DE69831789T2

DE69831789T2 - Kalibrierung eines n-port-empfängers

Info

Publication number: DE69831789T2
Application number: DE69831789T
Authority: DE
Inventors: Veselin Brankovic; Dragan Krupezevic
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: WO1999008393A1; EP0937339A1; US6377616B1; EP0937339B1; DE69831789D1; JP2001526872A

Description

Verfahren zum Eichen von Empfängern mit n Anschlüssen, solche Empfangsvorrichtung, diese enthaltendes mobiles Telekommunikationsgerät und dessen Verwendung zur Signaldetektierung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eichen von n Anschlüsse aufweisenden Empfängern sowie auf eine Empfangsvorrichtung, die mit Einrichtungen zur Abgabe eines Signals für die Eichung von n Anschlüsse aufweisenden Empfängern versehen ist, welche in der Empfangsvorrichtung enthalten sind. Die vorliegende Anmeldung betrifft ferner ein mobiles Kommunikationsgerät, welches mit einer derartigen Empfangsvorrichtung versehen ist.
Wenn in der folgenden Beschreibung auf n Anschlüsse aufweisende Empfänger Bezug genommen wird, ist n eine ganze Zahl, die einen Wert von 4, 5 oder 6 annehmen kann. Da beim Stand der Technik der Fall bekannt ist, dass n gleich 6 ist, wird die folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf einen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger vorgenommen. Die vorliegende Erfindung ist indessen in keinerlei Hinsicht auf den Fall von n gleich 6 beschränkt. Die Eichung eines n Anschlüsse aufweisenden Empfängers ist im Wesentlichen unabhängig von der Tatsache, ob n gegeben ist mit 4, 5 oder 6.
Kürzlich ist aufgezeigt worden, dass eine Empfangsschaltung mit sechs Anschlüssen, eine sogenannte 6-Anschluß-Empfangsschaltung in Verbindung mit einem digitalen Signalprozessor imstande ist, eine digitale Demodulation direkt bei Frequenzen auszuführen, die von Mikrowellen- bis zu mm-Wellen-Bändern reichen. Dieser neue digitalen Direktempfängers verspricht eine verringerte Empfängerkomplexität, geringe Herstellungsanforderungen und eine gute Leistung hinsichtlich der Bereitstellung einer kosteneffektiven Alternative zur konventionellen Überlagerungsstruktur, wie sie in verschiedenen digitalen Endgeräten genutzt wird.
3b zeigt schematisch den Anwendungsbereich eines sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfängers als Teil- oder Komplettersatz einer konventionellen Überlagerungsempfängerstruktur (3a).
4 veranschaulicht den Aufbau eines sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers, der bekannt ist von Bosisio, Wu „Ein sechs Anschlüsse aufweisender digitaler Direkt-Millimeterwellenempfänger" (A six-port direct digital millimeter wave receiver), Digest von 1994, IEEE MTT Symposium, Vol.3, Seiten 1659–1662, San Diego, Mai 1994.
Die Sechs-Anschluss-Technik ist für ihre Fähigkeit bekannt geworden, die Streuparameter sowohl hinsichtlich der Amplitude als auch hinsichtlich der Phase von Mikrowellennetzwerken genau zu messen. Anstelle des Einsatzes von Überlagerungsempfängern führt ein sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger bzw. ein Sechs-Anschluss-Empfänger direkte Messungen bei Mikrowellen- und bei mm-Wellen-Frequenzen durch Extrahieren von Leistungspegeln an zumindest drei und insbesondere vier Anschlüssen der sechs Anschlüsse aus. Die Unvollkommenheiten der Hardware können durch eine geeignete Eichprozedur leicht eliminiert werden. Sehr genaue Messungen können in einem großen Dynamikbereich und in einem weiten Frequenzbereich vorgenommen werden; Sechs-Anschluss-Empfänger bestehen aus passiven Mikrowellenkomponenten, wie Richtungskopplern und Leistungsteilern sowie Dioden-Detektoren. Die Schaltung kann ohne weiteres als MHMIC- oder MMIC-Schaltung integriert sein. Der bekannte Empfänger führt eine direkte Phasen-/Amplituden-Demodulation bei Mikrowellen- und mm-Wellen-Frequenzen aus. Der traditionelle I-Q-Block in einem Empfänger wird durch einen Sechs-Anschluss-Phasen-/Frequenzdiskriminator ersetzt, der einen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger und eine digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP) enthält. Das ein treffende digital modulierte HF-Signal wird mit dem Ausgangssignal eines digital gesteuerten lokalen Oszillators 18 verglichen. Zuerst wird eine Trägerrückgewinnung vorgenommen. Die DSP-Einheit 17 ermittelt die Frequenzdifferenz der Signale und steuert bzw. regelt dann den lokalen Oszillator 18, um dem eintreffenden Signal nachzulaufen. Nachdem der Träger zurückgewonnen ist, wird die momentane Phase des empfangenen Signals ermittelt und dekodiert, um die ursprünglichen modulierten Daten zurückzugewinnen. Die maximale Datenübertragungsrate ist hauptsächlich durch die Abtastrate der A/D-Wandler 16 und durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit der DSP-Einheit 17 bestimmt.
Sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger erfordern generell eine Eichung. Ein Hauptvorteil des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers ist die Fähigkeit, mit nicht-perfektem (nicht idealem) HF-Subsystem zurechtzukommen. Eichungsprozeduren extrahieren die Unvollkommenheiten der sechs Anschlüsse aufweisenden Hardware. Die Ergebnisse der Eichung sind im Allgemeinen komplexe Koeffizienten. Solche komplexe Koeffizienten – mit den an verschiedenen Anschlüssen gemessenen Leistungspegeln multipliziert – sind erforderlich, um die (relative) Amplitude und die (relative) Phase des eintreffenden Signals des Empfängers zu berechnen. Die relative Höhe und die relative Phase stehen in Bezug zur kohärenten oder nichtkohärenten Ermittlung des Signals.
Die Eichparameter sind im Allgemeinen nicht zeitabhängig oder zeitlich sehr langsam änderbar. Theoretisch ist es erforderlich, die Berechnung der Korrektur-Eichparameter lediglich einmal auszuführen. In der Praxis sollte sie jedoch jedes Mal dann ausgeführt werden, nachdem eine lange Zeitspanne vergangen ist, wobei die sehr lange Zeitspanne fallweise beurteilt werden sollte. Die Veränderung der HF-Parameter hängt von den Umgebungsbedingungen sowie von den Herstellungsunzulänglichkeiten ab.
Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedene Eichungsverfahren bzw. -techniken für einen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängeraufbau vorgeschlagen worden. Die betreffenden Verfahren sind im Allgemeinen bei Sechs-Anschluss-Anordnungen für Netzwerk-Messungsangelegenheiten, wie zur Nutzung eines Hardware-Abschlusses zur Eichung entsprechend bekannten Belastungen, Kurzschlüssen und gleitenden Kurzschlüssen angewandt.
Derartige Eichungstechniken sind bekannt von G. F. Engen „Eichung des Sechs-Anschluss-Reflektometers mittels gleitendem Abschluss" („Calibrating the six-port reflectometer by means of sliding termination"), in IEEE Trans. Microwave Theory Technique, Vol. 26, Seiten 987–993, Dezember 1978 und von U. Stumper, „Ermittlung von ersten Abschätzungen, die für das Engen-Verfahren zur Eichung von einzelnen Sechs-Anschluss-Reflektometern gebraucht werden" („Finding initial estimates needed for the Engen method of calibrating single six-port reflectometers") in IEEE Trans. Microwave Theory Technique, Vol. 38, Seiten 951–957, Juli 1990 sowie von F. Wiedmann, B. Huyert, E. Bergeault und L. J. Allet „Ein neues robustes Verfahren zur Sechs-Anschluss-Reflektometer-Eichung" („A new robust method for six-port reflectometer calibration"), was der IEEE Transaction unterbreitet worden ist.
Der Nachteil sämtlicher dieser bekannten Hardware-Eichungen besteht in der inhärent erforderlichen Abschaltung bzw. Trennung der physikalischen Verbindungen, um einen bestimmten Abschluss zusammenzustellen, was im Falle von Empfängeranwendungen absolut unpraktisch ist.
Kürzlich ist eine Eichungsprozedur für einen sechs Anschlüsse aufweisenden kohärenten Direktempfänger ohne eine physikalische Unterbrechung des Systems angegeben worden von J. Li, R. G. Bosisio und K. Wu „Doppeltoneichung eines sechs Anschlüsse aufweisenden digitalen Direkt-Millimeterwellen-Empfängers" („Dual-tone calibration of six-port direct digi tal millimetric receiver") in IEEE Trans. Microwave Theory Technique, Vol. 44, Seiten 93–99, Januar 1996. Diese bekannte Technik erfordert jedoch eine komplizierte Überwachung der Ausgangssignale, eine lange Beobachtungszeit und die Änderung (Veränderung) des lokalen Oszillatorpegels (siehe das Bezugszeichen 18 in 4). In diesem Dokument ist angegeben, einfach zwei unterschiedliche Frequenzen ohne irgendeine Modulation zu verwenden und sie an die Eingangsanschlüsse des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers abzugeben.
Es besteht eine Vielzahl von Anforderungen bezüglich einer Eichungsprozedur für einen Direktempfänger auf der Grundlage einer Sechs-Anschluss-Struktur:

– Die Eichung sollte ohne eine physikalische Trennung des Systems unter Nutzung derselben programmierten Abtastrate wie für die Datenübertragung vorgenommen werden,
– die Zeit für die Eichung sollte so kurz wie möglich sein und
– der erforderliche Rechenaufwand für Eichungs-Koeffizienten sollte minimiert und an schnelle Hardware-Digital-Recheneinheiten angepasst sein.

Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Eichungsverfahren bzw. eine Eichungsprozedur generelle für n Anschlüsse aufweisende Empfänger bereitzustellen, wobei dieses Eichungsverfahren bzw. diese Eichungsprozedur die oben erwähnten Bedingungen erfüllt.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Eichsequenz für n Anschlüsse aufweisende Direktempfängeranordnungen mit einer kohärenten oder nicht-kohärenten Demodulation heranzuziehen. Die betreffende bestimmte Eichsequenz wird dem Eingang des Direktempfängers zugeführt. Eine Trägerfrequenz wird angewandt, und eine bestimmte Sequenz wird als Modulationssequenz der Trägerfrequenz angewandt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher ein Verfahren zum Eichen eines n Anschlüsse aufweisenden Empfängers vorgeschlagen, der eine passive Schaltung mit zwei Eingängen aufweist, deren zumindest einem Eingang ein zu messendes Hochfrequenzsignal zugeführt wird, und der zumindest zwei Ausgänge aufweist, die Leistungspegel an eine Signalverarbeitungseinheit abgeben, welche auf der Grundlage der zumindest zwei Leistungspegel und von Eichungskoeffizienten ein komplexes Signal berechnet. Eine bestimmte Eichsequenz mit unterschiedlichen Symbolen, die lediglich den Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems entsprechen, wird dem zumindest einem Eingang für das zu messende Signal zugeführt, und die Eichkoeffizienten werden auf der Grundlage der Eichsequenz mittels der Gleichung berechnet: [X] = [B](–1)[A],wobei

– [X] = [X₁, ..., X_N] ein Eichvektor, der die Eichkoeffizienten enthält,
– [A] = [A₁, ..., A_N] eine Matrix, die Modulationszustände des bestimmten Modulationssystems darstellt, und
– [B] eine Matrix darstellen, die auf der Grundlage der N Werte B₁ bis B_N gebildet ist, welche den jeweiligen komplexen Wert der Größe A_i bilden, die durch den n Anschlüsse aufweisenden Empfänger detektiert wird.

Wenn in der folgenden Beschreibung auf n Anschlüsse aufweisende Empfänger Bezug genommen wird, ist n eine ganze Zahl, die den Wert von 4, 5 und 6 annehmen kann. Da der Fall, dass n gleich 6 ist, im Stand der Technik bekannt ist, erfolgt die nachfolgende Beschreibung unter Bezugnahme auf einen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger. Die vorliegende Erfindung ist indessen in keinerlei Hinsicht auf den Fall von n gleich 6 beschränkt. Die Eichung eines n Anschlüsse aufweisenden Empfänger ist im Wesentlichen unabhängig von der Tatsache, ob n gegeben ist mit 4, 5 oder 6.
Die Eichsequenz kann ein moduliertes HF-Signal sein.
Die Eichsequenz kann zumindest fünf verschiedene Zustände (Symbole) aufweisen.
Die Eichsequenz kann ein n-PSK-moduliertes Signal sein.
Die Anzahl der unterschiedlichen Symbole in der Eichsequenz kann N betragen, und die minimale Phasendistanz zwischen zwei Symbolen der Eichsequenz kann 2π/N betragen.
Die Zeitdauer der Eichsequenz kann zumindest fünf Zeit-Abtastperioden des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers betragen.
Üblicherweise wird ein bestimmtes (bekanntes) Modulationssystem angewandt. In diesem Fall kann die Eichsequenz vorzugsweise lediglich Symbole umfassen, die Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems entsprechen.
Die Eichsequenz kann insbesondere Symbole entsprechend sämtlichen Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems umfassen. Ein Eichvektor kann auf der Grundlage einer Matrix, welche die Modulationszustände des bestimmten Modulationssystems darstellt, und einer Matrix von Werten berechnet werden, die durch den sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger ermittelt sind.
Die Korrekturwerte der Abgabe- bzw. Ausgangssignale des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers können dann auf der Grundlage des Eichvektors berechnet werden.
Die Eichsequenz kann einem Eingang des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers wiederholt zugeführt werden.
Die Eichsequenz kann durch einen fernen Sender erzeugt werden.
Alternativ kann die Eichsequenz durch einen zusätzlichen Hardwareblock erzeugt werden, der mit dem sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger verbunden ist. Der zusätzliche Hardwareblock kann beispielsweise eine HF-Quelle sein, die durch die bestimmte Eichsequenz moduliert wird.
Als weitere Alternative kann die Eichsequenz durch einen lokalen Sender erzeugt werden, was insbesondere wegen der identischen Betriebsfrequenz im Falle eines TDD-Übertragungssystems von Vorteil ist.
Die durch den lokalen Sender erzeugte Eichsequenz kann ohne eine Leistungsverstärkung an den sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger abgegeben werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt ferner die Anwendung eines Eichverfahrens, wie oben erwähnt, vor, bei dem der sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger in einem mobilen Telekommunikationsgerät enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Empfangsvorrichtung. Die Empfangsvorrichtung umfasst einen n Anschlüsse aufweisenden Empfänger, der eine passive Schaltung mit zwei Eingängen, von denen zumindest ein Eingang für ein zu messendes Hochfrequenzsignal dient, welches ein bestimmtes Modulationssystem nutzt, und mit zumindest zwei Ausgängen zur Abgabe von Leistungspegeln für eine Signalverarbeitungseinheit enthält, die auf der Grundlage der zumindest zwei Leistungspegel und von Eichkoeffizienten ein komplexes Signal berechnet. Die Empfangsvorrichtung umfasst ferner eine Einrichtung zur Abgabe einer bestimmten Eichsequenz mit verschiedenen Symbolen an den zumindest einen Eingang für das zu messende Signal. Zumindest einem Eingang des n Anschlüsse aufweisenden Empfängers für das zu messende Signal wird eine bestimmte Eichsequenz zugeführt, die N Symbole lediglich entsprechend Modulationszuständen des bestimmten Modulationssys tems enthält. Die Signalverarbeitungseinheit berechnet die Eichkoeffizienten auf der Grundlage der Eichsequenz mittels der Gleichung [X] = [B](–1)[A],wobei

– [X] = [X₁, ..., X_N] ein Eichvektor, der die Eichkoeffizienten enthält,
– [A] = [A₁, ..., A_N] eine Matrix, die Modulationszustände des bestimmten Modulationssystems darstellt, und
– [B] eine Matrix darstellen, die auf der Grundlage der N Werte B₁ bis B_N gebildet ist, welche den jeweiligen komplexen Wert der Größe A_i bilden, die durch den n Anschlüsse aufweisenden Empfänger detektiert ist.

Der n Anschlüsse aufweisende Empfänger kann ein Sechs-Anschluss-Empfänger sein.
Die Eichsequenz kann ein moduliertes HF-Signal sein.
Die Eichsequenz kann zumindest fünf unterschiedliche Zustände (Symbole) aufweisen.
Die Eichsequenz kann ein PSK-moduliertes Signal oder ein D-(Differentiell)-PSK-moduliertes Signal sein.
Die Anzahl der verschiedenen Symbole in der Eichsequenz kann N betragen, und die minimale Phasendistanz zwischen zwei Symbolen der Eichsequenz kann 2π/N betragen.
Die Dauer der Eichsequenz kann zumindest fünf Zeit-Abtastperioden des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers betragen.
Die Einrichtung zur Abgabe der Eichsequenz kann ein ferner Sender sein.
Alternativ kann die Einrichtung zur Abgabe der Eichsequenz ein mit dem sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger verbundener zusätzlicher Hardwareblock sein.
Als weitere Alternative kann die Einrichtung zur Abgabe der Eichsequenz ein lokaler Sender sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Empfangsvorrichtung für die angegebenen Vorrichtungen und Verfahren vorgeschlagen.
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert.
1a zeigt schematisch einen nicht-kohärenten sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger.
1b zeigt schematisch einen kohärenten sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger.
2 zeigt die passive Schaltungsanordnung dieses Empfängers gemäß 1a in einer detaillierten Weise.
3 zeigt den teilweisen Komplettersatz eines Überlagerungsempfängers (3a) durch einen sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfänger (3b).
4 zeigt einen kohärenten sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger gemäß dem Stand der Technik.
5 zeigt die Beziehung zwischen den relativen Leistungsverhältnissen, welche durch den nichtkohärenten sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger ermittelt werden, und der relativen Phasendifferenz eines aufgeteilten digital modulierten Eingangssignals.
6 zeigt eine ähnliche graphische Darstellung wie 5, jedoch unter der Annahme, dass die ankommenden Signale eine relative Leistungspegeldifferenz von 20 dB aufweisen.
7 zeigt ein Beispiel der Berechnungsprozedur, die erforderlich ist, um eine Phasenänderung und die Amplitude des Signals zu erhalten, wobei die Phasenänderung den Wert von 157,5° (7π/8) annimmt und die Größe des Signals dieselbe bleibt.
8 zeigt ein Beispiel unter der Annahme, dass die relative Änderung des ankommenden Signals das Dreifache in der Größe und 45° (π/4) in der Phase beträgt.
9 zeigt ein mobiles Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Eichsequenz von einer fernen Basisstation zu einer Empfangsvorrichtung übertragen wird, die in einem mobilen Kommunikationsgerät vorgesehen ist.
10 zeigt einen alternativen Aufbau eines mobilen Kommunikationsgerätes, bei dem die Eichsequenz von einem lokalen Sender zu der Empfangsvorrichtung übertragen wird.
11 zeigt den inneren Aufbau eines mobilen Kommunikationsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei eine Eichsequenz selektiv von einem Speicher an die Empfangsvorrichtung abgegeben wird.
12 zeigt den inneren Aufbau eines mobilen Kommunikationsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Eichsequenz selektiv von einer modulierten externen HF-Quelle geliefert wird.
13 zeigt eine Ausführungsform bezüglich der Eichung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Eichung während des Herstellungsprozesses ausgeführt wird.
14 zeigt ein Beispiel eines externen Eichungs-Hardwareblocks für die Eichung während der Herstellung gemäß 13.
15 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Eichung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Eichungs-Hardware direkt auf derselben Schaltungs platine oder demselben Chip wie der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ersetzt ist.
16 bis 26 veranschaulichen Simulationsergebnisse, wenn ein Eichungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Fall angewandt wird, dass ein bekanntes Modulationssystem benutzt ist.
Die vorliegende Erfindung ist generell bei n Anschlüsse aufweisenden Empfängern anwendbar. Die Erfindung ist gleichermaßen für nicht-kohärente wie auch für kohärente sechs Anschlüsse aufweisende Empfängerstrukturen anwendbar. Ein nicht-kohärenter sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger ist in 1a veranschaulicht. Ein kohärenter sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger ist in 1b veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 1a wird nunmehr ein nichtkohärenter sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger erläutert.
1a zeigt das generelle Konzept eines sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfängers auf der Grundlage einer nichtkohärenten Detektierung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie aus 1a ersehen werden kann, gelangt ein empfangenes HF-Signal durch ein Bandpassfilter 1 und wird in einem LNA-Verstärker 2 verstärkt, gelangt wieder durch ein weiteres Bandpassfilter 3 und wird dann an einem Leistungsteiler 4 abgegeben. Der Leistungsteiler 4 teilt das zugeführte HF-Signal auf zwei Zweige S1 und S2 auf. Der eine Zweig S1 führt ausgangsseitig zu einer ersten Verzögerungsleitung 6 mit einer Verzögerungskonstanten τ1. Der andere Zweig führt ausgangsseitig zu einer zweiten Verzögerungsleitung 5 mit einer Verzögerungskonstanten τ2, die von der Verzögerungskonstanten τ1 der ersten Verzögerungsleitung 6 verschieden ist. Die beiden Zweige S1 und S2, die durch den Leistungsteiler 4 eine Teilung und durch die erste Verzögerungsleitung 6 und die zweite Verzögerungsleitung 5 eine Verzögerung erfahren haben, gelangen dann zu einer passiven Schaltung 7 eingangsseitig. Die passive Schaltung 7 stellt unterschiedliche lineare Kombinationen der beiden Eingangssignale bereit. Die passive Schaltung 7 umfasst vorzugsweise lediglich lineare passive Komponenten, wie Detektor-Dioden.
Die Amplitude, das heißt die Leistung der zumindest drei linearen Kombinationen, welche mittels der passiven Schaltung 7 berechnet sind, und vorzugsweise der vier linearen Kombinationen, welche durch die passive Schaltung 7 bereitgestellt werden, werden dann mittels Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 ermittelt. Die Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 umfassen vorzugsweise lediglich Detektor-Dioden. Wie bereits ausgeführt worden ist, beträgt die minimale Anzahl der ermittelten Leistungspegel, welche durch die Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 ermittelt werden, drei. Bei dem in 1 dargestellten Beispiel stellt die passive Schaltung 7 vier lineare Kombinationen der beiden Eingangssignale S1 und S2 bereit, und daher werden vier Leistungspegel bezüglich der vier linearen Kombinationen ermittelt. Das Beispiel gemäß 1 sorgt daher für eine gewisse Redundanz des Gesamtsystems.
Das Ausgangssignal der Leistungs-Erfassungsschaltungen 8, das sind die ermittelten Leistungspegel, wird sodann an Schaltungen 9 abgegeben, die Tiefpassfilter (TP) und A/D-Wandler aufweisen. Alternativ kann die Schaltungsanordnung 9 Gleichspannungsverstärker umfassen. Daher verstärkt die Schaltungsanordnung 9 den von den Leistungs-Erfassungsschaltungen abgegeben ermittelten Leistungspegel und setzt diesen digital um. Die digitalen Ausgangssignale der Schaltungsanordnung 9 werden dann jeweils an eine digitale Signalverarbeitungseinheit 10 abgegeben. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 sorgt für eine digitale Filterung der Eingangssignale, für eine Eichung des Systems, die später beschrieben werden wird, für die Berechnung der I/Q-Anteile der Eingangssignale sowie für eine weitere Verarbeitung, wie für eine Demodulation.
Wie aus 1a ersehen werden kann, besteht der nichtkohärente sechs Anschlüsse aufweisende Direktempfänger im Wesentlichen aus zwei Eingängen (HF-Band), die zu einem passiven HF-Aufbau übergehen. Der passive HF-Aufbau ist als passive Schaltungsanordnung festgelegt, die so ausgelegt ist, dass sie in Frequenzbändern funktioniert, die in Abhängigkeit von unterschiedlichen Realisierungsausstattungen mit zehn bis einigen zehn MHz beginnend bis zu einigen zehn GHz reichen. Der passive Aufbau enthält mehrere (zumindest drei, vorzugsweise vier) Leistungs-Detektoren. Die Ausgangssignale der Leistungs-Detektoren 8 sind Gleichspannungen im Basisband, die nach einer möglichen Verstärkung (optional) und Filterung durch den A/D-Wandler 9 abgetastet werden.
Die beiden Verzögerungsleitungen 5, 6 sind dazu vorgesehen, den lokalen Oszillator des kohärenten Typs des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers zu unterdrücken, wie dies in 1b gezeigt ist. Die beiden Verzögerungsleitungen 5, 6 sorgen für eine relative Verzögerung zwischen den beiden Zweigen des durch den Leistungsteiler 4 aufgeteilten HF-Signals, wobei die relative Verzögerung der betreffenden Zweige gegeben ist mit τ = τ₁ – τ₂. Da es lediglich wichtig ist, für eine relative Verzögerung zwischen den beiden durch den Leistungsteiler 4 aufgeteilten Zweigen zu sorgen, kann τ₂ zu 0 gemacht werden, und die entsprechende Verzögerungsleitung 6 kann unterdrückt bzw. weggelassen werden. Die relative Verzögerung τ zwischen den beiden durch den Leistungsteiler 4 aufgeteilten Zweigen ist gleich dem oder größer als der inverse (n) Wert der Abtastrate des A/D-Wandlers 9.
Wie aus 1a und aus 1b ersehen werden kann, gestattet ein sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger eine Ermittlung einer Vektorinformation, das heißt einer Phase bezüglich der Amplitude des HF-Signals auf der Grundlage lediglich einer skalaren Information (Leistungspegel, die durch die Leistungs-Erfassungsschaltung 8 ermittelt sind). Das Verfahren im Hinblick darauf, wie die Vektorinformation die Bezie hung (das Verhältnis) zwischen den beiden Zweigen des Eingangssignals repräsentiert, die in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 relativ zueinander verzögert werden (Verzögerungsleitungen 5, 6) wird später erläutert.
Bei dem in 1a dargestellten Beispiel werden die ermittelten Leistungspegel mittels des A/D-Wandlers 9 einer A/D-Umsetzung unterzogen und dann digital verarbeitet. In dem Fall, dass das eingangsseitige HF-Signal in einer einfachen Weise moduliert ist, brauchen die ermittelten analogen Leistungspegel nicht einer A/D-Umsetzung unterzogen zu werden; sie können in einer analogen Weise verarbeitet werden.
In jedem Falle wird in dem Berechnungs- bzw. Rechenblock, der durch die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 bereitgestellt ist, ein komplexes Signal, welches ein Verhältnis der beiden eingangsseitigen HF-Signale repräsentiert, die durch den Leistungsteiler 4 bereitgestellt werden, unter Heranziehung von zusätzlichen Eichkoeffizienten berechnet, welche von einer Eichungsprozedur erhalten werden. Das komplexe Signal kann dann ferner optional in I/Q-Datenströme zerlegt werden, um für eine konventionelle Demodulationsprozedur im Basisband weiter verwendet zu werden.
Optional können ein zusätzlicher LNA-Verstärker (rauscharmer Verstärker) und ein zusätzliches Bandpassfilter BPF hinter den Verzögerungsleitungen 5, 6 oder mit den Verzögerungsleitungen 5, 6 integriert untergebracht sein, bevor die Eingänge der passiven Schaltungsanordnung 7 erreicht werden.
Nunmehr werden die den sechs Anschlüsse Empfänger bildenden Elemente in weiteren Einzelheiten erläutert.
Die passive HF-Schaltung 7 stellt eine Schaltung dar, die lediglich passive lineare Komponenten enthält; diese Komponenten können Leistungsteiler, Hybridschaltungen, Koppler, Übertragungsleitungen, Anpassungselemente, Widerstände und Kon densatoren in jeweils unterschiedlicher Komponentenanzahl und Zusammensetzung enthalten. Eine gesamte Durchgangsschaltung kann mit verteilten oder konzentrierten Elementen realisiert sein. Der Aufbau der Übertragungsleitungen, der Substrate oder der wiederverwendeten konzentrierten Elemente ist beliebig und wird üblicherweise zur Optimierung der passiven Schaltung 7 festgelegt, um interessierende Bänder festzulegen, die in der folgenden Erläuterung HF-Frequenzbänder genannt werden.
Das HF-Frequenzband stellt ein interessierendes Band dar. Das HF-Frequenzband repräsentiert ein Frequenzband, in welchem der vorgeschlagene Empfängeraufbau funktioniert. Das HF-Frequenzband kann auch als ein Zwischenfrequenzband einer komplexeren Empfängerschaltungsanordnung verstanden werden. In diesem Fall funktioniert der vorgeschlagene Empfänger als eine Direkt-Umsetzungsschaltungsanordnung, die eine Umsetzung von der Zwischenfrequenz in das Basisband vornimmt. Wie in 3a und in 3b veranschaulicht, kann der sechs Anschlüsse aufweisende Direktempfänger in diesem Falle das Zwischenfrequenzsignal, welches von einer anderen Zwischenfrequenz oder einem höheren HF-Frequenzsignal erhalten wird, mittels eines der klassischen Abwärts-Umsetzungsverfahren bzw. -techniken verarbeiten. Das HF-Frequenzsignal kann Frequenzwerte im Bereich von 50 MHz bis 100 GHz annehmen. Das HF-Frequenzsignal wird vor Erreichen der passiven Schaltung 7 gefiltert und verstärkt. Vor der ersten Bandpassfilterung im Bandpassfilter 1 können zusätzliche Anordnungen angewandt werden, um, sofern erforderlich, eine Frequenzkanalzuweisung vorzunehmen.
Wie oben bereits ausgeführt, stellt die passive Schaltung 7 zumindest drei und vorzugsweise vier Kombinationen der beiden Eingangssignale S₁ und S₂ bereit, die von den Verzögerungsleitungen 6 bzw. 5 abgegeben werden. Die betreffenden vier Leistungspegel P₁, P₂, P₃ und P₄ werden auf der Grundlage der bei den Eingangssignale S₁, S₂ entsprechend der folgenden Gleichung 1 berechnet: P1 = a × S1 + b × S2 P2 = c × S1 + d × S2 P3 = e × S1 + f × S2 P4 = g × S1 + h × S2
Die Leistungspegel P₁, P₂, P₃ und P₄ werden mittels der Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 (Leistungs-Detektoren) ermittelt. Ein Leistungs-Detektor stellt eine Vorrichtung bzw. ein Gerät dar, die bzw. das eine Leistung von Signalen, die im Frequenzbereich des HF-Frequenzbandes auftreten, in eine Gleichspannungsinformation umsetzt. Er kann in unterschiedlichen Technologien realisiert sein. Die üblichste Technologie zur praktischen Implementierung und Realisierung des digitalen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers ist die Realisierung mittels einer gewöhnlichen Detektor-Dioden-Lösung. Die Detektor-Dioden können auf einem Chip zusammen mit der passiven Schaltung 7 integriert sein. Die Detektor-Dioden sind als Detektor-Dioden mit einer optionalen Schaltung für eine Temperaturkompensation zu verstehen.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 berechnet ein komplexes Signal aus den verstärkten, gefilterten und einer A/D-Umsetzung unterzogenen Leistungspegeln P₁, P₂, P₃ und P₄, wobei das komplexe Signal die Beziehung (das Verhältnis) zwischen den beiden Eingangssignalen S₁ und S₂ darstellt. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 ist durch Hardware gebildet, die eine digitale Signalverarbeitung der von dem A/D-Wandler 9 her eintreffenden Bits ermöglicht. Die Grundfunktionen der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 sind:

– eine digitale Tiefpassfilterung,
– eine Berechnung des erwähnten komplexen Signals,
– eine Berechnung der Eichkoeffizienten, die von einer Eichungsprozedur erhalten werden, und
– eine Transformation des komplexen Signals in reale und imaginäre Anteile (I/Q-Ausgangssignal), falls dies erforderlich ist.

Die Berechnung des komplexen Signals sowie die Berechnung der Eichkoeffizienten erfolgt alternativ unter Nutzung von Software-Digitalsignal-Verarbeitungsfähigkeiten oder Hardwarefähigkeiten (ASIC oder ähnliches). Dies hängt von den zu verarbeitenden berücksichtigten Datenraten ab. Die durch die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 vorgenommene Verarbeitung kann in Verbindung mit einer Demodulationsprozedur realisiert sein, welche dieselben Hardwareteile nutzt (beispielsweise dieselbe digitale Signalverarbeitung).
Im Folgenden wird erläutert, wie die digitale Signalverarbeitungseinheit 10 das erwähnte komplexe Signal berechnet, welches das Verhältnis zwischen den beiden Eingangssignalen S1 und S2 darstellt. Das komplexe Signal ist ein Signal, welches in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 unter Verwendung von Eichkoeffizienten und Kombinationen von relativen Leistungspegeln berechnet wird, die durch die Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 ermittelt und als Verhältnisse von Spannungen dargestellt sind. Die typische Struktur des komplexen Signals mit der üblichen Anzahl von Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 (4) ist in der folgenden Gleichung 2 angegeben:
Hierin bedeuten

– p₁ die relative Leistung, die mittels der Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 ermittelt ist und die in einer Spannung ausgedrückt ist, welche durch eine Referenz-Leistungs ermittlung geteilt wird (üblicherweise der vierten Leistungsermittlung, beispielsweise p₁ = P₁/P₄),
– x(i), x_i(i), y(i), y₁(i), mit i = 1, 2, 3 sind Eich-Koeffizienten, die durch eine Eichungsprozedur erhalten werden, welche den zentralen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet,
– s(τ₁) stellt das Eingangssignal S1 dar, welches um τ₁ verzögert ist und das tatsächlich ein Basisbandsignal darstellt, welches nach oben zur Trägerfrequenz f₀ umgesetzt ist,
– s(τ₂) ist das Eingangssignal S₁ welches mittels der zweiten Verzögerungsleitung 5 um τ₂ verzögert ist und welches tatsächlich aus einem Basisbandsignal besteht, das nach oben in die Trägerfrequenz f₀ umgesetzt ist, und
– Δτ = τ₁ – τ₂, wobei darauf hinzuweisen ist, dass Δτ größer als die oder gleich der Abtastperiode des A/D-Wandlers 9 ist und dass außerdem eine der Verzögerungskonstanten 0 sein kann.

Es kann ersehen werden, dass in dem Fall, dass die Änderung des Gesamtfrequenzgehalts in zwei Abtastproben des mit der Differenz in der Zeitverzögerung multiplizierten Signals konstant ist oder in dem Fall, dass sie vernachlässigt werden könnte, eine Information über die relative Änderung in der Amplitude und Phase von einer Abtastprobe zur anderen oder das relative Inkrement oder Dekrement der I/Q-Signale erhalten werden kann.
Die Ermittlung dieses Wertes ist insbesondere in dem Fall genau, dass die Schwingungsperiode des Hauptträgers wesentlich kleiner ist als die Abtastperiode (so dass ein scheinbar Quasi-Dauerzustand in der passiven Schaltung 7 erhalten wird und die Leistungsermittlung durch die Leistungs-Erfassungsschaltungen 8 vorgenommen werden kann).
Die Eichungsprozedur stellt eine Prozedur dar, die erforderlich ist, um die Eichkoeffizienten x(i), y(i) zu erhalten. Die Eichung kann ohne eine Unterbrechung der physikalischen Verbindungen des Systems erfolgen. Die Eichungsprozedur kann in einem unabhängigen bzw. Offline-Vorgang ausgeführt werden.
Die Systemparameter ändern sich nicht schnell, so dass Offline-Berechnungen in der Zeitspanne bzw. Periode T ausgeführt werden können. Die Periode T ist wesentlich länger als die Signalsymboldauer.
Die Eichkoeffizienten werden durch das erfindungsgemäße Eichverfahren erhalten, und sie werden für eine relative Signalermittlung in Verbindung mit der Leistungserfassung genutzt. In der allerersten Minute vor einer Aktualisierung mit Daten von der Eichprozedur werden Werte aus einem Speicher, die Anfangs-Eichwerte zur Berechnung eines relativen Signals herangezogen.
Nach Ausführen der nicht-kohärenten Ermittlung der mathematisch berechneten I/Q-Werte in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 wird eine Demodulationsprozedur ausgeführt. Die Demodulationsprozedur kann durch Hardwareanordnungen bzw. -strukturen (z.B. durch I/Q-Demodulatorchips) oder mittels der DSP-Software ausgeführt werden (beispielsweise durch denselben DSP-Prozessor, der für die Berechnung der Eichkoeffizienten und für die Berechnung des komplexen Signals genutzt wird). Es sei darauf hingewiesen, dass bei einigen Anwendungen das komplexe Signal direkt für die Demodulation ohne dessen Zerlegung in die I- oder Q-Information (Datenstrom) herangezogen werden kann. Aufgrund der von Natur aus vorgeschlagenen nicht-kohärenten Ermittlung ist es notwendig, eine Differenz- bzw. Differentialverarbeitung auf die Datenströme anzuwenden, bevor die D/A-Wandler und ferner die I/Q-Anschlüsse des Sendemodulators erreicht werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 und auf 5 bis 9 ein Beispiel der Funktion der Erfindung erläutert.
Bei der folgenden Erläuterung wird als Beispiel angenommen, dass ein differentiell bzw. differenzmäßig QPSK-moduliertes Signal zu empfangen und zu demodulieren ist. Zusätzliche Annahmen sind gleichbleibend für das Systemkonzept, und sie werden lediglich zur vereinfachten Demonstration und Erläuterung des Systems herangezogen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Art der angewandten Modulation die prinzipielle Funktionalität des vorgeschlagenen Empfängers nicht ändert, sodass sämtliche Arten von Kombinationen von Modulationssystemen angewandt werden können, falls sie vor Erreichen der D/A-Wandler und der I/Q-Anschlüsse des Sende-Empfängers differenzmäßig verarbeitet werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Aufbau der passiven Schaltung 7 gleich bleibend ist.
Bei der folgenden Erläuterung ist angenommen, dass die Verzögerungsdifferenz gleich der Abtastperiode ist. Ferner ist angenommen, dass die HF-Frequenzsignale denselben Leistungspegel besitzen, wie er an die passive Schaltung 7 abgegeben wird. Das eintreffende HF-Signal ist differentiell bzw. differenzmäßig moduliert und wird von dem Sender übertragen. Die passive Schaltung 7 besteht aus idealen Subschaltungen, die gemäß dem vorliegenden vereinfachten Beispiel nicht geeicht zu werden brauchen. Ferner werden lineare Leistungs-Erfassungsschaltungen (Leistungs-Detektoren) 8 berücksichtigt. Die passive Anordnung kann so sein, wie dies in 2 veranschaulicht ist.
In der folgenden Tabelle 1 sind die resultierenden Leistungserfassungen, die über die Leistungserfassung von dem Leistungs-Detektor P1 normiert sind, für eine Reihe von differentiellen Phasendifferenzen im Falle einer konstanten Signalamplitude (ideale Ermittlung) dargestellt.
Tabelle 1
5 veranschaulicht den Verlauf bzw. die Änderung der relativen Leistungspegel (Spannung an Leistungs-Detektoren) als Funktion der relativen Phasendifferenz. In 5 ist angenommen, dass zwischen zeitlichen Abtastproben keine Amplitudenänderung vorhanden ist und dass die beiden eingangsseitigen Signale S1, S2 denselben Leistungspegel aufweisen.
6 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 5, jedoch unter der Annahme dass die eingangsseitigen Signale eine relative Leistungspegeldifferenz von 20 dB aufweisen.
Aus 5 und 6 kann geschlossen werden, dass die Empfindlichkeit des Systems abnimmt, wenn die Leistungspegeldifferenz der eingangsseitigen Signale S1, S2 zunimmt. Diese Situation kann eintreten, falls lediglich eine Verzögerungsleitung 5, 6 in der Systemanordnung genutzt wird, so dass eines der eintreffenden Signale S1, S2 auch in Bezug auf das andere Signal bedämpft ist, welches nicht verzögert ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die relativen Leistungspegel unabhängig sind vom HF-Signalpegel. Ferner sei darauf hingewiesen, dass in dem Fall, dass die Anzahl der Phasen-(oder Amplituden-)-Zustände niedrig ist, in einigen Fällen kein Bedarf an einer Berechnung der relativen Signalamplitude und der Phasen vorliegt, da auf der Grundlage eines einfachen Vergleichs der analogen Spannungen (Leistungspegel) eine einfache Entscheidungsverknüpfung eingerichtet werden kann. Dies trifft beispielsweise für eine (D)PSK-Modulation zu.
7 zeigt eine prinzipielle Berechnung bezüglich der es erforderlich ist, dass sie in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 des Empfängers ausgeführt wird. 7 zeigt als Beispiel den Zustand, dass die beiden Signale S1, S2, welche dieselbe Größe zu zwei verschiedenen Zeitpunkten (QPSK-Modulation) und die Phasendifferenz durch Ermitteln und Berechnen der gemessenen Leistungspegel und der Eichkoeffizienten mit 7π/8 aufweisen, wie dies durch drei Kreise veranschaulicht ist, erhalten werden. In idealer Weise kreuzen sich diese in einem Punkt. Wenn der Kreuzungspunkt mit der Mitte des Gitters verbunden wird, stellt der so erzeugte Vektor das komplexe Verhältnis der Signale S1, S2 zu zwei unterschiedlichen Zeitinkrementen dar; das Zeitinkrement ist definiert durch die relative Verzögerung, die durch die beiden Verzögerungsleitungen 5, 6 bereitgestellt wird. Um den komplexen Wert zu erhalten, ist eine mathematische Verarbeitung erforderlich, um den Kreuzungspunkt der bekannten Kreise zu berechnen (die Kreise sind durch die Eichkoeffizienten festgelegt).
Wie aus 7 ersehen werden kann, weist der Vektor, der vom Ursprung des Gitters zum Kreuzungspunkt der drei Kreise geleitet ist, eine Länge (Amplitude) auf, welche einer Einheit entspricht, und er bildet einen Winkel von 157,5°(7π/8). Die Tatsache, dass der Vektor eine Länge aufweist, die einer Einheit entspricht, steht für den Umstand, dass die beiden Signale S1, S2 dieselbe Größe aufweisen, wie dies beispielsweise bezüglich der QPSK-Modulation der Fall ist.
8 veranschaulicht den Fall, dass die beiden Signale S1, S2 in der Phase und in der Größe verschieden sind. 8 zeigt ein Beispiel des Zustands, gemäß dem die relative Änderung des Signals dreifach in der Größe ist und dass die Phase 45°(π/4) beträgt. Wie aus 8 ersehen werden kann, weist der Vektor, der vom Ursprung des Gitters zum Kreuzungspunkt der drei Kreise aus verläuft, eine Länge entsprechend 1/3 Einheiten und einen Winkel von 45°(π/4) auf.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ergebnisse der Berechnung im Allgemeinen nicht der letzte komplexe Wert dieses Signals sind. Der sechs Anschlüsse aufweisende Direktempfänger ermittelt Differenzen zwischen den beiden Signalen S1, S2, so dass jegliche relative Änderung im Signal von einem Zeitschritt zu einem anderen Zeitschritt ermittelt werden kann. Dies bedeutet, dass vor der Übertragung des aufwärts-umgesetzten Signals die digitalen Daten vor Abgabe an den Sender-I/Q-Modulator über den D/A-Wandler differentiell bzw. differenzmäßig zu verarbeiten sind, was von Hause aus für DPSK-Modulationssysteme zutrifft. In dem Fall, dass die übertragenen digitalen Daten nicht differentiell bzw. differenzmäßig moduliert sind, sind Referenz-Abtastproben auszusenden bzw. zu übertragen, um eine Referenzgröße und eine Referenzphase zur Ermittlung der Absolutwerte der modulierten Daten bereitzustellen.
In Wirklichkeit, das heißt mit bzw. bei nicht-idealen Schaltungen kreuzen sich die drei Kreise nicht exakt im selben Punkt. Daher gibt es gewöhnlich einen gewissen Versatz in den Kreuzungen der Kreise, der mathematisch zu behandeln ist. Der Versatz geht auf den Umstand zurück, dass die Eichkoeffizienten nicht optimal erhalten werden. Ein weiterer Grund für den Versatz können unterschiedliche Stör- bzw. Rauscheffekte sein. Es können verschiedene Lösungen bei der Signalverarbeitung der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 angewandt werden, um zu „entscheiden", wohin ein Kreuzungspunkt zu platzieren ist. So kann beispielsweise der geometrische Mittelwert des gekrümmten Dreiecks als Kreuzungspunkt herangezogen werden. In gewissen Fällen, in denen eine relativ geringe Anzahl von Modulationszuständen berücksichtigt wird, wie dies beispielsweise bei einem QPSK-Modulationssystem der Fall ist, kann der Versatz indessen vernachlässigt werden.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1a, 1b sowie auf die 9 bis 11 erläutert, wie ein sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger, ob kohärent oder nicht, gemäß der vorliegenden Erfindung geeicht werden kann. Die Eichungs- bzw. Eichprozedur des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers ist die zentrale Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Das zentrale Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dem sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger ein als Eichsequenz bezeichnetes Signal am HF-Signaleingang zuzuführen. Die Eichsequenz kann ein HF-Frequenzsignal sein, welches mit einer konstanten Hüllkurvenmodulation moduliert ist. Die minimale Anzahl von verschiedenen Zuständen (oder Symbolen) innerhalb der konstanten Hüllkurvenmodulation beträgt 5. Die Eichsequenz kann ein n-PSK-moduliertes Signal einer HF-Frequenz sein. Der HF-Träger der Eichsequenz braucht nicht in starkem Masse stabilisiert zu sein und er braucht nicht eine hohe Leistung aufzuweisen. Im Falle der Vornahme der Eichung mit einem n-PSK-modulierten Signal ist die Anzahl der in n PSK-Zuständen enthaltenen Symbole größer als oder gleich fünf Zuständen oder Symbolen, wobei n größer als oder gleich N ist.
Die Phasenzustände, die an der Eichung teilnehmen, sollten hinsichtlich der Größen- und/oder Phasen-Änderungen der angewandten Modulation gut verteilt sein. Im Falle von n-PSK-Signalen ist eine minimale Phasendistanz von 2p/N besonders vorteilhaft.
Die Reihenfolge der verschiedenen Phasenzustände kann an die Eichung eines sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfängers vom kohärenten oder nicht-kohärenten Typ angepasst werden. Wie aus 1a und 1b ersehen werden kann, wird die Eichsequenz dem HF-Signaleingang der Empfangsvorrichtung zugeführt. Die passive Schaltung 7 gibt vier Leistungspegel P1 bis P4 ab, und die Leistungspegel P1 bis P4 werden in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 10 verarbeitet. Die digi tale Signalverarbeitungseinheit 10 verarbeitet die abgegebenen Leistungspegel P1 bis P4, um im idealen Falle exakt die Werte der eingangsseitigen Eichsequenz zu erhalten. Eine zweite DSP-Einheit (Steuereinheit) 20, welche in die DSP-Einheit 10 einbezogen dargestellt ist, vergleicht das Ausgangssignal der Demodulationsschaltung der DSP-Einheit 10 mit den bekannten Werten der Eichsequenz und stellt die Eichkoeffizienten der DSP-Einheit 10 entsprechend den ermittelten Differenzen zwischen dem erhaltenen Wert der DSP-Einheit 10 und den bekannten Werten der Eichsequenz ein.
Die Eichkoeffizienten sind komplexe Werte, die für eine Eichung des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers benötigt werden, um ein korrektes komplexes Verhältnis zweier Signale zu erzielen. Die Eich-Koeffizienten werden durch die erfindungsgemäße Eichprozedur erhalten. Die Eichkoeffizienten können in verschiedenen Formen gemittelt oder aufgrund von Werten, die aus zwei oder mehr Eichprozeduren erhalten sind, statistisch festgelegt werden bzw. sein.
Die der Empfangsvorrichtung eingangsseitig zugeführte Eichsequenz ist ein Signal, in welchem ein HF-Träger durch die Anzahl von Symbolen moduliert ist, welche bei zumindest bei fünf verschiedenen Symbolen erhalten werden. Der HF-Träger bezieht sich auf die HF-Frequenz, für die der Betrieb der Empfangsvorrichtung bzw. des Empfangsgeräts ausgelegt ist. Der HF-Träger der Eichfrequenz braucht nicht hoch stabilisiert zu sein. Toleranzen von 1% bis 3% des Trägers können toleriert werden. Falls die Empfangsvorrichtung als Breitbandgerät ausgelegt ist, kann auf mehr als eine Sequenz mit mehr Symbolen erweitert werden und die betreffende Sequenz kann umfassen:

a) mehr HF-Frequenzträger aus einem Betriebs-Frequenzband mit einer Eichsequenz (einer modulierten HF-Frequenz nach der anderen) und
b) einen HF-Frequenzträger aus dem Betriebs-Frequenzband mit einer Eichsequenz. Durch die nächste Eichung kann eine weite re HF-Frequenz aus den Betriebs-Frequenzbändern genutzt werden, die mit denselben oder unterschiedlichen Symbolen moduliert ist.

Die Eichsequenz weist eine feste Dauer auf, die die notwendigerweise benötigte und optimierte Redundanz ermöglicht. Die Eichdaten-Redundanz ist erforderlich, um statistische Fehler zu überwinden, die durch mathematische Berechnung der Eichkoeffizienten eingeführt werden. Die absolute Minimaldauer der Sequenz beträgt fünf Zeit-Abtastproben der Abtastprobenrate des verwendeten sechs Anschlüsse aufweisenden Empfangsgerätes.
Die Eichprozedur könnte während der üblichen Ruheperiode des Empfängers im Falle beispielsweise eines TDD-Arbeitsszenarios ausgeführt werden. Das Signal von dem Sender kann zur Eichung herangezogen werden, falls das Empfangsgerät Teil des Sende-Empfängers bzw. Transceivers ist. Die Berechnung der Eichkoeffizienten könnte Offline bezüglich der normalen Signalempfangsperiode erfolgen. Die Eichung des Systems sollte in größeren Perioden bzw. Zeitabständen vorgenommen werden. Die Dauer der Eichsequenz in Bezug auf die Wiederholungsperiode der Anwendung der Sequenz liegt in der Größenordnung, die größer ist als 10⁶, sodass der Verlust an Datenratendurchsatz aufgrund der Ausführung der Eichprozedur ignoriert werden kann, und zwar auch dann, wenn keine TDD-Operation vorhanden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die tatsächliche Berechnung der Eichkoeffizienten im Offline-Betrieb ausgeführt werden könnte. Es ist nicht notwendig, Eichungen in Zeitabständen von weniger als zehn oder einigen zehn Sekunden oder sogar Minuten vorzunehmen. Die Wiederholung der Eichsequenz hängt von der Arbeitsbehandlung des Systems, dem erwarteten Gradienten von Änderungen eines Temperatureinflusses auf passive Komponenten, zum Teil von der HF-Frequenz und der Basisbandbreite ab und ist fallweise individuell festzulegen.
Nunmehr wird eine Eichsequenz für einen nicht-kohärenten sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfänger erläutert. Die vorgeschlagene Prozedur ist tatsächlich eine 8-PSK-modulierte Signalsequenz. Die Dauer der Sequenz umfasst neun Abtastproben, wie aus dem in der folgenden Tabelle angegeben Phasenkombinationsbeispiel ersehen werden kann.
Tabelle 2
Aus der Tabelle 2 kann ersehen werden, dass die vorgeschlagene Phasensequenz sieben unabhängige Ladezustände erzeugt, die für die Eichung der Eichkoeffizienten des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers zu nutzen sind. Die dritte Spalte in der Tabelle 2 zeigt, dass die Phasensequenz in der Weise gewählt wird bzw. ist, dass sich die relativen Phasendifferenzen von einer Abtastprobe zur anderen mit maximalen Werten ändern, wobei eine vollständige Verteilung der Phasenpunkte durch automatische Berechnung der Koeffizienten vorgenommen wird. Es sei darauf hingewiesen, dass Reihen von fünf Ladevorgängen mit vier Abtastproben im selben Moment notwendig sind, um Eichkoeffizienten im Idealfall zu berechnen, das heißt, in dem Fall, dass kein signifikanter Stör- bzw.
Rauschpegel vorhanden ist. Für die automatische Berechnungsprozedur sind gewöhnlich einige redundante Werte erforderlich, um die Werte der Eichkoeffizienten zu berechnen und zu glätten. Die Anwendung einer einfachen Verschiebung der Reihen von Werten könnte automatisch dazu genutzt werden, die Algorithmus-Gleichungen zu lösen. Aufgrund der aufeinanderfolgenden Verteilung der relativen Phasen sind Reihen der abgetasteten Werte gut in bzw. mit denselben Phasen vorhanden, die von einer Abtastprobe zur anderen gut verteilt sind.
Theoretisch sollten fünf Ladevorgänge ausreichend sein, um die Eichkonstanten (Koeffizienten) zu berechnen, falls eine perfekte Gleitkurztechnik angewandt wird, wie sie in den im einleitenden Teil zitierten Dokumenten von Stumper und Wiedmann beschrieben ist. Dies sollte auch in dem Fall genügen, dass man über ein kurzes Gleiten mit Reflexionskoeffizienten verfügt, die eine konstante (jedoch nicht einheitliche) Größe aufweisen, anstelle eines perfekten kurzen Gleitens. Diese Tatsache ist wichtig, da am Ausgang von der Verzögerungsleitung (siehe die Bezugszeichen 5, 6 in 1a) gewisse Verluste (Zeit-Invariante 5–8dB) erwartet werden. Falls dies der Fall ist, sollte anstelle der 8-PSK-Modulation eine 16-PSK-Frequenz genutzt werden, die nach denselben Regeln angelegt ist und die theoretisch 15 unabhängige Phasenzustände aufweist. Elf Ladevorgänge sind genug, um mit beliebigen Ladevorgängen fertig zu werden und um genau Eichkoeffizienten zu berechnen. Dies wird theoretisch in dem oben erwähnten Dokument von Engen bestätigt.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die folgende Tabelle 3 eine Eichsequenz für einen kohärenten sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfänger erläutert.
Tabelle 3
Wie aus der Tabelle 3 ersehen werden kann, gibt es acht unabhängige Phasenzustände in einer bestimmten Reihenfolge, die im Hinblick darauf gewählt ist, sämtliche unterschiedlichen Zustände zu berücksichtigen, allerdings mit maximaler lokaler Phasendifferenz. Dies ist in dem Sinne von Vorteil, die Verarbeitung der Daten schneller und effizienter zu machen.
In den praktischsten Fällen werden sechs Anschlüsse aufweisende Direktempfänger zur Ermittlung der Signale herangezogen, die mittels einer bekannten Modulation moduliert sind. In diesem Falle ist es möglich, eine Eichprozedur als Reihe auszuführen, wie sie weiter unten ausgeführt ist, was den Vorteil mit sich bringt, dass weniger mathematischer Aufwand erforderlich ist, wodurch die Zeit verringert wird, die für die Berechnung der Eichkoeffizienten erforderlich ist, und wodurch der sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger effizienter gemacht wird. Dieser Vorteil ist sogar größer, wenn die Eichung des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers aufgrund von Umgebungsänderungen erforderlich ist und falls das benutzte Modulationssystem lediglich eine geringe Anzahl von Zuständen (beispielsweise vier Zustände) aufweist.
Im Allgemeinen ist es möglich, durch Verwendung einer PSK-modulierten Sequenz, welche dem Eingang des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers zugeführt wird, die Eichkoeffizienten zu berechnen, welche sodann für irgendeine beliebige Modulation angewandt werden können. In diesem Falle ist eine komplizierte mathematische Prozedur erforderlich, wie oben ausgeführt. Ein HF-Signal, welches PSK-moduliert ist, arbeitet wie ein kurzes Gleiten, sodass die numerische Lösung, wie oben ausgeführt, angewandt werden kann. Sie erfordert die Ermittlung der fünf anfänglichen Abschätzungen für eine sechs-auf-vier-Anschluss-Verringerung. Die numerische Prozedur der iterativen Lösung der nichtlinearen Gleichung mit fünf Unbekannten folgt sodann. Danach sind lineare Gleichungssysteme mit drei Unbekannten erforderlich. Im Allgemeinen ist der erforderliche mathematische Aufwand ziemlich hoch und er kann die Systemleistung in einigen Fällen herabsetzen, insbesondere in jenen Fällen, in denen die Eichprozedur, wie sie oben beschrieben ist, aufgrund von Umgebungseinflüssen wiederholt ausgeführt werden sollte.
Um den mathematischen Aufwand zu minimieren und um einen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger in den Fällen effizienter zu machen, in denen die angewandte HF-Modulation bekannt (bestimmt) ist, ist das folgende Verfahren von Vorteil:
Es sei angenommen, dass die angewandte HF-Modulation, bezüglich der der sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger zu verwenden ist, eine Abwärts-Umsetzungsgerät mit N Zuständen ist, die bekannt sind: a(1), a(2), ... a(N – 1), a(N) (B1)
Es sei angenommen, dass die Eichsequenz alle möglichen N Zustände enthält, wobei die relative Position der Zustände n der Eichsequenzkette irrelevant ist. Wegen der nicht-idealen Parameter des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers wird der sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger die jeweiligen Werte von b(1), b(2), ..., b(N – 1), b(N) (B2)ermitteln, wobei sämtliche Werte a(x) und b(x) komplexe Werte sind.
Es sei angenommen, dass die Eichung des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers in der Weise erreicht werden kann, dass ermittelte Ergebnisse durch den folgenden Polynomausdruck behandelt werden sollten: a(1) = X1 + b(1)·X2 + b(1)2·X3 + b(1)3·X4 + b(1)(N–2)·XN–1 + b(1)(N–1)·XN a(2) = X1 + b(2)·X2 + b(2)2·X3 + b(2)3·X4 + b(2)(N–2)·XN–1 + b(2)(N–1)·XN ... a(N – 1) = X1 + b(N – 1)·X2 + b(N – 1)2·X3 + b(N – 1)3·X4 + b(N – 1)(N–2)·XN–1 + b(N – 1)(N–1)·XN a(N) = X1 + b(N)·X2 + b(N)2·X3 + b(N)3·X4 + b(N)(N–2)·XN–1 + b(N)(N–1)·XN (B3)
Dies heißt, dass dies in einer Matrix-Schreibweise zu folgendem führt: [A] = [B][X] (B4)
Hierbei gilt
Durch Lösen der Matrixgleichung (B4) erhält man [X] = [B]–1[A] (B6)
Nachdem der Vektor X erhalten worden ist, kann in einem automatischen Prozess die Multiplikation der ermittelten Werte mit der Polynomform aufgrund der Gleichung (B6) erfolgen. Vkorrigiert = X1 + Vunkorrigiert·X2 + Vunkorrigiert 2·X3 + ... + Vunkorrigiert (N–1)·XN (B7)
Aufgrund des Korrektur-Polynoms ist es möglich, eine effektive Multiplikation und Summierung sogar in einer Echtzeitoperation zu realisieren. Für gewisse Arten von Modulationssystemen mit einer bekannten Anzahl von Zuständen kann die Ordnung des Korrekturpolynoms kleiner sein als die Anzahl der verfügbaren Modulationszustände, ohne große Fehler einzuführen.
Theoretisch gesehen sollte lediglich eine Eichsequenz, die alle möglichen Modulationszustände aufweist, genügen, um den Eichvektor X zu erhalten. In der Praxis wird vorgeschlagen, mehr Sequenzen anzuwenden oder die Eichprozedur in gewissen Zeitspannen zu wiederholen, um unterschiedliche Fehlerquellen zu minimieren, damit ein statistisch stabiler Eichvektor X gewährleistet ist.
In dem Fall, dass eine Eichung mit Werten vorgenommen wird, die von einer fernen Quelle her kommen, kann eine Störung bzw. ein Rauschen vorhanden sein. Unter Berücksichtigung ihrer potentiell zufälligen Eigenschaft werden die folgenden Lösungen vorgeschlagen:

a) Es wird dieselbe Eichsequenz wiederholt, die sämtliche Zustände enthält. Darauf folgend kann der statistische Mittelwert des jeweiligen Zustands des Eichvektors X berechnet werden. In diesem Falle würde die Gleichung B6 (Matrix[B]) anstatt einer Kombination der Werte b(i) die Werte
enthalten, in der m kleiner als eine oder gleich einer Wiederholungszahl der Eichungssequenzen ist.
b) Es wird für jede wiederholte Sequenz der Eichvektor [X] berechnet, und danach werden die Mittelwerte sämtlicher Vektorwerte berechnet oder es wird der Mittelwert für einen Teil der erhaltenen Eichwerte berechnet, wobei gewisse Grenzwerte weggelassen werden. Die Endelemente Xi des Eichvektors [X] werden dann durch die folgende Formel erhalten:
Hierin ist m kleiner als die oder gleich der Anzahl der wiederholten Eichsequenzen.
c) Außerdem wird eine Kombination der Lösungen a) und b) vorgeschlagen. In diesem Falle kann der erhaltene Eichvektor [X] unter Heranziehung der Lösung a) oder der Lösung b) dazu benutzt werden, einen Mittelwert zu berechnen, anstatt den alten Eichvektor zu ersetzen. In diesem Falle können die Werte Xi des neuen Eichvektors [X] erhalten werden als

Der weitere Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt darin, dass einige systematische Hochfrequenz-Fehler, die vor Erreichen des Eingangs des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers erzeugt werden, ebenfalls durch das vorgeschlagene Eichkonzept eliminiert werden können. Dies trifft insbesondere für die Korrektur der Phasenfehler zu, die von der Antennenseite und von der Antennenspeiseseite herrühren.
Simulations-Beispiele
Als Überprüfung des vorgeschlagenen Konzepts sind Simulationen ausgeführt worden, wie sie in 16 bis 26 veranschaulicht sind. In sämtlichen 16 bis 26 ist derselbe passive Aufbau bzw. dieselbe passive Struktur, bestehend aus mehreren Leistungsteilern und 90°-Hybridschaltungen für den kohärenten Typ des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers berücksichtigt. Der HF-Teil der passiven Struktur ist numerisch zufällig durch Hinzufügung von zusätzlichen Reflexionen und Phasenverschiebungen der jeweiligen HF-Unterbaugruppe beeinflusst:
Die oberen Grenzen der Unzulänglichkeit werden als absolut schlechtester Fall berücksichtigt. In jeder der 20 bis 22 ist eine andere Art bzw. ein anderer Typ von Unzulänglichkeiten veranschaulicht, wobei ein Eichverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt worden ist. Der angewandte Stör- bzw. Rauschpegel ist ebenfalls angegeben. Ein QPSK-moduliertes Signal wird für die Eichung berücksichtigt und genutzt. Dies bedeutet, dass ein Polynom der Ordnung 4 verwendet wird. In beiden Fällen wurden die Lösung a) und die Lösung b) unter Erzielung nahezu identischer Werte getestet.
Es sei darauf hingewiesen, dass

– das Vorzeichen „·" als ein Wert berücksichtigt wird, der durch den sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger in dem Fall erhalten (ermittelt) wird, dass keine Eichung angewandt wird,
– das Vorzeichen „+" für die korrekten Werte verwendet wird und
– das Vorzeichen „o" für die Werte verwendet wird, die durch das Eichverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und wie es oben ausgeführt ist korrigiert sind, und
– ein Kreis dazu benutzt wird, die erwarteten korrekten Werte im Falle der NPSK-Modulation anzugeben, wobei n nach unendlich strebt.

Der Hauptvorteil der oben vorgeschlagenen zweiten Lösung besteht in verringerten mathematischen Aufwänden und einer leichten (hardware-orientierten) praktischen Realisierung der Eichung.
Das Hauptmerkmal dieses Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass das benutzte HF-Modulationssystem häufig im Voraus bekannt (bestimmt) ist. Die Eichsequenz sollte vorzugsweise sämtliche möglichen Modulationszustände umfassen. Die Eichkoeffizienten können statistisch eingestellt werden, falls die eingangsseitige Eichsequenz durch eine Störung bzw. durch Rauschen beeinflusst ist.
Die Eichung ist in vorteilhafter Weise brauchbar für (n)QAM-Modulationssysteme, und sie ist insbesondere für die QPSK-Modulationen geeignet.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 12 erläutert, wie die Eichsequenz erzeugt und zu der Empfangsvorrichtung bzw. dem Empfangsgerät 34 übertragen werden kann.
9 zeigt als Beispiel den Fall, dass die Eichsequenz in einer Basisstation 30 erzeugt wird, die einen fernen Sender darstellt. Die Eichsequenz von der Basisstation 30 wird dann über die Antennen 31, 32 (durch die Luft) zu einem mobilen Kommunikationsgerät 33 (zellulares Telefon bzw. Handy) übertragen, in welchem die zu eichende Empfangsvorrichtung untergebracht ist. Im dargestellten Fall der Ausführung der Eichprozedur durch ein Signal, welches von einem fernen Sender 30 her kommt, wird die Eichsequenz wiederholt, um den Einfluss des Kanalrauschens statistisch zu minimieren.
In 10 ist als Beispiel ein Fall veranschaulicht, gemäß dem die Eichsequenz in einem lokalen Sender 35 erzeugt und von diesem an die Empfangsvorrichtung 34 abgegeben wird. Im Falle der Erzeugung der Eichsequenz durch den lokalen Sender (die sechs Anschlüsse aufweisende Empfangsvorrichtung ist Teil des Sende-Empfängers bzw. Transceivers) kann die Eichung durch die Signale vorgenommen werden, die von dem Sender 35 übertragen werden. Die Eichsequenzsignale werden dem Eingang des sechs Anschlüsse aufweisenden Direktempfängers vor ihrer Leistungsverstärkung zugeführt.
Ein Zeitmultiplex-Duplex-(TDD)-Übertragungssystem ist besonders vorteilhaft für die Anwendung des Eichungs-Erzeugungs- und -Übertragungsverfahrens, wie es in 10 gezeigt ist. Wie aus 10 ersehen werden kann, sind zwei Schaltkreise 39, 40 vorgesehen, die in Synchronismus miteinander umgeschaltet werden. Während des Übertragungs-Zeitschlitzes des TDD-Systems werden die Schaltkreise 39, 40 derart umgeschaltet, dass das von dem lokalen Sender 35 zu übertragende Signal verstärkt (38) und dann an die Antenne 32 abgegeben wird. In derselben Zeit wird während des Übertragungs-Zeitschlitzes der Schaltkreis 40 umgeschaltet, um den lokalen Sender 35 mit dem Empfänger 34 zu verbinden und um somit die Eichsequenz an den Empfänger 34 abzugeben. Daher kann die Eichung in einer zeitlich wirtschaftlichen Weise während des Übertragungs-Zeitschlitzes stattfinden. Es sei darauf hingewiesen, dass die von dem Sender 35 abgegebene Leistung für die Eichung wesentlich geringer ist, beispielsweise 1/1000 der an die Antenne abgegebenen Leistung beträgt und daher nahezu vernachlässigbar ist.
Während des Empfangs-Zeitschlitzes ist der Sender 35 von dem Empfänger 34 getrennt, und das Signal gelangt von der Antenne 32 zu dem Empfänger 34 hin.
Falls ein FDD-(Frequenzmultiplex-Duplex-)-System angewandt wird und falls die Aufwärts- und Abwärts-Verbindungskanaltrennung mehr als 3% bis 5% der HF-Trägerfrequenz ausmacht, ist ein zusätzlicher HF-Subblock geringer Leistung geeigneter.
Ein derartiger zusätzlicher Hardwareblock 36 ist in 11 veranschaulicht. Wie in 11 gezeigt, kann die Eichsequenz mittels eines Schalters 37 ausgewählt werden, um der Empfangsvorrichtung 34 zur Ausführung der Eichprozedur eingangsseitig zugeführt zu werden.
Das in 11 dargestellte System kann in einem mobilen Kommunikationsgerät, welches lediglich einen Empfänger darstellt, oder in einem Sende-Empfänger bzw. Transceiver realisiert sein, der mit einem FDD-Übertragungssystem arbeitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass im Falle eines lokalen Systems, wie es in 10 oder 11 dargestellt ist, die Eichsequenz ein einfach moduliertes Signal sein kann und nicht notwendigerweise dasselbe zu sein braucht wie im Falle der „über die Luft" erfolgenden Eichung, wie sie in 9 veranschaulicht ist.
Nunmehr wird auf das in 12 dargestellte Beispiel Bezug genommen. Die Ausführungsform gemäß 12 kann dazu herangezogen werden, die Eichung des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers während der Montage bzw. des Zusammenbaus des mobilen Kommunikationsgeräts vorzunehmen. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, wenn die HF-Charakteristiken des sechs Anschlüsse aufweisenden Geräts während des Betriebs nicht durch Änderungen der Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur, etc. beeinflusst werden.
Wie in 12 gezeigt, ist gemäß dieser Ausführungsform eine externe HF-Quelle 38 vorgesehen. Die HF-Quelle 38 gibt ein HF-Signal, welches während der bestimmten Eichsequenz moduliert worden ist, an den Schalter 37 ab. Während des Zusammenbaus bzw. der Montage des mobilen Telekommunikationsgeräts 33 wird die Eichprozedur einmal auf der Grundlage des modulierten HF-Signals von der HF-Quelle 38 ausgeführt. Die Eichkoeffizienten werden auf der Grundlage des modulierten HF-Signals berechnet und einem Speicher 39 zugeführt. Die in dem Speicher 39 gespeicherten Koeffizienten können dann im Betrieb ohne irgendeine weitere Berechnung als Eichkoeffizienten genutzt werden.
13 veranschaulicht ein Beispiel für die Eichung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der die Eichprozedur während des Herstellungs-(Montage-)-Prozesses ausgeführt wird. Dabei ist eine externe Eichungs-Hardware 40 vorgesehen, welche Schnittstelleneinrichtungen bzw. Interfaces 41, 42, 43 aufweist. Das Interface 41 ist mit einem Eingang eines sechs Anschlüsse aufweisenden Chips 7 verbunden. Das Interface 42 erhält gefilterte Ausgangs- bzw. Abgabesignale des sechs Anschlüsse aufweisenden Chips 7. Das Interface 43 ist mit dem die Eichkoeffizienten speichernden Speicher 39 verbunden. Die Eichung mittels des externen Eichungs-Hardwareblocks 40 kann während eines automatischen Zusammenbauprozesses bewirkt werden. Die externe Eichungs-Hardware ist an den definierten Schnittstellen 41, 42, 43 der den sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger 7 enthaltenden Anordnung angeschlossen. Die externe Eichungs-Hardware überträgt ein Signal zu einem der sechs Anschluss-Eingänge, nimmt die Ausgangssignale an den zugehörigen Anschlüssen (Interface 42) auf, setzt die Werte digital um, berechnet die Eichkoeffizienten mittels eines externen DSP-Prozessors und gibt die berechneten Eichkoeffizienten direkt an den Speicher 39 des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers ab.
14 veranschaulicht den inneren Aufbau des externen Eichungs-Hardwareblocks 40 gemäß 13. Eine Steuereinheit 50 steuert einen Modulator 44, der vordefinierte Zustände erzeugt, ein programmierbares Dämpfungsglied oder einen programmierbaren Verstärker 45, einen Aufwärts-Konverter 46, einen optionalen ADC-Block 47 und einen DSP-Prozessor 48. Die in 14 dargestellte Eichungs-Hardware kann für die automatische Eichung sämtlicher Geräte bzw. Vorrichtungen verwendet werden, die sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger enthalten. Das Interface 42 kann auf der Ausgangsseite des AD- Wandlers untergebracht sein (der auf der Schaltungsplatine mit einem sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger enthalten ist). Anstatt Eichkoeffizienten in dem Hardwareblock zu berechnen, kann alternativ ein DSP-Empfänger, der für die Berechnung der sechs-Anschluss-I/Q-Signale verwendet wird, zur Ausführung der Eichung genutzt werden (beispielsweise der DSP-Prozessor 10).
15 veranschaulicht eine Ausführungsform zur Eichung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Hardware-Eichungsblock als zusätzlicher Chip auf derselben Platine wie der n Anschlüsse aufweisende Empfänger untergebracht ist. In diesem Fall ist der sechs Anschlüsse aufweisende Empfänger lediglich ein Chipsatz, wie dies in 15 gezeigt ist. Die Komplexheit der zusätzlichen Komponenten ist geringer als im Falle der 13, da einige der Blöcke durch Nutzung der Übertragungskette realisiert werden können. Die Integration des Eichblocks auf bzw. innerhalb der Platine des sechs Anschlüsse aufweisenden Empfängers erfordert: einen zusätzlichen Leistungsteiler 51 und ein X-dB-Dämpfungsglied 45' (oder einen Leistungsteiler mit einem programmierbaren Teilungsverhältnis oder alternativ einen drei Anschlüsse aufweisenden Leistungsteiler mit zumindest zwei Anschlüssen für unterschiedliche Leistungsausgangssignale), einen Basisband-Block 44' zur Erzeugung des bekannten 8-PSK-Signals, mehrere Schalter (beispielsweise 52, 53) und zusätzlichen Steuerungsaufwand. Die Eichung kann während der Ruhezeit (nicht-aktive Zeit) des Empfängers vorgenommen werden. Aufgrund der zusätzlichen Blöcke ist die Ausführungsform gemäß 15 im Vergleich zu der Lösung von 13 teurer, bringt jedoch die Möglichkeit einer Eichung des Empfängers im Falle von Umgebungsänderungen mit sich.
Obwohl in der folgenden Beschreibung auf einen sechs Anschlüsse aufweisenden Empfänger Bezug genommen ist, dürfte einzusehen sein, dass die vorliegende Erfindung bei n Anschlüsse aufweisenden Empfängern anwendbar ist, wobei n eine ganze Zahl ist, die den Wert 4, 5 und 6 annehmen kann. Die vorliegende Erfindung ist durch keinerlei Mittel auf den Fall beschränkt, dass n gleich 6 ist. Die Eichung eines n Anschlüsse aufweisenden Empfängers ist im Wesentlichen unabhängig von dem Umstand, ob n gleich 4, 5 oder 6 beträgt.
16 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 50 dB.
17 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 20 dB.
18 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 10 dB.
19 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 7 dB.
20 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 50 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal 10 dB unter dem LO-Signal liegt. Es kann ersehen werden, wieviel Eichung erforderlich ist, falls das HF-Signal und das LO-Signal nicht dieselben Werte besitzen.
21 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 20 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal um 20 dB unter dem LO-Signal liegt.
22 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 10 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal um 20 dB unter dem LO-Signal liegt. Es kann sein, dass ohne Eichung keine QPSK-Signale richtig ermittelt werden können.
23 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 20 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal um 30 dB unter dem LO-Signal liegt. Es kann sein, dass ohne Eichung keine QPSK-Signale richtig ermittelt werden können.
24 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 10 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal um 30 dB unter dem LO-Signal liegt.
25 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 50 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal denselben Pegel besitzt wie das LO-Signal. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Fall eine Polynom-Eichung der vierten Ordnung zur Eichung des (72)-PSK-Signals herangezogen wird.
26 zeigt korrekte, ermittelte und geeichte Werte im Falle eines Störabstands von 30 dB, wobei in dem Fall das HF-Signal denselben Pegel besitzt wie das LO-Signal. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem Fall eine Polynom-Eichung der vierten Ordnung zur Eichung des (320)-PSK-Signals herangezogen wird. Werte ohne Eichung sind als Linie dargestellt.

Claims

Verfahren zum Eichen von n Anschlüsse aufweisenden Empfängern, wobei – zumindest einem Eingang der n Anschlüsse aufweisenden Empfänger ein zu messendes Hochfrequenzsignal zugeführt wird, – zumindest zwei Ausgänge (8) der n Anschlüsse aufweisenden Empfänger Leistungspegel (P1, P2, P3, P4) an eine Signalverarbeitungseinheit (10) abgeben, die auf der Grundlage der zumindest zwei Leistungspegel (P1, P2, P3, P4) und von Eichkoeffizienten X₁ bis X_N ein komplexes Signal berechnet, und – das zu messende Hochfrequenzsignal ein bestimmtes Modulationssystem nutzt, wobei – eine bestimmte Eichsequenz N Symbole lediglich entsprechend Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems aufweist, – die Eichsequenz dem zumindest einen Eingang des n Anschlüsse aufweisenden Empfängers für das zu messende Signal zugeführt wird, – die Eichkoeffizienten auf der Grundlage der Eichsequenz mittels folgender Gleichung berechnet werden: [X] = [B](–1)[A],wobei – [X] = [X₁, ... X_N] ein Eichvektor, der die Eichkoeffizienten enthält, – [A] = [A₁ ... A_N] eine Matrix, die Modulationszustände des bestimmten Modulationssystems darstellt, und – [B] eine Matrix darstellen, die auf der Grundlage der N Werte B₁ bis B_N gebildet ist, wobei B_i (i = 1 ... N) der je weilige komplexe Wert der Größe A_i ist, die durch den n Anschlüsse aufweisenden Empfänger detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichsequenz Symbole entsprechend sämtlichen Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix [B] definiert ist durch:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert V_unkorrigiert der durch den n Anschlüsse aufweisenden Empfänger detektiert wird, in den komplexen Wert V_korrigiert mittels folgenden Korrektur-Polynoms korrigiert wird: Vkorrigiert = X1 + Vunkorrigiert·X2 + Vunkorrigiert 2·X3 + ... + Vunkorrigiert (N–1)·XN.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ordnung des Korrektur-Polynoms kleiner ist als die Anzahl verfügbarer Modulationszustände.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Eichsequenzen einem Eingang des n Anschlüsse aufweisenden Empfängers zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichsequenz einem Eingang des n Anschlüsse aufweisenden Empfängers wiederholt zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der statistische Mittelwert jedes Modulationszustands vor der Berechnung des Eichvektors [X] berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte B_i der Matrix [B] durch die Werte
ersetzt werden, wobei i = 1 ... N ist und wobei m kleiner als eine oder gleich einer Wiederholungszahl der Eichsequenzen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Eichvektor [X] für jede wiederholte Eichsequenz berechnet wird und – dass der Mittelwert sämtlicher erhaltenen Eichvektorwerte X_i berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Eichvektor [X] für jede wiederholte Eichsequenz berechnet wird und – dass der Mittelwert eines Teiles der erhaltenen Eichvektorwerte X_i berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endelemente X_i des Eichvektors [X] durch die Formel
erhalten werden, wobei i = 1 ... N ist und wobei m kleiner als die oder gleich der Anzahl der wiederholten Eichsequenzen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass End-Eichkoeffizienten X_i durch Mittelung vorheriger Eichkoeffizienten erhalten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass End-Eichkoeffizienten X_i durch Mittelung des erhaltenen neuen Eichvektors [X] und des alten Eichvektors erhalten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass End-Eichkoeffizienten X_i durch folgende Formel erhalten werden:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichsequenz durch einen fernen Sender (30) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichsequenz durch einen mit dem n Anschlüsse aufweisenden Empfänger verbundenen zusätzlichen Hardware-Block (36) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eichsequenz durch einen lokalen Sender (35) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf eine Hochfrequenz modulierte Eichsequenz von einer externen HF-Quelle (38) während des Zusammenbauprozesses der Vorrichtung, in der der Empfänger enthalten ist, abgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ein sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ein fünf Anschlüsse aufweisender Empfänger ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ein vier Anschlüsse aufweisender Empfänger ist.
Anwendung des Verfahrens zur Eichung eines n Anschlüsse aufweisenden Empfängers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger in einem mobilen Telekommunikationsgerät (33) enthalten ist.
Empfangsvorrichtung, umfassend – einen n Anschlüsse aufweisenden Empfänger, der eine passive Schaltung (7) mit zwei Eingängen, von denen zumindest ein Eingang für ein zu messendes Hochfrequenzsignal dient, welches ein bestimmtes Modulationssystem nutzt, und mit zumindest zwei Ausgängen für Signale enthält, die Leitungspegel (P1, P2, P3, P4) liefern, – eine Signalverarbeitungseinheit (10) zur Berechnung eines komplexen Signals auf der Grundlage der zumindest zwei Leistungspegel (P1, P2, P3, P4) und von Eichkoeffizienten X₁ bis X_N und – Einrichtungen (30, 35, 36) zur Abgabe einer bestimmten Eichsequenz mit verschiedenen Symbolen an den zumindest einen Eingang für das zu messende Signal, wobei – der zumindest eine Eingang des n Anschlüsse aufweisenden Empfängers für das zu messende Signal derart betreibbar ist, dass ihm eine bestimmte Eichsequenz zuzuführen ist, die N Symbole lediglich entsprechend Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems enthält, – und die Signalverarbeitungseinheit (10) derart betreibbar ist, dass die Eichkoeffizienten auf der Grundlage der Eichsequenz mittels folgender Gleichung berechnet werden: [X] = [B](–1)[A],wobei – [X] = [X₁, ... X_N] ein Eichvektor, der die Eichkoeffizienten enthält, – [A] = [A₁ ... A_N] eine Matrix, die Modulationszustände des bestimmten Modulationssystems darstellt, und – [B] eine Matrix darstellen, die auf der Grundlage der N Werte B₁ bis B_N gebildet ist, wobei B_i (i = 1 ... N) der jeweilige komplexe Wert der Größe A_i ist, die durch den n Anschlüsse aufweisenden Empfänger detektiert ist.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen Eingang des n Anschlüsse aufweisenden Empfängers für das zu messende Signal die Eichsequenz zugeführt wird, die Symbole entsprechend sämtlichen Modulationszuständen des bestimmten Modulationssystems enthält.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Festlegung der Matrix [B] durch:
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Korrektur eines durch den n Anschlüsse aufweisenden Empfänger detektierten Wertes V_unkorrigiert in den komplexen Wert V_korrigiert mittels folgenden Korrektur-Polynorms: Vkorrigiert = X1 + Vunkorrigiert·X2 + Vunkorrigiert 2·X3 + ... + Vunkorrigiert (N–1)·XN.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Berechnung des statistischen Mittelwertes jedes Modulationszustands vor der Berechnung des Eichvektors [X].
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Berechnung des Mittelwertes sämtlicher erhaltener Eichvektorwerte X_i.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Berechnung des Mittelwertes eines Teiles der erhaltenen Eichvektorwerte X_i.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 30, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzielung der End-Elemente X_i des Eichvektors [X] durch die Formel
wobei i = 1 ... N ist und wobei m kleiner als die oder gleich der Anzahl der wiederholten Eichsequenzen ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 31, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzielung von End-Eichkoeffizienten X_i durch Mittelung von vorherigen Eichkoeffizienten.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 32, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzielung von End-Eichkoeffizienten X_i durch Mittelung des erhaltenen neuen Eichvektors [X] und des alten Eichvektors.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Abgabe der Eichsequenz ein ferner Sender (30) ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abgabe der Eichsequenz ein mit dem n Anschlüsse aufweisenden Empfänger verbundener zusätzlicher Hardware-Block (36) ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abgabe der Eichsequenz ein lokaler Sender (35) ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abgabe der Eichsequenz eine externe HF-Quelle (38) ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ein sechs Anschlüsse aufweisender Empfänger ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ein fünf Anschlüsse aufweisender Empfänger ist.
Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der n Anschlüsse aufweisende Empfänger ein vier Anschlüsse aufweisender Empfänger ist.
Mobiles Telekommunikationsgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Empfangsvorrichtung (34) nach einem der Ansprüche 24 bis 40 enthält.
Verwendung des mobilen Telekommunikationsgeräts nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Detektierung von QPSK-modulierten Signalen verwendet wird.