DE2846207A1 - Input signal level control for digital receiver - uses closed loop feedback for setting level limit - Google Patents

Input signal level control for digital receiver - uses closed loop feedback for setting level limit

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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
    • H03G3/20Automatic control

Abstract

The proposed control optimises the level of the input analog signal to a digital receiver having an analog first stage. The control of the input level prevents saturation of the front end components and thus give linear response. One channel of a multichannel digital output is used as the level setting feedback in conjunction with a level reference signal. The normal application is to receivers with multichannel output because here no extra control channel has to be added. The system makes use of fast Fourier transform circuits, and where these do not exist in the receiver they have to be added. No ensor for actual input level is required.

Description

Anordnung zur Pegelregelung für digitale EnrpfangersystemeArrangement for level control for digital receiver systems

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Pegelregelung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to an arrangement for level control according to the preamble of the claim.

Bei digitalen Empfängersystemen wird die digitale Technik fiir Selektion, Frequenzumsetzung, Verstärkung und Demodulation verwendet. Es ist bereits eine Filterbank in Form eines digitalen transversalen Filters für Filtermultiplexbetrieb mit einer Durchlaßcharakteristik, die aus äquidistarten Bandpaßkurven mit konstanter Bandbreite besteht, bei der M - 1 hintereinander geschaltete Verzögerungsglieder gleicher Verzögerungszeiten vorgesehen sind, an deren gegenseitigen Verbindungspunkten sowie am Eingang des ersten und am Ausgang des letzten Verzögerungsgliedes Multipliziereinheiten liegen, die die ihnen zugeführten Signale mit M vorgegebenen Gewichtskoeffizienten multiplizieren und an deren Ausgängen weitere Multipliziereinheiten liegen, die für N Filterkanäle eine Multiplikation mit N M vorgegebenen trigonometrischen Eoeffizienten aus einem Festwertspeicher vornehmen, und bei der eine Slmmiereinrichtung vorgesehen ist, die die Rechenergebnisse der weiteren Multipliziereinheiten verknüpft, bekannt, bei der die Anzahl N der Filterkanäle gleich 2t, q s ganzzahlig, gewählt ist, bei der für die Durchführung der Funktion der weiteren Multipliziereinheiten der. Funktion der Festwertspeicher der trigonometrischen Koeffizienten und der Funktion der Summiereinheit die Hintereinanderschaltung eines Addierwerkes, das seine Eingangssignale in fortlaufender Reihenfolge in Bündel der Mächtigkeit F = N zusammenfaßt und sie einander zwecks Bildung von N Summen aus g Signalen (wobei ff ganzzahlig) überlagert, mit einem Bourierrechner vorgesehen ist, dessen TransformationsgröBe gleich N gewählt ist und der nach dem Algorithmus der zu 'tSchnellen Fouriertransformation" (Fast Fourier Transform,-FS) arbeitet (DE-OS 22 62 652).In digital receiver systems, digital technology is used for selection, Frequency conversion, amplification and demodulation are used. It's already a filter bank in the form of a digital transversal filter for filter multiplexing with a Pass-through characteristic made up of equidistant bandpass curves with constant bandwidth exists, in the case of the M - 1 delay elements connected in series with the same delay times are provided at their mutual connection points and at the entrance of the first and at the output of the last delay element there are multiplier units, multiply the signals fed to them by M given weight coefficients and at their outputs there are further multiplier units for N filter channels a multiplication by N M predetermined trigonometric coefficients from a Carry out read-only memory, and in which a slimming device is provided, which links the calculation results of the other multiplier units, known, where the number N of filter channels equals 2t, q s is an integer, is selected in the case of performing the function of the further multiplying units the. Function of the read-only memory of the trigonometric coefficients and the function the summing unit, the series connection of an adder, which its input signals in consecutive order in bundles of thickness F = N and summarizes them superimposed on each other to form N sums of g signals (where ff is an integer), is provided with a Bourier computer, the transformation quantity of which is chosen to be equal to N. and that according to the algorithm of the 'Fast Fourier Transform' '(Fast Fourier Transform, -FS) works (DE-OS 22 62 652).

Ein solcher Empfänger benötigt an seinem Eingang einen Ä/D-Wandler. Da der Dynamikumfang von heute möglichen Wandlern kleiner ist als die Signaldynamik, die als Verhältnis von kleinstem zu größtem Signal über 120 dB betragen kann, ist eine Pegelregelung vor dem Wandler nötig. Die Pegelregelung sorgt dafür, daß der Wandler immer voll ausgesteuert ist, ohne übersteuert zu werden.Such a receiver requires an A / D converter at its input. Since the dynamic range of converters possible today is smaller than the signal dynamics, which, as the ratio of the smallest to the largest signal, can be over 120 dB a level control before the converter is necessary. The level control ensures that the Converter is always fully controlled without being overdriven.

Diese Pegelregelung ist etwas anderes als die Regelung bei konventionellen Empfängern. Bei letzteren wird der Ausgangspegel eines Kanals konstant gehalten. Das ist in digitalen Systemen oft gar nicht nötig. Statt dessen wird hier der Eingangspegel konstant gehalten.This level control is different from the conventional control Recipients. With the latter, the output level of a channel is kept constant. This is often not necessary in digital systems. Instead, this is the input level kept constant.

Da jeder A/D-Wandler wie ein harter Begrenzer wirkt, sobald sein Zahlenbereich überschritten wird, entstehen auch schon bei geringer tbersteuerung starke nichtlineare Verzerrungen, die insbesondere in Form der Intermodulation sehr störend wirken und den nutzbaren Dynamikbereich des Wandlers sehr verkleinern.Since every A / D converter acts like a hard limiter as soon as its range of numbers is exceeded, strong non-linear values arise even with a low level of overdrive Distortions that are very annoying, especially in the form of intermodulation very reduce the usable dynamic range of the converter.

Es kommt also darauf an, solche Ubersteuerungen zu verhindern. Das Signal am Eingang ist normalerweise ein Gemisch aus vielen Schwingungen innerhalb der Bandbreite des A/D-Wandlers, da ja die Selektion und damit die Auswahl eines oder mehrerer einzelner Kanäle erst in den digitalen Filtern hinter dem Wandler erfolgt.So it is important to prevent such overmodulation. That Signal at the input is usually a mixture of many oscillations within the bandwidth of the A / D converter, since the selection and thus the selection of one or several individual channels only in the digital filters behind the converter he follows.

Die Amplitudenverteilung eines solchen Signalgemisches ist näherungsweise gaussförmig, so daß keine absolute Sicherheit vor Ubersteuerungen des A/D-Wandlers gegeben ist, selbst wenn man den Signaleffektivwert C um ein Vielfaches kleiner einstellt als die Aussteuergrenze G.The amplitude distribution of such a composite signal is approximate Gaussian, so that there is no absolute security against overloading of the A / D converter is given, even if the signal RMS value C is many times smaller sets as the control limit G.

Da mit abnehmender Aussteuerung /G die genutzte Dynamik des A/D-Wandlers bezüglich des Quantisierungsrausches abnimmt, bezüglich der Klirrprodukte infolge Begrenzung åedoch zunimmt, ist für eine bestimmte optimale Aussteuerung (# /G)opt ein Maximum an effektiver Dynamik zu erwarten.Since, with decreasing modulation / G, the dynamics used by the A / D converter with respect to the quantization noise decreases, with respect to the distortion products as a result Limitation, but increasing, is opt for a certain optimal modulation (# / G) expect a maximum of effective dynamics.

Dieser optimale Aussteuergrad hängt von der Signalstatistik ab. Wenn eine einzelne Schwingung innerhalb der Eingangsbandbreite B stark dominiert, dann ist die Amplitudenverteilung nicht mehr vom Gauss-Typ und es gilt (o /G) 1/tz2.This optimal degree of modulation depends on the signal statistics. if a single oscillation within the input bandwidth B strongly dominates, then the amplitude distribution is no longer of the Gaussian type and (o / G) 1 / tz2 applies.

opt Daher ist es besser, die Pegelregelung nicht auf ein festes fir /G-Verhältnis einzustellen, sondern sie adaptiv aus zu legen. opt It is therefore better not to set the level control to a fixed fir / G ratio, but to lay it out adaptively.

Die Aufgabe besteht daher darin, eine adaptive optimale Pegelregelung zu schaffen.The task is therefore to find an adaptive optimal level control to accomplish.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.The problem is solved according to the invention by that specified in the claim Measures resolved.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to a drawing of an exemplary embodiment explained in more detail.

Bei geringfügiger Ubersteuerung des A/D-Wandlers durch Signalspitzen entsteht ein annähernd weißes Störspektrum. Es überlagert sich dem weißen Quantisierungsrauschen des Wandlers. Beide Rauschquellen zusammen können an einer freien Steile im Spektrum beobachtet werden. Dafür bietet sich die Bandlücke Bo - B an. Bo ist die durch die Abtastrate gegebene Bandbreite des A/D-Wandlers. Man kann sie etwas größer als die Vorfilterbandbreite B machen und so die signalfreie Lücke für die Rauschmessung schaffen.If the A / D converter is slightly overdriven by signal peaks an almost white interference spectrum is created. It is superimposed on the white quantization noise of the converter. Both noise sources together can be at a free point in the spectrum to be observed. The band gap Bo - B is suitable for this. Bo is the one through that Sampling rate given bandwidth of the A / D converter. You can get them a little bigger than that Make pre-filter bandwidth B and thus the signal-free gap for the noise measurement create.

Für die Aussteuerungsregelung wird der Rauschpegel im Meßkanal als Kriterium herangezogen. Er muß im eingeschwungenen Zustand der Regelung um einen bestimmten Faktor (ca. 3 dB) über dem bekannten und festen Wert des Quantisierungsrauschens liegen.For the level control, the noise level in the measuring channel is used as Criterion used. He must in the steady state of the control around a certain factor (approx. 3 dB) above the known and fixed value of the quantization noise lie.

In der Fig. ist der Regelkreis im einzelnen dargestellt. Das Eingangssignal wird in analoger Form einem Dämpfungsglied 1 zugeführt, von dort einem Tiefpaß oder Bandpaß 2 zugeleitet und danach einem Abtasthaltekreis 3 zugeführt. Von diesem wird es auf einen Analog-Digital-Wandler 4 gegeben und dann dem digitalen System 5 zugeführt, das im vorliegenden Falle ein Vielkanalsystem ist, das also viele Nutzkanäle 6 enthält. Von dem digitalen System 5 führt ein Regelkanal 7 zu einem Pegelbildungsglied 8, in dem das Kanalsignal amplitudendemoduliert und geglättet wird. Der Regelkreis besteht ferner aus dem Subtraktionsglied 9, dem der Sollwert des Pegels zugeleitet wird. Das so verarbeitete Signal wird als Störgröße in digitaler oder analoger Form dem Dämpfungsglied 1 des Eingangsteils zugeleitet.The control loop is shown in detail in the figure. The input signal is fed in analog form to an attenuator 1, from there a low-pass filter or Bandpass filter 2 fed and then fed to a sample and hold circuit 3. From this will it is given to an analog-to-digital converter 4 and then fed to the digital system 5, which in the present case is a multi-channel system, which therefore contains many useful channels 6. A control channel 7 leads from the digital system 5 to a level formation element 8, in which the channel signal is amplitude demodulated and smoothed. The control loop also consists of the subtraction element 9, to which the setpoint value of the level is fed will. The signal processed in this way is used as a disturbance variable in digital or analog form fed to the attenuator 1 of the input part.

Bei Vielkanalsystemen ist der Regelkanal bei Verwendung der F?T (schnelle Fouriertransformation) von vornherein vorhanden. Der Mehraufwand für die Regelung ist gering. Einkanalsysteme wird man aus Kostengründen nur selten digital ausfuhren. Mehrkanalsysteme ohne Gebrauch der FFT müssen einen Sxtrakanal erhalten.In multi-channel systems, the control channel when using the F? T (fast Fourier transformation) is present from the start. The additional effort for the regulation is low. For reasons of cost, single-channel systems will only rarely be implemented digitally. Multi-channel systems without the use of the FFT must have an extra channel.

Der Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht in der automatischen Anpassung der Aussteuerung an die Signalstatistik und weiterhin darin, daß kein Sensor in Hardware für den Eingangspegel vorhanden sein muß. Die Realisierung des Sensors auf der digitalen Seite braucht keinen Hardware -Mehraufwand zu bedeuten, wenn das digitale System durch Soft- oder Firmware realisiert wird.The advantage of the method described is that it is automatic Adaptation of the modulation to the signal statistics and furthermore that no There must be a sensor in hardware for the input level. The realization of the Sensor on the digital side does not need to mean additional hardware expenditure, if the digital system is implemented by software or firmware.

Das Verfahren nach der Erfindung ist auf das beschriebene Ausführungsbeispiel nicht beschränkt, sondern ist auch noch für weitere digitale Systeme geeignet.The method according to the invention is based on the embodiment described not restricted, but is also suitable for other digital systems.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Pegelregelung für digitale Empfängersysteme mit einem ana'logen Eingangsteil, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem digitalen System und dem analogen Eingangsteil ein Regelkreis angeordnet ist.Claims: 1. Arrangement for level control for digital receiver systems with an analog input part, d a d u r c h e -k e n n n z e i c h n e t that a control loop is arranged between the digital system and the analog input section is. 2. Anordnung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Regelkreis aus einem Pegelbildungsglied zur Mittelwertbildung der Amplitude und einem Subtraktionsglied zur Einführung des Sollwertes besteht.2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the control loop consists of a level forming element for averaging the amplitude and a subtracter for introducing the setpoint. 3. Anordnung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Signal für den Regelkreis einem Kanal des digitalen Systems entnehmbar ist.3. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n nz e i c h n e t that the signal for the control loop is a channel of the digital system is removable. 4. Anordnung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Regelsignal in digitaler oder analoger Form einem Dämpfungsgli,ed im analogen Eingangsteil zuführbar ist.4. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the control signal in digital or analog form has a damping element, ed can be supplied in the analog input section.
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