CN1759551B - 时槽化数据传输的强化自动增益控制机制 - Google Patents

时槽化数据传输的强化自动增益控制机制 Download PDF

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Abstract

根据本发明的自动增益控制(AGC)方法是借助一时槽中的数字自动增益控制(AGC)电路，利用先前帧的相同时槽的最终计算增益及偏移因子，决定施加的启始增益。当区块内检测的饱和数据取样数目超过临界数值，给定数据取样区块的删除功能便可以激活。自动增益控制(AGC)电路所进行及更新增益的功率测量是基于饱和的测量数据取样数目进行调整。这些元素可以提供增益限制功能、并容许动态范围限制以进行后续数据处理。

Description

时槽化数据传输的强化自动增益控制机制
技术领域
本发明有关于无线通信系统。特别是，本发明是有关时槽通信系统，诸如：分时双工(TDD)、分时多重访问(TDMA)、或分时分码多重访问(TD-CDMA)系统，的自动增益控制(AGC)电路。
背景技术
在传统无线通信系统中，接收器的基频信号会由模拟格式转换成数字格式，借以经由一连串数字处理动作回复基频信号的有用信息。通常，模拟数字转换器(ADC)用来达成这个转换动作。通常，模拟数字转换器(ADC)的输出位愈多，模拟数字转换器(ADC)可支持输入信号的动态范围亦会愈大。然而，这种特性却可能会导致更加昂贵的模拟数字转换器(ADC)，及，部分其它接收器组件的更高成本。给定输出位的数目，若输入信号的功率过大，则模拟数字转换器(ADC)的输出将可能饱和。另一方面，若输入信号的功率过低，则模拟数字转换器(ADC)的输出将可能严重量化(quantized)。在这两种情境中，接收器的欲回复信息均可能衰减或遗失。
解决这种问题的常见手段是，在模拟数字转换器(ADC)前面，加入可动态调整的增益放大器，借以使模拟数字转换器(ADC)的输入信号能够维持在理想界限以内。通常，可调整增益是利用自动增益控制(AGC)电路加以控制。
在现有技术中，由于时槽的可变数据速率，或，可变主动使用者数目，分时双工(TDD)帧的相邻时槽间，及，相邻帧的相同时槽间会具有显著变化的功率。为了得到给定时槽的正确增益位准，自动增益控制(AGC)需要预测接收时槽的前面N个符号的符号功率。在这个预测动作期间，由于这段时间的不完美增益控制，数据预测动作的符号有可能会遗失。另外，根据启始增益预测精确度，这个预测动作亦可能会花费大量时间；在这种情况中，精确度是时槽起点的增益及自动增益控制(AGC)电路决定的最终″正确″增益间的差额。
通常，分时双工(TDD)帧会具有十五个时槽。各个时槽会具有两个利用训练序列(midamble)分隔的数据丛发(burst)，及，跟随在时槽终点的看守期间(guard period)。这些数据丛发(burst)会传输理想数据，且，这个训练序列(midamble)会实施频道预测。
有鉴于此，本发明的目的便是提供一种系统及方法，借以避免现有自动增益控制(AGC)方法的精确度及数据遗失问题。
发明内容
根据本发明，数字自动增益控制(AGC)电路在单一时槽施加的启始增益是利用先前帧的相同时槽的最终计算增益及偏移因子决定。当区块里面的饱和数据取样数目超过临界数值，给定数据取样区块的删除功能便可以激活。自动增益控制(AGC)电路进行及更新增益的功率测量是基于饱和的测量数据取样数目进行调整。这些元素可以提供增益限制功能、并容许动态范围限制以进行后续数据处理。
附图说明
图1是表示根据本发明的自动增益控制(AGC)电路的区块图；
图2是表示根据本发明的自动增益控制(AGC)电路的区块图；
图3是表示根据本发明较佳实施例的自动增益控制(AGC)计算的流程图；以及
图4是表示单一时槽的连续事件的时序图。
具体实施方式
本发明将会配合附图进行详细说明，其中，相同元素是利用相同标号表示。
本发明可以适用于无线通信，诸如：利用分时双工(TDD)模式的第三代合作计划(3GPP)系统。应该注意的是，然而，本发明亦可以适用于任何无线通信系统。这类系统是利用基地台(BS)及无线传输/接收单元(WTRU)。无线传输/接收单元(WTRU)可以具有、但不限于使用者设备(UE)、移动站、固定或移动用户单元、传呼器、或能够操作于无线环境的任何其它类型装置。基地台(BS)可以具有、但不限于B节点、位置控制器、访问点、或能够操作于无线环境的任何其它界面装置。虽然本发明较佳实施例是配合第三代合作计划(3GPP)协议的分码多重访问(CDMA)通信系统，但是，本发明亦可以适用于其它无线/有线、及时槽/非时槽通信系统。
根据本发明，下列假设均需要成立。第一，信元搜寻程序已经成功完成，且，时槽时序亦已经成功取得。第二，信元搜寻自动增益控制(AGC)程序提供启始增益数值，借以用于第一时槽(亦即：广播频道(BCH)时槽)，其是在信元搜寻程序成功完成后进行解调变程序。第三，射频(RF)链的整体增益已经施加于接收信号，且，已经反应于数字控制增益区块的输入信号数值。
根据本发明的自动增益控制(AGC)程序是以时槽为基础。请参考图4，其是表示单一时槽的连续事件时序图。对于各个时槽200而言，这个时槽200会具有一个时槽开头203及复数个取样期间(NSAMP)211-213。这些取样期间(NSAMP)211-213是利用复数个忽略期间(NSKIP)221、222间隔。数据丛发231的结尾会跟随一个看守期间232，其是相邻于这个时槽200的结尾233。通常，对于各个时槽200而言，数字控制增益会启始化并跟随着复数个调整，借以使模拟数字转换器(ADC)的输出功率能够贴近于参考功率位准。
图1是表示根据本发明的自动增益控制(AGC)单元11的区块图。这个自动增益控制(AGC)单元11具有一个自动增益控制(AGC)回路13、一个移除函数模块14、及一个饱和检测电路17。一个输入信号是利用这个自动增益控制(AGC)回路13接收，其处理这个输入信号、并输出至这个移除函数模块14及这个饱和检测电路17。这个饱和检测电路17接收这个自动增益控制(AGC)回路13的输出、并同时提供其输出至这个自动增益控制(AGC)回路13及这个移除函数模块14。随后，这个移除函数模块14会提供其输出至后续的接收器处理程序。
操作上，这个自动增益控制(AGC)回路13会取样一个输入信号、并处理这个输入信号以提供其输出至这个饱和检测电路17及这个移除函数模块14。这个自动增益控制(AGC)回路13会决定适当的自动增益控制(AGC)位准，借以做为这个饱和检测电路17的输入。这个饱和检测电路17会提供一个取样区块(NSAMP)内的饱和取样数目的一个计数。若这个取样区块(NSAMP)内的饱和取样数目超过一个预定临界数值，则这个移除函数模块14会将一个延伸区块(NSAMP+NSKIP)内的所有取样全部替代为零。这个饱和计数亦可以提供这个自动增益控制(AGC)单元11使用，借以补偿这个需要增益因存在饱和取样所致的过渡预测。
这个自动增益控制(AGC)电路11的输出包括I频道及Q频道的数字数据取样，借以用于后续接收器的处理程序。
这个自动增益控制(AGC)电路11的操作频率是利用一种需求决定，其激活各个时槽接收信号的处理程序。有鉴于此，这个操作频率可以使自动增益控制(AGC)程序操作于各个主动接收时槽。
现在，请参考图2，其表示根据本发明的加强式自动增益控制(AGC)电路100的详细区块图。这个自动增益控制(AGC)电路100具有这个自动增益控制(AGC)回路13、这个移除函数模块14、及这个饱和检测电路17。
这个自动增益控制(AGC)回路13具有一个数字控制增益电路122、一个模拟数字转换器(ADC)123、一个功率预测器124、一个功率补偿器125、一个加法器131、一个累加器132、一个控制字符查表(LUT)133、一个启始寄存器134、及一个启始数字选择器136。
这个数字控制增益电路122会接收一个输入模拟信号(agcin)、并处理这个模拟信号以提供一个增益控制模拟输出(y)至这个模拟数字控制器(ADC)123。这个模拟数字控制器(ADC)123会提供一个数字取样输出(adcSampout)。这个数字取样输出(adcSampout)会提供至这个饱和检测电路17、这个移除函数模块14、及这个功率预测电路124。
这个功率预测电路124会预测数字取样输出(adcSampout)的功率、并提供这个预测结果至这个功率补偿器125。
较佳者，这个功率补偿器125会具有一个对数预测器126。利用一个对数函数将这个自动增增控制(AGC)回路线性化为dB，相较于没有对数函数的情况，可以提供较快的回路响应。这个对数预测器126的功率预测结果Pest会输入至一个加法器127，借以比较这个对数预测器126的功率预测结果Pest及一个参考功率位准Pref。这个加法器127的输出是一个误差信号(pwrErr)，借以表示功率设定误差。这个功率设定误差可以表示为：
pwrErr＝10·log10(Pref/Pest)                      等式(1)
这个加法器127的功率设定误差pwrErr会输入至第二加法器131，借以将这个功率设定误差pwrErr调整一个校正因子Pcorr。如这个饱和检测电路17的详细说明所述，这个校正因子Pcorr会取决这个饱和计数。
这个加法器131会利用下列输入以计算一个功率误差信号Perr，其包括：(1)这个功率比较器电路125的功率设定误差pwrErr；及(2)一个饱和查表(LUT)145的功率校正数值Pcorr。这个加法器131的输出是一个具有饱和位准调整的功率误差信号Perr。这个功率误差信号Perr可以表示为：
Perr＝pwrErr-Pcorr                           等式(2)
这个功率误差信号Perr的目的是补偿因接收功率预测不足(因为饱和取样)所致的增益过度预测。随后，这个功率误差信号Perr会输入至这个累加器132。
这个累加器132会累加这个功率误差信号Perr、并提供其输出accPwrErr至这个控制字符查表(LUT)133及这个启始寄存器124。
这个控制字符查表(LUT)133会提供一个增益控制字符(W)至这个数字控制增益电路122，其是对应于目前递归所决定的理想增益设定.在本发明的较佳实施例中，这个增益设定的步进大小为1dB，若整体范围为0至75dB，虽然这个步进大小仅是这个增益设定的一种例子.这个控制字符查表(LUT)133的输入是这个累加器132的累加误差信号accPwrErr.这个控制字符查表(LUT)133的输出是增益控制字符(W)，其调整这个数字控制增益电路122以达成理想增益设定.
这个累加器132的输出accPwrErr亦会提供给这个启始寄存器134。这个自动增益控制(AGC)回路13的操作需要在各个时槽的结尾储存这个累加器132的数值。这些数值会储存在这个启始寄存器134。各个时槽均会具有一个启始寄存器134。这个启始寄存器134的输出会利用一个乘法器135乘以一个因子10Δ/20(其中，Δ是一个可程序偏移因子)，借以提供第一输出(选项一)至这个启始数值选择器136。第一输入是本发明的较佳实施例，借此，先前帧的一个时槽的累加器数值(其是储存在这个启始寄存器134)便可以配合这个偏移因子Δ使用，借以计算目前时槽的启始增益。这个偏移因子的典型范围为0至-20dB，若步进大小为1dB。
这个启始数值选择器136的第二输入(选项二)是一个预定数值。这个数值的典型范围为0至-75dB，若步进大小为1dB。
这个切换电路136会在第一输入及第二输入间选择，借以提供一个启始数值至这个累加器132。经由这个选择器136的启始数值选择是利用一个增益启始化指示达成。若增益启始化为选项一，则这个启始增益便是先前帧的最终计算增益，借以用于调整这个偏移因子Δ的目前时槽。若增益启始化为选项二，则这个启始增益为一个预定数值ι，其是利用10ι/20施加于这个累加器。这个预定数值ι的典型范围为0至-75dB，虽然特定数值并无关于具体实施方式。在启始化以后，这个累加器132会由这个功率补偿器125，每个递归执行一次，接收输入。
另外，这个模拟数字转换器(ADC)123的信号(adcSampout)亦会提供给这个饱和检测电路17。这个饱和检测电路17会补偿因饱和取样所致的功率预测不足。这个饱和检测电路17具有一个正饱和比较器141、一个负饱和比较器142、一个或门143、一个饱和取样计数器144、及一个饱和查表(LUT)145。这个饱和取样计数器144会同时提供输出至这个饱和查表(LUT)145及这个移除函数模块14。
这个正饱和比较器141及这个负饱和比较器142会检测饱和取样。在这些比较器141、142中，若I取样及Q取样均同时饱和，则这些比较器141、142仅会计数为一个饱和取样，而非两个饱和取样。这个或门143的效果是无论正负饱和均会计算为一个饱和取样。这个饱和取样计数器144是计数一个给定取样区块(NSAMP)的饱和取样数目。
这个饱和查表(LUT)145会将饱和取样数目映像至功率调整，借以补偿因饱和取样所致的过度增益预测。应该注意的是，当存在饱和取样时，过度增益预测的原因是：饱和取样是未截断模拟数字转换器(ADC)位及信号的实际数值的截断或降低版本。
这个饱和检测电路17会触发取样移除，借以提供，在信号饱和的极端情况中，后续接收器处理程序的保护。这个饱和检测电路17会触发这种条件，其中，这个移除函数模块14会激活于一个给定取样区块(NSAMP+NSKIP)。这种条件会在饱和计数超过一个预定临界数值时满足。各个给定取样区块(NSAMP+NSKIP)会分别处理。当这个回路反复时，饱和机率将会显著降低。因此，实际上，这个时槽的第一取样区块以外的任何取样区块(NSAMP+NSKIP)将不太可能触发这个移除函数模块14。
虽然根据本发明较佳实施例的自动增益控制(AGC)设定是基于一个模拟数字转换器(ADC)字符大小为8个位(7个振幅位，1个符号位)假设的定点设定，应该注意的是，这个模拟数字转换器(ADC)字符大小仅是典型范例，而不是将本发明限定于特定模拟数字转换器(ADC)字符大小。
在本发明较佳实施例中，这个饱和查表(LUT)145会提供6位输出以做为这个饱和计数器144的函数。这个饱和查表(LUT)145的长度等于NSAMP。这个饱和查表(LUT)145具有一个输入(x)，其是来自这个饱和取样计数器144，及一个输出Pcorr，其是这个功率误差校正数值。
操作上，这个饱和检测电路17会接收这个模拟数字转换器(ADC)123的输出。饱和检测的激活是计数这个具有符号的8位模拟数字转换器(ADC)中、具有数值-128或+127的取样输出(adcSampout)数目。这个计数程序会实施于每个取样区块NSAMP，及，重设于这个取样区块(NSAMP+NSKIP)的各个递归。一个取样区块NSAMP的饱和取样数目(x)会用来形成这个饱和数量预测。若一个给定输入数值的I部分或Q部分为-128或+127，则这个饱和计数器143将会递增。随后，一个取样区块NSAMP结尾的计数，其是这个取样区块NSAMP内的饱和取样数目(x)的一个计数，会同时输出至这个饱和查表(LUT)145及这个移除函数模块14。
基于一个取样区块NSAMP期间的饱和取样数目(x)，这个功率误差校正数值Pcorr便可以由这个饱和查表(LUT)145输出。这个数值是饱和取样数目的预测，且，正比于饱和取样数目。
如先前所述，这个数值会由这个功率比较器区块125的输出减去。这个功率误差校正数值Pcorr是基于这个功率预测Pest的相同取样区块(NSAMP)，进而使这两个数值完全同步。由于这些功率预测最好是对数形式，因此，这个饱和查表(LUT)145的内容将可以具有较小的字符大小。
另外，这个模拟数字转换器(ADC)123的输出亦会提供至这个移除函数模块14。这个移除函数模块14具有一个先进先出内存(FIFO)151、一个移除电路152、及一个比较电路153。
这个移除函数模块14是基于这个饱和检测电路17的饱和取样数目(x)，借以进行移除数据取样的决定(亦即：将I取样及Q取样设定为零)。当饱和取样数目(x)超过一个预定临界数值，则一个给定回路重复的对应期间(NSAMP+NSKIP)的全部取样便可以移除。
这个先进先出内存(FIFO)151必须具有适当大小，因为这个取样区块NSAMP必须在做出决定前接收，且，饱和取样数目(x)必须在这个取样区块(NSAMP)期间计数。
这个移除函数模块14的输出是接收数据，除了部分取样设定为零(已经移除)以外。
图3根据本发明较佳实施例的自动增益控制(AGC)计算方法300的流程图。在先前时槽的看守期间，这个增益是加以设定(步骤302)。应该注意的是，这个增益的设定可以利用选项一或选项二。在选项一中，这个增益是储存在寄存器的增益，借以用于调整这个偏移的时槽。在选项二中，这个增益是一个定值。选项一或选项二的选择是事先决定。无论是选项一或选项二，这个启始自动增益控制(AGC)增益数值均会在这个时槽启始前设定。
在递归开始时，一个自动增益控制(AGC)功率计算程序是开始进行(步骤304).递归开始可能是一个时槽的开始或这个时槽的前个递归结束.随后，饱和检测程序是开始进行(步骤306).这个程序会跟随着Pest、Pcorr、Perr的计算，且，这些数值会施加至这个累加器，借以决定是否移除这个递归的数据符号(步骤308)。接着，一个更新的自动增益控制(AGC)增益数值会提供至这个无线控制器(步骤310)，且，这个数值会储存于这个寄存器，借以用于这个递归开始进行的时槽(步骤312)。接着，忽略期间会开始(步骤314)并随后结束(步骤316)。这个程序(步骤304至316)会持续进行N个递归，或，直到这个时槽结束(步骤318)。

Claims (2)

1.一种用以决定一接收机的一增益控制回路的一启始设定的方法，包括：
储存关于一先前时间帧的被选择时槽的该增益控制回路的一设定；
利用一校正因子调整该被储存的设定；以及
于该调整后的被储存的设定和一预定固定数值间作选择，借以提供该启始设定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该用以调整该被储存的设定的校正因子为10^/20，其特征在于，Δ为0至-20dB的一预定偏移，且该预定固定数值为10ι/20，其中ι的范围为0至-75dB。
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