DE60024196T2

DE60024196T2 - Automatische Verstärkungsregelung und Empfänger mit einer solchen Regelung

Info

Publication number: DE60024196T2
Application number: DE60024196T
Authority: DE
Inventors: Shuji 1-1-1 Abe; Katsuya 1-1-1 Kudo
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: EP1089429A3; EP1089429B1; CN1293493A; DE60024196D1; JP2001102947A; CN1133279C; JP3710658B2; US6650878B1; EP1089429A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Empfänger, der eine automatische Verstärkungssteuereinheit aufweist, und betrifft insbesondere eine automatische Verstärkungssteuereinheit zur Verwendung vorzugsweise zum Empfangen von digitalen Modulationssignalen (z.B. OFDM-Signalen, 8VSB-Signalen, 64QAM-Signalen, QPSK-Signalen), die in einem terrestrischen Rundfunk übertragen werden, einem CATV-Rundfunk, einem Satellitenrundfunk, etc.
In jüngerer Zeit ist ein digitaler Rundfunk über die Satellitenwelle, terrestrisch oder ein Kabel durchgeführt worden.
Ein Empfänger zum Demodulieren von Rundfunksignalen mit digitaler Modulation ist aufgebaut, ein empfangenes Funkfrequenzsignal (nachstehend als ein HF-Signal bezeichnet) einem Mischer über eine erste Schaltung mit variabler Verstärkung zuzuführen. In dem Mischer werden das HF-Signal und ein Lokaloszillationssignal, das in einem Lokaloszillator erzeugt wird, zusammengemischt, und somit wird ein Zwischenfrequenzsignal (nachstehend als ein ZF-Signal bezeichnet) davon ausgegeben.
Das ZF-Signal, das aus dem Mischer ausgegeben wird, wird in einem ZF-Verstärker verstärkt und dann einem A/D-Konverter über eine zweite Schaltung mit variabler Verstärkung zugeführt. Somit wird das ZF-Signal in ein digitales ZF-Signal in dem A/D-Konverter konvertiert, und danach wird das digitale ZF-Signal in einem digitalen Demodulator demoduliert.
In Allgemeinen wird die erste Schaltung mit variabler Verstärkung als eine HF-AGC-Schaltung bezeichnet, während die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung als eine ZF-AGC- Schaltung bezeichnet wird. Diese AGC-Schaltungen sind aufgebaut, in ihren Verstärkungen im Ansprechen auf die Pegel des digitalen ZF-Signals gesteuert zu werden. Somit wird das ZF-Signal, das durch die AGC-Schaltungen läuft, eingestellt, einen optimalen Pegel aufzuweisen.
Das ZF-Signal, das über den Eingangsanschluss eingegeben wird, weist normalerweise eine Leistung in einem Bereich von ungefähr 90 dB (mW) bis 10 dB (mW) pro 1 Kanal auf. Da die erste Schaltung mit variabler Verstärkung, der Mischer und der ZF-Verstärker den nicht-linearen Bereich in einem derartigen Eingangspegelbereich aufweisen, das dann, wenn das größere Signal in den benachbarten Kanal eingegeben wird, es die nicht-lineare Störung verursacht. Diese nicht-linearen Störungen verschlechtern die Empfangsqualität des gewünschten Kanals. Somit müssen diese in den ersten Schaltungen mit variabler Verstärkung, die relativ nahe an dem Eingangsanschluss platziert sind, verringert werden.
Andererseits kann, wenn ein HF-Eingangssignal eines relativ niedrigen Pegels in nur den ersten Steuereinheiten mit variabler Verstärkung, die nahe an dem Eingangsanschluss sind, verstärkungsmäßig gesteuert wird, die nicht-lineare Störung verbessert werden. Jedoch kann sie nicht ein erforderliches C/N-Verhältnis halten, so dass die Empfangsqualität verschlechtert ist. Daher müssen die Signale des geringeren Eingangspegels verstärkungsmäßig in der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung gesteuert werden, die entfernt von dem Eingangsanschluss ist, um so das erforderliche C/N-Verhältnis zu halten.
Dementsprechend aktiviert, wenn der HF-Eingangspegel in dem Empfänger niedriger als ein Übernahmepunkt (nachstehend als "TOP", Take-Over Point bezeichnet) ist, der einen Referenzpegel darstellt, dieser die zweite Schaltung mit variabler Verstärkung, und wenn der HF-Eingangspegel in dem Empfänger höher als der Referenzpegel ist, aktiviert dieser die ersten Schaltungen mit variabler Verstärkung. Somit ist es wichtig, den Referenzpegel zur Verringerung der nicht-linearen Störung optimal einzustellen, um das erforderliche C/N-Verhältnis zu halten und eine gute Empfangsqualität aufrecht zu erhalten.
Hier offenbart die japanische Patentanmeldung JP9-181832, die am 11. Juli 1997 offengelegt wurde, eine Abstimmschaltung, die eine HF-AGC-Schaltung und eine ZF-AGC-Schaltung umfasst, die in der Lage ist, AGC-Spannungen, die an einen HF-Verstärker und an ZF-Verstärker anzulegen sind, im Ansprechen auf Pegel des HF-Signals zu steuern.
Jedoch wird in herkömmlicher Weise in einem repräsentativen Empfangskanal der TOP-Wert eingestellt, der gerade noch unter der schlechtesten Bedingung, dass ein Störsignal in dem benachbarten Kanal vorhanden ist, empfangen werden kann.
Jedoch ist es gemäß der herkömmlichen Technik, da Unterschiede in einer Effizienz in der nicht-linearen Störung, der Verstärkung, und dem Rauschindex in der Hochfrequenzschaltung zwischen dem repräsentativen Kanal, der den TOP-Wert eingerichtet aufweist, und anderen Kanälen vorhanden sind, schwierig, die optimale Empfangsqualität in sämtlichen Empfangskanälen zu erhalten.
Ferner besteht ein weiterer Nachteil darin, dass, da der TOP-Wert in dem schlechtesten Zustand eingerichtet wird, eine Störung wie etwa eine Nachbarkanalstörung vorhanden ist, er das C/N-Verhältnis übermäßig verschlechtert, wenn der Störpegel niedriger ist oder keine Störung vorhanden ist.
Wie oben erwähnt besteht ein Nachteil dahingehend, dass, da der TOP-Wert in dem repräsentativen Kanal eingerichtet ist, sich die Beziehung zwischen der Verschlechterung und dem C/N-Verhältnis von dem bevorzugten Wert unterscheidet. Ferner verschlechtert, wenn der Störpegel niedrig ist, dieser das C/N übermäßig.
Es wird Bezug genommen auf das australische Patentdokument AU 736578, das einen Empfänger zum Demodulieren eines Hochfrequenz-Modulationssignals durch Abstimmen einer Station offenbart. Dieser Empfänger umfasst eine automatische Verstärkungssteuervorrichtung, die einen Mischer, eine zweite Schaltung mit variabler Verstärkung, die nach dem Mischer platziert ist, einen Verstärkungs-Controller zum Steuern der Verstärkung der ersten und zweiten Schaltungen mit variabler Verstärkung gemäß dem Pegel eines Signals, das aus der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung ausgegeben wird, und einen Empfangsqualitätsdetektor zum Erfassen der Empfangsqualität auf, die nach der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung definiert ist.
So ist die vorliegende Erfindung in Anbetracht der Probleme ausgeführt worden, die oben gezeigt sind, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen automatischen Verstärkungs-Controller und einen Empfänger bereitzustellen, der einen automatischen Verstärkungs-Controller aufweist, der die stabile und gute Empfangsqualität aufrecht erhält, ohne durch den Empfangskanal oder die elektrische Empfangswelle beeinflusst zu sein.
Diese Probleme werden gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Gemäß einem weiteren Aspekt werden diese Probleme durch einen Empfänger nach Anspruch 7 gelöst.
Insbesondere schließt eine automatische Verstärkungssteuervorrichtung zur Verwendung in einem Empfänger zum Demodulieren eines Funkfrequenzsignals eine Schaltung, die eine nicht-lineare Charakteristik gegenüber einem Funkfrequenzsignal aufweist, das dieser Schaltung als ein Eingang zugeführt wird, wenn ein Eingangspegel des Funkfrequenzsignals innerhalb eines bestimmten Bereichs ist, eine erste Schaltung mit variabler Verstärkung, die vor der Schaltung mit den nicht-linearen Charakteristika platziert ist, eine zweite Schaltung mit variabler Verstärkung, die nach der Schaltung mit den nicht-linearen Charakteristika platziert ist; einen Verstärkungs-Controller, der zum Steuern der Verstärkungen der ersten und zweiten Schaltungen mit variabler Verstärkung gemäß dem Signalpegel dient, der aus der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung ausgegeben wird, die zum Steuern dient, die Verstärkungssteuerung der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung zu aktivieren, wenn der Eingangspegel des Funkfrequenzsignals in den Empfänger niedriger als ein Referenzpegel ist, und zum Steuern dient, um die Verstärkungssteuerung der ersten Schaltung mit variabler Verstärkung zu aktivieren und auch zum Steuern dient, die Verstärkung der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung auf dem bestimmten Pegel aufrecht zu erhalten, wenn der Eingangspegel des Funkfrequenzsignals in den Empfänger höher als der Referenzpegel ist, ein. Die automatische Verstärkungssteuervorrichtung weist weiter einen Empfangsqualitätsdetektor zum Erfassen der Empfangsqualität, die nach der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung definiert ist, und eine Referenzpegeleinstelleinheit zum Einstellen des Referenzpegel auf, der gemäß der Empfangsqualität, die in dem Empfangsqualitätsdetektor erfasst wird, in dem Verstärkungs-Controller variabel ist.
Vorzugsweise wird die Empfangsqualität von Signalen zunächst durch einen Referenzpegel erfasst, der in der Referenzpegeleinstelleinheit vor-zugewiesen ist, und wird durch einen anderen Referenzpegel erneut erfasst, der von dem vor-zugewiesenen Referenzpegel in der Richtung variiert ist, dass die Empfangsqualität verbessert ist.
Ferner erfasst der Empfangsqualitätsdetektor vorzugsweise die Empfangsqualität von Signalen unter Verwendung einer Streukonstellation.
Ferner erfasst der Empfangsqualitätsdetektor vorzugsweise die Empfangsqualität von Signalen unter Verwendung eines Fehlerkorrekturverhältnisses.
Ferner erfasst der Empfangsqualitätsdetektor vorzugsweise die Empfangsqualität von Signalen unter Verwendung eines Fehlerkorrekturverhältnisses.
Ferner erfasst der Empfangsqualitätsdetektor vorzugsweise die Empfangsqualität unter Verwendung eines Fehlerverhältnisses von Signalen vor und nach der Fehlerkorrektur der Signale.
Ferner schließt die automatische Verstärkungssteuervorrichtung vorzugsweise einen Speicher zum Speichern der Werte des Empfangspegels. Ein Referenzpegel, der variiert wird, um die Empfangsqualität von Signalen optimal zu erhöhen, ist somit in der Lage, als ein Anfangswert des Referenzsignals bei einem folgenden Empfang von Signalen verwendet zu werden.
Ein Aspekt eines Empfängers zum Demodulieren einer Funkfrequenz gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine automatische Verstärkungssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben stehend erwähnt, einen Eingangsanschluss zum Empfangen eines Funkfrequenzsignals vor der ersten Schaltung mit variabler Verstärkung und einen Frequenzkonverter zum Konvertieren des Funkfrequenzsignals, das an dem Eingangsanschluss empfangen wird, in ein Zwischenfrequenzsignal ein, wobei der Konverter zwischen der ersten Schaltung mit variabler Verstärkung und der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuervorrichtung angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist dieser einen Detektor zum Erfassen der Empfangsqualität auf, und ein Referenzpegel-(d.h. TOP-)Wert zum Schalten des Betriebs zwischen der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung (ZF_AGC) und den ersten Schaltungen mit variabler Verstärkung (HF-AGC) wird so variiert, um einen optimalen Referenzpegel zu erhalten. Folglich bestimmt er gemäß der Bedingung der Funkfrequenz, die sich für jeden Empfangskanal unterscheidet, oder der Pegelbeziehung zwischen benachbarten Kanalsignalen, die Verschlechterung der Empfangsqualität, die durch die nichtlineare Störung oder die C/N-Verhältnis-Unzulänglichkeit herbeigeführt wird, um so eine optimale Empfangsbedingung zu erhalten. Der Empfangsqualitätsdetektor kann eine Streukonstellation, ein Fehlerkorrekturverhältnis oder eine Fehlerrate verwenden.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Durchschnittsfachleuten aus einem Studium der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen offensichtlich werden, die hierin eingeschlossen sind und einen Teil dieser Spezifikation bilden.
Eine vollständigere Würdigung der vorliegenden Erfindung und viele der einhergehenden Vorteile davon werden einfach erkannt werden, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das einen Empfänger zeigt, der eine Ausführungsform des automatischen Verstärkungs-Controllers gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
2A bis 2C Graphen, die die Beziehung zwischen dem HF-Eingangspegel und dem Verstärkungsunterdrückungsgrad zeigen, zum Erläutern des Betriebs eines Variierens des TOP;
3 eine Zeichnung, die eine Streu-I-Q-Konstellation zeigt, zum Erläutern einer Ausführungsform des Empfangsqualitätsdetektors;
4 eine Zeichnung zum Erläutern eines beispielhaften Aufbaus und eines Betriebs des Verstärkungs-Controllers, wie er in 1 gezeigt ist;
5 ein Blockdiagramm, das einen anderen beispielhaften Aufbau des Verstärkungs-Controllers, wie er in 1 gezeigt ist, zeigt, z.B. einen analogen Verstärkungs-Controller unter Verwendung eines Komparators als ein Verstärkungs-Controller;
6 ein Blockdiagramm, das einen Empfänger zeigt, der noch eine weitere Ausführungsform des automatischen Verstärkungs-Controllers gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
7A und 7B Blockdiagramme, die einen Empfangsqualitäts-Erfassungsbetrieb durch ein Fehlerkorrekturverhältnis zeigt, zum Erläutern einer Ausführungsform des Empfangsqualitätsdetektors; und
8A bis 8C Blockdiagramme, die den Empfangsqualitäts-Erfassungsbetrieb durch eine Fehlerrate zeigen, zum Erläutern einer Ausführungsform des Empfangsqualitätsdetektors.
Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert werden.
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Empfänger zeigt, der mit einer Ausführungsform eines automatischen Verstärkungs-Controllers gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
In 1 wird ein digitales Modulations-HF-Signal über dem Eingangsanschluss 1 eingegeben. Dann wird das Eingangssignal in den Mischer 6 über die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung und die BPFs (Bandpassfilter) 3, 5 eingegeben.
Der Satz der ersten Schaltungen 2 und 4 mit variabler Verstärkung enthält beispielsweise eine Schaltung 2 mit variabler Verstärkung vom Abschwächertyp unter Verwendung von PIN-Dioden und eine Schaltung 4 mit variabler Verstärkung vom Verstärkertyp unter Verwendung eines FET mit Dual-Gates. Der Treiber 18 wird verwendet, wenn der notwendige Strom nicht durchgeleitet wird, oder wenn der Steuerspannungsbereich eingestellt wird.
Wenn die erste Schaltung 4 mit variabler Verstärkung durch die Verstärker mit variabler Verstärkung unter Verwendung der FETs mit Dual-Gate aufgebaut ist, arbeitet die Schaltung 4 als eine Schaltung mit variabler Verstärkung und eine Schaltung, die einen nicht-linearen Bereich aufweisen. Die erste Schaltung 2 mit variabler Verstärkung ist vor der Schaltung mit dem nicht-linearen Bereich platziert.
In dem Mischer 6 werden das modulierte ZF-Signal und das Lokaloszillationssignal, das in dem Lokaloszillator 11 erzeugt wird, zusammengemischt, und somit wird ein ZF-Signal ausgegeben.
Das ZF-Signal, das aus dem Mischer 6 ausgegeben wird, wird in den A/D-Konverter 12 über die BPFs 7 und 9, dem ZF-Verstärker 8 und die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung eingegeben.
Das ZF-Signal wird in den A/D-Konverter 12 eingegeben, worin es in ein digitales Signal konvertiert wird, dann erfasst der Pegeldetektor 13 die Pegeldifferenz des digitalen Signals aus einem vor-zugewiesenen optimalen Eingangspegel des A/D-Konverters 12.
Der Pegeldetektor 13 besteht aus dem Fehlererfassungsabschnitt zum Erfassen der Differenz zwischen dem optimalen Eingangsdigitalwert und dem Digitalwert von dem A/D-Konverter 12, und einer PWM-Schaltung zum Konvertieren des Differenzwerts in das Pulsamplituden-Modulationssignal (PWM).
Die TOP-Einheit 14A, der Verstärkungs-Controller 15, die LPF 16 und 17 und der Treiber 18 steuern die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung und die zweite variable Schaltung 10, um so den Eingangspegel des A/D-Konverters 12 zu steuern, der optimale Wert zu sein.
Die Energie des HF-Signals, das über den Eingangsanschluss 1 eingegeben wird, beträgt normalerweise ungefähr 90 dB (mW) bis 10 dB (mW) pro 1 Kanal. Da die erste Schaltung 4 mit variabler Verstärkung, der Mischer 6 und der ZF-Verstärker 8 (ZF-Verstärker) den nicht-linearen Bereich in einem derartigen Eingangspegelbereich aufweisen wird, wenn das größere Signal in den benachbarten Kanal eingegeben wird, die nicht-lineare Störung herbeigeführt wird.
Wie oben beschrieben, verschlechtern diese nicht-linearen Störungen die Empfangsqualität des gewünschten Kanals. Somit müssen diese in den ersten Schaltungen 2 und 4 mit variabler Verstärkung, die relative nahe an dem Eingangsanschluss 1 sind, verringert werden.
Andererseits kann, wenn ein HF-Eingangssignal eines relativ niedrigen Pegels in nur den ersten Controllern 2 und 4 mit variabler Verstärkung Verstärkungs-gesteuert wird, die nahe an dem Eingangsanschluss 1 sind, dieses ein erforderliches C/N-Verhältnis nicht halten, so dass die Empfangsqualität verschlechtert wird. Somit müssen die Signale mit einem niedrigeren Eingangspegel in der zweiten Steuerschaltung 10 mit variabler Verstärkung, die entfernt von dem Eingangsanschluss 1 ist, verstärkungsgesteuert werden.
Dementsprechend aktiviert, wenn der HF-Eingangspegel in dem Empfänger niedriger als TOP (Standard-Eingangspegel) ist, dieser die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung, und wenn der HF-Eingangspegel in dem Empfänger höher als der Referenzpegel ist, aktiviert dieser die ersten Schaltungen 2 und 4 mit variabler Verstärkung. Somit ist es wichtig, den TOP zum Aufrechterhalten der guten Empfangsqualität optimal zu erhalten.
Der Empfänger der 1 unterscheidet sich von dem Empfänger, wie er in 9 gezeigt ist, dadurch, dass er einen Empfangsqualitätsdetektor 20 zum Erfassen der Empfangsqualität auf der Grundlage von Ausgängen aus dem Demodulator 19 aufweist. Gemäß der erfassten Empfangsqualität wird der Wert des Referenzpegels der TOP-Einheit 14A variiert, um den optimalen Referenzpegel für die Empfangsqualität zu erhalten.
In einem automatischen Verstärkungs-Controller in einem Empfänger der 1 ist die Schaltung 2 mit variabler Verstärkung vor der Schaltung mit dem nicht-linearen Bereich zwischen der Schaltung 4 zu dem ZF-Verstärker 8 definiert, und die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung ist nach der Schaltung definiert. Der ZF-Ausgang der zweiten Schaltung mit variabler Verstärkung wird der digitalen Konversion in dem A/D-Konverter 12 unterworfen, und der Pegel des digitalen konvertierten Signals wird in dem Pegeldetektor 13 erfasst (das Differenzsignal zu dem optimalen Eingangspegel in den A/D-Konverter 12 ist ein PWM-Ausgang), dann wird das Signal über den Verstärkungs-Controller 15 und den LPF 16 oder 17 geglättet. Dann wird das Signal in die Schaltung 10 mit variabler Verstärkung der Schaltung 3, 4 mit variabler Verstärkung oder die ZF_AGC als die AGC-Spannung rückgekoppelt, um so die Empfangsqualität aufrecht zu erhalten.
Zu diesem Zeitpunkt wird der ZF-Eingangspegel mit dem TOP (Referenzpegel) von der TOP-Einheit 14A in dem Verstärkungs-Controller 15 verglichen. Wenn der ZF-Eingangspegel niedriger als der TOP ist, wird die ZF_AGC durch ein Zuführen des Differenz-PWM-Ausgangs von dem Pegeldetektor 13 zu dem Steueranschluss der zweiten Schaltung 10 mit variabler Verstärkung über das LPF 17 gesteuert. Wenn der HF-Eingangspegel höher ist, wird die HF_AGC durch ein Zuführen des Differenz-PWM-Ausgangs von dem Pegeldetektor 13 zu jedem Steueranschluss der Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung über das LPF 16 und dem Treiber 18 gesteuert.
In der obigen Ausführungsform wird der TOP in zweckmäßiger Weise durch ein Schalten des TOP-Einstellwerts der TOP-Einheit 14A gemäß der Empfangsqualität eingestellt, die in dem Empfangsqualitäts-Detektor 20 erfasst wird. Das heißt, dass der TOP in der TOP-Einheit 14A gemäß der Empfangsqualität eingestellt wird, die in dem Empfangsqualitätsdetektor 20 erfasst wird.
Hier wird eine umgekehrte AGC verwendet, dahingehend, dass, je weiter die AGC-Spannung zunimmt, desto mehr die Schaltungsverstärkung zunimmt.
Als Nächstes wird der Betrieb, wie er in 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 erläutert.
Die 2A bis 2C zeigen Graphen zum Erläutern der TOP-Einstellung. Die horizontale Achse stellt den HF-Eingangspegel dar, während die vertikale Achse den Verstärkungsunterdrückungsgrad darstellt. Die gestrichelte Linie stellt den Verstärkungsunterdrückungsgrad (dB) der ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung zum Durchführen einer HF_AGC dar, während die gestrichelte Linie den Verstärkungsunterdrückungsgrad (dB) der zweiten Schaltung 10 mit variabler Verstärkung zum Durchführen einer ZF_AGC (ZF_AGC) darstellt.
2A zeigt, dass der TOP auf –70 dB (mW) in der TOP-Einheit 14A voreingestellt ist. Wenn der HF-Eingangspegel niedriger als der TOP ist, arbeiten die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung bei der maximalen Verstärkung (Verstärkungsunterdrückungsgrad von 0 dB). Und die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung unterdrückt die Verstärkung in einem Verhältnis 1:1 zu der HF-Eingangspegelzunahme, um so den Eingangspegel in den A/D-Konverter 12 konstant aufrecht zu erhalten. Wenn der HF-Eingangspegel höher als der TOP ist, hält der Verstärkungsunterdrückungsgrad der zweiten Schaltung 10 mit variabler Verstärkung den Zustand des TOP aufrecht (gezeigt durch 20 dB in 2A). Und die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung unterdrücken die Verstärkung in einer Proportion 1:1 zu der HF-Eingangspegelzunahme, um so den Eingangspegel in den A/D-Konverter 12 konstant aufrecht zu erhalten. In dem TOP-Zustand (70 dB) erfasst der Empfangsqualitätsdetektor 20 die Empfangsqualität einmal.
Als Nächstes stellt, wie in 2B gezeigt, die TOP-Einheit 14A den TOP auf –69 dB (mW) ein. In diesem Fall werden ohne ein Schalten des TOP die gleichen Pegelsteuerungen wie jene, wie sie in 2A gezeigt sind, durchgeführt. In diesem Zustand des TOP (69 dB) erfasst der Empfangsqualitätsdetektor wiederum die Empfangsqualität.
Hinsichtlich der Empfangsqualität wird, wenn der TOP –70 dB (mW) beträgt, wenn das Erfassungsergebnis der Empfangsqualität, wenn der TOP –69 dB (mW) beträgt, verbessert ist, die Empfangsqualität durch ein Schalten des TOP auf –68 dB (mW) erfasst. Jedoch wird hinsichtlich der Empfangsqualität, wenn der TOP –70 dB (mW) beträgt, wenn die Empfangsqualität schlechter wird, wenn der TOP –69 dB (mW) beträgt, die Empfangsqualität durch ein Schalten des TOP auf –71 dB (mW) erfasst. Dementsprechend stellt die TOP-Einheit 14A den optimalen TOP ein.
Wie in den 2A und 2B gezeigt, wird der TOP um 1 dB erhöht. Jedoch kann in dem Fall eines Verringerns des TOP die Genauigkeit durch ein Schalten in Detailschritten verbessert werden, oder die Zeit kann durch ein Schalten in groben Schritten verkürzt werden. Ferner kann der TOP unter zwei oder mehreren von voreingestellten relativ engen Auswahlmöglichkeiten variiert werden.
Die 3A und 3B sind Zeichnungen zum Erläutern des Betriebs des Empfangsqualitätsdetektors 20. Hier weist der Empfangsqualitätsdetektor 20 eine Funktion zum Erfassen der Streu-I-Q-Konstellation nach einer digitalen Demodulation auf.
3A zeigt die ideale Konstellation in QPSK, während 3B die Konstellation zeigt, wenn die Empfangsqualität verschlechtert ist.
Wie in 3B gezeigt, streuen, wenn die nicht-lineare Störung einen ungünstigen Einfluss auf die Empfangsqualität aufweist, oder wenn die Unzulänglichkeit des C/N-Verhältnisses auch einen ungünstigen Einfluss aufweist, die Konstellationspunkte um die idealen Punkte in einer vorgegebenen Periode, wie in 3A gezeigt. Das Streuen dieser Konstellationspunkte wird in dem Empfangsqualitätsdetektor 20 statistisch verarbeitet, um so eine Verbesserung oder Verschlechterung der Empfangsqualität zu bestimmen.
Als Nächstes wird der Aufbau und der Betrieb des Verstärkungs-Controllers 15, wie er in 1 gezeigt ist, unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert werden.
Wie in den 4A und 4B gezeigt, wird das PWM-Fehlersignal von dem optimalen Eingangspegel des A/D-Konverters 12 in einen Eingangsanschluss 151 von dem Pegeldetektor 13 eingegeben. Das PWM-Signal wird einer Schaltereinheit 152 zugeführt. Die Schaltereinheit 152 besteht aus zwei Schaltern SW1 und SW2, die zusammen durch das Schaltsignal arbeiten. Diese Schalter SW1 und SW2 weisen jeweils zwei Eingangsanschlüsse a und b und einen Ausgangsanschluss c auf. Der Ausgangsanschluss c wird elektrisch mit einem der Eingangsanschlüsse a und b durch ein Schaltsignal verbunden. Mit dem Eingangsanschluss a des Schalters SW1 ist eine DC-Spannungsquelle E1 verbunden, die die HF_AGC-Spannung anlegt, wenn die Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung die maximale Verstärkung liefern (der Verstärkungsunterdrückungsgrad 0 dB in 2). Der andere Eingangsanschluss b des Schalters SW1 und der eine Eingangsanschluss a des Schalters SW2 sind verbunden, und der Verbindung wird das PWM-Signal, das der Pegeldifferenz entspricht, von dem Eingangsanschluss 151 zugeführt. Mit dem anderen Eingangsanschluss b des Schalters SW2 ist die Gleichspannungsquelle E2 verbunden, die die ZF_AGC-Spannung in TOP (Standardpegel) anlegt. Die Gleichspannungsversorgung E2 besteht aus der variablen Gleichspannungsversorgung, die die Spannung gemäß dem TOP, der einem Eingangsanschluss 154 zugeführt wird, ändert. Ein Schaltsignalgenerator 153 gibt den HF-Eingangspegel, der auf dem HF-Signal aus dem Eingangsanschluss 1 in den Eingangsanschluss 154 herrührt, ein und gibt den TOP-Ausgang von der TOP-Einheit 14A in den anderen Eingangsanschluss 155 ein. Und er vergleicht den HF-Eingangspegel und den TOP. Wenn der HF-Eingangspegel niedriger als der TOP ist, wie in 4A gezeigt, erzeugt er das Schaltsignal zum Schalten der Schalter SW1 und SW2 gleichzeitig auf dem Eingangsanschluss a. Wenn der HF-Eingangspegel höher als der TOP ist, wie in 4B gezeigt, erzeugt er das Schaltsignal zum Schalten der Schalter SW1 und SW2 gleichzeitig auf dem Eingangsanschluss b.
In dem Aufbau, wie er in den 4A und 4B gezeigt ist, ist beispielsweise der Pegel des HF-Eingangssignal –65 dB (mW), wenn der optimale TOP-Einstellwert –69 dB (mW) ist, der auf der Grundlage der erfassten Empfangsqualität eingestellt ist, die Beziehung zwischen dem HF-Eingangspegel und dem HF-AGC- und ZF_AGC-Verstärkungsunterdrückungsgrad wird Eins sein, wie in 2C gezeigt. Da der HF-Eingangspegel niedriger als der TOP ist, werden die Ausgangsanschlüsse c der Schalter SW1 und SW2 auf den Eingangsanschluss a durch den Schaltsignalgenerator 153 geschaltet, wie in 4A gezeigt. Folglich geben die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung die Spannung als die HF_AGC-Spannung zum Anlegen der maximalen Verstärkung von der DC-Spannungsquelle E1 über das LPF 16 ein. Und die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung gibt das PWM-Signal von dem Pegelerfassungsteil 13 als die ZF_AGC-Spannung über das LPF 17 ein, um so die Verstärkungssteuerung zu aktivieren.
Überdies beträgt beispielsweise der Pegel des HF-Eingangssignals –65 dB (mW), und der optimale TOP-Einstellwert, der auf der Grundlage der erfassten Empfangsqualität eingestellt ist, wird –70 dB (mW), die Beziehung des Verstärkungsunterdrückungsgrad des HF_AGC-Signals und des ZF_AGC-Signals zu dem HF-Eingangspegel wird der Wert sein, wie er in 2A gezeigt ist. Da der HF-Eingangspegel höher als der TOP ist, werden die Schalter SW1 und SW2 in der Schaltereinheit 152 auf den Eingangsanschluss b durch das Schaltsignal von dem Schaltsignalgenerator 153 umgeschaltet, wie in 4B gezeigt. Folglich gibt die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung die Spannung zum Anlegen des Verstärkungsunterdrückungsgrad (20 dB in der Zeichnung) in dem TOP-Einstellwert (–70 dB (mW)) von der variablen Gleichspannungsversorgung E2 über das LPF 17 als die ZF AGC-Spannung ein. Die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung führen den HF_AGC-Verstärkungssteuerbetrieb durch ein Eingeben des PWM-Signals aus dem Pegeldetektor 13 als die HF_AGC-Spannung über das LPF 16 durch.
Anstelle eines Aufbauens der PWM-Schaltung in dem Pegeldetektor 14 kann die PWM-Schaltung in dem Verstärkungs-Controller 15 aufgebaut werden. Die PWM-Schaltung wird verwendet, weil sie gut mit der digitalen Schaltung in dem Pegeldetektor 13 zusammenspielt. Betreffend die Funktion des ersten LPF 16 und des zweiten LPF 17 können Welligkeiten des PWM-Pulses unterdrückt werden. So kann durch ein kurzes Einstellen der Periode des PWM-Pulses die Zeitkonstante der LPFs 16 und 16 klein eingestellt werden, um es so zu ermöglichen, gemäß dem Bedarf schnell zu steuern.
Im übrigen werden, was das Verfahren zum Durchführen der Verstärkungssteuerung betrifft, wie in den 2A und 2B gezeigt, die ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung (z.B. die HF_AGC-Einheiten) und die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung (z.B. die ZF_AGC-Einheit selektiv in dem logischen Schaltungsaufbau gesteuert, wie unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert. Jedoch kann ein analoger Verstärkungs-Controller verwendet werden, der den Komparator in dem Verstärkungs-Controller 15 verwendet, wie in 5 gezeigt.
5 zeigt die andere Ausführungsform des Verstärkungs-Controllers 15. Ein Komparator wird als der Verstärkungs-Controller 15 verwendet, wie in 1 gezeigt. Zu dieser Zeit ist die Zeitkonstante des LPF 16 gemäß der Zeitkonstante des LPF 17 groß eingestellt. Die Ausgangsspannung des LPF 17 ist in der Lage, dem Ausgangsschalten des Pegeldetektors 13 schnell zu folgen. Und die Ausgangsspannung des LPF 16 ist in der Lage, dem Ausgangsschalten des Pegeldetektors 13 schnell zu folgen.
Nachstehend wird der Betrieb, wie er in 5 gezeigt ist, erläutert werden. Die Steuerspannung (PWM-Signal), die von dem Pegeldetektor 13 erhalten wird, wird in dem LPF 17 geglättet und sie steuert die zweite Schaltung 10 mit variabler Verstärkung. Die Spannung, die in dem LPF 17 geglättet ist, wird in den einen Eingangsanschluss des Komparators 15 eingegeben. Der TOP (Standardspannung), der in der TOP-Einheit 14A eingestellt ist, wird in den anderen Eingangsanschluss des Komparators 15 eingegeben. Wie oben beschrieben, erfasst der Pegeldetektor 13 die Differenz des Ausgangspegels des A/D-Konverters 12 von dem optimalen Eingangspegel des A/D-Konverters 12 und gibt die Steuerspannung gemäß der Differenz (PWM-Signal) aus.
In dem Fall, dass der HF-Eingangspegel niedriger als der TOP-Pegel ist und die Steuerspannung (die Fehlerspannung in dem optimalen Eingangspegel) von dem Pegeldetektor 13 groß wird, und die Ausgangsspannung von dem LPF 17 höher als die Standardspannung ist, die in der TOP-Einheit 14A eingestellt ist, gibt der Komparator 15 die Spannung eines hohen Pegels aus (das heißt, die maximale Spannung des Komparators 15). Somit führt das LPF 16 den maximalen Wert der AGC-Spannung den ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung zu. Folglich wird in der Periode, in der der Ausgang des Komparators 15 ein hoher Pegel ist, der Ausgang des LPF 17 als die ZF_AGC-Spannung verwendet, wobei die Verstärkung der ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung konstant aufrecht erhalten wird, so dass der HF_AGC-Betrieb ausgeführt wird, um den Eingangspegel des A/D-Konverters 12 in der zweiten Schaltung 10 mit variabler Verstärkung aufrecht zu erhalten.
Jedoch gibt in dem Fall, dass der HF-Eingangspegel höher als der TOP-Pegel ist und die Steuerspannung (Fehlerspannung bezüglich des optimalen Eingangspegels) von dem Pegeldetektor 13 niedrig wird, und die Ausgangsspannung von dem LPF 17 niedriger als die Standardspannung ist, die in der TOP-Einheit 14A eingestellt ist, der Komparator 15 die Spannung eines niedrigen Pegels (das heißt, das Potential des Standardpotentialpunkts) aus. Somit wird durch ein Einstellen der Zeitkonstante des LPF 16 auf 1000 Mal bis 10000 Mal der Zeitkonstante des LPF 17 der Ausgang des LPF 16 (HF_AGC-Spannung) langsam verringert. Dementsprechend wird die Verstärkung der ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung langsam von der maximalen Verstärkung verringert (das heißt, der Verstärkungsunterdrückungsgrad wird langsam erhöht). Folglich wird in der Periode, in der der Ausgangskomparator 15 ein niedriger Pegel ist, der Ausgang des LPF 16 als die HF_AGC-Spannung verwendet, wobei die Verstärkung der zweiten Schaltung 10 mit variabler Verstärkung konstant aufrecht erhalten wird, so dass der HF_AGC-Betrieb ausgeführt wird, um den Eingangspegel des A/D-Konverters 12 in den ersten Schaltungen 2, 4 mit variabler Verstärkung aufrecht zu erhalten. In einem derartigen analogen Verstärkungs-Controller ist es möglich, die Steuerung wie unter Bezugnahme auf die 2A und 2B erläutert durchzuführen.
6 ist ein Blockdiagramm, das die andere Ausführungsform des Empfängers zeigt, der den automatischen Verstärkungs-Controller gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Ein Unterschied der 6 gegenüber der 1 besteht darin, dass der Empfangsqualitätsdetektor 20 die Empfangsqualität unter Verwendung der Fehlerrate vor einem Korrigieren des Fehlers, des Fehlerkorrekturverhältnisses oder der Fehlerrate nach einem Korrigieren des Fehlers in dem Fehlerkorrektor 21 erfasst.
Im Allgemeinen kann ein Viterbi-Algorithmus, ein Reed-Solomon-Code, etc. zum Korrigieren des Fehlers verwendet werden. In einem derartigen Fall kann die Empfangsqualität unter Verwendung des Fehlerkorrekturverhältnisses erfasst werden, dass entweder durch den Viterbi-Algorithmus oder den Reed-Solomon-Code erhalten wird.
Die 7A, 7B, 8A, 8B und 8C zeigen die Empfangsqualitätserfassung im Detail.
In diesen Zeichnungen umfasst der Fehlerkorrektor 21 einen Faltungsdecoder 22 unter Verwendung des Viterbi-Algorithmus, eine Entschachtelungseinheit 23 zum Entschachteln von Daten, die in einem Sender verschachtelt werden, und einen Reed-Solomon-Decoder 24.
7 zeigt die Ausführungsform, in der der Empfangsqualitätsdetektor 20 die Empfangsqualität unter Verwendung des Fehlerkorrekturverhältnisses erfasst. 7A zeigt den Aufbau der Empfangsqualitätserfassung durch das Fehlerkorrekturverhältnis in dem Faltungsdecoder 22. 7B zeigt den Aufbau der Empfangsqualitätserfassung durch das Fehlerkorrekturverhältnis in dem Reed-Solomon-Decoder 24.
Die 8A bis 8C zeigen die Ausführungsform, in der der Empfangsqualitätsdetektor 20 die Empfangsqualität unter Verwendung der Fehlerrate vor und nach einem Korrigieren der Rate erfasst. 8A zeigt den Aufbau der Empfangsqualitätserfassung durch die Fehlerrate vor einem Faltungs-Decodieren von Daten in dem Faltungsdecoder 22. 8B zeigt den Aufbau der Empfangsqualitätserfassung durch die Fehlerrate nach einem Faltungs-Decodieren von Daten in dem Faltungsdecoder 22. 8C zeigt den Aufbau der Empfangsqualitätserfassung durch die Fehlerrate vor einem Decodieren des Reed-Solomon-Codes in dem Reed-Solomon-Decoder 24.
Wie oben erwähnt, wird der optimale Wert des TOP gemäß der Empfangsbedingung variiert. Es wird einfacher Weise abgeschätzt, dass der optimale Wert des TOP nicht sehr viel variiert wird, wenn der Empfangspunkt oder der Empfangskanal fest ist. Als Nächstes werden die Ausführungsformen, die für einen derartigen Zustand verfügbar sind, nachstehend erläutert werden.
Der optimale Wert des TOP wird zur ersten Empfangszeit ausgewählt. Und der Einstellwert des TOP wird in dem Speicher in dem Empfänger gespeichert. Dann wird zu der nächsten Empfangszeit der Einstellwert des TOP, der in dem Speicher gespeichert ist, als der Anfangswert verwendet, und falls notwendig, wird der Wert variiert, um wiederum optimal zu sein. Der Speicher kann in der TOP-Einheit 14A definiert sein, wie in 1 oder 6 gezeigt.
In einem derartigen Aufbau ist es möglich, die Zeit zum Verbessern der Empfangsqualität nach der nächsten Empfangszeit zu verkürzen.
Wie in 1 gezeigt, wird die Frequenzkonversion des HF-Signals in das ZF-Signal durchgeführt, dann wird eine Quadratur-Erfassung in dem Demodulator 19 durchgeführt, um das IQ-Basisbandsignal auszugeben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Situation beschränkt und wird auf den Aufbau angewandt, bei dem die Quadraturerfassung von dem HF-Signal direkt durchgeführt wird, um das Basisbandsignal auszugeben.
Wie oben beschrieben ist es, auch wenn ein Unterschied der Funkfrequenzeffizienz für jeden Empfangskanal oder ein Unterschied der Empfangsfunkwelle wie etwa ein Pegel des benachbarten Kanals besteht, möglich, die stabile Empfangsqualität zu erhalten.
Bei dem festen Empfangen oder dem mobilen Empfangen des Bodenrundfunks unterscheidet sich die Empfangsbedingung wesentlich durch die Feldstärke, die Störung durch das Analogsignal, den Mehrfachpfad oder das Fading, aber sie ist in einem derartigen Fall erhältlich.

Claims

Automatische Verstärkungssteuervorrichtung zur Verwendung in einem Empfänger zum Demodulieren eines Funkfrequenzsignals, umfassend: eine Schaltung (4, 6; 8), die nicht-lineare Eigenschaften gegenüber einem Funkfrequenzsignal aufweist, das dieser Schaltung als ein Eingang zugeführt wird, wenn ein Eingangspegel des Funkfrequenzsignals innerhalb eines bestimmten Bereichs ist; eine erste Schaltung (2; 4) mit variabler Verstärkung, die vor der Schaltung (4; 6; 8) mit nicht-linearen Eigenschaften angeordnet ist; eine zweite Schaltung (10) mit variabler Verstärkung, die nach der Schaltung (4; 6; 8) mit nicht-linearen Eigenschaften angeordnet ist; einen Verstärkungs-Controller (15) zum Steuern der Verstärkung der ersten und zweiten Schaltungen (2, 4, 10) mit variabler Verstärkung gemäß dem Pegel eines Signals, das aus der zweiten Schaltung (10) mit variabler Verstärkung ausgegeben wird; einen Empfangsqualitätsdetektor (20) zum Erfassen der Empfangsqualität, die nach der zweiten Schaltung (10) mit variabler Verstärkung definiert ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungs-Controller (15) ausgelegt ist zum Steuern, um die Verstärkungssteuerung der zweiten Schaltung (10) mit variabler Verstärkung zu aktivieren, wenn der Eingangspegel des Funkfrequenzsignals in den Empfänger niedriger als ein Referenzpegel ist, und zum Steuern, um die Verstärkungssteuerung der ersten Schaltung (2; 4) mit variabler Verstärkung zu aktivieren und auch die Verstärkung der zweiten Schaltung (10) mit variabler Verstärkung auf einem bestimmten Pegel zu halten, wenn der Eingangspegel des Funkfrequenzsignals in den Empfänger höher als der Referenzpegel ist; die automatische Verstärkungssteuervorrichtung weiter eine Referenzpegel-Einstelleinheit (14A) zum Einstellen des Referenzpegels in dem Verstärkungs-Controller (15) umfasst, wobei der Referenzpegel gemäß der Empfangsqualität, die in dem Empfangsqualitätsdetektor (20) erfasst wird, variabel ist.
Automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Empfangsqualitätsdetektor (20) ausgelegt ist, zuerst die Empfangsqualität von Signalen durch einen Referenzpegel zu erfassen, der in der Referenzpegel-Einstelleinheit (14A) vorab zugewiesen ist, und sie wieder durch einen anderen Referenzpegel zu erfassen, der von dem vorab zugewiesenen Referenzpegel in der Richtung variiert ist, dass die Empfangsqualität verbessert ist.
Automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Empfangsqualitätsdetektor (20) ausgelegt ist, die Empfangsqualität von Signalen unter Verwendung einer Streu-Konstellation zu erfassen.
Automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Empfangsqualitätsdetektor (20) ausgelegt ist, die Empfangsqualität von Signalen unter Verwendung eines Fehlerkorrekturverhältnisses für das Signal zu erfassen.
Automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Empfangsqualitätsdetektor (20) ausgelegt ist, die Empfangsqualität von Signalen unter Verwendung eines Fehlerverhältnisses von Signalen vor oder nach einer Fehlerkorrektur der Signale zu erfassen.
Automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Speicher zum Speichern eines Referenzpegelwerts, der variiert wird, um die Empfangsqualität von Signalen optimal zu erhöhen, wobei der in dem Speicher gespeicherte Wert als ein Anfangswert bei einem folgenden Empfang von Signalen zu verwenden ist.
Empfänger zum Demodulieren eines Funkfrequenz-Modulationssignals durch ein Abstimmen einer Station, umfassend eine automatische Verstärkungssteuervorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Empfänger weiter umfasst: vor der ersten Schaltung (2; 4) mit variabler Verstärkung, einen Eingangsanschluss zum Empfangen eines Funkfrequenzsignals; zwischen der ersten Schaltung (2; 4) mit variabler Verstärkung und der zweiten Schaltung (10) mit variabler Verstärkung, einen Frequenzkonverter (6) zum Konvertieren des Funkfrequenzsignals, das an dem Eingangsanschluss empfangen wird, in ein Zwischenfrequenzsignal.