ES2310624T3 - Sistema y metodo de procesamiento de una señal analogica de banda de base. - Google Patents
Sistema y metodo de procesamiento de una señal analogica de banda de base. Download PDFInfo
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Abstract
Un sistema de tratamiento de señal de banda de base analógica que comprende: una pluralidad de etapas (32, 34) que definen un trayecto de señal analógica entre una entrada de señal y un procesador (38) de señal digital, y que es capaz de proporcionar un desplazamiento al trayecto de señal: y caracterizado porque: cada etapa está acoplada en corriente continua en serie a la siguiente etapa; y porque comprende: un detector de desplazamiento (32, 46, 34, 56) para cada etapa que sigue los desplazamientos en cada etapa y que proporciona un indicativo de salida del desplazamiento a dicho procesador de señal digital; y medios para recibir (58, 60) una señal de control de desplazamiento procedente de dicho procesador de señal digital en forma analógica para adición a dicho trayecto de señal en dicha etapa para corregir el desplazamiento en respuesta al desplazamiento detectado por el detector de desplazamiento para esa etapa.
Description
Sistema y método de procesamiento de una señal
analógica de banda de base.
El presente invento se refiere a la corrección
de errores de desplazamiento de corriente continua en un receptor
de conversión directa al tiempo que evita la corrupción de la señal
convertida.
En un receptor de radio, una señal de radio
recibida es convertida para proporcionar una señal analógica a una
frecuencia de banda de base. Los componentes de tratamiento de
señal, tales como mezcladores, amplificadores y filtros, introducen
cada uno su propio contenido de corriente continua en el trayecto de
señal del sistema analógico. Particularmente cuando la señal
analógica contiene el contenido de señal próximo al nivel de
corriente continua y también particularmente cuando se han empleado
elevadas ganancias tradicionales, tal contenido de corriente
continua distorsiona la señal. El contenido de corriente continua
debido a los componentes de tratamiento de señal es denominado como
desplazamiento.
Hay soluciones existentes para la eliminación o
reducción del desplazamiento. Por ejemplo, los documentos JP 10
093647 y JP 10 013482 describen un receptor que tiene una función de
disminución del desplazamiento de corriente continua. Los métodos
anteriores utilizan el acoplamiento de corriente alterna entre
amplificadores para eliminar el contenido de corriente continua.
Sin embargo, esta técnica elimina el contenido de señal de baja
frecuencia de la corriente de datos. Adicionalmente, las reactancias
utilizadas en tales sistemas conducen a la degeneración de la señal
y la respuesta lenta del circuito para cambiar las condiciones de
entrada de la señal.
Una aplicación particularmente significativa del
presente invento está en un receptor de teléfono móvil en estado
sólido que usa una arquitectura de conversión directa de un solo
mezclador. Una forma frecuente de este receptor incluye un primer y
segundo canales de tratamiento de señal de banda de base para tratar
respectivamente componentes en fase y en cuadratura de cualquier
receptor de estado sólido y chip o chips de tratamiento de señal.
El invento es aplicable a receptores de radio distintos de los
receptores de conversión directa.
Se ha comprendido de acuerdo con el presente
invento que es deseable proporcionar un acoplamiento de corriente
continua entre cada etapa. El chip de silicio en el que el sistema
de tratamiento de banda de base de señal analógica es incorporado
es reducido de tamaño debido a la eliminación del acoplamiento de
corriente alterna. Además, la carencia de reactancia capacitiva
entre etapas evita la corrupción de la señal. Los circuitos de
compensación de desplazamiento tradicionales tienen un ancho de
banda bajo y una respuesta lenta. Es también muy deseable
proporcionar parámetros de desplazamiento de un modo en el que los
desplazamientos están separados de la señal que se está
tratando.
Brevemente indicado, de acuerdo con el presente
invento, un amplificador de corriente continua gradual de múltiples
etapas proporciona un trayecto de señal para una señal analógica a
una frecuencia de banda de base. El amplificador tiene una
pluralidad de etapas cada una de las cuales proporciona
inherentemente el desplazamiento mientras se realiza el tratamiento
de señal. Las etapas son acopladas en corriente continua. Un
detector recibe una salida desde cada etapa y mide un nivel de
amplitud y un nivel de desplazamiento para cada etapa. Un procesador
recibe salidas de detector para producir señales de control
(preferiblemente números digitales) que son suministrados cada uno
a una etapa amplificadora respectiva para compensar ganancia y
desplazamiento. En una forma preferida, hay dos canales
amplificadores de filtro correspondientes cada uno a un canal como
es usado en todos los sistemas de recepción de cuadratura.
Los medios del método por el que las
características anteriores del invento son conseguidas están
indicados con particularidad en las reivindicaciones que forman la
parte concluyente de la memoria. El invento, en cuanto a su
organización como a la manera de su funcionamiento, puede ser
comprendido además con referencia a la siguiente descripción tomada
junto con los siguientes dibujos.
De los dibujos:
La fig. 1 es una ilustración diagramática en
bloques de un receptor de conversión directa que incorpora el
invento;
La fig. 2 es una ilustración en mayor detalle
del bloque de filtro/ganancia que hay entre el mezclador y el
sistema de tratamiento de señal digital de la fig. 1;
La fig. 3 es una ilustración detallada de las
secciones de filtro, desplazamiento y ganancia de la realización de
las figuras 1 y 2; y
La fig. 4 es un diagrama de flujo que representa
el método de corrección de desplazamiento y valores de ganancia.
La fig. 1 es una representación diagramática en
bloques de un receptor 1 de conversión directa que incorpora el
presente invento. El receptor de conversión directa encuentra una
amplia aplicación en el uso del teléfono de radio. Sin embargo, el
presente invento puede ser usado en una amplia variedad de
contextos. De una forma tradicional, el receptor 1 recibe señales
desde una antena 10 que son proporcionadas a través de una etapa de
filtrado 12. En la presente realización, la etapa de filtrado 12
comprende un primer amplificador 14 de bajo ruido, un filtro 16 de
frecuencia de radio y un segundo amplificador 18 de bajo ruido
conectado en serie entre la antena 10 y una etapa mezcladora
20.
En la presente realización, la etapa mezcladora
o detector de celda de Gilbert 20 comprende un canal en fase 21 y
un canal en cuadratura 22, e incluye un mezclador en fase 23 y un
mezclador 25 de canal en cuadratura. Las entradas a los mezcladores
23 y 25 son mezcladas con una señal de frecuencia procedente de un
oscilador local 28. Un desfasador 29 conectado entre el oscilador
local 28 y el mezclador 25 proporciona un desplazamiento de fase en
cuadratura de la señal de mezclado. De esta forma, las señales de
entrada a la frecuencia de funcionamiento del receptor 1 son
proporcionadas en las salidas de los mezcladores 23 y 25 de canal en
fase y de canal en cuadratura. Típicamente, se prefiere que los
trayectos de señal sean diferenciales, en vez de comprender entradas
únicas como se ha ilustrado en la fig. 1. Sin embargo, para
simplicidad de los dibujos, y ya que los medios para proporcionar
los trayectos de señal diferenciales son extremadamente bien
conocidos, la configuración de cableado particular no necesita ser
mostrada. Por consiguiente, las figuras pueden ser vistas como
representando tanto los trayectos de señal diferenciales como no
diferenciales.
Los mezcladores 23 y 25 proporcionan entradas a
las etapas FOG 32 y 34 respectivamente. FOG sirve aquí para
unidades de filtros, de desplazamiento y de ganancia. Hay muchos
diseños que son bien conocidos en la técnica para proporcionar
filtrado y ganancia. Es bien conocido proporcionar diferentes
números de filtros discretos y variar la secuencia de conexión en
serie de filtros y amplificadores. El filtrado puede ser
proporcionado en una o más etapas. Los controles pueden estar
distribuidos sobre una pluralidad de etapas o estar incluidos en
filtrado de una sola etapa, y las funciones de control de ganancia
pueden ser combinadas en algunas etapas y en otras no. Cada una de
estas disposiciones es bien conocida en la técnica. Las etapas FOG
32 y 34 son ilustrativas de cada una de estas opciones. Las etapas
FOG 32 y 34 comprenden cada una medios de desplazamiento
adicionales. Los medios de desplazamiento incluyen medios para medir
el desplazamiento y otros medios para proporcionar una señal de
compensación de desplazamiento a las etapas FOG 32 y 34 (descritas
adicionalmente más abajo). Las etapas FOG 32 y 34 proporcionan cada
una señal de salida a un sistema de tratamiento de señal digital
(DSP) 38. El sistema DSP 38 proporciona una salida que puede
comprender voz y datos, en un terminal de salida 40. El sistema 38
de tratamiento de la señal digital puede adoptar muchas formas bien
conocidas. Las operaciones realizadas sobre una señal descritas más
abajo comprenden instrucciones para disponer los bloques
constructivos del sistema DSP 38.
La etapa FOG 32 proporciona una salida de señal
en fase a la etapa DSP 38 en un terminal 42. La etapa FOG 32
también incluye un detector de amplitud conocido que proporciona una
señal de detección de amplitud al terminal 44 en el sistema DSP 38.
La etapa FOG 32 y la señal de detección de desplazamiento
proporcionan una señal de detección de desplazamiento a un terminal
46. La etapa FOG 32 recibe una señal de compensación de
desplazamiento desde un terminal 48 del sistema DSP 38 y recibe un
control de ganancia desde un terminal 50. Similarmente, la etapa
FOG 34 proporciona una señal de salida de fase en cuadratura a un
terminal 52, una señal de detección de amplitud a un terminal 54 y
una señal de detección de desplazamiento a un terminal 56 al
sistema DSP 38. El sistema DSP 38 proporciona una señal de control
de desplazamiento y una señal de control de ganancia a la etapa FOG
34 desde los terminales 58 y 60 respectivamente.
La fig. 2 es un diagrama de bloques de una forma
típica del bloque 73 de filtro/ganancia. En la figura 2, están
ilustradas entradas diferenciales. El caso general está ilustrado
para cualquier número de etapas deseadas. Por consiguiente las
etapas de bloque de filtro/ganancia están etiquetadas FGB_{1},
FBG_{2},...FBG_{n} que tienen números de referencia
correspondientes 90-1,
90-2,...90-n. El número de etapas
requerido es una función de requisitos de diseño para el canal de
señal en el que está incluido el bloque 73 de filtro/ganancia. Cada
etapa produce una señal de detección de amplitud y una señal de
detección de desplazamiento. Cada etapa, o etapas seleccionadas
reciben una entrada de señal de control de ganancia y una señal de
control de desplazamiento estático. La cantidad de filtrado
necesaria en una aplicación particular podría ser una función de la
relación requerida se señal a ruido, señales de interferencia
esperadas o de otros parámetros.
Para ajustar la ganancia del bloque 73 de
ganancia de filtro, el terminal 50 de control de ganancia es
conectado al bloque 73 de ganancia de filtro. El terminal 48 de
control de desplazamiento del sistema DSP 38 está acoplado a un
circuito 83 de control de desplazamiento estático proporcionando una
salida al sumador 70 y también proporciona una entrada al circuito
81 de control de desplazamiento dinámico. La función de control de
desplazamiento estático es realizada preferiblemente en el dominio
digital. Por ello, el terminal 48 puede proporcionar una salida
digital, y el circuito 83 de control de desplazamiento estático
incluirá a continuación un convertidor de digital a analógico para
proporcionar una señal analógica al sumador 70. El terminal 48
también representa un terminal para proporcionar entradas
analógicas al circuito 81 de control de desplazamiento dinámico. Una
primera entrada analógica comprende una entrada de "centrado"
para establecer un nivel de cero fiable para el sumador 70 y
también incluye control de tasa de desplazamiento dinámico para
asegurar que se ha establecido una ventana de tiempo apropiada para
sumar las señales recibidas en el sumador 70.
La fig. 3 es una ilustración diagramática de
bloque más detallada de una etapa FOG 32 ó 34. Para conveniencia en
la descripción, se han utilizado números de referencia desde el
canal 21 en fase. La salida del mezclador 23 es recibida por un
sumador 70. El sumador 70 también recibe correcciones de
desplazamiento como se ha descrito adicionalmente más adelante. La
salida del sumador 70 es recibida en un bloque 73 de
filtro/ganancia. El bloque 73 de filtro/ganancia puede tomar
cualquiera de varias construcciones bien conocidas como se ha
descrito adicionalmente con respecto a la fig. 3. El bloque 73 de
filtro/ganancia es el componente de la etapa FOG 32 que recibe la
señal de control de ganancia desde el sistema DSP 38 y proporciona
una etapa o etapas de filtrado para la señal del canal 21 en fase.
El bloque 73 de filtro/ganancia entrega la señal de salida en fase
al terminal 42. Un detector 75 de amplificador también conectado al
bloque 73 de filtro/ganancia proporciona la señal de detección de
amplitud al terminal 44. Un detector 77 de desplazamiento está
también conectado a la salida del bloque 73 de ganancia de filtro.
La salida del detector 77 de desplazamiento es proporcionada al
terminal 46 y también a un circuito 81 de control de desplazamiento
dinámico.
Como mínimo, el sistema 38 que procesa la señal
digital conserva la pista de las funciones siguientes. Cada etapa
90 de bloque de filtro/ganancia 90 contiene un detector de
desplazamiento. La generación de desplazamiento es inherente en los
componentes del receptor. Cada etapa proporciona un indicativo de
salida de desplazamiento. Además, el procesador 38 de señal digital
sigue las amplitudes medidas en cada etapa. Por ello, el circuito
DSP puede generar señales de control de desplazamiento requeridas
para cada etapa 90. Además, el procesador 38 de señal digital sigue
las amplitudes. Las señales de control de ganancia son generadas
para mantener señales dentro de un intervalo de funcionamiento y
proporcionar medios para racionalizar y controlar en control de
realimentación del sistema. Los cambios de ganancia en el trayecto
de avance, es decir, al sistema 38 DSP solicita cambios en el bucle
de realimentación a las unidades FOG 32 y 34. Previendo medios para
este cambio, el sistema se puede ajustar rápidamente. En otras
palabras, los cambios del control de desplazamiento pueden ser
proporcionados en tiempo real con relación al reloj operativo del
sistema de modo que un funcionamiento óptimo es proporcionado en
todo
instante.
instante.
Debido a la interactividad del circuito
analógico con el DSP 38, el presente sistema tiene la capacidad para
determinar de forma interactiva los ajustes de desplazamiento de
estado apropiados, y almacenar los ajustes de control apropiados.
En la forma preferida, para una ganancia particular, un ajuste de
desplazamiento estático adecuado está contenido como datos
almacenados. El DSP 38 incluye una memoria 39 para almacenar datos.
Esto permite cambios rápidos en ajustes de ganancia, soportados por
cambios concurrentes en valores de desplazamiento
predeterminados.
El DSP 38 pone en práctica un algoritmo de
control que soporta dos modos: calibrado y aplicación. El modo de
calibrado está en el proceso de determinar de forma interactiva el
ajuste de desplazamiento estático, para un ajuste de ganancia dado.
El control de desplazamiento dinámico es ajustado a un
"centrado" durante el calibrado. El modo de aplicación es el
uso de los ajustes de ganancia y de desplazamiento en la aplicación.
Cambiar los ajustes de ganancia y de desplazamiento, y aplicar el
control de "centrado" ajusta inmediatamente el desplazamiento
apropiado para esa configuración. El control de desplazamiento
dinámico es para ajustes por incrementos después de que el control
de desplazamiento estático haya sido ajustado.
El DSP 38 puede también ser visto como un medio
legible por máquina. Un medio legible por máquina incluye cualquier
mecanismo que proporcione (es decir, almacene y/o transmita)
información en una forma legible por una máquina (por ejemplo,
ordenador). Por ejemplo, un medio legible por máquina incluye
memoria de sólo lectura (ROM); memoria de acceso aleatorio (RAM);
medios de almacenamiento en disco magnético; medios de
almacenamiento óptico; dispositivos de memoria flash; señales
eléctricas, acústicas u otras formas de señales propagadas (por
ejemplo, ondas portadoras, señales infrarrojas, señales digitales,
etc.).
La fig. 4 es un diagrama de flujo que representa
el método de calibrado del aparato de la fig. 1; y la fig. 5
representa el método de funcionamiento. Como se ha visto en la fig.
4 en el bloque 200 comienza un método de calibrado de tratamiento
de señal de banda de base analógica de múltiples etapas acoplada de
corriente continua. En el bloque 202, es medido el desplazamiento y
la ganancia para cada etapa 90. Estos valores son obtenidos para un
ajuste de ganancia total de las unidades de desplazamiento de filtro
y de ganancia 32 y 34. A continuación, cada desplazamiento y
ganancia son convertidos en un valor numérico como se ha visto en
el bloque 204. En el bloque 206, los valores numéricos son tratados
para producir un valor de corrección para desplazamiento y para
ganancia para cada etapa 90. En el bloque 208, los valores numéricos
son almacenados en forma digital de modo que pueden ser fácilmente
accedidos cuando el receptor 1 está en funcionamiento. Una vez que
se ha completado el almacenamiento para un ajuste de ganancia
particular, la operación vuelve al bloque 200, y el proceso es
repetido hasta que todos los ajustes de compensación son almacenados
en la memoria 39 del sistema DSP 38. El sistema DSP 38 incluye una
memoria 39 para almacenar valores de compensación generados en un
modo de funcionamiento. Cuando los valores son almacenados, el
sistema DSP puede acceder a valores de corrección para etapas
particulares en las unidades FOG 32 y 34 basado en la ganancia total
que ha de producirse.
La fig. 5 representa el funcionamiento. En
funcionamiento, en el bloque 242, se miden el desplazamiento y la
ganancia. La memoria 39 es accedida en el bloque 244 basado en las
mediciones en el bloque 242. Los valores de corrección digital son
producidos en el bloque 246. En el bloque 248, la conversión de
digital a analógica es realizada y las señales de corrección son
aplicadas a las entradas apropiadas de cada etapa. Adicionalmente,
mientras los valores analógicos están siendo generados, en paralelo,
en el bloque 252, un valor de centrado es proporcionado a la unidad
81 de control de desplazamiento digital la entrada analógica será
alimentada en la entrada DORC.
Como se verá a partir de la especificación
anterior, pueden proporcionarse muchos esquemas diferentes de
acuerdo con el presente invento para proporcionar un sistema
rápido, exacto para corregir niveles en un amplificador acoplado de
corriente continua, de múltiples etapas. La compensación es
proporcionada para cada etapa o etapas de amplificador una
contribución de corriente continua es proporcionada inherentemente
al trayecto de señal. Esta compensación es realizada sin corregir
la señal. Muchas disposiciones equivalentes futuras serán evidentes
para los expertos en la técnica.
El sistema del presente invento es aplicable,
por ejemplo, a sistemas de comunicaciones inalámbricas tales como
teléfonos de radio WCDMA de Banda Ancha.
Claims (12)
1. Un sistema de tratamiento de señal de banda
de base analógica que comprende: una pluralidad de etapas (32, 34)
que definen un trayecto de señal analógica entre una entrada de
señal y un procesador (38) de señal digital, y que es capaz de
proporcionar un desplazamiento al trayecto de señal: y
caracterizado porque: cada etapa está acoplada en corriente
continua en serie a la siguiente etapa; y porque comprende: un
detector de desplazamiento (32, 46, 34, 56) para cada etapa que
sigue los desplazamientos en cada etapa y que proporciona un
indicativo de salida del desplazamiento a dicho procesador de señal
digital; y medios para recibir (58, 60) una señal de control de
desplazamiento procedente de dicho procesador de señal digital en
forma analógica para adición a dicho trayecto de señal en dicha
etapa para corregir el desplazamiento en respuesta al desplazamiento
detectado por el detector de desplazamiento para esa etapa.
2. El sistema según la reivindicación 1ª en el
que cada etapa comprende además un detector amplificador que
proporciona una amplitud al procesador de señal digital indicativa
de ganancia de dicha etapa y una entrada para recibir una señal de
control de ganancia procedente de dicho procesador de señal
digital.
3. El sistema según la reivindicación 2ª que
comprende el procesador de señal digital, estando programado dicho
procesador de señal digital para realizar un cálculo de
desplazamiento estático en el dominio digital basado en dicho
indicativo de salida de desplazamiento desde una etapa y en el que
dicha etapa comprende un circuito de control de desplazamiento
estático para proporcionar una entrada analógica a dicha etapa.
4. El sistema según la reivindicación 3ª que
comprende además un circuito de control de desplazamiento dinámico,
recibiendo dicho circuito de control de desplazamiento dinámico
entradas procedentes de dicho procesador de señal digital o
comprendiendo una de dichas entradas una entrada de centrado para
establecer un nivel de cero fiable para la etapa y una segunda
entrada que incluye un control de índice de desplazamiento dinámico
que establece una ventana de tiempo para adición de entrada de
señal a dicha etapa.
5. El sistema según la reivindicación 4ª en el
que dicho sistema de tratamiento de señal de banda de base
analógica es usado en un receptor de radio de conversión directa que
incluye mezcladores en fase y en cuadratura, proporcionando cada
mezclador una entrada a uno respectivo de un par de trayectos de
señal analógica.
6. Un receptor de radio de conversión directa
que comprende: una etapa (16) de filtrado de entrada; un mezclador
(20) de celda Gilbert que recibe una entrada procedente de dicha
etapa de filtrado y que proporciona salidas en fase y en cuadratura
a un primer y segundo trayectos en serie respectivamente; recibiendo
dicho procesador (38) de señal digital entradas desde cada trayecto
de señal en serie y proporcionando datos en un terminal de salida;
comprendiendo cada trayecto (21, 22) de señal en serie una unidad
(32, 34) de ganancia de desplazamiento de filtro que comprende un
sistema de tratamiento de banda de base analógico según la
reivindicación 1ª o 2ª, en el que la pluralidad de etapas comprende
una pluralidad de etapas de bloques de ganancia de filtro que
proporcionan una salida a un siguiente circuito, siendo dicho
siguiente circuito un siguiente bloque de ganancia de filtro de la
pluralidad de etapas de bloque de ganancia de filtro o un procesador
de señal digital.
7. Un método para corregir el desplazamiento en
un trayecto de señal de tratamiento analógico de múltiples etapas,
estando cada etapa acoplada en corriente continua en serie y siendo
capaz de contribuir a desplazar en dicho trayecto de señal el
método caracterizado porque comprende la detección de una
señal de desplazamiento que comprende una amplitud de corriente
continua variable con el tiempo para cada etapa y que proporciona
dicha señal de desplazamiento a un procesador de señal digital, que
calcula en el procesador de señal digital una señal de corrección
de desplazamiento y que añade a dicho trayecto de señal en una etapa
un nivel de corriente continua de acuerdo con dicha señal de
corrección.
8. El método según la reivindicación 7ª, que
comprende además la detección de una salida de amplitud desde una
etapa, proporcionando dicha salida medios para tratamiento para
determinar la ganancia y proporcionando una señal de corrección de
ganancia a dicha etapa.
9. El método según la reivindicación 8ª, que
comprende además calcular una señal de desplazamiento dinámico en
dicho procesador de señal digital y proporcionar a dicha etapa una
señal de control de índice de desplazamiento dinámico que establece
una ventana de tiempo para adición de la entrada de señal de
corrección de desplazamiento a dicha etapa.
10. Un medio legible por máquina que proporciona
instrucciones (200 - 208) que cuando son ejecutadas por un
procesador hacen que dicho procesador realice operaciones que
comprenden las operaciones de un método según la reivindicación
7ª.
11. Un medio legible por máquina según la
reivindicación 10ª, que proporciona instrucciones que cuando son
ejecutadas por un procesador hacen que dicho procesador realice
operaciones que comprenden la operación de detectar una salida de
amplitud desde una etapa, proporcionar dicha salida para el
tratamiento para determinar ganancia y proporcionar una señal de
corrección de ganancia a dicha etapa.
12. Un medio legible por máquina según la
reivindicación 11ª, que proporciona instrucciones que cuando son
ejecutadas por un procesador hacen que dicho procesador realice
operaciones que comprenden calcular una señal de desplazamiento
dinámico en dicho procesador de señal digital y que proporciona a
dicha etapa una señal de control de índice de desplazamiento
dinámico que establece una ventana de tiempos para adición de la
entrada de señal de corrección de desplazamiento a dicha etapa.
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