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Die Erfindung betrifft einen digitalen
Mobilfunkempfänger, insbesondere einen Empfänger mit einem
Begrenzungsverstärker.
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Eine Empfangseinheit eines herkömmlichen digitalen
Mobilfunkempfängers, wie in Fig. 6 (oder WO-A-92/02 991, Fig. 7)
dargestellt, weist auf: das Zwischenfrequenzfilter 1 zur
Begrenzung eines Bandes, den Begrenzungsverstärker 2 zur
Verstärkung und Begrenzung einer Amplitude für das Ausgangssignal
des Zwischenfrequenzfilters 1, den Orthogonaldemodulator bzw.
Orthogonaldetektor 3 zur orthogonalen Detektion und Ausgabe
von Komponenten I und Q, die Tiefpaßfilter 4 und 5, die
unbrauchbare Wellen aus den Komponenten I und Q entfernen, die
A/D-Wandler 6 und 7, die ein Ausgangssignal der Tiefpaßfilter
in einen Digitalwert umwandeln, und die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 8, die ein empfangenes Signal regeneriert.
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In der obenerwähnten Zusammensetzung begrenzt das
Zwischenfrequenzfilter 1 ein Band für das Zwischenfrequenzsignal
IF&sub0; und gibt als Zwischenfrequenzfilter 1 das Ausgangssignal
IF&sub1; aus. Als nächstes verstärkt der Begrenzungsverstärker 2
das Ausgangssignal IF&sub1;, begrenzt dessen Amplitude und gibt als
Begrenzungsverstärker 2 das Ausgangssignal IF&sub2; aus. Dann
erfaßt der Orthogonaldetektor 3 orthogonal das Ausgangssignal
IF&sub2; und gibt I&sub0; als I-Komponente und Q&sub0; als Q-Komponente aus.
Diese Ausgangssignale I&sub0; und Q&sub0; werden fortlaufend zu den
Ausgangssignalen I&sub1; und Q&sub1; der Tiefpaßfilter 4 und 5, nachdem
unbrauchbare Wellen von den Tiefpaßfiltern 4 bzw. 5 daraus
entfernt werden. Außerdem wandeln die A/D-Wandler 6 und 7 diese
Ausgangssignale I&sub1; und Q&sub1; aus den Analogwerten in die
Digitalwerte um und geben die Ausgangssignale I&sub2; und Q&sub2; als
Ausgangssignale der entsprechenden A/D-Wandler aus, und die
Ausgangssignale I&sub2; und Q&sub2; werden zur Regenerierung einer
Digitalsignalverarbeitung durch die Digitalsignalverarbeitungseinheit 8
unterworfen.
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Wenn jedoch in dieser Zusammensetzung eine Störwelle in
dem Ausgangssignal IF&sub1; des Zwischenfrequenzfilters enthalten
ist, dann wird der Begrenzungsverstärker 2 gesättigt, und die
Amplitude wird durch die größere Amplitude zwischen der
Störwelle und der gewünschten Welle begrenzt, so daß das
Ausgangssignal IF&sub2; des Begrenzungsverstärkers 2 stets auf einer festen
Amplitude gehalten wird.
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Wenn daher die Amplitude der Störwelle größer als die
der gewünschten Welle ist, dann wird der Begrenzungsverstärker
2 durch die Störwelle und Ausgangssignale IF&sub2; gesättigt, ohne
die Amplitude der gewünschten Welle ausreichend zu verstärken.
Und wenn das Ausgangssignal IF&sub2; des Begrenzungsverstärkers 2
in diesem Zustand in den Detektor 3 eingegeben wird, dann
erfährt, falls es sich um einen linearen Detektor 3 handelt, die
gewünschte Wellenkomponente der Ausgangssignale I&sub0; und Q&sub0; des
Detektors 3 eine weitere Verschlechterung bezüglich des
Einfügungsverlustes.
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Infolgedessen ergab sich im Falle einer Entfernung der
Störwellenkomponente aus den Ausgangssignalen I&sub0; und Q&sub0; des
Detektors 3 durch die Tiefpaßfilter 4 und 5 das Problem einer
absoluten Verschlechterung des Eingangspegels der
Ausgangssignale I&sub1; und Q&sub1; der Tiefpaßfilter 4 und 5, dessen gewünschte
Wellenkomponente in die A/D-Wandler 6 und 7 eingegeben wird.
Dementsprechend verringert sich die effektive Auflösung der
empfangenen Welle, und die Empfangscharakteristik des
Empfängers verschlechtert sich.
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Die US-A-5 001 776 offenbart ein Kommunikationssystem
mit adaptiven Sende-Empfangs-Geräten zur Steuerung der
Intermodulationsverzerrung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
digitalen Mobilfunkempfänger mit verminderter Verschlechterung der
Empfangscharakteristik zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche
gelöst.
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Der erfindungsgemäße digitale Mobilfunkempfänger weist
einen Vorverstärker mit steuerbarem Verstärkungsgrad auf, der
zwischen einem Tiefpaßfilter und einem A/D-Wandler installiert
ist, und durch Steuerung des Verstärkungsfaktors für diesen
Vorverstärker entsprechend dem Befehl von der
Digitalsignalverarbeitungseinheit kann der Eingangspegel des A/D-Wandlers
immer konstant gehalten werden, und die Verschlechterung der
effektiven Auflösung des Empfangs kann vermindert werden.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild mit notwendigen Teilen
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen digitalen
Mobilfunkempfängers.
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Fig. 2 zeigt ein Schaltschema, das eine Schaltung mit
einem Vorverstärker mit steuerbarem Verstärkungsgrad und einer
Verstärkungssteuereinheit darstellt.
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Fig. 3 dient zur Beschreibung der Arbeitsweise der
Ausführungsform in Fig. 1.
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Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine Arbeitsweise
der Digitalsignalverarbeitungseinheit in Fig. 1 darstellt.
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel für einen Maximalwert eines
Eingangspegels für einen A/D-Wandler.
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Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild mit notwendigen Teilen
eines herkömmlichen digitalen Mobilfunkempfängers.
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Fig. 1 bis 5 zeigen eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen digitalen Mobilfunkempfängers. Fig. 1 zeigt ein
Blockschaltbild mit notwendigen Teilen einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen digitalen Mobilfunkempfängers, Fig. 2
zeigt ein Schaltschema, das ein Schaltung mit einem
Vorverstärker mit steuerbarem Verstärkungsgrad und einer
Verstärkungssteuereinheit darstellt, Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur
präzisen Beschreibung einer Arbeitsweise der Ausführungsform
in Fig. 1, Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das eine
Arbeitsweise einer Digitalsignalverarbeitungseinheit in Fig. 1
darstellt, und Fig. 5 zeigt ein Beispiel für einen Maximalwert
eines Eingangspegels für einen A/D-Wandler.
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In jeder der Abbildungen bezeichnen die Bezugszeichen
21 ein Zwischenfrequenzfilter, 22 einen Begrenzungsverstärker,
23 einen Orthogonaldetektor, 24 und 25 Tiefpaßfilter und 26
und 27 A/D-Wandler. Dabei sind die Komponenten dieser Teile
die gleichen wie bei dem herkömmlichen, in Fig. 6
beschriebenen Empfänger, so daß die detaillierte Beschreibung
weggelassen wird.
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Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine
Digitalsignalverarbeitungseinheit, 31 und 32 bezeichnen Vorverstärker und 33
bezeichnet eine Verstärkungssteuereinheit.
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Das charakteristische Merkmal dieser Ausführungsform
besteht darin, daß der Vorverstärker 31 mit steuerbarem
Verstärkungsgrad zwischen dem Tiefpaßfilter 24 und dem
A/D-Wandler 26 installiert ist bzw. daß der Vorverstärker 32 mit
steuerbarem Verstärkungsgrad zwischen dem Tiefpaßfilter 25 und dem
A/D-Wandler 27 installiert ist. Außerdem installiert sind die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30, welche die
Verstärkungssteuereinheit 33 anweist, die Verstärkungsinformationen für
die Vorverstärker 31 und 32 bereitzustellen, und die
Verstärkungssteuereinheit 33, welche den Verstärkungsfaktor der
Vorverstärker 31 und 32 mit steuerbarem Verstärkungsgrad
entsprechend dem Befehl von der Digitalsignalverarbeitungseinheit 30
steuert.
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Wie ferner in Fig. 2 dargestellt, besteht die Schaltung
A mit den Vorverstärkern 31 und 32 und der
Verstärkungssteuereinheit 33 aus dem Operationsverstärker 41 und dem
Regelwiderstand 42, um einen Verstärkungsfaktor des
Operationsverstärkers durch den Regelwiderstand 42 begrenzen zu können.
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Ferner besteht die Digitalsignalverarbeitungseinheit 30
aus einem Digitalsignalprozessor, in dessen Speicher ein
Programm gespeichert ist, um auf der Basis des Ausgangspegels der
A/D-Wandler 26 und 27 einen Maximalwert des Eingangssignals
für die A/D-Wandler 26 und 27 abzuschätzen, auf der Basis des
Maximalwertes des Eingangssignals zu entscheiden, ob der
Eingangspegel für die A/D-Wandler 26 und 27 ausreichend ist oder
nicht, und die Verstärkungssteuereinheit 33 anzuweisen, die
angemessene Verstärkungsinformation gemäß der
Entscheidungsinformation bereitzustellen. Der Digitalsignalprozessor weist
ein hervorragendes Hochgeschwindigkeitsverhalten sowie den
Vorteil auf, daß er den Zählwert usw. der
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 leicht durch Modifikation des Programms
ändern kann, wie weiter unten beschrieben.
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Bei der obigen Zusammensetzung werden nun die
Ausgangssignale I&sub2; bzw. Q&sub2; der A/D-Wandler 26 bzw. 27 von der
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 gelesen. Die
Digitalsignalverar
beitungseinheit 30 schätzt mittels der Ausgangssignale I&sub2; und
Q&sub2; der A/D-Wandler 26 und 27 einen Maximalwert des
Eingangssignals für die A/D-Wandler ab und entscheidet auf der Basis des
maximalen Eingangssignals, ob die Pegel der Eingangssignale
I&sub1;' und Q&sub1;' für die A/D-Wandler 26 und 27 ausreichend sind
oder nicht. Sind die Pegel nicht ausreichend, dann weist die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 die
Verstärkungssteuereinheit 33 an, die angemessene Information über den
Verstärkungsfaktor bereitzustellen.
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Als nächstes steuert die Verstärkungssteuereinheit 33
den Verstärkungsfaktor der Vorverstärker 31 und 32 auf der
Basis des Befehls von der Digitalsignalverarbeitungseinheit 30.
Außerdem werden die Ausgangssignale I&sub1; und Q&sub1; der
Tiefpaßfilter 24 und 25 in die Vorverstärker 31 und 32 eingegeben, auf
einen ausreichenden Pegel verstärkt und als Ausgangssignale
I&sub1;' und Q&sub1;' ausgegeben, so daß die Eingangssignale I&sub1;' und Q&sub1;'
für die A/D-Wandler 26 und 27 stets auf einem ausreichenden
Pegel gehalten werden.
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Die definitive Arbeitsweise der Ausführungsform läßt
sich wie folgt beschreiben.
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Fig. 3A zeigt einen Fall, in dem das Ausgangssignal IF&sub1;
des Zwischenfrequenzfilters nur mit der gewünschten Welle in
den Begrenzungsverstärker 22 eingegeben wird, und Fig. 3B
zeigt einen anderen Fall, in dem das Ausgangssignal IF&sub1; des
Zwischenfrequenzfilters mit der Störwelle, deren Amplitude
größer ist als die gewünschte Welle, in den
Begrenzungsverstärker 22 eingegeben wird. Nun ist in Fig. 3 nur die
I-Komponente nach der Orthogonaldetektion dargestellt, und D bzw. U
zeigen das Spektrum der gewünschten Welle bzw. der Störwelle.
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Für Fig. 3A existiert im Ausgangssignal IF&sub1; des
Zwischenfrequenzfilters nur die gewünschte Welle, so daß der
Begrenzungsverstärker 22 durch die gewünschte Welle gesättigt
wird. Daher wird das Ausgangssignal IF&sub2; des
Begrenzungsverstärkers 22 in dem Zustand ausgegeben, in welchem die
gewünschte Welle bis zur Amplitudenbegrenzung verstärkt ist.
Danach wird das Ausgangssignal IF&sub2; des Begrenzungsverstärkers 22
in den Orthogonaldetektor 23 eingegeben und wird zum
Ausgangssignal I&sub0; des Orthogonaldetektors 23, und ferner wird das
Aus
gangssignal I&sub0; des Orthogonaldetektors 23 in das Tiefpaßfilter
24 eingegeben und wird zum Ausgangssignal I&sub1; des
Tiefpaßfilters 24.
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Dann ist die Störwellenkomponente nicht im
Ausgangssignal I&sub0; des Orthogonaldetektors 23 enthalten, so daß das
Ausgangssignal I&sub1; die gleiche Wellenform annimmt wie das
Ausgangssignal I&sub0; des Orthogonaldetektors 23 und außerdem die
Amplitudendämpfung nur für den Einfügungsverlust des
Tiefpaßfilters 24 empfängt.
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Dementsprechend ist das Ausgangssignal I&sub1; des
Tiefpaßfilters 24 ein ideales Signal und wird außerdem nicht
unbedingt durch den Vorverstärker 31 verstärkt, so daß dieser
Zustand zum Standard gemacht und der Verstärkungsfaktor des
Vorverstärkers 31 gleich 1 gesetzt wird.
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Wenn andererseits, wie in Fig. 3B, das Ausgangssignal
IF&sub1; des Zwischenfreguenzfilters eingegeben wird, das eine
Störwelle enthält, deren Amplitude größer als die gewünschte
Welle ist, dann wird der Begrenzungsverstärker 22 durch die
Störwelle gesättigt. Daher wird das Ausgangssignal IF&sub2;, des
Begrenzungsverstärkers 22 ohne ausreichende Verstärkung der
gewünschten Welle ausgegeben. Das Spektrum D der gewünschten
Welle und das Spektrum U der Störwelle im Ausgangssignal IF&sub2;
des Begrenzungsverstärkers in Fig. 3B zeigen eine Abbildung
dieses Zustands (in dem die gewünschte Welle nicht ausreichend
verstärkt werden kann).
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Dann wird das Ausgangssignal IF&sub2; des
Begrenzungsverstärkers 22 in diesem Zustand in den Orthogonaldetektor 23
eingegeben und wird zum Ausgangssignal I&sub0; des
Orthogonaldetektors 23, die Störwellenkomponente wird durch das Tiefpaßfilter
24 entfernt, und man erhält das Ausgangssignal I&sub1; des
Tiefpaßfilters 24 nur mit der gewünschten Wellenkomponente.
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Da jedoch im Falle der Fig. 3B der
Begrenzungsverstärker 22 die Amplitude für die gewünschte Welle nicht
ausreichend verstärken kann, wird der Pegel des Ausgangssignals I&sub1;
des Tiefpaßfilters 24 im Vergleich zum Pegel des
Ausgangssignals I&sub0; des Orthogonaldetektors 23 stärker gedämpft als der
Einfügungsverlust des Tiefpaßfilters 24. Daher wird die
Ampli
tude des Ausgangssignals I&sub1; des Tiefpaßfilters 24 kleiner als
im Falle von Fig. 3A.
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Dann wird bei der vorliegenden Erfindung der
Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers 31 durch die Anzeige der
Verstärkungssteuereinheit 33 größer als 1 gemacht, und das
Ausgangssignal I&sub1;' mit verstärkter Amplitude gegenüber derjenigen
des Ausgangssignals I&sub1; des Tiefpaßfilters 24 wird vom
Vorverstärker ausgegeben.
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Als nächstes wird die Arbeitsweise der
Digitalsignalverarbeitungseinheit von der Abschätzung des
Eingangssignalpegels I&sub1;' für den A/D-Wandler 26 bis zur Einstellung des
Verstärkungsfaktors des Vorverstärkers 31 beschrieben.
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Im folgenden bedeutet in Fig. 4 die Größe N einen
variablen Zählwert der Einlese- bzw. Eingabedaten der A/D-Wandler-
Ausgangssignale I&sub2; und Q&sub2;, die in die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 eingegeben werden, N&sub0; ist eine vorgegebene
Anzahl der Eingabedaten, n eine ganze Zahl, A der Eingabebereich
des A/D-Wandlers, und a und b sind reelle Zahlen.
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Zunächst liest die Digitalsignalverarbeitungseinheit 30
die Ausgangssignale I&sub2; und Q&sub2; der A/D-Wandler 26 und 27 ein,
berechnet I&sub2;² + Q&sub2;² auf der Basis der Ausgangssignale I&sub2; und Q&sub2;
der A/D-Wandler 26 und 27 und legt das Ergebnis im Speicher
ab. Diese Operation wird N&sub0; mal wiederholt.
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Dann wird der Maximalwert X von I&sub2;² + Q&sub2;² aus dem im
Speicher abgelegten Ergebnis berechnet, und außerdem wird X
berechnet, und dieser Wert X soll gleich I1'max sein.
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Als nächstes beginnt die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 von n = 0 an zu zählen, bis der Wert von I1'max den
Bereich A-na ≥ I1'max > A-(n + 1)a erreicht.
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Dann bestimmt sie das n, bei dem I1'max in diesem
Bereich liegt, und übermittelt die Angabe auf der Basis dieses n
an die Verstärkungssteuereinheit, so daß der
Verstärkungsfaktor des Vorverstärkers gleich 1 + nb wird.
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Unter der Annahme, daß I1'max gleich A-2,5a ist (wobei
a eine eigentliche reelle Zahl ist), wie beispielsweise in
Fig. 5 dargestellt, beginnt die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 von n = 0 an zu zählen, bis I1'max den Bereich A-na ≥
I1'max > A-(n + 1)a erreicht.
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In diesem Falle ist bei n = 2 der Ausdruck A-2a ≥ I1'max
(A-2,5a) > A-3a erfüllt. Daher sendet die
Digitalsignalverarbeitungseinheit 30 die Information an die
Verstärkungssteuereinheit 33, so daß der Verstärkungsfaktor des
Vorverstärkers 31 gleich 1 + 2b wird. Hierbei ist b die durch A/A-2a =
1 + 2a/A = 1 + 2b approximierte Konstante.
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Folglich ist bei der vorliegenden Erfindung ein
Vorverstärker mit steuerbarem Verstärkungsfaktor zwischen einem
Tiefpaßfilter und einem A/D-Wandler installiert; ferner kann
durch Installation einer Verstärkungssteuereinheit zur
Steuerung eines Verstärkungsfaktors des Vorverstärkers entsprechend
einem Befehl von einer Digitalsignalverarbeitungseinheit ein
Eingangspegel des A/D-Wandlers konstantgehalten werden.
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Dementsprechend kann durch die vorliegende Erfindung
selbst dann, wenn ein Begrenzungsverstärker durch eine
Störwelle gesättigt ist, das empfangene Signal erfaßt und mit der
gleichen Auflösung wie im Falle ohne Störwellen regeneriert
werden.