數字自動增益控制技術的製作方法
2023-09-11 14:09:15
專利名稱：數字自動增益控制技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及數字自動增益控制技術尤其涉及動態範圍有限的接收機內斷續信號的自動增益控制技術。
雖然，無線電信號接收中自動增益控制的概念已眾所周知，但時分多址(TDMA)信號的自動增益控制對地面移動通訊設備廠家提出了新的問題。
在寬頻帶的TDMA系統中，例如建議供歐洲使用的格網系統中，一個射頻信道在大量用戶之間分享(時分復用)，各用戶在不同的時分復用時隙的某些段內嘗試訪問該無線電系統。這些時隙布置在周期地重複的幀內。這樣，一種所需的無線電通信可以與其它時隙內發射的無關信號周期地斷續-間置。這些無關信號(有很不同的強度範圍)必須不影響所需信號的增益控制。因此，棘手的難題是對這種周期地斷續的TDMA信號提供自動增益控制(AGC)。
由於試圖在動態範圍有限的廉價接收機內提供數字AGC，使該難題更加不易解決。這類信號在地面移動通訊情況下強度會變化到高達100分貝，而供數位訊號處理用的普通8比特模數變換器(A/D)的動態範圍限制於48分貝，所以必須開發新技術來控制信號的增益，使之保持在接收機的有限動態範圍內。因此，困難之處是要用48分貝的裝置來處理100分貝的斷續信號;否則，必須採用具有更大動態範圍的昂貴的數模變換器。
增益控制的另一難題是由這類TDMA傳輸系統的數字性質引入的。高斯最小偏移鍵控(GMSK)對信號的正交相位進行調製，使接收到的信號的功率更難測量，並且正交相位的單獨每一個均與接收的信號功率不成比例。
本發明的目的是要解決這些難題，並獲得下面給出的一些優點。
按照本發明的一個實施例，它在動態範圍有限的接收機內，尤其對於斷續信號，提供出一種數字自動增益控制(AGC)方法。這種方法包括檢測出接收到的和AGC的斷續信號的電平，將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較，並調整AGC，以在AGC的信號動態範圍界限之間建立起所需的關係。這裡，也提供出一種利用這種AGC控制方法在TDMA格網型傳輸系統中進行信道轉移(handoff)的方法。
動態範圍有限的接收機內斷續信號的自動增益控制(AGC)方法的特徵還在於將接收到的和AGC的斷續信號進行數位化，將數位化的樣值變換成功率樣值以檢知信號的功率和檢測出信號的電平，並將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較;而後或是逐漸衰減接收到的信號使它處在接收機的動態範圍之內，或是逐漸放大信號增益使它處在接收機的有限動態範圍之內，對AGC進行粗調;再細調接收到的信號的AGC，直至各信號處理級完全的(儘管是有限的)動態範圍的最佳利用大約低於其最大值6至12分貝，以在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係。
通過下面連同附圖的詳細敘述，將更清楚地了解本發明所具的目的、性能和優點，並得知在優選實施例的實踐中可期待的最好方案(非約束的例子)。有關的附圖如下
圖1是本發明的簡化方框圖。
圖2是本發明優選實施例的功能方框圖。
圖3是依照本發明編制的自動增益控制程序圖。
圖4是本發明另一個實施例的簡化方框圖。
圖1是本發明的簡化方框圖，它說明了數字正交接收機中的增益控制。該圖依次示明接收機的射頻部分(RF)、中頻部分(IF)、具有同相位和正交相位的正交解調器(I/Q)、模數變換器(A/D)、數位訊號處理器(DSP)和對接收機射頻、中頻部分(RF/IF)提供自動增益控制AGC)的數模變換器(D/A)。
工作時，將接收到的信號變頻成中頻，在接收機的高頻、中頻部分(RF/IF)予以放大;經正交解調(I/Q)後成為同相位和正交相位的分量;在有限動態範圍的模數變換器(A/D)內進行數位化;在數位訊號處理器(DSP)內變換成功率樣值，以檢測出信號的電平。在數位訊號處理器(DSP)內，將信號電平與接收機的動態範圍進行比較，並在數模變換器(D/A)內調整AGC，以便在AGC的信號與接收機的動態範圍界限之間建立起所需的關係。
更具體地說，是在具有動態範圍界限的信號級內將AGC的信號與所需的功率電平進行比較。
圖2是本發明優選實施例的功能方框圖。圖2依次示明接收機的射頻、中頻部分(RF/IF)，帶有同相位(I)和正交相位(Q)變頻器的正交解調器(I/Q)，接於變頻器輸出之後的低通濾波器(LPF)，在直接存儲器存取(DMA)控制下的8比特模數變換器(A/D)，三態門電路，隨機存取存儲器(RAM)，56001型的數位訊號處理器(56001DSP)，以及對接收機的射頻、中頻部分(RF/IF)提供自動增益控制(AGC)的閂鎖數模變換器(D/A)。這個高斯最小偏移鍵控(GMSK)接收機包括一個通常的射頻級(RF)，它在變頻和濾波後給通常的AGC型中頻放大器(IF)饋送10.7兆赫的中頻信號，中放型號例如是Motorola公司的MC1350。中頻放大器輸出到通常的I/Q解調器，該解調器包含一個107兆赫本機振蕩器，一個90°移相器、一對變頻器和一對低通濾波器(LPF)。8比特的快速A/D變換器，例如RCA公司的CA3318CE，能提供出48分貝的動態範圍，它在很大程度上決定了接收機的動態範圍界限。Motorola公司的56001數位訊號處理器(56001DSP)可用於信號收集、信號電平檢測和AGC控制。這56001DSP由通常的時鐘和定時電路(未畫出)及用於程序控制的只讀存儲器(ROM)(未畫出)來支持。模擬器件7528LN適用於閂鎖數模變換器(D/A)，它對接收機的中頻部分(IF)提供自動增益控制(AGC)。
接收機工作在時分多址(TDMA)系統中，在每4.8毫秒幀內有8個時隙;每個正交相位內傳送碼率為1354比特/秒。工作時，對於每個時隙，一個先前保持的AGC調定值從存儲器(RAM)中取出(DMA)，通過數位訊號處理器(5600IDSP)加到數模變換器(D/A)，對接收機的高頻、中頻部分(RF/IF)提供自動增益控制(AGC)。接收到的信號經過增益控制和正交解調後由模數變換器(A/D)進行數位化，在每個比特期內提供出多對樣值，它們在三態門電路的直接存儲器存取(DMA)控制下存儲在存儲器(RAM)內。這些樣值從存儲器(RAM)中恢復出來，並在5600IDSP內將N對(在優選實施例中為32對至128對對)相加，變換成功率樣值，以獲得一個正交值和一個同相值，並取出正交值和同相值的均方根值。這個均方根值是與接收到的信號的平均功率成正比的(由於接收到的信號的強度的可變性，不能從單對樣值中可靠地得到瞬時功率樣值。獲得功率樣值的另一種推薦的辦法是簡單地將正交值和同相值的平方相加。
再一次更具體地說，是在具有有限動態範圍界限級內將AGC的信號與所需的功率電平進行比較。這樣，為了防止8比特模數變換器(A/D)的短時間飽和，自動增益控制(AGC)需要在比模數變換器(A/D)的最大輸出低大約6至12分貝(在優選實施例中為9分貝)的標稱電平上建立和維持AGC的信號的電平。
圖3是依照本發明的AGC控制程序圖。
基本控制程序是檢測接收到的和AGC的斷續信號的電平;
將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較;
調整AGC，在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係。
然後，從代表所需標稱電平(或9分貝，今後以之作為0分貝基準)的功率電平中減去如上面所測得的平均功率，以計算出功率誤差。這個計算得的功率誤差再乘以一個調整量，它對整個環路的增益特性進行補償，從而形成一個AGC誤差(AGCE)。如果這個AGC誤差(AGCE)是在完全的輸出(9分貝)之下的餘度內，則主體的AGC調定值(濾波的AGC值-FAGCN)中誤差量(AGCE)作細調。如果該誤差大於餘度值(9分貝)，但在模數變換器的動態範圍之內(48分貝-9分貝＝39分貝)，則由誤差量(AGCE)所作的調整略大於餘度值(9分貝+1分貝＝10分貝)。如果誤差是在模數變換器(A/D)的動態範圍之下，則由動態範圍量(48分貝)進行粗調;如果誤差是在動態範圍之上，則所作的調整略大於餘度(9分貝+1分貝)。最後，當前的誤差計算值和先前的增益調定值(FAGCN)成為數字遞歸無限脈衝響應低通濾波器(本專業中一般技術人員所熟悉的濾波器)的輸入，以得到一個新的濾波的AGC值(FAGCN)。這樣，該信號的增益逐漸地增大(或者減小)，直至信號處在模數變換器(A/D)的動態範圍之內，而後進一步放大(或者減小)，直至模數變換器完全的(即使是有限的)動態範圍得到最佳利用(具有合適的餘度)。於是，對於大量時分復用(TDM)時隙，這些不同近似值的結果可保持在存儲器(RAM)內，在期望恢復各別的信號時用以重新取得AGC控制。
此外，由於不同的增益計算結果代表了實際接收到的信號強度(對整個環路增益特性具有合適的補償)，因而這些增益的確定值能報告給發射臺，以建起最佳利用接收機動態範圍的傳輸增益電平，由此可提高系統中-尤其是格網系統中的頻譜效率和頻率重複使用。而且，在格網型系統裡，信號強度(增益確定值)可由接收機報告給發射臺，並當AGC調整值超過某一閾值時就轉移傳輸信道。此外，相鄰單元(時隙)的信號強度(AGC電平)也能予以確定和計值，以便於轉移信道。
圖4是本發明另一個實施例的簡化方框圖，圖中示明一種模擬方法的自動增益控制器，它採用一個功率平均電路和比較器，以實現上面圖3的控制過程。這種功率平均電路是本專業中普通技術人員很熟悉的。並能容易地應用來實現上述的控制過程。
因此，簡要地說，這裡對動態範圍有限的接收機，尤其是對於斷續信號提供出了一種數字自動增益控制(AGC)方法。本方法包括檢測出接收到的和AGC的斷續信號的電平，將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較，並調整AGC，以在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係。利用這種AGC控制的方法，在時分多址(TDMA)格網型傳輸系統中也提供出了一種轉移信道的方法。
在動態範圍有限的接收機內斷續信號的自動增益控制(AGC)方法，其特徵還在於將接收到的和AGC的斷續信號進行數位化，並將數位化樣值變換成功率樣值，以檢知信號的功率和檢測出信號的電平，將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較;而後，或者逐漸衰減接收到的信號，直至信號處接收機的動態範圍之內，或者逐漸放大接收到的信號的增益，直至信號處在接收機的有限的動態範圍之內，以進行粗調，細調接收到的信號的AGC，直至信號處理級完全的(即使是有限的)動態範圍的最佳利用大約在最大靈敏度之下6至12分貝，以在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需求的關係。
上面提出和說明了本發明的優選實施例，但本專業中的熟練技術人員會知道對本發明作出一些別的變更或改型。例如，本發明不一定限制於時分多址(TDMA)的地面移動通訊系統，也可適應於數字和模擬信號的自動增益控制(AGC)，包括調幅、調頻或電視信號。
上面的討論中事先假定，模數變換器對接收機的動態範圍提出了最嚴格的限制;然而，本發明是一般地適用的，因此，所確立的全部討論是就接收機的有限動態範圍而言的。
這一些和所有其它可能出現的變更和改型都歸屬在本發明提出的權利要求範圍內。
權利要求
1.在動態範圍有限的接收機內對斷續信號進行自動增益控制(AGC)的方法，其特徵在於檢測出接收到的和AGC的斷續信號的電平(圖4中的平均功率)；將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較(圖4中的基準)；調整AGC，在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係。
2.根據權利要求1中提出的方法，其中，調整的特徵在於，粗調接收到的信號的AGC，直至信號處在有限的動態範圍之內。
3.根據權利要求2中提出的方法，其中，粗調的特徵在於，逐漸衰減接收到的信號，直至信號處在接收機的動態範圍之內。
4.根據權利要求2中提出的方法，其中，粗調的特徵在於，逐漸放大接收到的信號的增益，直至信號處在接收機的動態範圍之內。
5.根據權利要求2中提出的方法，其中，調整的特徵在於，細調接收到的信號的AGC，直至接收機完全的(即使是有限的)動態範圍得到最佳的利用(具有合適的餘度)。
6.根據權利要求5中提出的方法，其中，合適的餘度大約在接收機最大界限之下6至12分貝。
7.根據權利要求1中提出的方法，其中，信號強度(增益確定值)由接收機報告給發射臺，以建立起最佳利用接收機動態範圍的傳輸增益電平。
8.根據權利要求1中提出的方法，其中，斷續信號是在時分復用系統中的許多時隙內。
9.根據權利要求8中提出的方法，其中，對大量時間上斷續但周期性的信號確立各別的AGC電平。
10.根據權利要求8中提出的方法，其特徵還在於，由RAM保持上一次的AGC電平，當需要恢復該信號時，用以重新取得AGC控制。
11.在時分多址(TDMA)格網型系統中，根據權利要求1中提出的一種方法，其中，對相鄰單元(時隙)的信號強度(AGC電平)可予以確定和計值，以便於信道轉移(hand-off)。
12.在格網型系統中，根據權利要求1中提出的一種方法，其中，由接收機將信號強度(增益確定值)報告給發射臺，以便於信道轉移。
13.時分多址(TDMA)格網型傳輸系統中信道轉移的一種方法，其特徵在於檢測出接收到的和AGC的斷續信號的電平平均功率;將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較中的基準;調整AGC在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係;當AGC調整超過某一閾值時，轉移傳輸信道。
14.根據權利要求1中提出的方法，其中，檢測的特徵在於，檢知接收到的和AGC的信號的功率平均功率。
15.根據權利要求14中提出的方法，其中，檢知的特徵在於，將信號進行數位化(A/D變換)，並將數位化樣值變換成功率樣值。
16.動態範圍有限的接收機內數字自動增益控制的一種方法，其特徵在於將接收到的和AGC的信號進行數位化(A/D變換)，將數位化樣值變換成功率樣值，以檢測出信號的電平;將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較;調整AGC，在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係(圖3)。
17.動態範圍有限的接收機內對斷續信號進行自動增益控制(AGC)的一種方法，其特徵在於將接收到的和AGC的斷續信號進行數位化(A/D變換)，將數位化樣值變換成功率樣值，以檢知信號的功率和檢測出信號的電平;將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較;或者逐漸衰減接收到的信號，直至信號處在接收機的動態範圍之內，或者逐漸放大接收到的信號的增益，直至信號處在接收機的動態範圍)之內，以進行粗調，並細調接收到的信號的AGC，直至信號處理級完全的(即使有限的)動態範圍的最佳利用大約在最大值之下6至12分貝，以在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係。
全文摘要
本發明對動態範圍有限的接收機，尤其是斷續信號，提供一種數字自動增益控制的方法。該方法的特徵檢測出接收到的和AGC的斷續信號的電平，將AGC的信號的電平與接收機的動態範圍進行比較，並調整AGC，以在AGC的信號與動態範圍界限之間建立起所需的關係。利用這種AGC控制方法，也對時分多址格網型傳輸系統提供出一種信道轉移方法，該方法將信號進行數位化，並將數字樣值變換成功率樣值，進行檢測、比較和AGC調整。
文檔編號H04L27/22GK1043236SQ8910889
公開日1990年6月20日 申請日期1989年11月28日 優先權日1988年11月30日
發明者詹姆斯·F·M·凱普勒, 大衛·E·羅思, 小弗蘭克·J·科恩 申請人:莫託羅拉公司