CN1992553B - 用于突发数据帧接收系统的增益控制方法 - Google Patents

Abstract

用于突发数据帧接收系统的RF和IF放大级的增益控制方法使得能够在用于评估所接收的信号强度的步骤之后将RF放大级的增益调整步骤暂时推迟到接收到帧结构码元为止，在此期间，IF放大级的增益调整步骤与RF增益调整步骤同时发生，同时根据输入信号强度而线性地保持整体增益。对应的设备包括控制元件46，其产生用于RF和IF增益放大器的控制信号。

Description

用于突发数据帧接收系统的增益控制方法

技术领域

本发明涉及一种增益控制方法和设备，其用于高速数字无线电通信系统中的突发数据帧接收系统，特别是用于在需要遥控的移动源和所述源的控制器所在的固定接收器之间的高清晰度视频(HDTV)链路。更具体地说，本发明适用于在产生视频流的摄像机和摄影棚之间的无线视频链路的情况，其中在所述摄影棚中，操作者需要定期远程干预某些摄像机参数。本发明还涉及一种用于具有天线分集的接收系统的增益控制方法和设备。 

背景技术

实现双向链路等同于以共享方式接入传输信道，以保证上行链路和下行链路接入不互相干扰。 

当今，存在三种用于实现双向链路的主要信道接入技术。它们是FDMA(频分多址)型接入、TDMA(时分多址)型接入、以及最后还有CDMA(码分多址)型接入。 

FDMA型接入很适合于我们的应用，而且在当前系统中被实现。其原理特别简单：上行链路和下行链路使用不同的频率信道。这两个传输是连续的、广播型的。因此，它们特别健壮。实际上，一旦在接收器端完成初始化阶段，自动增益控制环路和均衡器就特别稳定，因此保证了良好的接收质量。 

但是，在要发送的比特率上严重不对称的系统的环境中，为了效率高，FDMA型接入要求并行实现两个不同的通信系统，一个适合于高比特率，而另一个适合于低比特率，因此具有更窄的带宽。 

对于TDMA型接入，其原理是在上行链路和下行链路之间的同一个频率信道上共享时间。在不对称系统的情况下，有利于需要较高比特率的链路地进行时间分割。可以在被称为帧的结构中组织、或者甚至更随机地组织数据突发串在时间上的分布。在后一情况下，存在很多用于定义对信道的接入的协议。但是，它们都不能保证使用面向帧的系统获得的服务质量和效率。作为说明，可以注意到，GSM网络是突发帧系统，而WiFi型无线局域网是随 机接入系统。 

但是，对应于TDMA型接入的系统确实存在由信号的不连续导致的主要缺陷。实际上，在传统上，在每个数据突发串的开始，必须将接收器和均衡器的RF级的增益等级(level)复位。为了保证良好的系统效率，这一所谓的锁定阶段必须尽可能短。 

如图1中所示的数据突发串通常以被称为前置码(preamble)的一个或多个特殊码元开始。IEEE802.16标准还引入了中置码(midamble)的概念。中置码是被插入突发串中间的特殊码元，它像前置码一样使得能够将均衡器复位并且重新调整自动增益控制(AGC)环路。在需要传送最大数量的数据的方向上，帧包括若干连续发送的相连突发串。当正在接收数据突发串时，不重新调整RF(射频)放大器的增益。均衡器针对其脉冲响应(或多载波调制的情况下的频率响应)和其平均衰减二者而独自跟踪信道的趋势。在其中信道电平迅速改变的链路的情况下，必须频繁地重复前置码，以便使得均衡器能够保持在其操作频带中。但是，频繁重复的系统复位往往降低整体系统性能。 

在我们感兴趣的环境中，将不使均衡器复位的连续链路和接收器的调谐器级的增益的优点与在双向系统的情况下更适合的突发帧链路的优点相组合的最简单方式需要将帧划分为两个不等长度的突发串，较长者用于传送视频数据，而较短者用在其他方向上以控制所述源。因此，视频突发串仅在其开头处包括前置码，以便保证必要的初始化。然后，在突发串期间，定期调整均衡器以及IF(中频)级的增益。 

但是，这种方法不提供足够的使用灵活性。 

文档US2003/0083030描述了另一系统，其中，使用两个可变增益级来进行增益的调整。图2示出了这种系统的接收器的调谐器级的简化架构。输入信号IN被施加到可变增益RF放大器1以被放大，然后，在混合器2上将这一放大信号与在所确定的频率上的基准信号REF混合，以便获得合成中频IF信号。后者被滤波器4滤波，并且再次被线性可变增益IF放大器3放大，以形成期望的输出信号OUT。然后，这个信号被施加到本领域技术人员公知的解调器。由从输出信号(未示出)接收RSSI(接收信号强度指示)的控制电路给出对所述RF和IF放大器的控制5、6。RF放大器根据所述控制而被切换到所谓的“低增益”位置或另一所谓的“高增益”位置。这一文档没有描述将RF放大器从一个位置转换到另一位置而引起的问题。 

如根据输入信号强度表示这两个增益RF和IF的电平图的图3所示，RF级可以包括可调增益放大器，它呈现出高动态范围，但是也呈现出10-15dB量级的强不连续性，并且，可以连续调整IF增益。通过组合这两个增益控制，获得整体增益。 

但是，当调整RF增益时，信号可能在相位和幅度上受到主瞬时扰动。实际上，为了保证调整的连续性，当调整RF增益时，IF增益的调整是必要的。由于RF和IF可变增益被应用到提供高等待时间的表面声波滤波器的每一侧，因此在理论上，有可能通过在IF增益控制之前发送RF控制来避免破坏瞬态现象。实际上，不可能完全地避免对信号的瞬时扰动，并且在我们感兴趣的需要高宽动态范围的环境中，难以向后者保证在噪声和线性方面的良好特性。 

而且，这些干扰对解调器的均衡器具有有害影响，使得它丢失其同步，从而丢失其补偿传输信道的影响的能力。这最终导致在解码的信号上出现比特错误。 

发明内容

为了克服这些缺陷，本发明提出了一种用于突发数据帧接收系统的RF和IF放大级的增益控制方法，每个突发串包括被称为前置码或中置码的帧结构码元。 

在用于评估所接收的信号强度的步骤之后，增益恢复带(recovery band)使得能够暂时推迟RF放大级的增益调整步骤，直到接收到帧结构码元为止，在此期间，IF增益调整步骤与RF增益调整步骤同时发生，同时根据输入信号强度而线性地保持整体增益。 

通过组合这两个增益控制，本发明的优点是获得具有所需高动态范围的调整，同时保持良好的RF性能水平。 

而且，这种方法具有下述优点：使得有可能在均衡和AGC上改善TDMA系统的稳定性和健壮性。 

优选的是，恢复带的宽度对应于在一个帧期间的所接收的信号的强度的可能趋势。 

优选的是，在改变RF放大器的增益后，向接收系统的解调器的均衡器元件发送复位指示。 

本发明还提出了突发数据帧接收系统的放大器的RF和IF增益控制设备，每个突发串包括被称为前置码或中置码的特殊帧结构码元。这个设备包括控制元件，其产生RF和IF增益放大器控制信号，使得能够在增益恢复带中将RF放大器的增益的调整暂时推迟到接收到帧结构指示为止，其中在所述增益恢复带期间，IF增益的调整步骤与RF增益的调整步骤并行发生，同时根据输入信号强度而线性地保持整体增益。 

所述控制元件产生使得接收系统的解调器能够在修改RF增益后被复位的信号。 

所述控制元件包括延迟元件，用于根据由位于这两个RF和IF放大器之间的滤波元件引入的延迟，相对于RF增益放大器的控制而暂时推迟IF增益放大器的控制。 

所述控制元件包括可切换滤波器，用于当不需要RF增益的调整时对IF增益放大器的控制进行滤波。 

本发明还涉及一种控制具有多个天线N的突发数据帧接收系统的RF和IF放大器级的增益的方法，每个突发串包括被称为前置码和中置码的特殊帧结构码元，所述方法包括用于调整RF级和IF级的增益的步骤。在用于评估与这N个天线中的每一个相关联的N个接收子系统的每一个的接收信号强度的步骤之后，增益恢复带使得能够将用于调整每个子系统的RF放大增益的步骤暂时推迟到接收到帧结构指示为止，在此期间，对应的IF增益调整步骤与RF增益调整步骤同时发生，同时根据输入信号强度而对于每个子系统线性地保持整体增益。 

优选的是，在当前的前置码时修改接收子系统之一的单个RF增益，在随后的前置码期间进行其他接收子系统的任何其他RF增益调整。 

本发明还涉及一种具有多个天线的突发数据帧接收系统，每个突发串包括被称为前置码或中置码的特殊帧结构码元，所述系统包括与N个天线相关联的N个接收子系统、以及这N个接收子系统的RF和IF增益放大器的控制设备。所述设备包括控制元件，其产生用于RF和IF增益放大器的N个控制信号，所述控制信号使得能够在增益恢复带中将对接收子系统的RF放大器的增益的调整暂时推迟到接收到帧结构指示为止，在此期间，IF增益调整步骤与RF增益调整步骤并行发生，同时根据输入信号强度而线性地保持整体增益。 

优选的是，在改变接收子系统之一的RF增益后，所述控制元件产生使得能够将该系统的解调器复位的信号。解调器的复位发生在与该解调器的这一子系统相对应的均衡器元件上或者该解调器的组合或选择元件上。 

附图说明

通过阅读结合附图给出的以下描述，本发明的上述特征和优点以及其它内容将变得更清楚，其中： 

已经描述的图1表示突发数据帧的结构； 

已经描述的图2表示根据现有技术的这个系统的接收器的调谐器级的简化架构； 

已经描述的图3是表示根据现有技术的调谐器级的整体增益的调整原理的图； 

图4是表示根据本发明的调谐器级的整体增益的调整原理的图； 

图5是根据本发明的系统的示例实现； 

图6表示具有多天线接收的本发明的另一示例实现；以及 

图7是表示在多天线接收的情况下各种调整的操作模式的图。 

具体实施方式

为了简化本描述，将在这些后面的图中使用相同的附图标号来表示完成相同功能的元件。 

下面使用图4来描述根据本发明的调谐器级的整体增益的调整原理。 

所述级的增益的调整被划分为两个增益控制(RF和IF)，每个被提供给调谐器级。利用实线来表示IF增益。这个增益作为输入信号强度的函数而线性降低。在像在连续系统中那样接收的每个码元上，定期调整这个IF增益。 

利用虚线来表示RF增益。它在区域I、II和III中是恒定的，并且在连续的等级上改变。现在，仅在所接收的码元是前置码或中置码时才允许这个RF增益的调整。如果所述码元是数据码元，则推迟RF增益的调整，直到下一前置码或中置码为止。 

当输入信号强度增加时，作为RF和IF增益的和的整体增益线性降低，使得在输出处具有恒定强度的信号。此图示出了通过最小值P1和最大值P2定界的信号强度恢复带P的出现，其使得有可能利用两个不同的RF和IF增 益组合获得相同的整体增益。阈值P1和P2的值例如被确定为使得它们对应于在两个前置码/中置码之间的数据突发串的发送期间的输入信号强度的趋势。 

这些带可以用来在增益调整被认为有必要的时候(即在接收到数据码元的时候)和当进行这一调整时接收到前置码或中置码的时候之间延迟增益的调整。当信号强度达到恢复带P1、P2的极限值之一时，触发RF增益的调整。 

如果输入信号强度增加，则在阈值P1处，RF增益调整被认为是有必要的。RF放大器的增益从值G1到值G2的改变仅能在下一前置码/中置码时发生，以便不在瞬时扰动期间丢失数据。在RF增益调整发生之前将经过某个时间延迟，该时间延迟对应于在做出调整决定和下一前置码/中置码之间的时间。在此时间期间，输入信号强度继续在恢复带内改变，从而有可能达到接近P2的值。在数据突发串的前置码/中置码时，RF放大器的增益将因此从值G1切换到G2。因此，IF增益将被切换到接近其最大值的值。 

当输入信号强度降低时，将在信号强度达到值P2时触发增益调整过程，并且在此触发之后的前置码/中置码时施加该增益调整过程。RF放大器的增益从值G2改变为G1，而IF放大器的增益将切换为接近其最小值的值。 

因此，这个恢复带使得有可能仅仅在允许此调整时调整增益，而不干扰整体增益的线性。作为在两个前置码/中置码之间的信号强度的趋势的函数来计算这个恢复带的宽度。因此，在两个前置码/中置码之间的最大信号强度变化差对应于恢复带的宽度P2-P1。 

并行地，每个其他恢复带将具有对应的不同输入信号强度极限值和不同的增益等级G2、G3。因此，在RF增益调整被认为是有必要和被允许的时刻之间的延迟将是有可能的。 

图5是根据本发明的设备的示例实现。在此图中表示出受本发明影响的接收子系统的级。OFDM(正交频分复用)调制的接收信号被施加到调谐器级40的输入。这个信号被可变增益RF放大器41放大，然后被施加到混合器42，混合器42将该RF信号变换为中频IF信号。然后，这个信号被表面声波SAW滤波器43滤波，然后被可变增益IF放大器44在中频再次放大。这些放大器具有源于控制元件(驱动器)46的增益控制。 

从调谐器元件40获得的放大和滤波后的IF信号经由模数转换器ADC 51而被施加到解调器45以便被解调。调谐器级40的增益所需的调整水平是由 解调器45计算的。解调器的输入接口(或数字前端(DFE))级45-1使得有可能评估来自调谐器级的信号的接收强度。在所接收的每个新OFDM信号时，将这个数据发送到控制元件46。 

FFT(快速傅立叶变换)解调器级45-2用于将信号解调。 

然后，所述信号被由驱动器元件46发送的信号控制的均衡器45-3均衡化。本领域技术人员公知的数据处理(位处理)电路45-4用于发送期望的解调信号。 

对于每个新码元，输入信号强度的测量值被发送到控制元件46，其负责产生被发送到调谐器级40的RF和IF增益控制。 

存在两种可能的情况： 

-在第一种情况下，输入信号强度的测量值指示RF增益的调整是不必要的，这对应于大多数情况，因此，仅仅像在连续系统中那样在定期接收的码元时调整IF级的增益，而不考虑与所接收的码元的类型(数据或前置码)。通过滤波器48来对IF增益控制进行滤波，以便避免出现在解调器输出上的信号的强度电平上的过强的不连续。这样的电平不连续也可能干扰均衡器。因此，调谐器元件的选择器50处于“滤波器”位置上。然后，经由数模转换器(DAC)52、作为IF放大器44的控制来施加被滤波和选择的信号。 

然后，仅仅通过使用例如最小均方(LMS)算法而以本领域技术人员公知的方式更新均衡器45-3。在前置码的情况下，可以使用向均衡器提供更大的健壮性的特定参数来进行这种更新。 

-在第二种情况下，所测量的信号输入强度的值在阈值P1和阈值P2之间，因此RF增益调整是有必要的，但是后者仅在所接收的码元是前置码或中置码时才被允许。因此，帧指示被发送到控制元件46，并且使得有可能等待前置码或中置码的出现。 

在不存在前置码或中置码时，即，如果在接收到数据码元时请求所述调整，则如先前所述修改RF增益，并且将RF增益调整推迟到下一前置码/中置码为止。通过恢复带P来使得这成为可能。 

在存在前置码/中置码时，控制元件发送RF增益调整控制。并行地，增益产生器47发送IF增益调整控制。调谐器元件的选择器50切换到第二位置。可以使用延迟元件49来将IF增益调整控制暂时推迟时间T，所述时间T对应于在所述两个放大器之间插入的表面声波SAW滤波器的等待时间。因此， 最大程度地补偿了所述信号上的可能瞬时扰动。 

此外，这一双重调整可以仅在接收到前置码时进行，因此，均衡器不是被简单地更新，而是被完全复位。 

在所接收的信号强度变化很小并且位于需要修改RF增益的区域周围的情况下，有可能通过施加公知的滞后机制来限制这些修改。 

通过避免均衡器的大量无意义的复位并且使用后者以便避免在调整RF增益时在解码信号上出现比特错误，这种更新均衡器和调整RF级增益的方法使得有可能提高解调器的稳定性和健壮性，从而在所接收的信号上的误码率方面大大提高其整体性能水平。 

图6表示出在使用多个天线接收时本发明的示例实现。 

本发明也可以被扩展到使用多个天线、例如利用MRC(最大比率组合)型组合或利用选择来进行接收的情况。在图6中表示了利用三阶MRC型组合来进行接收的本发明的实现。显然，可以对2或大于3的数量的不同阶的MRC来实现它。可以看出存在三个独立的接收信道#1、#2和#3，每个信道分别包括调谐器元件T、模数转换器ADC电路、以及作为解调器141的一部分的元件：数字前端元件DFE、FFT解调元件和均衡器E。当然，用于组合不同接收信道以优化接收的MRC(最大比率组合)元件和所述数据处理电路对于不同的接收信道是公共的。信道#1、#2和#3的接口元件DFE的每一个向控制电路(驱动器)146发送设置点，所述控制电路(驱动器)146以使用图4和5描述的方式分别管理这三个调谐器的RF和IF放大器的控制，并且当实现接收信道之一的RF增益的修改时通知所涉及的均衡器或MRC元件执行复位。 

在IF和RF增益的恢复带(参见图3)中，例如，也通过在当前前置码/中置码时一次仅允许单个RF增益修改来优化系统的性能水平。其他调整发生在随后的前置码/中置码时。控制电路146也管理这些调整的连续性。 

图7是示出以下操作模式的示例的图，其中对于该操作模式，作为IF增益值的函数来给出放大器调整的顺序上的优先级。实际上，如果增益产生块(参见图5)需要修改若干RF增益，则在当前的前置码时仅仅修改它们中的一个。例如，可以作为IF增益值的函数来确定修改RF增益的顺序。首先修改与最接近其操作频带极限值的IF增益相关联的RF增益。可以设想RF增益修改优先级的其他顺序。例如，放大器的输入信号强度也可以产生优先级顺序。这个图根据数据随时间的趋势而表示出不同信道#1、#2和#3的输入信号 强度。垂直线象征性地表示在突发数据帧中的前置码/中置码的存在。信号强度极限值边界P1、P2对恢复带进行定界。在前置码4时，信道#2的信号强度的趋势使得有可能象征性地设想RF放大器的增益改变，所述信号强度在此前置码之前的数据期间已经达到阈值P1。在前置码5时，信道#1和信道#3的RF增益的改变使得有可能象征性地设想RF放大器的增益改变。因此，这些改变应当同时发生，但是信道#3的RF增益的改变被延迟，以便防止引起干扰的增益的同时改变。首先修改与最接近其操作带极限值的IF增益相关联的RF增益。信道#3的RF增益的改变将被延迟，并且将随着前置码6发生。这样，优化了系统的性能水平。 

在所涉及的信道的RF增益改变之后，此信道的均衡器被自动复位。 

一种变型需要向MRC组合块发送指示，用于其暂时忽略来源于所涉及的均衡器的数据，这可以略微简化在均衡器级处涉及的算法。 

Claims (4)

1.一种用于突发数据帧接收系统的RF和IF放大级的增益控制方法，每个突发串包括被称为前置码或中置码的特殊帧结构码元，其特征在于，所述增益控制方法包括以下步骤：

评估所接收的信号强度；

确定信号强度恢复带的所接收的信号强度的最小值(P1)和最大值(P2)，在所述信号强度恢复带中，利用两个不同的RF放大级的增益和IF放大级的增益组合获得作为RF增益和IF增益之和的放大级整体增益，使得能够将RF放大级的增益调整步骤暂时推迟到接收到特殊帧结构码元为止；以及

当所接收的信号强度增加并且达到信号强度恢复带的最小值时或者当所接收的信号强度降低并且达到信号强度恢复带的最大值时，修改下一特殊帧结构码元中的RF放大级的增益并同时调整IF放大级的增益，以便使得作为调整后的RF增益和IF增益之和的整体增益等于作为调整前的RF增益和IF增益之和的整体增益，从而整体增益作为所接收的信号强度的函数而线性降低。

2.根据权利要求1的增益控制方法，其特征在于，所述信号强度恢复带的宽度对应于在允许调整RF增益的两个特殊帧结构码元之间的信号强度的趋势。

3.一种控制突发数据帧接收系统的RF和IF增益放大器级的增益的方法，所述突发数据帧接收系统包括与N个天线相关联的N个输入信号的N个接收子系统，每个突发串包括被称为前置码或中置码的特殊帧结构码元，所述方法包括以下步骤：

确定信号强度恢复带的输入信号强度的最小值(P1)和最大值(P2)，在所述信号强度恢复带中，利用两个不同的RF增益和IF增益组合获得作为RF增益和IF增益之和的整体增益，使得能够将RF增益放大器级的增益调整步骤暂时推迟到接收到特殊帧结构码元为止；

评估所述N个接收子系统中每个接收子系统的输入信号强度；以及

当接收子系统的输入信号强度增加并且达到信号强度恢复带的最小值时或者当输入信号强度降低并且达到信号强度恢复带的最大值时，同时产生RF增益控制信号和IF增益控制信号，该RF增益控制信号用于修改下一特殊帧结构码元中的RF增益放大器级的增益，该IF增益控制信号用于调整IF增益放大器级的增益，使得作为调整后的RF增益和IF增益之和的整体增益等于作为调整前的RF增益和IF增益之和的整体增益，从而整体增益作为输入信号强度的函数而线性降低。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，如果修改了所述接收子系统之一的RF增益放大器级的增益，则在随后的特殊帧结构码元期间修改其他接收子系统的RF增益放大器级的增益。

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