DE69725048T2

DE69725048T2 - Verfahren und System zur automatischen Verstärkungsregelung beim Empfang

Info

Publication number: DE69725048T2
Application number: DE69725048T
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kawasaki-shi Kanagawa Nakano
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1997-03-15
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2017-03-16
Also published as: MX9703355A; DE69725048D1; KR100424245B1; US5784410A; EP0812064A3; JPH1084237A; CA2206751C; EP0812064A2; EP0812064B1; KR980007112A; IN191038B; CA2206751A1; CN1173077A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur automatischen Verstärkungsregelung und ein Verfahren für ein Kommunikationssystem und insbesondere einen automatischen Verstärkungsregelungskreis zur Verwendung in einem Empfänger eines Mobilkommunikationssystems.
Hintergrund der Erfindung
Mobilkommunikationssysteme sind mit ständigen Forderungen nach höherer Teilnehmerkapazität und besserem Signalempfang konfrontiert. Verbesserungen beim Signalempfang erfordern jedoch oft eine höhere Übertragungsleistung, die im Allgemeinen auf Kosten der Teilnehmerkapazität geht. Hier werden Verbesserungen beschrieben, die zur Erfüllung beider vorgenannter Forderungen beitragen.
In den letzten Jahren ist der Codemehrtachzugriff-Standard (Code Division Multiple Access, CDMA-Standard) zur Verwendung in Mobilkommunikationssystemen insbesondere in Nordamerika übernommen worden. Systeme, die nach dem CDMA-Standard gebaut werden, erfordern einen automatischen Verstärkungsregelungskreis (AGC-Stromkreis) zum Bereitstellen eines geregelten Empfangssignalpegels, um eine angemessene Umwandlung des Empfangssignals von der analogen in die digitale Form trotz großer Schwankungen des Pegels des erkannten Eingangssignals zu ermöglichen. Hier wird ein AGC-System beschrieben, das eine bessere Regelung des Empfangssignalpegels ermöglicht.
Bei einem terrestrischen Mobilkommunikationsempfänger weist das erkannte Eingangssignal an einem bestimmten Ort eine Vielzahl von Mehrwegkomponenten auf. Mehrwegkomponenten entstehen durch die Übertragung eines Signals entlang mehrerer Wege durch Reflexion, Beugung und Streuung von Funkwellen. Wenn Mehrwegkomponenten eines gesendeten Signals phasengleich sind, kommt es zu einer konstruktiven Interferenz, die zu einer Verstärkung des empfangenen Signals führt. Wenn jedoch Mehrwegkomponenten eines Signals gegenphasig sind, kommt es zu einer Auslöschung, die die Amplitude des empfangenen Signals oftmals erheblich verringert.
Wenn ein Mobilkommunikationsempfänger in einer Mehrwegübertragungsumgebung von Ort zu Ort bewegt wird, ändert sich die Intensität des elektromagnetischen Felds oftmals um eine Größenordnung oder mehr. Diese Änderung des elektromagnetischen Felds heißt Rayleigh-Fading. Das Rayleigh-Fading verursacht Änderungen der Hüllkurve der Signalamplitude und Phasenänderungen. Während Änderungen der Hüllkurve der Signalamplitude einer Rayleigh-Verteilung folgen, folgen Phasenänderungen einer homogenen Verteilung.
Bei bestehenden Mobilkommunikationssystemen, die nach dem CDMA-Standard arbeiten, ist bisher ein als Übertragungsleistungsregelung bekanntes Verfahren verwendet worden, um Schwankungen der Stärke von Signalen, die von Mobilkommunikationssendern empfangen werden, auszugleichen. Diese Schwankungen entstehen durch sich ändernde Entfernungen zur Feststation, in denen die Sender betrieben werden. Eine Beschreibung des Verfahrens der Übertragungsleistungsregelung ist im US-Patent Nr. 5.056.109 („das 109-Patent") zu finden. Das 109-Patent beschreibt ein spezielles Verfahren, das als „Übertragungsleistungsregelung mit offenem Regelkreis" bekannt ist, bei dem jede Mobilstation den Verlust der übertragenen Signalleistung von einer Feststation durch Bestimmen Stärke der empfangenen Signalstärke eines erkannten Eingangssignals ermittelt. Bei diesem System verwenden Mobilstationen die ermittelte empfangene Signalstärke, um einen Übertragungsleistungspegel so zu wählen, dass ein erwarteter Störabstand an einer Feststation an der Empfangsseite erhalten wird.
Verfahren zur Übertragungsleistungsregelung, wie sie beispielsweise in dem 109-Patent beschrieben sind, können nur den mittleren Übertragungsverlust ausgleichen, eine Erscheinung, die andere Ausgangspunkte und Wirkungen als die hat, die vom Rayleigh-Fading verursacht werden. Der mittlere Übertragungsverlust ist vor allem von der Entfernung zwischen einer Feststation und einer Mobilstation abhängig; seine Auswirkungen ändern sich zeitlich langsam. Verfahren zur Übertragungsleistungsregelung sollen oder können nicht das Rayleigh-Fading ausgleichen, eine Erscheinung, die zu abrupten starken Schwankungen des empfangenen Eingangssignalpegels führt.
Wie vorstehend dargelegt, ändern Mobilkommunikationssysteme, die eine Übertragungsleistungsregelung verwenden, die Übertragungsleistung entsprechend der ermittelten empfangenen Signalstärke, die von einem automatischen Verstärkungsregelungskreis (AGC-Stromkreis) der Mobilstation bestimmt wird. Daher beeinflussen die Reaktionsfähigkeit und Genauigkeit des automatischen Verstärkungsregelungskreises in hohem Maße die Einstellung der Übertragungsleistung und im Prinzip die Gesamtleistung des Mobilkommunikationssystems, da durch eine genauere Übertragungsregelung größere Gruppen von Teilnehmern mit einem besseren Signalempfang versorgt werden können. Da der Gesamtübertragungsverlust bei Mobilkommunikationssystemen infolge der kombinierten Wirkungen von Entfernung und Interferenz, z. B. des Rayleigh-Fadings, 80 dB oder mehr erreichen kann und plötzlichen starken Amplitudenschwankungen unterliegt, ist ein automatischer Verstärkungsregelungskreis, der unter solchen Bedingungen schnell reagiert und stabil funktioniert, unbedingt notwendig.
Die Beschreibung der herkömmlichen Beispiels-avausgleichsstromkreise und der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden am besten durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich. Daher werden diese Zeichnungen jetzt beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels eines herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreises.
2 ist ein Graph, der die Verstärkungserneuerungswerte zeigt, die für die Signalleistung bei dem in 1 gezeigten herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreis erhalten werden.
3 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels eines herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreises.
4 ist ein Graph, der die Verstärkungserneuerungswerte zeigt, die für die Signalleistung bei dem in 3 gezeigten zweiten herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreis erhalten werden.
5 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung eines automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreises, der nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist.
6 ist ein Graph, der die Verstärkungserneuerungswerte zeigt, die für die Signalleistung bei der in 5 gezeigten ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
7 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung eines automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreises, der nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist.
8 ist ein Graph, der die Verstärkungserneuerungswerte zeigt, die für die Signalleistung bei der in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
9 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung eines automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreises, der nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist.
10 ist ein Graph, der die Verstärkungserneuerungswerte zeigt, die für die Signalleistung bei der in 9 gezeigten dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
11 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung eines automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreises, der nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist.
12 ist ein Graph, der die Verstärkungserneuerungswerte zeigt, die für die Signalleistung bei der in 11 gezeigten vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Nachstehend wird ein automatischer Verstärkungsregelungskreis eines herkömmlichen Empfängersystems unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. In 1 wird ein Zwischenfrequenzverstärker 2 zum Verstärken eines erkannten Zwischenfrequenzsignals 1 verwendet. Mit Zwischenfrequenz-/Basisband-Umwandlungsmitteln 3 wird das verstärkte Zwischenfrequenzsignal zum Basisband abwärtsgewandelt. Ein Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 4 wandelt dann das Basisbandsignal in ein digitales Signal 5 um. Das digitale Signal 5 wird vom automatischen Verstärkungsregelungskreis an eine digitale Demodulationsschaltung (nicht dargestellt) und an Leistungsberechnungsmittel 6 ausgegeben.
Die Leistungsberechnungsmittel 6 berechnen die Leistung des digitalen Signals 5. Regelabweichungs-Feststellungsmittel 7 subtrahieren die berechnete Signalleistung von einem Bezugswert 8, um ein Regelabweichungssignal bereitzustellen. Mit linearlogarithmischen Umwandlungsmitteln 9 wird das Regelabweichungssignal in eine logarithmische Skale umgewandelt. Bei bestehenden Systemen beruhen die linearlogarithmischen Umwandlungsmittel auf dem Tabellennachschlagen (mit Hilfe einer lokalen Speicherung) und auf dem Ersetzen von Werten. In Bereichen nahe Null dB auf der linearen Skale wird Null als konstanter Wert ersetzt, da die logarithmischen Skalenwerte in diesen Bereichen zur Minus-Unendlichkeit tendieren.
Mit Skalierungsmitteln 10 wird das Regelabweichungssignal der logarithmischen Skale mit einem Skalierkoeffizienten multipliziert, um einen Verstärkungserneuerungswert an Akkumulierungsmittel 11 auszugeben. Die Akkumulierungsmittel 11 dienen zum Addieren des Verstärkungserneuerungswerts zu einem vorhergehenden Verstärkungsregelungswert, um einen aktualisierten Verstärkungsregelungswert für den Zwischenfrequenzverstärker 2 bereitzustellen. Die Akkumulierungsmittel 11 dienen auch zum Umwandeln des Verstärkungsregelungswerts in einen ermittelten empfangenen Signalstärkewert (RSSI) 14, der beispielsweise für die Übertragungsleistungsregelung verwendet wird.
Der herkömmliche automatische Verstärkungsregelungskreis von 1 funktioniert so, dass er die Verstärkung des Zwischenfrequenzverstärkers 2 so regelt, dass der Basisbandsignal-Eingangspegel für den A/D-Wandler 4 konstant gehalten wird. Die Regelung des Signalpegels am Eingang des A/D-Wandlers 4 wird über Operationen am digitalen Signal 5 bewirkt. Zunächst wird die Leistung des digitalen Signals 5 von den Leistungsberechnungsmitteln 6 berechnet. Die berechnete Leistung wird dann durch die Regelabweichungs-Feststellungsmittel 7 von einem Bezugsleistungspegel 8 subtrahiert, um ein Regelabweichungssignal bereitzustellen.
Da sich die Verstärkung des Zwischenfrequenzverstärkers 2 in exponentieller Beziehung zu dem von den Akkumulierungsmitteln 11 bereitgestellten Verstärkungsregelungswerf ändert, wird das Regelabweichungssignal von den linearlogarithmischen Umwandlungsmitteln 9 in eine logarithmische Skale umgewandelt, um eine lineare Rückkopplungsregelung zu bewirken. Das Regelabweichungssignal der logarithmischen Skale wird dann durch Multiplikation mit einem Skalierkoeffizienten in den Skalierungsmitteln 10 skaliert und wird anschließend als Verstärkungserneuerungswert für die Akkumulierungsmittel 11 bereitgestellt. Der im automatischen Verstärkungsregelungskreis verwendete Skalierkoeffizient bestimmt die Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit des automatischen Verstärkungsregelungskreises. Das heißt, ein größerer Skalierkoeffizient ergibt einen größeren Verstärkungserneuerungswert, was eine schnellere Reaktion des Regelkreises ermöglicht. Ein kleinerer Skalierkoeffizient ergibt einen kleineren Verstärkungserneuerungswert, was eine langsamere Reaktion des Regelkreises bewirkt.
Nach dem Skalieren addieren die Akkumulierungsmittel 11 den Verstärkungserneuerungswert zu dem im vorhergehenden Regeltakt verwendeten Verstärkungsregelungswert, um den Verstärkungsregelungswert für den vorliegenden Takt zu bestimmen. Der Zusammenhang zwischen dem Verstärkungsregelungswert υ und der Verstärkung g des Zwischenfrequenzverstärkers 2 wird durch folgende Formel angegeben: g = G exp[-αυ] (1),worin G und α Konstanten mit positiven Werten sind. Ist der Pegel des Eingangssignals 1 x und der Pegel des A/D-Wandler-Eingangssignals 4a y, so gilt für die Eingangs-/Ausgangs-Gesamtverstärkung folgende Beziehung: y = gx (2)(wenn die Verstärkung der Basisband-Umwandlungsmittel 3 Eins ist). Da der Pegel des Eingangssignals in den A/D-Wandler 4a of einen konstanten Wert geregelt wird, wird der ermittelte Wert für die empfangene Signalstärke 14 (in dB) durch folgende Gleichung angegeben: 20log x = 20log(y/G) + 20αυlog e (dB) (3).
Wie aus der vorgenannten Gleichung (1) hervorgeht, ist die Reaktionsgeschwindigkeit des Regelkreises ein Exponent der Verstärkungserneuerungswerte, die durch den Betrieb des automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreis erzeugt werden. Daher führen größere Verstärkungserneuerungswerte zu höheren Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeiten, während kleinere Verstärkungserneuerungswerte zu niedrigeren Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeiten führen. In dem herkömmlichen Beispiels-Stromkreis von 1 hat der A/D-Wandler 4 einen dynamischen Bereich von –V bis +V, wobei die Anzahl der Quantisierungsschritte M von Bits N so bestimmt wird, dass M = 2^N ist. Dadurch hat die berechnete Signalleistung p, die von den Leistungsberechnungsmitteln 6 ausgegeben wird, einen Wert in dem folgenden Bereich: V2/(M – 1)2 ≤ p ≤ V2 (4).
Wenn der Bezugswert 8 in dem herkömmlichen Stromkreis von 1 R ist und der von den Skalierungsmitteln 10 verwendete Koeffizient K ist, wird der Verstärkungserneuerungswert nach folgender Beziehung bestimmt: K Vorzeichen [R – p] log (|R – p|) (5),worin das Vorzeichen [–] die Funktion bezeichnet,
das Vorzeichen [x] = +1 für x ≥ 0 ist und (6)
das Vorzeichen [x] = –1 für x ≤ 0 ist.
Aus den vorstehenden Gleichungen folgt, dass die maximale Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit eine Funktion des Skalierkoeffizienten K ist, da die Signalleistung p auf den Bereich des A/D-Wandlers 4 begrenzt ist und der Bezugswert R feststehend ist. Bei dem soeben beschriebenen herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreis und dem nachstehend beschriebenen herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreis wird nur ein Skalierkoeffizient K zum Festlegen der maximalen Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit verwendet. Ein kleiner Skalierkoeffizient wird in Systemen verwendet, bei denen eine feinere Verstärkungsregelung und eine niedrige Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit gewünscht werden, während ein größerer Skalierkoeffizient in Systemen verwendet wird, bei denen eine höhere Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit gewünscht wird, um große Schwankungen der Signalleistung schnell auszugleichen.
Wenn der automatische Verstärkungsregelungskreis eine niedrige Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit hat, ermöglicht der automatische Verstärkungsregelungskreis eine gute Kompensation kleiner Signalleistungsschwankungen, reagiert aber schlecht auf große Signalleistungsschwankungen (wie sie vom Rayleigh-Fading verursacht werden), da zu viel Zeit benötigt wird, um den entsprechenden Verstärkungswert zu erreichen. Wenn hingegen der automatische Verstärkungsregelungskreis eine hohe Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit hat, kompensiert er große Signalleistungsschwankungen angemessen, ermöglicht aber eine weniger genaue Regelung der Verstärkerverstärkung bei kleinen Signalleistungsschwankungen.
2 zeigt den Eingabe-/Ausgabe-Zusammenhang zwischen der von den Leistungsberechnungsmitteln bestimmten Signalleistung, die als Verhältnis des Bezugswerts ausgedrückt ist und in dB-Einheiten [10log (p/R)] aufgetragen ist, und dem Verstärkungserneuerungswert am Ausgang der Skalierungsmittel 10. Die in 2 gezeigten Werte werden für die folgenden speziellen Parametereinstellungen erhalten:
V = 5,0, R = 2,5, K = 1,0 und N = 4 (M = 16).
Wie beim genaueren Betrachten von 2 zu erkennen ist, unterscheidet sich der Bereich der Verstärkungserneuerungswerte (0 bis –1,3), die für Anstiege der Signalleistung (d. h. 0 dB bis +10 dB) erhalten werden, von dem Bereich der Verstärkungserneuerungswerte (0 bis +0,4), die für Abnahmen der Signalleistung (d. h. 0 dB bis –14 dB) erhalten werden. Dieser Unterschied der Größenbereiche der Verstärkungserneuerungswerte für positive und negative Änderungen der Signalleistung kann als asymmetrische Regelkreisreaktion bezeichnet werden.
Der herkömmliche Beispiels-Verstärkungsregelungskreis führt auch zu einem Konstante-Null-Verstärkungserneuerungswert über den Signalleistungsbereich von –2 dB bis +2 dB. Wie vorstehend beschrieben, ist dieses Ergebnis auf die Ersetzung des tatsächlichen logarithmischen Werts durch die Konstante Null bei kleinen Regelbweichungswerten nahe Null zurückzuführen. Die Nullwert-Ersetzung, die vom herkömmlichen Verstärkungsregelungskreis durchgeführt wird, führt bei kleinen Änderungen des Eingangssignalpegels dazu, dass sich die Verstärkerverstärkung nicht ändert, sodass eine Feinregelung der Verstärkerverstärkung ausgeschlossen ist.
3 ist ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung, die ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreises zeigen. In 3 bezeichnen die Bezugssymbole 1 bis 11 und 14 die gleichen Elemente wie die in 1 gezeigten. In 3 ist jedoch eine Schaltungsanordnung gezeigt, bei der linearlogarithmische Umwandlungsmittel 9 das Signalleistungs-Ausgangssignal der Leistungsberechnungsmittel 6 in die logarithmische Skale umwandeln, bevor es vom Bezugswert 8 subtrahiert wird, um ein Regelabweichungssignal zu erhalten.
Wenn in 3 der Bezugswert 8 auf log R gesetzt wird, hat der Verstärkungserneuerungswert am Ausgang der Skalierungsmittel 10 die folgende Beziehung zum Signalleistungs-Ausgangssignal p: Verstärkungserneuerungswert = K log (R/p) (7).
4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Signalleistungs-Ausgangssignal der Leistungsberechnungsmittel 6 und den Verstärkungserneuerungswerten für den in 3 gezeigten herkömmlichen Beispiels-Verstärkungsregelungskreis. In 4 wurden die Werte für die folgenden speziellen Parameter erhalten:
V = 5,0, R = 2,5, K = 1,0 und N = 4 (M = 16).
Wie beim genaueren Betrachten von 4 zu erkennen ist, führt der Betrieb des herkömmlichen Verstärkungsregelungskreis zu dem maximalen bzw. minimalen Verstärkungserneuerungswert +1,4 und –1,0 für Ab- bzw. Zunahmen des Signalpegels. Da die Größe des maximalen und minimalen Verstärkungserneuerungswerts unterschiedlich ist (d. h. +1,4 gegenüber –1,0), ist auch die maximale Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit unterschiedlich und hängt davon ab, ob der Signalpegel zu- oder abgenommen hat. Dadurch kann die Genauigkeit der Bestimmung der Stärke des empfangenen Signals, die vom automatischen Verstärkungsregelungskreis bei Signalleistungsschwankungen vorgenommen wird, schwanken. Eine ungenaue Bestimmung der Stärke des empfangenen Signals führt dazu, dass die Mobilstation eine zu hohe oder eine zu geringe Übertragungsleistung abgibt. Das führt wiederum zu einer geringeren Systemleistung, was die Teilnehmerkapazität begrenzt und/oder die Empfangsqualität mindert.
Es wäre daher wünschenswert, einen automatischen Verstärkungsregelungskreis und ein Verfahren bereitzustellen, die eine konstante Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit für relativ große Eingangssignalpegel-Änderungen liefern und eine höhere Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit für relativ kleine Änderungen des Eingangssignalpegels liefern.
Es wäre außerdem wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die die gleichen maximalen Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeiten unabhängig von der Richtung der Änderung des Eingangssignalpegels liefern.
Es wäre außerdem wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die mit generell kleineren Regelabweichungswerten als bestehende Systeme funktionieren und eine genauere Bestimmung der Stärke des empfangenen Übertragungssignals ermöglichen.
Verwiesen sei auf WO-A-9530275, das ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung (AGC) und Gleichstrom-Verschiebungskorrektur zum Regeln der Signalleistung eines empfangenen HF-Signals in einem Doppelquadraturempfänger beschreibt. Die AGC-Vorrichtung weist einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor auf. Ein mit dem Verstärker verbundener Quadratur-Abwärtswandler dient zum Umwandeln der Frequenz des Ausgangssignals in eine Basisbandfrequenz, die um eine vorgegebene Spanne vom Gleichstrom verschoben ist. Zwei hochverstärkende aktive Tiefpassfilter ermöglichen die Sperrung von Außerbandsignalen für die Basisband-Signale. Eine Gleichstrom-Durchführungsunterdrückungsschleife unterdrückt Gleichstromverschiebungen, die von einem Abwärtswandler und den Tiefpassfiltern erzeugt werden. Die AGC-Vorrichtung erzeugt aufgrund der Leistung des Ausgangssignals auch ein Empfangsleistungssignal. Ein Servo-Integrierer vergleicht das Empfangsleistungssignal mit einem Bezugssignal und erzeugt das Verstärkungsregelungssignal durch Integrieren oder Nichtintegrieren aufgrund der Werte des Bezugssignals, des Empfangsleistungssignals und der Verstärkungsregelungssignale.
Verwiesen sei auch auf JP-A-62292008, das ein System zum ständigen Konstanthalten des Pegels eines Eingangssignals in einen Lautstärkeregelkreis durch Ändern des Faktors eines Multiplizierers zum Multiplizieren eines Audiosignals beschreibt, das dem Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal und dem Zielpegel des Multiplizierers entspricht. In einer Lautstärkeregelvorrichtung, die einen digitalen Signalprozessor verwendet, wird das Audiosignal von einem Eingang in einen ersten Multiplizierer KA eingegeben. Das Ausgangssignal, von dem die Gleichstromkomponente und das Hochfrequenzrauschen eliminiert werden, wird mit einem ersten Tiefpassfilter über eine Absolutwert-Vollweggleichrichterschaltung geglättet, und sein Pegel wird in einen Komparator eingegeben. Der Komparator vergleicht den Pegel des Signals mit einem Zielpegel und gibt das Ergebnis an einen zweiten Multiplizierer aus, der eine Verhältniskomponente zu einem Regelfaktor korrigiert. Der vom zweiten Multiplizierer ausgegebene Regelfaktor wird in ein zweites Tiefpassfilter eingegeben, das die Reaktionsgeschwindigkeit ändert, und das Ausgangssignal ändert einen Faktorwert, der vom ersten Multiplizierer an e inem Eingangssignal multipliziert w ird, über einen Begrenzer und einen Regler, der dem COM entspricht. Dadurch kann der Pegel, der in eine Lautstärkeregelschaltung eingegeben wird, auch dann Konstant gehalten werden, wenn sich der Pegel des Eingangssignals ändert.
Verwiesen sei auch auf US-A-5451948, das eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kombinieren der analogen und digitalen automatischen Verstärkungsregelung in Empfängern mit digitaler Signalverarbeitung beschreibt. Zwei AGC-Schleifen sind durch ein Vorwärts-Signal verbunden. Zwischen dem Ausgang der vorderen Schleife und dem Eingang der hinteren Schleife kann ein Zwischenfrequenzfilter (IF-Filter) angeordnet werden. Stabilität und Reaktionsfähigkeit werden verbessert, da keine AGC-Schleife ein Schmalbandfilter aufweist. Die vordere Schleife kann ein analoges verstärkungsgeregeltes Element aufweisen, aber die übrige Erfindung kann digital implementiert werden. Die vordere Schleife vermeidet eine Überlastung des A/D-Wandlers, der das verstärkungsgeregelte Signal der übrigen Erfindung zuführt, und die hintere Schleife gleicht die in der vorderen Schleife durchgeführten Aktionen aus.
Verwiesen sei auch auf EP-A-0607944, das einen automatischen Verstärkungsregelungskreis für ein Burst-Signal beschreibt. Ein intermittierend gesendetes Burst-Modulationssignal wird zu einem Basisbandsignal demoduliert und mit einem variablen Verstärkungskoeffizienten multipliziert. Ein Bereich, in dem ein Differenzsignal aus einem Leistungssignal des multiplizierten Signals und dem Bezugsleistungspegel enthalten ist, wird in einer Vielzahl von Pegelbereichen festgelegt. Eine Schleifenkonstante wird entsprechend dem festgelegten Bereich bestimmt und mit dem Differenzsignal multipliziert. Ein integriertes Differenzsignal,
das mit der Schleifenkonstante multipliziert ist, wird zum Ändern der variablen Verstärkungskonstante verwendet.
Kurze Darstellung der Erfindung
Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Regelabweichungs-Amplitudenbegrenzungsmittel vorgesehen, die die Notwendigkeit der in den herkömmlichen Verstärkungsregelungskreisen verwendeten linear-logarithmischen Umwandlungsmittel eliminieren können. Eine solche Umwandlung ermöglicht eine konstante Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit für relativ große Regelabweichungen und eine höhere variable Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit für relativ kleine Regelabweichungen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine asymmetrische Regelkreis-Reaktion des automatischen Verstärkungsregelungskreises auf positive und negative Regelabweichungswerte verringert werden. Das AGC-System bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bietet diese Vorteile durch Verwendung von variablen Skalierungsmitteln, die das Regelabweichungssignal mit unterschiedlichen Koeffizienten skalieren, die aufgrund des positiven oder negativen Vorzeichens der Regelabweichung gewählt werden.
Schließlich kann die vorliegende Erfindung häufiger als bestehende Systeme mit einem kleinen Regelabweichungswert arbeiten. Diese Wirkungen erhöhen die Betriebsstabilität des AGC-Systems und ermöglichen eine genauere Regelung der Verstärkerverstärkung. Außerdem kann die vorliegende Erfindung die asymmetrische Regelkreis-Reaktion auf positive und negative Signalpegeländerungen verringern, sodass eine bessere Empfangsqualität und eine höhere Genauigkeit beim Bestimmen der Stärke des empfangenen Signals erreicht werden.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
5 enthält ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Empfangs-AGC-Systems, das nach der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. In 5 bezeichnen die Bezugssymbole 1 bis 8, 10, 11 und 14 die gleichen Elemente und Signale wie die des herkömmlichen Beispiels-Verstärkungsregelungskreises der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
Wie in 5 gezeigt, weist das erfindungsgemäße AGC-System Amplitudenbegrenzungsmittel 12 auf, die zum Begrenzen der Amplitude eines Regelabweichungssignals innerhalb vorgegebener Grenzen dient. Die Amplitudenbegrenzungsmittel 12 können nach einem von mehreren bekannten Verfahren implementiert werden, z. B. (1) durch einen Amplitudenbegrenzungskreis; (2) durch eine Schaltung, die ein Eingangssignal mit zwei gespeicherten Schwellwerten vergleicht und aufgrund dessen die Werte ersetzt; oder (3) durch eine Tabellennachschlage-Schaltungsanordnung. Die Amplitudenbegrenzungsmittel 12 können durch festverdrahtete logische oder mikro- oder weichcodierte Elemente implementiert werden, wie sie bei einem digitalen Signalprozessor (DSP) zu finden sind.
Da die Einzelheiten des Aufbaus dieser Stromkreise bekannt sind, brauchen sie hier nicht näher beschrieben zu werden. In Betrieb funktionieren die Amplitudenbegrenzungsmittel 12 auf das Regelabweichungssignal p hin, das von den Regelabweichungs-Feststellungsmitteln 7 ausgegeben wird, um ein Signal entsprechend der folgenden Funktion f auszugeben:
Nachstehend werden die Funktionen des nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestalteten automatischen Empfangs-Verstärkungsregelungskreises beschrieben. Außer den Amplitudenbegrenzungsmitteln 12 funktionieren die Elemente des erfindungsgemäßen automatischen Empfangs- Verstärkungsregelungskreises in der gleichen Weise wie bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Beispiels-Verstärkungsregelungskreisen. Daher brauchen hier nur die neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben zu werden.
Über Amplitudenbegrenzungs- und andere Funktionen, die vorstehend beschrieben sind, stellt der automatische Empfangs-Verstärkungsregelungskreis folgende Verstärkungserneuerungswerte bereit:
Ein Graph der erhaltenen numerischen Verstärkungserneuerungswerte ist in 6 für folgende spezielle Parametereinstellungen gezeigt:
V = 5,0, R = 2,5, K = 1,0, N = 4 (M = 16) und δ = 2,0.
Wie in 6 zu erkennen ist, funktioniert die vorliegende Erfindung so, dass feste Amplituden-Verstärkungserneuerungswerte für relativ große Regelabweichungen außerhalb des Bereichs –δ bis +δ dB bereitgestellt werden, während variable Verstärkungserneuerungswerte für relativ kleine Regelabweichungen zwischen –δ und +δ bereitgestellt werden, die in Abhängigkeit von der Größe der Regelabweichung bestimmt werden. Durch Bereitstellen variabler Verstärkungserneuerungswerte für kleine Regelabweichungen wird die Verstärkerverstärkung genauer geregelt, sodass der Signalempfang verbessert wird. Gleichzeitig reagiert das AGC-System durch Bereitstellen konstanter Verstärkungserneuerungswerte für größere Regelabweichungen effektiv und mit noch besserer Stabilität unter solchen Bedingungen.
7 enthält ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten AGC-Systems zeigen. In 7 bezeichnen die Bezugssymbole 1 bis 9, 11 und 14 die gleichen Elemente wie die des ersten herkömmlichen Beispiels-Verstärkungsregelungskreises, der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. In 7 werden variable Skalierungsmittel 13 verwendet, um das logarithmische Skalen-Regelabweichungs-Ausgangssignal der linearlogarithmischen Umwandlungsmittel 9 mit einem Skalierkoeffizienten zu skalieren, der entsprechend dem Vorzeichen der Regelabweichung gewählt wird.
Die variablen Skalierungsmittel 13 können beispielsweise durch festverdrahtete logische oder mikro- oder weichcodierte Elemente implementiert werden, wie etwa bei einem digitalen Signalprozessor (DSP), der so gestaltet ist, dass er das positive oder negative Vorzeichen der Regelabweichung bestimmt und dieses Signal mit dem gewählten gespeicherten Koeffizienten multipliziert. Die Koeffizienten in den variablen Skalierungsmitteln 13 werden wie folgt gewählt:
für R – p ≤ 0 wird der Koeffizient K1 gewählt,
für R – p > 0 wird der Koeffizient K2 gewählt.
Die Koeffizientenwerte K1 und K2 werden entsprechend der Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit gewählt, die nach Zu- oder Abnahmen des Signalpegels gewünscht wird. Wenn beispielsweise im Wesentlichen die gleiche Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit für Zu- und Abnahmen des Signalpegels, die größer als der dynamische Bereich des A/D-Wandlers 4 sind, gewünscht wird, werden die Koeffizienten K1 und K2 so gewählt, dass die in 8 gezeigten Verstärkungserneuerungswerte erhalten werden.
8 ist ein Graph, der den Eingabe-Ausgabe-Zusammenhang zwischen dem Regelabweichungssignal und den erhaltenen Verstärkungserneuerungswerten zeigt. In 8 wurden die Verstärkungserneuerungswerte mit den folgenden speziellen Parametereinstellungen erhalten:
V = 5,0, R = 2,5, K1 = 1,0, K2 = 3,56 und N = 4 (M = 16).
Wie durch Vergleichen von 8 mit dem in 2 gezeigten Graphen des Betriebs des herkömmlichen automatischen Verstärkungsregelungskreises zu erkennen ist, wird durch den Betrieb des erfindungsgemäßen Systems der Unterschied der Regelkreisreaktion auf positive und negative Änderungen der Regelabweichung verringert, wodurch die Empfangsqualität und die Gesamtleistung des Kommunikationssystems verbessert werden.
9 enthält ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung, die einen automatischen Verstärkungsregelungskreis zeigen, das nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. In 9 bezeichnen die Bezugssymbole 1 bis 9, 11, 13 und 14 die gleichen Elemente wie die der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die vorstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ist. Die Elemente des automatischen Empfangs- Verstärkungsregelungskreises der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktionieren in der gleichen Weise wie die der zweiten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die linear-logarithmischen Umwandlungsmittel 9 verwendet werden, um die logarithmische Umwandlung am Signalleistungs-Ausgangssignal der Leistungsberechnungsmittel 6 auszuführen, und dass der Bezugswert 8 in der logarithmischen Skale bereitgestellt wird.
Wie vorstehend bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, bestimmen die speziellen Werte, die den Koeffizienten K1 und K2 zugewiesen werden, die Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit des AGC-Systems nach Zu- und Abnahmen des Signalpegels. Wenn beispielsweise die Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit die gleiche Reaktion auf Zu- und Abnahmen des Signalpegels, die größer als der dynamische Bereich des A/D-Wandlers 4 sind, ermöglichen soll, werden die Koeffizientenwerte K1 und K2 so gewählt, dass die in 10 gezeigten Verstärkungserneuerungswerte erhalten werden. In 10 wurden die gezeigten Werte mit den folgenden speziellen Parametereinstellungen erhalten:
V = 5,0, R = 2,5, K1 = 1,0, K2 = 0,71 und N = 4 (M = 16).
Wie bei genauerer Betrachtung von 10 zu erkennen ist, wird durch den Betrieb der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Regelabweichung mit Skalierkoeffizienten skaliert, die aufgrund des Vorzeichens der Regelabweichung gewählt werden. Dadurch wird die maximale Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit für positive und negative Regelabweichungen gleich.
11 enthält ein Blockdiagramm und eine schematische Darstellung, die ein AGC-System zeigen, das nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gestaltet ist. In 11 bezeichnen die Bezugssymbole 1 bis 8, 11, 12 und 14 die gleichen Elemente wie die, die vorstehend bei der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 gezeigt und beschrieben sind. Die variablen Skalierungsmittel 13 haben den gleichen Aufbau und funktionieren in der gleichen Weise wie die variablen Skalierungsmittel, die vorstehend unter Bezugnahme auf 7 bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind.
Mit Ausnahme der variablen Skalierungsmittel zum Skalieren der Regelabweichung mit einem Koeffizienten, der entsprechend dem Vorzeichen der Regelabweichung gewählt wird, funktioniert die vierte Ausführungsform der Erfindung in der gleichen Weise wie die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform der Erfindung.
Wie vorstehend beschrieben, bestimmen die Werte, die den Koeffizienten K1 und K2 zugewiesen werden, die Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit des AGC-Systems in Reaktion auf Zu- und Abnahmen des Signalpegels. Wenn beispielsweise eine Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeit gewünscht wird, bei der das AGC-System wie bei plötzlichen Zu- und Abnahmen des Signalpegels reagiert, die größer als der dynamische Bereich des A/D-Wandlers 4 sind, werden die Koeffizientenwerte K1 und K2 so gewählt, dass die in 12 gezeigten Verstärkungserneuerungswerte erhalten werden. In 12 wurden die Werfe mit den folgenden speziellen Parametereinstellungen erhalten:
V = 5,0, R = 2,5, K1 = 1,0, K2 = 1,58, N = 4 (M = 16) und δ = 2,0.
Wie bei genauerer Betrachtung von 12 zu erkennen ist, liefert das AGC-System der vierten Ausführungsform maximale Verstärkungserneuerungswerte, die bei positiven und negativen Regelabweichungen die gleiche Größe, d. h. 1,45, haben.
Der automatische Verstärkungsregelungskreis der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktioniert so, dass es eine amplitudenbegrenzte Regelabweichung und einen entsprechend dem Vorzeichen der Regelabweichung skalierten Verstärkungserneuerungswert bereitstellt. Dadurch werden Verstärkungserneuerungswerte erzeugt, die eine schnelle Regelkreisreaktion variabler Geschwindigkeit für relativ kleine Regelabweichungen und eine Regelkreisreaktion konstanter Geschwindigkeit für relativ große Regelabweichungen ermöglichen. Außerdem wird der Unterschied der maximalen Regelkreis-Reaktionsgeschwindigkeiten für Zu- und Abnahmen der Signalleistung beseitigt. Dadurch werden der Signalempfang und die Genauigkeit der Bestimmung der Stärke des empfangenen Signals verbessert, wodurch die Gesamtleistung des Mobilkommunikationssystems verbessert wird.

Claims

System zur automatischen Verstärkungsregelung einem Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor (2) zum Empfangen und Verstärken eines Kommunikationssignals entsprechend Verstärkungsregelungswerten, die in den Verstärker (2) eingegeben werden; Analog-Digital-Wandlermitteln (4) zum Umwandeln des verstärkten Kommunikationssignals in digitale Form; Leistungsberechnungsmitteln (6) zum Berechnen der Leistung des digital umgewandelten Kommunikationssignals; Regelabweichungs-Feststellungsmitten (7) zum Erzeugen von Regelabweichungssignalen, die die Abweichung der berechneten Leistung von einem vorgegebenen Bezugswert (8) verkörpern; und Verarbeitungsmitteln (10), die auf die Regelabweichungssignale reagieren können, zum Erzeugen von Verstärkungserneuerungswerten durch Skalieren der Regelabweichungssignale mit Normalisierungsfaktoren, die von dem Vorzeichen der Regelabweichungssignale abhängen, wobei die Verstärkungserneuerungswerte zum Einstellen der in den Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor eingegebenen Verstärkungsregelungswerte verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmittel (10) die Regelabweichungssignale mit festen Normalisierungsfaktoren skalieren.
System zur automatischen Verstärkungsregelung einem Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor (2) zum Empfangen und Verstärken eines Kommunikationssignals entsprechend Verstärkungsregelungswerten, die in, den Verstärker (2) eingegeben werden; Analog-Digital-Wandlermitteln (4) zum Umwandeln des verstärkten Kommunikationssignals in digitale Form; Leistungsberechnungsmitteln (6) zum Berechnen der Leistung des digital umgewandelten Kommunikationssignals; Regelabweichungs-Feststellungsmitten (7) zum Erzeugen von Regelabweichungssignalen, die die Abweichung der berechneten Leistung von einem vorgegebenen Bezugswert (8) verkörpern; und Verarbeitungsmitteln (13), die auf die Regelabweichungssignale reagieren können, zum Erzeugen von Verstärkungserneuerungswerten durch Skalieren der Regelabweichungssignale mit Normalisierungsfaktoren, die von dem Vorzeichen der Regelabweichungssignale abhängen, wobei die Verstärkungserneuerungswerte zum Einstellen der in den Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor eingegebenen Verstärkungsregelungswerte verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmittel (13) die Relabweichungssignale mit variablen Normalisierungsfaktoren skalieren.
System zur automatischen Verstärkungsregelung einem Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor (2) zum Empfangen und Verstärken eines Kommunikationssignals entsprechend Verstärkungsregelungswerten, die in den Verstärker (2) eingegeben werden; Analog-Digital-Wandlermitteln (4) zum Umwandeln. des verstärkten Kommunikationssignals in digitale Form; Leistungsberechnungsmitteln (6) zum Berechnen der Leistung des digital umgewandelten Kommunikationssignals; Regelabweichungs-Feststellungsmitten (7) zum Erzeugen von Regelabweichungssignalen, die die Abweichung der berechneten Leistung von einem vorgegebenen Bezugswert (8) verkörpern; und Verarbeitungsmitteln (10; 13), die auf die Regelabweichungssignale reagieren können, zum Erzeugen von Verstärkungserneuerungswerten durch Skalieren der Regelabweichungssignale mit Normalisierungsfaktoren, die von dem Vorzeichen der Regelabweichungssignale abhängen, wobei die Verstärkungserneuerungswerte zum Einstellen der in den Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor eingegebenen Verstärkungsregelungswerte verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmittel weiterhin Amplitudenbegrenzungsmittel (12) zur Amplitudenbegrenzung der Regelabweichungssignale aufweisen.
System zur automatischen Verstärkungsregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenbegrenzungsmittel (12) Werte veränderlicher Größe bereitstellen, wenn die Regelabweichungssignale innerhalb. eines vorgegebenen Bereichs von Größen liegen, und Werte konstanter Größe bereitstellen, wenn die Regelabweichungssignale den vorgegebenen Bereich überschreiten.
System zur automatischen Verstärkungsregelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsmittel (13) die Regelabweichungssignale mit variablen Normalisierungsfaktoren skalieren.