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Dokumentenidentifikation DE102004054573A1 24.05.2006
Titel Schaltungsanordnung und Empfangsvorrichtung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Belitzer, Alexander, 81673 München, DE
DE-Anmeldedatum 11.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004054573
Offenlegungstag 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2006
IPC-Hauptklasse H04B 1/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04L 25/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets in einem Datensignal weist einen Signaleingang (101) zum Aufnehmen des Datensignals, ein an den Signaleingang (101) gekoppeltes Filterelement (102) und eine an das Filterelement (102) gekoppelte Schätzvorrichtung (103) auf. Die Schätzvorrichtung (103) ist derart eingerichtet, dass sie zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten Filterzustand des Filterelements (102) und zu einem Zeitpunkt einen zweiten Filterzustand des Filterelements (102) erfasst. Aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand ermittelt die Schätzvorrichtung (103) den Gleichspannungs-Offset des Datensignals. Weiterhin ist eine Empfangsvorrichtung für ein Kommunikationssystem vorgesehen, das wenigstens eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets aufweist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets in einem Datensignal, sowie eine Empfangsvorrichtung mit einer Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets in einem Datensignal.

Die Umsetzung eines Hochfrequenzsignals in ein Basisbandsignal ist Teil eines Demodulationsprozesses in einer Empfangsvorrichtung für ein Kommunikationssystem. Eine bekannte Empfängerarchitektur für eine Empfangsvorrichtung ist beispielsweise eine heterodyne Empfängerarchitektur. In der heterodynen Empfängerarchitektur wird ein hochfrequentes Radiosignal zunächst in ein Zwischenfrequenzsignal umgesetzt. Das Zwischenfrequenzsignal wird anschließend in das Basisbandsignal umgesetzt. Bei der Umsetzung wird ein nur minimal im Basisband vorhandener Gleichspannungsanteil bzw. Gleichspannungs-Offset erzeugt. Der Gleichspannungs-Offset (DC-Offset) des Basisbandsignals wirkt sich negativ auf eine spätere Signalverarbeitung eines im Kommunikationssystem übertragenen Nutzsignals in der Empfangsvorrichtung aus.

Zusätzlich hat die heterodyne Empfängerarchitektur den Nachteil, dass wenigstens zwei Mischerschaltungen zur Umsetzung des hochfrequenten Signals in das Basisbandsignal vorhanden sind. Eine Mischerschaltung benötigt Fläche auf einem die Empfangsvorrichtung aufweisenden Halbleiterbauelement und verbraucht zudem im Betrieb elektrische Leistung. Besonders bei einer mobilen Anwendung der Empfangsvorrichtung wird dadurch eine begrenzte Energiereserve der Anwendung zusätzlich belastet. Es ist daher wünschenswert, die Anzahl der Mischerschaltungen auf einem Minimum zu halten. Dies trifft beispielsweise auf ein Mobiltelefon oder einen so genannten Personal Digital Assistant (PDA) zu.

Eine weitere bekannte Empfängerarchitektur in einer Empfangsvorrichtung für ein Kommunikationssystem ist eine homodyne Empfängerarchitektur (Direct Conversion). In der homodynen Empfängerarchitektur wird das hochfrequente Signal direkt in das Basisbandsignal gewandelt. Es ist nur eine Mischerschaltung erforderlich. Allerdings weist die homodyne Empfängerarchitektur den Nachteil auf, dass im Basisbandsignal ein hoher Gleichspannungs-Offset vorhanden ist. Durch die somit erschwerte Signalverarbeitung wird die Leistung des Kommunikationssystems verringert. Zudem stellt das Vorhandensein eines Gleichspannungs-Offsets höhere Anforderungen an den Dynamikbereich des Kommunikationssystems bzw. der Empfangsvorrichtung, damit die Daten zuverlässig dekodiert werden können. Ist der Dynamikbereich zu klein, so gehen Nutzdaten durch Saturations- oder Kompressionseffekte in den Schaltungen verloren. Sie stehen der späteren Signalverarbeitung damit nicht mehr zur Verfügung.

Es ist daher wünschenswert, den Gleichspannungs-Offset vom Basisband zu entfernen, bevor übertragene Nutzdaten dekodiert werden. Eine bekannte Lösung ist ein so genanntes Sample-and-Hold-Verfahren. Der Datenstrom wird über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelt und aus einem derart gewonnen Mittelwert wird der Gleichspannungs-Offset bestimmt. Dieser wird von dem empfangenen Signal abgezogen. Die Genauigkeit ist vom Zeitraum der Bestimmung des Gleichspannungs-Offsetwertes abhängig. Ein solches Verfahren wird beispielsweise im Dokument [1] beschrieben, wobei zusätzlich ein sukzessives Approximationsverfahren verwendet wird.

Das Sample-and-Hold-Verfahren weist insbesondere in einem mittels eines Zeitschlitzverfahren arbeitenden Kommunikationssystem, wie z. B. einem TDMA-System, einen Nachteil auf, da vor jedem Zeitschlitz der Gleichstrom-Offsetwert ermittelt werden muss. Erst dann kann dieser von den im Zeitschlitz zu übertragenden Nutzdaten abgezogen werden. Das Kommunikationssystem muss also vor Empfang jedes Zeitschlitzes in Betrieb genommen werden, womit ein höherer Leistungsverbrauch verbunden ist, der wiederum insbesondere in einem mobilen Kommunikationssystem von Nachteil ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung sowie eine Empfangsvorrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung bereitzustellen, die geeignet sind, in einem kurzen Zeitintervall und mit hoher Genauigkeit einen Gleichspannungs-Offset zu ermitteln.

Dieses Problem wird durch eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets in einem Datensignal, sowie durch eine Empfangsvorrichtung mit einer solchen Schaltungsanordnung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 9 gelöst.

Dabei weist die Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets in einem Datensignal

  • – einen Signaleingang zum Aufnehmen des Datensignals,
  • – ein an dem Signaleingang gekoppeltes Filterelement, und
  • – eine an das Filterelement gekoppelte Schätzvorrichtung auf, wobei die Schätzvorrichtung derart eingerichtet ist, dass sie zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten Filterzustand des Filterelements und zu einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten Filterzustand des Filterelements erfasst und aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand den Gleichspannungs-Offset ermittelt.

Das Filterelement ist dabei typischerweise ein Hochpassfilter. Er ist damit nur für höherfrequente Anteile oberhalb einer Grenzfrequenz f0 des Datensignals durchlässig. Eine Bandbreite des Filterelements wird somit durch die Grenzfrequenz f0 bestimmt. Die niederfrequenten Anteile des Datensignals unterhalb der Grenzfrequenz f0 werden im Hochpassfilter entfernt. Sie entsprechen dem Filterzustand des Filterelements.

Je enger die Bandbreite des Hochpassfilters gewählt wird, desto mehr entspricht der im Hochpassfilter entfernte Anteil des Nutzsignals dem Gleichspannungs-Offset. Je breiter die Bandbreite des Hochpassfilters gewählt ist, ein desto größerer Fehler entsteht, bei der Bestimmung des Gleichspannungs-Offsets. In beiden Fällen ist es erforderlich, dass das Filterelement in einen stabilen Zustand eingeschwungen ist, um einen möglichst genauen Wert des Gleichspannungs-Offsets zu bestimmen. Das Filterelement benötigt allerdings eine gewisse Zeitdauer zum Einschwingen in den stabilen Zustand. Diese Zeitdauer ist abhängig von der Grenzfrequenz f0. Damit ist bei einer schmalen Bandbreite des Hochpassfilters, bzw. einer kleinen Grenzfrequenz f0, eine längere Einschwingzeit als bei einer breiteren Bandbreite, bzw. einer größeren Grenzfrequenz f0, notwendig.

Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, den Filterzustand bereits zu sehr frühen Zeitpunkten, nämlich dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt, zu bestimmen. Aus diesen Filterzuständen ermittelt die Schätzvorrichtung einen späteren Filterzustand des Filters, wenn dieser bereits eingeschwungen ist. Dieser Filterzustand entspricht dem im Datensignal vorhandenen Gleichspannungs-Offset und kann von diesem abgezogen werden, um ein wirkliches Basisbandsignal zu erhalten. Vorteilhafterweise kann so die Bandbreite des Hochpassfilters sehr schmal gewählt werden, wodurch die Einschwingzeit des Filters selber sehr lang sein darf. Dennoch kann in einer im Vergleich zur Einschwingzeit sehr kurzen Zeitdauer ein genauer Wert für den Gleichspannungs-Offset ermittelt werden.

Weiterhin ist eine Empfangsvorrichtung für ein Kommunikationssystem vorgesehen, die wenigstens eine erfindungsgemäß Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets in ein Datensignal aufweist.

Beispiele für die Empfangsvorrichtung sind Mobiltelefone, wie sie im GSM, UMTS oder anderen Telefonstandards verwendet werden. Die Anwendung ist dabei nicht auf die Telefonie beschränkt, sondern ist auch in drahtlosen Kommunikationssystemen wie beispielsweise WLAN, Bluetooth oder GPS anwendbar. Die Empfangsvorrichtung kann aber ebenso in drahtgebundenen, digitalen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise ISDN oder DSL verwendet werden. Es ist offensichtlich, dass sie in allen Kommunikationssystem zur Anwendung kommen kann, bei der ein Nutzsignal über höhere Frequenzen übertragen wird, und zur Signalverarbeitung in das Basisband übertragen werden muss.

Die Empfangsvorrichtung kann eine heterodyne oder eine homodyne Empfängerarchitektur aufweisen. Die Schaltungsanordnung erlaubt es auf sehr schnelle und genaue Art, einen Gleichspannungs-Offset aus dem Basisbandsignal aus der Empfangsvorrichtung zu entfernen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist die Schätzvorrichtung derart eingerichtet, dass sie vor dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt ein Rücksetzsignal an das Filterelement übermittelt, um das Filterelement in einem definierten Filterzustand zu setzen.

Dadurch wird erreicht, dass die Schätzvorrichtung sich immer in einem definierten Anfangszustand befindet, bevor der Gleichspannungs-Offset durch die Schätzvorrichtung bestimmt wird. Es werden möglicherweise unbekannte Zustände des Filterelementes beseitigt und somit zusätzliche Fehlerquellen ausgeschlossen beim Schätzen des Gleichspannungs-Offsets durch die Schätzvorrichtung ausgeschlossen.

In einer Ausgestaltung der Schaltungsanordnung ist das Filterelement als Hochpassfilter erster Ordnung ausgeführt. Damit weist das Filterelement eine sehr einfach in einem Halbleiterbauelement zu realisierende Struktur auf. Die Bestimmung des Gleichspannungs-Offsets aus den Filterzuständen zu dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt kann somit durch eine einfache Vorrichtung durchgeführt werden.

In einer Ausführungsform ist das Filterelement als analoges Hochpassfilter ausgeführt. Dadurch wird eine einfach zu realisierende Struktur des Filterelementes erreicht. Diese ist wiederum im Fall von integrierten Halbleiterelementen von großem Vorteil.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Filterelement als digitales Hochpassfilter ausgeführt. Ein digitales Hochpassfilter weist den Vorteil auf, dass es ein Filterelement mit besonders hoher Güte darstellt.

In einer Weiterbildung weist die Schaltungsanordnung eine Subtrahiervorrichtung auf, die an den Signaleingang und an die Schätzvorrichtung gekoppelt ist, um den Gleichspannungs-Offset von dem Datensignal zu entfernen. Damit ist der Vorteil verbunden, dass die Schaltungsanordnung bereits ein Datensignal ausgibt, dessen Gleichspannungs-Offsetwert von dem Datensignal entfernt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Schaltungsanordnung weist die Schätzvorrichtung ein Mittel zur Berechnung des Gleichspannungs-Offsets aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand auf. Eine Berechnung des Gleichspannungs-Offsets aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand erlaubt eine flexible Ausgestaltung der gesamten Schaltungsanordnung. Sollten einige Komponenten der Schaltungsanordnung, insbesondere aber des Filterelements, ein verändertes Einschwingverhalten des Filterelements bewirken, so ist es möglich die Art und Weise oder auch einzelne Parameter der Berechnung des Gleichspannungs-Offsets aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand zu verändern. Denkbar ist es dabei, dass die Schätzvorrichtung in Form eines Rechenwerks, eines DSPs oder eines Mikroprozessors ausgeführt ist, denen jeweils ein kleiner Speicher zum Aufnehmen eines Ablaufplans für die Berechnung und/oder von Berechnungsparametern zugeordnet ist. Die Berechnung des Gleichspannungs-Offsets erlaubt zusätzlich die Berücksichtigung weiterer Einflussfaktoren, um einen möglichst genauen Wert des Gleichspannungs-Offsets zu bestimmen. Diese Einflussfaktoren können beispielsweise früher bestimmte Werte des Gleichspannungs-Offsets, weitere erfasste Filterzustände oder außerhalb der Schaltungsanordnung bestimmte Faktoren sein.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Schaltungsanordnung weist die Schätzvorrichtung einen Tabellenspeicher auf, der derart eingerichtet ist, dass er für eine Vielzahl von Werten des ersten Filterzustands und des zweiten Filterzustands einen jeweils entsprechenden Wert des Gleichspannungs-Offsets aufführt. Auch hier ist eine flexible Ausgestaltung möglich und vorteilhaft, allerdings ist kein aufwendiges Rechenwerk sondern lediglich ein einfacher Tabellenspeicher bereitgestellt.

In einer Ausgestaltung der Empfangsvorrichtung ist die Empfangsvorrichtung als Direktmischer-Empfängerschaltung ausgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen

1 eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets,

2 ein analoges Hochpassfilter erster Ordnung,

3 ein digitales Hochpassfilter erster Ordnung und

4 eine Schätzvorrichtung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets aus den Filterzuständen.

1 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets.

Die Schaltungsanordnung weist einen Dateneingang 101 auf, der mit dem Eingang eines Hochpassfilters 102 gekoppelt ist. Ein Ausgang des Hochpassfilters 102 ist mit dem Eingang einer Schätzvorrichtung 103 gekoppelt. Ein Ausgang der Schätzvorrichtung 103 ist mit einem Knoten 104 verbunden. Der Knoten ist weiterhin mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers 105 verbunden. Ein zweiter Eingang des Subtrahierers ist mit dem Dateneingang 101 verbunden. Ein Ausgang des Subtrahierers 105 ist mit einem Datenausgang 106 verbunden.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist derart, dass ein Datensignal am Dateneingang 101 zugeführt wird. Dieses Datensignal liegt unmittelbar an dem zweiten Eingang des Subtrahierers 105 an. Zusätzlich wird das Datensignal dem Hochpassfilter 102 zugeführt. Das Hochpassfilter 102 weist aufgrund des eingehenden Datensignals einen Filterzustand auf, der der Schätzvorrichtung 103 zugeführt wird. Dabei sei nochmals darauf hingewiesen, dass es nicht das gefilterte Datensignal ist, dass der Schätzvorrichtung 103 zugeführt wird, sondern dass es ein Filterzustand des Hochpassfilters 102 ist, der der Schätzvorrichtung zugeführt ist. Der Filterzustand entspricht dabei dem im Filterelement bzw. dem Hochpassfilter 102 entfernten Anteil des Datensignals.

Die Schätzvorrichtung 103 ist derart eingerichtet, dass die Filterzustände des Hochpassfilters 102 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten erfasst. Typischerweise liegen diese Zeitpunkte sehr nahe an einem Zeitpunkt, an dem das erste Mal ein Datensignal am Dateneingang 101 bereitgestellt wird. Auf Grundlage der Filterzustände, die an den beiden Zeitpunkten erfasst wurden, schätzt die Schätzvorrichtung 103 einen Gleichspannungs-Offset des Datensignals. Dieses ist am Dateneingang 101 bereitgestellt. Der Gleichspannungs-Offset liegt zudem am Knoten 104 an und wird mittels des Subtrahierers 105 von dem einkommenden Datensignal abgezogen. Am dem Datenausgang 106 liegt somit ein um den Gleichspannungs-Offset bereinigtes Datensignal an. dass der späteren Signalverarbeitung zugrunde gelegt werden kann.

2 zeigt ein analoges Hochpassfilter erster Ordnung. Das analoge Hochpassfilter kann beispielsweise als Filterelement in der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung verwendet werden.

Das analoge Hochpassfilter weist einen Dateneingang 201 auf. Der Dateneingang 201 ist mit einem ersten Eingang eines Kondensators 202 verbunden. Ein zweiter Eingang des Kondensators 202 ist über einen Widerstand 203 mit einem Masseanschluss, bzw. einem Nullpotential, verbunden. Zudem ist der zweite Eingang des Kondensators 202 mit einem Datenausgang 204 verbunden. Der zweite Ausgang des Kondensators 202 ist zusätzlich mittels eines Schalterelements 208 mit einem Masseanschluss verbunden. Das Schalterelement 208 wird über einen Dateneingang 209 gesteuert.

Das Schalterelement 208 ermöglicht es, den Kondensator zu entladen und den analogen Hochpassfilter damit in einen Anfangszustand zurückzuversetzen.

Der erste Eingang des Kondensators 202 sowie der zweite Eingang des Kondensators 202 sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 205 verbunden. Der Ausgang des Differenzverstärkers 205 ist mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 206 verbunden; der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 206 ist mit einem Filterzustandausgang 207 verbunden.

Das analoge Hochpassfilter ist ein Hochpassfilter erster Ordnung. Ein am Dateneingang 201 bereitgestelltes Datensignal wird mit einer Grenzfrequenz f0, die durch die Werte der Kapazität und des Widerstandes bestimmt sind, derart gefiltert, dass die Anteile des Datensignals mit Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz f0 im wesentlichen entfernt werden. Das derart gefilterte Datensignal wird an dem Datenausgang 204 bereitgestellt.

Die durch den analogen Hochpassfilter entfernten Anteile des Datensignals entsprechen in ihrer Summe der am Kondensator 202 anliegenden Spannung. Diese Spannung wird abgegriffen, mittels des Differenzenverstärkers 205 verstärkt und über den A/D-Wandler 206 in ein digitales Filterzustands-Signal gewandelt, das am Filterzustandausgang 207 bereitgestellt ist. Die am Kondensator 202 anliegende Spannung entspricht einem Filterzustand des analogen Hochpassfilters.

Ein Zurücksetzen des Hochpassfilters in seinen Anfangszustand geschieht durch ein Schließen des Schalterelements 208 mittels eines entsprechenden Kontrollsignals am Kontrolleingang 209.

3 zeigt ein digitales Hochpassfilter erster Ordnung. Das digitale Hochpassfilter kann ebenfalls als Filterelement in der in 1 gezeigten Schaltungsanordnung verwendet werden.

Das digitale Hochpassfilter weist einen Dateneingang 301 auf, der mit einem Eingang eines Verzögerungselements 302 verbunden ist. Der Dateneingang 301 ist ebenso wie ein Ausgang des Verzögerungselements 302 mit den Eingängen eines ersten Subtrahierers 303 verbunden. Der Ausgang des ersten Subtrahierer 303 ist mit einem ersten Eingang eines Addierers 306 verbunden. Der Addierer 306 ist eines Rückwärtspfads, das ein zweites Verzögerungselements 304 und einen Multiplizierer 305 aufweist. Ein Ausgang des Addierers 306 ist mit einem Eingang des zweiten Verzögerungselements 304 verbunden, ein Ausgang des zweiten Verzögerungselements 304 ist mit einem Eingang des Multiplizierers 305 verbunden. Am Multiplizierer 305 wird das eingehende Signal mit einem Faktor &agr; multipliziert. Der Rückwärtspfad wird dadurch geschlossen, dass ein Ausgang des Multiplizierers 305 mit einem zweiten Eingang des Addierers 306 verbunden ist. Der Ausgang des Addierers ist schließlich mit einem Datenausgang 307 und einem ersten Eingang eines zweiten Subtrahierers 308 verbunden. Ein zweiter Eingang des zweiten Subtrahierers 308 ist mit dem Dateneingang 301 verbunden. Ein Ausgang des zweiten Subtrahierers 308 ist mit einem Filterzustandsausgang 309 verbunden.

Der obere Zweig des digitalen Hochpassfilters ist der eigentliche Hochpass. Am Datenausgang 307 wird ein Ausgangssignal bereitgestellt, das dem am Dateneingang 301 bereitgestellten Datensignal entspricht, von dem niederfrequente Anteile entfernt sind. Die Charakteristik des Filterelements ist dabei durch eine Transferfunktion definiert, die sich im gezeigten Fall zu H(z) = z – 1z – &agr;(1) ergibt.

Ein Rücksetzen des Filters kann einfach über ein Rücksetzen aller im Filter vorhanden Logikschaltungen und Gatter erfolgen.

Der weitere Zweig, über den vom am Dateneingang eingehenden Datensignal das filterte Datensignal abgezogen wird, stellt sicher, dass am Filterzustandsausgang 309 ein Wert bereitgestellt ist, der in einem stabilen Zustand des Hochpassfilters einen Gleichspannungs-Offset des eingehenden Datensignals angibt. Während eines Einschwingens des digitalen Hochpassfilters in den stabilen Zustand wird derart der Filterzustand des digitalen Hochpassfilters angezeigt.

4 zeigt eine Schätzvorrichtung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offsets aus den Filterzuständen.

Die Schätzvorrichtung weist einen Dateneingang 401 auf, der mit einem Eingang eines ersten Schieberegisters 402 verbunden ist. Mittels eines Taktsignals werden die im dem ersten Schiebregister 402 abgelegten Daten bei jeweils einem Taktimpuls um ein Register im ersten Schieberegister 402 verschoben. Nach Durchlaufen aller Register werden die abgelegten Daten an einem Ausgang des ersten Schieberegisters 402 bereitgestellt. Das erste Schieberegister 402 funktioniert als anschaulich als Verzögerungselement, dass ein eingehendes Datensignal um so viele Taktimpulse verzögert, wie es Register aufweist.

Der Dateneingang 401 ist mit einem Eingang eines zweiten Schieberegisters 403 verbunden, das analog zu dem Aufbau des ersten Schieberegisters 402 einen Ausgang aufweist. Der Ausgang des zweiten Schieberegisters 403 ist mit einem ersten Eingang eines Addierers 404 verbunden. Ein zweiter Eingang des Addierers 404 ist mit dem Dateneingang verbunden. Der Ausgang des Addierers 404 ist mit einem ersten Eingang eines Subtrahierers 405 verbunden. Der Ausgang des ersten Schieberegisters 402 ist mit einem zweiten Eingang des Subtrahierers 405 verbunden.

Der Ausgang des Subtrahierers 405 ist mit einem Eingang eines dritten Schiebregisters 406 verbunden. Das dritte Schieberegister 406 ist wiederum analog zu dem ersten Schieberegister 402 und dem zweiten Schieberegister 403 aufgebaut. Ein Ausgang des dritten Schieberegisters 406 ist mit einem Datenausgang verbunden.

Die Schätzung des Gleichspannungs-Offsets basiert auf einem exponentiellen Einschwingverhalten eines Hochpassfilters erster Ordnung. Es ist daher möglich, den Wert des Gleichspannungs-Offsets aus zwei Filterzuständen des Filterelements zu bestimmen. Beide Filterzustände können zu Beginn des Einschwingverhaltens des Filterelements erfasst werden. Die Filterstände sind dabei als erster Filterzustand Y1 und als zweiter Filterzustand Y2 ermittelt. Der Gleichspannungs-Offset ergibt sich dann aus der Gleichung

Dabei ist der Wert a = e&Dgr;t/&tgr;.(3)

In dem mit &Dgr;t das Zeitintervall zwischen dem Erfassen des ersten Filterzutands Y1 und dem Erfassen des zweiten Filterzustands Y2 darstellt. Der Wert &tgr; ergibt sich als Zeitdauer des Einschwingvorgangs aus der Grenzfrequenz f0 des Filterelements

Die Berechnung des Gleichspannungs-Offsets kann für eine digitale Implementierung wesentlich vereinfacht werden, wenn die Werte für die Bandbreite des Filterelements und das Zeitintervall &tgr; entsprechend gewählt werden.

Wird die Grenzfrequenz f0 auf einem Wert von 1 kHz gesetzt, dann hat &tgr; eine Größe von ca. 0,16 ms. Ist ein Wert von (a – 1) = 1/8 angestrebt, so muss für das Zeitintervall &Dgr;t ein Wert vom 18,8 &mgr;s gewählt werden. Ist in dem Kommunikationssystem eine Abtastfrequenz von 1,08 MHz vorgesehen, wie es beispielsweise in GSM-Systemen der Fall ist, dann entspricht das Zeitintervall &Dgr;t 20 Abtastwerten des Datensignals.

Mit dieser genannten Dimensionierung der Berechnung des Gleichspannungs-Offsets ist somit auf einen Satz von Verschiebe- und Addiervorschriften reduziert DC = SL3(Yin + SR3(Yin – Yin z–20).(5)

Dabei steht Yin für den eingehenden Wert des Filterzustands, SL3 steht für eine Verschiebevorschrift nach links um 3 Bits, also für eine Multiplikation mit dem Wert 8. SR3 steht für eine Verschiebevorschrift nach rechts um 3 Bit, also für eine Division durch den Wert 8. z–20 stellt eine Verzögerung des einkommenden Filterzustands Yin um 20 Abtastwerte. Diese Berechnung wird durch die in 4 dargestellte Schätzvorrichtung ausgeführt, wenn die Schieberegister entsprechend gewählt sind.

Die für die oben gezeigte Ausgestaltung der Schätzvorrichtung benötigte Zeit, um einen zuverlässigen Wert für den Gleichspannungs-Offset zu erhalten, beträgt ca. 20 &mgr;s.

Die dargestellte Schaltungsanordnung ist insbesondere in einer Empfangsvorrichtung einsetzbar, dass ein direct conversion Prinzip verwendet, Gerade dort tritt ein großer Wert für den Gleichspannungs-Offset auf, der von den empfangenen Nutzdaten entfernt werden muss. Insbesondere bei einem TDMA-System kann vor jedem Zeitschlitz, in dem Nutzdaten gesendet werden sehr kurzfristig und ohne große Aufwendung der Gleichstrom-Offset bestimmt werden und von den Nutzdaten entfernt werden. Gerade bei mobilen Geräten wird somit der Stromverbrauch im Vergleich zu den bekannten Sample- und Hold-Verfahren deutlich reduziert.

In diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert:

  • [1] EP 1 035 691 A2.

101Dateneingang 102Hochpassfilter 103Schätzvorrichtung 104Knoten 105Subtrahierer 106Datenausgang 201Dateneingang 202Kondensator 203Widerstand 204Datenausgang 205Differenzverstärker 206Analog-Digital-Wandler 207Filterzustandsausgang 208Schalterelement 209Kontrolleingang 301Dateineingang 302Verzögerungselement 303erster Subtrahierer 304zweites Verzögerungselement 305Multiplizierer 306Addierer 307Datenausgang 308zweiter Subtrahierer 309Filterzustandsausgang 401Dateneingang 402erstes Schieberegister 403zweites Schieberegister 404Addierer 405Subtrahierer 406drittes Schieberegister 407Datenausgang

Anspruch[de]
  1. Schaltungsanordnung zum Ermitteln eines Gleichspannungs-Offset in einem Datensignal mit

    – einem Signaleingang (101) zum Aufnehmen des Datensignals,

    – einem an den Signaleingang (101) gekoppelten Filterelement (102) und

    – einer an das Filterelement (102) gekoppelten Schätzvorrichtung (103),

    wobei die Schätzvorrichtung (103) derart eingerichtet ist, dass sie zu einem ersten Zeitpunkt einen ersten Filterzustand des Filterelements (102) und zu einem zweiten Zeitpunkt einen zweiten Filterzustand des Filterelements (102) erfasst und aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand den Gleichspannungs-Offset ermittelt.
  2. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei die Schätzvorrichtung (103) derart eingerichtet ist, dass sie vor dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt ein Rücksetzsignal an das Filterelement (102) übermittelt, um das Filterelement (102) in einen definierten Filterzustand zu setzen.
  3. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Filterelement (102) als Hochpassfilter erster Ordnung ausgeführt ist.
  4. Schaltungsanordnung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Filterelement (102) als analoges Hochpassfilter ausgeführt ist.
  5. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das Filterelement (102) als digitales Hochpassfilter ausgeführt ist.
  6. Schaltungsanordnung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, mit einer Subtrahiervorrichtung (105), die an den Signaleingang (101) und an die Schätzvorrichtung (103) gekoppelt ist, um den Gleichspannungs-Offset von dem Datensignal zu entfernen.
  7. Schaltungsanordnung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Schätzvorrichtung (103) ein Mittel zur Berechnung des Gleichspannungs-Offsets aus dem ersten Filterzustand und dem zweiten Filterzustand aufweist.
  8. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schätzvorrichtung (103) einen Tabellenspeicher aufweist, der derart eingerichtet ist, dass er für eine Vielzahl von Werten des ersten Filterzustands und des zweiten Filterzustands einen jeweils entsprechenden Wert des Gleichspannungs-Offsets aufführt.
  9. Empfangsvorrichtung für ein Kommunikationssystem, mit wenigstens einer Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 9, die als Direktmischer-Empfängerschaltung ausgeführt ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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