DE10063695A1

DE10063695A1 - Verfahren zur Kompensation von Offsetwerten

Info

Publication number: DE10063695A1
Application number: DE2000163695
Authority: DE
Inventors: Matthias Effler
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: DE10063695B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Kompensation von veränderlichen Offsetwerten eines Empfangssignals, das in Datenpaketen (X) übertragen wird. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein digitalisiertes und zwischengespeichertes Empfangssignal eines Datenpaketes (X) in mehrere Blöcke (B.X) aufgeteilt wird, wobei innerhalb jedes Blocks (B.X), ein blockspezifischer Mittelwert (M.X) des Offsets berechnet wird und aufgrund der Mittelwerte (M.X) eine zeitabhängige Korrekturfunktion für den Offset ermittelt wird, mit der das digitalisierte Empfangssignal korrigiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von veränderlichen Offsetwerten eines Empfangssignals, das in Da tenpaketen übertragen wird, vorzugsweise in einem Empfänger eines Mobilfunkgerätes, wobei das Empfangssignal digitali siert und zwischengespeichert wird, der Offset des digitali sierten und zwischengespeicherten Empfangssignals berechnet wird, mit dem berechneten Offset das digitalisierte Empfangs signal korrigiert wird und das korrigierte Empfangssignal zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet wird.

Im GSM-Mobilfunk (GSM = Global System for Mobile Communicati on) werden Daten, die Nutzdaten enthalten, in Form von Pake ten (Burst) übertragen. In einem solchen, über eine Luft schnittstelle übertragenen Paket, liegen nach dem Empfang im Mobilteil die Empfangsdaten (Empfangspakete), durch Span nungswerte repräsentiert, vor. Diese Spannungswerte werden digitalisiert (digitalisierte Empfangsdaten) und der digita len Signalverarbeitung des Mobilteils zugeführt.

Während der Übertragung der Daten können, beispielsweise durch Reflexionen der Wellen oder durch Rauschen, die Nutzda ten (Bits und Bytes) gestört werden. Diese gestörten Nutzda ten können durch einen Computeralgorithmus aus den Empfangs daten zurückgerechnet werden. Ein Vergleich der somit im Mo bilteil ermittelten Nutzdaten mit den tatsächlich vom Sender gesendeten Nutzdaten bestimmt die Bitfehlerrate.

Kommen weitere Störeinflüsse in der Übertragung hinzu, steigt die Bitfehlerrate. Ein solcher Störeinfluß kann zum Beispiel eine konstante Verschiebung ("statischer Offset"), eine lang same Verschiebung ("Drift") oder eine spontane Verschiebung ("Sprung") aus dem Arbeitspunkt sein, wobei dieser Arbeitspunkt auf 0 Volt festgelegt ist. Drift oder Sprung des Offsets wird als "dynamischer Offset" bezeichnet.

Ein Sprung im Offset kann zum Beispiel in einem Direct- Conversion Empfänger auftreten, wenn die Leistungsdichte au ßerhalb des Empfangsbandes eine starke und spontane Verände rung erfährt, die zusätzlich einen für den Empfänger verträg lichen Absolutpegel überschreitet. Eine Drift kann zum Bei spiel auftreten, wenn nach dem Einschalten des Empfängers für den Empfang eines Paketes parasitäre Einschwingvorgänge im Empfänger stattfinden.

Bisher existiert zur Kompensation von dynamischen Offsets die sogenannte statische Offsetkompensation, bei der über das ge samte, bereits digitalisierte Empfangspaket, ein Mittelwert des Offsets errechnet wird und dieser Mittelwert, zur Kompen sation beziehungsweise zur Korrektur der Empfangsdaten, von diesen abgezogen werden. Sämtliche Empfangsdaten des Daten paketes werden in diesem Verfahren also mit dem selben Wert, einer Konstanten, korrigiert. Ein dynamischer Offset kann somit nicht oder nur unzureichend kompensiert werden. Dies wirkt sich in einer relativ hohen Bitfehlerrate aus.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zu entwickeln, das Offsetsprünge und Offsetdrifts, die im Empfangssignal auftreten, zumindest teilweise, kompensiert und eine Verringerung einer Bitfehlerrate des Empfangssignals bewirkt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Pa tentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Demgemäß schlägt der Erfinder vor, ein Verfahren zur Kompen sation von veränderlichen Offsetwerten eines Empfangssignals, das in Datenpaketen übertragen wird, vorzugsweise in einem Empfänger eines Mobilfunkgerätes, weiterzuentwickeln, wobei in einem bekannten Verfahren:

- das Empfangssignal digitalisiert und zwischengespei chert wird,
- der Offset des digitalisierten und zwischengespeicher ten Empfangssignals berechnet wird,
- mit dem berechneten Offset das digitalisierte Emp fangssignal korrigiert wird und
- das korrigierte Empfangssignal zur weiteren Verarbei tung weitergeleitet wird.

Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung sieht vor, daß das di gitalisierte und zwischengespeicherte Empfangssignal eines Datenpaketes in mehrere Blöcke aufgeteilt wird, wobei inner halb jedes Blocks, ein blockspezifischer Mittelwert des Offsets berechnet wird und aufgrund der Mittelwerte eine zeitabhängige Korrekturfunktion für den Offset ermittelt wird, mit der das digitalisierte Empfangssignal korrigiert wird. Anstelle eines einzigen konstanten Wertes, der bisher zur Korrektur verwendet wird, werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren also zeitlich veränderliche Werte der Korrektur funktion ermittelt.

Hierdurch wird auf äußerst einfache und zuverlässige Weise erreicht, daß die zeitlich veränderlichen Werte der Korrek turfunktion eine bessere Anpassung an den tatsächlichen Ver lauf des Offsets wiedergeben, als das bei einem starren Mit telwert der Fall ist. Dies führt zu einer Verringerung einer Bitfehlerrate bei der Übertragung des Empfangssignals.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungsgemä ßen Verfahrens werden als Korrekturfunktion Geraden verwen det, die jeweils benachbarte Mittelwerte miteinander verbin den, wobei die Mittelwerte vorzugsweise mittig in dem jewei ligen Block angeordnet sind. Die Geraden (Sekanten) werden also zwischen den berechneten Mittelwerten linear interpo liert.

Vorzugsweise wird an den randständigen Blöcken die Steigung der benachbarten Geraden linear extrapoliert.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß als Korrekturfunktion eine Näherungsfunktion verwendet wird, deren Parameter mit Hilfe eines geeigneten Kriteriums an den ermittelten Mittelwerten angepaßt werden. Für den zum Beispiel praktisch wichtigen Fall einer Exponen tialfunktion h.exp(t/tau), läßt sich bei unbekannten Parame tern h und tau in einem für tau zu erwartenden Intervall ein Polynom approximieren. Die Unbekannten h und tau können dann durch ein Gradientenverfahren an den Stützstellen (den Mit telwerten) angepaßt werden. Generell können beliebige Funk tionen vorgelegt werden, wobei zur Laufzeit eine grobe Klas sifizierung der störenden Kurvenform erfolgt und im zweiten Schritt deren Parameter genauer bestimmt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das digitalisierte und zwischengespeicherte Empfangssignal in zeitlich gleich große Blöcke aufgeteilt.

Darüber hinaus kann die Größe der Blöcke in Abhängigkeit von einem Eingangspegel eingestellt werden. Verringert sich die Höhe des dynamischen Offsets mit steigendem Eingangspegel so kann es sinnvoll sein, die Blockanzahl zu reduzieren. Ist die Drift verschwunden, kann im Extremfall die Blockanzahl eins gewählt werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der Mittelwert relativ schlecht geschätzt wird, wenn die Blöcke sehr klein sind, also nur eine kurze Folge an digitalisierten Empfangsdaten umfaßt. Werden die Blöcke sehr groß, wird der dynamische Offset jedoch, wie bei der statistischen Offset kompensation, schlecht genähert. Es werden die Anzahl der Blöcke also vorzugsweise derart eingestellt, daß ein optima ler Kompromiß zwischen einer Näherung des dynamischen Offsets und einer Schätzung des Mittelwertes erreicht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1: schematische Darstellung der statischen Offsetkom pensation;

Fig. 2: schematische Darstellung einer blockweise stati schen Offsetkompensation;

Fig. 3: schematische Darstellung eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Fig. 1 verdeutlicht in einer schematischen Darstellung die statische Offsetkompensation. In einer Auftragung der Offsetamplitude gegen die zeitliche Folge der digitalisierten Empfangssignale (Position) beschreibt die durchgezogene Linie IST einen tatsächlichen Offset der Empfangssignale.

Ein in Form eines Datenpaketes X eingehendes Empfangssignal wird digitalisiert und in einem Puffer zwischengespeichert. Dann wird der Offset des digitalisierten und zwischengespei cherten Empfangssignals berechnet und mit dem berechneten Offset das digitalisierte Empfangssignal korrigiert.

Bei der bekannten statischen Offsetkompensation wird der Offset des digitalisierten und zwischengespeicherten Emp fangssignals berechnet, indem ein Mittelwert M.5 des gesamten Datenpakets X bestimmt wird. Durch diesen Mittelwert M.5 wird eine Gerade STA mit der Steigung 0 gelegt, das heißt, zur Korrektur des digitalisierten Empfangssignals wird ein konstanter Wert verwendet.

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der blockwei se statischen Offsetkompensation. Hierbei wird das Datenpa ket X in Blöcke B.X zerlegt, hier in die Blöcke B.1 bis B.4. Innerhalb jedes Blockes B.1 bis B.4 wird nun die statische Offsetkompensation angewendet.

Für jeden Block B.X wird ein Mittelwert M.X ermittelt, das heißt für den Block B.1 der Mittelwert M.1, für den Block B.2 der Mittelwert M.2 usw. Durch die jeweiligen Mittelwerte M.1 bis M.4 werden Geraden BSTA.1 bis BSTA.4 gelegt, die keine Steigung aufweisen. Eine Korrektur der digitalisierten Emp fangssignale erfolgt nun anhand dieser, innerhalb eines Blocks B.X jeweils konstanten, Offsetwerte.

Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines bevor zugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch hier wird das digitalisierte Empfangssignal in vier Blöcke B.1 bis B.4 aufgeteilt, und innerhalb jedes Blocks B.X, ein blockspezifischer Mittelwert M.1 bis M.4 des Offsets berechnet.

Mit Hilfe dieser Mittelwerte M.1 bis M.4 wird eine zeitabhän gige Korrekturfunktion für den Offset ermittelt, mit der das digitalisierte und in Form eines Datenpaketes X vorliegende Empfangssignal korrigiert wird.

In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden jeweils be nachbarte Mittelwerte linear miteinander verbunden, wobei die Mittelwerte mittig in den jeweiligen Blöcken angeordnet sind, so daß die Gerade G.12 zwischen den Mittelwerten M.1 und M.2, die Gerade G.23 zwischen den Mittelwerten M.2 und M.3 und die Gerade G.34 zwischen den Mittelwerten M.3 und M.4 berechnet werden. Diese Geraden G.XX + 1 können jeweils unterschiedliche Steigungen aufweisen.

An den randständigen Mittelwerten M.1 und M.4 wird die Stei gung der jeweils benachbarten Geraden fortgeführt. Von dem Beginn des Datenblocks X bis zu dem ersten Mittelwert M.1 wird die Gerade Ga vorzugsweise mit der selben Steigung ex trapoliert, die die Gerade G.12 aufweist. Von dem Mittelwert M.4 bis zum Ende des Datenblocks X erhält die Gerade Gz vor zugsweise die selbe Steigung wie die benachbarte Gerade G.34.

Die so ermittelte Kurve beziehungsweise Korrekturfunktion, wird von den Empfangsdaten des Datenpaketes, in dem Digi talteil (Software) des Empfängers des Mobilfunkgerätes sub trahiert. Diese Empfangsdaten können nun zur weiteren Verar beitung weitergeleitet werden.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insgesamt wird durch die Erfindung ein einfaches Verfahren vorgestellt, das Offsetsprünge und Offsetdrifts, die im Emp fangssignal auftreten, zumindest teilweise, kompensiert und eine Verringerung einer Bitfehlerrate bei der Übertragung des Empfangssignals bewirkt.

Bezugszeichenliste

B.X Block
BSTA.X Gerade der blockweisen statischen Offsetkompensation
G.XX + 1 Gerade zwischen den Mittelwerten M.X und M.X +

1

Ga Gerade zwischen dem Anfang des Datenpaketes X und dem ersten Mittelwert M.

1

Gz Gerade zwischen dem letzen Mittelwert M.X und dem Ende des Datenpaketes X
IST tatsächlicher Offset
M.X Mittelwert
STA Gerade der statischen Offsetkompensation
X Datenpaket

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von veränderlichen Offsetwer ten eines Empfangssignals, das in Datenpaketen (X) über tragen wird, vorzugsweise in einem Empfänger eines Mobil funkgerätes, wobei
das Empfangssignal digitalisiert und zwischengespei chert wird,
der Offset des digitalisierten und zwischengespeicher ten Empfangssignals berechnet wird,
mit dem berechneten Offset das digitalisierte Emp fangssignal korrigiert wird und
das korrigierte Empfangssignal zur weiteren Verarbei tung weitergeleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das digitalisierte und zwischengespeicherte Empfangssignal eines Datenpaketes (X) in mehrere Blöcke (B.X) aufgeteilt wird, wobei inner halb jedes Blocks (B.X), ein blockspezifischer Mittelwert (M.X) des Offsets berechnet wird und aufgrund der Mittel werte (M.X) eine zeitabhängige Korrekturfunktion für den Offset ermittelt wird, mit der das digitalisierte Emp fangssignal korrigiert wird.

2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturfunktion Geraden (G.XX + 1) verwendet werden, die jeweils benachbarte Mit telwerte (M.X, M.X + 1) miteinander verbinden, wobei die Mittelwerte (M.X) mittig in dem jeweiligen Block (B.X) angeordnet sind.

3. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den randständigen Blöcken (B.1, B.X) die Steigung der benachbarten Geraden (G.12, G.X - 1X) linear extrapoliert wird.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturfunkti on eine Näherungsfunktion verwendet wird.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das digitalisierte und zwischengespeicherte Empfangssignal in gleich große Blöcke (B.X) aufgeteilt wird.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Blöcke (B.X) in Abhängigkeit von einem Eingangspegel des Emp fangssignals festgelegt wird.