CN1014200B

CN1014200B - 数字自动增益控制技术

Info

Publication number: CN1014200B
Application number: CN89108891A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·F·M·凯普勒; 大卫·E·罗思; 小弗兰克·J·科思
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1991-10-02
Also published as: WO1990006644A1; MY105777A; IE893260L; KR930007134B1; DE68914262D1; JPH04502541A; CA2000785C; IL91947A; ES2050819T3; IL91947A0; EP0371700A2; ATE103750T1; DE68914262T2; PT92433B; CN1043236A; EP0371700A3; TR24905A; DD292787A5; MX171680B; CA2000785A1

Abstract

本发明对动态范围有限的接收机，尤其是断续信号，提供一种数字自动增益控制的方法。该方法的特征检测出接收到的和AGC的断续信号的电平，将AGC的信号的电平与接收机的动态范围进行比较，并调整AGC，以在AGC的信号与动态范围界限之间建立起所需的关系。利用这种AGC控制方法，也对时分多址格网型传输系统提供出种信道转移方法，该方法将信号进行数字化，并将数字样值变换成功率样值，进行检测，比较和AGC调整。

Description

本发明涉及数字自动增益控制技术尤其涉及动态范围有限的接收机内断续信号的自动增益控制技术。

虽然，无线电信号接收中自动增益控制的概念已众所周知，但时分多址（TDMA）信号的自动增益控制对地面移动通讯设备厂家提出了新的问题。

在宽频带的TDMA系统中，例如建议供欧洲使用的格网系统中，一个射频信道在大量用户之间分享（时分复用），各用户在不同的时分复用时隙的某些段内尝试访问该无线电系统。这些时隙布置在周期地重复的帧内。这样，一种所需的无线电通信可以与其它时隙内发射的无关信号周期地断续-间置。这些无关信号（有很不同的强度范围）必须不影响所需信号的增益控制。因此，棘手的难题是对这种周期地断续的TDMA信号提供自动增益控制（AGC）。

由于试图在动态范围有限的廉价接收机内提供数字AGC，使该难题更加不易解决。这类信号在地面移动通讯情况下强度会变化到高达100分贝，而供数字信号处理用的普通8比特模数变换器（A/D）的动态范围限制于48分贝，所以必须开发新技术来控制信号的增益，使之保持在接收机的有限动态范围内。因此，困难之处是要用48分贝的装置来处理100分贝的断续信号;否则，必须采用具有更大动态范围的昂贵的数模变换器。

增益控制的另一难题是由这类TDMA传输系统的数字性质引入的。高斯最小偏移键控（GMSK）对信号的正交相位进行调制，使接收到的信号的功率更难测量，并且正交相位的单独每一个均与接收的信号功率不成比例。

本发明的目的是要解决这些难题，并获得下面给出的一些优点。

按照本发明的一个实施例，它在动态范围有限的接收机内，尤其对于断续信号，提供出一种数字自动增益控制（AGC）方法。这种方法包括检测出接收到的和AGC的断续信号的电平，将AGC的信号的电平与接收机的动态范围进行比较，并调整AGC，以在AGC的信号动态范围界限之间建立起所需的关系。这里，也提供出一种利用这种AGC控制方法在TDMA格网型传输系统中进行信道转移（hand off）的方法。

动态范围有限的接收机内断续信号的自动增益控制（AGC）方法的特征还在于：将接收到的和AGC的断续信号进行数字化，将数字化的样值变换成功率样值以检知信号的功率和检测出信号的电平，并将AGC的信号的电平与接收机的动态范围进行比较;而后或是逐渐衰减接收到的信号使它处在接收机的动态范围之内，或是逐渐放大信号增益使它处在接收机的有限动态范围之内，对AGC进行粗调;再细调接收到的信号的AGC，直至各信号处理级完全的（尽管是有限的）动态范围的最佳利用大约低于其最大值6至12分贝，以在AGC的信号与动态范围界限之间建立起所需的关系。

通过下面连同附图的详细叙述，将更清楚地了解本发明所具的目的、性能和优点，并得知在优选实施例的实践中可期待的最好方案（非约束的例子）。有关的附图如下：

图1是本发明的简化方框图。

图2是本发明优选实施例的功能方框图。

图3是依照本发明编制的自动增益控制程序图。

图4是本发明另一个实施例的简化方框图。

图1是本发明的简化方框图，它说明了数字正交接收机中的增益控制。该图依次示明接收机的射频部分（RF）、中频部分（IF）、具有同相位和正交相位的正交解调器（I/Q）、模数变换器（A/D）、数字信号处理器（DSP）和对接收机射频、中频部分（RF/IF）提供自动增益控制（AGC）的数模变换器（D/A）。

工作时，将接收到的信号变频成中频，在接收机的高频、中频部分（RF/IF）予以放大;经正交解调（I/Q）后成为同相位和正交相位的分量;在有限动态范围的模数变换器（A/D）内进行数字化;在数字信号处理器（DSP）内变换成功率样值，以检测出信号的电平。在数字信号处理器（DSP）内，将信号电平与接收机的动态范围进行比较，并在数模变器（D/A）内调整AGC，以便在AGC的信号与接收机的动态范围界限之间建立起所需的关系。

更具体地说，是在具有动态范围界限的信号级内将AGC的信号与所需的功率电平进行比较。

图2是本发明优选实施例的功能方框图。图2依次示明接收机的射频、中频部分（RF/IF），带有同相位（I）和正交相位（Q）变频器的正交解调器（I/Q），接于变频器输出之后的低通滤波器（LPF），在直接存储器存取（DMA）控制下的8比特模数变换器（A/D），三态门电路，随机存取存储器（RAM），5600I型的数字信号处理器（5600IDSP），以及对接收机的射频、中频部分（RF/IF）提供自动增益控制（AGC）的闩锁数模变换器（D/A）。这个高斯最小偏移键控（GMSK）接收机包括一个通常的射频级（RF），它在变频和滤波后给通常的AGC型中频放大器（IF）馈送10.7兆赫的中频信号，中放型号例如是Motorola公司的MC1350。中频放大器输出到通常的I/Q解调器，该解调器包含一个107兆赫本机振荡器，一个90°移相器、一对变频器和一对低通滤波器（LPF）。8比特的快速A/D变换器，例如RCA公司的CA3318CE，能提供出48分贝的动态范围，它在很大程度上决定了接收机的动态范围界限。Motorola公司的56001数字信号处理器（5600IDSP）可用于信号收集、信号电平检测和AGC控制。这5600IDSP由通常的时钟和定时电路（未画出）及用于程序控制的只读存储器（ROM）（未画出）来支持。模拟器件7528LN适用于闩锁数模变换器（D/A），它对接收机的中频部分（IF）提供自动增益控制（AGC）。

接收机工作在时分多址（TDMA）系统中，在每4.8毫秒帧内有8个时隙;每个正交相位内传送码率为1354比特/秒。工作时，对于每个时隙，一个先前保持的AGC调定值从存储器（RAM）中取出（DMA），通过数字信号处理器（5600IDSP）加到数模变换器（D/A），对接收机的高频、中频部分（RF/IF）提供自动增益控制（AGC）。接收到的信号经过增益控制和正交解调后由模数变换器（A/D）进行数字化，在每个比特期内提供出多对样值，它们在三态门电路的直接存储器存取（DMA）控制下存储在存储器（RAM）内。这些样值从存储器（RAM）中恢复出来，并在5600IDSP内将N对（在优选实施例中为32对至128对对）相加，变换成功率样值，以获得一个正交值和一个同相值，并取出正交值和同相值的均方根值。这个均方根值是与接收到的信号的平均功率成正比的（由于接收到的信号的强度的可变性。不能从单对样值中可靠地得到瞬时功率样值。获得功率样值的另一种推荐的办法是简单地将正交值和同相值的平方相加。

再一次更具体地说，是在具有有限动态范围界限级内将AGC的信号与所需的功率电平进行比较。这样，为了防止8比特模数变换器（A/D）的短时间饱和，自动增益控制（AGC）需要在比模数变换器（A/D）的最大输出低大约6至12分贝（在优选实施例中为9分贝）的标称电平上建立和维持AGC的信号的电平。

图3是依照本发明的AGC控制程序图。

基本控制程序是：

检测接收到的和AGC的断续信号的电平;

将AGC的信号的电平与接收机的动态范围进行比较;

调整AGC，在AGC的信号与动态范围界限之间建立起所需的关系。

然后，从代表所需标称电平（或9分贝，今后以之作为0分贝基准）的功率电平中减去如上面所测得的平均功率，以计算出功率误差。这个计算得的功率误差再乘以一个调整量，它对整个环路的增益特性进行补偿，从而形成一个AGC误差（AGCE）。如果这个AGC误差（AGCE）是在完全的输出（9分贝）之下的余度内，则主体的AGC调定值（滤波的AGC值-FAGCN）中误差量（AGCE）作细调。如果该误差大于余度值（9分贝）但在模数变换器的动态范围之内（48分贝-9分贝＝39分贝），则由误差量（AGCE）所作的调整略大于余度值（9分贝+1分贝＝10分贝）。如果误差是在模数变换器（A/D）的动态范围之下，则由动态范围量（48分贝）进行粗调;如果误差是在动态范围之上，则所作的调整略大于余度（0分贝+1分贝）。最后，当前的误差计算值和先前的增益调定值（FAGCN）成为数字递归无限脉冲响应低通滤波器（本专业中一般技术人员所熟悉的滤波器）的输入，以得到一个新的滤波的AGC值（FAGCN）。这样，该信号的增益逐渐地增大（或者减小），直至信号处在模数变换器（A/D）的动态范围之内，而后进一步放大（或者减小），直至模数变换器完全的（即使是有限的）动态范围得到最佳利用（具有合适的余度）。于是，对于大量时分复用（TDM）时隙，这些不同近似值的结果可保持在存储器（RAM）内，在期望恢复各别的信号时用以重新取得AGC控制。

此外，由于不同的增益计算结果代表了实际接收到的信号强度（对整个环路增益特性具有合适的补偿），因而这些增益的确定值能报告给发射台，以建起最佳利用接收机动态范围的传输增益电平，由此可提高系统中-尤其是格网系统中的频谱效率和频率重复使用。而且，在格网型系统里，信号强度（增益确定值）可由接收机报告给发射台，并当AGC调整值超过某一阈值时就转移传输信道。此外，相邻单元（时隙）的信号强度（AGC电平）也能予以确定和计值，以便于转移信道。

图4是本发明另一个实施例的简化方框图，图中示明一种模拟方法的自动增益控制器，它采用一个功率平均电路和比较器，以实现上面图3的控制过程。这种功率平均电路是本专业中普通技术人员很熟悉的。并能容易地应用来实现上述的控制过程。

因此，简要地说，这里对动态范围有限的接收机，尤其是对于断续信号提供出了一种数字自动增益控制（AGC）方法。本方法包括检测出接收到的和AGC的断续信号的电平，将AGC的信号的电平与接收机的动态范围进行比较，并调整AGC，以在AGC的信号与动态范围界限之间建立起所需的关系。利用这种AGC控制的方法，在时分多址（TDMA）格网型传输系统中也提供出了一种转移信道的方法。

在动态范围有限的接收机内断续信号的自动增益控制（AGC）方法，其特征还在于：将接收到的和AGC的断续信号进行数字化，并将数字化样值变换成功率样值，以检知信号的功率和检测出信号的电平，将AGC的信号的电平与接收机的动态范围进行比较;而后，或者逐渐衰减接收到的信号，直至信号处接收机的动态范围之内，或者逐渐放大接收到的信号的增益，直至信号处在接收机的有限的动态范围之内，以进行粗调，细调接收到的信号的AGC，直至信号处理级完全的（即使是有限的）动态范围的最佳利用大约在最大灵敏度之下6至12分贝，以在AGC的信号与动态范围界限之间建立起所需求的关系。

上面提出和说明了本发明的优选实施例，但本专业中的熟练技术人员会知道对本发明作出一些别的变更或改型。例如，本发明不一定限制于时分多址（TDMA）的地面移动通讯系统，也可适应于数字和模拟信号的自动增益控制（AGC），包括调幅、调频或电视信号。

上面的讨论中事先假定，模数变换器对接收机的动态范围提出了最严格的限制;然而，本发明是一般地适用的，因此，所确立的全部讨论是就接收机的有限动态范围而言的。

这一些和所有其它可能出现的变更和改型都归属在本发明提出的权利要求范围内。

Claims

1、一种接收机内自动增益控制的方法，其特征在于：

检测所接收的复合调制信号的复合功率，和

响应检测到的复合功率，对这些复合信号提供增益控制。

2、根据权利要求1的方法，其中检测的复合功率是平均复合功率。

3、根据权利要求1的方法，进一步包括：

检测所接收的复合调制信号和受到增益控制的信号的复合功率，和

响应检测到的复合功率，向这些接收的复合信号提供增益控制。

4、根据权利要求3的方法，其中检测的复合功率是平均复合功率。

5、根据权利要求1的方法，进一步包括：

在一定动态范围内，检测所接收的复合调制信号的复合功率;和

响应检测到的复合功率，对这些复合信号提供增益控制，使该信号置位于动态范围之内，从而减小饱和和噪音。

6、根据权利要求1的方法，进一步包括：

在一定动态范围内，将一复合调制信号数字化：

检测该数字化信号的复合功率;和

响应检测到的复合功率，向该信号提供增益控制，使得该信号置位于动态范围之内，从而减小饱和和噪音的量化。

7、根据权利要求1的方法，进一步包括：

将复合调制的、受到增益控制的信号数字化;

检测该数字信号内的复合功率;和

响应检测到的复合功率，提供信号的反馈增益控制，置信号于动态范围之内，从而减小饱和和噪音的量化。

8、根据权利要求6的方法，其中有关的增益电平指示由接收机报告给发射台，以建立有效地利用接收机动态范围的传输电平。

9、根据权利要求6的方法，其中有关的增益电平的指示由接收机报告给发射台，便于确定格网系统的信道转移。

10、根据权利要求9的方法，进一步包括在格网系统中，当所述指示超过某一门限值时，转移传输信道。

11、根据权利要求6的方法，进一步包括计算在格网系统中替换信道的信号电平，以利于信道转移的确定。

12、根据权利要求6的方法，其中信号包括在时分复用TDM通讯的时隙内的断续信号。

13、根据权利要求12的方法，进一步包括根据这种断续性的停止，恢复对于前一次增益电平的增益控制。

14、一种采用权利要求1之方法的接收机内自动增益控制装置，其特征在于：

用于检测所接收的复合调制信号中的复合功率的装置;和

用于响应检测到的复合功率，对这些复合信号提供增益控制的装置。

15、根据权利要求14的装置，其中被检测的复合功率是平均复合功率。

16、根据权利要求14的装置，进一步包括：

用于检测所接收的复合调制信号和受到增益控制的信号中的复合功率的装置，和

用于响应检测到的复合功率，对这些接收的复合信号提供增益控制的装置。

17、根据权利要求16的装置，其中所检测的复合功率是平均复合功率。

18、根据权利要求14的装置，进一步包括：

在一定动态范围之内，检测所接收的复合调制信号内的复合功率的装置;和

响应检测到的复合功率，对这些复合信号提供增益控制，使该信号置于动态范围之内，从而减小饱和和噪音的装置。

19、根据权利要求14的装置，进一步包括：

用于在一定动态范围内，将复合调制信号数字化的装置;

用于检测该数字化信号中的复合功率的装置;以及

响应检测到的复合功率，对信号提供增益控制，使信号置于动态范围之内，从而减小饱和和噪音量化的装置。

20、根据权利要求14的装置，进一步包括，

用于将复合调制和受到增益控制的信号数字化的装置;

用于检测该数字化信号内的复合功率的装置，和

响应检测到的复合功率，对信号提供反馈增益控制，使信号置于动态范围之内，从而减小饱和和噪音量化的装置。

21、根据权利要求20的装置，进一步包括用于提供增益控制、根据重复信号断续性的停止而恢复对于前一增益电平的增益控制的装置。

22、根据权利要求6的方法，其中复合信号包括正交调制信号。