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Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Homodyn-Funkempfänger, und
insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche die
Strommenge verringern, die erforderlich ist, um innerhalb von Homodyn-Empfängern Signalstärkemessungen
durchzuführen.
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Kommunikationssysteme, welche Sprach-
und Datenmitteilungen übermitteln
werden in der Telephonie und in drahtlosen Kommunikationssystemen
sehr stark benutzt. Zum Beispiel hat das European Telecommunication
Standard Institute (ETSI) einen globalen Standard für Mobilkommunikation
(GSM) spezifiziert, welcher TDMA (Time Division Multiple Access,
d. h. Zeitaufteilungs-Mehrfachzugriff) verwendet, um Steuerungs-, Sprach-
und Dateninformation über
Hochfrequenz-Kanäle (HF)
zu übermitteln.
In den Vereinigten Staaten hat die Telecommunication Industry Association
(TIA) eine Anzahl von Interim-Standards publiziert, wie IS-54 und IS-136,
welche verschiedene Versionen eines digitalen fortgeschrittenen
Mobiltelefondienstes (D-AMPS) definieren, mit der Fähigkeit
Sprache und Daten an Teilnehmer zu übertragen. Diese Arten von
Kommunikationssystemen decken ein geographisches Gebiet ab, welches
in Kommunikationszellen unterteilt ist, welche zusammen einem Dienstgebiet,
zum Beispiel einer gesamten Stadt, eine Kommunikationsabdeckung
bereitstellen.
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In einem GSM-Kommunikationssystem
wird z. B. jede Zelle durch eine oder mehr Basisstationen bedient,
welche über
Abwärtsstrecken-
und Aufwärtsstrecken-HF-Kanäle mit Mobilstationen
kommunizieren. Die HF-Kanäle
sind in eine Anzahl von Zeitschlitzen unterteilt, welche als logische
Kanäle
bekannt sind. Sprache oder Daten werden während logischer Kanäle übertragen,
die als Verkehrskanäle
(TCH, d. h. Traffic Channels) bezeichnet werden, und Signalisierungsinformation,
die sich auf Anrufverwaltung im System bezieht, einschließlich Synchronisation
und Übergabe
bzw. Hand-Over, werden über
Steuerungskanäle
(englisch: Control Channels) abgewickelt. Im GSM-System sind Steuerungskanäle gruppiert
als Ausstrahlungskanäle
(BCH, d. h. Broadcast Channels), gemeinsame Steuerungskanäle (CCH,
d. h. Common Control Channels), dedizierte Steuerungskanäle (DOCH,
d. h. Dedicated Control Channels) und SMS-Aussendekanäle (S-BCH, d. h. SMS Broadcast
Channel). BCHs werden zur Frequenzkorrektur, Synchronisation und
zur Übermittlung
von Zellen spezifischer Informationen verwendet. BCHs, welche auf
Zeitschlitz 0 eines HF-Kanals zugewiesen sind, umfassen Frequenzkorrekturkanäle (FCCH,
d. h. Frequency Correction Channels), Synchronisationskanäle (SCH,
d. h. Synchronisation Channel) und Aussendesteuerungskanäle (BCCH,
d. h. Broadcast Control Channel). FCCH werden verwendet um ein Sinussignal
zu übertragen,
welches dazu dient den BCH zu identifizieren und den Mobilstationen
zu gestatten, mit der BCH-Frequenz zu synchronisieren. Der SCH wird
verwendet, um die Mobilstationen mit der TDMA-Rahmenstruktur innerhalb
einer bestimmten Zelle zu synchronisieren, und eine ausgewählte Zelle
als eine GSM-Zelle zu identifizieren, unter Verwendung eines Basisstations-Identitätscodes
(BSIC, d. h. Base Station Identity Code), welcher die Zellen im Übergabe-
bzw. Hand-Over-Prozess identifiziert.
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CCHs, welche über einer Anzahl von Zeitschlitzen
zugewiesen sind, werden für
den Zugang und die Zuweisung von Signalisierungssteuerungskanälen verwendet.
CCHs umfassen Paging-Kanäle
(PCH, d. h. Paging Channels), Zugangsgestattungskanäle (AGCH,
d. h. Access Grant Channels) und wahlfreie Zugangskanäle (RACH,
Random Access Channels). Der PCH ist ein Paging-Kanal, der zur Alarmierung
einer angerufenen Mobilstation verwendet wird, die eine Mobilstations-Identitätsnummer
(IMSI) verwendet. Der AGCH wird für die Zuweisung eines Signalisierungskanals
verwendet.
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Der RACH wird von den Mobilstationen
verwendet, um eine Anrufeinleitung anzufordern, oder wenn angerufen,
mit einer Kanalanforderung zu antworten. Herkömmlicherweise senden die Basisstationen
Mitteilungen an die Mobilstationen über einen oder mehr zugewiesene
Abwärtsstrecken-Steuerungskanäle mit voller
Leistung, wenn es in der Zelle keinen Verkehr gibt, um es den Mobilstationen
zu ermöglichen
für eine
Kommunikation innerhalb einer Zelle zu synchronisieren.
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Vorzugsweise haben die Kommunikationszellen
ein Muster gemäß einem
Zellenmuster, das es einigen zueinander beabstandeten Zellen gestattet,
die gleichen Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstrecken-HF-Kanäle zu verwenden.
Auf diese Art und Weise verringert das Zellenmuster des Systems
die Zahl der HF-Kanäle, die
erforderlich sind, um das Dienstgebiet abzudecken. Die HF-Kanäle sind
auf eine Art und Weise geplant, welche eine Störung verringert, um die Systemleistungsfähigkeit
hinsichtlich des Anrufaufbaus und der Übergabe zu verbessern. Eine
spärliche
Wiederverwendung ist erforderlich für die BOCH-Frequenzen, welche heutzutage
oft in einem 12-Wiederverwendungsmuster geplant sind. Es ist jedoch
wünschenswert
die HF-Kanäle
in einem engeren Wiederverwendungsmuster zu planen, was von besonderer
Bedeutung ist, wenn man innerhalb eines begrenzten Spektrums von
zum Beispiel 5–6
MHz kommuniziert. Da die Steuerungskanal-Ressourcen ein großer Teil
des gesamten verfügbaren
Spektrums sind, erhöht
eine engere Steuerungskanal-Wiederholung die Verkehrskapazität, indem
mehr HF-Kanäle
als TCHs zugewiesen werden können.
Eine engere Kanalwiederverwendung führt jedoch zu einer Verschlechterung
der Leistungsfähigkeit
der Steuerungskanäle.
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In einem System des Standards IS-54
besteht jeder TDMA-Rahmen aus sechs aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen
und hat eine Dauer von 40 Millisekunden (msec). Somit kann jeder
Funkkanal zwischen drei und sechs DTCs tragen (z. B. drei bis sechs
Telefongespräche),
abhängig
von den Quellenraten der Sprach- Codecs,
die verwendet werden, um die Gespräche digital zu kodieren. Solche
Sprach-Codecs können
entweder mit voller Rate oder halber Rate arbeiten. Ein DTC mit
voller Rate erfordert doppelt so viele Zeitschlitze in einer gegebenen
Zeitperiode wie ein DTC mit halber Rate, und im Standard IS-54 verwendet jeder
DTC mit voller Rate zwei Schlitze jedes TDMA-Rahmens, d. h. den
ersten und vierten, zweiten und fünften, oder dritten und sechsten
der sechs Zeitschlitze eines TDMA-Rahmens. Jeder DTC mit halber
Rate verwendet einen Zeitschlitz jedes TDMA-Rahmens. Während jedes
TDC-Zeitschlitzes
werden 324 Bits übertragen,
von welchen der Hauptteil, 260 Bits, auf den Sprachausgang bzw.
die Sprachausgabe des Codecs zurückzuführen ist,
einschließlich
Bits aufgrund einer Fehlerkorrekturkodierung des Sprachausgangs.
Die verbleibenden Bits werden verwendet für Schutzzeiten (Guard Times)
und Overhead-Signalisierung für
Zwecke wie Synchronisation.
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Man erkennt, dass ein TDMA-Zellularsystem
in einem Puffer- und
Burst-Modus bzw. Modus mit diskontinuierlicher Übertragung arbeiten: Jede Mobilstation
sendet (und empfängt)
nur während
der ihr zugewiesenen Zeitschlitze. Bei voller Rate könnte eine
Mobilstation zum Beispiel während
Schlitz 1 senden, während Schlitz 2 empfangen,
während
Schlitz 3 ruhen, während
Schlitz 4 senden, während
Schlitz 5 empfangen und während Schlitz 6 ruhen,
und dann den Zyklus während
aufeinanderfolgender TDMA-Rahmen wiederholen. Daher kann die Mobilstation,
welche batteriebetrieben sein kann, während Zeitschlitzen, zu welchen
sie weder sendet noch empfängt,
ausgeschaltet werden oder schlafen, um Energie zu sparen.
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Zusätzlich zu Sprach- oder Verkehrs-Kanälen stellen
zellulare Funkkommunikationssysteme auch Paging/Zugangs- oder Steuerungskanäle bereit,
um Anrufaufbau-Mitteilungen zwischen Basisstationen und Mobilstationen
zu tragen. Nach dem Standard IS-54 gibt es zum Beispiel 21 vorgesehene
analoge Steuerungskanäle
(ACCs, d. h. Analogue Control Channel), welche vorbestimmte feste
Frequenzen für
das Senden und den Empfang haben, welche sich in der Nähe von 800
MHz befinden. Da diese ACCs immer bei den gleichen Frequenzen zu
finden sind, können
sie von den Mobilstationen leicht gefunden und überwacht werden.
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Wenn eine Mobilstation zum Beispiel
in einem ruhenden Zustand ist (d. h. eingeschaltet aber nicht dabei
einen Anruf zu tätigen
oder zu empfangen), stimmt sie auf den stärksten Steuerungskanal ab,
und überwacht
ihn dann regelmäßig (im
allgemeinen der Steuerungskanal der Zelle, in welcher sich die Mobilstation
in jenem Augenblick befindet), und kann durch die entsprechende
Basisstation einen Anruf empfangen oder einleiten. Wenn sich die
Mobilstation im ruhenden Zustand zwischen Zellen bewegt, wird sie
schließlich
die Funkverbindung auf dem Steuerungskanal der "alten" Zelle "verlieren", und auf den Steuerungskanal der "neuen" Zelle abstimmen.
Die anfängliche
Abstimmung und nachfolgende Neu-Abstimmung
auf Steuerungskanäle
geschehen beide automatisch, durch Abtasten aller verfügbaren Steuerungskanäle an ihren
bekannten Frequenzen, um den "besten" Steuerungskanal
zu finden. Wenn ein Steuerungskanal mit guter Empfangsqualität gefunden
ist, bleibt die Mobilstation auf diesen Kanal abgestimmt, bis sich
die Qualität
erneut verschlechtert. Auf diese Weise bleiben die Mobilstationen "in Verbindung" mit dem System.
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Während
sie sich im ruhenden Zustand befindet, muss eine Mobilstation nach
Paging-Mitteilungen, die an sie gerichtet sind, überwachen. Zum Beispiel wenn
ein gewöhnlicher
Telefonteilnehmer (Festleitung) einen Mobilteilnehmer anruft, wird
der Anruf aus dem öffentlichen
Vermittlungsnetz (PSTN, d. h. Public Switched Telephone Network)
an ein Mobilvermittlungszentrum (MSC, d. h. Mobile Switching Center)
gerichtet, welches die gewählte
Nummer analysiert. Wenn die gewählte
Nummer bestätigt
wird, fordert das MSC einige oder alle einer Anzahl von Funkbasisstationen
auf, die angerufene Mobilstation zu rufen bzw. zu pagen, indem über ihren
jeweiligen Steuerungskanal Paging-Mitteilungen gesendet werden,
welche die Mobilidentifikationsnummer (MIN) der gerufenen Mobilstation
enthalten. Jede ruhende Mobilstation, welche eine Paging-Mitteilung
empfängt,
vergleicht die empfangene MIN mit ihrer eigenen gespeichert MIN.
Die Mobilstation mit der passenden gespeicherten MIN schickt ein
Page-Antwort über
den besonderen Steuerungskanal an die Basisstation, welche die Page-Antwort
an das MSC weiterleitet.
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Nach dem Empfang der Page-Antwort
wählt das
MSC einen AVC oder einen DTC, welche der Basisstation, welche die
Page-Antwort empfing,
zur Verfügung
stehen, schaltet einen entsprechenden Funksenderempfänger in
jener Basisstation ein, und bewirkt, dass die Basisstation über den
Steuerungskanal eine Mitteilung an die gerufene Mobilstation schickt,
welche die gerufene Mobilstation anweist, auf den ausgewählten Sprach-
oder Verkehrskanal abzustimmen. Eine Durchverbindung für den Anruf
wird errichtet, sobald die Mobilstation auf den ausgewählten AVC
oder DTC abgestimmt hat.
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Die Leistungsfähigkeit des Systems mit ACCs,
welches durch IS-54 spezifiziert ist, wurde verbessert in einem
System, das digitale Steuerungskanäle (DCCHs, d. h. Digital Control
Channel) hat, welches in TIA/EIA/IS-136 (IS-136) spezifiziert ist.
Unter Verwendung solcher DCCHs kann jeder IS-54-Funkkanal nur DTCs, nur DCCHs oder eine
Mischung aus DTCs und DCCHs tragen. Innerhalb des Rahmens von IS-136 kann
jede Funkträgerfrequenz
bis zu drei DTCs/DCCHs mit voller Rate haben, oder sechs DTCs/DCCHs
mit halber Rate, oder jede dazwischen befindliche Kombination, zum
Beispiel einen DTC/DOCH mit voller Rate und vier mit halber Rate.
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Im allgemeinen muss jedoch die Übertragungsrate
des DCCH nicht mit der in IS-54 spezifizierten halben Rate und vollen
Rate übereinstimmen,
und die Länge
der DCCH-Schlitze ist möglicherweise
nicht gleichmäßig und
stimmt möglicherweise
nicht überein
mit der Länge
des DTC-Schlitzes. Der DCCH kann auf einem IS-54-Funkkanal definiert
sein, und kann zum Beispiel aus jedem n-ten Schlitz im Strom aus
aufeinanderfolgenden TDMA-Schlitzen bestehen. In diesem Fall kann
die Länge
jedes TCCH-Schlitzes gleich 6,67 msec sein, was die Länge eines
DTC-Schlitzes nach dem Standard IS-54 ist, oder nicht Alternativ
(und ohne Beschränkung
hinsichtlich anderer möglicher
Alternativen) können
diese DCCH-Schlitze auf andere dem Fachmann bekannte Weisen definiert
sein.
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1(a) zeigt
ein allgemeines Beispiel eines Vorwärts- oder Abwärtsstrecken-) DCCH, der als
Folge von Zeitschlitzen 1, 2, ..., N, ..., die
in den aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen 1, 2,
... enthalten sind und auf einer Trägerfrequenz gesendet werden,
konfiguriert ist, in Verbindung mit dem Standard IS-136. Diese DCCH-Schlitze
können
auf einem Funkkanal definiert sein, wie demjenigen der durch IS-136
spezifiziert ist, und können
wie zum Beispiel in 1(a) gesehen,
aus jedem n-ten Schlitz in einer Serie von aufeinanderfolgenden
Schlitzen bestehen. Jeder DCCH-Schlitz hat eine Dauer, welche 6,67
msec betragen kann, oder nicht, was die Länge eines DTC-Schlitzes nach
dem Standard IS-136 ist.
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Wie in 1(a) gezeigt,
können
die DCCH-Schlitze in Überrahmen
(SF, d. h. Super Frame) organisiert sein, und jeder Überrahmen
enthält
eine Anzahl von logischen Kanälen,
welche unterschiedliche Arten von Information tragen. Eine oder
mehr DCCH-Schlitze kann jedem logischen Kanal im Überrahmen
zugewiesen sein. Der beispielhafte Abwärtsstrecken-Überrahmen
in 1(a) enthält drei
logische Kanäle:
einen Aussendesteuerungskanal (BCCH), der sechs aufeinanderfolgende
Schlitze für
Overhead-Mitteilungen enthält;
einen Paging-Kanal
(PCH), der einen Schlitz für
Paging-Mitteilungen enthält;
und einen Zugangsantwortkanal (ARCH, d. h. Access Response Channel),
der einen Schlitz für
Kanalzuweisungen und andere Mitteilungen enthält. Die verbleibenden Zeitschlitze
im beispielhaften Überrahmen
der 1(a) können anderen
logischen Kanälen
zugeordnet sein, wie zusätzlichen
Paging-Kanälen PCH
oder anderen Kanälen.
Da die Zahl der Mobilstationen gewöhnlich viel größer als
die Zahl der Schlitze im Überrahmen
ist, wird jeder Paging-Schlitz für das
Rufen bzw. Paging von mehreren Mobilstationen verwendet, welche
irgendeine eindeutige Charakteristik gemeinsam haben, z. B. die
letzte Ziffer der MIN.
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1(b) veranschaulicht
ein bevorzugtes Informationsformat für die Schlitze eines Vorwärts-DOCH. Die
in jedem Schlitz übertragene
Information umfasst eine Vielzahl von Feldern, und 1(b) gibt die Zahl von Bits in jedem
Feld oberhalb jenes Feldes an. Die in dem SYNC-Feld gesendeten Bits
werden auf herkömmliche Weise
verwendet, um einen genauen Empfang der CSFP- und DATA-Feldern sicherzustellen.
Das SYNC-Feld trägt
ein vorbestimmtes Bitmuster, das von den Basisstationen verwendet
wird, um den Beginn des Schlitzes zu finden. Das SCF-Feld wird verwendet,
um einen wahlfreien Zugangskanal (RACH) zu steuern, der von der Mobilstation
verwendet wird um Zugang zum System zu verlangen. Die CSFP-Information übermittelt
einen kodierten Überrahmen-Phasenwert,
welcher es dem Mobilstationen gestattet, den Beginn jedes Überrahmens zu
finden. Dies ist nur ein Beispiel für das Informationsformat in
den Schlitzen des Vorwärts-DOCH. 1(c) veranschaulicht die
12-Bitzuweisung für
das CSFP-Feld, welches Bits d7–d0 und Prüfbits
b3–b0 enthält.
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Für
den Zweck eines effizienten Schlafmodusbetriebs und einer schnellen
Zellenwahl, kann der BCCH in eine Anzahl von Unterkanälen aufgeteilt
sein. Eine BCCH-Struktur ist bekannt, welche es der Mobilstation gestattet,
eine Minimalmenge an Information zu lesen, wenn sie eingeschaltet
wird (wenn sie sich auf einen DOCH einstellt), bevor sie in der
Lage ist Zugang zum System zu erhalten (einen Anruf zu tätigen oder
zu empfangen). Nach dem Einschalten muss eine ruhende Mobilstation
lediglich ihren zugewiesenen PCH-Schlitz regelmäßig überwachen (gewöhnlich einer
in jedem Überrahmen);
das Mobilgerät
kann während
anderer Schlitze schlafen. Das Verhältnis der Zeit, die die Mobilstation
damit zubringt Paging-Mitteilungem zu lesen, und der Zeit, die schlafend
verbracht wird, kann gesteuert werden und stellt einen Kompromiss
zwischen der Anrufaufbau-Verzögerung
und dem Energieverbrauch dar.
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2 stellt
ein Blockdiagramm eines beispielhaften zellularen Mobilfunktelefonsystems
dar, mit einer beispielhaften Basisstation 210 und einer
Mobilstation 220. Die Basisstation enthält eine Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 230,
welche mit dem MSC 240 verbunden ist, welches seinerseits
mit dem PSTN (nicht abgebildet) verbunden ist. Allgemeine Aspekte
solcher zellularen Funktelefonsysteme sind im Stand der Technik bekannt,
wie in dem US-Patent Nr. 5,175,867 von Wejke et al beschrieben,
welches den Titel "Neighbor-assisted
Handoff in a Cellular Communication System" hat.
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Die Basisstation 210 wickelt
eine Vielzahl von Sprach-Kanälen über einen
Sprachkanal-Senderempfänger 250 ab,
welcher durch die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 230 gesteuert
wird. Auch enthält
jede Basisstation einen Steuerungskanal-Senderempfänger 260, welcher
in der Lage sein kann, mehr als einen Steuerungskanal abzuwickeln.
Der Steuerungskanal-Senderempfänger 260 wird
durch die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 230 gesteuert.
Der Steuerungskanal-Senderempfänger 260 sendet
Steuerungsinformation über
den Steuerungskanal der Basisstation oder Zelle an Mobilstationen
aus, die auf jenen Steuerungskanal eingestellt sind. Man sollte
verstehen, dass die Senderempfänger 250 und 260 als
eine einzige Vorrichtung implementiert sein können, wie der Sprach- und Steuerungs-Senderempfänger 270 für die Verwendung mit
DCCHs und DTCs, welche sich die gleiche Funkträgerfrequenz teilen.
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Die Mobilstation 220 empfängt die
Information, welche auf einem Steuerungskanal ausgesendet wurde,
an ihrem Sprach- und Steuerungskanal-Senderempfänger 270. Dann bewertet
die Verarbeitungseinheit 280 die empfangene Steuerungskanalinformation,
welche die Charakteristiken der Zellen enthält, die Kandidaten dafür sind,
dass sich die Mobilstation auf sie einstellt, und bestimmt auf welche
Zelle die Mobilstation einstellen soll. Vorzugsweise enthält die empfangene
Steuerungskanalinformation nicht nur absolute Information, welche
die Zelle betrifft mit der sie in Beziehung steht, sondern auch
relative Information betreffend andere Zellen, die in der Nähe der Zelle
sind, mit welcher der Steuerungskanal in Beziehung steht, wie im
US-Patent Nr. 5,353,332 von Raith et al mit dem Titel "Method and Apparatus
for Communication Control in a Radiotelephone System" beschrieben.
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Die durch die Standards IS-54 und
IS-136 spezifizierten Systeme gehören zur leitungsvermittelten Technologie,
was eine Art von "Verbindungs-orientierter" Kommunikation ist,
die eine physische Anrufverbindung errichtet und jene Verbindung
solange aufrechterhält,
wie die kommunizierenden Endsysteme auszutauschende Daten haben.
Während
die Leitungsvermittlungstechnologie oben beschrieben wurde, kann
man sich auch Paketvermittlungstechnologie vorstellen, welche einen
Zeitaufteilungs-Multiplex verwendet.
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Bei der Signalstärkemesstechnik, welche in Systemen
des Standards IS-136 und GSM verwendet wird, wird der Steuerungskanal
verwendet, um die Signalstärkemessung
während
eines Schlafmodus durchzuführen,
bei welchem die Mobilstation für
einen Zeitschlitz (ihr Paging-Schlitz) wach ist, und für die verbleibenden
Zeitschlitze des Überrahmens
schläft.
Ein Homodyn-Empfänger
wird gewöhnlich
verwendet, um Signale innerhalb von Mobilstationen zu empfangen
und Signalstärkemessungen
während
des Ruhezeitschlitzes durchzuführen.
Ein Superheterodyn-Empfänger,
was eine allgemeinere Variation eines Homodyn-Empfängers ist,
empfängt
Signale in einem ersten Frequenzband und wandelt sie in ein zweites
bzw. Zwischenfrequenzband durch Mischen des empfangenen Signals
mit einem lokal erzeugten Oszillationssignal. Indem das lokale Oszillationssignal
gewählt
wird, eine konstante Frequenzverschiebung bezüglich eines ausgewählten Signals im
ersten Frequenzband zu haben, erscheint das ausgewählte Signal
immer bei der gleichen Frequenz im Zwischenfrequenzband. Auf diese
Weise kann das Einstellen auf das gewählte Signal durch ein fest
abgestimmtes Zwischenfrequenzfilter erleichtert werden.
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In einem Homodyn-Empfänger ist
das gewählte
Zwischenfrequenzband Gleichstrom bzw. die Frequenz Null. Der lokale
Oszillator hat daher eine Nullfrequenztrennung von dem gewählten Signal.
Jede Modulation auf dem gewählten
Signal, welche spektrale Komponenten sowohl oberhalb als auch unterhalb
der nominellen Signalfrequenz verursacht, wird am Mischeinrichtungsausgang
gefaltet, da eine Komponente unterhalb oder oberhalb der Signalfrequenz
bei der Zwischenfrequenz oberhalb des Nominalwerts von Null erscheinen
wird. Um die Auflösung
solcher gefalteten Komponenten zu gestatten, sind in einem Homodyn-Empfänger zwei
Mischeinrichtungen vorgesehen, welche lokale Oszillatorsignale verwenden,
die um 90° phasenverschoben
sind. Die Komponenten oberhalb und unterhalb der nominellen Signalfrequenz
erscheinen dann als I an einer Mischeinrichtung und Qj an der anderen
Mischeinrichtung.
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Aufgrund der Tatsache, dass ein Homodyn-Empfänger das
empfangene Signal sowohl in einen I- als auch einen Q-Kanal aufteilt,
ist es erforderlich eine größere Zahl
von Schaltungen (zum Beispiel Verstärker und Analog/Digitalwandler)
zu aktivieren um die Signalstärke
zu empfangen und zu berechnen. Als solches kann die Verwendung von
Homodyn-Empfängern
in Mobilstationen dazu führen,
dass mehr Strom verbraucht wird, wodurch die Batteriearbeitsdauer
der Mobilstation verringert wird. Die Verringerung der Überwachungszeit
des Empfängers,
die benutzt wird um Daten zu empfangen, die für die Berechnung der Signalstärke verwendet werden,
ist keine vernünftige
Antwort, da die Signalstärkeberechnungen
umso unsicherer werden, je geringer die erlaubte Überwachungszeit
ist. Dementsprechend besteht ein Bedarf den Stromverbrauch auch
zu verringern, wenn Homodyn-Empfänger
bei der Durchführung
von Signalstärkemessungen
in einem Mobilkommunikationssystem verwendet werden, während die Überwachungszeit
des Empfängers
nicht verringert wird.
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Zusammenfassung
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Um die Probleme zu lösen, die
bei herkömmlichen
Signalstärkemessungen
unter Verwendung von Homodyn-Empfängern auftreten, ist die vorliegende
Erfindung in der Lage den Ruhezeit-Energieverbrauch eines Homodyn-Empfängers wirtschaftlich
zu verringern, indem ein Teil des Homodyn-Empfängers "heruntergefahren" bzw. "in der Leistung herabgesetzt
werden" ("powered down") werden, während die Überwachungszeit des
Empfängers
nicht verringert wird. Mit bestimmten Signalmodulationen ist die
in jedem Kanal des Homodyn-Empfängers
empfangene Leistung äquivalent,
und als Ergebnis wird die Berechnung der geschätzten Empfangssignalstärkemessung
vereinfacht, was zu einer Verringerung des Energieverbrauchs führt, was
insbesondere in der Mobilkommunikations-Industrie sehr nützlich sein
kann.
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Eine Bespielsausführung der vorliegenden Erfindung
umfasst einen Homodyn-Empfänger,
der bei der Durchführung
einer Signalstärkemessung
verwendet wird, welcher ferner umfasst: eine Antenne zum Empfangen
eines eingehenden Signals; einen Abwärtswandler, der mit dem Verstärker verbunden
ist, um ein empfangenes Signal in komplexe Basisbandsignale I und
Q auf zwei Kanälen
zu wandeln; und einen Signalprozessor, der mit dem Abwärtswandler
verbunden ist, um Elemente des I-Kanals oder des Q-Kanals herunterzufahren, und
die verbleibenden zu verarbeiten, um eine geschätzte Signalstärkemessung
zu erzeugen.
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In einer anderen Beispielsausführung der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Durchführung von
Signalstärkemessungen
in einem Homodyn-Empfänger
veranschaulicht, welches die Schritte umfasst: Empfangen eines eingehenden
Signals; Wandeln des empfangenen Signals in komplexe Basisbandsignale
I und Q auf zwei verschiedenen Kanälen; und Herunterfahren von
Elementen entweder des I-Kanals
oder des Q-Kanals und Verarbeiten der verbleibenden, um eine geschätzte Signalstärkemessung
zu erzeugen.
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In einer weiteren Beispielsausführung der
vorliegenden Erfindung wird ein Empfänger zum Empfangen von übertragenen
Signalen beschrieben, welcher umfasst: eine Antenne zum Empfangen
von übertrageneren
Signalen; einen Abwärtswandler
der mit dem Verstärker
verbunden ist, um ein empfangenes Signal in komplexe Basisbandsignale
I und Q auf zwei getrennten Kanälen
zu wandeln; und einen Signalprozessor, der mit dem Abwärtswandler
verbunden ist, um Elemente entweder des I-Kanals oder des Q-Kanals
herunterzufahren und die verbleibenden zu verarbeiten, um eine geschätzte Signalstärkemessung
zu erzeugen.
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Figuren
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Diese und andere Merkmale, Aufgaben
und Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung einhergehen, werden
besser verständlich
nach Lektüre
der folgenden ausführlichen
Beschreibung, zusammengenommen mit den Zeichnungen, in welchen gleiche
Bezugsziffern sich auf gleiche Elemente beziehen, und in welchen:
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1(a) einen
Vorwärts-DCCH
veranschaulicht, der als Folge von Zeitschlitzen konfiguriert ist,
die in den auf einer Trägerfrequenz
gesendeten aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen enthalten sind;
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1(b) ein
Beispiel eines DCCH-Feldschlitzformats nach IS-136 veranschaulicht;
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1(c) ein
Beispiel einer CSFP-Bitzuweisung veranschaulicht;
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2 ein
Blockdiagramm eines zellularen Mobilfunktelefonsystems gemäß einer
Beispielsausführung der
vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein
schematisches Diagramm eines herkömmlichen Homodyn-Empfängers ist,
welcher in zellularen Kommunikationssystemen verwendet werden kann;
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4 ein
schematisches Diagramm eines beispielhaften Homodyn-Empfängers ist,
der gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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Ausführliche
Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung wird nun
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in
welchen verschiedene Beispielsausführungen der Erfindung gezeigt
sind. Die Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen
ausgeführt
sein, und sollte nicht als auf die spezifischen gezeigten Ausführungen
begrenzt angesehen werden. Zum Beispiel, während die vorliegende Erfindung
in einer TDMA-Umgebung
beschrieben ist, könnte
sie auch auf eine CDMA-Umgebung
(Kodeaufteilungs-Mehrfachzugriff, Code Division Multiple Access)
angewendet werden.
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3 zeigt
einen herkömmlichen
Homodyn-Empfänger 300,
welcher innerhalb des oben bezüglich der 2 beschriebenen Mobilkommunikationssystems
verwendet werden kann. Wie abgebildet, umfasst der Empfänger 300 eine
Antenne 305, ein erstes Filter 310, einen ersten
(rauscharmen) Verstärker
(LNA, d. h. Low Noise Amplifier) 320, eine erste Mischeinrichtung 330,
ein zweites Filter 340, einen ersten D/A-Wandler 350, einen
Phasenschieber 375, einen lokalen Oszillator 385,
eine zweite Mischeinheit 360, ein drittes Filter 370 und
einen zweiten D/A-Wandler 380.
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In 3 ist
ein Ausgang der Antenne 305 mit einem Eingang des ersten
Filters 310 verbunden, und ein Ausgang des ersten Filters 310 ist
mit einem Eingang des ersten Verstärkers 320 verbunden.
Ein Ausgang des ersten Verstärkers 320 ist
mit einem ersten Eingang der ersten Mischeinrichtung 330 verbunden,
und mit einem Eingang der zweiten Mischeinrichtung 360.
Zusätzlich
ist ein Ausgang der ersten Mischeinrichtung 30 mit einem
Eingang des zweiten Filters 340 verbunden, und ein Ausgang
des zweiten Filters 340 ist mit einem Eingang des D/A-Wandlers 350 verbunden.
Ein Ausgang des D/A-Wandlers 350 dient als erster Ausgang
I des Empfängers 300.
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Zusätzlich ist ein Ausgang der
zweiten Mischeinrichtung 360 mit einem Eingang des dritten
Filters 370 verbunden, und ein Ausgang des dritten Filters 370 ist
mit einem Eingang eines zweiten D/A-Wandlers 380 verbunden.
Ein Ausgang des D/A-Wandlers 380 dient
als zweiter Ausgang Q des Empfängers 300.
Ein Ausgang des lokalen Oszillators 385 ist mit einem Eingang
des Phasenschiebers 375 verbunden. Ein Null-Grad-Ausgang
des Phasenschiebers 375 ist mit einem Eingang der ersten
Mischeinrichtung 330 verbunden, und ein π/2-Ausgang
des Phasenschiebers 375 ist mit einem Eingang der zweiten
Mischeinrichtung 360 verbunden. Im Betrieb wird das HF-Signal
direkt auf das Basisband oder Gleichspannung herabgewandelt. Die zwei
Ausgänge
aus dem Homodyn-Empfänger 300 werden
dann zur weiteren Verarbeitung an einen Signalprozessor 390 gegeben.
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Bei der Durchführung von Signalstärkemessungen
führt der
Signalstärkeprozessor
390 die
folgende Berechnung durch, um die mittlere empfangene Signalstärke über die
Zeitperiode des Zeitschlitzes zu bestimmen:
wobei
N die Zahl von Abtastungen bzw. Abtastwerten ist, und I(n) und Q(n)
die gemessenen RSSI-Pegel darstellen. Die Verwendung dieser Formulierung,
um die mittlere Signalstärke
für das
erfasste Signal im Homodyn-Empfänger
zu berechnen, erfordert sowohl die I- als auch die Q-Ausgänge aus
dem Empfänger.
Dieser Algorithmus bestimmt das RSSI wie folgt: ein Rahmen von Daten
wird auf dem momentanen Kanal empfangen und ein RSSI-Abtastwert
wird genommen. Das Ergebnis dieser Abtastung wird dann in einem
im Signalprozessor
390 befindlichen Puffer gespeichert.
Der Wert wird addiert und über
ungefähr
25 vom Empfänger
empfangenen Datenrahmen Bemittelt. Diese Bestimmung erfordert jedoch
dass alle Leistungsverstärker
320,
340,
370 und
beide D/A-Wandler
350,
380 des Empfängers "heraufgefahren" bzw. "mit der Leistung
oben" ("powered up") sind, wodurch die
Betriebsdauer einer den Empfänger
mit Energie versorgenden Batterie verringert wird.
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Wie in Gleichung (1) veranschaulicht,
müssen
zur Berechnung der mittleren empfangenen Signalstärke während einer
Abtastzeitperiode beide Kanäle
heraufgefahren sein. Wenn jedoch die an beiden Kanälen empfangene
Leistung dazu gebracht werden kann, gleich zu sein, dann kann die
Berechnung für
Signalstärke Messungen
wie folgt vereinfacht werden:
wobei N die Zahl der Abtastungen
ist, und I(n) und Q(n) gemessene RSSI-Pegel darstellen.
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Als Ergebnis kann ein Homodyn-Empfänger konstruiert
werden, welcher die oben beschriebene vorteilhafte Berechnung verwendet.
Dem wird gemäß beispielhafter
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung Rechnung getragen, indem wie in 4 veranschaulicht, ein Homodyn-Empfänger 500 vorgesehen
wird, welcher die gleichen Grundkomponenten enthält, wie der bezüglich 3 beschriebene Homodyn-Empfänger. Gemäß einer
Beispielsausführung
der vorliegenden Erfindung wird jedoch ein Ausgang 410 aus
dem Signalprozessor 390 zum Leistungsverstärker 370 und
A/D-Wandler 380 gezeigt. Der Signalprozessor 390 im
Empfänger 300 fährt den
Verstärker 370 und
D/A-Wandler 380 herunter, wenn Signalstärkemessungen während einer
Zeitperiode erfasst werden sollen. während in 4 gezeigt ist, dass das Signal zum Herunterfahren
mit dem I-Kanal verbunden ist, versteht der Fachmann, dass Empfänger, dass
nach der Erfindung, den I-Kanal oder den Q-Kanal heruntergefahren können, solange
die in jedem Kanal empfangene Leistung die gleiche ist.
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Wenn der Empfänger 300 Signale empfängt, welche
z. B. unter Verwendung von PN-Sequenzen moduliert wurden, dann wäre die Leistung
im I-Kanal gleich der Leistung in Q-Kanal. Andere Arten von modulierten
Sequenzen, wie GMSK-modulierte Sequenzen, können ebenfalls im Homodyn-Empfänger 300 in Übereinstimmung
mit einer Beispielsausführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn das empfangene
Signal so moduliert ist, dass die in den I- und Q-Kanälen empfangene
Leistung die gleiche ist, dann kann ein Kanal während der Signalstärkemessungen
heruntergefahren werden. Dementsprechend wird die Batteriebelastung
durch den Empfänger
verringert, während
die gleiche Überwachungszeit
aufrecht erhalten wird.
