeitschlitz ist, und der dem betreffenden Empfangszeitschlitz vorausgeht, die Feldstärke des spezifischen Signals gemessen wird, das von der mit dem Funktelefonempfänger assoziierten Basisstation gesendet wird, und wobei auf Basis der gemessenen Feldstärke und des angenommenen Verhältnisses die notwendige AGC-Verstärkung berechnet und die AGC- Verstärkung gemäß der berechneten Verstärkung für die Zeit des betreffenden Empfangszeitschlitzes gesetzt wird.
Dies hat den Vorteil, daß die oben genannten Nachteile in der AGC beträchtlich reduziert werden können, wobei die Verstärkung des Empfangsverstärkers auf einen Wert vorgesetzt wird, der ungefähr dem tatsächlichen Wert bei Empfangsbeginn entspricht, so daß der Pegel des empfangenen Signals vor dem A/D-Wandler von Anfang an im wesentlichen korrekt ist.
Das beschriebene Verfahren hat den Vorteil einer sehr genauen Schätzung der Feldstärke während des betreffenden Empfangszeitschlitzes, wobei die Schätzung die Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 ist, und der weniger dynamische Bereich von den Elementen gefordert wird, die dem AGC-Verstärker 3 des Empfängers folgen.
Die Erfindung basiert auf der Beobachtung, daß die TDMA-Systemkonfiguration die Messung der Signalleistung erlaubt, die in einem Zeitschlitz gesendet wird, der dem betreffenden Empfangszeitschlitz vorausgeht. Folglich erfolgt vor dem eigentlichen betreffenden Zeitschlitz eine Vorüberwachung diese Zeitschlitzes durch das Telefon während eines Zeitschlitzes, bei dem die Signalfrequenz mit der während des eigentlichen betreffenden Empfangszeitschlitzes zu empfangenden Signalfrequenz übereinstimmt, und während dem die empfangene Leistung bekannt ist, oder das Verhältnis der empfangenen Leistung zur Leistung des betreffenden Empfangszeitschlitzes zumindest im wesentlichen aus vorherigen Messungen in den vorüberwachten und eigentlichen Zeitschlitzen in vorangegangenen TDMA-Rahmen bekannt ist. Alternativ kann dieses Verhältnis eins gewählt werden, unter der Annahme, daß die Feldstärke des während des betreffenden Empfangszeitschlitzes empfangenen Signals gleich der gemessenen Feldstärke ist.
Wenn das Telefon die Feldstärke des während dieses Zeitschlitzes empfangenen Signals mißt, kann diese Messung für die Beurteilung der eigentlichen Leistung verwendet werden, die während des Empfangszeitschlitzes empfangen wird, und zur Berechnung des ungefähren Verstärkungsfaktors für den AGC-Verstärker 3. Auf diese Art wird die Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 mit ausreichender Genauigkeit zu Beginn des betreffenden Empfangszeitschlitzes gesetzt, da die Steuerung des AGC-Verstärkers 3 auf einer Messung basiert, die zu einem Zeitpunkt sehr nahe bei dem betreffenden Zeitschlitz durchgeführt wird. Der vorteilhafteste Fall ist der, bei dem die Leistung in dem Zeitschlitz gemessen wird, der unmittelbar dem betreffenden Empfangszeitschlitz vorausgeht, und zwar vorzugsweise am Ende dieses Zeitschlitzes.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines TDMA-Rahmens; und
Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm, das die AGC-Steuerung eines Mobiltelefonempfängers verdeutlicht.
Die Verwendung eines GSM-Mobilsystems ist beispielhaft.
Obwohl die Signalleistung des Übertragungssteuerkanals (BCCH) von benachbarten Basisstationen durch das Mobiltelefon für ein mögliches Weiterreichen ("handover") überwacht wird, erfolgt bei diesem System keine Überwachung der Messung der BCCH-Signalleistung von der "eigenen" Basisstation des Mobiltelefons. Jede Basisstation sendet auch bei der selben Frequenz wie der BCCH ein Signal mit einer von einem Zeitschlitz zum anderen konstanten Leistung, an ein Mobiltelefon auf einem z. B. PCH-Kanal. Die Feldstärke des betreffenden Empfangszeitschlitzes kann sehr genau durch Vorüberwachung bestimmt werden, also durch Messung der Feldstärke eines Signals bei der BCCH-Frequenz unmittelbar vor dem betreffenden Empfangszeitschlitz, das mit konstanter Leistung von der dem Mobiltelefon "eigenen" Basisstation gesendet wird, wobei diese Feldstärke zum Setzen der Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 verwendet wird. Diese Feldstärke ist eine sehr genaue Schätzung der Feldstärke des betreffenden Empfangszeitschlitzes, vorausgesetzt, daß sie kurz vor dem betreffenden Empfangszeitschlitz gemessen wird und ihre Frequenz mit der Empfangsfrequenz des betreffenden Empfangszeitschlitzes identisch ist. Die Leistung wird auf bekannte Weise abgetastet, und die Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 durch den Prozessor 5 des Telefons ebenfalls auf bekannte Weise gesteuert.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann mindestens in drei Fällen verwendet werden, die im folgenden erläutert werden.
Dieses Verfahren kann erstens verwendet werden, wenn die Frequenz des während des betreffenden Empfangszeitschlitzes zu empfangenden Signals mit der BCCH-Frequenz identisch ist, und der Empfang kontinuierlich bei dieser Frequenz erfolgt. Die Leistung dieses Signals wird dann unmittelbar vor dem betreffenden Empfangsintervall gemessen, und die AGC-Verstärkung gemäß der gemessenen Leistung gesteuert.
Ein zweiter und Hauptanwendungsfall ist das Frequenzspringen. Bei einer Sprechsituation, also wenn ein Mobiltelefon einen Verkehrskanal belegt, verwendet das GSM-System Frequenzspringen, bei dem die Sende- und Empfangsfrequenzen von einem Rahmen zum anderen variieren können. Dadurch verbessert sich die Sprachqualität, wenn sich das Mobiltelefon in einem örtlichen Empfangsloch befindet, obwohl das Frequenzspringen auch zu anderen Zeiten verwendet werden kann. Beim Frequenzspringen kann eine Frequenz, die in der Frequenzsprungsequenz enthalten ist, genau die oben genannten BCCH-Frequenz sein. Die Signalleistung, die bei dieser Frequenz empfangen wird, kann sehr stark von der Signalleistung der anderen betreffenden Zeitschlitze abweichen, die Sprache oder Daten empfangen. Die Situation verschlimmert sich durch die Tatsache, daß die historische Kenntnis der durchschnittlichen Signalleistung der BCCH-Frequenz extrem kurz ist, da eine große Lücke seit dem letzten Empfang bei dieser Frequenz vorhanden ist; es existieren also nur wenige Abtastwerte der BCCH-Frequenz pro Zeiteinheit. Entsprechend wird ein Signal bei der BCCH-Frequenz vorüberwacht, und seine Signalleistung kurz vor dem eigentlichen Empfangszeitschlitz gemessen. Die Messung wird unmittelbar zum adäquaten Setzen der Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 verwendet, und zwar aus Sicht des eigentlichen Empfangszeitschlitzes, während dem Sprache oder Daten empfangen werden. Da der Zeitschlitz bei der gleichen Frequenz wie die Signalisierungszeitschlitze liegt, kann die oben beschriebene Vorüberwachung für das Frequenzspringen verwendet werden.
Eine dritte Anwendung der Erfindung liegt vor, wenn sich das Mobiltelefon im "Idle Paging"-Zustand befindet. Bei diesem Zustand empfängt das Telefon nur Signale, die bei der BCCH-Frequenz von der Basisstation gesendet werden. Folglich findet jedesmal wenn das Telefon die Überwachung bei dieser BCCH-Frequenz startet eine erneute Vorüberwachung der Leistung des Signals bei der BCCH-Frequenz vor dem eigentlichen Empfangszeitschlitz statt, und die AGC- Verstärkung wird auf den eigentlichen Wert bei Empfangsbeginn gesetzt.
Das Setzen der Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 aufgrund der Signalleistung bei der BCCH-Frequenz, die dem Empfangszeitschlitz vorangeht, kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen.
Die einfachste Lösung besteht darin, die AGC-Verstärkung direkt gemäß der gemessenen Leistung zu setzen, dies setzt also voraus, daß die während des betreffenden Empfangszeitschlitzes empfangene Leistung gleich der gemessenen Leistung ist.
Ebenso ist es möglich andere Verfahren zu verwenden. Falls z. B. das Verhältnis der vom Telefon empfangenen Signalleistung zur gemessenen Leistung bei dem betreffenden Empfangszeitschlitz zumindest im wesentlichen aus vorherigen TDMA-Rahmen bekannt ist, kann für den augenblicklichen betreffenden Empfangszeitschlitz die erforderliche Verstärkung des AGC-Verstärkers 3 berechnet werden, und zwar aufgrund dieses historischen Verhältnisses und der durch Vorüberwachung des betreffenden Zeitschlitzes gemessenen Leistung.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der AGC Verstärkung eines Funktelefonempfängers für Zeitschlitze, in denen das Funktelefon ein Datenpaket empfängt, wobei ein derartiger Zeitschlitz hier als betreffender Empfangszeitschlitz bezeichnet wird, in einem TDMA (Zeitvielfachzugriff) basierten Mobiltelefonsystem, bei dem die mit dem Funktelefonempfänger assoziierte Basisstation zumindest bei einer Frequenz, entweder kontinuierlich oder mindestens zu einem gegebenen Augenblick ein spezifisches Signal mit einer Leistung sendet, dessen Verhältnis zur Leistung des betreffenden Signals angenommen wird, wobei während eines Zeitschlitzes, der ein anderer als der betreffende Empfangszeitschlitz ist, und der dem betreffenden Empfangszeitschlitz vorausgeht, die Feldstärke des spezifischen Signals gemessen wird, das von der mit dem Funktelefonempfänger assoziierten Basisstation gesendet wird, und wobei auf Basis der gemessenen Feldstärke und des angenommenen Verhältnisses die erforderliche AGC Verstärkung berechnet und die AGC Verstärkung gemäß der berechneten Verstärkung für die Zeit des betreffenden Empfangszeitschlitzes gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AGC Verstärkung auf der Basis berechnet wird, daß das angenommene Verhältnis einheitlich ist, unter der Annahme, daß die Feldstärke des während des betreffenden Empfangszeitschlitzes empfangenen Signals gleich der gemessenen Feldstärke ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für den betreffenden Zeitschlitz angenommene Verhältnis auf Werten des zuvor bestimmten Verhältnisses basiert.

4. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung während des Zeitschlitzes erfolgt, der dem betreffenden Empfangszeitschlitz unmittelbar vorausgeht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung am Ende des Zeitschlitzes erfolgt, der dem betreffenden Empfangszeitschlitz unmittelbar vorausgeht.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Telefon angepaßt ist, um bei derselben Frequenz bei der die Basisstation das spezifische Signal sendet kontinuierlich zu empfangen, wobei die Messung vor jedem betreffenden Empfangszeitschlitz erfolgt.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Telefon angepaßt ist, um in einem Frequenzsprungmodus Signale zu empfangen, wobei die Messung vor dem betreffenden Empfangszeitschlitz erfolgt, wenn die Frequenz des empfangenen spezifischen Signals gleich einer der von der Basisstation gesendeten Signale ist.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung vor jedem betreffenden Empfangszeitschlitz erfolgt, wenn sich das Telefon in einem Ruhezustand befindet.

9. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Signal ein mit einer konstanten Leistung gesendetes Signal ist, das die gleiche Frequenz wie ein Steuersignal aufweist.