DE69725744T2

DE69725744T2 - Frequency hopping communications receiver

Info

Publication number: DE69725744T2
Application number: DE1997625744
Authority: DE
Inventors: Mark Grayson; Lionel Poisson
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: DE69725744D1

Description

Diese Erfindung betrifft Frequenzsprungkommunikationsempfänger, wie GSM-Telefone.This invention relates to frequency hopping communication receivers such as GSM phones.

Im GSM-System ist jeder Basisstation eine Gruppe von Übertragungsfrequenzen für Kommunikationskanäle zugewiesen. Die Basisstation kann in regelmäßigen Zeitintervallen zwischen solchen Übertragungsfrequenzen in einer vorbestimmten Sequenz umschalten. Jedes Mobiltelefon in der Versorgungszone einer Basisstation empfängt Daten von der Basisstation, um zu ermöglichen, daß es ein Frequenzsprungmuster zum Empfangen in seinem Kommunikationskanal übertragener Daten einrichtet.In the GSM system there is every base station a group of transmission frequencies assigned for communication channels. The base station can be in regular time intervals between such transmission frequencies switch in a predetermined sequence. Any cell phone in the coverage area of a base station receives data from the base station, to enable that it a frequency hopping pattern for receiving transmitted in its communication channel Set up data.

Der Mobiltelefonempfänger hat mehrere Steuerschleifen, die beispielsweise die Zeit, die Frequenz und die Signalstärke der Bursts verfolgen und bewirken, daß der Empfänger mit dem Sender synchron bleibt und daß den folgenden Stufen ein verwendbares Signal bereitgestellt wird.The cell phone receiver has several control loops, for example the time, the frequency and the signal strength The bursts track and cause the receiver to synchronize with the transmitter remains and that the following stages a usable signal is provided.

In dem besonderen Fall einer automatischen Verstärkungssteuerschleife sind Änderungen der Signalstärke beispielsweise ein Ergebnis einer normalen Abschwächung, die vom Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger abhängt, von Schatten-Fading-Effekten, die durch ein physikalisches Objekt hervorgerufen werden, welches den direkten Weg blockiert, und des Rayleigh-Fadings, das dadurch hervorgerufen wird, daß sich der Empfänger durch mehrere reflektierte Signale bewegt. Das Schatten-Fading hat eine räumliche Korrelation, die über viele Wellenlängen als eins angesehen werden kann. Das Rayleigh-Fading kann jedoch zwischen Bursts vollkommen unkorreliert sein.In the special case of an automatic gain control loop are changes the signal strength for example, a result of a normal weakening depends on the distance between the transmitter and the receiver, on shadow fading effects, that are caused by a physical object which blocked the direct path, and the Rayleigh fading caused by it is caused that the recipient through moved several reflected signals. Shadow fading has one spatial Correlation that over many wavelengths can be considered as one. However, Rayleigh fading can be completely uncorrelated between bursts.

Es ist üblich, die Wirkungen des Rayleigh-Fadings durch Mitteln über mehrere Bursts auszuschließen.It is common to see the effects of Rayleigh fading by averaging over exclude multiple bursts.

Es tritt jedoch ein Problem auf, falls bei einer der Sprungfrequenzen eine Gleichkanalinterferenz vorhanden ist. Diese Interferenz macht die Signalstärke bei dieser Frequenz größer, wenngleich die empfangenen Signale tatsächlich unerwünscht sind. Die Verstärkung wird für alle Frequenzen verringert.However, there is a problem if there is co-channel interference at one of the hopping frequencies is. This interference makes the signal strength greater at this frequency, albeit the signals actually received undesirable are. The reinforcement is for all frequencies reduced.

Ein AGC-System für einen Frequenzsprungkommunikationsempfänger ist aus dem Dokument GB-A-2 149 245 bekannt.An AGC system for a frequency hopping communication receiver is known from document GB-A-2 149 245.

In weiterem Sinne besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein automatisches Verstärkungssteuerverfahren zur Verwendung in einem Frequenzsprungempfänger bereitzustellen, wodurch die Effekte der Gleichkanalinterferenz bei einer Sprungfrequenz zumindest erheblich verringert werden.In a broader sense, the task exists of the present invention therein an automatic gain control method to provide for use in a frequency hopping receiver, whereby the Effects of co-channel interference at a hopping frequency at least be significantly reduced.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur automatischen Verstärkungssteuerung in einem Frequenzsprungkommunikationsempfänger die folgenden Schritte auf Erfassen der mittleren empfangenen Signalstärke von bei jeder von mehreren verschiedenen Frequenzen empfangenen Signal-Bursts, Erfassen des Vorhandenseins von Gleichkanalinterferenzen auf jedem dieser Bursts, Bilden eines gewichteten Durchschnittswerts der mittleren empfangenen Signalstärken mit einer auf jeden Burst angewendeten Gewichtung, die durch Erfassen der Gleichkanalinterferenz auf diesem Burst bestimmt wird, wobei die auf einen Burst, der eine Gleichkanalinterferenz aufweist, angewendete Gewichtung in bezug auf die Gewichtung verringert ist, die auf andere Bursts angewendet wird, die nicht von der Gleichkanalinterferenz betroffen sind, und Verwenden des so abgeleiteten gewichteten Mittelwerts als ein Verstärkungssteuersignal.According to this aspect of the invention has a method for automatic gain control in a frequency hopping communication receiver following steps on detecting the average received signal strength of at each signal burst received from several different frequencies, Detect the presence of co-channel interference on everyone these bursts, forming a weighted average of the mean received signal strengths with a weighting applied to each burst by detection the co-channel interference is determined on this burst, where the weight applied to a burst exhibiting co-channel interference in terms of weighting that is reduced to other bursts is applied that is not affected by co-channel interference and using the weighted average thus derived as a gain control signal.

Vorzugsweise wird das Vorhandensein der Gleichkanalinterferenz in jedem Burst durch Vergleichen der mittleren empfangenen Signalstärke dieses Bursts mit dem Durchschnitt der mittleren empfangenen Signalstärken der anderen Bursts erfaßt.The presence is preferred the co-channel interference in each burst by comparing the mean received signal strength this burst with the average of the mean received signal strengths of the other bursts.

Die Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, einen Empfänger bereitzustellen, in dem die Effekte der Gleichkanalinterferenz bei einer Sprungfrequenz wenigstens erheblich verringert sind.The object of the invention is also in being a recipient provide in which the effects of co-channel interference a hopping frequency are at least significantly reduced.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist ein Frequenzsprungkommunikationsempfänger vorgesehen, welcher aufweist: eine Funkfrequenz-Eingangsstufe, die auf mehrere verschiedene Mittenfrequenzen abgestimmt werden kann, eine Frequenzsprung-Steuereinrichtung zum Steuern der Abstimmung der Eingangsstufe, so daß sie zyklisch sequentiell auf eine ausgewählte Anzahl der Mittenfrequenzen f1, f2, ..., f_n abgestimmt werden kann, eine Einrichtung zum Erfassen der mittleren empfangenen Burst-Signalstärke, um mehrere Signalstärkewerte M1, M2, ..., Mn zu erzeugen, die die mittlere empfangene Burst-Signalstärke bei den jeweiligen Mittenfrequenzen f1, f2, ..., fn darstellen, eine Verstärkungssteuereinrichtung zum Steuern der Verstärkung der Eingangsstufe entsprechend einem gewichteten Mittel (w1 M1 + w2 M2 ... + wn Mn)/nder Signalstärkewerte, wobei wi die Gewichtung des i-ten Signalstärkewerts ist, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des größten der Burst-Signalstärkewerte mit dem Durchschnitt der restlichen n – 1 Signalstärkewerte und eine Gewichtungsverringerungseinrichtung, die von der Vergleichseinrichtung gesteuert wird, um die Gewichtung des größten der Signalstärkewerte in der Verstärkungssteuereinrichtung zu verringern, falls dieser größte Signalstärkewert den Durchschnitt der restlichen n – 1 Signalstärkewerte um mehr als einen vorbestimmten Betrag übersteigt.According to this aspect of the invention there is provided a frequency hopping communication receiver which comprises: a radio frequency input stage which can be tuned to several different center frequencies, a frequency hopping control device for controlling the tuning of the input stage so that it cyclically sequentially to a selected number of center frequencies f1 , f2, ..., f _n can be tuned, a device for detecting the mean received burst signal strength in order to generate a plurality of signal strength values M1, M2, ..., Mn, which represent the mean received burst signal strength at the respective center frequencies f1, f2, ..., fn represent a gain controller for controlling the gain of the input stage according to a weighted average (w1 M1 + w2 M2 ... + wn Mn) / n of the signal strength values, where wi is the weighting of the i-th signal strength value, a comparison device for comparing the largest of the burst signal strength values with the average of the remaining n-1 signal strength values and a weighting reduction device, which is controlled by the comparison device, for the weighting of the largest of the Decrease signal strength values in the gain control device if this largest signal strength value exceeds the average of the remaining n-1 signal strength values by more than a predetermined amount.

Wenn bei dieser Anordnung keine Gleichkanalinterferenz bei einer Frequenz auftritt, wodurch bewirkt wird, daß der Wert der mittleren Signalstärke erheblich erhöht wird, wird die Gewichtung des Signalstärkewerts für diese Frequenz auf Null oder einen anderen verkleinerten Wert verringert, wodurch gewährleistet wird, daß die Gleichkanalinterferenz keine übermäßige Wirkung auf die Verstärkungssteuerschleife hat.With this arrangement, if no co-channel interference occurs at a frequency, causing the mean signal strength value to increase significantly, the weight of the signal strength value for that frequency is reduced to zero or some other reduced value, ensuring that the co-channel interference does not ne has an excessive effect on the gain control loop.

Vorzugsweise weist der Empfänger andere Steuerschleifen, beispielsweise eine Zeitsteuerschleife, auf, in der ein Steuerwert geändert wird entsprechend Parametermessungen bei jeder verwendeten Frequenz und Gewichtungen der Parametermessungen beim Bilden des Steuerwerts, die entsprechend den in der Verstärkungssteuerschleife erhaltenen Gewichtungen w1 bis wn geändert werden, so daß die Wirkung der Gleichkanalinterferenz auf solche anderen Schleifen ebenso verringert wird.The receiver preferably has other control loops, for example a timing loop in which a control value changed will be according to parameter measurements at each frequency used and weightings of the parameter measurements when forming the control value, which correspond to those obtained in the gain control loop Weights w1 to wn changed so that the Effect of co-channel interference on such other loops is also reduced.

Es zeigen:Show it:

1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines GSM-Telefons gemäß einem Beispiel der Erfindung, und 1 a simplified block diagram of a GSM telephone according to an example of the invention, and

2 ein Flußdiagramm, in dem der automatische Verstärkungssteuerprozeß dargestellt ist, der in dem Telefon verwendet wird. 2 a flowchart showing the automatic gain control process used in the phone.

1 zeigt eine RF-Eingangsstufe 10, die einen Eingangsanschluß 10a zur automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) aufweist, der die Verstärkung der Eingangsstufe bestimmt. Die Eingangsstufe hat auch einen Abstimmungssignaleingang 10b, der bestimmt, auf welche von mehreren verschiedenen Mittenfrequenzen der RF-Eingangsstufe zu einem gegebenen Zeitpunkt abgestimmt ist. Sowohl der AGC-Vorgang als auch der Abstimmvorgang werden durch eine Haupt-CPU 11 gesteuert, die demodulierte Daten von der Eingangsstufe über eine Demodulationsschaltung 12 und einen zugeordneten digitalen Signalprozessor (DSP) 12 empfängt. Die CPU bestimmt anhand der empfangenen Daten, welche Folge von Frequenzen f1, f2, f3, ..., fn eine nahegelegene Basisstation zur Kommunikation mit dem Mobiltelefon verwendet, und sie steuert die synchrone Abstimmung der Empfänger in einer bekannten Weise, die nicht Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung ist. Codierte Audiodaten, die in den von der Basisstation empfangenen Signal-Bursts enthalten sind, werden decodiert, in Analogsignale umgewandelt und durch den DSP zur Audioausgangsstufe 14 des Telefons weitergeleitet. 1 shows an RF input stage 10 that have an input connector 10a for automatic gain control (AGC), which determines the gain of the input stage. The input stage also has a tuning signal input 10b which determines which of several different center frequencies of the RF input stage is tuned to at any given time. Both the AGC process and the tuning process are done by a main CPU 11 controlled, the demodulated data from the input stage via a demodulation circuit 12 and an associated digital signal processor (DSP) 12 receives. The CPU uses the data received to determine which sequence of frequencies f1, f2, f3, ..., fn a nearby base station uses to communicate with the mobile phone, and controls the synchronous tuning of the receivers in a known manner that is not part of the Subject of the present application is. Encoded audio data contained in the signal bursts received from the base station are decoded, converted into analog signals and through the DSP to the audio output stage 14 forwarded to the phone.

Wie gewöhnlich, tastet eine Abtastschaltung 12a, die der Demodulationsschaltung 12 zugeordnet ist, die empfangene Signalstärke periodisch ab und übergibt die Abtastsignale an den DSP, wo sie gespeichert und demoduliert werden. Typischerweise werden 160 Abtastwerte für jeden Frequenz-Burst gespeichert, und der DSP wird programmiert, um einen Wert der mittleren empfangenen Signalstärke (MRSS-Wert) M1, M2, M3, ..., Mn für jeden aufeinanderfolgenden Burst zu erzeugen und diesen zur Haupt-CPU weiterzuleiten, wo alle in einem Frequenzsprungzyklus empfangenen MRSS-Werte in herkömmlicher Weise verarbeitet werden, um einen Verstärkungswert zu erhalten, der über eine Digitalschnittstelle zum AGC-Eingang 10a der RF-Eingangsstufe übertragen wird.As usual, a sampling circuit will scan 12a that of the demodulation circuit 12 is assigned, the received signal strength periodically and transfers the scanning signals to the DSP, where they are stored and demodulated. Typically, 160 samples are stored for each frequency burst and the DSP is programmed to generate a value of the mean received signal strength (MRSS value) M1, M2, M3, ..., Mn for each successive burst and main -PU forward where all MRSS values received in a frequency hopping cycle are processed in a conventional manner to obtain a gain value that is sent to the AGC input via a digital interface 10a the RF input stage is transmitted.

2 ist ein Flußdiagramm, in dem dargestellt ist, wie in dem hier beschriebenen Beispiel der Erfindung der Verstärkungswert in jedem Frequenzsprungzyklus erhalten wird. 2 Fig. 3 is a flow chart showing how the gain value is obtained in each frequency hopping cycle in the example of the invention described herein.

Zu Beginn jedes Zyklus werden die in CUM- und MAX-Variablen enthaltenen Werte in Schritt 20 auf Null zurückgesetzt. In Schritt 21 wird der letzte MRSS-Wert vom DSP eingegeben, und der Wert der Variable CUM wird in Schritt 22 um den MRSS-Wert vergrößert. In Schritt 23 wird der MRSS-Wert mit dem gegenwärtig gehaltenen Wert von MAX verglichen, und falls er größer ist, wird MAX in Schritt 24 auf MRSS gelegt. Falls der Zyklus unvollständig ist, werden die Schritte 20 bis 24 wiederholt, und es wird ansonsten der in der MAX-Variablen gehaltene endgültige Wert mit einem Wert verglichen (26), der den Durchschnitt der in allen Iterationen der Schleife mit Ausnahme derjenigen, in der der MAX-Wert empfangen wurde, empfangenen MRSS-Werte darstellt, indem der Wert von [(CUM – MAX)/(N – 1)] berechnet wird, wobei N die Anzahl der Schleifen in jedem Zyklus, also die Anzahl der Sprungfrequenzen im Gebrauch ist. Falls der Wert von MAX diesen Durchschnittswert um mehr als einen vorbestimmten Betrag (beispielsweise 24 dB) übersteigt, wird der von der CPU auszugebende Verstärkungswert auf (CUM – αMAX)/N gelegt (28), wobei α kleiner oder gleich eins ist. Andernfalls wird die Verstärkung auf den Durchschnitt aller MRSS-Werte, also CUM/N, gelegt (29).At the beginning of each cycle, the values contained in CUM and MAX variables are in step 20 reset to zero. In step 21 the last MRSS value is entered by the DSP, and the value of the variable CUM is entered in step 22 increased by the MRSS value. In step 23 the MRSS value is compared to the currently held value of MAX, and if it is larger, MAX becomes in step 24 placed on MRSS. If the cycle is incomplete, the steps 20 to 24 repeated, and otherwise the final value held in the MAX variable is compared with a value ( 26 ) which is the average of the MRSS values received in all iterations of the loop except those in which the MAX value was received, by calculating the value of [(CUM - MAX) / (N - 1)], where N is the number of loops in each cycle, i.e. the number of hopping frequencies in use. If the value of MAX exceeds this average value by more than a predetermined amount (for example 24 dB), the gain value to be output by the CPU is set to (CUM - αMAX) / N ( 28 ), where α is less than or equal to one. Otherwise, the gain is placed on the average of all MRSS values, i.e.CUM / N ( 29 ).

Es sei bemerkt, daß Schritt 28 oder Schritt 29 zu einem Verstärkungswert (w1 M1 + w2 M2 ... + wn Mn)/Nführt, der ein gewichtetes Mittel der Signale M1 bis Mn ist, wobei die einzelnen Werte von w1 bis wn für einen Frequenz-Burst, bei dem keine Gleichkanalinterferenz auftritt, auf eins gelegt werden und für einen Frequenz-Burst, bei dem eine Gleichkanalinterferenz auftritt, auf einen verkleinerten Wert gelegt werden. Der verkleinerte Wert kann null sein (falls der Wert von α eins ist), oder er kann ein Wert zwischen null und eins (w_N = 1 – α) sein.It should be noted that step 28 or step 29 to a gain value (w1 M1 + w2 M2 ... + wn Mn) / N leads, which is a weighted average of the signals M1 to Mn, the individual values from w1 to wn being set to one for a frequency burst in which no co-channel interference occurs and for a frequency burst in which co-channel interference occurs, be set to a reduced value. The reduced value can be zero (if the value of α is one) or it can be a value between zero and one (w _N = 1 - α).

Wenn andere Steuerschleifen bei der Steuerung von Zeitwerten und/oder Frequenzwerten aktiv sind, können auch diese entsprechend dem gewichteten Wert von während individueller Frequenz-Bursts vorgenommenen entsprechenden Messungen gesteuert werden, wobei die in der AGC-Schleife bestimmten Gewichtungen in den anderen Schleifen verwendet werden, um die Wirkungen der Gleichkanalinterferenz auf die wichtigen Operationen dieser anderen Steuerschleifen zu minimieren. Beispielsweise könnten die in der AGC-Schleife für einen Zyklus bestimmten Gewichtungen in dem folgenden Zyklus für andere Steuerschleifen verwendet werden.If other control loops at the Control of time values and / or frequency values can also be active this corresponds to the weighted value of during individual frequency bursts made corresponding measurements are controlled, the weights in the AGC loop determined in the other loops used to influence the effects of co-channel interference to minimize the important operations of these other control loops. For example those in the AGC loop for one cycle of certain weights in the following cycle for others Control loops are used.

Claims

Automatic gain control method for use with a frequency hopping communication receiver, characterized in that it comprises the following steps: (a) detecting the average received signal strength of signal bursts received at each of several different frequencies, (b) detecting the presence of co-channel interference on each of these bursts , (c) forming a weighted average of the received signal strengths with a weight applied to each burst, determined by detecting co-channel interference on that burst, the weighting applied to a burst having co-channel interference being reduced in weight applied to other bursts not affected by co-channel interference and (d) using the weighted average thus derived as a gain control signal.

Automatic gain control method after Claim 1, wherein the mean received signal strength in one Candidate burst with the average of the mean received signal strength is compared in the other bursts and it is found that co-channel interference exists if the mean received signal strength of the candidate burst the average received signal strength by more than a predetermined one Amount exceeds.

Frequency hopping communication receiver with a radio frequency input stage that can be tuned to several different center frequencies and a frequency hopping control device for controlling the time synchronization of the input stage so that they are cyclically sequentially tuned to a selected number of center frequencies f1, f2, ..., fn is characterized by a device for detecting the mean received burst signal strength in order to generate a plurality of signal strength values M1, M2, ..., Mn, which represent the mean received burst signal strength at the respective center frequencies f1, f2, ..., fn represent gain control means for controlling the gain of the input stage according to a weighted average (w1 M1 + w2 M2 ... + wn Mn) / n of the signal strength values, where wi is the weighting of the i-th signal strength value, a comparison device for comparing the largest of the burst signal strength values with the average of the remaining n-1 signal strength values and a weighting reduction device, which is controlled by the comparison device, for the weighting of the largest of the Decrease signal strength values in the gain control device if this largest signal strength value exceeds the average of the remaining n-1 signal strength values by more than a predetermined amount.