CN101060346A - 一种提高接收机动态范围的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高接收机动态范围的方法，包括步骤：(a)读取输入变量，根据当前输出控制量对接收机放大器增益的影响对所述输入变量进行补偿处理；(b)将补偿处理后的输入变量的大小与设定的阈值相比较，输出相应的控制量，控制接收机放大器的打开和关闭。相应装置包括补偿模块和增益调节控制模块，补偿模块用于读取输入变量，并根据输出控制量判断该变量对接收机放大器的影响，对所述输入变量进行补偿；增益调节控制模块用于将补偿处理后的输入变量的大小与设定的阈值相比较，输出相应的控制量，控制接收机放大器的打开和关闭。本发明可以提高接收机动态范围，且适应场合多，算法简单。

Description

一种提高接收机动态范围的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种提高无线接收机动态范围的装置及方法，尤其涉及提高无线通信领域的基站、终端的接收机的装置及方法。
背景技术
无线接收系统的动态范围是指接收机能够接收的最大信号和最小信号之间的范围。受限于电子线路的热噪声和噪声系数，接收机不能接收功率无限小的信号，接收机能够的最小信号电平就是收信灵敏度。同样接收机也不能接收无限大的信号，随着接收信号的加大，超过接收机各个环节的线性范围，产生非线性产物，降低信噪比，影响接收机解调。
所以，当接收机各个环节：低噪放、混频器、放大器、滤波器、模数转换电路、解调电路等确定之后，接收机的动态范围就确定了。因为最小信号取决于通道噪声系数、解调信噪比门限、带宽、热噪声。其中，热噪声是常数，与温度有关；通信系统确定了，带宽也就确定了；解调电路和调制解调方式确定了解调信噪比门限；通道噪声系数主要是由器件性能确定的。而最大信号则是主要由通道有源器件的线性决定的，比如低噪放、混频器、ADC(Analogue Digital Converter，即模拟数字转换器)的线性。除非采用额外的控制电路、算法，否则电路的动态范围指标是不能提高的。
通常采用误码率定量描述接收机恢复信号的能力。在数字通信系统中，接收机接收的调制信号，经过接收机通道放大、变频、滤波、解调，恢复出来发射端发射的信息。在信号太小或者太大的时候，有些信息丢失，导致误码，误码所占的比例就称为误码率。
在无线接收机系统中，动态范围是重要的指标。尤其在无线通信系统中，接收机可能遇到相差几十dB的强弱信号。
检索现有专利，一些专利介绍了提高动态范围的方法。比如：98811990.0可编程动态范围接收机，涉及接收机后端ADC部分，提高ADC动态范围。专利20030026363强调采用增益可控的放大器提高动态范围，实现算法复杂，适应场合有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种提高接收机动态范围的装置及方法，可以提高接收机动态范围，且适应场合多，算法简单。
为了解决上述问题，本发明提供了一种提高接收机动态范围的方法，包括以下步骤：
(a)读取输入变量，根据当前输出控制量对接收机放大器增益的影响对所述输入变量进行补偿处理；
(b)将补偿处理后的输入变量的大小与设定的阈值相比较，输出相应的控制量，控制接收机放大器的打开和关闭。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述输入变量是指接收信号强度指示，或者接收信号幅度。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述接收机放大器指接收机的通道放大器或者振荡信号放大器。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述设定的阈值包括第一阈值和第二阈值，且第二阈值大于第一阈值，且步骤(b)进一步分为以下步骤：
每次读取经过补偿处理后的输入变量后，判断此次输入变量数值R(n)以及上一次读取经补偿处理的输入变量值R(n-1)：
如果R(n-1)小于等于第二阈值且R(n)大于第二阈值，输出控制量“0”，控制放大器关闭；
如果R(n-1)大于等于第一阈值且R(n)小于第一阈值，输出控制量“1”，控制放大器打开；
如果是其它情况，则保持原输出控制量不变。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：如输出控制量是控制所述放大器增益打开，则步骤(a)不需对输入变量进行补偿，否则，需要按该放大器增益关闭后输入变量的变化对该输入变量进行补偿。
进一步地，上述方法还可具有以下特点：所述两个阈值的选用方法是，无论放大器打开还是关闭，对应接收信号的强弱都能保证误码率在系统允许的范围内。
本发明提供的提高接收机动态范围的装置包括补偿模块和增益调节控制模块，其中：
所述补偿模块，用于读取输入变量，并根据输出控制量判断该变量对接收机放大器的影响，对所述输入变量进行补偿；
所述增益调节控制模块，用于将补偿处理后的输入变量的大小与设定的阈值相比较，输出相应的控制量，控制接收机放大器的打开和关闭。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：所述增益调节控制模块为施密特触发模块，该模块每次读取经过补偿处理后的输入变量后，判断此次输入变量数值R(n)以及上一次读取经补偿处理的输入变量值R(n-1)：如果R(n-1)小于等于第二阈值且R(n)大于第二阈值，输出控制量“0”，控制放大器关闭；如果R(n-1)大于等于第一阈值且R(n)小于第一阈值，输出控制量“1”，控制放大器打开；如果是其它情况，则保持原输出控制量不变。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：所述补偿模块接收的输入变量是指接收信号强度指示或者接收信号幅度，所述接收机放大器是指接收机的通道放大器或者振荡信号放大器。
进一步地，上述装置还可具有以下特点：所述补偿模块如判断输出控制量是控制所述放大器增益打开，则不需对输入变量进行补偿，如果输出控制量是控制所述放大器增益关闭，则需要按该放大器增益关闭后输入变量的变化对该输入变量进行补偿。
采用本发明的技术方案，可以提高接收机动态范围，且控制信号只有1位，1或者0，实现方法简单。控制普通的放大器，适应的场合更多。
附图说明
图1是本发明实施例的装置框图；
图2是本发明实施例的施密特触发模块原理示意图；
图3是本发明实施例的方法流程图；
图4是本发明实施例的RSSI数据补偿流程图；
图5是本发明实施例中决定接收机通道增益大小的流程图；
图6是本发明实施例的RSSI检测电路特性曲线及RSSI补偿量示意图。
图7是PHS终端采用的接收机电路的应用实例的示意图。
具体实施方式
为了提高接收机动态范围，本发明硬件提供了控制接口，可以通过控制接收机通道放大器的供电电源或者使能信号，使得接收机通道放大器根据接收信号电平大小开启、关闭，来控制接收机通道增益，从而提高接收机动态范围。下面以RSSI(Receive Signal Strangth index接收信号强度指示)(该RSSI可以由专用的RSSI检测电路提供，也可以在解调接收信号的时候由解调电路提供)作为输入变量为例，结合附图对本发明进行详细描述。除RSSI外，也可以用反映接收信号强弱的接收信号幅度为输入变量。
本实施例提高接收机动态范围的装置，是一个硬件控制接口，如图1所示，包括补偿模块和施密特触发模块，其中：
补偿模块，用于补偿不同的输出控制量改变接收机增益对RSSI的影响，然后将经过补偿的RSSI输出到施密特触发模块；
本实施例设置补偿模块，是因为本实施例装置的输出控制量控制接收机通道放大器电源或者使能信号，接收机通道中放大器受控之后，使得通道增益发生变化，相应的，经过该放大器的RSSI电平也会发生变化。本实施例采用补偿模块，根据已知的接收机通道放大器增益，补偿放大器受控之后增益变化对RSSI的影响，如实反映输入信号电平。这样在大信号的情况下，控制信号关闭放大器，RSSI值比较低。该RSSI值在进入施密特触发模块之前，先补偿关闭放大器减少的增益，增加RSSI值，使得软件读取的RSSI能够正确反映输入信号的电平。从而简化了算法。
施密特触发模块，用于得到输出控制量，将得到的输出控制量分别输出到补偿模块和接收机，以决定补偿模块对RSSI的补偿量，并控制接收机通道放大器，该模块还有去抖动功能，避免信号的抖动而导致输出频繁变化。
该模块的原理如图2所示，如果施密特触发模块的输出控制量为a，当输入变量从小变大，超过阈值2之后，输出控制量从a变为b，该输出控制量是一个开关量，当值为a时对应于开关量“0”，当值为b时对应于开关量“1”；如果施密特触发模块的输出控制量为b，当输入变量从大变小，超越阈值1之后，输出控制量从b变为a。这样设计施密特触发模块，当输入变量在阈值1和阈值2之间变化时，输出控制量不会发生变化。实现了去抖动功能。
本实施例中，补偿模块在施密特触发模块之前，是因为在进入触发模块之前，RSSI需要先根据现在的输出控制量决定是否需要补偿，这样在触发模块中，就可以采用统一的阈值。简化算法。
该方法可以用于提高接收机动态范围，输入变量为RSSI，输出控制量为接收机通道中放大器电源控制信号或者使能信号。一次读取RSSI数据后的处理流程如图3所示，包括以下步骤：
步骤10，读取RSSI，作为输入变量；
步骤20，补偿模块根据输出控制量，对RSSI数据进行补偿处理，可以补偿也可以不进行补偿；
装置输出到接收机通道放大器的控制变量是该放大器电源控制信号或者使能信号，放大器受控之后，增益发生变化，会影响RSSI数值，本步骤对需要补偿的RSSI数据进行补偿，可以补偿放大器受控之后增益变化对RSSI的影响，如实反映输入信号电平。本实施例中，增益变化是指开、关两种状态，其结构简单，成本低。
根据输出量控制的具体流程图如图4所示，包括以下步骤：
步骤21，读取输出控制量，控制接收机通道放大器的开启和关闭；
步骤22，根据上述输出控制量判断接收机通道放大器是否处于关闭状态，如果是，进行步骤23，否则放大器处于开启状态，直接结束；
步骤23，为RSSI增加一个补偿量，结束。
这里为RSSI增加一个补偿量，是因为放大器关闭，通道增益减小，RSSI检测偏小，不能反映接收机接收信号的强度。需要把RSSI增加一个补偿量，该补偿量为放大器增益对应的RSSI变化量。具体数值可以参考RSSI检测电路，在本实施例中，RSSI检测电路RSSI检测值和输入电平对应曲线如附图6所示，RSSI补偿量可以根据放大器增益从图中查出。当放大器处于开启状态时，则RSSI无须补偿。
步骤30，根据上述补偿后的RSSI数值决定是否要修改通道增益，如果不需要，直接结束，否则，执行步骤40；
步骤40，修改输出控制量，输出到接收机通道放大器和补偿模块。
这两步的具体实现如图5所示，包括以下步骤：
每次读取经过补偿处理后的RSSI数值后，对该次读取的RSSI数值RSSI(n)以及上一次读取经补偿处理的输入变量值RSSI(n-1)进行判断：
如果RSSI(n-1)小于等于阈值2且RSSI(n)大于阈值2，输出控制量“0”，控制放大器关闭，通道低增益；
如果RSSI(n-1)大于等于阈值1且RSSI(n)小于阈值1，输出控制量“1”，控制放大器打开，通道高增益；
如果是其它情况，则保持原输出控制量不变。
在PHS(Personal Handset System，个人手持电话系统)终端接收机电路中，采用开关电路控制前端低噪放LNA(Low Noise Amplifier，低噪声放大器)的供电，提高动态范围。实例中PHS终端采用的接收机电路原理框图如图7。采用本方法，根据电路提供的RSSI，提供输出控制量，控制LNA的电源供电，提高动态范围20dB。
具体介绍如下：
PHS系统中，按时隙区分收发信号、不同的用户。PHS接收机连续两个接收时隙之间相距5ms，时隙长625us。接收机电路器件选型之后，整个接收机动态范围也就确定了。如表1所示。第二列对应LNA不受控条件下的接收情况，无误码接收的范围是：-90dBm～-50dBm。(dBm，信号功率单位，0dBm＝1mW)。将LNA关闭，无误码接收的范围是：-70dBm～-30dBm。
为了提高接收机动态范围，使得接收机可以接收-90dBm～-30dBm的信号。采用本发明接收的装置及方法。
首先根据表1确定两个阈值，选用方法是，无论放大器打开还是关闭，对应接收信号的强弱都能保证误码率在系统允许的范围内。该PHS终端接收机的两个阈值选为-70dBm和-50dBm。
  接收信号强弱(dBm)   误码率   误码率
LNA打开 LNA关闭
  -105   2.35E-02
  -100   3.95E-04
  -95   4.00E-06
  -90   0   9.96E-02
  -85   0   5.11E-03
  -80   0   8.85E-05
  -75   0   1.25E-06
  -70   0   0
  -65   0   0
  -60   0   0
  -55   0   0
  -50   0   0
  -45   2.30E-05   0
  -40   6.50E-05   0
  -35   1.00E-04   0
  -30   1.70E-04   0
  -25   1.30E-03   2.00E-06
采用介绍的方法，实测误码率为零的动态范围是-90dBm～-30dBm。
本发明还可以其它的一些变换方式，例如，在一些接收机电路，还可以用于控制接收机振荡信号放大器。从而影响混频器变频增益，提高接收机接收大信号的能力。

Claims (10)

1、一种提高接收机动态范围的方法，包括以下步骤：
(a)读取输入变量，根据当前输出控制量对接收机放大器增益的影响对所述输入变量进行补偿处理；
(b)将补偿处理后的输入变量的大小与设定的阈值相比较，输出相应的控制量，控制接收机放大器的打开和关闭。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入变量是指接收信号强度指示，或者接收信号幅度。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机放大器指接收机的通道放大器或者振荡信号放大器。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定的阈值包括第一阈值和第二阈值，且第二阈值大于第一阈值，且步骤(b)进一步分为以下步骤：
每次读取经过补偿处理后的输入变量后，判断此次输入变量数值R(n)以及上一次读取经补偿处理的输入变量值R(n-1)：
如果R(n-1)小于等于第二阈值且R(n)大于第二阈值，输出控制量“0”，控制放大器关闭；
如果R(n-1)大于等于第一阈值且R(n)小于第一阈值，输出控制量“1”，控制放大器打开；
如果是其它情况，则保持原输出控制量不变。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，如输出控制量是控制所述放大器增益打开，则步骤(a)不需对输入变量进行补偿，否则，需要按该放大器增益关闭后输入变量的变化对该输入变量进行补偿。
6、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个阈值的选用方法是，无论放大器打开还是关闭，对应接收信号的强弱都能保证误码率在系统允许的范围内。
7、一种提高接收机动态范围的装置，其特征在于，包括补偿模块和增益调节控制模块，其中：
所述补偿模块，用于读取输入变量，并根据输出控制量判断该变量对接收机放大器的影响，对所述输入变量进行补偿；
所述增益调节控制模块，用于将补偿处理后的输入变量的大小与设定的阈值相比较，输出相应的控制量，控制接收机放大器的打开和关闭。
8、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述增益调节控制模块为施密特触发模块，该模块每次读取经过补偿处理后的输入变量后，判断此次输入变量数值R(n)以及上一次读取经补偿处理的输入变量值R(n-1)：如果R(n-1)小于等于第二阈值且R(n)大于第二阈值，输出控制量“0”，控制放大器关闭；如果R(n-1)大于等于第一阈值且R(n)小于第一阈值，输出控制量“1”，控制放大器打开；如果是其它情况，则保持原输出控制量不变。
9、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述补偿模块接收的输入变量是指接收信号强度指示或者接收信号幅度，所述接收机放大器是指接收机的通道放大器或者振荡信号放大器。
10、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述补偿模块如判断输出控制量是控制所述放大器增益打开，则不需对输入变量进行补偿，如果输出控制量是控制所述放大器增益关闭，则需要按该放大器增益关闭后输入变量的变化对该输入变量进行补偿。
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