專利名稱：自動(dòng)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(dòng)態(tài)區(qū)域，如果需要優(yōu)化性能，則需要充分利用該動(dòng)態(tài)區(qū)域。如果進(jìn)入轉(zhuǎn)換器的信號(hào)強(qiáng)度變化很大，則問題出在轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)區(qū)域的使用上。太強(qiáng)的信號(hào)會(huì)被斷開，低功率信號(hào)則無法很好地利用轉(zhuǎn)換器的容量。為此，應(yīng)當(dāng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器輸入處的信號(hào)功率。在這種情況下，功率調(diào)節(jié)通常被稱為自動(dòng)增益控制AGC。
US4,851,842公開了一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的現(xiàn)有技術(shù)方案。監(jiān)控模擬信號(hào)，通過可調(diào)前置放大器調(diào)節(jié)，并在轉(zhuǎn)換器輸出處補(bǔ)償數(shù)字信號(hào)的自動(dòng)增益控制。
US3,813,609公開了另一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(hào)，在轉(zhuǎn)換器輸入處調(diào)節(jié)模擬信號(hào)的功率值。
US5,365,233公開了另一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(hào)的絕對(duì)值，在轉(zhuǎn)換器輸入處調(diào)節(jié)模擬信號(hào)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(shí)隙的業(yè)務(wù)量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接收機(jī)所接收的信號(hào)功率最好在整個(gè)時(shí)隙期間保持恒定。這對(duì)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(gè)時(shí)隙期間調(diào)節(jié)一次功率。自動(dòng)增益控制一般基于時(shí)隙的第一比特的功率。但是，因?yàn)閺奶炀€來的信號(hào)的功率在一個(gè)時(shí)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(dòng)態(tài)區(qū)域中。為此，A/D轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)區(qū)域平均說來利用率很低，因?yàn)閹缀醪焕米罡哂行?。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(jī)出現(xiàn)在時(shí)隙中任一位置，這種情況下，無法有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種方法，以及實(shí)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(shí)現(xiàn)，該方法用以在這樣的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制，該系統(tǒng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且利用預(yù)定大小的增益控制步進(jìn)量以模擬方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)信號(hào)的自動(dòng)增益控制，數(shù)字化信號(hào)的反向增益控制通過特定方式實(shí)現(xiàn)，使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后，信號(hào)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(hào)的最大能量，將確定的最大信號(hào)能量與預(yù)置閾值比較，如果測得值大于閾值，則進(jìn)行模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制，針對(duì)增益控制補(bǔ)償該數(shù)字信號(hào)。
本發(fā)明的另一目的是在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jìn)量以模擬方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)信號(hào)的自動(dòng)增益控制的裝置，以及通過特定方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號(hào)的反向增益控制的裝置，使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后，信號(hào)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(hào)的最大能量的裝置，將確定的最大信號(hào)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(jìn)行模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制，針對(duì)增益控制補(bǔ)償該數(shù)字信號(hào)的裝置。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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?yàn)?，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(jìn)行自動(dòng)增益控制，本發(fā)明的方案能夠?qū)r(shí)隙期間的功率變化作出反應(yīng)。利用本方案，在時(shí)隙期間功率實(shí)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(shí)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(dòng)。
下面結(jié)合附圖，通過優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明，在附圖中

圖1示出了GSM系統(tǒng)的時(shí)隙以及測量周期的一個(gè)例子；
圖2說明了可以應(yīng)用本發(fā)明的一種接收機(jī)；圖3說明了實(shí)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(gè)例子；圖5說明了控制的信號(hào)功率設(shè)置時(shí)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(diǎn)在應(yīng)用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，例如GSM系統(tǒng)時(shí)最為突出。
圖1說明了GSM時(shí)隙的結(jié)構(gòu)。時(shí)隙100包括開始和結(jié)束比特102、104，在時(shí)隙中間的訓(xùn)練序列106，以及包含需要傳送的實(shí)際信息的兩個(gè)數(shù)據(jù)域108、110。訓(xùn)練序列106用于估計(jì)傳輸信道的脈沖響應(yīng)，因此，在該時(shí)隙期間功率應(yīng)當(dāng)保持恒定。在現(xiàn)有技術(shù)方案中，時(shí)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(dòng)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(shí)施例中，測量周期的長度實(shí)際上短于時(shí)隙的長度。圖1通過線段112說明了這一點(diǎn)，該線段表示了連續(xù)測量周期。一個(gè)測量周期的長度114遠(yuǎn)小于該時(shí)隙。
在本發(fā)明方案中，接收的信號(hào)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(jìn)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(shí)施例中，采用了兩個(gè)閾值，一個(gè)用于功率增加，另一個(gè)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(jìn)行模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制，并且針對(duì)增益控制分別補(bǔ)償熟悉信號(hào)。
作為一個(gè)例子，下面通過圖2考察數(shù)字電信系統(tǒng)的接收機(jī)，本發(fā)明可以應(yīng)用于該接收機(jī)。該接收機(jī)包括天線200，通過后者接收所需信號(hào)。該信號(hào)被傳到射頻部件202，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波并轉(zhuǎn)換成中頻。信號(hào)204從射頻部件傳送到AGC電路206，在到達(dá)模數(shù)轉(zhuǎn)換器208之前調(diào)節(jié)信號(hào)功率。數(shù)字化信號(hào)從轉(zhuǎn)換器傳送到基帶部件210，后者測量信號(hào)功率，控制AGC電路，補(bǔ)償AGC電路所進(jìn)行的自動(dòng)增益控制。信號(hào)從基帶部件208進(jìn)一步傳送到該接收機(jī)的其它部件，例如檢測器。這些因?yàn)榕c本發(fā)明無關(guān)，所以沒有在該圖中示出。
圖3詳細(xì)說明了在圖2接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)AGC的裝置。來自射頻部件的信號(hào)204首先傳送到壓控放大器300，后者根據(jù)控制信號(hào)302放大該信號(hào)。放大的信號(hào)被送到帶通濾波器304，并進(jìn)一步傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器208，將天線所接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。數(shù)字化信號(hào)306被送到基帶部件210，其中對(duì)信號(hào)功率以后面描述的方式進(jìn)行測量，并調(diào)節(jié)AGC。控制信號(hào)302從基帶部件210到達(dá)壓控放大器300。該信號(hào)從基帶部件到達(dá)AGC調(diào)節(jié)的補(bǔ)償308，從而取消了壓控放大器的增益控制，將信號(hào)恢復(fù)成最初形式?？刂菩盘?hào)310由基帶部件通過時(shí)延元件312到達(dá)增益控制補(bǔ)償308。延時(shí)的長度應(yīng)與信號(hào)從壓控放大器到達(dá)補(bǔ)償部件所需的時(shí)間相同。
圖4的框圖說明了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方案的一個(gè)例子。在本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例中，來自射頻部件的中頻信號(hào)204最初進(jìn)入頻率轉(zhuǎn)換器400，后者由數(shù)控振蕩器402控制，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)404。信號(hào)404是一個(gè)復(fù)信號(hào)，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(jì)算器410、412，確定信號(hào)絕對(duì)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)438連接到控制單元436。根據(jù)閾值檢測器的信號(hào)，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(bǔ)償信號(hào)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(hào)。在本發(fā)明方案中，利用預(yù)定大小的增益控制步進(jìn)量進(jìn)行自動(dòng)增益控制。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，控制步進(jìn)量是6分貝。這樣，最好以比特移位方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的補(bǔ)償。通過將比特下向移位一個(gè)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(hào)傳送到延時(shí)元件444，后者將補(bǔ)償信號(hào)延時(shí)，延時(shí)的時(shí)間等于該可調(diào)信號(hào)從壓控放大器移動(dòng)到補(bǔ)償裝置所需的時(shí)間。延時(shí)元件的延時(shí)還可以通過控制信號(hào)452調(diào)節(jié)?？刂茝难訒r(shí)元件444前進(jìn)到移位寄存器446、448，各分支有一個(gè)移位寄存器。在移位寄存器中，根據(jù)控制對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某一方向的移位，從而補(bǔ)償模擬增益控制。信號(hào)450從寄存器446、448進(jìn)一步傳送到接收機(jī)的其它部件。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，計(jì)算器410、412只利用信號(hào)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(gè)最高有效位被送到計(jì)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(jìn)量來調(diào)節(jié)模擬信號(hào)。圖5說明了自動(dòng)增益控制的功率行為。在該圖所示例子中，水平軸代表時(shí)間，豎直軸代表功率，功率增加了一個(gè)步進(jìn)量。在時(shí)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(shí)刻T1到達(dá)所需較高功率值之前，發(fā)生增益控制擺動(dòng)。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施例中，可以減輕這種功率值擺動(dòng)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(shí)刻0)之后，擺動(dòng)期間將數(shù)字信號(hào)保持恒定，維持在它的前一信號(hào)值，增益補(bǔ)償之后的數(shù)字信號(hào)在時(shí)刻T1之后才前向連接，在前述時(shí)刻T1，功率值的擺動(dòng)已經(jīng)平息。
圖6說明了本發(fā)明的一種可選實(shí)施例。在圖6中，第一和第二閾值檢測器426、428的輸出信號(hào)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(shí)元件608。在延時(shí)元件608中，信號(hào)延時(shí)的時(shí)間等于該可調(diào)信號(hào)從壓控放大器移動(dòng)到補(bǔ)償裝置所需的時(shí)間。延時(shí)元件的延時(shí)也可以通過控制信號(hào)610調(diào)節(jié)。通知是否使用保持的控制信號(hào)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(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的另一可選實(shí)施例中，不使用保持，而是在擺動(dòng)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(shí)現(xiàn)可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法來實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的另一可選實(shí)施例中，既不使用保持，也不使用歸零，而是在擺動(dòng)期間插入數(shù)字信號(hào)。然后，控制電路600通過前一信號(hào)采樣，并可能通過后一信號(hào)采樣對(duì)信號(hào)進(jìn)行間插。這種間插可以通過數(shù)學(xué)方法來實(shí)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(bǔ)償元件。這種實(shí)現(xiàn)可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法來實(shí)現(xiàn)。
盡管以上結(jié)合附圖所示實(shí)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(jìn)行改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.用以在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的一種方法，該系統(tǒng)中，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且利用預(yù)定大小的增益控制步進(jìn)量以模擬方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)信號(hào)的自動(dòng)增益控制，數(shù)字化信號(hào)的反向增益控制通過特定方式實(shí)現(xiàn)，使得在數(shù)字調(diào)節(jié)之后，信號(hào)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(hào)的最大能量，將確定的最大信號(hào)能量與預(yù)置閾值比較，以及如果測得值大于閾值，則進(jìn)行模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制，針對(duì)增益控制補(bǔ)償該數(shù)字信號(hào)。
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(hào)的頻率轉(zhuǎn)換在增益控制測量之前進(jìn)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?jǐn)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，復(fù)信號(hào)的自動(dòng)增益控制在基帶進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過計(jì)算信號(hào)絕對(duì)值的平方來確定信號(hào)的能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該信號(hào)包括分支I和Q，通過計(jì)算不同分支的絕對(duì)值的平方并累加得到的值來確定信號(hào)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(hào)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(hào)包括時(shí)隙，預(yù)定測量周期長度實(shí)際上短于時(shí)隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，數(shù)字信號(hào)在自動(dòng)增益控制處保持恒定，直至增益控制擺動(dòng)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(hào)在自動(dòng)增益控制處保持為0，直至增益控制擺動(dòng)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(hào)在自動(dòng)增益控制處被間插，直至增益控制擺動(dòng)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(hào)的前一數(shù)字采樣，或者后一數(shù)字采樣，或者這兩者來進(jìn)行間插。
13.在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jìn)量以模擬方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)信號(hào)的自動(dòng)增益控制的裝置(208)，以及通過特定方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號(hào)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(hào)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(hào)的最大能量的裝置(410、412、214、420)，將確定的最大信號(hào)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(jìn)行模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制，針對(duì)增益控制補(bǔ)償該字信號(hào)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(hào)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(hào)包括分支I和Q，該設(shè)備包括裝置(410、412)，用以計(jì)算不同分支的絕對(duì)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?jǐn)?shù)字信號(hào)恒定，直至增益控制擺動(dòng)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?jǐn)?shù)字信號(hào)為0，直至增益控制擺動(dòng)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(hào)的前一數(shù)字采樣，或者后一數(shù)字采樣，或者這兩者，進(jìn)行間插數(shù)字信號(hào)，直至增益控制擺動(dòng)平息。
全文摘要
本發(fā)明涉及將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(jìn)量以模擬方式實(shí)現(xiàn)可調(diào)信號(hào)的自動(dòng)增益控制的裝置(208),以及通過特定方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號(hào)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(hào)的功率與模擬調(diào)節(jié)之前相同。為了更精確地進(jìn)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(hào)的最大能量的裝置(410、412、214、420),將確定的最大信號(hào)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(jìn)行模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制,針對(duì)增益控制補(bǔ)償該字信號(hào)的裝置(436)。
文檔編號(hào)H03G1/00GK1330811SQ99814331
公開日2002年1月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司