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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbesserten Empfang eines in einem Empfangsband gesendeten Signals in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Zweiwege-Datenübertragungstechnik. Insbesondere befasst sich die vorliegende Erfindung sich mit Störspektren beispielsweise einer Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung, das heißt insbesondere
- – mit in einem Empfangsband liegenden, aktiven oder passiven Mischprodukten unterschiedlicher Frequenzanteile eines gesendeten Spektrums, oder
- – mit durch Unterabtastung in das Empfangsband gefalteten Frequenzanteilen des gesendeten Spektrums, oder
- – mit der Rauschleistungsdichte eines gesendeten Spektrums in einem Empfangsband.
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Eine wesentliche Kenngröße zur Charakterisierung von Funkempfängern ist die Empfangsempfindlichkeit. Je höher die Empfangsempfindlichkeit, desto geringer ist die Energie, welche zum sicheren Empfang einer Informationseinheit durch die Antenne aufgenommen werden muss.
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Insbesondere bei Mobilfunksystemen lässt sich durch eine hohe Empfangsempfindlichkeit der Basisstationen die Batteriebetriebsdauer der mobilen Endgeräte wesentlich erhöhen: Durch Rückmeldung der Empfangsstärke von der Basisstation an das mobile Endgerät wird ermöglicht, die Sendeleistung des mobilen Endgerätes an die jeweiligen Erfordernissen anzupassen.
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Nach dem Stand der Technik sind – neben einer rauscharmen Gestaltung der Empfänger-Eingangsstufen – insbesondere zwei Maßnahmen zur Erhöhung der Empfangsempfindlichkeit bekannt: Zum einen wird durch die Verwendung zweier kreuzpolarisierter Empfangsdipole die Empfindlichkeit in Gegenwart einer dekorrelierenden Mehrwegeübertragung des zu empfangenden Signals erhöht (diversity gain).
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Zum anderen wird, beispielsweise bei WCDMA-Übertragungsverfahren, durch mehrmaliges Übertragen der zu empfangenden Daten und anschließende kohärente Überlagerung der empfangenen Signale ein Verarbeitungsgewinn (processing gain) erwirtschaftet: Während die Daten kohärent überlagert werden, addiert sich das den Signalen überlagerte Rauschen inkohärent, die Leistungsdichte eines mit einer gegebenen Fehlerrate zu empfangenden Signals kann häufig deutlich unter die Leistungsdichte des thermischen Rauschens verringert werden.
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In dem hierbei betriebenen Aufwand, welcher sich insbesondere in einer starken Reduktion der übertragbaren Nutzdatenrate äußert, zeigt sich noch einmal die überragende Bedeutung der Empfangsempfindlichkeit.
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US20080089397 beschreibt ein Verfahren in einer Funkstation zur Verbesserung des Empfangs von Nutzsignalen durch Berücksichtigung von Störungen durch das eigene Sendesignal. Die Anteile des Sendesignals, die den Empfang des Nutzsignals stören würden, werden weitestgehend im Empfänger berücksichtigt bzw. eliminiert.
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US5444864 beschreibt ein Verfahren in einer Funkstation zur Verbesserung des Empfangs von Nutzsignalen durch Berücksichtigung von Störungen durch das eigene Sendesignal. Die Anteile des Sendesignals, die in das Empfangsband fallen und den Empfang des Nutzsignals stören würden, werden im Empfänger berücksichtigt bzw. weitestgehend eliminiert.
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US20040142700 beschreibt ein Verfahren zur adaptiven Reduzierung von selbst generierter Interferenz des eigenen Sendesignals auf das Empfangssignal.
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US20050020297 beschreibt ein Verfahren in einer Funkstation zur Verbesserung des Empfangs von Nutzsignalen durch Berücksichtigung von Störungen durch das eigene Sendesignal. In einer speziellen Verarbeitungseinheit werden störende Anteile des Sendesignals im Empfangssignal eliminiert.
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Störspektren verringern die Empfangsempfindlichkeit der Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für eine drahtlose Übertragung von Daten in einem Kommunikationsnetz bereitzustellen, mittels derer eine Reduktion der Empfangsempfindlichkeit in Gegenwart von Störspektren verringert werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die Unteransprüche geben weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung an.
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Die oben genannte Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zum verbesserten Empfang eines in einem Empfangsband gesendeten Signals in einem drahtlosen Kommunikationssystem mit einem Sendespektrum und einem Empfangsspektrum erreicht, bei dem
- – ausgehend von dem gesendeten Signal
- – durch aktive oder passive Intermodulation gebildeten Mischprodukte,
- – ein Beitrag eines Rauschens einer Sendestufe im Empfangsband, oder
- – durch Unterabtastung in das Empfangsband gefaltete Frequenzanteile des Sendespektrums von dem Empfangsspektrum abgezogen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zum Zwecke eines Abzugs eines Störspektrums vom Empfangsspektrum das Störspektrum, ausgehend vom gesendeten Signal, geeignet abgeschätzt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zum Zwecke des Abzugs des Störspektrums vom Empfangsspektrum das Störspektrum, ausgehend von einer Messung einer Emission des Sendezweiges im Empfangsband mit Hilfe eines Hilfsempfängers, geeignet abgeschätzt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Abschätzung des Störspektrums numerisch, ausgehend von dem bekannten Sendesignal oder dem bekannten Sendesignal und einer als bekannt angenommenen ersten Annäherung an die Übertragungsfunktion des Übertragungspfades vom Sende- zum Empfangszweig, insbesondere der Übertragungsfunktion der Frequenzweiche.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Abschätzung des Störspektrums iterativ verfeinert oder den aktuellen Gegebenheiten angepasst.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die iterative Verfeinerung und Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten durch eine Maximierung der Korrelation des durch den Empfänger detektierten und digitalisierten Signals und dem abgeschätzten Störspektrum.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die iterative Verfeinerung und Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten im Sendepfad durch eine Minimierung der Korrelation des abgeschätzten Störspektrums mit dem nach Abzug des abgeschätzten Störspektrums von dem durch den Empfänger detektierten und digitalisierten Signals verbleibenden Restes.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt der Abzug des abgeschätzten Störspektrums numerisch auf dem durch den Empfänger detektierten und digitalisierten Signal aufsetzend.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt der Abzug des abgeschätzten Störspektrums, auf dem Analogsignal aufsetzend, durch Überlagerung des Empfangssignals mit einem geeigneten Korrektursignal.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Korrektursignal numerisch aus dem abgeschätzten Störspektrum ermittelt und mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers in ein analoges Signal umgesetzt.
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Somit stellt die vorliegende Erfindung ein deutlich verbessertes Verfahren zum Empfang eines in einem Empfangsband gesendeten Signals in einem drahtlosen Kommunikationssystem zur Verfügung.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die unter beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 Szenario mit einem Sende- und einem Empfangsband gemäß Stand der Technik; und
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2 eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Aufbau der Sende- und Empfangskette im Detail beschrieben. Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Verhältnisse in einer Mobilfunk-Basisstation erläutert, ohne dass der Nutzen der offenbarten Lehre auf Mobilfunk-Basisstationen beschränkt wäre.
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Die Darstellung der Nachteile des Standes der Technik erfolgt basierend auf einer verbreiteten Architektur von Basisstationen. Es ist anzumerken, dass die erfindungsgemäße Lehre jedoch nicht auf die zur Veranschaulichung herangezogene Architektur beschränkt ist.
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Eine Basisstation besteht für die Belange der nachfolgend erläuterten Erfindung insbesondere aus einem Sendezweig, einem Empfangszweig, einer dem Sende- und dem Empfangszweig gemeinsamen Antenne, sowie einer Frequenzweiche. Die Frequenzen der von der Basisstation abgestrahlten Sendeleistung sind in einem Sendeband konzentriert. Die Frequenzen der von der Basisstation zu empfangenden Signale liegen in einem Empfangsband. Die Frequenzbereiche des Sende- und des Empfangsbandes sind im betrachteten Beispiel disjunkt.
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Die Frequenzweiche trennt zu sendende und zu empfangende Signale: Der Ausgang des Sendezweiges ist über ein erstes Bandpaßfilter, das vor allem die Frequenzen außerhalb des Sendebandes unterdrückt, mit dem Antennenfußpunkt, der Antennenfußpunkt hingegen über ein zweites Bandpaßfilter, das vor allem die Frequenzen außerhalb des Empfangsbandes unterdrückt, mit dem Empfangszweig verbunden. Die Unterdrückung durch die Frequenzweiche kann zwischen Sende- und Empfangszweig mehr als 100 dBc betragen.
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Im Sendezweig wird ein zu sendendes Signal geringer Signalleistung über einen Leistungsverstärker auf eine hohe Sendeleistung verstärkt. Im Empfangszweig wird ein eingangsseitig anliegendes Signal zu tieferen Frequenzen hin umgesetzt, in einem Anti-Aliasing-Filter tief- oder bandpaßgefiltert sowie in einem Analog-Digital-Wandler (ADC) abgetastet bzw. digitalisiert.
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Zur korrekten Digitalisierung eines zu empfangenden Signals ist es erforderlich, den ADC nicht zu über- oder zu untersteuern, das heißt, den Eingangspegel des ADC auf einen zulässigen Pegelbereich zu begrenzen. Im zulässigen Pegelbereich lassen sich (im Rahmen eines stets vorhandenen Digitalisierungsfehlers) der analoge Eingangs- und der digitale Ausgangspegel eineindeutig aufeinander abbilden. Um den Eingangspegel des ADC auf den zulässigen Pegelbereich zu begrenzen, sind dem ADC Pegelstellglieder vorgelagert. Die hauptsächlich eingesetzten Pegelstellglieder sind nicht frequenzselektiv.
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Mit Hilfe des ADC wird das zu empfangende Signal mit einer gegebenen Abtastfrequenz gesampelt. Nach dem Nyquist-Theorem lassen sich aus den, mit einer Abtastfrequenz an diskreten Zeitpunkten abgetasteten, digitalisierten Daten am Ausgang des Analog-Digital-Wandlers die analogen Eingangdaten korrekt rekonstruieren, wenn die höchste in den Eingangsdaten vertretene Frequenzkomponente kleiner ist als die halbe Abtastfrequenz. Im Allgemeinen ist aus dem am Eingang des Analog-Digital-Wandlers anliegenden Eingangsdatenspektrum nur ein begrenzter Frequenzbereich, das Empfangsband, von Interesse. Erstreckt sich das zu digitalisierende Empfangsband von einer minimalen bis zu einer maximalen Eingangsfrequenz, genügt zur korrekten Rekonstruktion des Eingangssignals aus den digitalen Daten im Prinzip eine Abtastung mit der doppelten maximalen Eingangsfrequenz.
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Signalanteile mit einer Frequenz, welche größer als die maximale Eingangsfrequenz ist, werden „unterabgetastet”: Sie erscheinen im digitalen Datenstrom als eine Schwebung bei einer Frequenz unterhalb der halben Abtastrate. Zur Unterdrückung derartiger „Geisterbänder” dient das Anti-Aliasing-Filter, ausgeführt beispielsweise als Tiefpass mit der halben Abtastrate als Abschneidefrequenz.
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Frequenzkomponenten des am Antennenfußpunkt anliegenden Signals, welche in der Frequenz oberhalb des Empfangsbandes liegen, erscheinen bei einer hinreichenden spektralen Leistungsdichte, durch die Unterdrückung der Frequenzweiche und die Unterdrückung des Anti-Aliasing-Filters gedämpft, am Ausgang des DAC durch die Unterabtastung in den Frequenzbereich unterhalb der halben Abtastfrequenz gefaltet. Insbesondere Frequenzkomponenten, welche hierbei in das Empfangsband gefaltet werden – sogenannte Nebenempfangsstellen – sind nachfolgend von Interesse.
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Desensitierung (Beeinträchtigung der Empfangsempfindlichkeit) durch Blocker: Vom zu empfangenden Signal abweichende Komponenten im Spektrum des Eingangssignals des ADC, sogenannte Blocker, können hiernach die Empfangsempfindlichkeit für das zu empfangende Signal herabsetzen. Zur Darstellung des erfindungsgemäßen Gedankens in der gebotenen Klarheit wird unterschieden zwischen Blockern erster und Blockern höherer Ordnung:
- a) Desensitierung durch Übersteuerung: Liegt am Eingang des Analog-Digital-Wandlers neben einem zu empfangenden Signal ein hochpegeliger Störer bei einer anderen Frequenz als der des Empfangssignals an, der den zulässigen Pegelbereich des ADC nach oben verlässt, muss der Eingangspegel über das Pegelstellglied verringert werden. Hierbei wird auch der Pegel des zu empfangenden Eingangssignals verringert. Zu empfangende Signale können zu Pegeln verschoben werden, welche den zulässigen Pegelbereich nach unten hin verlassen, beispielsweise im Eigenrauschen des Wandlers untergehen: Bei einer hinreichenden spektralen Leistungsdichte am Eingang des ADC verringert ein Störer die Empfangsempfindlichkeit auch, wenn er in der Frequenz vom zu empfangenden Signal abweicht.
Blocker derart hoher Leistung treten tendenziell eher als bewusst abgestrahlte Sendesignale der betrachteten oder benachbarter Basisstationen auf, denn als unerwünschte Beiprodukte. Sie liegen in der Frequenz meist außerhalb des zu empfangenden Frequenzbereiches, erreichen den Analog-Digital-Wandler also erst, nachdem sie durch Frequenzweiche und Anti-Aliasing-Filter unterdrückt worden sind. In den zu empfangenden Frequenzbereich werden sie durch die Unterabtastung gemischt. Sie werden daher auch als Out-of-Band-Blocker oder als Nyquist-Blocker bezeichnet.
- b) Desensitierung durch niederpegelige Störungen im Empfangsband: Auch niederpegelige Spektralanteile können die Empfangsempfindlichkeit beeinträchtigen, insbesondere, wenn sie in der Frequenz mit dem zu empfangenden Signal zusammenfallen. Liegt der Pegel einer Frequenzkomponente des Eingangssignals im Vergleich zu dem Untergrund bei dieser Frequenz zu niedrig, ist ein Empfang dieser Frequenzkomponente des Eingangssignals nicht möglich: Vom zu empfangenden Signal abweichende Störkomponenten mit derselben Frequenz wie das zu empfangende Signal können die Empfangsempfindlichkeit reduzieren. Neben durch Unterabtastung in das Empfangsband gefalteten Out-of-Band-Blockern gilt dies namentlich für verschiedene unerwünschte Frequenzanteile des Downlink-Signals.
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Vier wesentliche Quellen für derartige Störpegel am Empfängereingang sind
- – im Sendepfad verstärktes thermisches Rauschen, typischerweise um die Unterdrückung durch die Frequenzweiche bedämpft.
- – durch Unterabtastung in das Empfangsband gefaltete Spektralanteile des Sendesignals; diese werden durch das Bandpassfilter im Empfangspfad um typischerweise 100 dBc sowie, in ihren Frequenzanteilen außerhalb des Empfangsbandes, um typischerweise weitere 70 dBc durch das Anti-Aliasing-Filter unterdrückt.
- – Aktive Intermodulationsprodukte (IM3, IM5, IM7 ...), welche aus dem Sendepfad, vor allem dem Endverstärker, stammen.
Die unerwünschten Intermodulationsprodukte des Sendesignals werden, sofern sie im Empfangsband liegen, durch das Bandpassfilter im Sendepfad um typischerweise 100 dBc unterdrückt.
- – Passive Intermodulationsprodukte (in erster Linie IM3), welche beispielsweise an Lotpunkten und Stoßstellen nach dem Sende-Bandpass vor allem aus den Soll-Frequenzkomponenten des abgestrahlten Signals gebildet werden.
Passive Intermodulationsprodukte, welche nach dem Bandpass im Sendepfad gebildet werden und in Richtung auf den Empfänger laufen, erfahren keine nennenswerte Dämpfung, sofern ihre Frequenz innerhalb des Empfangsbandes liegt. Die Pegel passiver Intemodulationsprodukte dritter Ordnung (PIM3) liegen typischerweise um 150 dBc unterhalb des Sendepegels.
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Bei (o. B. d. A.) WCDMA-Verfahren wie UMTS lässt sich aufgrund der Mehrfachübertragung der Daten im Uplink ein Empfangssignal auch dann noch sicher detektieren, wenn es um den Processing Gain, typischerweise etwa 19 dB, unterhalb des thermischen Umgebungsrauschens liegt. Während es sich bei dem PIM3-Produkt unterschiedlicher Anteile eines Sendesignals per se um ein korreliertes Signal handelt, sind die Anteile in up- oder downlink, die der Kommunikation mit unterschiedlichen mobilen Handgeräten dienen, mit verschiedenen wechselseitig orthogonalen Schlüsseln kodiert, auch kohärente PIM3-Produkte gelten dem Empfangssignal als thermisches Rauschen. Der bei einer gegebenen Desensitierung gestattete PIM3-Pegel bestimmt sich also als der zur betrachteten Desensitierung zulässige Rauschpegel.
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Bei dem nicht-kodegebundenen Übertragungsverfahren GSM muss ein sicher zu detektierendes Empfangssignal typischerweise 8 dB oberhalb des thermischen Rauschens liegen. Auch hier zählt der PIM3-Anteil des Sendesignals empfangsseitig zum thermischen Rauschen.
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Im Folgenden werden einige Nachteile des Standes der Technik erläutert.
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Die Erzeugung unerwünschter Frequenzkomponenten im Sendepfad, ebenso wie das Falten der bedämpften erwünschten Frequenzkomponenten im Sendepfad in das Empfangsband aufgrund der Unterabtastung führt zu einer Verringerung der Empfangsempfindlichkeit.
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Bei hochwertigen Basisstationen liegen die in das Empfangsband fallenden Mischprodukte aus dem Endverstärker in der Leistungsdichte 60 dBc unterhalb derjenigen des Nutz-Sendesignals. Bei einer Sendeleistung von 46 dBm (dies entspricht bei einem UMTS-Signal einer spektralen Dichte von –20 dBm/Hz) und einer Unterdrückung in der Frequenzweiche von 100 dBc beträgt die Leistungsdichte der in das Empfangsband fallenden Mischprodukte –180 dBm/Hz, 6 dB unterhalb der spektralen Dichte des thermischen Rauschens. Hierdurch wird die Empfangsempfindlichkeit für ein mit dem Mischprodukt zusammenfallendes zu empfangendes Signal um 0.8 dB verringert.
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Eine Eigenheit sämtlicher marktüblicher Mobilfunksysteme ist, dass sich einer der beiden kreuzpolarisierten Empfangspfade eine Antenne mit dem Sendepfad teilt. Am Antennenfuß-punkt berühren sich also Sende- und Empfangspfad. Am Antennenfußpunkt an Lotstellen, Stoßstellen oder Korrosionen gebildete Mischprodukte unterschiedlicher Frequenzanteile des Sendesignals (passive Intermodulation) werden, soweit sie im Empfangsband liegen, durch die Frequenzweiche nicht wesentlich unterdrückt, sondern gelangen unmittelbar zum Empfänger. Für die passive Intermodulation lassen sich in werksneuen Frequenzweichen bzw. Antennenanordnungen Werte von 153 dBc unterhalb der Sendeleistung erzielen. Bei –153 dBc passiver Intermodulation und zwei GSM-Sendesignalen von jeweils 46 dBm (–7 dBm/Hz) liegt das dergestalt erzeugte Störsignal 14 dB oberhalb der thermischen Leistungsdichte. Durch die passive Intermodulation zweier GSM-Träger wird der Empfänger bei der Frequenz des Mischproduktes taub.
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Deutlich dramatischer gestaltet sich die Situation bei MIMO, d. h. TX-Diversity, wie sie bspw. für LTE vorgesehen ist. Hier begegnen beide Empfangspfade an ihrem jeweiligen Antennenfußpunkt einem Sendesignal. Die Empfangsempfindlichkeit in beiden Empfangskanälen kann durch die Intermodulationsprodukte soweit beeinträchtigt werden, dass die Zweiwegeübertragung zusammenbricht.
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Insbesondere im Falle, dass mehrere Träger übertragen werden, ergibt sich ein unter Umständen reiches Spektrum an Mischprodukten, durch welche die Empfangsempfindlichkeit einer großen Zahl möglicher Empfangskanäle beeinträchtigt wird. Die Einschränkungen, welche hieraus für die Frequenzplanung erwachsen, können abgeschätzt werden, wenn man berücksichtigt, dass zu einer gegebenen Sendefrequenz das Empfangsband stets um einen festen Frequenzversatz, den sogenannten Duplexabstand, verschoben ist. Im Falle des 900 MHz-EGSM-Bandes, anhand wessen nachfolgend die Problematik erörtert wird, beträgt der Duplexabstand 45 MHz, das Sendeband erstreckt sich von 925 MHz bis 960 MHz, das Empfangsband von 880 MHz bis 915 MHz. Die gesamte Breite des Sende- und des Empfangsbandes beträgt 35 MHz. Nachfolgend werden zunächst nur die niedrigsten relevanten Mischprodukte, die Produkte dritter Ordnung, behandelt.
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Es wird im Folgenden der Fall eines ersten Trägers bei einer ersten Sendefrequenz f1 und eines zweiten Trägers bei einer zweiten Sendefrequenz f2 betrachtet. Hierbei und im Folgenden steht „Träger bei einer Frequenz” für einen um diese Frequenz zentrierten GSM-Träger. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit nehmen wir an, dass die erste Sendefrequenz kleiner als die zweite Sendefrequenz ist.
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Liegt zwischen der ersten Sendefrequenz und der zweiten Sendefrequenz der halbe Duplexabstand, so führt dies zu einer Verringerung der Empfangsempfindlichkeit aufgrund von IM3-Mischprodukten zwischen dem ersten und dem zweiten Träger bei der zur zweiten Sendefrequenz gehörigen Empfangsfrequenz.
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Liegt dagegen mehr als der halbe Duplexabstand zwischen der ersten Sendefrequenz und der zweiten Sendefrequenz, führt dies zu einer Verringerung der Empfangsempfindlichkeit aufgrund von IM3-Mischprodukten zwischen dem ersten und dem zweiten Träger bei einer zu einer dritten Sendefrequenz gehörigen Empfangsfrequenz, welche dritte Sendefrequenz zwischen der ersten und der zweiten Sendefrequenz liegt.
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Im Allgemeinen lässt sich feststellen, dass je zwei Träger, welche in mindestens dem halbem Duplexabstand angeordnet sind, aufgrund von IM3-Mischprodukten zwischen dem ersten und dem zweiten Träger die Empfangsempfindlichkeit bei der zu einem weiteren, dazwischen liegenden Träger gehörigen Empfangsfrequenz verringern.
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Nun besitzt das IM3-Produkt zweier ausgedehnter Träger einer ersten Bandbreite die dreifache erste Bandbreite. Mit jeder in der Empfangsempfindlichkeit beeinträchtigten Empfangfrequenz leiden hiernach auch die Empfangsempfindlichkeiten in den Nachbarkanälen.
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Diese Situation gemäß dem Stand der Technik bei rein passiver Intermodulation (nur IM3-Terme) ist in 1 veranschaulicht. Dargestellt sind das Sendeband („TX-Band”), das Empfangsband („RX-Band”), sowie je drei gesendete (1, 2, 3) und drei zu empfangenden (1', 2', 3') UMTS-Träger mit einer Sendeleistung von jeweils 40 dBm Sendeleistung. Ferner dargestellt sind zwei gesendete (4, 5) und zwei zu empfangende (4', 5') GSM-Träger mit einer Sendeleistung von jeweils 41.8 dBm.
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Waagrecht aufgetragen ist die Frequenz, senkrecht skizziert die mittlere spektrale Leistungsdichte. Weiterhin dargestellt ist im Empfangsband (RX-Band) die thermische Leistungsdichte sowie die sich aus einer passiven Intermodulation dritter Ordnung von 150 dBc ergebenden IM3-Produkte, wie sie durch das Duplexfilter hindurch den Sender erreichen.
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Der Empfang der Bänder 2', 3' und 5' wird bereits durch die passive Intermodulation empfindlich gestört. Zieht man darüber hinaus Mischprodukte fünfter, siebter oder höherer Ordnung in Betracht, wie sie in der aktiven Sendestufe entstehen, sowie den von der Sendestufe erzeugten Rauschuntergrund im Empfangsband, wird der Empfindlichkeitsgewinn durch die kreuzpolarisierten Empfangsantennen im gesamten Empfangsband bereits bei einer begrenzten Trägeranzahl marginal.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine aus im Empfangsband liegenden, aktiven oder passiven Mischprodukten unterschiedlicher Frequenzanteile des gesendeten Spektrums oder aus durch Unterabtastung in das Empfangsband gefalteten Frequenzanteilen des Sendespektrums oder aufgrund des von einer Sendestufe im Empfangsband abgestrahlten Rauschens einer Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung („Störspektrum”) resultierende Reduktion der Empfangsempfindlichkeit aufgehoben oder unterdrückt, indem, ausgehend von dem bekannten gesendeten Signal, die durch aktive oder passive Intermodulation gebildeten Mischprodukte, der Beitrag des Rauschens der Sendestufe im Empfangsband oder die durch Unterabtastung in das Empfangsband gefalteten Frequenzanteile des Sendespektrums von dem Empfangsspektrum abgezogen werden.
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Im Rahmen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Zwecke des Abzugs des Störspektrums vom Empfangsspektrum das Störspektrum, ausgehend vom bekannten Sendesignal, geeignet abgeschätzt.
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Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Zwecke des Abzugs des Störspektrums vom Empfangsspektrum das Störspektrum, ausgehend von einer Messung der Emission des Sendezweiges im Empfangsband mit Hilfe eines Hilfsempfängers, geeignet abgeschätzt.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt die Abschätzung des Störspektrums numerisch, ausgehend von dem bekannten Sendesignal oder dem bekannten Sendesignal und einer als bekannt angenommenen ersten Annäherung an die Übertragungsfunktion des Übertragungspfades vom Sende- zum Empfangszweig, insbesondere die Übertragungsfunktion der Frequenzweiche.
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Diese Ausführungsform weiterbildend, wird die Abschätzung des Störspektrums iterativ verfeinert oder den aktuellen Gegebenheiten angepasst.
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Bei einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die iterative Verfeinerung und Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten durch eine Maximierung der Korrelation des durch den Empfänger detektierten und digitalisierten Signals und dem abgeschätzten Störspektrum.
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Bei einer anderen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die iterative Verfeinerung und Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten im Sendepfad durch eine Minimierung der Korrelation des abgeschätzten Störspektrums mit dem nach Abzug des abgeschätzten Störspektrums von dem durch den Empfänger detektierten und digitalisierten Signals verbleibenden Restes.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt der Abzug des abgeschätzten Störspektrums numerisch auf dem durch den Empfänger detektierten und digitalisierten Signal aufsetzend.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre erfolgt der Abzug des abgeschätzten Störspektrums, auf dem Analogsignal aufsetzend, durch Überlagerung des Empfangssignals mit einem geeigneten Korrektursignal. Bei einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Korrektursignal numerisch aus dem abgeschätzten Störspektrum ermittelt und mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers in ein analoges Signal umgesetzt.
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Die endliche Sperrdämpfung des TX-Filters im Empfangsband führt dazu, dass durch die Endstufe erzeugte Intermodulationsprodukte sowie das durch den Sendezweig verstärkte Rauschen im Empfangsband nicht ausreichend unterdrückt werden. Führt man das von der Endstufe gesendete Signal in einen zweiten Referenzempfänger (Cancellation Receiver) wie in 2 dargestellt, kann man über eine Korrelation beider empfangener Signale und anschließender Identifikation das Referenzempfangssignal über ein FIR-Filter derart filtern und digital vom Hauptempfänger abziehen, dass eine weitere Unterdrückung unerwünschter Signalanteile im Empfangsband erreicht wird. Die Anforderung an den Referenzempfänger liegt darin, die Signalanteile im Sendeband ausreichend zu unterdrücken.
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Abweichend von der Darstellung in 2 kann in einer Ausführungsform der Erfindung dem Cancellation Receiver ein Bandpassfilter vorgelagert sei, welches bevorzugt das Empfangsband durchlässt.
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Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf die Ausführungsbeispielen gemäß der beiliegenden Zeichnungen erklärt wird, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern innerhalb des Bereichs der oben und in den anhängigen Ansprüchen offenbarten erfinderischen Idee modifiziert werden kann. Es versteht sich von selbst, dass es noch weitere Ausführungsbeispiele geben kann, die den Grundsatz der Erfindung darstellen und äquivalent sind, und dass somit verschiedene Modifikationen ohne Abweichen vom Umfang der Erfindung implementiert werden können. So können die Module der jeweiligen Vorrichtungen verschiedenartig gestaltet werden, wobei ein Modul mehrere erfindungsgemäße Funktionen durchführen kann und/oder eine erfindungsgemäße Funktion von mehreren Modulen durchgeführt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20080089397 [0008]
- US 5444864 [0009]
- US 20040142700 [0010]
- US 20050020297 [0011]
