DE19829500A1 - Verfahren zur Verbesserung des Nutzsignals in einer Funkempfangseinheit - Google Patents

Abstract

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. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbesserung des Nutzsignals in der Empfangseinheit eines Kommunikationssystems zu schaffen. DOLLAR A Das erfindungsgemäße 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 der Steuereinheit zugeführt wird und daß in Abhängigkeit vom Ausgangssignal die Verstärker angesteuert werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verbesserung des Nutzsignals in einer Funkempfangseinheit.

Es ist bekannt, daß mittels einer Signalstärkendetektionseinheit detektiert wird, wie hoch das Verhältnis des Eingangssignal 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.

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.

Das erfindungsgemäße 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.

Die Ausgangsspannung steht im direkten Verhältnis zum Das Nutzsignal, welches verbessert werden soll. Wird das Ausgangssignal verbessert, verbessert sich auch das Nutzsignal. Verschlechtert sich die Ausgangsspannung verschlechtert sich das Nutzsignal.

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.

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.

Durch die Eliminierung der Störsignale durch den Kanalfilter können die Signalstärken mit oder ohne Störsignal ausgewertet werden.

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.

Durch Verstärkung der jeweiligen Signale durch die Verstärker ist es möglich, eine Optimierung durchzuführen in Abhängigkeit davon, wie die beiden Detektorsignale ausfallen.

Das Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinstellung so optimiert wird, daß das Nutzsignals N im Verhältnis N/(S+R) zu Störsignalen S und Rauschen R möglichst groß ist.

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.

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 Verstärker und geringere Verstärkung im zweiten Verstärker eingestellt wird.

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.

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.

Anstelle der Schalter, die die unterschiedlichen Signale der Signalstärkendetektionseinheit zuführen ist es auch möglich, zwei Signalstärkendetektionseinheiten zu verwenden, die kontinuierlich beide Signale der Steuereinheit zuführen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Gleiche Bezugszeichen weisen auf gleiche Funktionsweisen hin. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 2a-c Darstellung von Kurvenverläufen und

Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild für das erfindungsgemäße Verfahren.

Fig. 1 zeigt ein Bockschaltbild 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.

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.

Die Funktionsweise der Fig. 1 ist anhand der Kurvenverläufe der Fig. 2a-v erläutert. Die Fig. 2a bis 2d zeigen die prinzipielle Erläuterung der Messung der Signalstärken auf. Fig. 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. Fig. 2b zeigt ein erstes Spektrum S1 bei dem ein Nutzsignal N und ein Störsignal S dargestellt ist. Das Störsignal S ist größer als das Nutzsignal N. Fig. 2c zeigt ein Spektrum S2 in dem ein Nutzsignal N und ein kleineres Störsignal S dargestellt ist. In Fig. 2d ist dargestellt die Ausgangsspannung AS in Abhängigkeit von der Signalstärke des Eingangssignals ES. Die Ausgangsspannung AS steht im direkten Verhältnis zum Das 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 Fig. 2b und Spektrum S2 aus Fig. 2c sind mit AS1 bzw. AS2 gekennzeichnet. Die Kennlinie K gibt die Kennlinienverlauf der Signalstärkedetektionseinheit RSSI wieder. Die Ausgangsspannung AS1 für das Spektrum S1 aus der Fig. 2b wurde gewonnen vor dem Bandfilter BF2. Die Ausgangsspannung AS2 für das Spektrum S2 aus Fig. 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.

Die Fig. 2e bis 2i zeigt die Optimierung der Verstärkungseinstellung für den Fall das mehrere starke Störsignale und ein kleines Nutzsignal vorhanden ist. Fig. 2e zeigt das zwei Störsignale S1 und S2 vorhanden sind die größer sind wie das Nutzsignal N. Fig. 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 Fig. 2g ist das zweite Spektrum S2 dargestellt, welches sich nach dem Bandfilter BF2 ergab. Man sieht, daß das Verhältnis N/(S+R+I) von Nutzsignal N zu Störsignal S. Grundrauschen R und Intermodulationsprodukt Ischlechtert ist. In Fig. 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 ist verringert worden. Vergleicht man jedoch Fig. 2i zu Fig. 2g sieht man, daß die Störsignalanteile S1, S2 als auch die Intermodulationsprodukte 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 Fig. 2f bis 2i zu sehen ist, ist das Verhältnis N/(S+R+I)dadurch verbessert worden.

Die Fig. 2j bis 2p zeigen einen weiteren Fall zur Verbesserung der Verstärkungseinstellung. Fig. 2j zeigt ein kleines Nutzsignal N und eine sehr kleines Störsignal S. Fig. 2k zeigt das Spektrum S1 mit normaler Verstärkung. Fig. 2l zeigt das Spektrum S2 indem zu sehen ist das nur noch ein Grundrauschen R als Störanteil enthalten ist. Fig. 2m zeigt das bei einer weiteren Verstärkung, durch den Verstärker RV2, das Nutzsignal N und auch das Grundrauschen R verstärkt wird. In Fig. 2n ist gezeigt, daß die Verstärkung im ersten Verstärker RV1 erhöht wird, so daß das Nutzsignal N vergrößert wird, als auch das Störsignal S. Fig. 2o zeigt das der Bandfilter BF2 das Störsignal S eliminiert hat und das Nutzsignal N vollkommen zur Verfügung steht. Fig. 2p zeigt das nun bei einer weiteren Verstärkung, durch den Verstärker RV2, das Nutzsignal N und auch das Grundrauschen R verstärkt wird, wobei der das Grundrauschen nicht in dem Maße verstärkt wurde wie in Fig. 2m dargestellt, der eine geringere Verstärkung durch den Verstärker RV1 voran ging. Wenn in diesem Fall ein dritter Verstärker RV3, der gestrichelt dargestellt wurde, verwandt 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 sind wie die Ausgangsspannung AS2.

Fig. 2q bis 2v zeigen einen Kanalwechsel, da benachbart ein starke Störsignale vorhanden sind. Fig. 2q zeigt das Eingangssignal ES in Abhängigkeit von der Eingangsfrequenz sin. Der Bandbereich ist mir BB angedeutet. Das Störsignal S1 liegt direkt neben dem Nutzsignal N. Beim ersten Spektrum S1 ist zu sehen das 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 wie die Ausgangsspannung AS2 und wir haben in diesem Fall einen kleinen Verstärkungsfaktor des Verstärkers RV1 vor dem Kanalfilter. Fig. 2t zeigt das 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 Fig. 2v zeigt, daß das Nutzsignal N erheblich größer ist wie das Störsignal S1, so daß die Ausgangsspannung AS1 erheblich größer ist wie die Ausgangsspannung AS2. Es ist hier deutlich zu sehen das durch den Kanalwechsel eine Verbesserung der Ausgangsspannung gewonnen wurde.

Fig. 3 zeigt eine Realisierung des in Fig. 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 Fig. 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 Fig. 1 und Fig. 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.

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. Diese 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. Ausgangsspannung gerade erfaßt wird. Dieser Teil wertet die Ausgangsspannung AS dann aus und liefert die Steuerspannungen Gain1, Gain2, VAGC zur Verstärkungseinstellung.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verbesserung des Nutzsignals im einer Funkempfangseinheit mit einem Kanalfilter (BF2), mit einem Schalter (S), mit einer Steuereinheit (SE), mit einer Signalstärkendetektionseinheit (RSSI) und mit regelbaren Verstärkern (RV1, RV2), dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinheit den Schalter (S) derart ansteuert,
daß der Schalter (S) ein erstes Signal (S1) vor dem Kanalfilter (BF2) und ein zweites Signal (S2) nach dem Kanalfilter (BF2) abwechselnd der Signalstärkendetektionseinheit (RSSI) zuführt und
daß das Ausgangssignal der Signalstärkendetektionseinheit der Steuereinheit zugeführt wird und
daß in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal die Verstärker (RV1, RV2) angesteuert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein Nutzsignalanteil und einen Störsignalanteil enthält und daß durch den Kanalfilter der Störsignalanteil ausgefiltert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen ersten Verstärker 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.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenn bei maximaler Verstärkung des ersten Verstärkers das Ausgangssignal gering ist, die Verstärkung des ersten Verstärkers reduziert wird und die Verstärkung des zweiten Verstärkers angehoben wird und so das Ausgangssignal verbessert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenn bei maximaler Verstärkung des ersten Verstärkers das Ausgangssignal maximal ist die Verstärkung durch den zweiten Verstärker verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenn bei minimaler Verstärkung des ersten Verstärkers das Ausgangssignal gering ist der Frequenzbereich geändert wird.