DE60021084T2 - Automatische verstärkungsregelung in einer radiovorrichtung mit null-zwischenfrequenz - Google Patents

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DE60021084T2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H04B1/26Circuits for superheterodyne receivers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20Automatic control
    • H03G3/30Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3052Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in bandpass amplifiers (H.F. or I.F.) or in frequency-changers used in a (super)heterodyne receiver
    • H03G3/3068Circuits generating control signals for both R.F. and I.F. stages

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Verstärkungsregelung in einer Funkanordnung mit einer Null-Zwischenfrequenz, wie einem Empfänger oder einem Transceiver. Eine derartige Funkanordnung verarbeitet abwärts gemischte und demodulierte empfangene Funkfrequenzsignale und, wenn es auch einen Übertragungsteil gibt, modulierte und aufwärts gemischte Signale überträgt. Derartige Funkanordnungen können zellulare Funkanordnungen, schnurlose Telefonanordnungen oder drahtlose LAN-Funkanordnungen, Satelliten-Funkanordnungen oder eine andere geeignete Funkanordnung sein.
  • Aus dem Handbuch "RF and Microwave Circuit Design for Wireless Communications", L.E. Larson, Artech House Publishers, 1996, Seite 73, ist ein Empfänger mit direkter Umwandlung und mit Null-Zwischenfrequenz bekannt. In einem derartigen Empfänger wird ein Ortsoszillator in dem Empfänger auf eine Trägerfrequenz des eintreffenden Funkfrequenzsignals abgestimmt. Wenn es in einem derartigen Empfänger mit direkter Umwandlung und mit Null-Zwischenfrequenz DC-Koppelstufen gibt, werden durch DC-Offset wesentliche Probleme verursacht, wie durch LO-Lecken zu einem Eingang eines störungsarmen Funkfrequenzverstärkers, der meistens zwischen einer Antenne und einer Mischstufe der Funkanordnung mit Null-Zwischenfrequenz vorgesehen ist, und weiterhin durch DC-Offset in mehreren Elementen der Funkanordnung, wie in Kanalfiltern, Verstärkern, oder in anderen Elementen. Um derartige DC-Offsetprobleme zu lindern. Wird in dem Empfangszweig der Funkanordnung AC-Kopplung vorgesehen. Eine derartige AC-Kopplung kann über mehrere Stufen verteilt werden, wobei alle Stufen derart entworfen sind, dass der DC-Offset einer Stufe viel kleiner ist als der dynamische Bereich dieser Stufe.
  • In dem US Patent Nr. 5.982.807 ist ein Funktransceiver mit einem ZF-Streuspektrum zur Verwendung in drahtlosen LANs, in dem sog. 2,4 GHz ISM Band, wie in dem IEEE 802.11b Standard definiert, beschrieben worden. In dem Transceiver umfasst ein Basisbandprozessor einen Demodulator für Streuspektrum-PSK, wobei Information demoduliert wird, die von einer Funkschaltung in dem Transceiver empfangen wurde. Nebst einer Doppelphasen- oder Binär-PSK-Mode (BPSK) kann der Transceiver in einer Quadratur PSK Mode (QPSK) arbeiten. Der Demodulator ist mit einem Ausgang eines A nalog-Digital-Wandlers verbunden. Der Analog-Digital-Wandler ist mit der Funkschaltung AC-gekoppelt. Zum wesentlichen Reduzieren einer mittleren DC-Komponente wird ein bestimmter Typ eines Walsh-Codes angewandt. Wie in 1 von US 5.982.807 hat der drahtlose Transceiver eine Antenne, einen Aufwärts/Abwärtsmischer, und einen Tx/Rx-Schalter. Der Aufwärts/Abwärtsmischer ist mit einem störungsarmen Funkfrequenzverstärker in einem Empfangszweig des Transceivers verbunden, und mit einem Funkfrequenzleistungsverstärker in einem Sendezweig des Transceivers. Der Aufwärts/Abwärtsmischer ist mit einem Frequenzsynthesizer sowie mit einem ZF-Modulator/Demodulater verbunden. Der Transceiver umfasst weiterhin mehrere Filter und einen spannungsgesteuerten Oszillator. Ein Basisbandprozessor umfasst 3-Bit Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital-Wandler zum Empfangen der Quadratur I- und Q-Signale von dem Modulator/Demodulator. Weiterhin umfasst der Basisbandprozessor eine Anzeigefunktion, die ein Bild gibt der empfangenen Signalstärke mit einem 6-Bit Analog-Digital-Wandler.
  • Auf Seite 62 des "DRAFT Supplement, Part 11", zu dem oben genannten "IEEE 802.11b Standard" sind Operationskanäle für "North American Channel Selection" dargestellt. Mit einem Ortsoszillator in der Funkanordnung, abgestimmt auf 2412 MHz empfängt die Funkanordnung mit Null-ZF Funksignale von dem dargestellten, nicht überlappenden Kanal 1.
  • In dem US Patent Nr. 5.982.235 ist eine automatische Verstärkungsregelung (AVR) beschrieben worden, die für mobile Kommunikation benutzt wird. Wie in 7 von US 5.982.235 dargestellt, wird die Verstärkung eines Verstärkers eingestellt. Der Verstärker, der ein Eingangs-ZF-Signal verstärkt, hat eine Verstärkungsregelfunktion. Das auf diese Art und weise verstärkte Signal wird einer Demodulationsschaltung zugeführt. Zur Anwendung einer AVR in mobiler Kommunikation, wie beschrieben, ändert ein Empfangspegel so groß wie +10 dB oder mehr bis –30 dB oder weniger. Um für einen wesentlichen Abfall in dem Empfangspegel nebst dem Bereich der Steuerung der AVR zu sorgen, wie wegen einer Schwunderscheinung, umfasst die dargestellte AVR-Schaltung eine Schwunddetektionsschaltung bei ZF (RSSI), eine AVR-Konvergenzpegeleinstellschaltung, eine Störabstanddetektionsschaltung (S/N) und eine AVR-Einstellschaltung. Die Störabstanddetektionsschaltung, die mit einem Ausgang des Verstärkers verbunden ist, schaff ein einziges Eingangssignal für die AVR-Konvergenzpegeleinstellschaltung. Die RSSI schafft ein anderes Eingangssignal für die AVR-Konvergenzpegeleinstellschaltung. Die AVR-Schaltung umfasst weiterhin eine Dämpfungseinstellschaltung, die mit einem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist. Das Ausgangssignal der AVR-Schaltung tritt an einem Ausgang der Dämpfungseinstellschaltung auf. Die RSSI detektiert, ob die AVR-Schaltung mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Sollte dies der Fall sein, so steuert die AVR-Konvergenzpegeleinstellschaltung den AVR-Konvergenzpegel, zuzunehmen oder abzunehmen, wobei Datenverlust vermieden wird. Sollte dies nicht der Fall sein, so wird der Störabstand eines Ausgangssignals und der Ausgangssignalpegel auf konstanten Pegel beibehalten. Sollte ein Schwund auftreten, so wird der Pegel der AVR-Konvergenz erhöht, wodurch Zerstörung der Störabstandes des Ausgangssignals vermieden wird. Die Dämpfungsschaltung wird derart eingestellt, dass der Pegel des Ausgangssignals konstant bleibt.
  • Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen automatischen Verstärkungsregler in einer Funkanordnung mit einer Null-Zwischenfrequenz mit AC-gekoppelten Stufen zu schaffen, wobei ein Signalauflösungsbereich eines Indikators der empfangenen Signalstärke unterhalb eine hohen dynamischen Bereichs liegt, ausgeübt durch ein eintreffendes Funkfrequenzsignal.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen automatischen Verstärkungsregler zu schaffen, der schrittweise wiederholt um ein Ausgangssignal zu schaffen, das in einem linearen Bereich des Indikators der empfangenen Signalstärke abgetastet wird, entweder dadurch, dass zunächst mit einer maximalen Verstärkung oder mit einer minimalen Verstärkung gestartet wird.
  • Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen automatischen Verstärkungsregler zu schaffen, der zunächst durch Modifikation der Verstärkung des störungsarmen Funkfrequenzverstäkers (LNA) anfängt, wobei es die größten DC-Offsetprobleme gibt und wobei der Effekt von Störsendern außerhalb des Bandes durch Verringerung der Verstärkung des LNAs reduziert werden kann.
  • Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die negativen Effekte der AC-Kopplung zu reduzieren, nachdem die AVR sich gesetzt hat, durch Reduktion der Grenzfrequenz der AC-Kopplung.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verstärkungsregelung über Schaltungselemente des Empfangszweiges zwischen der Antenne und dem Signalprozessor zu verteilen zum Verarbeiten des Null-ZF-Signals.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Funkanordnung (1) mit einer Null-Zwischenfrequenz geschaffen, wobei diese Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:
    • – eine Antenne zum Empfangen eines Funkfrequenzsignals (RF), wobei das Funkfrequenzsignal (RF) einen hohen dynamischen Bereich aufweist;
    • – einen Empfangsumsetzer zum Umsetzen des genannten Funkfrequenzsignals (RF) in ein Null-ZF-Signal (Rx_I, Rx_Q), wobei der genannte Empfangsumsetzer eine Mischstufe, einen AC-Koppler und einen Indikator der Stärke des empfangenen Signals aufweist mit einem Signalauflösungsbereich, der unterhalb des genannten hohen dynamischen Bereichs liegt, wobei der genannte AC-Koppler mit einem Ausgang der genannten Mischstufe gekoppelt ist;
    • – einen Signalprozessor zum Verarbeiten des genannten Null-ZF-Signals;
    • – wenigstens einen Verstärker, der zwischen der genannten Antenne und dem genannten Signalprozessor vorgesehen ist; und
    • – einen automatischen Verstärkungsregler wenigstens zur Verstärkungsregelung des genannten wenigstens einen Verstärkers,
    wobei der genannte automatische Verstärkungsregler derart ausgebildet ist, dass er eine Verstärkung des genannten wenigstens einen Verstärkers dadurch einstellt, dass er die genannte Verstärkung auf eine vorbestimmte Verstärkung einstellt, dass er eine vorbestimmte Zeit wartet, damit die DC-Offsetsignale in der genannten Funkanordnung abklingen können, dass geprüft wird, ob das Auslesen des genannten Signalstärkenindikators innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs erfolgt, und dass die genannte Verstärkung entsprechend dem genannten Auslesen eingestellt wird, wenn das genannte Auslesen innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs liegt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einer Funkanordnung mit AC-Kopplung mit Null-Zwischenfequenz die AVR nur dann eingestellt werden kann, wenn keine Signalsättigung an dem Ausgang des RSSI auftritt, und zwar wegen der DC-Offsets.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer Funkanordnung mit Null-Zwischenfrequenz nach der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine AVR-Einstelltabelle nach der vorliegenden Erfindung, und einen ersten Schritt der Verstärkungseinstellung,
  • 3 eine AVR-Einstelltabelle nach der vorliegenden Erfindung, und einen zweiten Schritt der Verstärkungseinstellung,
  • 4 LO-Lecken, was ein DC-Offsetsignal an einem Ausgang einer Misachstufe in der Funkanordnung verursacht, und einen AC-Koppler, der mit dem Ausgang der Mischstufe gekoppelt ist,
  • 5 ein Fehlersignal an einem Ausgang des AC-Kopplers als eine Funktion der Zeit,
  • 6 AC-Kopplung und Kanalfilterung eines Null-Zwischenfrequenzsignals in einer Funkanordnung.
  • In den Figuren sind für entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
  • 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Transceivers 1 als eine Funkanordnung mit einer Null-Zwischenfrequenz nach der vorliegenden Erfindung. Der Transceiver 1 umfasst einen Empfangszweig Rx und einen Sendezweig Tx. In einer anderen Ausführungsform, wobei kein Sendezweig Tx vorhanden ist, ist die Funkanordnung ein Empfänger. Der Sendezweig Tx umfasst einen Quadraturmischer mit Filtern 2 und 3, Mischer 4 und 5 und eine Summieranordnung 6, und weiterhin einen Sendeleistungsverstärker 7, der mit dem Quadraturmischer gekoppelt ist. An der Eingangsseite ist der Quadraturmischer mit einer Basisbandschaltung mit einem (nicht detailliert dargestellten) Modulator gekoppelt. An der Ausgangsseite ist der Sendeleistungsverstärker 7 mit einem Tx/Rx-Schalter 8 gekoppelt. Der TX/Rx-Schalter 8 ist mit einer Antenne 9 gekoppelt. Ein derartiger Sendezweig ist in dem Stand der Technik durchaus bekannt. Der Empfangszweig Rx umfasst einen störungsarmen Funkfrequenzverstärker mit variabler Verstärkung (LNA) 10, der mit dem Tx/Rx-Schalter 8 gekoppelt ist. Der LNA 10 verstärkt ein Ausgangssignal Vsig, das einem eintreffenden Funkfrequenzsignal RF entspricht, das von der Antenne 9 empfangen wird. Das Funkfrequenzsignal RF, das in dem Kanal 1 des sog. 2,4 GHz-Band empfangen wurde, die in dem genannten IEEE 802.11b Standard definiert, beispielsweise einen hohen dynamischen Bereich von typischerweise 80 dB von –90 dBm bis –10 dBm aufweist. Ein Ausgang 11 des LNAs 10 ist mit einem Frequenzempfangsumsetzer 12 gekoppelt zur Umsetzung des Funkfrequenzsignals RF in eine Null-Zwischenfrequenzsignal Vin. Dargestellt ist ein Quad ratur-Frequenzempfangsumsetzer. Der Frequenzempfangsumsetzer 12 umfasst Mischer 13 und 14 in betreffenden Quadratur- und phasenrichtigen Mischerstrecken, die gefilterte und verstärkte Quadratursignale Rx_Q und Rx_I schafft. Der Frequenzempfangsumsetzer 12 umfasst weiterhin steuerbare AC-Koppler 15, 16, 17 und 18, steuerbare Kanalfilter 19, 20, 21 und 22 und Null-ZF-Verstärker 23 und 24. Die AC-Koppler 15 und 17 sind zwischen den Mischern 13 und 14 bzw. den Null-ZF-Verstärkern 23 und 24 vorgesehen. Die AC-Koppler 16 und 18 sind zwischen den Kanalfiltern 19 und 20 vorgesehen und zwischen den Kanalfiltern 21 bzw. 22. 25 ist zur Steuerung der Verstärkung der Verstärker 10, 23 und 25 und zur Steuerung der Verstärkung anderer Parameter der Kanalfilter 19, 20, 21 und 22 vorgesehen. An einem Ausgang des AC-Kopplers 15 ist ein Signal Vout dargestellt. Die Steuersignal an dem Steuerbus 25 werden von einem AVR-Controller geliefert, der aus den nachfolgenden Elementen besteht: einem Signalprozessor 26 in einer Basisbandschaltung 27, einer Zustandsmaschine 28, und einem AVR-Buscontroller 29. Der Signal- oder Mikroprozessor 26 umfasst ROM und RAM (nicht detailliert dargestellt) zur Speicherung nicht flüchtiger Programmdaten, und zur Speicherung flüchtiger Daten zur Verwendung mit den Programmdaten. Die Zustandsmaschine 28 steuert den AVR-Buscontroller 29 und schafft weiterhin Grenzfrequenzsteuersignale zu den AC-Kopplern 15, 16, 17 und 18. Wenn die Funktionalität der Zustandsmaschine definiert worden ist, wird es einem Fachmann nicht schwer fallen, die Zustandsmaschine zu implementieren, beispielsweise in Form einer sog. ASIC ("Application Specific Integrated Circuit"). In einer anderen Ausführungsform, wobei der Signalprozessor I/O-Porten zugeordnet worden ist, kann auf die Zustandsmaschine 28 verzichtet werden. In einer derartigen Ausführungsform liefert der programmierte Signalprozessor alle notwendigen Steuersignale. Die Basisbandschaltung 27 umfasst weiterhin Analog-Digital-Wandler 30 und 31 zum Abtasten der Quadratursignale Rx_I und Rx_Q. Die abgetasteten Rx_I und Rx-Q-Signale werden einem (nicht detailliert dargestellten) Demodulator zugeführt. Der Transceiver 1 umfasst weiterhin einen Frequenzsynthesizer 32 mit einer PLL zum Erzeugen von Ortsoszillatorsignalen für den Empfangszweig Rx und für den Sendezweig Tx. Wie in dem Stand der Technik bekannt, umfasst die PLL einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 33 und ein Schleifenfilter 34. Ein (nicht dargestellter) Bezugsoszillatorsignal wird der PLL zugeführt. Zum Erzeugen eines 2412 MHz Signals eines Ortsoszillators für ISM-Kanal 1 wird das 1,2 GHz VCO-Signal verdoppelt. Zum Erzeugen von LO-Signalen, die um neunzig Grad in der Phase verschoben sind, die den Mi schern 13 und 14 in dem Empfangszweig Rx zugeführt werden, und zu den Mischern 4 und 5 in dem Sendezweig zugeführt werden, ist mit dem verdoppelten VCO-Signal ein 90° Phasenschieber 35 gekoppelt. Der Transceiver 1 umfasst weiterhin einen Indikator (RSSI) der empfangenen Signalstärke, der aus Quadratierern 36 und 37, einem Summierer 38, einem Tiefpassfilter (LPF) 39, einen logarithmischen Verstärker (LOG) 40 und einen Analog-Digital-Wandler 41 besteht. Das abgetastete RSSI Signal wird der Zustandsmaschine 28 zugeführt, oder dem Signalprozessor 26, und zwar je nach der betreffenden Ausführungsform.
  • 2 zeigt eine AVR-Einstelltabelle nach der vorliegenden Erfindung und einen ersten Schritt der Verstärkungseinstellung, und 3 zeigt die AVR-Einstelltabelle nach der vorliegenden Erfindung, und einen zweiten Schritt der Verstärkungseinstellung.
  • Nachdem der Empfänger eingeschaltet worden ist, soll sich die AVR innerhalb von 10 μs setzen. Die Zustandsmaschine 28 und der Signalprozessor 26, der einen AVR-Controller bildet, sind derart programmiert, dass sie AVR-Einstellung nach der vorliegenden Erfindung implementieren. In einer ersten Ausführungsform wird zunächst die Verstärkung der Empfangsstrecke Rx auf maximale Verstärkung MAX_GAIN eingestellt. In einer zweiten Ausführungsform wird zunächst die Verstärkung der Empfangsstrecke Rx auf minimale Verstärkung MIN_GAIN eingestellt. In der ersten Ausführungsform, die eine schnellere AVR-Einstellzeit zeigt als die zweite Ausführungsform, werden bei maximaler Verstärkung Funksignale mit kleiner Amplitude als erste aufgelöst. In der zweiten Ausführungsform werden bei minimaler Verstärkung Funksignale mit großer Amplitude als erste aufgelöst. Die erste Ausführungsform wird nun detailliert beschrieben. Zunächst wird der AVR-Code auf Null gesetzt. In dem gegebenen Beispiel ist der Analog-Digital-Wandler 41 ein 5-Bit Wandler, so dass an dem Ausgang ein digitaler Code zwischen 0–31 erzeugt wird. Es wird vorausgesetzt, dass die RSSI-Schaltung über einen 32 dB Eingangssignalbereich (sicheren Bereich) linear funktioniert für einen Bereich von digitalen Ausgangscodes 0–31. Außerhalb eines derartigen 0–31 Bereichs wird vorausgesetzt, dass eine Auslese des Analog-Digital-Wandlers 41 nicht eine zuverlässige Darstellung des wirklich empfangenen Funkfrequenzsignals RF ist. Deswegen kann nur ein Teil des dynamischen Bereichs von 80 dB des RF-Signale abgetastet werden. Die AVR-Einstelltabelle 50 zeigt die erforderliche AVR-Dämpfung gegenüber dem RF-Eingangssignalpegel, als Beispiel. Eine Auslese der RSSI ist durch einen Pfeil angegeben. Unter diesen Voraussetzungen werden bei maximaler Verstärkung werden alle Auslesungen, die größer sind als 31 zurückgewiesen und die AVR-wird nicht eingestellt. Eine zu hohe Einstellung der Verstärkung würde bei einer niedrigen Funkfrequenzsignalstärke nur bei einem geringen DC-Offset in der Rx-Strecke auf einfache Weise Signale in der Rx-Strecke sättigen. Um eine derartige Sättigung zu vermeiden, sind die AC-Koppler 15, 16, 17 und 18 vorgesehen. Dies bedeutet, wie in der AVR-Tabelle 50 angegeben, zunächst bei maximaler Verstärkung, dass nur Funkfrequenzsignale zwischen –90 dBm und –60 dBm auf zuverlässige Art und Weise durch RSSI angegeben werden können. In dem gegebenen Beispiel werden die Funkfrequenzsignale in dem 80 dB dynamischen Signalbereich 0–80 coeiert. Mit einer derartigen Codierung kann die AVR mit einer Genauigkeit von 1 dB eingestellt werden. Andere Abbildungen von Codes zu Signalen, mit einer anderen AVR-Einstellgenauigkeit, können angewandt werden, wie dies einem Fachmann einleuchten dürfte. Beim Auslesen des Codes = 15, beispielsweise, bei maximaler Verstärkung, innerhalb eines Codebereichs von 0–31, tritt keine Sättigung auf. Danach kann die AVR dadurch eingestellt werden, dass die Verstärkung in der Rx Strecke um 15 dB reduziert wird, auch hier wieder ausgehend vom Maximum. Beim Einstellen der Verstärkung in der Rx Strecke auf einen bestimmten Verstärkungswert ist es wesentlich, zu warten, bis der ganze DC-Offset in der Rx Strecke entfernt ist, in allen Stufen davon, bevor die I&Q-Ausgangssignale wirklich verwendet werden. Auf Basis der Voraussetzung, dass der maximale DC-Offset jeder Stufe bekannt ist, abhängig davon, ob eine Verstärkung einer bestimmten Stufe modifiziert wird, wird eine Wartezeit für den DC-Offset eingestellt. Der größte DC-Offset soll erwartet werden, und zwar wegen des LO-Leckens von dem VCO+Frequenzverdoppler zu dem Eingang des störungsarmen Funkfrequenzverstärkers 11. Andere Stufen hinter den Mischern 13 und 14 zeigten typischerweise einen niedrigeren DC-Offset. Eine Wartezeit für DC-Offset an dem Eingang des LNAs 11 zum Rückgängigmachen ist typischerweise auf 2–3 μs gesetzt. Für andere Stufen wird eine Wartezeit typischerweise auf 1 μs gesetzt. Beim Auslesen des Codes = 31 tritt bei maximaler Verstärkung Sättigung auf. Danach kann die AVR nicht eingestellt werden und ein weiterer Schritt ist erforderlich, entsprechend dem oben beschriebenen Schritt der Verstärkungseinstellung und der Abwartung, dass der DC-Offset aufgelöst ist. In einem weiteren Schritt, ausgehend von maximaler Verstärkung, wird die Verstärkung in der Rx Strecke um 31 dB reduziert. Dies bedeutet, dass in dem weiteren Schritt Funkfrequenzsignale mit einer Signalstärke zwischen –59 dBm und –29 dBm angegeben werden können. In diesem weite ren Schritt wird der AVR-Code auf 31 gesetzt. Auch in diesem weiteren Schritt ist es wesentlich, zu warten, bis der DC-Offset, verursacht durch eine Änderung in der Verstärkungseinstellung aufgehoben worden ist. Beim Auslesen des Codes = 2 kann beispielsweise die AVR dennoch eingestellt werden, weil durch eine noch zu hohe Verstärkung der Rx Strecke. Der Lesecode = 2 dennoch die Rx Strecke sättigt bei dem I&Q-A/D-Eingang. Danach ist noch ein weiterer Schritt erforderlich, entsprechend den oben stehenden zwei Schritten. In einem nachfolgenden Schritt wird die Verstärkung um 2 dB reduziert. In dem gegebenen Beispiel ist das aktuelle Eingangssignal –57 dBm. In der zweiten Ausführungsform, ausgehend von einer minimalen Verstärkung, werden entsprechende Schritte durchgeführt, bis das Auslesen der RSSI in den Bereich der Codes fällt, die dem RSSI-Auslesen entspricht, und zum Schluss das Einstellen der RSSI derart, dass Null ausgelesen wird.
  • 4 zeigt LO-Lecken, das ein DC-Offsetsignal an einem Ausgang des Mischers 13 in der Funkanordnung 1 und dem AC-Koppler 15 verursacht, der mit dem Ausgang des Mischers 13 gekoppelt ist. Weiterhin sind die Frequenzspektren der Signale Vsig und Vin dargestellt, und das Abfallen des DC-Offsets Vout,DC wegen des LO-Leckens zu dem Eingang des LNAs 11 als eine Funktion der Zeit, an dem Ausgang des AC-Kopplers 15. In dem gegebenen Beispiel kann die Verstärkung des LNAs 11 in zwei Schritten auf +20 dB oder auf 0 dB eingestellt werden. Für eine Grenzfrequenz von 1 MHz des AC-Kopplers 15 ist bei einer Änderung in der Verstärkung des LNAs 11 von 20 dB zunächst ein riesiger DC-Offset vorhanden, und zwar wegen eines geringen Leckens an dem Eingang des LNAs 11. Die Wartezeit, dass der DC-Offset endet wird derart eingestellt, dass das Warten auftritt, bis Vout,DC kleiner ist als Vsig/10. Bei einer Grenzfrequenz von 1 MHz ist die Wartezeit typischerweise 3 μs. Wegen einer anfangs relativ hohen Grenzfrequenz des AC-Kopplers 15 tritt ein Einschnitt in dem Frequenzspektrum auf. Ein derartiger Einschnitt sorgt dafür, dass die RSSI eine nicht einwandfreie Messung des Funkfrequenzsignals RF angibt. Es ist folglich vorteilhaft, die Grenzfrequenz des AC-Kopplers 15 zu reduzieren nachdem die AVR sich gesetzt hat. Weiterhin je höher die Grenzfrequenz des AC-Kopplers 15, umso schlechter der Störabstand. Also, nachdem die AVR sich gesetzt hat, wird die Grenzfrequenz des AC-Kopplers dadurch reduziert, dass die Zeitkonstante RC des AC-Kopplers 15 reduziert wird, wie angegeben. Der Widerstand R kann kontinuierlich oder schrittweise variiert werden.
  • 5 zeigt ein Fehlersignal Verror an einem Ausgang des AC-Kopplers 15 als eine Funktion der Zeit t. Bei t = t0 ist die Grenzfrequenz des AC-Kopplers 15 und auch des AC-Kopplers 16 1 MHz. Bei t = t1 ist, wenn die komplette AVR-Verstärkung sich gesetzt hat, die Grenzfrequenz auf 100 kHz reduziert. Gegebenenfalls wird bei t = t2 die Grenzfrequenz weiter reduziert auf 10 kHz, wobei im Endeffekt die AC-Kopplung zum größten Teil entfernt wird. Dies führt zu einer allmählichen Reduktion des Signals Verror auf weniger als 10% des Signals Vin.
  • 6 zeigt eine Frequenzkennlinie 60 der AC-Kopplung und eine Frequenzkennlinie 61 der Kanalfilterung eines Frequenzsignals mit Null-Zwischenfrequenz in der Funkanordnung 1, und weiterhin ein Frequenzspektrum 62 des Null-Zwischenfrequenzsignals an einem Ausgang des Mischers 15.
  • Nachdem die AVR sich gesetzt hat, ist es vorteilhaft, die Verstärkung um 10 dB auf einen Eingang des Indikators der empfangen Signalstärke zu reduzieren, damit eine Steigerung sowie eine Verringerung in dem Signalpegel später detektiert wird. Verstärkung zu dem Eingang des Indikators der empfangenen Signalstärke kann über (an dieser Stelle nicht detailliert dargestellte) steuerbare Dämpfer reduziert werden, die zwischen den Rx_Q und Rx_I Ausgängen und den Quadratierern 36 und 37 vorgesehen sind. Der nominelle Einstellpunkt für die RSSI wird dann zehn statt Null sein, und wird Signaländerungen von +10 dB bis –22 dB angeben, hinter denen Sättigung auftritt.
  • Auch kann eine RSSI mit einem größeren Bereich zu diesem Zweck verwendet werden, beispielsweise mit einem Bereich von 42 dB. Dies wird einen Auslesewert einer Signaländerung von +10 dB bis –32 d. In dieser Ausführungsform werden Auslesungen für die AVR zwischen 0 und 31 verwendet, während Auslesungen zwischen –10 und –1 für den oben stehenden Zweck verwendet werden.
  • In den gegebenen Ausführungsformen kann Verstärkungsreduktion, Kanalfilterung und Reduktion der Grenzfrequenzen über viele Stufen verteilt werden. Wenn die Verstärkung der Rx Strecke reduziert wird, und zwar von einer maximalen Verstärkung zu einer niedrigen Verstärkung, ist es vorteilhaft zunächst die Verstärkung des LNAs 11 zu reduzieren, wenn die Verstärkung der Rx Strecke zunimmt, und zwar von einer minimalen Verstärkung zu einer höheren Verstärkung, ist es vorteilhaft die Verstärkung des LNAs in einem letzten Schritt zu steigern. Eine derartige Verstärkungseinstellung lindert die Effekte von Störsendern außerhalb des Bandes oder von Störsendern in anderen Kanälen des ISM Band. Weiterhin wird bei einer niedrigeren Verstärkungseinstellung der Funkeingang mehr linear.
  • Im Hinblick auf das Obenstehende dürfte es dem Fachmann einleuchten, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie nachstehend durch die beiliegenden Patentansprüche definiert, mehrere Modifikationen möglich sind und dass die vorliegende Erfindung sich folglich nicht auf die beschriebenen Beispiele begrenzt. Das Wort "umfasst" schließt das Vorhandensein anderen Elemente oder Schritte als diejenigen, die in einem Patentanspruch aufgelistet sind, nicht aus.
  • Text in der Zeichnung
  • 1
    • Antenne
    • Mischer
    • Frequenzempfangsumsetzer
    • Null-ZF-Verstärker
    • AC-Koppler
    • Kanalfilter
    • Basisbandschaltung
    • Summierer
    • Quadratierer
    • Zustandsmaschine
    • Signalprozessor
    • Phasenschieber
    • Summieranordnung
    • Frequenzsynthesizer
    • Steuerbus
    • Sendeleistungsverstärker
  • 2
    • RSSI-Auslesung
    • AVR-Dämpfung
    • RF-Eingangssignalpegel an der Antenne
    • Maximale Verstärkung/minimale Dämpfung
    • Wirkliches Eingangssignal
    • Minimale Verstärkung/maximale Dämpfung
    • AVR-Einstelltabelle
  • 3
    • RSSI Auslesung
    • Maximale Verstärkung
    • Wirkliches Eingangssignal
    • Minimale Verstärkung
    • AVR Einstelltabelle
  • 4
    • Mischer
    • AC-Koppler
  • 6
    • AC-Kopplung
    • Kanalfilterung

Claims (6)

  1. Funkanordnung (1) mit einer Null-Zwischenfrequenz, wobei diese Anordnung die nachfolgenden Elemente umfasst: – eine Antenne (9) zum Empfangen eines Funkfrequenzsignals (RF), wobei das Funkfrequenzsignal (RF) einen hohen dynamischen Bereich aufweist; – einen Empfangsumsetzer (12) zum Umsetzen des genannten Funkfrequenzsignals (RF) in ein Null-ZF-Signal (Rx_I, Rx_Q), wobei der genannte Empfangsumsetzer (12) eine Mischstufe (13), einen AC-Koppler (15) und einen Indikator (3641) der Stärke des empfangenen Signals aufweist mit einem Signalauflösungsbereich, der unterhalb des genannten hohen dynamischen Bereichs liegt, wobei der genannte AC-Koppler (15) mit einem Ausgang der genannten Mischstufe (13) gekoppelt ist; – einen Signalprozessor (26, 28) zum Verarbeiten des genannten Null-ZF-Signals (Rx_I, Rx_Q); – wenigstens einen Verstärker (11), der zwischen der genannten Antenne (9) und dem genannten Signalprozessor (26; 28) vorgesehen ist; und – einen automatischen Verstärkungsregler (28, 29) wenigstens zur Verstärkungsregelung des genannten wenigstens einen Verstärkers (11), wobei der genannte automatische Verstärkungsregler (28, 29) derart ausgebildet ist, dass er eine Verstärkung des genannten wenigstens einen Verstärkers (11) dadurch einstellt, dass er die genannte Verstärkung auf eine vorbestimmte Verstärkung einstellt, dass er eine vorbestimmte Zeit wartet, damit die DC-Offsetsignale in der genannten Funkanordnung (1) abklingen können, dass geprüft wird, ob das Auslesen des genannten Signalstärkenindikators (3641) innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs erfolgt, und dass die genannte Verstärkung entsprechend dem genannten Auslesen eingestellt wird, wenn das genannte Auslesen innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs liegt.
  2. Null-Zwischenfrequenz-Funkanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die genannte vorbestimmte Verstärkung zunächst auf einem maximalen Verstärkungswert (MAX GAIN) der genannten Verstärkung liegt und der genannte automatische Verstär kungsregler (28, 29) dazu vorgesehen ist, die genannte Verstärkung schrittweise zu verringern, während wiederholt die genannte vorbestimmte Zeit gewartet wird und wiederholt die genannte Überprüfung durchgeführt wird, bis das genannte Auslesen innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs liegt.
  3. Null-Zwischenfrequenz-Funkanordnung nach Anspruch 1, wobei die genannte vorbestimmte Verstärkung zunächst auf einem minimalen Verstärkungswert (MIN GAIN) der genannten Verstärkung liegt, und der genannte automatische Verstärkungsregler (28, 29) derart ausgebildet ist, dass er schrittweise die Verstärkung steigert, während er wiederholt die genannte vorbestimmte Zeit wartet und wiederholt die genannte Überprüfung durchführt, bis das genannte Auslesen innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs liegt.
  4. Null-Zwischenfrequenz-Funkanordnung (1) nach Anspruch 2, wobei der genannte wenigstens eine Verstärker (11) aus einem Funkfrequenzverstärker (11), der zwischen der genannten Antenne (9) und einem Eingang der genannten Mischstufe (13) vorgesehen ist, und aus einem Null-Zwischenfrequenzverstärker (2) besteht, der zwischen einem Ausgang der genannten Mischstufe (13) und dem genannten Signalprozessor (26, 28) vorgesehen ist, und wobei die genannte Verstärkung ein Produkt aus einer ersten Verstärkung des genannten Funkfrequenzverstärkers (11) und einer zweiten Verstärkung des genannten Null-Zwischenfrequenzverstärkers (23) ist, wobei der genannte automatische Verstärkungsregler (28, 29) derart ausgebildet ist, dass er zunächst die genannte erste Verstärkung modifiziert, wenn die genannte Verstärkung eingestellt wird.
  5. Null-Zwischenfrequenz-Funkanordnung (1) nach Anspruch 3, wobei der genannte wenigstens eine Verstärker (11) aus einem Funkfrequenzverstärker (11), der zwischen der genannten Antenne (9) und einem Eingang der genannten Mischstufe (13) vorgesehen ist, und aus einem Null-Zwischenfrequenzverstärker (23) besteht, der zwischen einem Ausgang der genannten Mischstufe (23) und dem genannten Signalprozessor (26, 28) vorgesehen ist, und wobei die genannte Verstärkung ein Produkt aus einer ersten Verstärkung des genannten Funkfrequenzverstärkers (11) und einer zweiten Verstärkung des genannten Null-Zwischenfrequenzverstärkers (23) ist, wobei der genannte automatische Ver stärkungsregler (28, 29) derart ausgebildet ist, dass er zuletzt die genannte Verstärkung modifiziert, wenn die genannte Verstärkung eingestellt wird.
  6. Verstärkungsregelverfahren zur Verstärkungsregelung einer Null-Zwischenfrequenzfunkanordnung (1), wobei die genannte Null-Zwischenfrequenz-Funkanordnung (1) die nachfolgenden Elemente aufweist: eine Antenne (9) zum Empfangen eines Funkfrequenzsignals (RF), wobei das genannte Funkfrequenzsignal (RF) einen hohen dynamischen Bereich aufweist, einen Empfangsumsetzer (12) zum Umsetzen des genannten Funkfrequenzsignals (RF) in ein Null-ZF-Signal (Rx_I, Rx_Q, wobei der genannte Empfangsumsetzer (12) eine Mischstufe (13), wenigstens einen Verstärker (11), und einen AC-Koppler (15) aufweist, wobei der genannte AC-Koppler (15) mit einem Ausgang der genannten Mischstufe (13) gekoppelt ist, und wobei die genannte Null-Zwischenfrequenz-Funkanordnung (1) weiterhin einen Indikator (3641) der empfangenen Signalstärke mit einem Signalauflösungsbereich aufweist, der unterhalb des genannten hohen dynamischen Bereichs liegt, wobei dieses Verfahren wenigstens das Einstellen einer Verstärkung des genannten wenigstens einen Verstärkers (11) umfasst: was dadurch geschieht, dass: – die genannte Verstärkung auf eine vorbestimmte Verstärkung eingestellt wird, – eine vorbestimmte Zeit gewartet wird, damit die DC-Offsetsignale in der genannten Funkanordnung (1) abklingen können, – überprüft wird, ob ein Auslesen der Signalstärke des empfangenen Signals durch den Indikator (3641) innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs liegt; und – die genannte Verstärkung entsprechend dem genannten Auslesevorgang eingestellt wird, wenn das genannte Auslesen innerhalb des genannten Signalauflösungsbereichs liegt.
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