FI89431C

FI89431C - Grovinstaellning av kanalfrekvensen

Info

Publication number: FI89431C
Application number: FI912347A
Authority: FI
Inventors: Antti Kaensaekoski
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1991-05-14
Publication date: 1993-09-27
Also published as: FI89431B; US5317600A; FI912347A0; JPH05227241A; FI912347A

Description

1 89431

Kanavataajuuden karkeaviritys - Grovinställning av kanal-frekvensen 5 Keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää kanavataajuuden karkeaviritystä varten, sekä kan-toaallonseuraajaa, jossa menetelmää sovelletaan.

Keksinnön menetelmä koskee erityisesti digitaalisen radiopu-10 helimen kanavataajuuden karkeaviritystä, jossa puhelimen siirtyessä kanavalta toiselle vastaanottimen alaskertojan taajuusvirhe saattaa olla suuri.

Tämä ongelma on erityisen korostunut, kun kaksineuvoinen 15 analogia/digitaali-puhelin, esim. Yhdysvalloissa käytettävä USDMR dual-mode -puhelin siirtyy analogiakanavalta digitaa-likanavalle. Tukiaseman taajuusstabiilisuusvaatimus on ana-logiatilassa (AMPS) 1,5 ppm ja puhelimen vaatimus tällöin 2,5 ppm. Vastaavasti digitaalitilassa tukiaseman vaatimus on 20 0,25 ppm ja liikkuvan aseman vaatimus +/-200 Hz. Taajuusvir he voi näin ollen olla jopa 2500 + 250 Hz, kun puhelin aloittaa toiminnan digitaalikanavalla siiryttyään sille ana-: " logiakanavaita. Tämän suuruinen taajuussiirtymä merkitsee tuntuvaa vaihevirhettä symbolia kohti, riippuen symbolino- • '25 peudesta. Kyseisessä tapauksessa olisi USDMR-järjestelmän • ·.: symbolinopeudella 24300 baud vaihevirhe yli 40 astetta sym- -··-! bolia kohti, jos järjestelmässä käytetään differentiaalises- ti koodattua, kvadratuuri-amplitudimodulaatiota (QAM). Jotta vastaanotin voisi synkronoitua tulevaan dataan, taajuusvirhe •30 on saatava pienemmäksi.

Tekniikan tasossa on taajuuden karkeaviritykseen käytetty koherenttia kantoaallon seuraajaa, jossa käytetään hyväksi : : differentiaalisesti koodatun signaalin absoluuttisia mitat- '35 tuja vaiheita ja jonka avulla pyritään korjaamaan vastaan- otetun signaalin vaihevirhettä. Tällainen menetelmä on tarkka, mutta se ei kykene seuraamaan ja korjaamaan suurta taa-juusvirhettä.

2 89431

Ongelman voittamiseksi tunnetaan myös ajatuksena epälineaarisuuden (tuleva signaali korotetaan neljänteen potenssiin) ja suodatuksen avulla saatu symbolitaajuuden kerrannainen, 5 johon voidaan lukkiutua vaihelukolla. Tällainen järjestelmä toimii periaatteessa, mutta sen toimintaa muuttuvassa kentässä (fading) ei tunneta riittävästi. Lisäksi tällainen järjestelmä on jo periaatteessa monimutkainen ja siten kallis, etenkin sellaisen massatuotteen kuin matkapuhelimen 10 kannalta.

Keksinnön tavoitteena on osoittaa menetelmä digitaalisen radiovastaanottimen kanavataajuuden karkeaviritystä varten, jolla edellä mainitut ongelmat voitetaan yksinkertaisella 15 ja kustannuksiltaan edullisella tavalla. Keksinnön toisena tavoitteena on osoittaa järjestely, kuten kantoaallon seuraaja, jonka avulla karkeaviritys voidaan toteuttaa.

Edellä mainitut tavoitteet saavutetaan oheisten patenttivaa-20 timusten tunnusmerkein.

Keksinnön menetelmää ja järjestelyä voidaan luonnehtia kantataajuisena kantoaallonseuraajana, joka vastaanottamansa signaalin perusteella määrittää vastaanottimen kanavataajuu-25 den virheen ja ohjaa virheinformaation taajuutta säätävälle taajuusgeneraattorille taajuuden korjausta varten. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja järjestelyllä voidaan suurikin taajuusvirhe nopeasti korjata lähes oikeaksi, minkä jälkeen muilla algoritmeilla on mahdollista suorittaa taajuuden 30 hienosäätö.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin suoritusesimerk-kien ja oheisen piirustuksen avulla, jossa: 35 kuviossa 1 esitetään, miten keksinnön mukainen kantoaallon-seuraaja lohkokaaviotasolla liittyy radiopuhelimen vastaanottimen muihin lohkoihin; 3 89431 kuvio 2 on kantoaallon seuraajan lohkokaavio; kuvio 3 on kuvion 2 vaihelukitun silmukan yksityiskohtaisempi lohkokaavio; 5 kuvio 4 esittää kantoaallon seuraajan vaihtoehtoisen lohko-kaavion; ja kuviossa 5 on esitetty kuvion 4 integraattorin lohkokaavio.

10

Kuviossa 1 on havainnollisuuden vuoksi yksinkertaistaen esitetty keksinnön mukaisen kantoaallonseuraajan liittyminen radiopuhelimen vastaanottimen muihin lohkoihin niiltä osin kuin se on keksinnön ymmärtämiseksi välttämätöntä. Tuleva 15 symbolivirta eli vastaanotettu digitaalinen signaali tulee kaistanpäästösuodattimen 1 kautta sekoittimelle 2, johon johdetaan myös vastaanottimen kanavataajuus. Kanavataajuus muodostetaan oskillaattorin kehittämästä taajuudesta taa-juusgeneraattorin 4 eli alaskertojan avulla. Sekoitustulos 20 johdetaan analogia/digitaali-muuntimeen 3, jonka lähdössä saadaan kantataajuinen digitaalinen signaali A eli symbolien jono. Signaali A johdetaan keksinnön mukaiselle kantataajuiselle kantoaallonseuraajalle 10.

25 Kuviossa 2 kantoaallonseuraaja 10 on lohkokaaviona esitetty tarkemmin. Vastaanotettu signaali A johdetaan ensin kanava-korjaimen 11 (Equalizer) kautta, jolla korjataan stabiilin monitie-etenemisen aiheuttamia virheitä, signaalina b kertojaan 12. Kanavakorjain ei ole välttämätön, mutta se parantaa 30 suorituskykyä ääritilanteissa. Kertojan 12 lähtösignaali d johdetaan mittaus- eli päätöslohkoon 14 suoraan ja yhden symbolin pituisen viiveen 13 kautta sekä vaihevirheen muodostavaan lohkoon 15, johon myös tuodaan päätöslohkon lähtösignaali g. Lohkon 15 lähtösignaali ferr johdetaan vaihe-35 lukittuun kaksoissilmukkaan 20 ("DPLL"), josta saadaan signaali c sekoittimelle 12, ja signaali F alaskertojaan 4 (kuviossa 1).

4 89431

Keksinnön mukaisessa menetelmässä vastaanottimen kanavataa-juuden karkeaviritys suoritetaan nyt siten, että a) vastaanottimessa mitataan kulloinkin vastaanotetun symbo-5 Iin b vaihe d; b) päätöslohkossa 14 muodostetaan mitatun vaiheen d ja viiveen 13 kautta tulevalle edelliselle symbolille b-1 mitatun vaiheen e erotus eli vaihemuutos df = d - e; 10 c) vaihemuutosta df verrataan päätöslohkossa 14 ennalta määrättyihin sallittuihin vaihemuutoksiin ja tehdään päätös symbolin (d) lähetetystä vaiheesta g; 15 d) lohkossa 15 muodostetaan päätöksen g ja mitatun vaihemuu-toksen d erotus eli vaihevirhe ferr * g - d; ja edullisesti lisäksi muodostetaan useamman vaihevirheen keskiarvo lohkossa 20; minkä jälkeen 20 e) vaihevirheen f perusteella lohkossa 20 muodostetun err ohjaussignaalin F avulla korjataan kanavataajuutta säätävää taajuusgeneraattoria 4 takaisinkytketyssä silmukassa (2 - 3-10-4, kuviossa 1). Lohkosta 20 johdetaan myös signaali c takaisinkytkentänä kertojaan 12.

25

Keksinnön menetelmässä mitataan siis vaihe-ero kahden viimeksi vastaanotetun symbolin perusteella siten, että kummastakaan symbolista sinänsä ei tehdä päätöstä, vaan päätös tehdään näiden kahden symbolin välisestä vaihe-erosta. Tästä 30 johtuu keksinnön mukaisen kantoaallonseuraajan ei-koherent-tisuus eli sillä voidaan korjata taajuusvirhe nopeasti ja karkeasti. Sen sijaan sillä ei korjata vaihevirhettä.

Jos esimerkiksi ensimmäisen tarkastellun symbolin vaihesiir-35 tymä on 90 astetta, toisen symbolin vaihesiirtymä 91 astetta (ennalta määrätty oikea arvo olisi 90 astetta) ja kolmannen symbolin vaihesiirtymä on 182 astetta (kun oikea arvo olisi 180 astetta), niin nähdään, että vaihevirhe on keskimäärin 5 S9431 1,5 astetta symbolia kohti. Tästä keskimääräisestä vaihevir-heestä F voidaan edelleen laskea taajuusvirhe F' ja suorittaa vastaava taajuusgeneraattorin taajuuden korjaus. Näin ollen symbolin vaihevirheen mittauksen järjestely toimii 5 taaj uuden karkean säädön lohkona (coarse AFC).

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan muuntaa toisen suoritusmuodon mukaisesti siten, että vaiheessa d) keskiarvon muodostamisen sijasta vaihevirhettä ferr integroidaan. Tämä 10 suoritusmuoto on esitetty esimerkin avulla lohkokaaviona kuviossa 4. Siinä vaihevirhe ferr johdetaan integraattoriin 30. Integraattori 30 voidaan toteuttaa kuvion 5 esittämällä tavalla. Tässä tapauksessa ei käytetä kertojaa 12 eikä vastaavasti signaalia c. Muilta osin kuvion 4 lohkokaavio 15 on toiminnaltaan kuten kuvion 2 lohkokaavio.

Integroinnin avulla vaihevirhe saadaan tarkemmin, ja siten myös taajuusvirheen korjaus voidaan tehdä tarkemmin. Taa-juusvirhe voidaan laskea siten, että 20 taajuusvirhe = Ts * (integroitu vaihevirhe/360), jolloin Ts on symbolinopeus baudeina.

25 Jos esimerkiksi vaihevirhe on 1 aste, ja symbolinopeus 24300 baud, niin saadaan taajuusvirhe = 24300 * (1/360) = 67,5 Hz.

Taajuusvirheen tarkempaa korjaamista varten voidaan keksinnön mukaisesti vaiheet a) - e) suorittaa riittävän pitkän 30 ajan, esim. ennalta määrätyn ajanjakson ajan, tai kunnes riittävän vähäinen vaihepoikkeama saavutetaan.

Simulointien mukaan keksinnön mukaisella algoritmilla voidaan korjata yli +/-3 kHz taajuusvirhe sekä optimaalisessa 35 että muuttuvassa (fading) kentässä. Tällainen karkea korjaus riittää asetettujen tavoitteiden toteuttamiseksi. Karkean korjauksen jälkeen voidaan soveltaa jotain sinänsä tunnettua algoritmia taajuuden hienosäätöä varten.

6 89431

Kuvioiden 2 ja 3 mukainen kantoaallonseuraaja voidaan edullisesti toteuttaa digitaalitekniikalla, kuten radiopuhelimen muutkin toiminnat. Erityisen edullisesti käytetään 5 digitaalista signaaliprosessoritekniikkaa (DSP). Tämä tekniikka soveltuu myös kuvioiden 4 ja 5 algoritmin toteuttamiseksi. Keksinnön mukaista kantoaallonseuraajaa voidaan soveltaa digitaalisissa matkapuhelimissa, edullisesti esim. Yhdysvaltain USDMR-matkapuhelinjärjestelmässä.

10

Claims

7 89431

1. Menetelmä digitaalisen radiopuhelimen vastaanottimen kanavataajuuden karkeaviritystä varten, jolloin virityksessä käytetään hyväksi kanavalla siirretyn differentiaalisesti 5 koodatun, kvadratuuri-amplitudimoduloidun (QAM) signaalin symboleihin sisältyvää vaiheinformaatiota, tunnettu siitä, että a) vastaanottimessa mitataan kulloinkin vastaanotetun symbo-10 Iin (b) vaihe (d); b) muodostetaan mitatun vaiheen (d) ja edelliselle symbolille mitatun vaiheen (e) erotus eli vaihemuutos; 15 c) vaihemuutosta verrataan ennalta määrättyihin sallittuihin vaihemuutoksiin ja tehdään päätös (g) symbolin lähetetystä vaiheesta; d) muodostetaan päätöksen (g) ja mitatun vaihemuutoksen 20 (d) erotus eli vaihevirhe (f r); Ja e) vaihevirheen (f r) perusteella korjataan kanavataajuutta säätävän taajuusgeneraattorin (4) taajuutta takaisinkytketyssä silmukassa. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa d) lisäksi muodostetaan kahden tai useamman vaihevirheen (f ) keskiarvo, err

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa d) lisäksi integroidaan vaihevirhettä (f r).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen f), jossa 35 vaiheita a) - e) toistetaan ennalta määrätty ajanjakso.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen f), jossa 8 39431 vaiheita a) - e) toistetaan, kunnes ennalta määrätty pieni vaihepoikkeama on saavutettu.

6. Kantoaallonseuraaja, tunnettu siitä, että siinä käytetään 5 jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaista menetelmää.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kantoaallonseuraaja, tunnettu siitä, että se on toteutettu digitaalisella signaaliprosessorilla . 10