專利名稱:自動增益控制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)中實現(xiàn)自動增益控制的一種方法和一種設(shè)備。
本發(fā)明涉及使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)和設(shè)備。模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括特定轉(zhuǎn)換器特定的動態(tài)區(qū)域,如果需要優(yōu)化性能,則需要充分利用該動態(tài)區(qū)域。如果進入轉(zhuǎn)換器的信號強度變化很大,則問題出在轉(zhuǎn)換器的動態(tài)區(qū)域的使用上。太強的信號會被斷開,低功率信號則無法很好地利用轉(zhuǎn)換器的容量。為此,應(yīng)當(dāng)動態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸入處的信號功率。在這種情況下,功率調(diào)節(jié)通常被稱為自動增益控制AGC。
US4,851,842公開了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)自動增益控制的現(xiàn)有技術(shù)方案。監(jiān)控模擬信號,通過可調(diào)前置放大器調(diào)節(jié),并在轉(zhuǎn)換器輸出處補償數(shù)字信號的自動增益控制。
US3,813,609公開了另一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)自動增益控制的現(xiàn)有技術(shù)方案。根據(jù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號,在轉(zhuǎn)換器輸入處調(diào)節(jié)模擬信號的功率值。
US5,365,233公開了另一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)自動增益控制的現(xiàn)有技術(shù)方案。根據(jù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號的絕對值,在轉(zhuǎn)換器輸入處調(diào)節(jié)模擬信號的功率值。
具體而言,本發(fā)明最好應(yīng)用于數(shù)字電信。如果使用基于時隙的業(yè)務(wù)量進行數(shù)據(jù)傳輸,接收機所接收的信號功率最好在整個時隙期間保持恒定。這對頻率修正器的操作很重要。在例如應(yīng)用于GSM系統(tǒng)的已知AGC系統(tǒng)中,在一個時隙期間調(diào)節(jié)一次功率。自動增益控制一般基于時隙的第一比特的功率。但是,因為從天線來的信號的功率在一個時隙期間可以有很大變化,所以在已知系統(tǒng)中將平均功率設(shè)置得非常低,即使可能的峰值功率也位于A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)區(qū)域中。為此,A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)區(qū)域平均說來利用率很低,因為幾乎不利用最高有效位。這樣,轉(zhuǎn)換器的解析較差。
數(shù)字系統(tǒng)中采用的已知方法的缺陷還在于,它們與連接建立脈沖串的協(xié)作能力較差。連接建立脈沖串,即接入脈沖串,可以隨機出現(xiàn)在時隙中任一位置,這種情況下,無法有效實現(xiàn)自動增益控制。
因此,本發(fā)明的一個目的是實現(xiàn)一種方法,以及實現(xiàn)該方法的一種設(shè)備,使得上述問題得以解決。這通過本發(fā)明的方法來實現(xiàn),該方法用以在這樣的系統(tǒng)中實現(xiàn)自動增益控制,該系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并且利用預(yù)定大小的增益控制步進量以模擬方式實現(xiàn)可調(diào)信號的自動增益控制,數(shù)字化信號的反向增益控制通過特定方式實現(xiàn),使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后,信號的功率與模擬調(diào)節(jié)之前相同。在本發(fā)明方法中,在預(yù)定測量周期內(nèi)確定信號的最大能量,將確定的最大信號能量與預(yù)置閾值比較,如果測得值大于閾值,則進行模擬信號的自動增益控制,針對增益控制補償該數(shù)字信號。
本發(fā)明的另一目的是在將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)中實現(xiàn)自動增益控制的一種設(shè)備,該系統(tǒng)包括利用預(yù)定大小的增益控制步進量以模擬方式實現(xiàn)可調(diào)信號的自動增益控制的裝置,以及通過特定方式實現(xiàn)數(shù)字化信號的反向增益控制的裝置,使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后,信號的功率與模擬調(diào)節(jié)之前相同。本發(fā)明的設(shè)備包括在預(yù)定測量周期內(nèi)確定信號的最大能量的裝置,將確定的最大信號能量與預(yù)置閾值比較的裝置,以及如果測得值大于閾值,則進行模擬信號的自動增益控制,針對增益控制補償該數(shù)字信號的裝置。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例在相關(guān)權(quán)利要求書中提出。
按照本發(fā)明的方法和設(shè)備具有若干優(yōu)越性。因為,在本發(fā)明方案中,利用平均測量結(jié)果的測量周期連續(xù)進行自動增益控制,本發(fā)明的方案能夠?qū)r隙期間的功率變化作出反應(yīng)。利用本方案,在時隙期間功率實際上可以比以前更好地保持恒定。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中,可以減輕這種在功率值控制中出現(xiàn)的功率值擺動。
下面結(jié)合附圖,通過優(yōu)選實施例詳細描述本發(fā)明,在附圖中
圖1示出了GSM系統(tǒng)的時隙以及測量周期的一個例子;
圖2說明了可以應(yīng)用本發(fā)明的一種接收機;圖3說明了實現(xiàn)AGC的一種裝置;圖4示出了按照本發(fā)明的設(shè)備的一個例子;圖5說明了控制的信號功率設(shè)置時間;以及圖6給出了本發(fā)明設(shè)備的另一例子。
本發(fā)明可以應(yīng)用于采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的任何裝置,但是本發(fā)明的優(yōu)點在應(yīng)用于數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),例如GSM系統(tǒng)時最為突出。
圖1說明了GSM時隙的結(jié)構(gòu)。時隙100包括開始和結(jié)束比特102、104,在時隙中間的訓(xùn)練序列106,以及包含需要傳送的實際信息的兩個數(shù)據(jù)域108、110。訓(xùn)練序列106用于估計傳輸信道的脈沖響應(yīng),因此,在該時隙期間功率應(yīng)當(dāng)保持恒定。在現(xiàn)有技術(shù)方案中,時隙的功率是根據(jù)開始比特102調(diào)節(jié)的。但是,這并不能帶來滿意的最終效果。
在本發(fā)明方案中,自動增益控制使用了預(yù)定長度的測量周期。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中,測量周期的長度實際上短于時隙的長度。圖1通過線段112說明了這一點,該線段表示了連續(xù)測量周期。一個測量周期的長度114遠小于該時隙。
在本發(fā)明方案中,接收的信號的最大能量在預(yù)定測量周期內(nèi)確定,根據(jù)測量結(jié)果進行AGC調(diào)節(jié)。將確定的測量周期最大能量與預(yù)置值比較。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中,采用了兩個閾值,一個用于功率增加,另一個用于功率減小。這些閾值可以有不同大小。如果測量周期的最大能量的確定值超過了任一閾值,則進行模擬信號的自動增益控制,并且針對增益控制分別補償熟悉信號。
作為一個例子,下面通過圖2考察數(shù)字電信系統(tǒng)的接收機,本發(fā)明可以應(yīng)用于該接收機。該接收機包括天線200,通過后者接收所需信號。該信號被傳到射頻部件202,對信號進行濾波并轉(zhuǎn)換成中頻。信號204從射頻部件傳送到AGC電路206,在到達模數(shù)轉(zhuǎn)換器208之前調(diào)節(jié)信號功率。數(shù)字化信號從轉(zhuǎn)換器傳送到基帶部件210,后者測量信號功率,控制AGC電路,補償AGC電路所進行的自動增益控制。信號從基帶部件208進一步傳送到該接收機的其它部件,例如檢測器。這些因為與本發(fā)明無關(guān),所以沒有在該圖中示出。
圖3詳細說明了在圖2接收機中實現(xiàn)AGC的裝置。來自射頻部件的信號204首先傳送到壓控放大器300,后者根據(jù)控制信號302放大該信號。放大的信號被送到帶通濾波器304,并進一步傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器208,將天線所接收的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。數(shù)字化信號306被送到基帶部件210,其中對信號功率以后面描述的方式進行測量,并調(diào)節(jié)AGC。控制信號302從基帶部件210到達壓控放大器300。該信號從基帶部件到達AGC調(diào)節(jié)的補償308,從而取消了壓控放大器的增益控制,將信號恢復(fù)成最初形式。控制信號310由基帶部件通過時延元件312到達增益控制補償308。延時的長度應(yīng)與信號從壓控放大器到達補償部件所需的時間相同。
圖4的框圖說明了實現(xiàn)本發(fā)明方案的一個例子。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中,來自射頻部件的中頻信號204最初進入頻率轉(zhuǎn)換器400,后者由數(shù)控振蕩器402控制,將信號轉(zhuǎn)換成基帶信號404。信號404是一個復(fù)信號,包括I和Q分支406、408。在本發(fā)明方案中,各分支406、408連接到不同計算器410、412,確定信號絕對值的平方。得到的值被送到累加器414,通過這種方式得到代表信號功率的累加值418,并送到比較器420。測量周期的長度422也被輸入比較器420。在測量周期期間,比較器確定信號的最大功率,將其傳送到它的輸出424。最大功率值被送到第一和第二閾值檢測器426、428。預(yù)置的上限值430也被輸入第一閾值檢測器426。在第一閾值檢測器426中,將該最大功率與給定閾值430比較,如果超過了限值,則將增益控制減小信號434連接到控制單元436。預(yù)置的低限閾值432也被輸入第二閾值檢測器428。在第二閾值檢測器428中,將該最大功率與給定閾值432比較,如果低于限值,則將增益控制增大信號438連接到控制單元436。根據(jù)閾值檢測器的信號,控制單元436發(fā)送功率修正命令440給壓控放大器。相應(yīng)地,控制單元436發(fā)送增益控制補償信號442。
因此,壓控放大器在模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入處調(diào)節(jié)模擬信號。在本發(fā)明方案中,利用預(yù)定大小的增益控制步進量進行自動增益控制。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中,控制步進量是6分貝。這樣,最好以比特移位方式實現(xiàn)數(shù)字信號的補償。通過將比特下向移位一個比特(即通過丟棄最低有效位),可以提供6分貝的功率減小。
因此,在本發(fā)明方案中,首先將增益控制信號傳送到延時元件444,后者將補償信號延時,延時的時間等于該可調(diào)信號從壓控放大器移動到補償裝置所需的時間。延時元件的延時還可以通過控制信號452調(diào)節(jié)。控制從延時元件444前進到移位寄存器446、448,各分支有一個移位寄存器。在移位寄存器中,根據(jù)控制對數(shù)字信號進行某一方向的移位,從而補償模擬增益控制。信號450從寄存器446、448進一步傳送到接收機的其它部件。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中,計算器410、412只利用信號的最高有效位來確定最大能量。這樣,在該圖的例子中,只有8個最高有效位被送到計算器。
因此,壓控放大器在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入處最好以6分貝的步進量來調(diào)節(jié)模擬信號。圖5說明了自動增益控制的功率行為。在該圖所示例子中,水平軸代表時間,豎直軸代表功率,功率增加了一個步進量。在時刻0,給出增益控制命令,功率增加6分貝。基于放大器特性,通常在功率于時刻T1到達所需較高功率值之前,發(fā)生增益控制擺動。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實施例中,可以減輕這種功率值擺動的影響。在本發(fā)明方法中,在模擬增益控制(在圖5的例子中時刻0)之后,擺動期間將數(shù)字信號保持恒定,維持在它的前一信號值,增益補償之后的數(shù)字信號在時刻T1之后才前向連接,在前述時刻T1,功率值的擺動已經(jīng)平息。
圖6說明了本發(fā)明的一種可選實施例。在圖6中,第一和第二閾值檢測器426、428的輸出信號434、438除了送到控制單元436之外,還送到電壓保持控制電路600??刂齐娐?00發(fā)送保持命令和取消保持命令602給分支I和Q的保持電路604、606。該命令通過第二延時元件608。在延時元件608中,信號延時的時間等于該可調(diào)信號從壓控放大器移動到補償裝置所需的時間。延時元件的延時也可以通過控制信號610調(diào)節(jié)。通知是否使用保持的控制信號612,以及保持的必要長度信息614,也被輸入到保持控制電路。保持電路可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法來實現(xiàn)。
在本發(fā)明的另一可選實施例中,不使用保持,而是在擺動期間使采樣為0。該操作在其它方面與前面描述的相同,只是保持電路604、606是歸零元件。這種實現(xiàn)可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法來實現(xiàn)。
在本發(fā)明的另一可選實施例中,既不使用保持,也不使用歸零,而是在擺動期間插入數(shù)字信號。然后,控制電路600通過前一信號采樣,并可能通過后一信號采樣對信號進行間插。這種間插可以通過數(shù)學(xué)方法來實現(xiàn)。該操作在其它方面與前面描述的相同,只是保持電路604、606是采樣的補償元件。這種實現(xiàn)可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法來實現(xiàn)。
盡管以上結(jié)合附圖所示實施例描述了本發(fā)明,但顯然本發(fā)明并不局限于此,而是可以在后附權(quán)利要求書所公開的創(chuàng)新思想范圍內(nèi),通過若干方式進行改進。
權(quán)利要求
1.用以在系統(tǒng)中實現(xiàn)自動增益控制的一種方法,該系統(tǒng)中,將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并且利用預(yù)定大小的增益控制步進量以模擬方式實現(xiàn)可調(diào)信號的自動增益控制,數(shù)字化信號的反向增益控制通過特定方式實現(xiàn),使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后,信號的功率與模擬調(diào)節(jié)之前相同,其特征在于,在預(yù)定測量周期內(nèi)確定信號的最大能量,將確定的最大信號能量與預(yù)置閾值比較,以及如果測得值大于閾值,則進行模擬信號的自動增益控制,針對增益控制補償該數(shù)字信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,功率減小和功率增加的閾值大小不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,數(shù)字化信號的頻率轉(zhuǎn)換在增益控制測量之前進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,該方法應(yīng)用于數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),復(fù)信號的自動增益控制在基帶進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,通過計算信號絕對值的平方來確定信號的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法,其特征在于,該信號包括分支I和Q,通過計算不同分支的絕對值的平方并累加得到的值來確定信號的能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,只利用信號的最高有效位來確定最大能量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,可調(diào)信號包括時隙,預(yù)定測量周期長度實際上短于時隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,數(shù)字信號在自動增益控制處保持恒定,直至增益控制擺動平息。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,數(shù)字信號在自動增益控制處保持為0,直至增益控制擺動平息。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,數(shù)字信號在自動增益控制處被間插,直至增益控制擺動平息。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法,其特征在于,使用數(shù)字信號的前一數(shù)字采樣,或者后一數(shù)字采樣,或者這兩者來進行間插。
13.在將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)中實現(xiàn)自動增益控制的一種設(shè)備,該系統(tǒng)包括利用預(yù)定大小的增益控制步進量以模擬方式實現(xiàn)可調(diào)信號的自動增益控制的裝置(208),以及通過特定方式實現(xiàn)數(shù)字化信號的反向增益控制的裝置(446、448),使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后,信號的功率與模擬調(diào)節(jié)之前相同,其特征在于,該設(shè)備包括在預(yù)定測量周期內(nèi)確定信號的最大能量的裝置(410、412、214、420),將確定的最大信號能量與預(yù)置閾值(430、432)比較的裝置(426、428),以及如果測得值大于閾值,則進行模擬信號的自動增益控制,針對增益控制補償該字信號的裝置(436)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備,其特征在于,在增益控制測量裝置之前,該設(shè)備包括裝置(400、402)以完成數(shù)字信號的頻率轉(zhuǎn)換。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備,其特征在于,該信號包括分支I和Q,該設(shè)備包括裝置(410、412),用以計算不同分支的絕對值的平方,以及裝置(414),用以累加得到的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備,其特征在于,該設(shè)備包括裝置(600、604、606),用以保持數(shù)字信號恒定,直至增益控制擺動平息。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備,其特征在于,該設(shè)備包括裝置(600、604、606),用以保持數(shù)字信號為0,直至增益控制擺動平息。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的設(shè)備,其特征在于,該設(shè)備包括裝置(600、604、606),用以使用數(shù)字信號的前一數(shù)字采樣,或者后一數(shù)字采樣,或者這兩者,進行間插數(shù)字信號,直至增益控制擺動平息。
全文摘要
本發(fā)明涉及將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的系統(tǒng)中實現(xiàn)自動增益控制的一種方法和一種設(shè)備。該設(shè)備利用預(yù)定大小的增益控制步進量以模擬方式實現(xiàn)可調(diào)信號的自動增益控制的裝置(208),以及通過特定方式實現(xiàn)數(shù)字化信號的反向增益控制的裝置(446、448),使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后,信號的功率與模擬調(diào)節(jié)之前相同。為了更精確地進行增益控制,該設(shè)備還包括在預(yù)定測量周期內(nèi)確定信號的最大能量的裝置(410、412、214、420),將確定的最大信號能量與預(yù)置閾值(430、432)比較的裝置(426、428),以及如果測得值大于閾值,則進行模擬信號的自動增益控制,針對增益控制補償該字信號的裝置(436)。
文檔編號H03G1/00GK1330811SQ99814331
公開日2002年1月9日 申請日期1999年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月12日
發(fā)明者奧利·皮雷寧, 馬庫·特克寧 申請人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司