DE3540722A1

DE3540722A1 - Verfahren zur automatischen pegelregelung

Info

Publication number: DE3540722A1
Application number: DE19853540722
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr Ing Esprester
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Radio Communication Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1985-11-16
Filing date: 1985-11-16
Publication date: 1987-05-21
Anticipated expiration: 2005-11-17
Also published as: DE3540722C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Pegelregelung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim herkömmlichen Empfänger wird im allgemeinen ein Integral-Regler verwirklicht, der den Mittelwert der Pegelabweichung vom Sollwert des ZF-Pegels nach dem Ausgang am Stellglied als Regelgröße nutzt. Daher erfolgt ein verzögertes Einschwingen des geregelten ZF-Pegels bei plötzlich auftretenden Pegelsprüngen. Erreichbare Werte sind dabei ca. 10 ms für ±3 dB Pegeltoleranz und 3 kHz Bandbreite. Dies ist auch der Fall, wenn der Zeitpunkt eines möglichen Pegelsprungs bekannt ist. Die bisherige Technik benutzt die Variation der Pegelzeitkonstante in Abhängigkeit von der Pegelabweichung.

Eine ähnliche Lösung für einen zumindest teilweise digitalisierten Empfänger, in dem das zu regelnde Empfangssignal in Form einer Folge von digitalen Abtastwerten vorliegt ist beispielsweise in der DE 25 54 744 C2 beschrieben. Dort werden die digitalen Abtastwerte mit einem Regelsignal multipliziert und die Ausgangswerte der Multiplizierstufe werden durch Vergleich mit einem digitalen Bezugssignal über eine Rückkopplungsschleife zur Nachführung des Regelsignals benutzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art anzugeben, das eine wesentliche Verringerung der Einschwingzeit ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gegeben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird demgemäß das Regelsignal nicht über eine Rückkopplungsschleife, sondern direkt aus dem Eingangssignal erzeugt und das Ausgangssignal nach dem Stellglied (Multiplizierstufe) erst ausgegeben, wenn der Integrationsvorgang abgeschlossen ist. Dies führt zwar zu einer Signalverzögerung entsprechend der Integrationszeit, der Einschwingvorgang nach einem starken Pegelsprung, vor allem zu Beginn einer Sendung, wird jedoch wesentlich verkürzt, so daß das vollständige Signal auf einen zur weiteren Auswertung brauchbaren Pegel gebracht wird, der Signalanfang also nicht verloren geht. Die Erfindung ist besonders geeignet für häufig umgeschaltete Empfänger, wie Suchempfänger oder Empfänger für Frequenzsprung-Funkverbindungen. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Pegelsprung von Kanal zu Kanal in die Dynamik-Grenzen des A/D-Wandlers (Fig. 1) bleibt:

Die Erfindung ist nachfolgend an bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der für die Erfindung wesentlichen Funktionsblöcke eines digitalen Empfängers;

Fig. 2 die Signalsituation beim Empfang eines Frequenzsprungsignals.

In an sich bekannter Weise wird im digitalen Empfänger das Empfangssignal e(t) in einer Abtast- und Halteschaltung S/H abgetastet und die (komplexen) Abtastwerte in einem A/D-Wandler digitalisiert. Die nach Selektion im digitalen Filter F am Filterausgang zur Verfügung stehenden Werte sind im folgenden als Abtastwerte des Signals bezeichnet.

Zunächst werden N Abtastwerte auf den Speicher SP geschrieben. Nach Abspeicherung des N-ten Wertes ist eine Mittelwertbildung im Prozessor PR aus diesem N Abtastwerte-Amplituden abgeschlossen. Falls die Abtastwerte nicht im Bandpaßbereich gebildet wurden, sondern im äquivalenten Tiefpaßbereich, muß der Betrag berechnet werden (Betragsbildung aus Sinus- und Cosinuskanal).

Im Bandpaßbereich abgetastete Signalwerte sind bereits als Betrag vorhanden, da das Vorzeichen bei der Mittelung des Effektivwertes nicht signifikant ist: Em,6mittlerer Effektivwert des Signals N,6Zahl der (komplexen) Abtastwerte A _i,6Betrag des i-ten (komplexen) Abtastwertes

Der Regelprozeß besteht nun darin, das zwischengespeicherte Signal auf einen Effektivwert zu bringen, der nahezu dem Sollwert eines geregelten Empfänger-Ausgangssignals entspricht.

Somit wird jeder Signalabtastwert mit dem Quotienten Qm aus multipliziert und die Ausgangssignale des Multiplizierers M an den Demodulator DEM ausgegeben.

Bei Frequenzsprung-Funkverbidungen wird der Empfänger gesteuert über ein Empfängerstartsignal in kurzen Zeitabständen umgeschaltet, so daß die Einschwingzeit der Pegelregelung einen nicht vernachlässigbaren Anteil an der gesamten Übertragungszeit innerhalb des Empfangsintervalls zwischen zwei Umschaltungen darstellt.

Fig. 2 zeigt die relative zeitliche Lage eines Empfangssignals bezüglich eines Empfänger erzeugten Zeitrasters.

Der Umschaltzeitpunkt ist durch das Empfänger-Startsignal SE gegeben, das aus dem Empfangssignal des vorhergehenden Empfangs-Intervalls, beispielsweise aus der Lage von Testfolgen, die der eigentlichen Nachricht in einer Präambel vorangestellt sind, zeitlich festgelegt wird. Nach einer Einstellzeit T _E von im Beispiel 7 ms, nach der das Eintreffen des Signals erwartet wird, wird der Empfänger freigegeben, d. h. ab diesem Freigabezeitpunkt EF werden Abtastwerte gebildet. Die Abtastwerte aus den gleichlangen Zeitabschnitten T ₁, T ₂, T ₃ bilden eine erste, zweite und dritte Wertegruppe mit jeweils N komplexen Abtastwerten. Dabei kann für die Zahl N beispielsweise davon ausgegangen werden, daß sich der mittelere Effektivwert eines Signals innerhalb von rund 20 Abtastperioden mit einer ausreichenden Genauigkeit von ±2 dB bilden läßt. Die Zeitabschnitte T ₁, T ₂, T ₃ sind unter Berücksichtigung der Abtastfrequenz entsprechend zu bemessen und sollen im gezeigten Beispielsfall 3 ms lang sein (ein binären Datensignal mit ca. 3 kHz Bandbreite zugrunde gelegt).

In dem in Fig. 2A skizzierte Fall liegt das Empfangssignal optimal im Zeitraster des Empfängers, so daß der erste und der zweite mittlere Effektivwert Em 1 bzw. Em 2 annähernd gleich sind und als gute Basis für die Ableitung des Regelsignals Q gewonnen werden können.

Der Zeitpunkt, zu dem das Signal im Empfänger erscheint, ist aber im allgmeinen nicht exakt vorhersagbar, da das Startsignal SE mit einer Unsicherheit von beispielsweise ±0,5 ms behaftet ist und die Laufzeit der Übertragungsstrecke für verschiedene Frequenzkanäle und auch zeitlich um beispielsweise ±1,5 ms um eine mittlere Laufzeit schwankt. Bei dem in Fig. 2B skizzierten Fall ist angenommen, daß sich die beiden genannten Fehlerquellen mit ihren maximal zu erwartenden Betrag addieren. Der Regelprozeß beginnt mit der Bildung eines ersten mittleren Effektivwertes Em 1 während des Zeitabschnitts T ₁ und eines zweiten Mittelwerts Em 2 während T ₂. Unmittelbar nach der Bestimmung von Em 2 werden Em 1 und Em 2 verglichen. Liegt der Unterschied innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfensters von z. B. ±3 dB, so werden die zwischengespeicherten Werte der ersten Wertegruppe mit einem aus Em 1 abgeleiteten Regelsignal Q multipliziert und ausgegeben.

Ist, wie im Fall der Fig. 2B, der Unterschied der beiden Mittelwerte Em 1 und Em 2 größer als das vorgegebene Toleranzfenster, so werden die zwischengespeicherten Werte der nicht ausgegeben. Aus N weiteren Werten aus dem Zeitabschnitt T ₃ wird ein weiterer Mittelwert Em 3 gebildet und nunmehr die beiden Werte Em 2 und Em 3 verglichen. Die Abtastwerte aus dem Zeitabschnitt T ₂ bleiben zwischengespeichert. Erst wenn der Vergleich ergibt, daß Em 2≈Em 3 (Abweichung ≦ 3 dB), werden die Abtastwerte aus T ₁ und T ₂ mit einem aus Em 2 abgeleiteten Regelsignal Q multipliziert und ausgegeben. Das Regelsignal für die nach T ₂ genommenen Abtastwerte kann aus Em 3 oder dem Mittelwert aus Em 2 und Em 3 abgeleitet werden. Ergibt auch der Vergleich von Em 2 und Em 3 einen erheblichen Unterschied, so wird ein Fehlersignal generiert.

Den Abschnitten T ₂ bzw. T ₃ können direkt oder in regelmäßigen Abständen weitere, jeweils N Abtastwerte umfassende Abschnitte folgen, die zur Bildung eines neuen mittleren Effektivwertes und Ableitung eines neuen Regelsignals herangezogen werden. Der Übergang zwischen zwei ungleichen aufeinanderfolgenden Regelsignalen erfolgt nicht abrupt, sondern bevorzugterweise allmählich über mehrere Abtastwerte.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es damit möglich, den Einschwingvorgang der Pegelregelung sehr schnell abzuschalten; im gezeigten Beispielsfall liegt nach weniger als 9 ms nach Eintreffen des Signals ein innerhalb einer Pegeltoleranz von ±3 dB weiter auswertbares Signal vor.

Das Signal am Ausgang ist in der Amplitude von Anfang an unverzerrt. Die Auswertung kann den Signalanfang voll nutzen. Dies ist vor allem wichtig, wenn zu Beginn des Signals eine Präambel gesendet wird, die zur Signalerkennung, zur Bit- und Rahmensynchronisation und zur Ermittlung der Übertragungseigenschaften des Übertragungsweges dienen. Wenn die Präambel nicht auswertbar ist, geht auch der Inhalt der nachfolgenden Nachricht verloren.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Pegelregelung eines in Form digitaler Abtastwerte vorliegenden Empfangssignals, insbesondere eines binären Datensignals, durch Multiplikation der Abtastwerte mit einem digitalen Regelsignal, das aus dem Vergleich eines mittleren Effektivwertes mit einem Sollwert abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens N aufeinanderfolgende Abtastwerte zwischengespeichert werden, daß der mittlere Effektivwert (Em) aus N zwischengespeicherten Abtastwerten gebildet wird und daß die Abtastwerte verzögert nach Ableitung des Regelsignals aus dem mittleren Effektivwert der Multiplikation unterzogen und ausgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn eines Empfangsintervalls die ersten 2 N-Abtastwerte in zwei Gruppe mit je N Abtastwerten zwischengespeichert werden, daß für jede Gruppe ein mittlerer Effektivwert (Em 1 bzw. Em 2) gebildet wird und daß die beiden mittleren Effektivwerte miteinander verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Unterschied zwischen den beiden mittleren Effektivwerten ein Toleranzfenster vorgegeben ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfüllung des vorgegebenen Toleranzfensters durch die beiden mittleren Effektivwerte (Em 1, Em 2) aus dem ersten Mittelwert (Em 1) das digitale Regelsignal abgeleitet wird und die zwischengespeicherten Abtastwerte ab der ersten Gruppe mit diesem Regelsignal multipliziert und ausgegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei außerhalb des Toleranzfensters liegendem Unterschied die Abtastwerte der ersten Gruppe nicht ausgewertet und N neue Abtastwerte zwischengespeichert werden, daß aus den N neuen Abtastwerten ein dritter effektiver Mittelwert (Em 3) gebildet und mit dem zweiten Mittelwert verglichen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfüllung des Toleranzfensters durch den zweiten und den dritten Effektivwert das Regelsignal aus dem zweiten mittleren Effektivwert abgeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß fortwährend oder in regelmäßigen Abständen neue Mittelwerte gebildet und zu einem neuen Regelsignal verarbeitet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei aufeinanderfolgenden, unterschiedlichen mittleren Effektivwerten das Regelsignal allmählich verändert wird.