DE69630461T2 - Digitale eichung eines transceivers - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Funkkommunikationssysteme und, genauer gesagt, Techniken und Strukturen zum Kalibrieren von Transceivern, die in Funkkommunikationssystemen verwendet werden.
  • Die ersten zellularen Mobilfunksysteme im öffentlichen Einsatz waren zum Weiterleiten von Sprache von anderer analoger Information verwendete analoge Systeme. Diese Systeme wiesen mehrere Funkkanäle zum Übertragen von analoger Information zwischen Basisstationen und Mobilfunkstationen durch Übertragen von analog modulierten Funksignalen auf. In letzter Zeit sind aufgrund von beispielsweise ihrer Aussicht für eine erhöhte Systemkapazität, die aufgrund ihrer größeren Fähigkeit zum Tolerieren einer Interferenz vorausgesetzt wird, digitale Systeme implementiert worden. Beispielsweise kann in einem Zeitvielfachzugriffs-(TDMA = Time Division Multiple Excess)-Funkkommunikationssystem jede Frequenz eine Vielzahl von zeitmultiplexten Kanälen unterstützen, während in einem Codevielfachzugriff (CDMA = Code Division Multiple Excess) verarbeitete Signale bis zu einem solchen Ausmaß codiert werden, dass ein hohes Ausmaß an Eigeninterferenz tolerierbar ist. Aufgrund eines großen existierenden Kundenstamms mit einer nur analogen Endgeräteausrüstung werden in bestimmten Bereichen bzw. Gebieten Dualmode-Systeme in anwachsendem Maße populär, die sowohl analoge als auch digitale Kanäle unterstützen. In den Vereinigten Staaten sind beispielsweise Systeme, die durch die Veröffentlichung EIA/TIA IS-54B spezifiziert sind, Dualmode-Systeme.
  • Auf analoge Weise ist in der Funkkommunikationsindustrie aus einer Vielzahl von Gründen eine Digitalsignalverarbeitung (DSP) vorherrschender geworden. Beispielsweise hängt der Betrieb von digitalen Schaltungen, ungleich zu analogen Schaltungen, nicht von genauen Werten der digitalen Signale ab. Das bedeutet, dass deshalb, weil binäre Nullen und Einsen durch signifikant unterschiedliche Spannungen dargestellt werden können, die Genauigkeit, mit welcher solche Spannungen gehalten werden, nicht sehr groß sein muss. Als Ergebnis ist eine digitale Schaltung viel weniger empfindlich gegenüber Toleranzen von Komponentenwerten und ist auch schön unabhängig von einer Temperatur, von einer Alterung und von anderen externen Parametern. Die Genauigkeit von digitalen Schaltungen ist somit viel zuverlässiger.
  • Ein Teil der Industrie auf dem Gebiet der Funkkommunikation, bei welchem die Vorherrschaft von DSP einen signifikanten Einfluss hat, ist die Entwicklung von Funktransceivern. Ein Transceiver, der eine Kombination aus Sender und Empfänger ist, wird zum Senden und Empfangen von Signalen über eine Luftschnittstelle verwendet, wie z. B. zwischen einer Basisstation und einer Mobilfunkstation in einem zellularen System. Obwohl die Signale, die gesendet und empfangen werden, analoge Signale sind, kann die Modulation von entweder einem analogen oder einem digitalen Typ sein, und die durch das Signal getragene Information wird digital verarbeitet werden. Somit wird ein Transceiver, der Digitalsignalverarbeitungstechniken in einem Funkkommunikationssystem verwendet, als digitaler Transceiver in dieser Beschreibung bezeichnet, obwohl er noch analoge Teile enthalten kann, wie beispielsweise Verstärker und Filter (und manchmal Synthesizer und Mischer), und ungeachtet dessen, ob die durch den Transceiver zu verarbeitenden Funksignale eine analoge oder eine digitale Modulation verwenden.
  • EP-A-0473373 offenbart ein Kalibrierungssystem, das empfangene Signale aufteilt, ein Testsignal auf jedes der aufgeteilten Signale injiziert, die Signale verarbeitet und dann die Signale in einem Digitalsignalprozessor vergleicht, um Fehler zu erfassen.
  • In 1 ist ein herkömmlicher digitaler Transceiver 10 schematisch gezeigt. Dabei wird eine Empfangsantenne 12 zum Einfangen von Signalen verwendet, die über die Luftschnittstelle von beispielsweise anderen Basisstationen und Mobilfunkstationen (nicht gezeigt) übertragen bzw. gesendet sind. Die empfangenen Signale werden zu einem analogen Empfänger 14 eingegeben. Der analoge Empfänger 14 kann beispielsweise Empfangsfilter, Abwärtsmischer und Verstärker zum Verarbeiten der über die Antenne 12 empfangenen Signale enthalten. Jedoch können viele Funktionen, die zu einem Verarbeiten von empfangenen Signalen gehören, nicht in dem Block 14 enthalten sein, da diese Funktionen nun unter Verwendung einer Digitalsignalverarbeitung durchgeführt werden, wie es nachfolgend beschrieben wird. Demgemäß wird, nachdem es durch die analogen Komponenten des Empfängers 14 verarbeitet wird, das Ausgangssignals zu einem A/D-Wandler 16 geliefert, der das analoge Signal in ein digitales Signal transformiert. Dies lässt zu, dass ein digitaler Berechnungsteil 17 an dem empfangenen Signal arbeitet und die Signalverarbeitung fertig stellt, welche nicht durch den analogen Empfänger 14 durchgeführt wurde. Beispielsweise kann der digitale Computerteil bzw. Berechnungsteil 17 verwendet werden, um eine Demodulation und ein Decodieren des empfangenen Signals durchzuführen.
  • Auf der Senderseite führt der digitale Computerteil 17 verschiedene DSP-Routinen durch, die zum Vorbereiten eines Signals für ein Senden verwendet werden, wie z. B. ein Codieren und eine Modulation. Das vom digitalen Computerteil 17 ausgegebene digitale Signal wird dann zu einem D/A-Wandler 18 eingegeben, der das digitale Signal in ein analoges Signal transformiert. Dieses analoge Signal wird dann von einem analogen Sender 19 empfangen, der verschiedene analoge Komponenten enthält, die die Signalverarbeitung für ein Senden durch beispielsweise ein Filtern, eine Frequenzaufwärtsmischung und ein Verstärken des Signals fertig stellen, bevor es zur Senderantenne 20 gekoppelt wird.
  • Trotz der Tatsache, dass die Anzahl von analogen Komponenten, die im digitalen Transceiver 10 verwendet werden, reduziert worden ist (d. h. durch das Ersetzen von DSP-Routinen, die Signalverarbeitungsaufgaben durchführen, die zuvor durch zusätzliche analoge Komponenten durchgeführt worden sind), fahren die übrigen analogen Teile (d. h. diejenigen, die in 1 durch die Blöcke 14 und 19 bezeichnet sind), damit fort, an den Ungenauigkeiten zu leiden, die oben beschrieben sind. Diese Ungenauigkeiten resultieren in Verstärkungs- und Offset-Fehlern, die in die Signale eingeführt werden, die von den Blöcken 14 und 19 ausgegeben werden.
  • Zum beispielhaften Zeigen, wie solche Fehler eingeführt werden und wie sie kompensiert werden, und zwar gemäß einer herkömmlichen Lösung, wird ein Modell eines analogen Empfängers detaillierter studiert werden. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass hierin beschriebene Signale typischerweise mathematisch komplex sind, d. h. Real- und Imaginärteile haben. Demgemäß wird typischerweise eine komplexe Mathematik (z. B. eine komplexe Konjugation) zum Beschreiben von Operationen an diesen Signalen verwendet. Jedoch ist zum Vereinfachen dieser Beschreibung die komplexe Natur von Signaloperationen in den hierin gezeigten Gleichungen und Figuren nicht explizit gezeigt.
  • Wie es oben angegeben ist, leidet ein analoger Empfänger normalerweise an einer Anzahl von Ungenauigkeiten. Einige dieser Ungenauigkeiten erzeugen Signalfehler, wie beispielsweise Verstärkungsfehler und Offsetfehler, die zu dem gewünschten Signal eingeführt werden können. 2 zeigt modellartig, wie ein analoger Empfänger einen Offset-Fehler und einen Verstärkungs- bzw. Gain-Fehler zu einem gewünschten Signal Sw einführt. Dabei werden empfangene Signale wiederum durch eine Antenne 12 eingefangen. Im Modell der 2 ist eine durch den Empfänger 14 durchgeführte ideale Verarbeitung durch einen Block 22 dargestellt, der das gewünschte Signal Sw ausgibt, d. h. der Block 22 stellt die Effekte von idealen analogen Komponenten dar, die keine der oben beschriebenen Ungenauigkeiten haben. Signalverarbeitungsblöcke 24 und 26 stellen die gesamten Offset- und Verstärkungs-Fehler dar, die an dem gewünschten Signal Sw durch Ungenauigkeiten eingeführt werden, die zu den analogen Komponenten des Empfängers 14 gehören. Genauer gesagt stellt der Block 24 die Einführung von Offset-Fehlern zum gewünschten Signal dar und stellt der Block 26 die Effekte von Verstärkungsfehlern dar, die durch die analogen Komponenten eingeführt werden. Das Ausgangssignal, mit eingeführten Fehlern, wird dann durch ein fehlerhaftes Signal So dargestellt. Somit kann das fehlerhafte Signal So, das durch den Empfänger ausgegeben wird, ausgedrückt werden als: So = (1 + Gaineps)(Sw + Offseteps)wobei folgendes gilt:
    Sw = gewünschtes Signal
    So = fehlerhaftes Signal
    Offseteps = Amplitude des zusammengesetzten Offset-Fehlers
    Gaineps = Amplitude des zusammengesetzten Verstärkungsfehlers
  • Bei einem herkömmlichen Empfänger werden Fehler typischerweise bei der Stufe kompensiert, wo sie entstehen, und zwar unter Verwendung von Einstellpotentiometern und anderen einstellbaren analogen Komponenten. 3 stellt die Prinzipien einer herkömmlichen Kalibrierung dar. Dabei werden dieselben Bezugszeichen zum Bezeichnen der Elemente verwendet, die zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurden. Jedoch enthält die 3 auch einen Offset-Kompensationsfaktor Offsetk und einen kompensierenden Verstärkungsfaktor Gaink.
  • Durch Einstellen der variablen analogen Komponenten, um Werte Offsetk = Offseteps und Gaink = (1 + Gaineps)–1 zu haben, wird die Gleichheit Sout = Sw erreicht werden, wodurch der Empfänger kalibriert werden wird. Das Signal Sout wird dann über den A/D-Wandler 16 zur weiteren Verarbeitung zum digitalen Computerteil 17 zugeführt werden.
  • Wie es oben angegeben ist, beruhen herkömmliche Kalibrierungstechniken auf dem Enthaltensein von einstellbaren Komponenten zum Kompensieren von Fehlern, die durch Ungenauigkeiten von analogen Komponenten eingeführt werden. Diese einstellbaren Komponenten werden zum Realisieren der Einstellungen verwendet, die durch Offsetk und Gaink modelliert werden. Ein spezifischeres Beispiel einer herkömmlichen Kalibrierung, die diese Verwendung von einstellbaren Komponenten darstellt, wird nun in Bezug auf einen Senderteil eines digitalen Transceivers beschrieben werden. Ein Beispiel für einen analogen Modulator zum Modulieren von analogen Daten auf einen Träger ist der herkömmliche Quadraturmodulator, der im Blockdiagramm der 4 dargestellt ist. Quadraturmodulatoren ziehen einen Vorteil aus den Quadraturphasen von Sinus- und Kosinuswellen, um die Informationen auf der Funk-Trägerwelle zweimal zu modulieren. Beispielsweise können die geradzahligen Bits in einem digitalen Informationsdatenstrom auf der Kosinuswelle moduliert werden und können die ungeradzahligen Bits im digitalen Informationsdatenstrom auf die Sinuswelle moduliert werden.
  • In 4 enthält der analoge Quadraturmodulator einen "Gleichphasen"- oder I-Modulator 40, einen "Quadratur"- oder Q-Modulator 41 und ein Phasenteilungsnetzwerk 42 zum jeweiligen Zuführen von Kosinus- und Sinus-Trägerfrequenzsignalen. Idealerweise sind die durch das Netzwerk 42 gelieferten Signale cos(t) und sin(t), wo die Kreisfrequenz eines Trägersignals ist. Ebenso sind in 4 ein I- und Q-Modulationsgenerator 43 zum Zuführen von I- und Q-Modulationssignalen, ein Kombinationsnetzwerk 44 zum Addieren der Ausgaben des I-Modulators 40 und des Q-Modulators 41 und Abstimmpotentiometer 45, 46 für Trägerausgleichs/Gleichstromoffset-Einstellungen für jeweils I- und Q-Signale gezeigt. Zusätzliche Trimmpotentiometer bzw. Abstimmpotentiometer 47, 48 zur Amplitudenanpassung von jeweils den I- und Q-Signalen sind in 4 auch gezeigt. Das Phasenteilungsnetzwerk 42 kann auch einstellbar sein, wie es durch den diagonalen Teil angezeigt ist, um so nahe wie möglich an die erwünschte 90-Phasendifferenz zwischen den Sinus- und Kosinus-Trägerfrequenzsignalen heranzukommen.
  • Das Blockdiagramm der 4 zeigt eine beispielhafte Art, auf welche einstellbare, analoge Komponenten verwendet worden sind, um eine analoge Vorrichtung herkömmlich zu kalibrieren. Jedoch beruhen diese Typen von herkömmlichen Kalibrierungstechniken auf der Einstellung von Potentiometern, Kondensatoren und Spulen während einer Herstellung. Wie es von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird, ist dieser Kalibrierungsprozess sowohl kostenaufwändig als auch unzuverlässig. Darüber hinaus gibt es bestimmte Typen von Fehlern, die durch ein Verwenden von diesen herkömmlichen Techniken nicht auf einfache Weise kompensiert werden können, wie z. B. eine Filterwelligkeit im Bandbereich. Eine Filterwelligkeit im Bandbereich bezieht sich auf die Schwankung bezüglich der Empfindlichkeit eines Empfängers beim Einstellen auf unterschiedliche Frequenzen oder Kanäle innerhalb des Frequenzbereichs eines Transceivers. Diese Welligkeit wird durch das Vorhandensein von Bandbegrenzungsfiltern verursacht, die im Empfänger zum Entfernen von starken Signalen außerhalb eines Bandes verwendet werden. Unglücklicherweise kann eine Welligkeit im Band zu einer Vielzahl von Schwierigkeiten führen, einschließlich ungenauer Signalstärkemessungen.
  • Ein herkömmlicher Ansatz für eine Fehlerkompensation in einem TDMA-System ist im europäischen Patent 0 594 894 A1 von Vanweisenaers diskutiert. Das Vanweisenaers-Patent betrifft das Problem von DC-Offsets, die von einem TDMA-Zeitschlitz zum nächsten variieren bzw. schwanken. Eine Korrekturschleife ist von einem Speicher aus vorgesehen, der Korrekturparameter für verschiedene Trägerfrequenzen und Verstärkungseinstellungen von Interesse speichert. Die Korrekturschleife führt die Korrekturparameter zurück in den A/D-Wandler zum Kompensieren von unerwünschten DC-Offsets. Als solches werden die Korrekturparameter irgendwelchen Fehlern ausgesetzt, die in den A/D-Wandler eingeführt werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Diese und andere Nachteile und Beschränkungen von herkömmlichen Verfahren und Systemen zum Kalibrieren von Transceivern werden gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden. Gemäß beispielhaften Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden Fehler, die durch die analogen Komponenten im digitalen Transceiver eingeführt werden, d. h. im analogen Empfängerteil und im analogen Senderteil, in einem digitalen Computerteil kompensiert. Das bedeutet, dass während der Verarbeitung von Signalen, die empfangen werden (oder zu senden sind), durch Digitalsignalverarbeitungsroutinen Kompensationskoeffizienten in die Berechnungen für einen Offset bzw. für einen Ausgleich der Fehler eingefügt werden können, die durch die analogen Komponenten des digitalen Transceivers eingeführt worden sind oder werden.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Bereiche der A/D- und D/A-Wandler, die in einem digitalen Transceiver verwendet werden, so ausgewählt, dass Fehler zwischen den analogen und digitalen Abschnitten richtig übertragen bzw. transferiert werden. Dies lässt zu, dass die digitale Kompensation genau zur Verfügung gestellt wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind verschiedene Techniken zum Bestimmen der Kalibrierwerte beschrieben, die zum Einstellen von Signalwerten zum Kompensieren von Fehlern verwendet werden, die durch analoge Komponenten eingeführt sind. Diese Kalibrierwerte können dann in einem Speicher im Transceiver gespeichert werden und zur Verwendung in Digitalsignalverarbeitungsroutinen ausgelesen bzw. hervorgeholt bzw. wiedergewonnen werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Das Vorangehende und andere Ausgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung ohne weiteres verstanden werden, und zwar in Zusammenhang mit den Zeichnungen, wobei:
  • 1 ein Blockdiagramm ist, das Teile eines herkömmlichen digitalen Transceivers allgemein darstellt;
  • 2 ein Blockdiagramm ist, das Fehler modellartig darstellt, die durch einen analogen Empfänger eingeführt werden;
  • 3 ein Blockdiagramm ist, das modellartig herkömmliche Kalibrierungstechniken für den analogen Empfänger der 2 darstellt;
  • 4 ein Schema ist, das eine herkömmliche Kalibrierung eines analogen Senders unter Verwendung von einstellbaren Komponenten darstellt;
  • 5 ein Blockdiagramm ist, das modellartig eine Kalibrierung in einem Empfänger gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 6 ein Blockdiagramm ist, das modellartig eine Kalibrierung in einem Sender gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 7 ein Blockdiagramm ist, das eine Digitalsignalverarbeitungsfunktion darstellt, bei welcher Kalibrierungstechniken gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert sein können;
  • 8(a) ein Ablaufdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren eines Transceivers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 8(b) ein weiteres Ablaufdiagramm ist, das ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Kalibrieren eines Transceivers gemäß vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • 9 eine Kurve ist, die eine Filterwelligkeit im Band darstellt, und Techniken gemäß der vorliegenden Erfindung zum Kompensieren derselben.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die erfinderischen Konzepte, die hierin offenbart sind, die sich auf ein Kompensieren von Fehlern beziehen, die durch analoge Funkkomponenten in einem digitalen Computerteil eingeführt werden, bezüglich des Sinnes reziprok sind, dass sie sowohl auf den Empfängerteil als auch auf den Senderteil eines digitalen Transceivers anwendbar sind. Demgemäß sollte es, obwohl verschiedene Teile des nachfolgenden Textes unterschiedliche Beispiele in Zusammenhang mit dem Empfängerteil und mit dem Senderteil einzeln zur Verfügung stellen, verstanden werden, dass die Lehren für jedes Beispiel auch auf den anderen Teil angewendet werden können, der dabei nicht explizit beschrieben ist.
  • Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in einem Empfängerteil des Transceivers das nichtkalibrierte Signal über den A/D-Wandler zugeführt, woraufhin Fehler, die durch den analogen Empfänger eingeführt werden, durch den digitalen Computerteil kompensiert werden. 5 stellt dieses Konzept anhand eines Blockdiagramms dar.
  • In 5 bezeichnet das Zeichen S out die digitale Darstellung des analogen Signals Sout. Gleich den vorangehenden Figuren enthält die 5 mehrere Elemente, die oben beschrieben worden sind, wovon die Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Ein A/D-Wandler 50 liefert ein nichtkalibriertes digitales Signal S c, das zum digitalen Computerteil 51 geliefert wird. Der A/D-Wandler 50 kann sich bezüglich des Bereichs aus Gründen, die nachfolgend beschrieben sind, vom A/D-Wandler 16 unterscheiden. Im digitalen Computerteil 51 werden Kompensationsfaktoren auf das nichtkalibrierte Signal S c angewendet. Insbesondere werden ein Kompensations-Verstärkungsfaktor Gaink und ein Kompensations-Offsetfaktor Offsetk auf das nichtkalibrierte Signal bei jeweiligen Blöcken 52 und 54 angewendet. Diese Werte können aus einer Speichervorrichtung 55, z. B. einem nichtflüchtigen Flash-Speicher, ausgelesen werden. Somit kann das digitale Ausgangssignal S out aus Sout = (Sw + Offseteps) (1 + Gaineps)(Gaink) – Offsetk berechnet werden. Durch Einstellen der Werte von Offsetk und Gaink so, dass Offsetk = Offseteps und Verstärkungk = (1 + Gaineps)–1 wird S out = S w erreicht werden, wodurch der Empfängerteil des digitalen Transceivers kalibriert werden wird. Beispielhafte Kalibrierungstechniken zum Bestimmen, Speichern und Wiedergewinnen bzw. Auslesen geeigneter Werte von Offsetk + Gaink, die diese Gleichheiten beibehalten werden, werden nachfolgend beschrieben.
  • Es ist zu beachten, dass zwischen ein Einführen der Fehler bei den Blöcken 24, 26 und einer Kompensation der Fehler bei den Blöcken 52, 54 der Zwischenprozess einer A/D-Umwandlung beim Block 50 stattfindet. Die A/D-Umwandlung wird durch Zuordnen einer analogen Signalprobe zu einem einer Vielzahl von Quantisierungspegeln durchgeführt. Beispielsweise hat ein 8-Bit-A/D-Wandler 28 = 256 unterschiedliche Quantisierungspegel. Da es eine unendliche Anzahl von tatsächlichen analogen Amplitudenwerten gibt, führt dieser Umwandlungsprozess einen Fehler ein, der als Quantisierungsfehler bekannt ist, welcher einen maximalen Wert von ± 1/2 von der Größe eines Quantisierungsintervalls hat. Dies ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung deshalb signifikant, weil die zu dem gewünschten Signal Sw hinzugefügten bzw. addierten Fehler den Quantisierungsfehler beeinflussen werden, der dem Signal S o eigen ist, da eine Kompensation stromab vom A/D-Wandler durchgeführt wird. Diese Situation soll mit derjenigen der herkömmlichen Lösung der
  • 3 verglichen werden. Bei der herkömmlichen Lösung beeinflussen die durch die analoge Schaltung eingeführten Fehler den durch eine Umwandlung eingeführten Quantisierungsfehler nicht, da die Fehler an einer Stelle stromauf vom A/D-Wandler kompensiert werden.
  • Demgemäß sollten Systeme, die gemäß der vorliegenden Erfindung entwickelt sind, einen geeigneten Bereich für einen A/D-Wandler 50 unter Berücksichtigung dieses Faktors bestimmen. Somit wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung der Bereich des A/D-Wandlers 50 unter Verwendung eines Modells des analogen Empfängers mit den enthaltenen Ungenauigkeitsfehlern bemaßt. Beispielsweise dann, wenn die durch den analogen Empfänger 14 eingeführten Fehler in der Größenordnung von 5–25% sind, kann der A/D-Wandler 50 ausgewählt werden, der um ein Bit größer ist, z. B. 9 Bits anstelle von 8 Bits, als der entsprechende A/D-Wandler 16 in einem herkömmlichen System, um ein erwünschtes Maß an Leistungsfähigkeit bereitzustellen. Fachleute auf dem Gebiet werden jedoch erkennen, dass dann, wenn die Fehler signifikant größer sind, mehr Bits nötig sein können, um das Signal zu charakterisieren.
  • Wie es oben angegeben ist, ist diese Technik reziprok, und sie kann auch auf die Senderseite eines digitalen Transceivers angewendet werden. Dies ist durch das Blockdiagramm der 6 dargestellt. Darin enthält der digitale Computerteil 51 auch einen Prozessor 61, der Signale für ein Senden erzeugt. Wie es von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird, kann der Prozessor 61 an beispielsweise eine Umschalteinheit (nicht gezeigt) angeschlossen sein, die zu sendende Information über einen Funkkanal zu einer Basisstation weiterleitet, in welcher ein digitaler Transceiver gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Der Prozessor 61 führt verschiedene Digitalsignalverarbeitungsroutinen an den zu sendenden Daten aus, z. B. ein Codieren und eine Modulation. Dann wird ein Verstärkungskompensationswert auf die Signalausgabe vom Prozessor 61 bei einem Block 62 angewendet und wird ein Offsetkompensationswert auf das Signal bei einem Block 63 angewendet. Diese Kompensationswerte können aus einem Speicher 55 ausgelesen werden. Die Ausgabe des digitalen Computerteils 51 wird dann an einen D/A-Wandler 64 angelegt. Wie es zuvor beschrieben ist, kann der D/A-Wandler 64 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung so bemaßt sein, dass die auf das zu sendende Signal im digitalen Computerteil 51 angewendeten Kompensationswerte keine größeren Quantisierungsfehler erzeugen, als es die nichtkompensierten Signale im herkömmlichen System der 1 erzeugt haben würden. Dann wird das analoge Signal an den analogen Senderteil 19 angelegt, wobei die Verstärkungs- und Offset-Fehler, die durch die analogen Komponenten (z. B. den Leistungsverstärker, die Filter, etc.) erzeugt werden, das zu sendende Signal beeinflussen, wie es modellmäßig durch einen Block 66 dargestellt ist. Zuletzt werden die Signale an eine Senderantenne 20 zum Senden über eine Luftschnittstelle gekoppelt.
  • Nachdem eine Übersicht über Kompensationstechniken gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, wird nun eine beispielhafte Implementierung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben werden. Ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zum Durchführen einer Frequenzmodulation eines Signals durch ein erstes Separieren bzw. Trennen des Signals in seine I- und Q-Komponenten ist in 7 gezeigt. In der Figur wird ein ankommender Digitalsignal-Abtaststrom zu einem Knoten 73 geliefert, der die Abtastungen zu Kosinus- und Sinus-Komponentengeneratoren 74 und 75 sendet. Die Kosinusund Sinus-Generatoren 74 und 75 können beispielsweise als DSP-Routinen implementiert sein, die auf Nachschautabellen (nicht gezeigt) zugreifen. Leser, die an mehr Details über beispielhafte Techniken zum Erzeugen von Sinus- und Kosinus- Werten interessiert sind, können das US-Patent mit der Serien-Nr. 5778027, mit dem Titel "Method and Apparatus for Determining Signal Components using Digital Signal Processing" von Thomas Östmann et al. und eingereicht am 24. November 1994, konsultieren, dessen Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme enthalten ist. Die Cosinus- und Sinus-Komponenteninformation wird dann jeweils zu Digital/Analog-(D/A-)Wandlern 76 und 77 zur Umwandlung der Komponentenwerte in entsprechende analoge Signale geliefert. Die analogen Signale werden dann in einem Modulator 78 auf einen Träger moduliert, dessen Ausgabe zu einem Funkteil 79 zum Senden geliefert wird.
  • Die in den Nachschautabellen gespeicherten Werte können basierend auf den Werten von Offsetk und Gaink eingestellt werden, die für den analogen Senderteil 19 bestimmt worden sind. Diese Kompensation ist durch die Gain/Offset-Eingabepfeile zum Kosinus-Generator 74 und zum Sinus-Generator 75 angezeigt. Auf diese Weise kann eine Kompensation im digitalen Computerteil 60 als Teil der DSP-Routine zur Verfügung gestellt werden, die eine Signalmodulation durchführt.
  • Auf gleiche Weise kann eine Kompensation von Fehlern, die durch einen analogen Empfängerteil 14 eingeführt werden, durch Einstellen von Abtastgrößen erreicht werden, die zum Demodulieren von Signalen verwendet werden, und zwar in einer DSP-Routine, die durch einen digitalen Computerteil 51 durchgeführt wird. Fachleute auf dem Gebiet werden jedoch erkennen, dass die Kompensation auch durch Einstellen von anderen Werten durchgeführt werden kann, die bei Berechnungen verwendet werden, die durch den digitalen Computerteil (z. B. DSP-Routinen) eines digitalen Transceivers durchgeführt werden.
  • Der digitale Computerteil 51 kann in einen Kalibrierungsmode eingestellt werden, woraufhin die Parameter Gaink und Offsetk unter Verwendung einer Kalibrierungsroutine bestimmt werden können. Eine erste beispielhafte Kalibrierungsroutine ist im Ablaufdiagramm der 8(a) beschrieben. Beispielsweise soll angenommen werden, dass die Parameter anfangs so eingestellt sind, dass Gaink = 1 und Offsetk = 0 bei einem Schritt 80 gilt. Dann können bei Schritten 81 und 82 durch Verwenden der Gleichung SOUT = (Sw + Offseteps) (1 + Gaineps) und durch Messen von Sour für zwei unterschiedliche Signale, die zum Transceiver eingegeben sind, Werte für Offseteps und Gaineps berechnet werden, und zwar jeweils. Für eine Kalibrierung sollte SOUT gleich Sw eingestellt werden, was bedeutet, dass Offsetk und Gaink jeweils gleich Offseteps und Gaineps eingestellt werden können. Die so berechneten Kalibrierungswerte werden in einem Speicher 55 im digitalen Computerteil 51 des digitalen Transceivers bei einem Schritt 83 gespeichert.
  • Es ist zu beachten, dass die Anfangswerte von Offsetk und Gaink, die in dieser Beschreibung verwendet werden, ausgewählt wurden, um die Erklärung einer beispielhaften Kalibrierungsroutine zu vereinfachen. Bei einer tatsächlichen Implementierung können andere Anfangswerte gewählt werden. Beispielsweise können Anfangswerte für Offsetk und Gaink auf typische Werte eingestellt werden, die zu dem Typ von verwendetem Empfänger gehören. Wenn der Empfänger in einem nichtkalibrierenden Mode arbeitet, können die kalibrierten Werte von Offsetk und Gaink dann aus dem Speicher 55 ausgelesen werden, um eine Gleichheit zwischen SOUT und Sw zu erreichen. Dieses Auswählen kann beispielsweise bei einer Initialisierung des Transceivers durchgeführt werden.
  • Das Ablaufdiagramm der 8(b) zeigt eine weitere beispielhafte Technik zum Kalibrieren eines analogen Teils eines digitalen Transceivers. Insbesondere können Offset- und Verstärkungsfehler durch Durchführen der in 8(b) dargestellten Schritte kompensiert werden. Zuerst kann bei einem Schritt 84 ein bei einer bestimmten Kanalfrequenz gesendetes Signal bei jeder einer Vielzahl n von unterschiedlichen Signalstärken, die mit i = 1, ..., n indiziert sind, zum Empfänger eingegeben werden. Dann kann die Ausgabe des A/D-Wandlers für jede der unterschiedlichen Signalstärken verwendet werden, um einen nominalen Verstärkungswert und einen nominalen Offsetwert zu bestimmen, wie es durch einen Schritt 85 bezeichnet ist. Diese Werte können unter Verwendung von beispielsweise einer linearen Regression berechnet werden, wie es nachfolgend aufgezeigt ist, wobei a(i) die Wandlerausgabe für jede Eingabe i bezeichnet und d(i) die Signalstärke jeder Eingabe i bezeichnet.
  • Figure 00170001
  • Der nominale Verstärkungswert bzw. Gain-Wert K und der nominale Offsetwert O können dann bei einem Schritt 86 gemäß der Gleichung Skorrigiert = K·S + O in einen Kompensationswert umgewandelt. Die Verwendung von Regressionstechniken in diesem Zusammenhang ist im Stand der Technik wohlbekannt, und der interessierte Leser wird auf "Probability and Statistics in Engineering and Management Science" von den Autoren Hines und Montgomery, z. B. Seiten 359–366, und "The Electrical Engineering Handbook", herausgegeben von Richard C. Dorf auf den Seiten 2511–12, verwiesen, von welchen die Offenbarung hier durch Bezugnahme enthalten ist. Dieser Wert kann beispielsweise dazu verwendet werden, Kosinus- und Sinuswerte in den Nachschautabellen (die oben beschrieben sind) so einzustellen, dass die I- und Q-Komponenten, die durch die Demodulationssignalverarbeitungsroutine im digitalen Computerteil 51 bestimmt werden, eingestellt werden, um Fehler zu berücksichtigen, die im analogen Empfängerteil 15 eingeführt werden. Andere Techniken zum Verwenden der nominalen Werte K und O zum Kompensieren von analogen Ungenauigkeiten werden Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich sein.
  • Wie es oben angegeben ist, können bestimmte Fehler sich bezüglich des Werts als Funktion einer Frequenz ändern. Beispielsweise können gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Filterwelligkeitsfehler im Band, die oben beschrieben sind, durch Vorsehen einer zusätzlichen Offsetkompensation separat kompensiert werden, die zu einer bestimmten Kanalfrequenz gehört, bei welcher der Transceiver arbeitet. Jedoch wird ein RSSI-Fehler, der einer Filterwelligkeit im Band zuteilbar ist, nicht für alle Kanäle gemessen, sondern nur für eine Gruppe von Kanälen, die eine RSSI-Kompensation für alle Kanäle innerhalb des Bandes ermöglichen werden, die zu einem Transceiver gehören. Aus den gemessenen Kanälen kann der Rest der Kanäle unter Verwendung einer Interpolation kompensiert werden. Die Anzahl von Kanälen, die in der Gruppe gemessen werden, sollte so ausgewählt werden, dass eine ausreichende Genauigkeit erhalten wird. Bei diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel werden acht Kanäle zur Messung ausgewählt. Dies kann durch die Kurve visuell dargestellt werden, die in 9 dargestellt ist. Dabei ist es erwünscht, Variationen bezüglich einer gemessenen Signalstärke zu kompensieren, die einer Filterwelligkeit innerhalb eines Bandes zuteilbar ist. Bei einer abwesenden Filterwelligkeit im Band würden Messungen im Band der Linie RSSI1 eng folgen. Jedoch variieren, wie es in der Figur zu sehen ist, die tatsächlichen gemessenen Signalstärken sowohl oberhalb und unterhalb dieser Linie innerhalb der Frequenzen innerhalb des Bandes von f1 bis f2. Demgemäß werden acht unterschiedliche Frequenzen gemessen, und der Unterschied zwischen dem gemessenen RSSI und dem idealen RSSI wird bestimmt. Beispielsweise kann bei einem Schritt 87 des Ablaufdiagramms der 8(b) die Ausgabe des A/D-Wandlers wieder gemessen werden, aber dieses Mal bei einer Vielzahl, z. B. acht, von unterschiedlichen Kanalfrequenzen für eine einzige Signalstärke. Der Offset wird dann für jede Ausgabe des A/D-Wandlers berechnet. Insbesondere wird dies unter Verwendung der folgenden Gleichung durchgeführt: Offset (Kanal) = (Eingangssignalstärke/K – Wandlerausgabe)(Kanal)
  • Dann wird der Offsetwert für jeden Kanal bei einem Schritt 88 im Speicher 55 gespeichert. Dieser zusätzliche Offset-Kompensationswert kann dazu verwendet werden, die oben beschriebene Kompensation zu verbessern, indem Skorrigiert = Knominal*S + Onominal + OKanal berechnet wird. OKanal kann ein Wert sein, der durch entweder ein Verwenden des gemessenen Offsets (Kanal), der bezüglich einer Frequenz dem Kanal am nächsten ist, bei welchem der Transceiver arbeitet, oder durch Interpolieren der zwei Offset-(Kanal-)Werte, zwischen welche der aktuelle Kanal fällt, bestimmt wird.
  • Die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele sollen bezüglich aller Aspekte eher illustrativ als beschränkend für die vorliegende Erfindung sein. Somit ist die vorliegende Erfindung zu vielen Variationen bezüglich einer detaillierten Implementierung fähig, die von einem Fachmann auf dem Gebiet aus der hierin enthaltenen Beschreibung abgeleitet werden können. Alle derartigen Variationen und Modifikationen sind als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zu betrachten, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Kalibrieren eines Transceivers, das die folgenden Schritte aufweist: Verarbeiten eines digitalen Signals im Transceiver unter Verwendung einer Digitalsignalverarbeitung; Bestimmen wenigstens eines Kompensationswerts; Kompensieren des Transceivers durch Speichern des Kompensationswerts in einem Speicher; Lesen eines Kalibrierungswerts aus der Speichervorrichtung (55); Verwenden des Kalibrierungswerts bei der Digitalsignalverarbeitungsroutine zum Ändern eines Werts des Signals; Ausgeben des geänderten Signals; Umwandeln des geänderten Signals von einem digitalen Signal zu einem analogen Signal unter Verwendung eines D/A-Wandlers (64); Anlegen des analogen Signals an einen analogen Senderabschnitt (19) des Transceivers; und Senden des analogen Signals über eine Luftschnittstelle.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Empfangen eines analogen Signals über eine Luftschnittstelle; Verarbeiten des analogen Signals unter Verwendung eines analogen Empfängerabschnitts des Transceivers; und Umwandeln des verarbeiteten, analogen Signals in das digitale Signal unter Verwendung eines A/D-Wandlers (50), wobei das digitale Signal durch die Digitalsignalverarbeitung verarbeitet wird.
  3. Verfahren zum Kalibrieren eines Transceivers, das die folgenden Schritte aufweist: Verarbeiten eines digitalen Signals im Transceiver unter Verwendung einer Digitalsignalverarbeitung; Bestimmen wenigstens eines Kompensationswerts; Kalibrieren des Transceivers durch Speichern des Kompensationswerts in einem Speicher; Lesen eines Kalibrierungswerts aus der Speichervorrichtung (55); Verwenden des Kalibrierungswerts bei der Digitalsignalverarbeitungsroutine zum Ändern eines Werts des Signals; Ausgeben des geänderten Signals; Umwandeln des geänderten Signals von einem digitalen Signal zu einem analogen Signal unter Verwendung eines D/A-Wandlers (64); Anlegen des analogen Signals an einen analogen Senderabschnitt (19) des Transceivers; und Senden des analogen Signals über eine Luftschnittstelle.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Empfangen eines analogen Signals über eine Luftschnittstelle; Verarbeiten des analogen Signals unter Verwendung eines analogen Empfängerabschnitts des Transceivers; und Umwandeln des verarbeiteten, analogen Signals in das digitale Signal unter Verwendung eines A/D-Wandlers (50), wobei das digitale Signal durch die Digitalsignalverarbeitung verarbeitet wird.
  5. Verfahren zum Kalibrieren eines Transceivers, das die folgenden Schritte aufweist: Liefern eines ersten Eingangssignals zu einem D/A-Wandler (64) oder zu einem A/D-Wandler (50) auf einer vorbestimmten Kanalfrequenz; Variieren der Signalstärke des ersten Eingangssignals gemäß einer Gruppe von Signalstärkewerten; Messen einer ersten Ausgabe des D/A-Wandlers (64) oder des A/D-Wandlers (50) für jeden der Gruppe von Signalstärkewerten; Bestimmen eines nominalen Verstärkungs-Kompensationswerts und eines nominalen Offset-Kompensationswerts basierend auf den ersten Ausgaben; und Kalibrieren des Transceivers durch Verwenden des nominalen Verstärkungs-Kompensationswerts und des nominalen Offset-Kompensationswerts, um für Fehler in entweder einem empfangenen Signal oder einem durch den Transceiver zu sendenden Signal einzustellen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin die folgenden Schritte aufweist: Liefern eines zweiten Eingangssignals bei einem vorbestimmten Signalstärkewert für jede einer Gruppe von Kanalfrequenzen; Messen einer zweiten Ausgabe des A/D-Wandlers (50) für jede Kanalfrequenz in der Gruppe von Kanalfrequenzen; Bestimmen einer Gruppe von Kanaloffset-Kompensationswerten basierend auf den zweiten Ausgaben; und Kalibrieren des Transceivers durch Verwenden wenigstens eines der Gruppe von Kanaloffset-Kompensationswerten zusätzlich zu den nominalen Verstärkungs- und Offset-Kompensationswerten.
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