FI106995B - Menetelmä häiriöiden pienentämiseksi vastaanottimessa - Google Patents

Description

1 106995

Menetelmä häiriöiden pienentämiseksi vastaanottimessa

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään häiriöiden pienentämiseksi vastaanottimessa, jolla informaatiota vastaanotetaan vastaan-5 ottoaikajaksoissa, ja jossa vastaanottimessa signaalia vastaanotetaan ainakin ensimmäisellä ja toisella antennilla, ja mainituilla ensimmäisellä ja toisella antennilla vastaanotettujen signaalien perusteella muodostetaan vertailusignaali, jonka perusteella vastaanotinta säädetään. Keksintö kohdistuu lisäksi vastaanottimeen informaation vastaanotta-10 miseksi vastaanottoaikajaksoissa, joka vastaanotin käsittää ensimmäisen ja toisen antennin signaalien vastaanottamiseksi, välineet vertailusignaalin muodostamiseksi, ja välineet vastaanottimen säätämiseksi mainitun vertailusignaalin perusteella informaation vastaanottamiseen vaikuttavien häiriöiden vaimentamiseksi. Keksintö kohdistuu 15 myös langattomaan viestimeen, joka käsittää ainakin vastaanottimen informaation vastaanottamiseksi mainitulle langattomalle viestimelle määritetyissä vastaanottoaikajaksoissa, ensimmäisen ja toisen antennin signaalien vastaanottamiseksi, välineet vertailusignaalin muodostamiseksi, ja välineet vastaanottimen säätämiseksi mainitun vertai-20 lusignaalin perusteella informaation vastaanottamiseen vaikuttavien häiriöiden vaimentamiseksi. Keksintö kohdistuu vielä järjestelmään, joka käsittää ainakin tietojenkäsittelylaitteen, vastaanottimen informaation vastaanottamiseksi vastaanottoaikajaksoissa, ensimmäisen ja toi-·.·. sen antennin signaalien vastaanottamiseksi, välineet vertailusignaalin 25 muodostamiseksi, ja välineet vastaanottimen säätämiseksi mainitun * .* vertailusignaalin perusteella ainakin tietojenkäsittelylaitteessa muodos- ·;;; tuvien, informaation vastaanottamiseen vaikuttavien häiriöiden vaimen- tamiseksi.

• · · * · » • · « • * · ; 30 Varsinaisen lähetetyn informaation lisäksi vastaanottimeen kohdistuu erilaisia häiriösignaaleita, jotka voivat vaikuttaa vastaanottimen vas-·:·*: taanottokykyyn. Tällaisia häiriösignaaleita muodostuu erityisesti sellai- ·"*: sissa sähkölaitteissa, joissa esiintyy suuritaajuisia ja pulssimaisia, jyrk käreunaisia signaaleita, kuten tietojenkäsittelylaitteissa (PC, Personal 35 Computer). Useissa nykyisissä tietojenkäsittelylaitteissa suorittimien ''··/' kellotaajuudet ovat jo luokkaa 250—300 MHz. On tunnettua, että puls- simaiset signaalit, lyhyet kytkentäajat, suuret virrat, pitkät johtimet ja :··· piirilevyn johdotukset aikaansaavat häiriösäteilyä ympäristöön. Häiriö- 2 106995 säteilyn taajuus on kääntäen verrannollinen signaalin nousu- ja laskuai-koihin. Tällaisen häiriösäteilyn voimakkuus on vielä suurempi sellaisissa johtimissa, joiden pituus on samaa luokkaa kuin häiriösignaalin aallonpituus tai muuten resonoi häiriösignaalin kanssa. Säteilyteho on 5 verrannollinen virranvoimakkuuden neliöön. Tietojen käsittelylaitteissa on useita edellä mainitun kaltaisia mahdollisuuksia häiriösignaalien syntymiselle. Häiriösignaalien voimakkuuteen voidaan jossain määrin vaikuttaa piirilevysuunnittelulla, jolloin häiriösignaalilähteet ympäröidään maadoitusjohtimilla, -tasoilla tai vastaavilla. Käytännössä on 10 kuitenkin mahdotonta saavuttaa täydellistä suojausta häiriöitä vastaan, jolloin osa häiriöistä pääsee vastaanottimeen.

Erityisen tärkeää häiriöiden eliminointi on ns. korttipuhelimien yhteydessä, jotka on tarkoitettu liitettäväksi tietojenkäsittelylaitteen laajen-15 n us kortti liitäntään tai vastaavaan, jolloin tällaista laajennuskorttina to teutettua korttipuhelinta voidaan käyttää mm. modeemina ja telekopiolaitteena. Tällaiset laajennuskortit käsittävät mm. langattoman viestimen lähetin/vastaanotinyksikön sekä laajennuskortin toimintaa ohjaavaa elektroniikkaa, kuten mikro-ohjaimen (MCU), muistivälineet (RAM, 20 ROM, FLASH), digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön (DSP), analo-gia/digitaalimuuntimia (ADC), digitaali/analogiamuuntimia (DAC) sekä tarvittavat liityntävälineet tietojenkäsittelylaitteeseen liittymiseksi. Ainakin osa edellä mainituista piireistä on toteutettavissa sovelluskohtai-\\ sella logiikkapiirillä (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), 25 kuten on sinänsä tunnettua.

Lähetin käsittää mm. modulaattorin lähetettävän signaalin moduloimi- • · ’-·* seksi, suodattimia erityisesti harhalähetteiden vaimentamiseksi, yhden v : tai useamman sekoittimen, jossa moduloitu signaali sekoitetaan paikal- »Il v : 30 lisoskillaattoritaajuuteen radiotaajuisen signaalin muodostamiseksi, ja pääteasteen lähetettävän signaalin vahvistamiseksi. Vahvistettu sig-·:··: naali johdetaan antenniin, joka on esim. kaapelin välityksellä kytketty ·'**: korttiin. Vastaanotin käsittää mm. suodattimia vastaanotettujen signaa lien suodattamiseksi, yhden tai useamman sekoittimen vastaanotetta-35 van radiotaajuisen signaalin muuntamiseksi välitaajuudelle tai suora-muunnostyyppisessä vastaanottimessa kantataajuudelle ja ilmaisimen i .. vastaanotetun signaalin ilmaisemiseksi (demoduloimiseksi).

3 106995

Kun tällainen laajennuskortti liitetään tietojenkäsittelylaitteeseen, ovat etäisyydet laajennuskortin lähetin/vastaanotinyksikön sekä tietojenkä-sittelylaitteen välillä hyvin pienet, jolloin tietojenkäsittelylaitteessa muodostuvan häiriösäteilyn voimakkuus vastaanotinasteissa on hyvin 5 suuri. Oheisissa kuvissa 1a, 1b on esitetty periaatteellisella tasolla erästä häiriöiden kytkeytymismekanismia tietojenkäsittelylaitteesta PC laajennuskortin vastaanottimeen. Tietojenkäsittelylaitteessa PC muodostuvat suurtaajuuskentät (magneettikentät ja sähkökentät) kytkeytyvät tietojenkäsittelylaitteen PC osittain metalliseen koteloon, 10 jolloin häiriövirtoja muodostuu. Tietojenkäsittelylaitteen kotelon mitat ainakin joissakin suunnissa ovat samaa suuruusluokkaa kuin syntyvien suurtaajuushäiriöiden aallonpituudet, mikä merkitsee sitä, että eri osissa koteloa voi esiintyä erisuuruisia häiriöjännitteitä. Suoritettaessa tarkastelu kahden eri pisteen A, B välillä, voidaan todeta, että häiriö-15 signaali muodostaa jännitteen pisteiden A ja B välille (merkitty jännitelähteenä E kuvaan 1a). Tämän jännitelähteen impedanssi on kompleksinen sisältäen reaktiivisen, taajuudesta riippuvan komponentin. Kuvassa 1a katkoviiva CH esittää laitteen koteloa, jossa suurtaajuinen virta kulkeutuu jakautuneiden impedanssien Z ja Zc kautta. Osa häiriö-20 signaalista säteilee ympäristöön pisteestä B. Käytännön sovelluksissa tällaisia häiriösäteilykohtia B on useita, mutta tässä tilannetta on yksinkertaistettu esittämällä vain yksi tällainen säteilykohta. Osa tästä häiriösäteilystä kulkeutuu vastaanottimen antenniin. Tätä kytkeytymistä esittää kondensaattori C kuvassa 1 a.

25 * i i ' / Signaali/kohinasuhteen (S/N) tai signaali/häiriösuhteen (S/l) kannalta < i t merkityksellisin osa vastaanottaessa on pienikohinainen vahvistin '··' LNA. Tämä pienikohinainen vahvistin LNA vahvistaa heikon tulosignaa- : Iin voimakkaammaksi. Kuten kuvasta 1b on havaittavissa, jännitelähde • · · ·’ 30 E kytkeytyy pienikohinaisen vahvistimen LNA kääntävän ja el-kääntä- vän tulonavan välille. Tällöin myös vastaanottoantennin kautta vas-' ·:··: taanottimeen kytkeytyneet häiriösignaalit vahvistetaan tässä pienikohi- ·*'·; naisessa vahvistimessa LNA, jolloin varsinaista hyötysignaalia ja häiri- ösignaalia ei myöhemmissä vastaanottoasteissa voida enää erottaa 35 toisistaan.

Tunnetaan radiovastaanottimen häiriöiden vaimennusmenetelmä, jossa käytetään kahta tai useampaa vastaanottoantennia, jolloin eri 4 106995 antennien kautta vastaanotettuja signaaleja viivästetään erivaiheisiksi. Erivaiheiset signaalit summataan ja johdetaan muihin vastaanottoas-teisiin ilmaistavaksi. Tässä menetelmässä häiriöiden vaimennus perustuu siihen, että säädetään vaiheensiirtolohkoa vaihe-eron säätä-5 miseksi, kunnes eri antennien kautta vastaanotetut häiriösignaalit kumoavat olennaisesti toisensa. Tämä menetelmä soveltuu sellaisiin tilanteisiin, joissa on ainoastaan yksi häiritsevä signaali vaikuttamassa vastaanottoon. Käytännön tilanteissa häiriölähteitä on kuitenkin useita, jolloin edellä esitetty menetelmä ei sovellu langattomien viestimien 10 vastaanottimissa käytettäväksi. Menetelmän käyttöä vaikeuttaa vielä se, että jatkuvassa lähetyksessä on vastaanotettavaksi tarkoitettu signaali, eli ns. hyötysignaali myös koko ajan mukana, jolloin häiriösig-naalin erottaminen hyötysignaalista on vaikeaa.

15 Langattomissa viestimissä häiriösignaalien häiritsevä vaikutus on selvimmin havaittavissa heikossa signaalikentässä, esim. langattoman viestimen ollessa kaukana tukiasemasta. Häiritsevä signaali voi tällöin aiheuttaa vastaanotettavan signaalin ajoittaisen häipymisen kuuluvista ("pätkimisen") tai jopa yhteyden katkeamisen. Myös langattoman vies-20 timen liikkuessa tukiaseman alueelta toisen tukiaseman alueelle, häiriösignaalit voivat aiheuttaa yhteyden katkeamisen.

Saksalainen hakemusjulkaisu DE-34 43 466 esittää vastaanotinta, ·.·. jossa käytetään ainakin kahta antennia. Eri antennien kautta vastaan- 25 otettujen signaalien häiriötasoa verrataan toisiinsa, jolloin vastaanottoa ‘ ' varten valitaan se antenni, jonka kautta vastaanotettavassa signaalissa häiriötaso on pienin.

• · • ·« ; Eräs toinen saksalainen hakemusjulkaisu DE-44 03 612 esittää diver- • ·« : 30 siteettivastaanotinta, joka käsittää useita antenneja. Vastaanottimella vastaanotetaan signaalia kulloinkin yhdellä näistä antenneista ja ·:··: suoritetaan vertailua, jolla selvitetään eri antenneilla vastaanotettujen ·*": signaalien häiriötasoa. Tällöin vastaanottoaikaa kasvatetaan sellaisella antennilla, jolla häiriötaso on pienin, eli antennin valintakriteerinä 35 käytetään signaalin häiriötasoa.

Ranskalaisessa hakemusjulkaisussa FR-2580448 on esitetty vastaan-·: ·; otin, joka käsittää adaptiivisen antennin sekä vaiheenkorjauspiirin.

s 106995

Julkaisun mukaisessa vastaanottimessa signaalia vastaanotetaan adaptiivisen antennin eri antennihaaroista ja suoritetaan referenssisig-naaiin avulla kullekin antennihaarasta vastaanotetulle signaalille vaiheenkorjaus tarvittaessa. Tätä vaiheenkorjausta käytetään, koska 5 eri antennien kautta vastaanotettu signaali ei välttämättä ole tarkalleen samanvaiheinen signaalin kulkuaikaeroista johtuen.

Patentissa US-5,117,505 on esitetty kahdesta antennista koostuva järjestelmä häiriöiden poistamiseksi vastaanotossa. Ensimmäistä 10 antennia käytetään hyötysignaalin vastaanottoon ja toista antennia käytetään häiriöiden selvittämiseen. Hyötysignaalia vastaanottava antenni on suuntaava antenni ja se on suunnattu kohti signaalin lähetintä. Häiriöiden selvittämisessä käytettävä antenni on joko ympä-risäteilevä, tai sellainen antenni, jonka suuntakuviossa minimi on ase-15 tettu samaan suuntaan kuin hyötysignaalin vastaanotossa käytettävän antennin suuntakuvion maksimi. Tällä on pyritty pienentämään hyötysignaalin vaimenemista vastaanotossa. Häiriötaso selvitetään toisesta antennista vastaanotettavan signaalin perusteella, ja mikäli häiriöitä havaitaan, suoritetaan häiriöiden vaimennus seuraavasti. 20 Toisella antennilla vastaanotetun signaalin vaihe käännetään vastak-kaisvaiheiseksi ja summataan ensimmäisellä antennilla vastaanotettuun signaaliin. Tällöin ensimmäisellä antennilla vastaanotettu häiriö-signaali vaimenee jossain määrin. Tilanteessa, jossa häiriöitä ei havaita, tai häiriötaso on alle asetetun minimitason, häiriöiden vaimen-25 nus kytketään pois päältä. Tämän julkaisun mukaisessa järjestelmässä ' on kuitenkin mm. se epäkohta, että toisella antennilla vastaanotetaan aina myös hyötysignaalia, jolloin summauksessa myös hyötysignaali • · vaimenee hiukan. Tämä aiheuttaa vastaanottimen herkkyyden piene- v r nemisen. Lisäksi toisella antennilla vastaanotettu hyötysignaali tulki- : 30 taan häiriösignaaliksi, jolloin vaikka todellisuudessa häiriötaso on alle asetetun minimitason, saattaa järjestelmä pitää häiriöiden vaimen- ·:··: nuksen päällä.

♦ # «

Toisessa USArlaisessa patentissa US-5,584,065 on esitetty vastaan-35 otinta varten häiriöiden valmennusjärjestelmä, jossa myös käytetään kahta antennia, joista ensimmäisellä vastaanotetaan hyötysignaalia ja toisella vastaanotetaan häiriösignaalia. Häiriösignaalista pyritään selvittämään vaihe ja amplitudi, jolloin häiriösignaalin vaihetta siirretään 6 106995 ja amplitudia muutetaan siten, että summaamalla toisesta antennista vastaanotettu ja vaiheeltaan ja amplitudiltaan muutettu häiriösignaali ensimmäisestä antennista vastaanotettuun signaaliin, saadaan häiriö-signaali vaimenemaan. Vaiheen ja amplitudin selvittämisessä käyte-5 tään esim. l/Q-modulaattoria. Myös tässä julkaisussa esitetyssä järjestelmässä on se epäkohta, että toisella antennilla vastaanotetaan myös hyötysignaalia, mikä aiheuttaa myös hyötysignaalin vaimenemista jossain määrin.

10 Japanilainen julkaisu JP-09219615 esittää adaptiivista säätöjärjestelmää käytettäväksi tukiasemien lähetin/vastaanottimissa, jotka käsittävät adaptiivisen, useista antenneista koostuvan antennin. Järjestelmässä voidaan kunkin antennin kautta vastaanotettavan signaalin amplitudia ja vaihetta painottaa eri painokertoimilla, jolloin eri antennien 15 kautta vastaanotetut, painotetut signaalit yhdistetään. Tukiaseman asennusvaiheessa lähetetään vertailusignaalia toivotusta suunnasta sekä ei-toivotusta suunnasta, jolloin painokertoimet voidaan asettaa siten, että ei-toivotusta suunnasta saapuvat signaalit vaimenevat. Tästä julkaisusta ei hakijan mielestä käy ilmi otsikkohakemuksessa nyt 20 täsmennettyjen patenttivaatimusten mukainen ratkaisu.

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä häiriöiden eliminoimiseksi vastaanottimessa, kuten TDMA-·.·. vastaanottimessa. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että signaaleja 25 vastaanotetaan kahdella tai useammalla antennilla, jolloin ainakin kah-' den eri signaalin välille muodostetaan vaihe-ero. Näistä signaaleista muodostetaan vertailusignaali, jolloin vaihe-eroa säädetään edullisesti siten, että vertailusignaalin teho vastaanottimessa saadaan mahdolli-; simman pieneksi. Vertailusignaalin muodostus ja säätö tehdään sellai- •«· ; 30 sen aikajakson aikana, jolloin ei vastaanoteta varsinaista hyötyinfor- maatiota vastaanottimessa. Säätöä ei suoriteta myöskään siinä aika-*:··: jaksossa, jota langattoman viestimen lähetin käyttää informaation ·**: lähettämiseen. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että vertailusignaali muodostetaan mainituilla 35 ensimmäisellä ja toisella antennilla muulloin kuin mainitussa vastaanottoa! kajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella.

7 106995

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle vastaanottimelle on tunnusomaista se, että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet vertailusignaalin muodostamiseksi ainakin mainituilla ensimmäisellä ja toisella antennilla muussa kuin vastaanottimelle määrite-5 tyssä vastaanottoaikajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle langattomalle viestimelle on tunnusomaista se, että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet vertailusignaalin muodostamiseksi ainakin mainituilla 10 ensimmäisellä ja toisella antennilla muussa kuin langattomalle viestimelle määritetyssä vastaanottoaikajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella.

Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle järjestelmälle on vielä tunnus-15 omaista se, että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet vertailusignaalin muodostamiseksi ainakin mainituilla ensimmäisellä ja toisella antennilla muussa kuin vastaanottimelle määritetyssä vastaanottoaikajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella.

20 Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin häiriöiden vaimennusratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaisessa häiriöiden vaimennuksessa säätö suoritetaan silloin, kun varsinaista hyötyinformaatiota ei vastaanoteta, jolloin säätö ·.·. perustuu paremmin todellisuutta vastaavaan kohinatilanteeseen. Täl- 25 löin hyötyinformaatio ei vaikuta säätöön. Tilanteessa, jossa säätö suori-tetaan vastaanottoaikajaksoa edeltävässä aikajaksossa, ei kohinatilan-ne normaalisti merkittävässä määrin muutu vastaanottoaikajaksoon nähden, jolloin saavutetaan mahdollisimman hyvä häiriöiden vaimen- ·’ ; nus. Keksinnön mukainen häiriöiden vaimennus on lisäksi toteutuksel- ··· v : 30 taan suhteellisen yksinkertainen, esimerkiksi säädössä käytettävä säätöalgoritmi lisätään digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön sovellus-*”·: ohjelmistoon. Keksinnön mukainen häiriöiden vaimennus on myös **“: adaptiivinen, jolloin kohinatilanteiden muutokset huomioidaan säädön yhteydessä. Keksinnön mukainen vastaanotin ei ole niin herkkä häiriöil-35 le kuin tunnetun tekniikan mukaiset vastaanottimet, jolloin myös heikossa signaalikentässä yhteyden katkeamista ei tapahdu niin helposti.

s 106995

Nyt esillä olevaa keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 a esittää periaatekuvana häiriöiden kytkeytymistä tietojenkä- 5 sittelylaitteeseen kytketyn korttipuhelimen vastaanottimeen, kuva 1 b esittää pelkistettyä vastin kytkentää kuvan 1 a tilanteesta, kuva 2 esittää erään TDMA-järjestelmän aikajaksoa langattoman 10 viestimen kannalta, kuva 3 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edulli sen suoritusmuodon mukaista langatonta viestintä, ja 15 kuva 4 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edulli sen suoritusmuodon mukaista TDMA-vastaanotinta.

Seuraavassa keksintöä selostetaan GSM-matkaviestinjärjestelmässä, mutta keksintöä voidaan soveltaa myös muissa aikajakomultipleksoin-20 tiin TDMA (Time Division Multiple Access) perustuvissa matkaviestinjärjestelmissä, kuten US-TDMA, PDC, DECT ja PHS. TDMA-pohjaisissa matkaviestinjärjestelmissä langattoman viestimen ja tukiaseman välinen lähetys ja vastaanotto suoritetaan eri aikajak-·.·. soissa, kuten kuvassa 2 on pelkistetysti esitetty. GSM-matkaviestinver- 25 kossa jokainen fyysinen kanava jaetaan vielä kahdeksaan aikajaksoon.

‘ Tällaista kahdeksan aikajakson kokonaisuutta kutsutaan TDMA-kehyk- seksi (frame). Tavallisesti yksi langaton viestin ei varaa kaikkia * · kahdeksaa aikajaksoa, vaan esimerkiksi GSM-järjestelmässä normaalisti kuusi kahdeksasta (6/8) aikajaksosta on yhden langattoman •V ·' 30 viestimen kannalta tyhjäkäyntiaikajaksoja (idle slot). Yhtä aikajaksoa tyypillisesti käytetään lähetykseen ja vastaavasti yhtä aikajaksoa ·:··: vastaanottoon. Joissakin tilanteissa langattomalla viestimellä saattaa **’: olla useampia yhteyksiä, esimerkiksi piirikytkentäinen yhteys ja paketti kytkentäinen yhteys. Tällöin tyhjäkäyntiaikajaksoja ei välttämättä ole 35 edellä mainittua määrää vaan vähemmän. Joka tapauksessa yhteyden ‘ ·; ‘ aikana osa aikajaksoista on langattoman viestimen kannalta tyhjäkäyn- tiaikajaksoja, joita voidaan käyttää häiriöiden vaimennussäädön mitta-•; · · i uksessa ja säätöarvojen laskennassa hyväksi.

9 106995

Kuvan 2 esimerkissä lähetysaikajaksoja on merkitty T-kirjaimella, vas-taanottoaikajaksoja R-kirjaimella, häiriöiden vaimennuksessa käytettäviä tyhjäkäyntiaikajaksoja N-kirjaimella ja muita tyhjäkäyntiaikajaksoja 5 l-kirjaimella. On selvää, että mainittujen eri aikajaksojen ryhmittely voi käytännön sovelluksissa ja tilanteissa olla myös muunlainen, kuin kuvan 2 esimerkissä esitetty.

Keksinnön eräänä edullisena langattoman viestimen MS sovellusesi-10 merkkinä käytetään oheisessa kuvassa 3 esitettyä laajennuskorttina toteutettua langatonta viestintä. Kuvassa 3 on laajennuskortista EC esitetty lähinnä ne lohkot, jotka ovat tarpeen keksinnön ymmärtämisen kannalta. Laajennuskortti EC käsittää laajennuskorttiliitännän 2b, jolla laajennuskortti on järjestetty liitettäväksi elektroniikkalaitteeseen ED, 15 esimerkiksi kannettavaan tietojenkäsittelylaitteeseen. Elektroniikkalaitteessa ED on vastaava laajennuskorttiliitäntä 2a, esimerkiksi PCMCIA-standardin mukainen liitäntä. Tällöin elektroniikkalaitteen laajennuskorttiliitäntä 2a käsittää edullisesti urosliittimen (ei esitetty), johon laajennuskortti EC liitetään laajennuskortin laajennuskorttiliitännällä 2b, 20 joka käsittää edullisesti naarasliittimen (ei esitetty). Tästä elektroniikka-laitteen laajennuskorttiliitännästä 2a ja laajennuskortin laajennus-korttiliitännästä 2b käytetään jatkossa pääsääntöisesti yhteistä nimitystä "laajennuskorttiliitäntä", ja sitä merkitään viitenumerolla 2. Tämä laajennuskorttiliitäntä 2 voi olla myös muu kuin PCMCIA-standardin '., ‘. 25 mukainen liitäntä. Laajennuskorttiliitäntä 2 käsittää edullisesti osoite- väylän (address bus), ohjausväylän (control bus) ja dataväylän (data bus). Nämä väylät on merkitty yhdellä väylällä BUS oheiseen kuvaan 3, *»·* ja alan ammattimiehelle on selvää, miten nämä väylät voidaan toteut- v : taa, mutta väylien käytännön toteutuksella ei ole merkitystä tämän • · · ; 30 keksinnön ymmärtämisen kannalta.

-·:··: Laajennuskortin EC kontrollilohko 4 käsittää esimerkiksi suorittimen, ·“*: kuten mikro-ohjaimen (MCU, microcontroller unit), muistia, esimerkiksi • * «* lukumuistia (ROM, read only memory) sovellusohjelmien ja vastaavien 35 tallennukseen, luku/kirjoitusmuistia (RAM, random access memory) mm. käytön aikaisten tietojen tallennukseen, ja digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön (DSP, digital signal processing unit). Lisäksi kontrolli-;. · j lohko käsittää elimet suorittimen MCU ja digitaalisen signaalinkäsittely- 10 106995 yksikön DSP yhdistämiseksi tietojensiirtoyhteyteen keskenään, esimerkiksi kaksiporttimuistipiirin (dual-port RAM).

Tiedonsiirtoyhteyden järjestämiseksi iaajennuskortin EC ja elektroniik-5 kalaitteen ED välillä on laajennuskortilla EC väyläsovitin 5, joka on toteutettu edullisesti sovelluskohtaisella logiikkapiirillä (ASIC, application-specific integrated circuit). Väyläsovitin 5 käsittää edullisesti mm. laajennusväylän liitäntäelimet, väyläsovittimen ohjauslohkon, konfigurointi-rekisterin (COR, configuration option register), ja välineet tietojen siir-10 tämiseksi väyläsovittimen 5 ja kontrollilohkon 4 välillä. Väyläsovittimen 5 ja kontrollilohkon 4 välinen tiedonsiirtoyhteys käsittää esimerkiksi kaksi sarjaväylää: nopean asynkronisen sarjaväylän (ASIO, Asynchronous Serial ΙΟ) ja synkronisen sarjaväylän (PCMBUS), jotka kuvan 3 lohkokaaviossa on esitetty yhtenä väylänä 6.

15

Kuvan 3 mukaisen Iaajennuskortin EC lähetin TX on esimerkiksi GSM-standardin toteuttava lähetin, jossa suoritetaan mm. signaalin modulointi, kanavakoodaus ja vahvistus, kuten on sinänsä tunnettua. Lähet-timestä TX lähetettävä signaali johdetaan antennisovittimen 7 kautta 20 ensimmäiseen antenniin ANTI. Antennisovitin 7 estää mm. harhalähet-teiden pääsyn ensimmäiseen antenniin ANTI ja käsittää kaistanpääs-tösuodattimen, jolla vaimennetaan ensimmäisellä antennilla ANTI vastaanotettuja, vastaanottimen vastaanottotaajuusalueen ulkopuolella •. ·. olevia radiotaajuisia signaaleita.

:\i 25 V Kuvassa 4 on esitetty tarkemmin keksinnön erään edullisen suoritus- *::! muodon mukainen vastaanotin RX, jota voidaan soveltaa mm. kuvan 3 • · mukaisessa laajennuskortissa EC. Vastaanottimessa RX käytetään : j ; kahta antennia ANTI, ANT2, joiden kautta signaaleja vastaanotetaan.

: 30 Myös häiriösignaalit välittyvät mm. antennien ANTI, ANT2 kautta vas taanottimeen. Ensimmäisen antennin ANTI kautta vastaanotetut sig-·:**: naalit johdetaan summauselimelle SUM suoraan ensimmäiseen ·*“: sisääntuloon IN1. Toisen antennin ANT2 kautta vastaanotetut signaalit johdetaan vaiheensiirtoelimeen D, jossa näiden signaalien vaihetta 35 muutetaan. Vaiheensiirtoelimestä D signaalit johdetaan summauseli-men SUM toiseen sisääntuloon IN2. Summauselimen ulostulosta OUT signaali johdetaan vastaanottimen etuasteeseen RF, jossa suoritetaan summatuille signaaleille kaistanpäästösuodatus ja muuntaminen joko 11 106995 suoramuunnoksena tai yhden tai useamman välitaajuuden kautta kantataajuiseksi signaaliksi. Tämä muuntaminen suoritetaan sinänsä tunnetusti sekoittamalla vastaanotettuun signaaliin yksi tai useampi paikal-lisoskillaattoritaajuus. Paikallisoskillaattoreita ei selvyyden vuoksi ole 5 merkitty oheisiin kuviin ja ne ovat alan asiantuntijan sinänsä tuntemaa tekniikkaa.

Vastaanottimen etuasteesta RF vastaanotettu signaali johdetaan ilmaistavaksi ilmaisimeen DET. Ilmaisin DET muodostaa analogisen sig-10 naalin, joka muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi analo-gia/digitaalimuuntimessa ADC. Tämän jälkeen digitaalisessa muodossa oleva signaali johdetaan digitaaliselle signaalinkäsittely-yksikölle DSP.

15 Digitaalisessa signaalinkäsittely-yksikössä DSP suoritetaan demoduloitujen signaalien signaalikäsittelytoimenpiteitä, joilla pyritään mm. vaimentamaan vastaanotetussa, demoduloidussa signaalissa olevaa kohinaa ja häiriöitä, muokkaamaan vastaanotettua, demoduloitua audiosignaalia kulloinkin käytettävän kuulokkeen HP tai vastaavan mukaan, 20 vaimentamaan taustamelua mikrofonisignaalista jne. Digitaalisessa signaalinkäsittely-yksikössä DSP on mahdollista toteuttaa monia signaalinkäsittelyalgoritmeja ohjelmoimalla sovellusohjelmistoon näitä toimintoja vastaavat ohjelmakäskyt. Tällöin on aikaansaatavissa mo-v . nentyyppisiä suodattimia, myös sellaisia, joita ei analogiatekniikalla ole 25 mahdollista tai järkevää toteuttaa.

*::: Vaiheensiirtoelimenä D voidaan käyttää esimerkiksi viivelohkoa, jonka • · viive on säädettävissä, tai laajakaistaista suodatinta (all-pass filter), :·: ; jonka vaihevaste on säädettävissä. Laajakaistaisen suodattimen vah- v : 30 vistus pyritään muodostamaan olennaisesti vakioksi kulloinkin halutulla taajuusalueella. Vaiheensiirtoelimen D tarkoituksena on aikaansaada ·:*·: toisen antennin ANT2 kautta vastaanotettuun signaaliin vaihe-ero en- ·"*: simmäisen antennin ANTI kautta vastaanotettuun signaaliin nähden.

35 Eräässä tunnetussa vaiheensiirtoelimen D toteutuksessa signaali johdetaan valinnaisesti eri signaalireittiä sen mukaan, minkälainen vaihe-j ·.. siirto kulloinkin halutaan. Vaihe-ero näiden eri signaalireittien välille ai- ·;··:' kaansaadaan edullisesti suodattimilla tai siirtojohdoilla. Vaihe-erot 12 106995 asetetaan mitoittamalla suodattimien vaihevasteet tai siirtojohtojen pituudet sopivasti. Suodattimien toteutuksessa käytetään passiivikompo-nentteja, kuten induktansseja ja kapasitansseja, sekä tarvittaessa aktiivisia komponentteja, kuten PIN-diodeja tai MESFET-transistoreita. Vai-5 heensiirtoelimessä D voi tällaisia signaalireittejä olla kaksi tai useampia. Halutun signaalireitin valitseminen voidaan toteuttaa esim. PIN-diodeilla tai MESFET-transistoreilla. Vaiheensiirtoelimen D toimintaa on kuvattu tarkemmin mm. teoksessa ’’Microwave Engineering”, tekijänä David M. Pozar, sivuilla 643—646.

10

Puhelun muodostusvaiheessa langaton viestin MS ja tukiasema suorittavat yhteydenmuodostussignalointia, jossa mm. langaton viestin MS synkronoidaan tukiasemaan oikeiden lähetys- ja vastaanottoajanhetki-en määrittämiseksi. Tällöin langattomalle viestimelle MS välitetään tieto 15 siitä, missä aikajaksossa tukiasema BTS lähettää informaatiota kyseiselle langattomalle viestimelle MS ja missä aikajaksossa langaton viestin saa lähettää tukiasemalle BTS. Langattomassa viestimessä MS ajoituksesta huolehtii edullisesti kontrollilohkon suoritin MCU.

20 Siinä tilanteessa, kun tukiasema BTS lähettää langattomalle viestimelle MS, suoritin MCU ohjaa vastaanotinta RX vastaanottamaan haluttua hyötysignaalia vastaanottoaikajaksossa R. Tällöin digitaalinen signaalinkäsittely-yksikkö DSP käsittelee vastaanotettua, kantataajuudelle ·.·. muunnettua signaalia normaalisti, kuten on tunnettua. Vastaanotettu, 25 ilmaistu signaali johdetaan digitaaliselta signaalinkäsittely-yksiköltä '2 DSP edelleen vastaanottimen muihin asteisiin, jotka on kuvan 3 lohko- kaaviossa esitetty pelkistetysti yhtenä lohkona AF. Audiopuhelutilan- • 'lii teessä signaali johdetaan joko langattoman viestimen MS omalle kuu- v : lokkeelle tai mahdollisesti elektroniikkalaitteen kaiuttimelle tai vastaa- • · · ' 30 valle sähköakustiselle muuntimelle edullisesti laajennuskorttiliitännän 2 kautta.

* • · ·« · ♦ · ·*": Datapuhelun tai fax-puhelun tapauksessa demoduloitu signaali johde taan digitaalisesta signaalinkäsittely-yksiköstä DSP jatkokäsiteltäväksi 35 edullisesti elektroniikkalaitteelle ED laajennuskorttiliitännän 2 kautta.

Vastaanottimen RX säätö häiriöiden vaimentamiseksi suoritetaan jos-:·· sakin tyhjäkäyntiaikajaksossa I, sopivimmin vastaanottoaikajaksoa R

13 106995 edeltävässä tyhjäkäyntiaikajaksossa N. Suoritin MCU asettaa tällöin digtaaliselle signaalinkäsittely-yksikölle tiedon siitä, että vastaanotettu signaali ei ole hyötysignaalia, vaan häiriösignaalia, jonka perusteella säädetään häiriöiden vaimennusta. Säädön suorittamiseksi mitataan 5 ensin vastaanotetun signaalin voimakkuus. Tällöin ensimmäisen antennin ANT1 kautta vastaanotettu signaali johdetaan summauselimeen SUM, ja toisen antennin ANT2 kautta vastaanotettu signaali johdetaan edullisesti suurtaajuusvahvistimen AMP kautta vaiheensiirtoelimeen D, jossa tämän signaalin vaihetta muutetaan. Ensimmäisen antennin 10 ANTI kautta vastaanotettu signaali ja toisen antennin ANT2 kautta vastaanotettu signaali, jonka vaihetta on muutettu, summataan sum-maimessa SUM.

Suurtaajuusvahvistimen AMP vahvistus on edullisesti säädettävissä, 15 jolloin säätämällä suurtaajuusvahvistimen AMP vahvistus kulloinkin sopivaksi, voidaan vielä tehostaa häiriösignaalin vaimennusta. On selvää, että suurtaajuusvahvistin AMP voidaan sijoittaa myös vaiheensiir-toelimen D ja summaimen SUM väliin, tai suurtaajuusvahvistin AMP voidaan jättää kokonaan pois.

20

Summaimen ulostulosta OUT summasignaali johdetaan vastaanottimen etuasteeseen RF muunnettavaksi kantataajuiseksi signaaliksi, joka ilmaistaan ilmaisimessa DET. Ilmaistu signaali johdetaan edulli-·.·. sesti analogia/digitaalimuuntimelle ADC signaalin muuntamiseksi digi- ,«/: 25 taaliseen muotoon. Analogia/digitaalimuuntimen muunnosnopeus ja muunnostarkkuus (resoluutio) valitaan sellaisiksi, että laskenta ja säätö *::: on mahdollista suorittaa käytettävissä olevassa ajassa, sopivimmin • · “f yhden aikajakson aikana, ja riittävällä tarkkuudella. 900 MHz:n ;·:: taajuusalueella toimivassa GSM-matkaviestinjärjestelmässä yhden ··# : 30 TDMA-kehyksen pituus on 4,615 ms, jolloin yhden aikajakson pituus on 577 ps. Joissakin sovelluksissa muunnosnopeus ja/tai -tarkkuus *:·*: voidaan järjestää säädettäväksi, jolloin häiriöolosuhteiden muutokset ·*’*: voidaan paremmin huomioida säädössä.

• · » 35 Digitaalinen signaali johdetaan digitaaliseen signaalinkäsittely-yksik-köön DSP, jossa lasketaan edullisesti vastaanotetun signaalin teho.

; Tämä tehonlaskenta voidaan toteuttaa esim. siten, että suoritetaan : <·< useita peräkkäisiä ilmaistun signaalin voimakkuusmittauksia ennalta 14 106995 asetetun ajan, esim. 50 με. Näiden mittausarvojen ja mittausajan perusteella lasketaan joko mittausajan keskimääräinen teho, tai maksimiteho. Se, kuinka monta mittausta suoritetaan mainittuna mitta-usaikana, riippuu mm. siitä, kuinka nopeaa analogia/digitaalimuunninta 5 ADC käytetään. Muunnosnopeuden kasvattaminen nostaa tyypillisesti mm. muuntimen hintaa ja tehonkulutusta. Toisaalta muunnosnopeutta voidaan kasvattaa pienentämällä muunnostarkkuutta.

Tehonlaskennan antaman tuloksen perusteella digitaalinen signaalin-10 käsittely-yksikkö DSP muodostaa säätösignaalin, joka tässä vaiheessa on digitaalisessa muodossa ja johdetaan ensimmäiseen säätölinjaan REG1. Säätösignaali on esimerkiksi vaiheensiirtoelimen D säätölinjaan REG2 asetettavaa uutta jännitearvoa vastaava lukuarvo esim. kahdeksalla bitillä ilmaistuna, jolloin erilaisia säätöarvoja on 256. Säätösignaali 15 muunnetaan analogiseksi signaaliksi digitaali/analogiamuuntimessa DAC ja johdetaan vaiheensiirtoelimen D säätölinjaan REG2. Tällä signaalilla muutetaan vaiheensiirtoelimen D aikaansaamaa vaihe-eroa, esimerkiksi lisätään vaihe-siirtoa, ja suoritetaan uusi tehonlaskenta digitaalisessa signaalinkäsittely-yksikössä DSP. Mikäli uusi laskenta 20 osoittaa, että vastaanotetun signaalin teho pieneni, voidaan säätösuunta pitää samana, kunnes on saavutettu vastaanotetun signaalin tehon minimikohta, tai tehonlaskennalle varattu aika täyttyi. Mikäli säädön perusteella vastaanotetun signaalin teho kasvoi, muute-v. taan säätösuuntaa, tässä esimerkissä vaihesiirtoa aletaan pienentää, 25 ja etsitään mainittu vastaanotetun signaalin tehon minimikohta. Koska * » * ' tyhjäkäyntiaikajaksoissa I, N vastaanotettu signaali ei kyseisen vas- taanottimen RX kannalta ole hyötysignaalia, voidaan olettaa, että kaikki • · vastaanotettu signaali on häiriösignaalia, jonka voimakkuus vastaanot-: timessa voidaan tällöin minimoida. Siinä vaiheessa, kun minimikohta

«M

v : 30 on löytynyt tai vastaanotetun signaalin teho on riittävän pieni, tai tehonlaskennalle varattu aika täyttyi, lukitaan vaiheensiirtoelimen D *:··: säätöarvo mittauksen ja säädön perusteella asetettuun arvoon sopi- ·*': vimmin ainakin seuraavan vastaanottoaikajakson R ajaksi. Uusi mittaus- ja säätövaihe tehdään esimerkiksi ennen seuraavaa vastaan-35 ottoaikajaksoa, tai mikäli häiriöolosuhteet eivät olennaisesti muutu,

«. I

' voidaan säätö suorittaa myös harvemmin. Seuraavassa mittausaikavä- j'·.. Iissä säädön alkuarvona käytetään sopivimmin edellisen mittauksen perusteella saatua säätöarvoa.

is 106995

Mikäli häiritseviä signaaleja ei merkittävästi esiinny, voidaan vastaanotinta RX käyttää normaalisti, ilman että häiriöiden vaimennussäätöä suoritetaan. Tämä voi olla tarpeen tilanteissa, joissa tehonkulutusta 5 halutaan pienentää. Tällöin esimerkiksi summauselin SUM voidaan ohittaa kytkimellä (ei esitetty) tai vastaavalla, jolloin signaalia vastaanotetaan vain ensimmäisen antennin ANTI kautta. Eräänä toisena vaihtoehtona on se, että asetetaan vaiheensiirtoelimen D vaihevaste tällaisessa tilanteessa ennalta määrättyyn oletusarvoon, jolloin kytkintä 10 ei välttämättä tarvita.

Keksinnön mukaisen langattoman viestimen toiminta muilta osin, kuten informaation lähetys ja tukiaseman ja langattoman viestimen välinen ohjaussignalointi, on alan ammattimiehen tuntemaa tekniikkaa, joten 15 sen tarkempi käsittely ei tässä yhteydessä ole tarpeen.

On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

20 • ··· • · · • * • · • · · • · « « · · • · · • · ♦ • * « » · « « • · • · · • · *·· 1 4 1 ' «

Claims (12)

16 106995

1. Menetelmä häiriöiden pienentämiseksi vastaanottimessa, jolla informaatiota vastaanotetaan vastaanottoaikajaksoissa, jossa vastaanot- 5 timessa signaaleja vastaanotetaan ainakin ensimmäisellä (ANTI) ja toisella antennilla (ANT2), ja mainituilla ensimmäisellä (ANTI) ja toisella antennilla (ANT2) vastaanotettujen signaalien perusteella muodostetaan vertailusignaali, jonka perusteella vastaanotinta säädetään tunnettu siitä, että vertailusignaali muodostetaan mainituilla 10 ensimmäisellä (ANTI) ja toisella antennilla (ANT2) muulloin kuin mainitussa vastaanottoaikajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 vertailusignaali muodostetaan säätämällä ainakin yhden vastaanotetun signaalin vaihetta ja yhdistämällä signaali muihin vastaanotettuihin signaaleihin, ja määritetään vertailusignaalin teho, jolloin vaihetta säädetään mainitun vertailusignaalin tehon minimoimiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailusignaalin perusteella muodostettua vaiheensäätöarvoa käytetään informaatiota vastaanotettaessa.

·.·, 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että vertailusignaalin perusteella muodostettu vaiheensäätöarvo pide- * t I tään olennaisesti vakiona ainakin vaiheensäätöarvon muodostamista seuraavan vastaanottoaikajakson ajan. • · • · • Il • » · '·' 1

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu v : 30 siitä, että vertailusignaali muodostetaan vastaanottoaikajaksoa edeltä vässä aikajaksossa vastaanotettavan signaalin perusteella. c • •IM

• · ·*": 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1—5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vertailusignaali muodostetaan harvemmin kuin jokaista vas- !„* 35 taanottoaikajaksoa edeltävässä aikajaksossa. < « • «

7. Vastaanotin informaation vastaanottamiseksi vastaanottoaikajak-·:··:’ soissa, joka vastaanotin käsittää ensimmäisen (ANTI) ja toisen anten- 17 106995 nin (ANT2) signaalien vastaanottamiseksi, välineet (D, SUM) vertai-lusignaalin muodostamiseksi, ja välineet (D, DSP) vastaanottimen säätämiseksi mainitun vertailusignaalin perusteella informaation vastaanottamiseen vaikuttavien häiriöiden vaimentamiseksi, tunnettu 5 siitä, että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet (D, SUM) vertailusignaalin muodostamiseksi ainakin mainituilla ensimmäisellä (ANTI) ja toisella antennilla (ANT2) muussa kuin vastaanottimelle määritetyssä vastaanottoaikajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella. 10

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että se on TDMA-vastaanotin.

9. Langaton viestin, joka käsittää ainakin vastaanottimen informaation 15 vastaanottamiseksi mainitulle langattomalle viestimelle (MS) määritetyissä vastaanottoaikajaksoissa, ensimmäisen (ANTI) ja toisen antennin (ANT2) signaalien vastaanottamiseksi, välineet (D, SUM) vertailusignaalin muodostamiseksi, ja välineet (D, DSP) vastaanottimen säätämiseksi mainitun vertailusignaalin perusteella informaation 20 vastaanottamiseen vaikuttavien häiriöiden vaimentamiseksi tunnettu siitä, että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet (D, SUM) vertailusignaalin muodostamiseksi ainakin mainituilla ensimmäisellä ja toisella antennilla muussa kuin langattomalle viesti- melle määritetyssä vastaanottoaikajaksossa vastaanotettujen signaa- 25 lien perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen langaton viestin, tunnettu siitä, • · että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet ai-i‘i>: nakin yhden vastaanotetun signaalin vaiheen säätämiseksi, välineet v : 30 ensimmäisellä ja toisella antennilla vastaanotettujen signaalien yhdis tämiseksi, välineet yhdistetyn signaalin tehon määrittämiseksi, ja väli-neet mainitun vaiheen säädön suorittamiseksi tehonmäärityksen perus-·;;;: teella.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen langaton viestin, tunnettu siitä, että se käsittää digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön (DSP), jolla tehonmääritys on järjestetty suoritettavaksi. 18 106995

12. Järjestelmä, joka käsittää ainakin tietojenkäsittelylaitteen (PC), vastaanottimen informaation vastaanottamiseksi vastaanottoaikajak-soissa, ensimmäisen (ANTI) ja toisen antennin (ANT2) signaalien vastaanottamiseksi, välineet (D, SUM) vertailusignaalin muodostami-5 seksi, ja välineet (D, DSP) vastaanottimen säätämiseksi mainitun vertailusignaalin perusteella ainakin tietojenkäsittelylaitteessa (PC) muodostuvien, informaation vastaanottamiseen vaikuttavien häiriöiden vaimentamiseksi, tunnettu siitä, että välineet vertailusignaalin muodostamiseksi käsittävät välineet (D, SUM) vertailusignaalin muodostami-10 seksi ainakin mainituilla ensimmäisellä (ANTI) ja toisella antennilla (ANT2) muussa kuin vastaanottimelle määritetyssä vastaan-ottoaikajaksossa vastaanotettujen signaalien perusteella. • · « « ( « • · · • · · · • · · • · • · • · · • · · • · · • « « •«< • · < * 1 © « · 19 106995