DE4327541A1 - Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung in einem Empfänger - Google Patents

Description

Bei konventionellen, analog arbeitenden Empfängern sind Verfah­ ren zur automatischen Verstärkungsregelung allgemein bekannt. Bei modernen Empfängern mit digitaler Signalverarbeitung, wie beispielsweise Empfängern in TDMA-Systemen, stellen sich beson­ dere Forderungen zur Verstärkungsregelung, die von den herkömm­ lichen Konzepten nicht erfüllt werden können.

In Breitband-TDMA-Systemen, wie beispielsweise dem zellularen GSM-System, haben mehrere Teilnehmer Zugang zum selben Fre­ quenzkanal, der in Zeitschlitze unterteilt ist, die den einzel­ nen Teilnehmern zugewiesen sind. Diese Zeitschlitze sind sich periodisch wiederholende Rahmen, so daß eine Nachrichtenverbin­ dung in einem Frequenzkanal zwischen zwei beteiligten Stationen periodisch unterbrochen ist von Nachrichten, die zwischen ande­ ren Stationen in anderen Zeitschlitzen desselben Frequenzkanals ausgetauscht werden. Diese anderen Nachrichten können ggf. stark unterschiedliche Feldstärken aufweisen, und diese dürfen die Verstärkungsregelung der in anderen Zeitschlitzen arbeiten­ den Empfänger nicht beeinflussen. Andererseits muß der Empfän­ ger auf Feldstärkeschwankungen des im zugewiesenen Zeitschlitz empfangenen Signals, die beispielsweise durch Mehrwegeausbrei­ tungen und Abschattungen, insbesondere im Mobilfunkbetrieb, auftreten können, ausreichend schnell ansprechen.

In TDMA-Systemen kann es passieren, daß in bestimmten Zeit­ schlitzen gar nichts gesendet wird, beispielsweise weil der Sender abgeschaltet wird, wenn keine Information zu übertagen ist, wie beispielsweise in Sprechpausen. Die Verstärkungsrege­ lung im Empfänger muß daher einerseits nur solche Zeitschlitze berücksichtigen, die dem betreffenden Empfänger zugewiesen sind, darf aber andererseits nicht auf Zeitschlitze ansprechen, in denen nichts gesendet wird, weil sonst die Verstärkung unan­ gemessen hochgeregelt würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung in einem Empfänger anzuge­ ben, das für eine digitale Verstärkungsregelung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit Vorteil auf TDMA-Systeme anwendbar, auf diese aber nicht beschränkt. Dennoch sei es unter Bezugnahme auf ein TDMA-System an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des für die Erfindung wesent­ lichen Teils eines Empfängers;

Fig. 2 ein der Fig. 1 vergleichbares Blockschaltbild für einen Empfänger, der für DTX-Betrieb geeignet ist, und

Fig. 3 ein Diagramm eines beispielhaften Kurvenverlaufs der einzustellenden Verstärkung in Abhängigkeit vom Signalempfangspegel.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die absolute Empfangs­ leistung oder der Pegel des Empfangssignals einmal pro Zeit­ schlitz unter Berücksichtigung der jeweils eingestellten Ver­ stärkung gemessen und ein den Pegel repräsentierender Wert abgespeichert. Dieses kann logarithmisch erfolgen, um eine beträchtliche Reduktion des zur Darstellung der möglichen Empfangspegel benötigten Zahlenbereiches zu erzielen. Die Empfangsleistung kann z. B. nach A/D-Wandlung berechnet werden. Ein A/D-Wandler hat in der Regel einen begrenzten Zahlenbe­ reich. Die Logarithmierung trägt diesem Rechnung und erfolgt beispielsweise mit Hilfe einer Tabelle. Der Einfluß der einge­ stellten Verstärkung kann dann einfach durch Addition des ent­ sprechenden logarithmischen Verstärkungswertes erfolgen.

Wenn man gemäß Fig. 1 den einzustellenden Verstärkungsfaktor aus den Empfangspegeln der letzten N Zeitschlitze berechnet, ergibt sich eine Mittelung, die die letzten N Empfangspegel berücksichtigt. Die Verstärkung wird entsprechend einer Kenn­ linie eingestellt, die linear sein kann, und daher im einfach­ sten Fall eine Gerade ist.

Bei sehr kleinen Empfangsleistungen kann die Aussteuerung auch kleiner gewählt werden, da die kleinste mögliche Empfangs­ leistung durch den Rauschpegel begrenzt ist und bei weiterem Absinken der Leistung ein Empfang nicht mehr möglich ist. Dies bedeutet eine Begrenzung der maximal notwendigen Verstärkung. Die minimale Verstärkung ergibt sich aus dem maximal möglichen Empfangspegel. Das Ergebnis dieser Überlegungen ist daher eine Kennlinie gemäß Fig. 3, die an ihren oberen und unteren Enden in konstante Werte übergeht.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Verstärkung für den nächsten Zeitschlitz entsprechend dem Maximalwert der in den letzten N Zeitschlitzen empfangenen Signalpegel bestimmt wird. Der Vorteil dieser Maßnahme ist, daß Signalauslöschungen in einzelnen Zeitschlitzen, beispielsweise infolge Mehrwege­ empfangs, in die Verstärkungsregelung nicht eingehen. Es muß also keine große Reserve der Dynamik für den Fall eines Lei­ stungsanstiegs nach einer Signalauslöschung bereitgestellt wer­ den. Durch die Auswertung des Maximums ergibt sich bei einem Anstieg der mittleren Empfangsleistung eine Reaktionszeit der Verstärkungsregelung von einem einzigen Zeitschlitz. Sinkt die Empfangsleistung, so ist die Reaktionszeit N Zeitschlitze.

Die optimale Aussteuerung des Empfängers sollte etwas unter der maximal möglichen Aussteuerung liegen, um die notwendige Reserve zur Verfügung zu haben.

Im einfachsten Falle kann die Erfassung der Pegel in den letz­ ten N Zeitschlitzen mit Hilfe der Schaltung nach Fig. 1 ausge­ führt werden, gemäß der die die Signalpegel repräsentierenden Werte durch ein Schieberegister geschoben werden, dessen Zellen parallel mit einer Auswerteschaltung verbunden sind, deren Aus­ gangssignal den Verstärkungsfaktor bestimmt. Diese Auswerte­ schaltung kann eine reine Mittelwertbildungsschaltung sein, oder, wie in dem zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungs­ beispiel erläutert, eine solche Schaltung, wie den Maximalpegel unter den letzten N erfaßten Pegeln ermittelt.

In Mobilfunknetzen tritt häufig der Fall auf, daß für eine kurze Zeit bei einer bestehenden Verbindung keine Nutzinforma­ tion zu übertragen ist, beispielsweise in Sprechpausen. Bei einem Telefongespräch spricht in der Regel nur einer der beiden Partner. Um Gleichkanalstörungen, d. h. Störungen auf der glei­ chen Frequenz durch weiter entfernt liegende Funkstationen, zu minimieren, ist es günstig, wenn man den Sender in solchen Sprechpausenzeiten abschaltet. Dieses nennt man DTX (Discon­ tinuous Transmission). Für den Empfänger muß jedoch in gewissen Zeitabständen eine bestimmte Kontroll- oder Steuerinformation übertragen werden, beispielsweise um im Empfänger die Synchro­ nisation aufrechtzuerhalten. Dies bedeutet, daß in bestimmten zeitlichen Abständen auch dann, wenn keine Nutzinformation zu übertragen ist, ein Signal (Steuerinformation) übertragen wer­ den muß, das die Verbindung zu dem angesprochenen Empfänger in geordneter Weise aufrechterhält. Beim GSM-System wird hierzu ein festes, dem Empfänger bekanntes Zeitraster verwendet, d. h. es gibt Zeitschlitze, die der Übertragung solcher Steuerinfor­ mation vorbehalten sind und die durch DTX nicht beeinflußt wer­ den können, d. h. in ihnen wird in jedem Falle ein Signal über­ tragen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei Betrieb des Empfängers in einem solchen System die Verstärkung des Empfängers nicht nur unter Berücksichtigung der jeweils N letzten Zeitschlitze, in denen Nutznachricht übertragen worden ist, geregelt, sondern auch unter Berücksichtigung solcher Zeitschlitze, in denen Steuerinformation der vorgenannten Art übertragen worden ist. Hierbei werden die Pegel der Steuersig­ nale erfaßt und die jeweils M letzten daraus gewonnenen Werte werden abgespeichert und bei der Einstellung des Verstärkungs­ faktors berücksichtigt. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Verstärkung des Empfängers in Zeiten, in denen nichts gesendet wird, erhöht wird. Eine Verstärkungserhöhung wird folglich nur dann durchgeführt, wenn der Pegel dieser Steuersignale entspre­ chend niedrig liegt.

Zur Ausführung dieses Verfahrens ist die als Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellte Anordnung geeignet, gemäß der der Aus­ werteschaltung nicht nur die in den Nutzsignalzeitschlitzen gewonnenen Pegelwerte zugeführt werden, sondern auch die letz­ ten M erfaßten Pegelwerte der in den besonderen Zeitschlitzen übertragenen Steuersignale. Hierfür ist ein zweites Schiebere­ gister mit M Zellen vorhanden, in das, über einen Schalter gesteuert, nur die Pegelwerte der Steuersignale eingeleitet werden. Die Schieberegisterzellen sind parallel an die Aus­ werteschaltung angeschlossen, und ihre Werte werden gemeinsam mit den aus den Nutzsignalen gewonnen Pegelwerten verarbeitet.

Claims (10)

1. Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung in einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel eines von dem Empfänger empfangenen Signals in bestimmten zeitlichen Abstän­ den unter Berücksichtigung der im Empfänger jeweils eingestell­ ten Verstärkung gemessen und ein den gemessenen Pegel repräsen­ tierender Wert abgespeichert wird, und die Verstärkung für einen bestimmten zukünftigen zeitlichen Abschnitt aus den jeweils N letzten gespeicherten Werten bestimmt wird, wobei N < 1 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung für einen bestimmten zukünftigen zeitlichen Abschnitt aus dem Maximum der jeweils N letzten gespeicherten Werte bestimmt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn­ zeichnet durch seine Anwendung in einem TDMA-System und ferner dadurch, daß der Pegel jeweils in dem Empfänger zugewiesenen Zeitschlitzen gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem in bestimmten, dem Empfänger zugewiesenen Zeitschlitzen dann kein Empfangssignal vorliegt, wenn keine Information übertragen werden muß, und bei dem in anderen, ebenfalls dem Empfänger zugeordneten Zeit­ schlitzen immer ein Signal (Steuer- oder Nutzinformation) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegel der Zeitschlitze, die immer ein Signal enthalten, unter Berücksich­ tigung der im Empfänger eingestellten Verstärkung gemessen wer­ den und jeweils ein den gemessenen Pegel repräsentierender Wert gesondert abgespeichert wird, und die Verstärkung für einen bestimmten zukünftigen Zeitschlitz aus den jeweils N letzten gespeicherten Pegelwerten aller Zeitschlitze und den jeweils M letzten gespeicherten Pegeln der Zeitschlitze, in denen immer ein Signal übertragen wird, bestimmt wird, wobei M < 1 ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aus dem Maximum der jeweils N letzten gespeicherten Pegelwerte aller dem Empfänger zugeordneten Zeitschlitze der Nutznachricht und der jeweils M letzten gespeicherten Pegel­ werte der Zeitschlitze, in denen immer ein Signal übertragen wird, bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung mit Hilfe einer vorgegebenen Kennlinie bestimmt wird, die einen Zusammenhang zwischen dem gemessenen Pegel und der einzustellenden Verstärkung repräsentiert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie linear ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie einen linearen Abschnitt aufweist, der am oberen und am unteren Ende in jeweils begrenzte, konstante Werte über­ geht.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung innerhalb eines Zeitschlitzes nicht verändert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastwerte des Empfangssignals digi­ talisiert werden und der Pegel des Empfangssignals aus den digitalen Abtastwerten bestimmt wird.