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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR CALIBRATING THE FREQUENCY OF AN HF-OSCILLATOR IN A MOBILE PART OF A MOBILE COMMUNICATIONS DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/025812
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for calibrating the frequency of an HF-oscillator (2) in a mobile part (1) of a mobile communications device when the mobile communications device is switched on for the first time. The method comprises the following steps: e) sampling a modulated carrier which is transmitted by a base station and which has a predetermined frequency precision, by means of a frequency search algorithm; f) determining the frequency error by comparing the frequency that is found with a channel raster of the base station already known to the mobile communications device; g) synchronising the mobile communications device with the modulated support; and h) adopting the frequency corrected by the frequency error as the reference frequency (f¿ref?).

Inventors:
BIENEK BERND (DE)
FALKENBERG ANDREAS (US)
KARGER STEPHAN (DE)
KREUL THEO (DE)
KUNZ ALBRECHT (DE)
LANDENBERGER HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/003341
Publication Date:
March 28, 2002
Filing Date:
August 31, 2001
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
BIENEK BERND (DE)
FALKENBERG ANDREAS (US)
KARGER STEPHAN (DE)
KREUL THEO (DE)
KUNZ ALBRECHT (DE)
LANDENBERGER HOLGER (DE)
International Classes:
H03J1/00; H03J7/04; H04B1/40; H04B7/26; (IPC1-7): H03J1/00; H03J7/04
Foreign References:
US5649320A1997-07-15
EP0845860A11998-06-03
EP0735675A21996-10-02
US5276706A1994-01-04
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibrierung der Frequenz eines HF Oszillators (2) in einem Mobilteil (1) einer mobilen Kommuni kationseinrichtung beim erstmaligen Einschalten des Mobil teils (1) der mobilen Kommunikationseinrichtung mit folgenden Schritten : a) Abtasten eines modulierten Trägers, der von einer Basis station gesendet wird und eine vorgegebene Frequenzgenau igkeit aufweist, mittels eines Frequenzsuchalgorithmus, b) Ermitteln des Frequenzfehlers durch Vergleich der gefunde nen Frequenz mit einem der mobilen Kommunikationseinrich tung vorab bekannten Kanalraster der Basisstation, c) Synchronisation der mobilen Kommunikationseinrichtung auf den modulierten Träger und d) Übernahme der um den Frequenzfehler korrigierten Frequenz als Referenzfrequenz (fref).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verfahren wiederholt durchgeführt wird, insbesondere bei jedem xten Verbindungsaufbau, wobei jeweils von der zu letzt ermittelten Referenzfrequenz (fref) ausgegangen wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der erstmaligen Synchronisation ein gesendetes Signal (4) einer beliebigen Basisstation verwendet wird, der anschlie Bende Verbindungsaufbau jedoch auf einem Träger einer anderen Basisstation erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges multimodeMobilteil zur Synchronisation der mo bilen Kommunikationseinrichtung mit untereinander synchroni sierten Basisstationen unterschiedlicher Standards verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Temperaturmessung zusätzlich eine Kalibrierung über den Temperaturbereich erfolgt.
Description:
Beschreibung Verfahren zur Kalibrierung der Frequenz eines HF-Oszillators in einem Mobilteil einer mobilen Kommunikationseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung der Frequenz eines HF-Oszillators in einem Mobilteil einer mobilen Kommunikationseinrichtung beim erstmaligen Einschal- ten des Mobilteils der mobilen Kommunikationseinrichtung.

Im Bereich der mobilen Kommunkation gibt es je nach Übertra- gungsverfahren einen gewissen Standard, der für eine Basis- station einer Kommunikationseinrichtung eine vorgegebene Fre- quenzgenauigkeit beim Senden fordert und über weitere System- eigenschaften eine Frequenzgenauigkeit für den Empfangsfall im mobilen Empfängerteil vorschreibt.

Bisher wurde dieser Standard dadurch gewährleistet, dass wäh- rend der Fertigung des Mobilteils einer mobilen Kommunikati- onseinrichtung eine Kalibrierung des HF-Oszillators erfolgte.

Eine Kalibrierung in der Fertigung ist jedoch sehr aufwendig und benötigt eine lange Produktionszeit.

Zur Korrektur der Temperaturabhängigkeit eines HF-Oszillators in einem Mobilteil einer mobilen Kommunikationseinrichtung wurde es auch schon vorgeschlagen, einen Temperatursensor zu verwenden, der in Verbindung mit einem entsprechenden Algo- rithmus den temperaturabhängigen Fehler des HF-Oszillators kompensiert. Auch diese Methode ist sehr aufwendig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Ver- fahren vorzustellen, durch das die Produktionskosten für eine mobile Kommunikationseinrichtung gesenkt werden und gleich- zeitig eine zuverlässige Kalibrierung der Frequenz des HF- Oszillators des Mobilteils der mobilen Kommunikationseinrich- tung gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Ge- genstand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass die Kalib- rierung des HF-Oszillators beim erstmaligen Einschalten eines mobilen Empfangsgerätes durch den Kunden erfolgen kann. Dazu wird die mit einer ausreichend hohen Genauigkeit und durch Standardisierungsgremien spezifizierte Genauigkeit der Sende- frequenz einer Basisstation verwendet. Der gesendete Träger mit darauf modulierter Information, der von der Basisstation gesendet wird, wird im mobilen Empfangsteil mittels eines Suchalgorithmus abgetastet. Wird der gesendete Träger, dessen Frequenz durch das Kanalraster a priori mit hoher Genauigkeit bekannt ist, mit der aufmodulierten Information mit einer ausreichenden Frequenzgenauigkeit empfangen, so kann der Fre- quenzfehler ermittelt werden und der Mobilteil der mobilen Kommunikationseinrichtung auf diesen Träger synchronisiert werden. Die um den Frequenzfehler korrigierte Frequenz wird dann als Referenzfrequenz verwendet. Anstelle der Erstkalib- rierung während des Produktionsprozesses des Mobilteils, wer- den die benötigten Einstellungen beim ersten Inbetriebnehmen mittels des Frequenzsuchalgorithmus vorgenommen. Das Kalib- rieren erfolgt somit vollautomatisch.

Vorteilhaft ist es, das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt durchzuführen, insbesondere bei jedem x-ten Verbindungsauf- bau, wobei jeweils von der zuletzt ermittelten Referenzfre- quenz ausgegangen wird. Bei diesen späteren Aufsynchronisie- rungsvorgängen kann dann von einer geringeren Frequenzabwei- chung des HF-Oszillators ausgegangen werden. In der Regel wird das erfindungsgemäße Verfahren nicht gleich wieder durchgeführt, da davon ausgegangen werden kann, dass durch die vorherige Autoinitialkalibrierungder HF-Oszillator gut kalibriert wurde. Der Platzhalter x hängt unter anderem von Temperaturschwankungen der Umgebung des Oszillators und sei- nem Alter ab. Der Platzhalter x kann demnach zwar 1 sein,

muss dies aber nicht zwingend sein. Damit wird das künftige Aufsynchronisieren beschleunigt. Des weiteren wird die Genau- igkeit durch Mittelung mehrerer Messungen erhöht. Außerdem wird die Schnelligkeit des Aufsynchronisierens dadurch er- höht, dass nur ein kleinerer Frequenzbereich abgetastet wer- den muss. Durch ein schnelleres Aufsynchronisieren wird der Stromverbrauch im Mobilteil verringert, was zu einer längeren Einsatzdauer desselben führt. Außerdem ist es dadurch mög- lich, Alterungseffekte und Temperaturabweichungen der Bautei- le, die zur Frequenzerzeugung benötigt werden, nachzukalib- rieren. Dies kann beispielsweise bei jedem x-ten Verbindungs- aufbau stattfinden und verursacht demnach keinen zusätzlichen Mehraufwand. Durch die Nachkalibrierung wird auch die Pro- duktlebensdauer ohne zusätzlichen Mehraufwand beträchtlich erhöht.

Vorteilhaft ist es auch, wenn beim erstmaligen Aufsynchroni- sieren ein gesendetes Signal einer beliebigen Basisstation mit ausreichender Genauigkeit verwendet wird, der anschlie- ßende Verbindungsaufbau jedoch auf einem Träger einer anderen Basisstation erfolgt. Dieses Signal kann ein besseres Signal- Rauschverhältnis aufweisen und eine höhere Frequenzgenauig- keit sowie eine kürzere Synchronisationszeit liefern. Bei- spielsweise ist es beim UMTS-Verfahren möglich, jeden der möglichen Kanäle des UMTS-Netzes zur Autokalibrierung heran- zuziehen. Dadurch kann auf einen beliebigen Kanal einer be- stimmten Basisstation eines Netzbetreibers aufsynchronisiert werden. Der anschließende Verbindungsaufbau kann dann auf ei- nem beliebigen Kanal, auch einem anderen, bei einem anderen Netzbetreiber stattfinden. Ebenso ist es möglich, das Aufsyn- chronisieren und den Verbindungsaufbau mit der selben Basis- station durchzuführen, wenn diese die zur Zeit am besten ge- eignete ist.

Weiterhin kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Er- findung mittels eines einzigen Multimode-Mobilteils die Syn- chronisation der mobilen Kommunikationseinrichtung mit unter-

einander synchronisierten Basisstationen unterschiedlicher Standards erfolgen. Dies führt zu einer einfachen, schnellen und vielseitig einsetzbaren Aufsynchronisation. Außerdem kön- nen dadurch viele verschiedene Standards miteinander verbun- den werden.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn die Kalibrierung zusätzlich über den Temperaturbereich stattfindet, wozu eine Temperatur- messung mit dem Frequenzsuchalgorhythmus kombiniert wird. Ei- ne solche Kalibrierung über die Temperatur wäre in der Ferti- gung besonders zeit-und kostenintensiv. Durch die ständige Veränderung der Umgebung des Mobilteiles kann durch eine sol- che Kalibrierung während der Frequenzakquisition eine ständi- ge und optimale Anpassung an die aktuellen Gegebenheiten er- folgen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Aus- führungsbeispiels näher beschrieben, zu dessen Erläuterungen die nachstehend aufgelisteten Figuren dienen. Es zeigen : Figur 1 systematische Darstellung eines erfindungsgemäßen- Verfahrens und Figur 2 Simulationsergebnis durch das in Fig. 1 dargestell- te Verfahren.

Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren wird beispielhaft anhand einer Anwendung im UMTS-Standard erläutert. Bei UMTS ist eine Sychnonisierung auf +/-3 ppm Genauigkeit hinsichtlich der verwendeten Trägerfrequenz erforderlich, um eine nachfolgende zeitliche Synchronisation vornehmen zu können. Ein HF- Oszillator einer Serie einer Produktion weist durchschnitt- lich eine Bauteilstreuung in der Eigenfrequenz von typischer- weise +/-25 ppm auf. Diese wird dann durch die im folgenden beschriebene Autofrequenzkalibrierung auf eine Eigenfrequenz- streuung von +/-3 ppm reduziert. Von einem Mobilteil 1 einer mobilen Kommunikationseinrichtung wird ein, von einer nicht dargestellten Basisstation gesendetes Signal 4 in einem Emp-

fänger 5 empfangen. Das gesendete Signal 4 ist aus dem Basis- band der Basisstation, das um ca. 2,1 GHz herum angeordnet ist. Das empfangene Signal 4 wird mittels bekannter Mittel demoduliert und das so demodulierte Signal 6 in einem Auswer- te-und Synchronisationsprogramm 3 mittels eines Korrelators mit der vorab schon bekannten und netzweit einheitlichen pSCH-Sequenz verglichen. Dabei steht pSCH für Primary Syn- chronisation Channel gemäß UMTS-Standard.

Die Fig. 2 zeigt den Output 12 des Korrelators im Basisband, wobei die dargestellten Frequenzen um die Mitten- Trägerfrequenz der Basisstation reduziert sind. Bei einer Frequenz von 10 MHz ist eine Korrelationsspitze 13 ausgebil- det. Der Mobilstation ist a priori bekannt, in welchem Kanal- raster die Basisstation sendet. Die Trägerfrequenz kann ba- sisstationseitig durch die Unterstützung von Funksignalen, wie beispielsweise DCF77 oder GPS mit einer Genauigkeit, die noch unterhalb der von der Spezifikation des UTMS-Standards von 0,05 ppm liegt. Aus dem Vergleich der bekannten Kanalfre- quenz der Basisstation mit der gemessenen Korrelationsspitze 13 des Outputs 12 der Fig. 2 kann die Abweichung des HF- Oszillators 2 der Mobilstation 1 ermittelt werden. Hieraus werden die Daten für die Autokalibrierung gewonnen. Die pro- duktionsbedingten Streuungen in der Oszillatoreigenfrequenz des HF-Oszillators 2 von +/-25 ppm können dadurch insoweit ausgeglichen werden, dass für künftige Synchronisationsvor- gänge von einer maximalen Abweichung von +/-3 ppm ausgegangen werden kann. Dadurch werden künftige Synchronisationsprozesse wesentlich beschleunigt. Somit wird Zeit eingespart und die zur Kalibrierung benötigte Energie reduziert, was den Strom- verbrauch reduziert und somit höhere stand-by-Zeiten des Mo- bilteils ermöglicht.

Durch den in Fig. 1 dargestellten Schritt des Vergleichs im Auswerte-und Synchronisationsprogramm 3 werden digitale Ein- stellungen gewonnen. Bei einer Synchronisation werden die Einstellungen über einen Schalter 7 an einen Speicher 8 wei-

tergegeben, in dem diese abgelegt werden. Außerdem werden die digitalen Einstellungen an einen Digital-Analog-Wandler 9 weitergegeben. Dieser gibt das analoge Signal, das den digi- talen Einstellungen entspricht, an den spannungsgesteuerten HF-Oszillator 2 weiter. Zum einen werden die digitalen Ein- stellungen zu weiteren Modulen 11 weitergegeben und zum ande- ren als neue Referenzfrequenz frefüber eine Leitung 10 an den Empfänger 5 weitergegeben.

Diese neue Referenzfrequenz fref dient bei der nächsten Kalib- rierung als Vergleichssignal für das dann empfangene, von der Basisstation gesendete Signal 4. Nach der Demodulation des vom Empfänger 5 weitergeleiteten demodulierten empfangenen Signals 6 zum Auswerte-und Synchronisationsprogramm 3 wird eine neue Kalibrierung mit den oben ausgeführten Schritten vorgenommen. Wobei nun das Aufsynchronisieren schneller er- folgen kann, da die jetzige Referenzfrequenz fref mit einem geringeren Streuwert behaftet ist.