CN1371214A - 具有自动增益控制的接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在来自于卫星并且表现随着时间变化功率电平的信号的接收框架内最小化整个模拟/数字变换器的尺寸。本发明提出一种控制与放大的信号相关的噪声电平的设置的自动增益控制技术。该自动增益控制的获得是通过中和天线接收的信号,以及通过在接收信号的中和期间预定噪音电平,一直到在接收设备的末端获得预定噪音电平为止。本发明还适合于一种包括用于实现该方法的装置。

Description

具有自动增益控制的接收装置

技术领域

本发明涉及到一种具有自动增益控制的装置。这种装置是用在接收无线电频率通信的设备中，尤其是卫星类型的通信设备中。

背景技术

在常规的基于卫星的通信系统中，接收输入级是围绕着低噪音放大器而建立的，例如VLNA(代表非常低噪音放大器)类型放大器。在下文中给出一种与天线结合在一起的发送/接收装置的常规接收机的结构。在接收路径中，称作VLNA级的第一级放大由天线输出的有用信号，同时最小化噪音的影响。在接收时，要解决的主要问题之一是使其能够精确地调整接收设备增益的自动增益控制(以下称AGC)，以致输入给模拟到数字转换器(在下文称ADC)的信号幅度是最佳的。于是有效量化比特的数量最小，因此使其能够或者帮助构造。这种增益控制装置的重要操作方式着重强调的是接收信号展现一种瞬间功率变化时较宽的动态振幅的情况：例如对于CDMA信号(代表码分多址)结合高编码数量的这种情况，对于峰值功率的额定值意味着功率可以达到的高度。尤其是，需要最小量化比特的数量因此将高于信号展现的峰值功率与平均功率较低的比值。该装置的操作限制还强调是在这种情况，即天线级接收的信号功率在宽的动态范围内易于快速超时地改变：例如对于在突发中发送的CDMA信号这种情况，而且对于使用码的数量和指定给它们每个的功率都是易于以不可预知的方式从一个突发改变到另一个。

对于连续传输信号的常规接收(一般是通过地球同步卫星的数字电视接收)，通常实现用于解决所提出问题的技术在于嵌入一个可变增益放大器到该接收设备中。在这种情况下，增益控制可以通过跟踪在随着时间慢慢变化的ADC输入的信号功率来实现。然后在ADC输出的幅度分布或者峰值限幅概率的连续估算之后，进行自动增益控制。然后安装在接收设备中的可变-增益元件(衰减器或者放大器)以使采样信号幅度最佳的这样一种方式工作。因此该装置补偿在天线级接收的信号流中的变化，同样补偿接收设备中增益的分散和起伏。图1以一种简单的方式描绘在该接收设备中实现的该装置。

作为时间的函数，在功率可能变化非常迅速以及不可预见的情况下，上面描述的技术不能实现。允许信号能够解调的一种装置在于当选定ADC时(没有任何自动控制)考虑功率变化可能性的总动态振幅。然而这种方法遇到需要相当大的量化比特数量。尤其是，在宽温度范围内具有高增益工作的接收设备中增益的分散性是非常值得考虑的(对于增益90dB和温度变化100℃，一般大于30dB)。这种分散性可以在工厂里以固定频率和恒定温度通过校准接收机来减少，但是仍然保持大于20dB。这所起的作用需要用比3个多的额外量化比特。在ADC采样频率较高的情况下，这些考虑可能导致技术上构成的不可能性。

发明内容

本发明的目的是最小化在表现信号随着时间变化功率电平的接收框架内模/数变换器(ADC)的尺寸过大。本发明提出一种自动增益控制技术，它控制与放大信号相关的噪音电平的设置。

本发明是一种在无线电频率信号接收装置中自动增益控制的方法，所述接收装置包括至少位于接收天线之后的第一低噪音放大级，和至少位于接收设备中的可变增益装置。这种方法执行步骤：对通过天线接收的信号执行中和，以及在接收信号的中和期间执行增益的调整直到在接收设备的末端获得预定噪音电平为止。

这种增益控制的方法能够依据对装置的切换和在接收的突发脉冲之间来实现。

更可取的是，其寻找减少结构的成本。因此，接收信号的中和是通过切断第一低噪音放大级的电源来实现的。

在某些使用情况下，它不可能在突发脉冲之间实现增益的控制。因此，第二控制能够在信号接收期间，通过执行接收设备末端噪音功率的提取步骤，以及直到获得预定噪音电平为止的增益调整步骤来实现。

根据第二方面，本发明是一种无线电频率信号接收装置，它包括实现这种方法的必需装置。

根据第三方面，本发明是一种用于传送/接收由包括上述接收装置的卫星发送的无线电频率信号的装置。

附图说明

在阅读随后的描述后，本发明的其他的特征和优点将变得更明显，该描述参考下面的附图，其中：

图1描绘一个典型的适合于连续系列信号的卫星终端接收设备，诸如已知的已有技术。

图2描绘根据本发明的卫星终端接收设备。

具体实施方式

图2描绘一个星载数据传送/接收装置的最佳实施例。图2描绘一个更特别详细的接收设备方块图。因为任何类型的传送设备都可以使用，所以传送设备没有详细描述。

天线10是连接到低噪声模块20，众所周知用缩写LNB来表示。天线10由波聚束装置，诸如反射镜或者透镜，以及对电信号波的转换装置组成。接收的波通常具有如高于10GHz的频率。如果传输/接收装置工作在双工方式，则可以在天线10和LNB 20之间增加一个双工器。

LNB 20包括至少一个第一级低噪声放大级21，例如VLNA类型，一个或多个其他的低噪声放大器22，用于将接收信号变换为中频频带(例如位于500MHz和2GHz之间)的装置23，和一个或多个滤波器24。所有这些部件21到24都是根据人们熟知的已有技术中的一种设置的，如图2中所示。然而，第一放大级21安装有能够中和接收信号的装置。更可取的是，中和装置相对容易地实现功率开关装置。当不提供第一个放大级21时，接收设备的其余部分现在仅仅传送与所述设备有关的各种元件的噪音。

LNB 20的输出连接到调谐器30，例如如果调谐器安装在内部设备中，就通过同轴电缆连接。调谐器包括一个可变增益装置31，一个混频器32，一个本机振荡器33，以及包括其他的放大装置和滤波器装置34，这些元件的连接如图2中所示。可变增益装置31最好是一个放大器但是也可以是一个衰减器。本机振荡器33可以是一个能够在中频频带选择频道的控制振荡器。由混频器32和振荡器33执行的变换如将一个选择的频道转换到基带。

调谐器30的输出连接到一个包括采样装置和模拟/数字转换装置用于数字化信号40的装置，转换装置将调谐器30输出的信号转换为以n比特编码的数字信号。该数字信号被传递给一个数字处理装置50。

数字处理装置50包括一个解调和译码电路51，它在第一输出将解调制和解码的数据流传送给一个用户装置(没有示出)。此外解调和译码电路还包括用于重新编码和再调制数据的装置，以至在第二输出传递一个与接收的信号相对应于的没有噪声信号的调制信号。

第一功率估算电路52测量数字信号的功率。

第二功率估算电路53测量调制信号的功率。

监控电路55传递控制提供给第一放大级21功率的开/关二进制指令。该二进制的开/关指令可以在例如借助于一个偏移中频频带的载波利用同轴电缆的帮助传输。此外，监控电路55还将指令(没有表示出)传递给电路的其他元件并且满足数字处理装置50的次序需求。

增益校正电路54接收来源于功率估算电路52和53的功率测量值以及开/关二进制信号，并且传递增益设置点给可变增益装置。开/关二进制信号指示增益设置点必须公式化的条件。

当开/关闭二进制信号中和第一放大级21时就执行第一自动增益控制。该中和可以依据接通系统来执行并且也可以在接收的突发脉冲之间来执行。第一个功率估算电路52将传递整个传输设备的噪声功率，与第一放大级21无关。增益校正电路54将改变可变增益装置54以便脱离接收设备的噪音功率被恢复到第一预定电平。该预定电平被选择以至于：

当第一个放大级21被重新激活时，在模拟/数字转换装置的输入端存储的噪音受量化噪音的影响必须是较弱的，

由模拟/数字转换装置还原的与噪音结合在一起的有用信号削峰一定要最小化。

在数据的接收期间，第二个自动增益控制是动态地执行的。当第一放大级21被激活时，数字信号一方面包含接收信号而另一方面包含噪音。为了得到噪声功率的估值，可能有几种技术。一种技术在于一方面是测量数字信号的功率而另一方面是测量相当于同样信号减掉噪音的调制信号的功率。然后根据这二个功率，增益调节电路54计算噪音的功率。增益校正电路54监控可变增益装置31以便使噪声功率保持在第二预定电平。

第二预定噪声电平与第一预定噪声电平不一样，因为后者考虑了第一放大级21的噪声。用于获得第二预定电平的简单技术在于当第一级21被重激活而且信号被锁定(通常在几毫秒)时，执行第一个自动增益控制，测量的噪声被存为第二预定电平，因此考虑接通期间的第一级21的噪音。

第二自动增益控制能够产生一个补偿指令以致于补偿由于温度变化其他原因而引起的增益慢漂移。

举例来说本发明的有关性能，就低轨道的卫星接收而言，在模拟/数字转换装置输入端的噪声功率变化，一旦第一级21已经重新激活，则可以达到7dB(在VLNA输出恢复的噪音影响的极端情况下)。5个dB是由于在天线输出观察的噪声成分的变化造成的，而由于VLNA增益的不确定性(元件散射和温度漂移)造成的2dB。与以前根据已有技术考虑的构造的整个接收设备的20dB相比较，在最小有利情形下7dB的不确定性范围构成了一个明显的改进。在这种状况下，模拟/数字转换器尺寸上的影响实质上较小(1个附加比特代替了3个比特)。

各种变形是可能的。所提实施例包括第一和一个第二增益控制步骤，第一是″静态的″而第二是″动态的″。两种控制的结合使接收设备能够具有连续的增益控制。然而，在某些使用情况下，不必要具有连续控制。举例来说，在用于给接收机传输数据的系统中而且其中的传输是借助于指定给接收机的脉冲突发信号来执行的，因此可能在指定给有关接收机的两个突发脉冲序列之间执行第一个增益控制，例如这个第一控制可能每秒执行一次。既然这样，第二控制就没有必要了。

在所提的实施例中，第一级21的中和通过切断电源来执行。这个简单和有效的解决方法可以由其他的中和装置替代。然而，如果通过第一级21的信号被认为具有甚高频，可以借助廉价装置的帮助只切断电源供给。也可能不中和第一级，重要的事件是尽可能在接收设备中的前端中和来源于天线的信号，以致于在全部接收设备重新激活之后最小化涉及放大的噪声电平的不确定性。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对接收设备进行很大程度的修改。能够使用各种类型的接收设备。LNB 20可以用例如包括一个调谐器的更复杂或更简单的外部设备来替换。可变一增益装置31可以在信号接收的中和点与接收设备的末端之间的接收设备的整个长度上移位。

Claims (9)

1.无线电频率信号接收装置中自动增益控制的方法，所述装置包括至少一个放置在接收天线之后的第一低噪音放大级，和至少一个放置于接收设备中的可变增益装置，其特征在于执行下列步骤：

对通过天线接收的信号执行中和，

在接收信号的中和期间调整增益一直到在接收设备的末端获得预定噪音电平为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于接收信号的中和是通过切断第一低噪音放大级的电源来实现的。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于在信号接收期间，执行下列步骤：

在接收设备的末端噪声功率的提取，

直到获得预定噪音电平为止的增益调整。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于接收设备的末端噪声功率的提取通过执行下列步骤来实现：

在接收设备的末端进行信号的采样和数字化，

进行数字化信号的数字解调制，

进行解调制信号的调制，

计算调制信号和数字化信号中的噪声功率。

5.无线电频率信号接收装置，所述装置包括至少一个放置在接收天线之后的第一低噪音放大级，和至少一个放置于接收设备中的可变增益装置，其特征在于它包括：

用于中和由天线接收的信号的装置，

用于作为接收设备末端噪声电平的函数，调整可变增益装置的装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于用于中和接收信号的装置是能够切换第一放大级电源的开关装置。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于它还包括：

用于在信号接收期间提取噪声功率的装置，

用于作为提取的噪声电平的函数，调整可变增益装置的装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于在接收期间提取噪声功率的装置包括：

用于将在设备末端的信号采样的装置以及将其变换成为数字信号的装置，

用于实现信号的数字解调制以及用于获得解调制信号的装置，

用于调制被解调的信号以及获得调制信号的数字调制装置，

用于计算调制信号和数字信号中的噪声功率的装置。

9.用于发送/接收由卫星发送的无线电频率信号的装置，其特征在于它包括权利要求5到8中任一项所述的接收装置。

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