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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verbesserung des Nutzsignals
in einer Funkempfangseinheit.
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Es
ist bekannt, daß mittels
einer Signalstärkendetektionseinheit
detektiert wird, wie hoch das Verhältnis des Eingangssignals zu
dem danach gewonnenen Nutzsignal ist. Nachteilig ist hierbei, daß durch
Störanteile,
die mitverstärkt
werden, sowohl das Ausgangssignal der Signalstärkendetektionseinheit verfälscht wird,
als auch die Qualität
des Nutzsignals beeinträchtigt
werden kann.
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In
der
US 5,175,883 ist
eine Funkempfangseinheit bechrieben, die einen Abschwächer verwendet
vor einem Tuner und einen mit dem Ausgang des Tuners verbundenen
Verstärker,
welche beide in Bezug auf ein erstes Signal vor dem Kanalfilter
und ein zweites Signal nach dem Kanalfilter reguliert werden, um
den Eingangsempfang vor dem Mischer in Abhängigkeit von dem Eingangs-
und Ausgangssignal des Kanalfilters zu optimieren.
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Die
EP-A-0366485 offenbart
eine Funkempfangseinheit, die einen ersten regelbaren Verstärker vor
einem Mischer und einen mit dem Ausgang des ersten regelbaren Verstärkers verbundenen
ersten Signalstärkendetektor
beinhaltet, sowie einen zweiten regelbaren Verstärker, der hinter einem Kanalfilter
und einem zweiten mit einem Ausgang des zweiten regelbaren Verstärkers verbundenen
Detektor angeordnet ist, um Intermodulationsverzerrungen zu verringern.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung
des Nutzsignals in einer Funkempfangseinheit zu schaffen. Diese
Aufgabe wird durch die in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmale der
Erfindung gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
erfingungsgemäße Verfahren
zur Verbesserung des Nutzsignals in einer Funkempfangseinheit mit
einem Kanalfilter, mit einem Schalter, mit einer Steuereinheit,
mit einer Signalstärkendetektionseinheit
und mit regelbaren Verstärkern
zeichnet sich dadurch aus, daß die
Steuereinheit den Schalter derart ansteuert, daß der Schalter ein erstes Signal vor
dem Kanalfilter und ein zweites Signal nach dem Kanalfilter abwechselnd
der Signalstärkendetektionseinheit
zuführt
und daß das
Ausgangssignal der Signalstärkendetektionseinheit,
auch Detektorsignal genannt, der Steuereinheit zugeführt wird
und daß in Abhängigkeit
von den beiden Werten des Ausgangssignals die Verstärker angesteuert
werden, wie in Anspruch 1 angegeben.
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Die
Ausgangsspannung steht im direkten Verhältnis zum Nutzsignal, welches
verbessert werden soll. Wird das Ausgangssignal verbessert, verbessert
sich auch das Nutzsignal. Verschlechtert sich die Ausgangsspannung,
verschlechtert sich das Nutzsignal.
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Durch
die Zuführung
des jeweils ersten und des zweiten Signals zu der Signalstärkendetektionseinheit
und dem Vergleich, der mit Hilfe der Steuereinheit vorgenommen wird,
werden die Verstärker derart
angesteuert, daß durch
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ein verbessertes Nutzsignal gewonnen wird.
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Das
Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß das erste Signal einen Nutzsignalanteil
und Störsignalanteile
enthält
und daß durch
den Kanalfilter die Störsignalanteile
ausgefiltert werden.
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Durch
die Eliminierung der Störsignale
durch den Kanalfilter können
die Signalstärken
mit oder ohne Störsignal
ausgewertet werden.
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Auch
zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß durch einen ersten Verstärker das
erste Signal, vor dem Kanalfilter, verstärkt wird und durch einen zweiten Verstärker das
zweite Signal, nach dem Kanalfilter, verstärkt wird.
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Durch
Verstärkung
der jeweiligen Signale durch die Verstärker ist es möglich, eine
Optimierung durchzuführen
in Abhängigkeit
davon, wie die beiden Detektorsignale ausfallen. Die Optimierung
wird hierbei vollautomatisch durch die Steuereinheit vorgenommen.
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Das
Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinstellung
so optimiert wird, daß das
Nutzsignal N im Verhältnis
N/(S + R) zu Störsignalen
S und Rauschen R möglichst
groß ist.
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Normalerweise
wird mit großer
Verstärkung im
ersten Verstärker
gearbeitet um das Empfängerrauschen
klein zu halten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch festgestellt
werden, daß wenn
große
Verstärkung
im ersten Verstärker anliegt
und starke Störsignale
vorhanden sind, dadurch nur ein geringes Verhältnis N/(S + R) erzielt wird.
Ein verbessertes Ausgangssignal kann dann gewonnen werden, wenn
die Verstärkung
des ersten Verstärkers
reduziert wird und die Verstärkung
des zweiten Verstärkers
erhöht
wird.
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Das
Verfahren zeichnet sich ferner dadurch aus, daß wenn durch die Steuereinheit
festgestellt wird, daß das
Nutzsignal größer als
die Störsignale sind,
maximale Verstärkung
im ersten Verstäker
und geringere Verstärkung
im zweiten Verstärker
eingestellt wird.
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Auch
zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß wenn bei minimaler Verstärkung des
ersten Verstärkers
und Vorhandensein starker Störer
das Verhältnis
N/(S + R) des Ausgangssignals gering ist, der Frequenzbereich geändert wird.
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Wenn
trotz geringer Verstärkung
des ersten Verstärkers
immer noch das Ausgangssignal schlecht ist, wird der Kanal gewechselt,
um so das Ausgangssignal zu verbessern durch Anheben des Nutzsignals
in Vergleich zum Störer.
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Anstelle
der Schalter, die die unterschiedlichen Signal der Signalstärkendetektionseinheit
zuführen
ist es auch möglich,
zwei Signalstärkendetektionseinheiten
zu verwenden, die kontinuierlich beide Signale der Steuereinheit
zuführen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Gleiche
Bezugszeichen weisen auf gleiche Funktionsweisen hin. In den Figuren zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild für
das erfindungsgemäße Verfahren,
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2a–c Darstellung
von Kurvenverläufen und
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3 ein
weiteres Blockschaltbild für
das erfindungsgemäße Verfahren.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild für
das erfindungsgemäße Verfahren.
Das Eingangssignal ES gelangt über
den ersten Bandfilter BF1, den Mischer M, den ersten regelbaren
Verstärker
RV1, den zweiten Bandfilter BF2 zum zweiten regelbaren Verstärker RV2,
an dessen Ausgang das Nutzsignal NS ansteht. Das Nutzsignal NS wird
dann einem Analog/Digital Wandler zugeführt. Zwischen dem ersten Bandfilter
BF1 und dem Mischer M könnte
auch ein dritter regelbarer Verstärker RV3 angeordnet sein. Da
dieser nicht unbedingt notwendig ist, wurde er hier gestrichelt
dargestellt. Der regelbare Verstärker
RV3 würde
als Regelverbesserung dienen. Die Steuereinheit SE beinhaltet einen
Speicher M. Der Speicher ist auch gestrichelt dargestellt, da dieser
sich außerhalb der
Steuereinheit SE befinden kann. Die Steuereinheit SE ist weiterhin
mit dem ersten regelbaren Verstärker
RV1, der PLL-Schaltung, die wiederum mit dem Mischer verbunden ist,
mit dem Schalter S, dem zweiten regelbaren Verstärker RV2 und mit der Signalstärkendetektionseinheit
RSSI verbunden. Falls ein dritter regelbarer Verstärker RV3
verwendet wird, ist dieser auch mit der Steuereinheit verbunden.
Der Schalter S schaltet in einer ersten Schalterstellung ein erstes
Signal S1, vor dem zweiten Bandfilter BF2, auf die Signalstärkendetektionseinheit
RSSI und in einer zweiten Schalterstellung 2 ein zweites
Signal S2, nach dem zweiten Bandfilter BF2 auf die Signalstärkendetektionseinheit
RSSI.
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Im
ersten Bandfilter BF1, dem das Eingangssignal ES zugeführt wird,
ist eine schematische Kurve dargestellt, die den Bandbereich von
902–928 MHz
andeutet. Der Bandbereich umfaßt
mehrere Empfangskanäle.
Das Nutzsignal ist in diesem Bandbereich mit N, Störsignale
mit S gekennzeichnet. Das so gefilterte Eingangssignal ES wird dann
dem Mischer M zugeführt.
Der Mischer M mischt dann das Signal mit dem Signal aus der PLL
Schaltung und gibt dieses über
den regelbaren Verstärker
VR1 an den zweiten Bandfilter BF2 weiter, der die Kanalselektion
vornimmt. Der Kanalfilter, zum selektieren des Kanals, ist hier
als Bandfilter ausgebildet. Der Schalter S schaltet zunächst, von
der Steuereinheit SE angesteuert, in die Schalterposition 1,
wo der Signalstärkendetektionseinheit
RSSI das erste Signal S1 vor dem zweiten Bandfilter BF zugeführt wird
und später
in die Signalstellung 2, wo das zweite Signal S2 nach dem
zweiten Filter BF2 der Signalstärkendetektionseinheit
RSSI zugeführt
wird. Das Ausgangssignal AS der Signalstärken-detektionseinheit RSSI wird
auch der Steuereinheit SE zugeführt.
Da das Ausgangssignal AS ein Spannungswert ist, wird im folgenden
der Begriff Ausgangsspannung verwendet. Über die Steuerleitungen ST1,
ST2 und evtl. ST3 kann die Steuereinheit einerseits die regelbaren
Verstärker
RV1–RV3
einstellen und kennt andererseits die entsprechenden Verstärkungsfaktoren.
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Die
Funktionsweise der 1 ist anhand der Kurvenverläufe der 2a–v erläutert. Die 2a bis 2d zeigen
die prinzipielle Erläuterung
der Messung der Signalstärken
auf. 2a zeigt das Spektrum des Eingangssignals ES in
Abhängigkeit zur
Eingangsfrequenz fin. Der Bandfilter BF1 begrenzt den Bandbereich
des ISM Bandes (Industrial Scientific Medical) zwischen 900 MHz
und 930 MHz. In diesem Bandbereich befindet sich ein Nutzsignal
N und ein Störsignal
S. 2b zeigt ein erstes Spektrum S1, bei dem ein Nutzsignal
N und ein Störsignal S
dargestellt ist. Das Störgsignal
S ist größer als
das Nutzsignal N. 2c zeigt ein Spektrum S2, in
dem ein Nutzsignal N und ein kleineres Störsignal S dargestellt ist.
In 2d ist dargestellt die Ausgangsspannung AS in
Abhängigkeit
von der Signalstärke des
Eingangssignals ES. Die Ausgangsspannung AS steht im direkten Verhältnis zum
Nutzsignal NS, welches verbessert werden soll. Wird das Ausgangssignal
AS verbessert, verbessert sich auch das Nutzsignal NS. Verschlechtert
sich die Ausgangsspannung AS verschlechtert sich das Nutzsignal.
Die Ausgangsspannungen für
das jeweilige Spektrum S1 aus 2b und
Spektrum S2 aus 2c sind mit AS1 bzw. AS2 gekennzeichnet.
Die Kennlinie K gibt den Kennlinienverlauf der Signalstärkedetektionseinheit RSSI
wieder. Die Ausgangsspannung AS1 für das Spektrum S1 aus der 2b wurde
gewonnen vor dem Bandfilter BF2. Die Ausgangsspannung AS2 für das Spektrum
S2 aus 2c wurde nach dem Bandfilter
BF2 gewonnen. Der Wert um den die Ausgangsspannung AS1 größer ist
als die Ausgangsspannung AS2 ist ein Maß für die Stärke der Störsignale in den Nachbarkanälen.
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Die 2e bis 2i zeigt
die Optimierung der Verstärkungseinstellung
für den
Fall, daß mehrere
starke Störsignale
und ein kleines Nutzsignal vorhanden sind. 2e zeigt,
daß zwei
Störsignale
S1 und S2 vorhanden sind, die größer sind
als das Nutzsignal N. 2f zeigt wiederum das erste
Spektrum S1 vor dem Bandfilter BF2 wobei gestrichelt dargestellt
wurden die Intermodulationsprodukte I und mit R das Grundrauschen
bezeichnet wurde. In 2g ist das zweite Spektrum S2
dargestellt, welches sich nach dem Bandfilter BF2 ergibt. Man sieht,
daß das Verhältnis N/(S
+ R + I) von Nutzsignal N zu Störsignal
S, Grundrauschen R und Intermodulationsprodukt I verschlechtert
ist.
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In 2h ist
dargestellt der Verlauf nachdem die Verstärkungseinstellung optimiert
wurde, derart, daß der
erste Verstärker
RV1 eine geringere Verstärkung
vorgenommen hat. Die Signalanteile des Störsignals S1, S2, des Nutzsignals
N und das Intermodulationsprodukt I sind verrringert worden. Vergleicht man
jedoch 2i zu 2g sieht
man, daß die Störsignalanteile
S1, S2 als auch die Intermodulatonsprodukte I sehr verringert wurden
und damit das Verhältnis
N/(S + R + I) besser ist. Die Ausgangsspannung AS1 der Signalstärkendetektionseinheit RSSI
ist erheblich größer als
die Ausgangsspannung AS2. Die optimale Verstärkereinstellung unterscheidet
sich nun in diesem Fall dadurch, daß zuerst eine geringe Verstärkung vorgenommen
wurde und anschließend
eine erhöhte
Verstärkung.
Wie in den 2f bis 2i zu
sehen ist, ist das Verhältnis
N/(S + R + I) dadurch verbessert worden.
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Die 2j bis 2p zeigen
einen weiteren Fall zur Verbesserung der Verstärkungseinstellung. 2j zeigt
ein kleines Nutzsignal N und eine sehr kleines Störsignal
S. 2k zeigt das Spektrum S1 mit normaler Verstärkung. 2l zeigt
das Spektrum S2 in dem zu sehen ist, daß nur noch ein Grundrauschen
R als Störanteil
enthalten ist. 2m zeigt, daß bei einer weiteren Verstärkung, durch
den Verstärker
RV2, das Nutzsignal N und auch das Grundrauschen R verstärkt wird.
In 2n ist gezeigt, daß die Verstärkung im ersten Verstärker RV1 erhöht wird,
so daß das
Nutzsignal N vergrößert wird, als
auch das Störsignal
S. 2o zeigt, daß der Bandfilter
BF2 das Störsignal
S eliminiert hat und das Nutzsignal N vollkommen zur Verfügung steht. 2p zeigt,
daß nun
bei einer weiteren Verstärkung,
durch den Verstärker
RV2, das Nutzsignal N und auch das Grundrauschen R verstärkt wird,
wobei das Grundrauschen nicht in dem Maße verstärkt wurde wie in 2m dargestellt,
der eine geringere Verstärkung
durch den Verstärker
RV1 voran ging. Wenn in diesem Fall ein dritter Verstärker RV3,
der gestrichelt dargestellt wurde, verwendet wird, kann durch maximale
Verstärkung
des Verstärkers
RV3 das Grundrauschen R noch weiter verringert werden. Dieses ist
möglich,
da die Ausgangsspannung AS1 ungefähr so groß ist wie die Ausgangsspannung AS2.
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2q bis 2v zeigen
einen Kanalwechsel, da benachbart starke Störsignale vorhanden sind. 2q zeigt
das Eingangssignal ES in Abhängigkeit
von der Eingangsfrequenz fin. Der Bandbereich ist mit BB angedeutet.
Das Störsignal
S1 liegt direkt neben dem Nutzsignal N. Beim ersten Spektrum S1
ist zu sehen, daß in
dem Nutzsignal N ein großer
Anteil von Intermodulationsprodukten I eingestreut wird. Im zweiten
Spektrum S2 ist das Intermodulationsprodukt I immer noch vorhanden.
Der Störer S1
befindet sich direkt neben dem Nutzsignal N. Die Ausgangsspannung
AS1 ist etwas größer als
die Ausgangsspannung AS2 und wir haben in diesem Fall einen kleinen
Verstärkungsfaktor
des Vestärkers RV1
vor dem Kanalfilter. 2t zeigt, daß ein Kanalwechsel vorgenommen
wurde, so daß sich
das Nutzsignal N von dem Störsignal
S1 entfernt hat. Die unterschiedlichen Kanäle sind mit K1 bis K3 gekennzeichnet.
Es wurde nun eine kleine Verstärkung
des Verstärkers
RV1 vorgenommen, so daß das
Nutzsignal N, das Störsignal
S1 und das Intermodulationsprodukt I nicht zu groß geworden
ist. Das Spektrum S2 in 2v zeigt,
daß das
Nutzsignal N erheblich größer ist
als das Störsignal
S1, so daß die
Ausgangsspannung AS1 erheblich größer ist als die Ausgangsspannung
AS2. Es ist hier deutlich zu sehen, daß durch den Kanalwechsel eine
Verbesserung der Ausgangsspannung gewonnen wurde.
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3 zeigt
eine Realisierung des in 1 dargestellten Verfahrens in
einem analog IC. Die für die
Erfindung relevanten Bauteile sind mit gleicher Bauteilsbezeichnung
versehen und die Funktionsweise ist identisch mit der in dem Blockschaltbild
in 1. Auffällig
ist, daß der
Signalpfad zweigeteilt ist in einen I- und Q-Kanal. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann also auch bei Kommunikationssystemen mit Quadraturmodulation
angewandt werden. Die Steuereinheit ist hier getrennt dargestellt,
zum einen in der Verstärkungskontrollogik
SE1 für
den ersten Regelverstärker
RV1 und R'V1 und
einer weiteren Kontrolleinheit SE2, die den zweiten regelbaren Verstärker RV2
und einen weiteren zweiten regelbaren Verstärker R'V2 ansteuert. Die jeweiligen Schalter
für S,
S' führen dann
die Signale der Signalstärkendetektionseinheit
RSSI zu. Die Funktionsweise dieser Schaltung entspricht der in 1 und 2 beschreibenen Funktion. Der regelbare
Verstärker
RV3 und der Mischer sind in dieser Figur nicht dargestellt und berücksichtigt
worden. Die ersten regelbaren Verstärker RV1, R'V1 beinhalten einen Verstärker und
einen ersten Bandfilter BF1. Die zweiten regelbaren Verstärker RV2,
R'V2 sind in mehrere
Verstärker unterteilt,
um einen größeren Verstärkungsvariationsbereich
zu ermöglichen.
Die ersten regelbaren Verstärker
RV1, R'V1 sind ausgelegt
um eine Verstärkung
zwischen –6
dB und +18 dB zu ermöglichen.
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Die
erste Steuereinheit SE1 wird durch die Verstärkungsfaktoren Gain1 und Gain2
beeinflußt, die
zweite Steuereinheit SE2 durch die Spannung VAGC. Ein Teil der Steuereinheit
ist in einem IC realisiert, hier nicht dargestellt. Dieser Teil
steuert die Schalterstellungen über
RSSImode an und hat somit Kenntnis über die Schalterstellung und
somit in welchem Modus sich die Signalstärkendetektionseinheit RSSI
gerade befindet, d.h. welcher Meßwert bzw. Ausgangsspanung
gerade erfaßt
wird. Dieser Teil wertet die Ausgangsspannung AS dann aus und liefert
die Steuerspannungen Gain1, Gain2, VAGC zur Verstärkungseinstellung.