WO2001005025A1

WO2001005025A1 - Verfahren und vorrichtung zur korrektur einer nutzsignalverfälschung

Info

Publication number: WO2001005025A1
Application number: PCT/DE2000/001491
Authority: WO
Inventors: Martin Wahl; Ulrich Gretzer; Ralf SCHÖBEL
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-01-18
Also published as: CN1360751A; KR20020025184A; HUP0201819A2; JP2003504927A; EP1195001A1

Abstract

Verfahren zur Korrektur einer Nutzsignalverfälschung im Empfangsteil (100; 200; 300; 400) eines Nachrichtenübertragungssystems durch eine Nachbarkanalstörung, die einen insbesondere rechteckförmigen Störimpuls im Nutzkanal erzeugt, wobei in einem ersten Schritt der Anfangs- oder Endzeitpunkt der Nachbarkanalstörung bestimmt und in einem zweiten Schritt eine Offsetkorrektur unter Nutzung der Information über den Anfangs- oder Endzeitpunkt ausgeführt wird.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur einer Nutzsignalverfälschung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer Nutzsignalverfälschung im Empfangsteil eines, insbesondere nach dem TDD- oder TDMA-Verfahren arbeitenden, Nachrichtenübertragungssystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In Mobilfunksystemen sind aufgrund der begrenzten Ressourcen des Frequenzspektrums Mehrfachzugriffs- oder Multiplexverfahren zwingend notwendig, um Teilnehmerzahlen in der Größenord- nung von Millionen bis hin zu hunderten Millionen zu ermöglichen. Die Art des Zugriffs mehrerer Teilnehmer muß so organisiert sein und die Empfangsteile müssen so ausgebildet werden, daß es nicht zu unzulässigen Störungen der Informationsübertragung kommt.

Als grundlegende Vielfachzugriffsverfahren sind das Frequenz-, Zeit- und Codemultiplexverfahren bekannt, und alle drei Verfahren werden in Mobilfunknetzen praktisch angewandt. Speziell Zeitmultiplexverfahren, die als TDD (Time Division Duplex) bzw. TDMA (Time Division Multiple Access) praktiziert werden, haben bei digitalen Mobilfunknetzen große Verbreitung gefunden, wobei sie vielfach mit Frequenzmultiplexverfahren

(FDMA = Frequency Division Multiple Access) derart kombiniert sind, daß mehrere Trägerfrequenzen vorgesehen sind. So werden nach dem GSM-Standard Trägerfrequenzen mit jeweils 200 kHz Abstand zueinander vorgesehen, und auf jeder Trägerfrequenz ist eine Unterteilung in acht Zeitschlitze (Slots) vorgegeben.

Auch für Schnurlostelefone finden Zeitmultiplextechniken mehr und mehr Anwendung, wobei auch hier eine Kombination zwischen FDMA und TDMA vorgesehen ist. Beim europäischen DECT-Standard für Schnurlostelefone werden bis zu zehn Frequenzkanäle verwendet, die jeweils für Up- und Downlink in zwölf Zeitschlitze unterteilt sind.

Die Empfänger in TDD- oder TDMA-Systemen können nach dem Direct-Conversion-Prinzip aufgebaut sein. Bei derartigen Empfängern haben Nachbarkanalstörungen infolge quadratischer Anteile, die im analogen Teil des Empfängers, insbesondere im Empfangsmischer entstehen, rechteckförmige Störungen zur Folge, die bei der üblichen digitalen Modulation eine Erhöhung der Bitfehlerrate bewirken. Zur Erfüllung der in den Systemprotokollen, beispielsweise des GSM-Systems, festgelegten hohen Anforderungen hinsichtlich der Bitfehlerrate sind sehr hohe Forderungen an die Übertragungseigenschaften des Mischers zu stellen, die mit etablierten Schaltkreistechnologien derzeit nicht erfüllbar sind.

Es wurde daher vorgeschlagen, die erwähnten Störungen mittels iterativer, rechnerischer Ermittlungen der mit Ihnen verbun- denen Veränderung der Signalamplitude (Offset) durch eine dem Mischer nachgeschaltete Korrektureinrichtung nachträglich zu korrigieren. Dies ist jedoch mit einem hohen Rechenaufwand und entsprechendem erhöhtem Stromverbrauch verbunden und verringert daher die mögliche maximale Gesprächsdauer, die einen wesentlichen Leistungsparameter jedes Mobiltelefons darstellt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, Rechenaufwand und Strom sparendes Verfahren der gat- tungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich ihres Verfahrensaspektes gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich ihres Vorrichtungsaspektes durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Die Erfindung schließt den wesentlichen Gedanken ein, zunächst den Zeitpunkt des Einsetzens einer Störung zu bestimmen und anhand dieser Kenntnis anschließend einen Korrekturvorgang in hinsichtlich der Berechnungsvorgänge weniger aufwendiger und damit stromsparender Weise auszuführen. Durch Anwendung eines analogen Korrekturverfahrens kommt man hierbei nahezu ohne Rechenaufwand (im engeren Sinne) aus.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird zur Bestimmung des Zeitpunktes des Einsetzens der Störung zunächst eine Differenzierung des Gesamtsignals und anschließend eine Schwellwertdiskriminierung der ersten Ableitung mit einem vorbestimmten Schwellwert ausgeführt. Dieser Schwellwert entspricht der maximal möglichen Steilheit des Nutzsignals, zur Vermeidung von Fehldetektionen multipliziert mit einem geeignet gewählten Sicherheitsfaktor. Sowohl die Bildung der ersten Ableitung des Gesamtsignals als auch deren Vergleich mit dem erwähnten Schwellwert stellen Routineoperationen dar, die in integrierter Schaltungstechnik bzw. mittels geeigneter Software - im Rahmen der ohnehin implementierten komplexen digitalen Signalverarbeitung (DSP = Digital Signal Processing) ohne weiteres und mit geringerem Stromverbrauch realisierbar sind.

Alternativ ist es aber auch möglich, zur Bestimmung des Zeitpunktes des Einsetzens einer Störung ein spezielles Detektorelement (beispielsweise eine Detektordiode) oder eine Schaltung entsprechender Funktion (beispielsweise eine sogenannte RSSI-Schaltung) vorzusehen, die insbesondere den Frequenz- Offset des Störers gegenüber dem Trägersignal ausnutzt.

Der unter Ausnutzung der Information über den Einsatzzeitpunkt der Störung ausgeführte eigentliche Korrekturvorgang kann als Berechnungsvorgang aufgrund digitalisierter Werte der Signalamplitude oder alternativ auch als eine analoge "Subtraktion" ausgestaltet sein. Im ersteren Fall erfolgt insbesondere zunächst eine (digitale) Mittelwertbildung des Gesamtsignals im Zeitraum von der Anstiegsflanke des Nutzsignals bis zum Einsatzzeitpunkt der Störung auf der einen Seite und im Zeitraum vom Einsatzzeit- punkt der Störung bis zur abfallenden Flanke des Nutzsignals auf der anderen Seite und anschließend eine Subtraktion der beiden errechneten Mittelwerte. Es ist auch möglich, bei der Detektion des Störers die Störsignalenergie zu ermitteln und von der Gesamtsignalenergie ab dem Einsatzzeitpunkt der Stö- rung zu subtrahieren. Auch in diesem letzteren Fall ist eine Subtraktion im Sinne einer echten Berechnung möglich, nachdem die entsprechenden Energiewerte digitalisiert wurden.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind - entsprechend der oben gegebenen Charakterisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens - Erfassungsmittel zur Bestimmung des Einsatzzeitpunktes der Störung und eingangsseitig mit diesen Erfassungsmitteln verbundene Korrekturmittel zur Ausführung der Offsetkorrektur vorgesehen. Auf Ausführungsmöglichkeiten für die Erfassungsmittel wurde bereits weiter oben hingewiesen. Falls ein Detektorelement bzw. eine Detektorschaltung eingesetzt wird, so wird dieser insbesondere eine Korrekturstufe zur Berücksichtigung der Detektorkennlinie für die Ausgangssignalform und/oder eine Impulsformerstufe nachgeschaltet. Die eigentlichen Korrekturmittel können in analoger Ausführung eine analoge Subtraktionseinrichtung aufweisen; im Falle einer digitalen Berechnung des Offset- bzw. Korrekturbetrages sind ein Bezugswertspeicher und eine digitale Subtraktionsstufe und insbesondere eine diesen Einheiten vorgeschaltete Mittelwertberechnungsstufe vorgesehen.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im übrigen aus den Unteransprüchen bzw. der nachfolgenden Be- Schreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren. Von diesen zeigen: Fig. la und lb beispielhafte Darstellungen der Zeitabhängigkeit von Nutzsignal und Störsignal bzw. eines Gesamtsignals eines realen Mischers bei einem Direct-Conver- sion-Empfänger,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform in Form eines Blockschaltbildes,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausfüh- rungsform in Form eines Blockschaltbildes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausfüh- rungsform in Form eines Blockschaltbildes und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform in Form eines Blockschaltbildes.

In Fig. la sind der zeitliche Verlauf eines Nutzsignals mit einer Trägerfrequenz fl und einem Pegel Pl sowie eines Stör- signals mit einer Trägerfrequenz f2 und einem Pegel P2 separat dargestellt, wie sie bei einem idealen Empfangs-Mischer auftreten würden. Mit t_A ist der AnfangsZeitpunkt (die ansteigende Flanke) eines Nutzsignalimpulses und mit t_E dessen Endzeitpunkt (abfallende Flanke) bezeichnet, während mit to der Endzeitpunkt der - bei diesem Beispiel vor der

Anstiegsflanke des Nutzsignalimpulses einsetzenden - Störimpulses bezeichnet ist.

In Fig. lb ist ein entsprechendes Ausgangssignal eines realen Empfangs-Mischers in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt, wobei dieselbe Zeitachse wie bei Fig. la zugrunde gelegt wurde .

In Fig. 2 ist zur Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung 100 aus einem Mischer 101, einer diesem nachgeschalteten Verstärkerstufe 102, einem dieser nachgeschalteten Tiefpaßfilter 103, einer diesem nachgeschal- CO co l\) M P> P¹

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Detektorkennlinie korrigierten) Störsignals vom Gesamtsignal realisiert und das Differenzsignal schließlich verstärkt.

Die zuletzt gezeigte Anordnung hat insbesondere den Vorteil einer Erhöhung der Dynamik, da das Störsignal bereits im Basisband auskorrigiert wird.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern auch in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die sich dem Fachmann angesichts der obigen Erläuterungen ohne weiteres erschließen.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Korrektur einer Nutzsignalverfälschung im Empfangsteil (100; 200; 300; 400) eines, insbesondere nach dem TDD- oder TDMA-Verfahren arbeitenden Nachrichtenübertragungssystems durch eine Nachbarkanalstörung, die einen insbesondere rechteckförmigen Störimpuls im Nutzkanal erzeugt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in einem ersten Schritt der Anfangs- oder Endzeitpunkt der Nachbarkanalstörung bestimmt und in einem zweiten Schritt eine Offsetkorrektur unter Nutzung der Information über den Anfangs- oder Endzeitpunkt ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Bestimmung des Anfangs- oder Endzeitpunktes der Nachbarkanalstörung in einem ersten Teilschritt eine Differenzierung (104) des Gesamtsignals und in einem zweiten Teilschritt eine Schwellwertdiskriminierung (105) der ersten Ableitung mit einem vorbestimmten Schwellwert ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bestimmung des Anfangs- oder Endzeitpunktes der Nachbar- kanalstörung mittels eines Detektorelementes oder einer Detektorschaltung (204; 304; 403), insbesondere unter Ausnutzung des Frequenz-Offset der Störung, ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Offset-Korrektur eine digitale Mittelwertbildung des Gesamtsignals bis zum bzw. ab dem Anfangs- oder Endzeitpunkt der Störung und eine anschließende Subtraktion (306) der errechneten Mittelwerte umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei der Detektion des Störers die Störsignalenergie erfaßt und anschließend von der Gesamtsignalenergie ab dem Anfangszeitpunkt oder bis zum Endzeitpunkt der Störung subtrahiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Subtraktion als rechnerische Subtraktion (306) nach einer

Digitalisierung der Signalenergiewerte ausgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Subtraktion auf analoge Weise, insbesondere mittels einer

Operationsverstärkeranordnung (405a, 405b), ausgeführt wird.

8. Vorrichtung (100; 200; 300; 400) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

Erfassungsmittel zur Bestimmung des Anfangs- oder Endzeit- punktes der Nachbarkanalstörung und eingangsseitig mit den Erfassungsmitteln verbundene Korrekturmittel (106; 207; 306; 405a, 405b) zur Ausführung der Of f setkorrektur .

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erfassungsmittel eine Differenzierstufe (104) und einen dieser nachgeschalteten Schwellwertdiskriminator (105) aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erfassungsmittel ein Detektorelement (204; 304; 403), insbesondere eine HF-Detektordiode, und eine diesem nachgeschaltete Korrektur- und/oder Impulsformerstufe (205; 307; 404) aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Korrekturmittel einen A/D-Wandler (305a; 305b) , einen Bezugswertspeicher und eine digitale Subtraktionsstufe (306, 308) aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem Bezugswertspeicher und der digitalen Subtraktionsstufe eine Mittelwertbildungsstufe vorgeschaltet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Korrekturmittel eine analoge Subtraktionseinrichtung, insbesondere eine Operationsverstärkeranordnung (405a, 405b) , aufweisen.