DE112004001247B4

DE112004001247B4 - Auswahl der Anfangsverstärkung für drahtlosen Empfänger

Info

Publication number: DE112004001247B4
Application number: DE112004001247T
Authority: DE
Inventors: Christine Irvino Lee; Chien-Meen San Jose Hwang; Yong Sunnyvale Li
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2024-07-07
Also published as: GB0602259D0; JP2007527653A; WO2005008989A1; CN1820475B; CN1820475A; KR20060073583A; US7885627B2; DE112004001247T5; TWI398139B; US20050009488A1; GB2420033B; TW200509579A; KR101138448B1; GB2420033A

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines AGC-Moduls (55) in einem drahtlosen Empfänger oder Sendeempfänger, wobei das Verfahren umfasst:
Berechnen eines optimalen ersten Verstärkungsfaktors (102); und
Ausgeben eines empfangenen drahtlosen Signals mit dem berechneten ersten Verstärkungsfaktor,
wobei der Berechnungsschritt umfasst:
Einstellen eines zweiten Verstärkungsfaktors auf einen Anfangsverstärkungswert (104) zum Überführen des empfangenen drahtlosen Signals (100) auf einen ersten Leistungswert (106) zum Zuführen des empfangenen drahtlosen Signals zu einer Eingangsschaltung (40) mit einem vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich;
Verstärken (202) des empfangenen drahtlosen Signals um den Anfangsverstärkungswert auf den ersten Leistungswert;
wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich (204) nicht übersteigt, Bestimmen des ersten Verstärkungsfaktors für das empfangene drahtlose Signal im Verhältnis zu dem Anfangsverstärkungswert und dem ersten Leistungswert (208); und
wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich übersteigt, Bestimmen des ersten Verstärkungsfaktors für das empfangene drahtlose Signal basierend darauf, dass der...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisches Verstärkungssteuerungs-(AGC) Modul eines drahtlosen Empfängers, beispielsweise eines Empfängers mit Orthogonalfrequenzaufteilungsmultiplexverhalten (OFDM) auf Basis des IEEE 802.11a Standards.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In Nahbereichsnetzwerken wurde historischer Weise ein Netzwerkkabel oder andere Medien verwendet, um Stationen in einem Netzwerk zu verbinden. Neuere drahtlose Technologien werden gegenwärtig entwickelt, um OFDM-Modulationsverfahren für drahtlose Nahbereichsnetzwerksanwendungen einschließlich drahtloser LAN's (d. h. drahtlose Infrastrukturen mit festgelegten Zugriffspunkten), mobile ad hoc-Netzwerke, etc. anzuwenden. Insbesondere spezifiziert der IEEE-Standard 802.11a, der bezeichnet ist als „drahtlose LAN-Mediumszugriffssteuerungs-(MAC) und physikalische Schicht-(PHY) Spezifikationen: physikalische Schicht mit hoher Geschwindigkeit im 5 GHz Band", eine OFDM PHY für ein drahtloses LAN mit einer Nutzlastdatenkommunikationskapazität von bis zu 54 Mbps. Der IEEE 802.11a Standard spezifiziert ein PHY-System, das zweiundfünfzig (52) Subträgerfrequenzen verwendet, die unter Anwendung einer binären oder Quadraturphasenumtastung (BPSK/QPSK), einer 16 Quadraturamplitudenmodulation (QAM) oder 64-QAM moduliert werden.
Somit spezifiziert der IEEE-Standard 802.11a eine OFDM PHY, die eine drahtlose Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung mit mehreren Techniken zur Minimierung der Datenfehler bereitstellt.
Ein besonderer Aspekt beim Einrichten einer OFDM PHY gemäß dem IEEE 802.11 in einer entsprechenden Hardwarekonfiguration ist das Bereitstellen eines kosteneffizienten, kompakten Gerätes, das in kleinere drahtlose Geräte integriert werden kann. Daher sind Implementationsprobleme typischerweise mit den Kosten, der Gerätegröße und der Gerä tekomplexität verknüpft. Insbesondere werden automatische Verstärkungssteuerungs(AGC) Algorithmen verwendet, um sicherzustellen, dass ein empfangenes drahtloses Signal so verstärkt wird, dass es den dynamischen Bereich des analog-digital (A/D) Wandlers des Empfängers entspricht. In Kommunikationssystemen werden typischerweise analoge AGC-Module verwendet, um das empfangene drahtlose Signal, das von der Empfängerantenne erfasst wird, zu steuern. Insbesondere steuert die AGC einen analogen Verstärker und bestimmt den maximalen Signalpegel des verstärkten Signals im Verhältnis zu dem Eingangsbereich des A/D-Wandlers. Wenn der Maximumswert des verstärkten Signals den Eingangsbereich des A/D-Wandlers übersteigt, reduziert das AGC-Modul die Verstärkung des analogen Verstärkers unter Anwendung eines Steuerungsrückkopplungssystems. Es werden jedoch wesentliche Verzögerungen durch die Zeitspanne hervorgerufen, die zum Messen des Signals und zum Einstellen der Verstärkung zu dem Rückkopplungssystem notwendig ist. Diese Probleme sind wesentlich im Falle eines digitalen drahtlosen Signals, das gemäß dem IEEE 802.11a übertragen wird, da das empfangene Signal einen Bereich von ungefähr -90 dBm bis -30 dBm aufweisen kann. Somit entstehen Probleme bei der Bereitstellung eines stabilen Rückkopplungssteuerungssystem für ein analoges AGC-Modul.

Aus der EP 0 371 700 A2 ist eine digitale automatische Verstärkungssteuerung bekannt.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drahtlosen Empfänger oder Sendeempfänger sowie ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben eines AGC-Moduls bereitzustellen, die eine optimale Verstärkung mit minimaler Verzögerung ermöglichen, woraus sich ein minimaler Datenverlust für das empfangene drahtlose Signal ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein drahtloser OFDM-Sender/Empfänger ein digitales automatisches Verstärkungs-Steuerungs(AGC) Modul auf. Das digitale AGC-Modul ist ausgebildet, eine Verstärkung auf einen Anfangsverstärkungswert einzustellen, um ein empfangenes drahtloses Signal auf einen ersten Leistungswert für einen analog-digital-A/D-Wandler mit einem vorgeschriebenen Eingangsbereich abzubilden. Der Anfangsverstärkungswert wird im Verhältnis zu dem vorgeschriebenen Eingangsbereich und ein vorgeschriebenes Signal-zu-Rauschen-Verhältnis festgelegt. Wenn das digitale AGC-Modul feststellt, dass der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Eingangsbereich nicht übersteigt, be rechnet das digitale AGC-Modul eine optimale Verstärkung für das empfangene drahtlose Signal im Verhältnis zu dem Anfangsverstärkungswert und dem ersten Leistungswert. Wenn der erste Leistungswert den vorgeschriebenen Eingangsbereich übersteigt, bestimmt das AGC-Modul die optimale Verstärkung auf der Grundlage, dass die Verstärkung auf einen minimalen Verstärkungswert eingestellt wird. Somit kann das AGC-Modul eine rasche Konvergenz in Richtung auf eine optimale Verstärkung liefern, um das empfangene drahtlose Signal für den A/D-Wandler zu verstärken, wodurch der drahtlose OFDM-Sender/Empfänger eine zusätzliche Zeitdauer für die Synchronisierung mit dem empfangenen drahtlosen Signal erhält.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren in einem drahtlosen Sender/Empfänger. Das Verfahren umfasst das Einstellen einer Verstärkung auf einen Anfangsverstärkungswert zum Überführen eines empfangenen drahtlosen Signals auf einen ersten Leistungswert zum Zuführen des empfangenen drahtlosen Signals zu einer Eingangsschaltung mit einem vorgeschriebenen Eingangsbereich. Das Verfahren umfasst ferner das Verstärken des empfangenen drahtlosen Signals um den Anfangsverstärkungswert auf den ersten Leistungswert. Wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Eingangsbereich nicht übersteigt, wird eine optimale Verstärkung für das empfangene drahtlose Signal relativ zu dem Anfangsverstärkungswert und dem ersten Leistungswert bestimmt. Wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Eingangsbereich übersteigt, wird die optimale Verstärkung für das empfangene drahtlose Signal auf der Grundlage bestimmt, dass die Verstärkung auf einen minimalen Verstärkungswert festgelegt wird. Das empfangene drahtlose Signal wird damit mit der optimalen Verstärkung ausgegeben.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen drahtlosen Sender/Empfänger bereit. Der drahtlose Sender/Empfänger umfasst eine Eingangsschaltung mit einem vorgeschriebenen Eingangsbereich und umfasst eine digitale Verstärkungssteuerung. Die digitale Verstärkungssteuerung ist ausgebildet, ein empfangenes drahtloses Signal auf einen optimalen Verstärkungswert für den vorgeschriebenen Eingangsbereich zu verstärken, indem (1) eine Verstärkung auf einen Anfangsverstärkungswert zum Überführen des empfangenen drahtlosen Signals auf einen ersten Leistungswert zum Zuführen des drahtlosen empfangenen Signals zu der Eingangsschaltung gesetzt wird; (2) das empfangene drahtlose Signal um den Anfangsverstärkungswert auf den ersten Leistungswert verstärkt wird; (3) wenn der erste Verstärkungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Eingangsbereich nicht übersteigt, eine optimale Verstärkung für das empfangene drahtlose Signal im Vergleich zu dem Anfangsverstärkungswert und dem ersten Leistungswert bestimmt wird; (4) wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Eingangswert übersteigt, die optimale Verstärkung für das empfangene drahtlose Signal auf der Grundlage, dass die Verstärkung auf einen minimalen Verstärkungswert festgelegt wird, bestimmt wird.

Weitere Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen zum Teil aus der Beschreibung hervor, die sich anschließt, und werden teilweise für den Fachmann offenkundig beim Ausführen des Folgenden oder können durch Anwendung der Erfindung erkannt werden. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können realisiert und erreicht werden durch die Mittel und Kombinationen, wie sie insbesondere in den angefügten Patentansprüchen dargelegt sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird auf die angefügten Zeichnungen bezug genommen, wobei Elemente mit den gleichen Bezugszeichen durchwegs gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
1 eine Ansicht ist, die ein Empfängermodul eines OFDM-Sender/Empfängers gemäß dem IEEE 802.11 Standard zeigt, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist.
2 eine Ansicht ist, die ein digitales automatisches Verstärkungssteuerungs-(AGC) Modul aus 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 eine Ansicht ist, die das Verfahren in dem AGC-Modul zum Berechnen einer optimalen Verstärkung für ein empfangenes drahtloses Signal gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die offenbarte Ausführungsform wird mit Bezug zu einem Überblick des OFDM-Sender/Empfängers gemäß IEEE 802.11 beschrieben, woran sich eine detaillierte Beschreibung des digitalen automatischen Verstärkungssteuerungs-(AGC) Moduls anschließt, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist.
ÜBERBLICK ÜBER DIE EMPFÄNGERARCHITEKTUR
1 ist eine Ansicht, die eine Architektur eines Empfängermoduls 50 eines Senders/Empfängers mit orthogonaler Frequenzaufteilungsmultiplexverhaltens (OFDM) nach dem IEEE 802.11 Standard gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Empfängermodul 50, das als eine digitale Schaltung ausgeführt ist, umfasst ein I/Q-Fehlanpassungskompensationsmodul 52, das einen erfassten drahtlosen Signalabtastungswert (in digitaler Form) von einem R/F-analogen Eingangs-(AFE) Empfänger 40 mit einem analog-digital-(AD-Wandler) empfängt. Die Verstärkung des AFE-Verstärkers 40 wird durch ein AGC-Modul 55 gesteuert. Die erfassten drahtlosen Signalabtastungen enthalten eine I-Komponente und eine Q-Komponente: diese I- und Q-Komponenten, die idealerweise orthogonal zueinander sein sollten und eine gleiche relative Verstärkung aufweisen sollten, können real eine nicht orthogonale Phasendifferenz (d. h. ungleich 90 Grad) und eine ungleiche Verstärkung aufweisen. Somit ist das I/Q-Fehlanpassungskompensationsmodul ausgebildet, die nicht übereinstimmenden I/Q-Komponenten zu korrigieren, um damit kompensierte Signalabtastungen mit übereinstimmenden bzw. angepassten I/Q-Komponenten mit orthogonaler Phasendifferenz und einer gleichen relativen Verstärkung zu erzeugen.
Das Empfängermodul 50 umfasst ferner ein Einstellmodul für den dynamischen Bereich bzw. ein Dynamikbereicheinstellmodul 54. Das Einstellmodul für den dynamischen Bereich 54 ist ausgebildet, die Verstärkung der kompensierten Signalabtastungen auf einen vorgeschriebenen dynamischen Bereich für eine optimierte Signalverarbeitung einzustellen, wodurch eingestellte Signalabtastungen gemäß dem vorgeschriebenen dynamischen Bereich ausgegeben werden.
Die Drehschaltung 56 ist ausgebildet, eine Abweichung zwischen einer lokalen Trägerfrequenz des Empfängers (d. h. des lokalen Oszillators) und der Trägerfrequenz des entfernten Senders (d. h. des entfernten Oszillators), der zum Senden des drahtlosen Signals ver wendet wird, zu kompensieren. Insbesondere ist der Grob/Fein-Frequenzversatzabschätzer 58 ausgebildet, die Differenz der Frequenz zwischen der lokalen Trägerfrequenz des Empfängers und der Trägerfrequenz des entfernten Senders abzuschätzen und diese Differenz einer Phasenschaltung 60 zuzuführen; die Phasenschaltung 60 wandelt den Differenzwert in einen komplexen Phasenwert (einschließlich der Winkelinformation) um, der der Drehschaltung 56 zugeführt wird. Somit dreht die Drehschaltung 56 die eingestellten Signalabtastungen auf der Grundlage des komplexen Phasenwertes und gibt gedrehte Signalabtastungen aus.
Der Ringpuffer 62 ist ausgebildet, die gedrehten Signalabtastungen zu puffern. Insbesondere ist zu Beginn eines Datenpakets nicht sichergestellt, dass es an der gleichen Position innerhalb der Sequenz der gedrehten Signalabtastungen liegt. Daher werden die gedrehten Signalabtastungen in dem Ringpuffer 62 so gespeichert, dass eine Datenabtastung innerhalb einer vorgeschriebenen Dauer (beispielsweise der Dauer eines Datenpakets mit Maximallänge) in dem Ringpuffer 62 angeordnet und davon ausgelesen werden kann. Wenn der Ringpuffer 62 an seine Kapazitätsgrenze gelangt, überschreibt eine neue Signalabtastung, die in dem Ringpuffer 62 zu speichern ist, die älteste gespeicherte Signalabtastung. Somit ermöglicht es der Ringpuffer 62, dass der Empfänger 50 den „Startpunkt" des Datenpakets innerhalb der Sequenz aus gedrehten Signalabtastungen einstellt.
Die schnelle Fourier-Transformations-(FFT) Schaltung 64 ist ausgebildet, diese Sequenz gedrehter Signalabtastungen im Zeitbereich in eine Reihe vorgeschriebener Frequenzpunkte im Frequenzbereich, d. h. „Töne" umzuwandeln. Gemäß der offenbarten Ausführungsform bildet die FFT-Schaltung 64 die gedrehten Signalabtastungen in einen Frequenzbereich von zweiundfünfzig (52) verfügbaren Tönen ab.
Insbesondere werden die verfügbaren zweiundfünfzig (52) Töne verwendet, um Information zu übertragen: vier (4) Töne werden als Pilottöne verwendet, und die verbleibenden achtundvierzig (48) Töne sind Datentöne, wobei jeder Ton eins bis sechs (1 bis 6) Informationsbits tragen kann. Gemäß der IEEE 802.11a/g Spezifizierung sollte das Datenpaket der physikalische Schicht eine kurze Übungssequenz, eine lange Übungssequenz, ein Signalfeld (das die Datenrate und die Länge der Nutzdaten bezeichnet, und das mit der geringsten Datenrate von 6 Mbps codiert ist) und die Nutzdatensymbole, die mit einer von 8 Datenra ten von 6 Mbps bis 54 Mbps codiert sind, enthalten. Die FFT-Schaltung 64 bestimmt die Datenrate aus dem Signalfeld und stellt die Datentöne wieder her.
Die FFT-Schaltung 64 gibt eine Gruppe aus Tondaten zu einem Puffer 66 aus, der als ein erster Pufferbereich 66a, ein zweiter Pufferbereich 66b und ein Schalter 66c gezeigt ist: die FFT-Schaltung 64 gibt alternativ die Tondatengruppen zwischen den Pufferbereichen 66a und 66b aus, wodurch der Schalter 66 es ermöglicht, eine Gruppe aus Tondaten von einem Pufferbereich (beispielsweise 66a) auszugeben, während die FFT-Schaltung 64 die nächste Gruppe aus Tondaten in den anderen Pufferbereich (beispielsweise 66b) ausgibt. Zu beachten ist, dass in einer tatsächlichen Implementierung eine Adressenlogik verwendet werden kann, um die Funktionen des Schalters 66c auszuführen.
Da gewisse Töne, die von der FFT 64 ausgegeben werden, eine Abschwächung auf Grund einer Signalabschwächung und einer Verzerrung in dem drahtlosen Übertragungskanal erfahren haben können, ist eine Anpassung bzw. Entzerrung erforderlich, um die Abschwächung zu korrigieren. Der Entzerrer 68 im Frequenzbereich ist ausgebildet, die von den Tönen erfahrene Abschwächung umzukehren, um angepasste bzw. entzerrte Töne bereitzustellen. Kanalinformationen werden von dem Kanalabschätzer 70 aus der langen Übungssequenz in dem IEEE 802.11 Vorlaufsignal gewonnen. Die Kanalinformation wird von dem Kanalabschätzer 70 verwendet, um die Kanaleigenschaften abzuschätzen. Die abgeschätzten Kanaleigenschaften werden dem Frequenzentzerrer 68 zugeführt, um eine Entzerrung jedes Tones zu ermöglichen.
Zusätzlich zu dem Grobfrequenz- und Feinfrequenzversatzabschätzer 58, der Phasenschaltung 60 und dem Kanalabschätzer 70 enthält das Empfängermodul 50 ferner ein Zeitsynchonisiermodul 72, einen Frequenzüberwachungsblock 74, einen Kanalüberwachungsblock 76 und einen Zeitkorrekturblock 78 zum Steuern der Signalaufbereitung, um sicherzustellen, dass die empfangenen Signalabtastungen korrekt decodiert werden, um damit die Datensymbole in präziser Weise wieder herzustellen.
Der Decodierbereich 80 umfasst ein digitales Unterteilungsmodul 82, einen Deintesteares (also eine „Entzahnungseinrichtung") 84 und einen Viterbi-Decodierer 86. Das digitale Unterteilungsmodul stellt bis zu 6 Bits an Symboldaten aus jedem Ton auf der Grundlage der Datenrate, die in den Signalfeld in dem Vorlaufsignal spezifiziert ist, wieder her. Die Entzahnungseinheit 84 führt die umgekehrte Operation der Senderverzahnungsschaltung aus und gruppiert die Daten zurück in die korrekte Sequenz aus nicht verzahnten Daten. Der Viterbi-Decodierer 86 ist ausgebildet, die nicht zerwürfelten Daten in decodierte Daten gemäß den IEEE 802.11 Spezifizierungen zu decodieren.
Eine inverse Verwürflerschaltung 90 ist ausgebildet, den ursprünglichen seriellen Bitstrom aus den decodierten Daten durch inveres Verwürfeln einer 127-Bit-Sequenz wieder herzustellen, die von den Verwürfler des Senders gemäß der IEEE 802.11 Spezifikation erzeugt wurde. Die inverse Verwürflerschaltung 90 verwendet eine Verwürflungsbasis, die aus dem Servicefeld des Datenpakets durch die Basisabschätzungsschaltung 92 wiedergewonnen wird, für die inverse Verwürfelungsoperation. Die Signalfeldinformation aus dem Vorlaufsignal wird ebenso in einem Signalfeldpuffer 64 gespeichert, der zum Speichern der Länge und der Datenrate der Nutzdaten in dem Datenpaket ausgebildet ist. Die Gesamtsteuerung der Komponente des Empfängers 50 wird durch die Zustandsmaschine 96 aufrecht erhalten.
Somit wird der serielle Bitstrom, der von der inversen Würflerschaltung 90 zurückgenommen wird, zu einer mit dem IEEE 802.11 kompatiblen Mediumzugriffsteuerung (MAC) ausgegeben.
AUSWAHL EINER OPTIMALEN ANFANGSVERSTÄRKUNG
2 ist eine Ansicht, die Operationen des digitalen AGC-Moduls 55 aus 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das digitale AGC-Modul 55 ist ausgebildet, die Verstärkung des empfangenen drahtlosen Signals (P_IN) 100 mittels einer optimalen Verstärkung (GAIN) 102 zu steuern, um damit den vorgeschriebenen Eingangsbereich einer Eingangsschaltung, beispielsweise des A/D-Wandlers in dem AFE 40, zu optimieren.
Wie zuvor beschrieben ist, besteht ein in konventionellen AGC-Systemen angetroffenes Problem darin, das eine relativ lange Zeit für den AGC-Algorithmus auf analoger Basis erforderlich ist, um gegen einen optimalen Wert zu konvergieren, so dass die Zeit begrenzt ist, die für einen Empfänger verfügbar ist, um sich mit dem empfangenen drahtlosen Signal zu synchronisieren.
Gemäß der offenbarten Ausführungsform wird eine Anfangsverstärkung 104 (G=G_INIT) für einen gegebenen dynamischen Bereich so berechnet, dass die empfangene drahtlose Signalabtastung 100 in einen ersten Leistungswert (P₁) 106 übergeht. Der erste Leistungswert 106 wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Anfangsverstärkung 104 das empfangene drahtlose Signal (P_IN) 100 in einen vorgeschriebenen dynamischen Bereich (d. h. Eingangsbereich) einer Eingangsschaltung, beispielsweise eines A/D-Wandlers überführt. Das digitale AGC-Modul (d. h. die digitale Verstärkungssteuerung) 55 umfasst einen Verstärker 110, den Sättigungsdetektor 112, die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 und eine Verstärkungsberechnungseinheit 116.
Gemäß der offenbarten Ausführungsform ist die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 ausgebildet, um den Verstärkungswert (G=G_INIT) so anfänglich einzustellen, dass ein empfangenes drahtloses Signal (P_IN) 100 mit einem relativ kleinen Eingangspegel auf einen ausreichenden Leistungspegel verstärkt wird, der dem Eingangsbereich der Eingangsschaltung (beispielsweise des A/D-Wandlers) entspricht. Beispielsweise kann ein empfangenes drahtloses Signal (P_IN) 100 einen relativ großen Eingangssignalbereich in der Größenordnung von -90 dBm bis -30 dBm aufweisen (zu beachten ist: 0 dBm sind als 1 Milliwatt (1 mW) an Leistung an einem Endknoten definiert), und ein A/D-Wandler als ein 10 Bit A/D mit einem Eingangsbereich von 1 Volt (äquivalent zu 13 dBm bei 50 Ohm) mit einem Quantisierungsrauschen von 1/512 (2 mV) ausgebildet sein. Es sei weiterhin angenommen, dass der Eingangsverstärker AFE 40 aus 1 eine analoge Verstärkung (G_ANALOG) liefert, die auf eine maximale Verstärkung von 35 dB festgelegt werden kann, woraus sich 95 dB maximaler Gesamtverstärkung ergeben.
Damit legt die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 die Verstärkung (G) auf einen Anfangsverstärkungswert (G=G_INIT) fest, so dass ein empfangenes drahtloses Signal (P_IN) 100 mit einem relativen kleinen Eingangspegel verstärkt werden kann, so dass es über dem Quantisierungsrauschpegel der Eingangsschaltung (beispielsweise des A/D-Wandlers) detektierbar ist und vorzugsweise über dem vierfachen (4x) des Quantisierungsrauschpegels detektierbar ist. Die interne Berechnungseinheit 116 berechnet die optimale Verstärkung (GAIN) 102 für das empfangene drahtlose Signal 100, sobald das empfangene drahtlose Signal auf den ersten Leistungswert 106 innerhalb des Eingangsbereichs der Eingangsschaltung abgebildet ist, wodurch der optimale Verstärkungswert 102 innerhalb zweier Schritte festgelegt werden kann, d. h. innerhalb zweier Ausführungszyklen der Zustandsmaschine 96.
Wenn der Sättigungsdetektor 112 erkennt, dass der erste Leistungswert 106 den vorgeschriebenen Eingangsbereich der Eingangsschaltung übersteigt, wodurch angezeigt wird, dass das empfangene drahtlose Signal 100 einen hohen Eingangspegel besitzt, setzt die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 die Verstärkung 104 auf einen minimalen Verstärkungswert zurück (beispielsweise durch Setzen und Ausgeben einer Markierung (F) 115 an die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114), so dass die interne Berechnungseinheit 116 in die Lage versetzt wird, die optimale Verstärkung 102 auf der Grundlage zu bestimmen, dass die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 die Verstärkung auf einen minimalen Verstärkungswert (G_MIN) festlegt. Anders ausgedrückt, die interne Berechnungseinheit 116 bestimmt die optimale Verstärkung 102 auf der Grundlage darauf, dass das empfangene drahtlose Signal 100 einen geringen Eingangspegel oder einen hohen Eingangspegel aufweist auf der Grundlage des Fehlens oder Vorhandenseins einer Sättigung, die von dem Sättigungsdetektor 112 erfasst wird. Folglich kann die innere Berechnungseinheit 116 Berechnungen in Gang setzen basierend darauf, dass bestimmt wird, dass die erfasste Sättigung einem Signal mit einem hohen Eingangspegel entspricht, wodurch die automatische Verstärkungssteuerung in die Lage versetzt wird, die Sollverstärkung 102 innerhalb zweier Schritte zu erreichen, d. h. innerhalb zweier Ausführungszyklen der Zustandsmaschine.
3 ist eine Ansicht, die das Verfahren zum Ausführen einer optimalen Anfangsverstärkungsauswahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 berechnet im Schritt 200 die Anfangsverstärkung so, dass der erwartete maximale Signalpegel (P_IN-MIN) für das Eingangssignal über dem Quantisierungsrauschpegel des A/D-Wandlers mit einem geeigneten Signal-zu-Rauschen-Verhältnis detektiert werden kann. Die Anfangsverstärkung beruht ferner auf der maximalen analogen Verstärkung (G_ANALOG), die von dem Eingangsabschnitt erzeugt wird, in Kombination mit dem maximalen Wert der Verstärkung 102.
Sobald die Anfangsverstärkung festgelegt ist, verstärkt der Verstärker 110 im Schritt 202 das empfangene Signal (P_IN) 100, indem die Anfangsverstärkung (G=G_INIT) hinzugefügt wird, um den ersten Leistungswert (P₁) 106 zu erhalten. Wenn im Schritt 204 der Sätti gungsdetektor 112 eine Sättigung des verstärkten Signals 106 erkennt, setzt die Anfangsverstärkungsauswahleinheit 114 im Schritt 206 die Verstärkung 104 auf den minimalen Verstärkungswert (G=G_MIN) zurück, wodurch der Verstärker 110 veranlasst wird, im Schritt 206 das neue verstärkte Signal auf der Grundlage der minimalen Verstärkung auszugeben. Die gewünschte Verstärkung 102 wird dann im Schritt 210 durch die innere Berechnungseinheit 116 berechnet, so dass das Eingangssignal 100 mit der optimalen Verstärkung zur Anpassung an den Eingangsbereich der Eingangsschaltung ausgegeben werden kann.
Wenn im Schritt 204 keine Sättigung durch den Sättigungsdetektor 112 erkannt wird, berechnet die Verstärkungsberechnungseinheit 116 die gewünschte Verstärkung auf der Grundlage des verstärkten Signals 106, das um die bestehende Anfangsverstärkung (G_INIT) verstärkt ist, die innerhalb des Eingangsbereichs der Eingangsschaltung liegt.
Somit kann eine Verstärkungsauswahl sehr rasch und präziser unter Anwendung der offenbarten Verstärkungsauswahl erreicht werden.
AGC-ALGORITHMUS UNTER ANWENDUNG EINER BINÄREN SUCHE FÜR DRAHTLOSE LAN-ANWENDUNG
Eine Variation der zuvor beschriebenen Ausführungsform beinhaltet ein Festlegen einer neuen Verstärkung durch die Anfangsverstärkungssteuerung 114 auf die Hälfte des anfänglichen maximalen Verstärkungswertes. Insbesondere kann die Anwendung eines Versuch- und Irrtum-Verfahrens zum Bestimmen einer korrekten Verstärkung, wie sie durch bestehende AGC-Algorithmen ausgeführt wird, ein mögliches Schwingen und eine lange Konvergenzzeit hervorrufen.
Um dieses Problem zu lösen, kann die Anfangsverstärkung auf den maximalen Verstärkungswert festgelegt werden. Das Durchschnittssignal wird gemessen, nachdem es um den maximalen Verstärkungswert verstärkt ist. Wenn eine Sättigung erkannt wird, wird die neue Verstärkung auf die Hälfte der früheren Verstärkung (in diesem ersten Schritt die erste der maximalen Verstärkung) festgelegt. Der Prozess wird wiederholt, bis der Signalpegel im Wesentlichen gleich oder nahe an dem Sollpegel liegt.
AGC-ALGORITHMUS DURCH GEWICHTUNG DER SIGMOID-FUNKTION
Eine weitere Variation bei der Einstellung der Verstärkung beinhaltet das Einstellen der Steigung einer Sigmoid-Funktion. Insbesondere wird die Verstärkung mit einem Gewichtswert multipliziert. Wenn eine Sättigung auftritt wird das Gewicht auf weniger als eins eingestellt. Wenn der Ausgangssignalwert zu klein wird, wird das Gewicht auf größer eins festgelegt. Obwohl diese Erfindung im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben ist, die gegenwärtig als die bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass vielmehr beabsichtigt ist, diverse Modifizierungen und äquivalente Anordnungen, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der angefügten Patentansprüche liegen, abzudecken.

1

96: Zustandsmaschine
58: Grob- und Feinfrequenzversatzabschätzer
72: Zeitsynchonisierung (Symbolgrenze C, F)
74: Frequenzüberwachung
76: Kanalüberwachung
78: Zeitkorrektur
70: Kanalabschätzer
66a, 66b: Puffer
62: Ringpuffer
56: Drehschaltung
54: dynamische Bereichseinstellung
52: I/Q-Komponente
80: Aufteilung
84: inverse Verschachtelung
92: Basisabschätzung
94: Signalfeld inverser Verwürfler

2

112: Sättigungserkennung
114: G anfänglich auf G_INIT festgelegt
116: Verstärkungsberechnung
102: Verstärkung

3

200: Berechnen der Anfangsverstärkung (G_INIT), so dass minimales Eingangssignal (P_IN-MIN) Nennwert für A/D-Wandler mit adäquatem SNR (Signal-Rausch-Verhältnis) erreicht
202: Ermitteln eines anfänglichen verstärkten Signals (P₁) durch Addieren der Anfangsverstärkung (G=G_INIT) zu dem empfangenen Signal (P_IN)
204: Sättigung des verstärkten Signals (P₁)?
206: Festlegen der Verstärkung auf Minimum (G=G_MIN), Ausgeben des neuen verstärkten Signals (P₁) auf der Grundlage der neuen Verstärkung
208: Berechnen der gewünschten Verstärkung auf der Grundlage (P₁) und einer bestehenden Verstärkung (G=G_INIT oder G=G_MIN)

Claims

Verfahren zum Betreiben eines AGC-Moduls (55) in einem drahtlosen Empfänger oder Sendeempfänger, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines optimalen ersten Verstärkungsfaktors (102); und Ausgeben eines empfangenen drahtlosen Signals mit dem berechneten ersten Verstärkungsfaktor, wobei der Berechnungsschritt umfasst: Einstellen eines zweiten Verstärkungsfaktors auf einen Anfangsverstärkungswert (104) zum Überführen des empfangenen drahtlosen Signals (100) auf einen ersten Leistungswert (106) zum Zuführen des empfangenen drahtlosen Signals zu einer Eingangsschaltung (40) mit einem vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich; Verstärken (202) des empfangenen drahtlosen Signals um den Anfangsverstärkungswert auf den ersten Leistungswert; wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich (204) nicht übersteigt, Bestimmen des ersten Verstärkungsfaktors für das empfangene drahtlose Signal im Verhältnis zu dem Anfangsverstärkungswert und dem ersten Leistungswert (208); und wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich übersteigt, Bestimmen des ersten Verstärkungsfaktors für das empfangene drahtlose Signal basierend darauf, dass der zweite Verstärkungsfaktor auf einen minimalen Verstärkungswert (206) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einstellschritt umfasst: Einstellen des Anfangsverstärkungswert auf der Grundlage eines dynamischen Bereichs des drahtlosen Empfängers oder Sendeempfängers und auf der Grundlage eines vorgeschriebenen Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses (200).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der dynamische Bereich eine maximale analoge Verstärkung, die von einem Eingangsverstärker geliefert wird, und einen maximalen Bereich für die Verstärkung umfasst.
Drahtloser Empfänger umfassend: eine Eingangsschaltung (40) mit einem vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich; und eine digitalen Verstärkungssteuerung (55), die ausgebildet ist, ein empfangenes drahtloses Signal (100) um einen optimalen ersten Verstärkungsfaktor (102) für den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich zu verstärken, indem: (1) ein zweiter Verstärkungsfaktor auf einen Anfangsverstärkungswert (104) festgelegt wird, um das empfangenenedrahtlose Signal auf einen ersten Leistungswert (106) zum Zuführen des empfangenen drahtlosen Signals zu der Eingangsschaltung überzuführen, (2) das empfangene drahtlose Signal um den Anfangsverstärkungswert auf den ersten Leistungswert verstärkt wird (202); (3) wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich nicht übersteigt, der erste Verstärkungsfaktor für das empfangene drahtlose Signal im Verhältnis zu dem Anfangsverstärkungswert und dem ersten Leistungswert (208) bestimmt wird; und (4) wenn der erste Leistungswert des empfangenen drahtlosen Signals den vorgeschriebenen Leistungseingangsbereich übersteigt, der erste Verstärkungsfak tor für das empfangene drahtlose Signal darauf, dass der zweite Verstärkungsfaktor auf einen minimalen Verstärkungswert festgelegt wird (206), bestimmt wird.
Drahtloser Empfänger nach Anspruch 4, wobei die digitale Verstärkungssteuerung ausgebildet ist, den Anfangsverstärkungswert auf der Grundlage eines dynamischen Bereichs des drahtlosen Empfängers auf der Grundlage eines vorgeschriebenen Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses festzulegen.
Drahtloser Empfänger nach Anspruch 5, der ferner einen analogen Eingangsverstärker aufweist, der ausgebildet ist, das empfangene drahtlose Signal um bis zu einer maximalen analogen Verstärkung zu verstärken und das empfangene drahtlose Signal an die digitale Verstärkungssteuerung auszugeben, wobei der dynamische Bereich die maximale analoge Verstärkung und einen maximalen Bereich für die Verstärkung umfasst.
Drahtloser Empfänger nach Anspruch 6, wobei der drahtlose Empfänger ein Empfänger mit Orthogonalfrequenzaufteilungsmultiplexverhalten (OFDM) ist, um das empfangene drahtlose Signal gemäß einem IEEE 802.11a Protokoll zu empfangen.
Drahtloser Empfänger nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Empfänger ein Sendeempfänger ist.