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Dokumentenidentifikation DE102005054239A1 16.05.2007
Titel Adaptive DC-Offset-Kompensation in einem Funkempfänger
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Rubach, Jörn, 81543 München, DE;
Zipper, Josef, Linz, AT;
Bacher, Christian, Wels, AT;
Eibl, Stefan, 84416 Taufkirchen, DE
Vertreter Patentanwälte Lambsdorff & Lange, 81673 München
DE-Anmeldedatum 14.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054239
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse H04L 25/06(2006.01)A, F, I, 20051114, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04L 5/22(2006.01)A, L, I, 20051114, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Verarbeitung von empfangenen Signalen in einem Signalpfad, mit einem in den Signalpfad geschalteten Mischer (5) zum Heruntermischen der empfangenen Signale, einer Abgleicheinheit (11) zur Bestimmung eines in dem Signalpfad hinter dem Ausgang des Mischers (5) auftretenden DC-Offsets und zum Einspeisen eines anhand des DC-Offsets ermittelten Kompensationswerts in den Signalpfad zur Kompensation des DC-Offsets und einer Anpasseinheit zum Anpassen des durch einen Abgleich ermittelten Kompensationswerts an einen sich ändernden DC-Offset.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mittels welcher über Funk empfangene Signale verarbeitet werden und ein bei der Verarbeitung entstehender DC-Offset adaptiv kompensiert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.

In Funkempfängern, die beispielsweise auf dem GSM (Global System for Mobile Communications)-Standard basieren, verursachen Mismatching und Selfmixing am Ausgang des Mischers, welcher zum Heruntermischen der empfangenen Signale dient, einen Gleichstrom-Offset bzw. DC-Offset. Sofern dieser DC-Offset nicht kompensiert wird, wird er in dem Basisband-Verarbeitungspfad noch weiter verstärkt und führt sowohl in statischer als auch in dynamischer Hinsicht zu Beeinträchtigungen des Gesamtsystems. In statischer Hinsicht wird durch den DC-Offset der maximal mögliche Signalhub des Nutzsignals verringert. In dynamischer Hinsicht degradieren Einschwingvorgänge den BER (bit error ratio)-Wert in Abhängigkeit von dem Verhältnis des Nutzsignalspannungswerts zu dem Spannungswert des DC-Offsets. Dies betrifft vor allem Empfänger mit einer konstanten Verstärkung.

Im Ergebnis bedeutet dies, dass in Empfangssystemen mit einer hohen Verstärkung eine Kompensation des DC-Offsets unumgänglich ist. Bei dem zu diesem Zweck durchzuführenden Abgleich sind die folgenden Punkte zu beachten.

Der Abgleich kann nur bei einem unterdrückten Antennensignal durchgeführt werden. Entweder wird zu diesem Zweck der im Empfangspfad eingangsseitig angeordnete rauscharme Verstärker (LNA – low noise amplifier) ausgeschaltet bzw. von dem Mischer durch einen Schalter getrennt oder die Verstärkung des rauscharmen Verstärkers wird entsprechend reduziert (low gain mode). Ferner muss der Empfangspfad des Hochfrequenz-ICs während des Abgleichs von dem Basisband-IC getrennt werden, um Beeinflussungen durch den Basisband-IC auszuschließen. Bei der Kompensation des DC-Offsets von Zero-IF-Empfängern, bei denen das empfangene Hochfrequenzsignal ohne Zwischenstufe (IF – intermediate frequency) in das Basisband gemischt wird, ist ferner zu beachten, dass die Signalbandbreite auch 0 Hz einschließt und deswegen ein analoges Abgleichverfahren nicht möglich ist. Darüber hinaus muss für den Abgleich eine Zeitdauer von einigen &mgr;s eingeplant werden.

Sobald nach der Beendigung des Abgleichs das Antennensignal wieder in den Empfangspfad eingekoppelt wird und der Hochfrequenz-IC wieder mit dem Basisband-IC verbunden wird, kommt es aufgrund der plötzlich veränderten Umgebung zu einer sprunghaften Spannungsänderung im Empfangspfad, auf die das Basisband-Filter entsprechend einschwingt. Falls der Einschwingvorgang zeitlich mit der Verarbeitung der Nutzdaten eines empfangenen Datenbursts überlappt, wird dadurch der BER-Wert verschlechtert. Diese Verschlechterung ist ähnlich der oben beschriebenen Degradation, welche durch Einschwingvorgänge aufgrund des DC-Offsets verursacht werden.

Zu der vorstehenden Problematik kommt hinzu, dass es bei einem auf einer Zeitschlitzunterteilung basierenden Übertragungsverfahren erforderlich sein kann, zwischen zwei Empfangszeitschlitzen (slots) die Verstärkung der Basisband-Empfangskette an die Antennenleistung anzupassen, da die Eingangsleistung an der Antenne gemäß den Spezifikationen für Zeitschlitzverfahren um 30 dB variieren darf. Da die Offsetspannung am Ausgang des Hochfrequenz-ICs mit der Verstärkung der Basisband-Empfangskette skaliert, kann eine Erhöhung der Verstärkung der Basisband-Empfangskette dazu führen, dass die Offsetspannung am Ausgang des Hochfrequenz-ICs einen bestimmten Grenzwert übersteigt. Bei herkömmlichen Hochfrequenz-ICs macht dies einen komplett neuen Abgleich erforderlich. Ein weiteres Problem bei einer Änderung der Verstärkung ist, dass sich die ausgangsseitige Offsetspannung nicht sprunghaft ändert, sondern dass sich die Änderung aufgrund der Lastkapazität mit einer bestimmten Zeitkonstante vollzieht. Folglich kann eine Änderung der Verstärkereinstellung zwischen zwei Zeitschlitzen dazu führen, dass die ausgangsseitige Offsetdrift bei einem Guard-Intervall zwischen zwei aufeinander folgenden Zeitschlitzen von 30,46 &mgr;s (entspricht im GSM-Standard 8,25 Symbolen) in den nachfolgenden Zeitschlitz hineinreicht. Dies bewirkt eine wie weiter oben bereits beschriebene Verschlechterung des BER-Werts.

Aus den vorstehend genannten Gründen besteht folglich die Notwendigkeit, nach einem einmal durchgeführten Abgleich und bei einer späteren Änderung der Verstärkung im Basisbandteil des Hochfrequenz-ICs die daraus resultierenden Änderung der Offsetspannung am Ausgang des ICs und auch die damit einhergehende Drift der Offsetspannung so gering wie möglich zu halten, wenn nicht gar vollständig zu kompensieren.

Ein erneuter Abgleich eignet sich zu diesem Zweck nicht, da das zwischen zwei Zeitschlitzen liegende Guard-Intervall in der Regel für einen kompletten Abgleichzyklus nicht ausreichend ist und schon gar nicht ausreichend ist für die zusätzlich nach einem Abgleich einsetzende Offsetdrift.

Ferner ist es prozessbedingt nur sehr schwer bzw. überhaupt nicht möglich, Hochfrequenz-ICs herzustellen, die eine ausreichend geringe Offsetspannung am Ausgang des ICs aufweisen, sodass eine Änderung dieser Offsetspannung bei einer Verstärkungsänderung vernachlässigt werden könnte.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verarbeitung von über Funk empfangenen Signalen anzugeben, bei welcher ein nach dem Mischer auftretender DC-Offset aufwandsgünstig minimiert werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Verarbeitung von Signalen, die über Funk empfangen werden. Der Vorrichtung stehen zur Signalverarbeitung mehrere Bauelemente zur Verfügung, die einen Signalpfad bilden. Eines der in den Signalpfad geschalteten Bauelemente ist ein Mischer, mittels welchem die empfangenen Signale heruntergemischt werden. Um den hinter dem Mischer durch Mismatching und Selfmixing auftretenden DC-Offset kompensieren zu können, ist dem Mischer eine Abgleicheinheit nachgeschaltet. Die Abgleicheinheit misst den DC-Offset und bestimmt anhand des Messwerts einen Kompensationswert, der derart in den Signalpfad eingekoppelt wird, dass der DC-Offset hinter dem Einkoppelungspunkt in ausreichender Weise kompensiert ist.

Die Abgleicheinheit muss nicht notwendigerweise direkt hinter dem Mischer angeordnet sein, vielmehr können zwischen dem Mischer und der Abgleicheinheit noch weitere Verarbeitungseinheiten in den Signalpfad geschaltet sein. Folglich ist der von der Abgleicheinheit gemessene und kompensierte DC-Offset nicht notwendigerweise der am Ausgang des Mischers auftretende DC-Offset, sondern beispielsweise ein DC-Offset, welcher weiter hinten im Signalpfad auftritt, aber letztlich auf den am Ausgang des Mischers auftretenden DC-Offset zurückzuführen ist.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung eine Anpasseinheit enthält, mit welcher der mit Hilfe eines Abgleichs ermittelte Kompensationswert an einen sich ändernden DC-Offset angepasst werden kann. Bei einer Anpassung des Kompensationswerts wird der DC-Offset nicht erneut wie bei einem vollständigen Abgleich gemessen, sondern es wird aufgrund der Änderung anderer Einstellungen oder Parameter darauf geschlossen, dass der DC-Offset sich ändert.

Der Kompensationswert wird entsprechend nachgeführt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der DC-Offset nur während eines vollständigen Abgleichs gemessen wird und anschließend lediglich eine adaptive Einstellung des bei dem Abgleich ermittelten Kompensationswerts erfolgt.

Die adaptive Nachführung des Kompensationswerts an einen veränderten DC-Offset hat zum Vorteil, dass dieser Vorgang eine wesentlich kürzere Zeitspanne in Anspruch nimmt als ein vollständiger Abgleich. Demnach kann die Anpassung des Kompensationswerts beispielsweise auch während eines Guard-Intervalls zwischen zwei Zeitschlitzen erfolgen, ohne dass dadurch die empfangenen Daten beeinflusst werden.

Des Weiteren bleibt durch die Anpassung des Kompensationswerts der in dem Signalpfad hinter dem Einkoppelungspunkt des Kompensationswerts verbleibende DC-Offset konstant. Es entstehen keine Einschwingvorgänge, durch welche die empfangenen Signale beeinflusst werden.

Insgesamt stellt demnach die Anpasseinheit eine aufwandsgünstige Maßnahme dar, um den DC-Offset bestmöglich zu kompensieren.

In einer Weiterbildung wird der Kompensationswert anhand der Verstärkungseinstellung eines in den Signalpfad geschalteten Verstärkers an einen sich ändernden DC-Offset angepasst. Eine Änderung der Verstärkungseinstellung erfolgt beispielsweise aufgrund einer veränderten Signalstärke der empfangenen Signale. Sofern der Verstärker hinter den Mischer geschaltet ist, wird durch eine Änderung der Verstärkung automatisch der hinter dem Mischer auftretende DC-Offset verändert. Wird der Kompensationswert entsprechend der neu gewählten Verstärkereinstellung verändert, so bewirkt dies im Ergebnis, dass der DC-Offset hinter dem Einkoppelungspunkt des Kompensationswerts trotz der veränderten Verstärkung konstant bleibt.

Bei dem Verstärker kann es sich um ein beliebiges Bauelement mit Verstärkereigenschaften handeln. Ferner kann der Verstärker auch aus mehreren hintereinander geschalteten Verstärkern bestehen.

Ein bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der angepasste Kompensationswert OFCword sich aus dem durch den Abgleich ermittelten Kompensationswert OFCn sowie der während des Abgleichs vorliegenden Verstärkung Gainalignment der Verstärkers und der geänderten Verstärkung Gainsetting ergibt.

Vorzugsweise gilt für den angepassten Kompensationswert OFCword folgende Bestimmungsgleichung, d.h. der Kompensationswert OFCword wird mit der Verstärkung skaliert:

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung basiert das Heruntermischen der empfangenen Signale auf dem Zero-IF-Verfahren, d.h. die empfangenen Signale werden von dem Mischer von der Übertragungsfrequenz direkt in das Basisband gemischt.

Vorzugsweise basiert die Funkübertragung auf einem Zeitschlitzverfahren, beispielsweise auf dem GSM-Standard. Dabei ist die Abgleicheinheit derart ausgelegt, dass sie einen vollständigen Abgleich vor dem Beginn einer Datenübertragung, also beispielsweise der Übertragung eines Datenbursts, durchführt.

Bei dem Abgleich wird vorteilhafterweise darauf geachtet, dass nach dem Abschluss des Abgleichs noch eine genügend große Zeitspanne bis zum Beginn der Datenübertragung verbleibt, sodass die auf den Abgleich folgenden Einschwingvorgänge bis zum Beginn der Datenübertragung abgeschlossen sind.

Die Anpassung des Kompensationswerts erfolgt vorzugsweise während der Guard-Intervalle, die jeder Zeitschlitz aufweist und während denen keine Funkübertragung stattfindet. Die Länge der Guard-Intervalle ist zu diesem Zweck ausreichend.

Alternativ zu einem vollständigen Abgleich vor Beginn jeder Datenübertragung, also beispielsweise vor Beginn jedes Datenbursts, kann vorgesehen sein, dass ein bei einem Abgleich einmal ermittelter Kompensationswert OFCn auch bei einer späteren Datenübertragung wieder verwendet wird. Folglich muss vor der späteren Datenübertragung kein erneuter Abgleich durchgeführt werden, sondern der Kompensationswert OFCword kann beispielsweise anhand von Gleichung (1) gefunden werden. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, einen Speicher vorzusehen, in welchem der Kompensationswert OFCn und beispielsweise auch die Verstärkungseinstellung Gainalignment abgelegt werden.

Zur Durchführung eines Abgleichs ist die Abgleicheinheit vorteilhafterweise mit einem Komparator zum Vergleichen des DC-Offsets mit einem vorgegebenen Schwellwert und einer Einstelleinheit zur Einstellung des Kompensationswerts ausgestattet. Bei dieser Ausgestaltung der Abgleicheinheit wird der Kompensationswert bei einem Abgleich derart eingestellt, dass der nach dem Abgleich verbleibende DC-Offset kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gibt die Einstelleinheit einen digitalen Kompensationswert aus, welcher von einem Digital/Analog-Wandler in eine analoge Kompensationsspannung umgesetzt wird, bevor er in den Signalpfad eingespeist wird.

Während der Durchführung eines vollständigen Abgleichs wird der Mischer von den empfangenen Signalen entkoppelt und insbesondere wird die erfindungsgemäße Vorrichtung auch von den ihr nachgeschalteten Verarbeitungseinheiten getrennt. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise eine Trenneinheit vorgesehen. Sofern ein bereits durch einen Abgleich ermittelter Kompensationswert einer Änderung des DC-Offsets angepasst werden soll, muss der Signalpfad nicht von den empfangenen Signalen und den nachgeordneten Verarbeitungseinheit getrennt werden. Dies ist ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung.

In den Signalpfad kann ein Kanalfilter, beispielsweise ein Tiefpassfilter, geschaltet sein. Der Kompensationswert kann entweder vor dem Kanalfilter oder hinter dem Kanalfilter in den Signalpfad eingekoppelt werden. Eine Einkoppelung vor dem Kanalfilter hat den Vorteil, dass dadurch Spannungstransienten zusätzlich gedämpft werden.

In besonders bevorzugter Weise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als Hochfrequenz-IC ausgelegt, der zum Einbau in einen Funkempfänger vorgesehen ist. Bei einer Implementierung in einen Funkempfänger ist der Eingang des Signalpfads mit der Antenne verbunden, während der Ausgang des Signalpfads typischerweise an den Eingang eines Basisband-ICs geschaltet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

1 ein Blockschaltbild des Empfangssignalpfads in einem Hochfrequenz-IC und dessen Ankoppelung an einen Basisband-IC als Ausführungsbeispiel der Erfindung;

2 ein Ausschnitt aus dem in 1 gezeigten Hochfrequenz-IC mit einem Blockschaltbild einer Abgleichvorrichtung; und

3 ein Ablaufdiagramm eines Abgleich und der Anpassung des Kompensationsworts.

In 1 ist schematisch der Empfangssignalpfad eines Hochfrequenz-ICs 1 dargestellt. Der Hochfrequenz-IC 1 ist in einen Mobilfunkempfänger integriert und dient als Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Funkübertragung basiert vorliegend auf dem GSM-Standard.

Der Hochfrequenz-IC 1 weist einen Eingang 2 auf, welcher bei dem Einbau in den Mobilfunkempfänger an eine in 1 nicht dargestellte Antenne angeschlossen wird. Hinter dem Eingang 2 sind zur Verarbeitung der von der Antenne empfangenen Signale ein rauscharmer Verstärker (LNA) 3, ein Schalter 4, ein Mischer 5, ein einstellbarer Verstärker 6, ein mittels eines Tiefpassfilters realisiertes Kanalfilter 7, ein Addierer 8, ein Ausgangspuffer 9 und ein weiterer Schalter 10 in der angegebenen Reihenfolge angeordnet. Optional kann der Schalter 4 vor dem Verstärker 3 angeordnet sein. Ferner führt von dem Ausgang des Ausgangspuffers 9 ein Rückkoppelpfad zu dem Addierer 8, wobei in den Rückkoppelpfad eine Abgleicheinheit 11 geschaltet ist. Die mittels der vorstehend genannten Bauelemente verarbeiteten Signale werden an einem Ausgang 12 des Hochfrequenz-ICs 1 ausgegeben. Der Ausgang 12 des Hochfrequenz-ICs 1 ist mit einem Eingang 13 eines Basisband-ICs 14 verbunden.

Während des Empfangsbetriebs nimmt der Hochfrequenz-IC 1 an seinem Eingang 2 von der Antenne empfangene Hochfrequenzsignale entgegen. Die Hochfrequenzsignale durchlaufen den rauscharmen Verstärker 3 und werden von dem Mischer 5 gemäß der Zero-IF-Vorgehensweise direkt in das Basisband gemischt. Anschließend werden die heruntergemischten Empfangssignale von dem Verstärker 6 mit der eingestellten Verstärkung verstärkt und von den in dem Empfangssignalpfad nachfolgenden Bauelementen weiterverarbeitet, bevor sie an den Basisband-IC übergegeben werden. In dem Basisband-IC erfolgt die Abtastung und eine digitale Weiterverarbeitung.

Wie oben bereits beschrieben wurde, tritt aufgrund von Mismatching und Selfmixing am Ausgang des Mischers 5 ein DC-Offset auf. Dieser DC-Offset muss vor dem Beginn des Empfangsbetriebs mit Hilfe der Abgleicheinheit 11 kompensiert werden. Zur besseren Veranschaulichung der Funktionsweise der Abgleicheinheit 11 ist in 2 ein Ausschnitt des Hochfrequenz-ICs 1 dargestellt, in welchem die Abgleicheinheit 11 detaillierter dargestellt ist.

Die Abgleicheinheit 11 weist eingangsseitig einen Komparator 111 auf, dessen Eingang mit dem Ausgang des Ausgangspuffers 9 verbunden ist. Dem Komparator 111 ist eine Steuereinheit 112 nachgeschaltet, die einen Digital/Analog-Wandler 113 speist, dessen Ausgang wiederum mit einem Eingang des Addierers 8 verbunden ist. Ferner steuert die Steuereinheit 112 die Schaltern 4 und 10 über Steuerleitungen, wobei in 2 nur die Steuerleitung zu dem Schalter 10 dargestellt ist.

Zur Durchführung eines vollständigen Abgleichs werden zunächst die Schalter 4 und 10 geöffnet, um den Empfangssignalpfad in dem Hochfrequenz-IC 1 sowohl von den Antennensignalen als auch von dem Basisband-IC 14 zu entkoppeln. Als Alternative zu dem Schalter 4 könnte vorgesehen sein, dass der rauscharme Verstärker 3 während des Abgleichs ausgeschaltet wird oder seine Verstärkung stark reduziert wird (low gain mode). Anschließend erfolgt der eigentliche Abgleich, indem der Komparator 111 die von dem Ausgangspuffer 9 ausgegebene Spannung mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht. Anhand des Ergebnisses dieses Vergleichs erzeugt die Steuereinheit 112 an ihrem Ausgang einen digitalen Kompensationswert, der von dem Digital/Analog-Wandler 113 in eine Kompensationsspannung umgesetzt wird und von dem Addierer 8 der an dieser Stelle im Empfangssignalpfad vorliegenden Spannung überlagert wird. Mittels eines in der Steuereinheit 112 vorliegenden sukzessiven Approximationsalgorithmus wird der Kompensationswert so eingestellt, dass der am Ausgang des Ausgangspuffers 9 anliegende Spannungsoffset kleiner ist als der vorgegebene Schwellwert.

Anstelle der Einkopplung der Kompensationsspannung in den Empfangssignalpfad zwischen dem Kanalfilter 7 und dem Ausgangspuffer 9 kann die Kompensationsspannung auch alternativ zwischen dem einstellbaren Verstärker 6 und dem Kanalfilter 7 in den Empfangssignalpfad eingekoppelt werden. In 1 ist die dementsprechende Anordnung des Addierers 8 durch gestrichelte Linien dargestellt. Durch diese Maßnahme werden Spannungstransienten im Hochfrequenz-Frontend durch das träge Tiefpassfilter 7 zusätzlich gedämpft.

Nach dem Abschluss der Abgleichs, der einige &mgr;s benötigt, werden die Schalter 4 und 10 für den normalen Empfangsbetrieb wieder geschlossen, d.h. das Antennensignal wird wieder in den Empfangssignalpfad eingespeist und der Hochfrequenz-IC 1 wird wieder mit dem Basisband-IC 14 verbunden. Die dadurch veränderte Umgebung des Mischers 5 führt zu einem Sprung der Spannung am Ausgang 12 des Hochfrequenz-ICs 1. Da das Basisband-Filter auf diese veränderte Spannung erst einschwingen muss, können nicht sofort nach dem Abschluss des Abgleichs Empfangssignale verarbeitet werden, sondern es muss der Einschwingvorgang abgewartet werden.

Bei Zeitschlitzverfahren darf die Eingangsleistung an der Antenne variieren. Einer veränderten Eingangsleistung muss unter Umständen die Verstärkung des einstellbaren Verstärkers 6 nachgeführt werden. Wie weiter oben bereits erläutert wurde, ändert sich dadurch auch der Spannungsoffset am Ausgang 12 des Hochfrequenz-ICs 1. Dies kann dazu führen, dass der vorgegebene Schwellwert für den maximal zulässigen Offset überschritten wird und eigentlich ein erneuter Abgleich durchgeführt werden müsste. Allerdings ist die übertragungsfreie Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Zeitschlitzen von etwa 30,46 &mgr;s gemäß dem GSM-Standard für einen vollständigen Abgleich in der Regel nicht ausreichend.

Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, dass sich bei einer Änderung der Verstärkung des einstellbaren Verstärkers 6 der neue Spannungsoffset nicht sprunghaft einstellt, sondern aufgrund der Lastkapazität einige Zeit vergeht, bis der neue Spannungsoffset erreicht ist. Die Zeitspanne eines Guard-Intervalls von 30,46 &mgr;s ist unter Umständen ebenfalls kürzer als die Zeitspanne, die bis Einstellung des neuen Spannungsoffsets vergeht.

Die Erfindung schlägt zur Lösung der obigen Probleme vor, einen Abgleich einmalig vor dem Beginn des ersten Zeitschlitzes einer Datenübertragung durchzuführen und den dabei von der Steuereinheit 111 ermittelten Kompensationswert abzuspeichern. Sollte während des anschließenden Datenempfangs aufgrund einer sich ändernden Eingangsleistung eine Änderung der Verstärkungseinstellung des Verstärkers 6 notwendig sein, so wird der Kompensationswert der geänderten Verstärkung nachgeführt. Bei dieser Nachführung bleiben sämtliche Bauelemente des Empfangssignalpfads in ihrem „normalen" für den Empfangsbetrieb vorgesehenen Betriebszustand, d.h. insbesondere bleiben die Schalter 4 und 10 geschlossen. Im Ergebnis bewirkt dieses Vorgehen, dass der Spannungsoffset am Ausgang 12 des Hochfrequenz-ICs 1 auch bei einer Änderung der Verstärkung konstant bleibt. Somit werden sowohl ein zu hoher Spannungsoffset als auch eine Drift des Spannungsoffset in den nächsten Zeitschlitz vermieden.

Anhand des in 3 dargestellten Ablaufdiagramms werden das erfindungsgemäße Vorgehen und weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten nachfolgend noch detaillierter beschrieben. In Zeile 200 des Ablaufdiagramms repräsentieren die Übertragungsblöcke 201 die während eines GSM-Zeitschlitzes übertragenen 148 Bits. Durch das Bezugszeichen 202 sind die übertragungsfreien Zeitdauern während der Guard-Intervalle gekennzeichnet. Ein GSM-Zeitschlitz wird durch genau einen Übertragungsblock 201 und ein Guard-Intervall 202 gebildet.

In Zeile 300 des Ablaufdiagramms sind RXTX-Wörter 301 und 302 dargestellt, welche über den 3-Wire-Bus übertragen werden. Die RXTX-Wörter 301 und 302 steuern die Abgleicheinheit 11 und werden nachfolgend im Zusammenhang mit den von der Abgleicheinheit 11 durchgeführten Verfahrensschritten erläutert.

Die einzelnen von der Abgleicheinheit 11 durchgeführten Verfahrensschritten sind in Zeile 400 schematisch dargestellt. Vor dem ersten Zeitschlitz, in welchem Funksignale empfangen werden, führt die Abgleicheinheit 11 einen vollständigen Abgleich 401 des am Ausgang des Mischers 5 auftretenden DC-Offsets durch. Der in der Abgleicheinheit 11 ablaufende Abgleichalgorithmus wird durch das erste RXTX-Wort 301 gestartet. Dabei wird der DC-Offset mittels des Komparators 111 gemessen und das für die Kompensation des DC-Offsets benötigte Kompensationswort OFCn ermittelt und eingestellt. Das Kompensationswort OFCn besteht aus n Bits und einem Vorzeichenbit.

Während der Durchführung des Abgleichs ist wird die Verstärkung des Verstärkers 6 auf einen vorgegebenen Wert Gainalignment eingestellt. Der Wert Gainalignment ist unabhängig von der Einstellung des Verstärkers 6 während des eigentlichen Empfangsbetriebs. Das Kompensationswort OFCn und die Einstellung Gainalignment werden von der Steuereinheit 112 abgespeichert.

Bei dem Abgleich 401 muss darauf geachtet werden, dass das RXTX-Wort 301 den Abgleich 401 zeitlich so initiiert, dass nach der Beendigung des Abgleichs 401, d.h. nachdem die Schalter 4 und 12 wieder geschlossen wurden, ein genügend großes Zeitintervall 402 bis zum Empfang der ersten Funksignale 201 verbleibt, während dessen das Basisband-Filter auf den Spannungssprung einschwingen kann, der sich nach dem Schließen der Schalter 4 und 12 im Basisbandteil des Hochfrequenz-ICs 1 einstellt.

Sofern nach dem Abgleich 401 die Verstärkung des Verstärkers 6 auf einen neuen Wert Gainsetting eingestellt wird, wird von der Steuereinheit 112 ein neues Kompensationswort OFCword in den Empfangssignalpfad eingespeist, das sich folgendermaßen berechnet:

Dies bedeutet, dass für die Bestimmung des neuen Kompensationsworts OFCword kein neuer Abgleich mit einer Messung des DC-Offsets und einer entsprechenden Einstellung des Kompensationsworts durchgeführt werden muss, sondern dass lediglich das Kompensationswort OFCword anhand von Gleichung (2) dem neuen Verstärkungswert Gainsetting nachgeführt werden muss.

Eine Anpassung der Verstärkung an die Eingangsleistung an der Antenne erfolgt insbesondere während der Guard-Intervalle 202. Dementsprechend wird während der Guard-Intervalle 202 auch das Kompensationswort OFCword gemäß Gleichung (2) aktualisiert. In Zeile 400 von 3 ist diese Nachführung des Kompensationsworts OFCword durch die Bezugszeichen 403 gekennzeichnet. Der Beginn eines Guard-Intervalls 202 wird der Steuereinheit 112 mittels der RXTX-Wörter 302 signalisiert.

Vorzugsweise wird die Verstärkung des Verstärkers 6 in genauen Vielfachen von 6 dB-Schritten geschaltet. Dies ermöglicht es, die Nachführung des Kompensationsworts OFCword durch Links- bzw. Rechtsschieben des binären Kompensationsworts OF-Cword zu bewerkstelligen, d.h. der Kompensationswert wird pro Schiebeschritt verdoppelt bzw. halbiert.

Damit die Steuereinheit 112 das Kompensationswort OFCword berechnen kann, benötigt sie eine Information über den Verstärkungswert Gainsetting. Dieser wird ihr über eine in 2 nicht dargestellte Datenleitung übermittelt.

Bei dem bisher beschriebenen Vorgehen wird davon ausgegangen, dass der am Ausgang des Mischers 5 auftretende DC-Offset konstant ist. Dies muss allerdings nicht immer gelten. Aus diesem Grund kann nach einer bestimmten Anzahl von Zeitschlitzen wieder ein komplett neuer Abgleich 401 durchgeführt werden.

Des Weiteren kann auch das in einem früheren Empfangszyklus bestimmte Kompensationswort OFCn verwendet werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn davon ausgegangen werden kann, dass der DC-Offset sehr stabil ist.


Anspruch[de]
Vorrichtung (1) zur Verarbeitung von über Funk empfangenen Signalen in einem Signalpfad, mit

– einem in den Signalpfad geschalteten Mischer (5) zum Heruntermischen der empfangenen Signale,

– einer Abgleicheinheit (11) zur Bestimmung eines in dem Signalpfad hinter dem Ausgang des Mischers (5) auftretenden DC-Offsets und zum Einspeisen eines anhand des bestimmten DC-Offsets ermittelten Kompensationswerts in den Signalpfad zur Kompensation des DC-Offsets, und

– einer Anpasseinheit (112) zum Anpassen des durch einen Abgleich ermittelten Kompensationswerts an einen sich ändernden DC-Offset.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

– dass in den Signalpfad ein Verstärker (6) zur Verstärkung der empfangenen Signale geschaltet ist, und

– dass die Anpasseinheit (112) derart ausgelegt ist, dass sie den Kompensationswert an eine sich ändernde Verstärkung des Verstärkers (6) anpasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

– dass bei einer sich ändernden Verstärkung der angepasste Kompensationswert OFCword sich aus dem durch den Abgleich ermittelten Kompensationswert OFCn, der während des Abgleichs vorliegenden Verstärkung Gainalignment und der geänderten Verstärkung Gainsetting ergibt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

– dass für den angepassten Kompensationswert OFCword gilt:
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

– dass der Mischer (5) dazu ausgelegt ist, die empfangenen Signale von der für die Funkübertragung verwendeten Übertragungsfrequenz in das Basisband zu mischen.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Funkübertragung auf einem Zeitschlitzverfahren basiert, und

– dass die Abgleicheinheit (11) derart ausgelegt ist, dass sie einen Abgleich (401) vor dem Beginn einer Datenübertragung durchführt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

– dass der Abgleich (401) derart durchgeführt wird, dass zwischen dem Abschluss des Abgleichs (401) und dem Beginn der Datenübertragung mindestens eine vorgegebene Zeitspanne (402) verbleibt, während der kein Funkempfang stattfindet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet,

– dass jeder Zeitschlitz ein Guard-Intervall (202) aufweist, während dessen kein Funkempfang stattfindet, und

– dass die Anpasseinheit (112) derart ausgelegt ist, dass sie eine Anpassung des Kompensationswerts während eines Guard-Intervalls (202) durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet,

– dass zur Anpassung des Kompensationswerts während eines Guard-Intervalls (202) ein Kompensationswert herangezogen wird, der bei einem Abgleich vor einer früheren Datenübertragung ermittelt wurde.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Abgleicheinheit (11) einen Komparator (111) zum Vergleichen des DC-Offsets mit einem vorgegebenen Schwellwert und eine Einstelleinheit (112) zur Einstellung des Kompensationswerts umfasst, wobei der Kompensationswert bei einem Abgleich derart eingestellt wird, dass der nach dem Abgleich verbleibende DC-Offset kleiner als der vorgegebene Schwellwert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

– dass der von der Einstelleinheit (112) ausgegebene Kompensationswert digital ist, und

– dass der digitale Kompensationswert von einem Digital/Analog-Wandler (113) in eine analoge Kompensationsspannung umgesetzt wird, bevor er in den Signalpfad eingespeist wird.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Vorrichtung (1) eine Trenneinheit (4, 10) aufweist, welche den Signalpfad während der Durchführung eines Abgleichs von den empfangenen Signalen und insbesondere von Verarbeitungseinheiten entkoppelt, die dem Signalpfad der Vorrichtung (1) nachgeschaltet sind.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

– dass in den Signalpfad ein Kanalfilter (7) geschaltet ist, und

– dass der Kompensationswert vor oder alternativ hinter dem Kanalfilter (7) in den Signalpfad eingespeist wird.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Vorrichtung ein zum Einbau in einen Funkempfänger vorgesehener Hochfrequenz-IC (1) ist.
Verfahren zur Verarbeitung von über Funk empfangenen Signalen, mit folgenden Verfahrensschritten:

(a) Heruntermischen der empfangenen Signale;

(b) Bestimmen eines nach dem Mischen auftretenden DC-Offsets;

(c) Überlagerung der heruntergemischten Signale mit einem anhand des bestimmten DC-Offsets ermittelten Kompensationswerts zur Kompensation des DC-Offsets; und

(d) Anpassen des im Verfahrensschritt (c) ermittelten Kompensationswerts an einen sich ändernden DC-Offset.
Verfahren nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die empfangenen Signale mittels eines Verstärkers (6) verstärkt werden, und

– dass der Kompensationswert an eine sich ändernde Verstärkung des Verstärkers (6) im Verfahrensschritt (d) anpasst wird.
Verfahren nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet,

– dass bei einer sich ändernden Verstärkung der angepasste Kompensationswert OFCword sich aus dem im Verfahrensschritt (c) ermittelten Kompensationswert OFCn, der während der Durchführung des Verfahrensschritts (c) vorliegenden Verstärkung Gainalignment und der geänderten Verstärkung Gainsetting ergibt.
Verfahren nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichnet,

– dass für den angepassten Kompensationswert OFCword gilt:
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 18,

dadurch gekennzeichnet,

– dass im Verfahrensschritt (a) die empfangenen Signale von der für die Funkübertragung verwendeten Übertragungsfrequenz in das Basisband gemischt werden.
Verfahren einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 19,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die Funkübertragung auf einem Zeitschlitzverfahren und insbesondere auf dem GSM-Standard basiert, und

– dass die Verfahrensschritte (b) und (c) vor dem Beginn einer Datenübertragung durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 20,

dadurch gekennzeichnet,

– dass zwischen dem Abschluss des Verfahrensschritts (c) und dem Beginn der Datenübertragung mindestens eine vorgegebene Zeitspanne (402) verbleibt, während der kein Funkempfang stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21,

dadurch gekennzeichnet,

– dass jeder Zeitschlitz ein Guard-Intervall (202) aufweist, während dessen kein Funkempfang stattfindet, und

– dass der Verfahrensschritt (d) während eines Guard-Intervalls (202) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet,

– dass zur Anpassung des Kompensationswerts während eines Guard-Intervalls (202) ein Kompensationswert herangezogen wird, der bei einem vor einer früheren Datenübertragung durchgeführten Verfahrensschritt (c) ermittelt wurde.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis 23,

dadurch gekennzeichnet,

– dass die empfangenen Signale mittels eines Kanalfilters (7) gefiltert werden, und

– dass die empfangenen Signale vor oder alternativ nach der Kanalfilterung mit dem Kompensationswert überlagert werden.






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