FI111575B - Automaattinen vahvistuksen säätölaite - Google Patents

Description

111575

Automaattinen vahvistuksen säätölaite

Keksinnön ala 5

Esillä oleva keksintö liittyy automaattiseen vahvistuksen säätimeen (AGC, Automatic Gain Controller), jota edullisesti käytetään radioliikennevastaanot-timissa, ja erityisesti automaattiseen vahvistuksen säätimeen (AGC), joka kykenee suorittamaan riittävän vahvistuksen säädön sisääntulevaan signaali) liin, jonka amplitudi vaihtelee suuresti.

Tunnettu tekniikan taso

Maanpinnan tasolla liikkuviin kohteisiin, kuten kannettaviin puhelimiin ja au-15 topuhelimiin liittyvä viestiliikenne tapahtuu yleensä hankalan sähkökenttäym-päristön alaisena. Vakaan viesti liikenteen takaamiseksi tällaisissa hankalissa olosuhteissa on viime aikoina otettu käyttöön digitaaliset modulaatiosystee-mit ja aikajakomultipleksointi (TDM). Lisäksi nykyään tutkitaan lähetinanten-nihyppäyksen (transmitter antenna hopping) ja taajuushyppäyksen (frequen-20 cy hopping) käyttöönottoa.

Lähetinantennihyppäykselle on tunnusomaista antenniekstraktio joukosta * antenneja, joilla lähetin on varustettu ja joilla aina saavutetaan optimaalinen resultanttisignaali, vaikka viestiliikenneolosuhteet muuttuisivat tai huononisi- 25 vat. Vastaavasti taajuushyppäykselle on tunnusomaista taajuusekstraktio joukosta kantoaaltotaajuuksia, jotta saavutetaan signaalin vastaanotto-olosuhteiden optimointi.

• ·

Samaan aikaan radioliikennevastaanottimet on varustettu automaattisilla 30 vahvistuksen säätimillä, jotta voidaan riittävästi vastata sähkökenttäympäris-tön yms. muutoksista johtuvaan sisääntulosignaalin muutokseen.

111575 2

Tyypilliseen tavanomaiseen radioliikennevastaanottimeen, jolla voidaan suorittaa automaattinen vahvistuksen säätö, kuuluu kuvan 3 mukaisesti vastaan-ottoantenni 1, joka havaitsee radiotaajuuskaistasignaalin, vastaanottosuoda-tin 2, joka poimii halutun taajuuskaistan havaitusta radiotaajuuskaistasignaa-5 lista, ensi asteen vahvistin 3, joka vahvistaa poimitun signaalin, taajuuskon- > vertteri 4, joka muuntaa sisääntulosignaalin radiotaajuuskaistalta välitaa-juuskaistalle, säädettävä vahvistin 5, joka vahvistaa välitaajuuskaistasignaa-lin, ja vahvistuksen säädin 6, joka säätää säädettävää vahvistinta 5.

10 Edellä kuvatussa tavanomaisessa vastaanottimessa antenni 1 vastaanottaa lähettimen (ei esitetty kuvassa) lähettämän radiotaajuuskaistasignaalin A ja siirtää tämän radiotaajuuskaistasignaalin A vastaanottosuodattimeen 2. Vas-taanottosuodatin 2 poimii halutun radiotaajuuskaistasignaalin B sisääntullees-ta radiotaajuuskaistasignaalista A ja syöttää tämän halutun radiotaajuuskais- 15 tasignaalin B ensi asteen vahvistimeen 3. Ensi asteen vahvistin 3 vahvistaa poimitun radiotaajuuskaistasignaalin B ja syöttää vahvistetun signaalin C taa-juuskonvertteriin 4. Taajuuskonvertteri 4 muuntaa radiotaajuuskaistasignaalin C välitaajuiseksi taajuuskaistasignaaliksi D ja syöttää välitaajuisen taajuus-kaistasignaalin D säädettävään vahvistimeen 5.

20 Säädettävä vahvistin 5 vahvistaa välitaajuisen taajuuskaistasignaalin D muuttelemalla vahvistuskerrointaan vahvistuksen säätimen 6 syöttämän vahvistuksen säätösignaalin F mukaisesti ja tuottaa IF-signaalin E (Intermediate frequency, Välitaajuus), joka siirretään seuraavan asteen piiristöön (ei esitet- 25 ty kuvassa) ja vahvistuksen säätimeen 6. Vahvistuksen säädin 6 syöttää vahvistuksen säätösignaalin F säädettävään vahvistimeen 5 säädettävän vahvistimen 5 vahvistuskertoimen säätämiseksi siten, että IF-signaali E pidetään aikakeskiarvoltaan vakiona.

30 Tällaisella tavanomaisella automaattisella vahvistuksen säätimellä on kuitenkin sellainen ongelma, että kun sisääntulosignaalin taso vaihtelee suuresti, sen automaattinen säätötoiminto ei voi seurata tätä signaalin muutosta. Tar- 111575 3 kemmin sanottuna, kuten kuvassa 4 on estetty, kun radiotaajuuskaistasig-naali lähetetään lähettimestä, jossa käytetään antennihyppäyssysteemiä tai taajuushyppäyssysteemiä, voi vastaanottimella vastaanotetun sisääntulosig-naalin taso vaihdella jyrkästi vasteena lähetinantennin tai kantoaaltotaajuu-5 den vaihtamiselle. Edellä kuvattu tavanomainen automaattinen vahvistuksen säätölaite ei pysty seuraamaan tällaista äkillistä sisääntulosignaalin tason muutosta.

Tämä johtuu siitä, että vahvistuksen säädön ominaisuus sisältää aikavakion. 10 Täten, kun halutun radiotaajuuskaistasignaalin B amplitudi äkkiä pienenee hetkellä, jolloin lähettimen antenni vaihdetaan antennista #1 antenniin #2, vaaditaan huomattava aika, ennen kuin vahvistuksen säätösignaalin F amplitudi pienenee vastaavasti. Säädettävän vahvistimen 5 vahvistuskerroin kasvaa, kun vahvistuksen säätösignaali F pienenee. Tämän seurauksena hetkel-15 lä, joka välittömästi seuraa hetkeä, jolloin lähettimen antenni vaihdetaan antenniksi #2, säädettävä vahvistin 5 ei kykene vahvistamaan radiotaajuuskais-tasignaalia B, jonka amplitudi juuri pieneni, vaan pikemminkin odottamatto-masti pienentää signaalin B amplitudia.

20 Vastaavasti, kun halutun radiotaajuuskaistasignaalin B amplitudi äkillisesti kasvaa hetkellä, jolloin lähettimen antenni vaihdetaan antennista #2 antenniin #1, vaaditaan huomattava aika, ennen kuin vahvistuksen säätösignaalin * F amplitudi kasvaa vastaavasti. Tämän seurauksena hetkellä, joka välittö mästi seuraa hetkeä, jolloin lähettimen antenni vaihdetaan antenniksi #1, 25 säädettävä vahvistin 5 ei kykene vaimentamaan radiotaajuuskaistasignaalia B, jonka amplitudi juuri kasvoi, vaan pikemminkin odottamattomasti kasvattaa signaalin B amplitudia.

•« l

Edellisestä seuraa, että säädettävässä vahvistimessa 5 synnytettävän IF-30 signaalin amplitudin vaihtelun laajuus tulee suureksi, mikä vaatii automaattista vahvistuksen säädintä seuraavalta piiriltä hyvin laajaa dynamiikka-aluetta.

111575 4 Täten signaali aiheuttaa säröä, ellei automaattisen vahvistuksen säätimen perässä olevaa piiriä ole varustettu riittävän suurella dynamiikka-alueella.

Tämän haitan eliminointi vähentämällä aikavakiota ei ole suotavaa, koska 5 automaattinen vahvistuksen säätötoiminto itse ei ole enää käytettävissä.

) YHTEENVETO KEKSINNÖSTÄ

Ottaen huomioon edellä kuvatut tunnettuun tekniikkaan liittyvät ongelmat, 10 on esillä olevan keksinnön päällimmäisenä tavoitteena aikaansaada automaattinen vahvistuksen säätölaite, joka pystyy lisäämään antenni- tai taa-juushyppäyssysteemiä hyväksikäyttävän viestiliikennelaitteen laatua ilman, että äkillinen sisääntulosignaalin tason muutos vaikuttaa siihen haitallisesti, ja ettei vahvistuksen säätöpiiriä seuraavassa piirissä tarvita suurta dynamiikka-15 aluetta.

Tämän ja muiden asiaan liittyvien tavoitteiden saavuttamiseksi esillä olevalla keksinnöllä saadaan aikaan radioliikennevastaanotin, jolle on tunnusomaista patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa esitetyt asiat.

20

Esillä olevan keksinnön mukaisessa vastaanottimessa on edullista, että vahvistuksen rajoituselimet rajoittavat vahvistuskertoimen ylärajan ja alarajan.

»

Edelleen on edullista, että vahvistuksen rajoituselimet muuttavat ennalta 25 määrättyä aluetta vasteena signaalille, joka kuvaa lähetinantennin, jonka kautta signaali lähetetään, vaihtamista tai kantoaaltotaajuuden, jolla signaali siirretään, vaihtamista.

•

Edellä kuvatulla järjestelyllä vahvistuksen rajoituselimet toimivat vaimentaen 30 vahvistuskertoimen suuruutta, vaikka sisääntulosignaalin taso muuttuu äkillisesti lähetinantennin tai kantoaaltotaajuuden tms. vaihtamisen takia. Tämän johdosta vahvistuskerroin ei vaihtele niin suurissa rajoissa kuin tavanomaisis- 111575 5 sa systeemeissä. Näin ollen keksintö sallii systeemin nopeasti vastata muutokseen. Täten vahvistuksen säätöpiiriä seuraavalta piiriltä ei vaadita suurta dynamiikka-aluetta.

5 Lisäksi automaattinen vahvistuksen säätö toteutetaan jokaisessa vastaanottavassa purskeyksikössä (receiving burst unit) suorittamalla vahvistuskertoi-men säätö joka kerran, kun lähetinantennia tai kantoaaltotaajuutta vaihdetaan.

10 LYHYT KUVAUS PIIRUSTUKSISTA

Esillä olevan keksinnön edellä mainitut ja muut tavoitteet, piirteet ja edut tulevat selvemmiksi seuraavasta yksityiskohtaisesta kuvauksesta, joka on tarkoitettu luettavaksi yhdessä mukana olevien piirustusten kanssa, joista: 15

Kuva 1 esittää lohkokaaviota, jossa on esitetty esillä olevan keksinnön mukaisen automaattisen vahvistuksen säätölaitteen yksi esimerkki; 20 Kuva 2 esittää aaltomuotokuviota, jossa näkyy esillä olevan keksinnön mukaisen automaattisen vahvistuksen säätölaitteen säätöominai-suudet;

Kuva 3 esittää lohkokaaviota tavanomaisesta automaattisesta vahvistuk-25 sen säätölaitteesta; ja

Kuva 4 esittää aaltomuotokuviota, jossa näkyy tavanomaisen automaat-, · tisen vahvistuksen säätölaitteen säätöominaisuudet.

30 YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS PARHAANA PIDETYSTÄ SUORITUSMUODOSTA

Tästä eteenpäin kuvataan esillä olevan keksinnön parhaana pidettyä suoritusmuotoa yksityiskohtaisesti viittaamalla kuviin 1 ja 2.

6 111575

Radioliikennevastaanottimeen, jossa käytetään esillä olevan keksinnön mukaista automaattista vahvistuksen säätölaitetta, kuluu kuvan 1 mukaisesti vastaanottoantenni 1, joka havaitsee radiotaajuuskaistasignaalin, vastaanot-5 tosuodatin 2, joka poimii halutun taajuuskaistan havaitusta radiotaajuuskais-tasignaalista, ensi asteen vahvistin 3, joka vahvistaa poimitun signaalin, taa-juuskonvertteri 4, joka muuntaa sisääntulosignaalin radiotaajuuskaistalta väli-taajuuskaistalle, säädettävä vahvistin 5, joka vahvistaa välitaajuuskaistasig-naalin, ja vahvistuksen säädin 6, joka säätää säädettävää vahvistinta 5. Li-10 säksi esillä olevan keksinnön mukaiseen radioliikennevastaanottimeen kuuluu vahvistuksen rajoitin 7, joka rajoittaa vahvistuksen säätimestä 6 generoidun vahvistuksen säätösignaalin F amplitudia. Tähän vahvistuksen rajoittimeen 7 tulee sisään hyppäyksen ajoitussignaali G, joka kuvaa lähetinantennin tai kantoaaltotaajuuden vaihtamista, ja joka saadaan tuotetuksi sisääntulosig-15 naalista. Vahvistuksen rajoitin 7 valvoo taajuuskonvertterin 4 muuttamaa välitaajuuskaistasignaalia D ja vahvistuksen säätösignaalia F, joka välitetään vahvistuksen säätimeltä 6 säädettävään vahvistimeen 5.

Edellä kuvatussa radioliikennevastaanottimessa, joka ilmentää esillä olevaa 20 keksintöä, antenni 1 vastaanottaa lähettimen (ei esitetty kuvassa) lähettämän radiotaajuuskaistasignaalin A ja siirtää tämän radiotaajuuskaistasignaalin A vastaanottosuodattimeen 2. Vastaanottosuodatin 2 poimii halutun radio- » « taajuuskaistasignaalin B sisääntulleesta radiotaajuuskaistasignaalista A ja syöttää tämän halutun radiotaajuuskaistasignaalin B ensi asteen vahvisti-25 meen 3. Ensi asteen vahvistin 3 vahvistaa poimitun radiotaajuuskaistasignaalin B ja syöttää vahvistetun signaalin C taajuuskonvertteriin 4. Taajuuskon-vertteri 4 muuntaa radiotaajuuskaistasignaalin C välitaajuiseksi taajuuskais-tasignaaliksi D ja syöttää välitaajuisen taajuuskaistasignaalin D säädettävään vahvistimeen 5.

Säädettävä vahvistin 5 vahvistaa välitaajuisen taajuuskaistasignaalin D muuttelemalla vahvistuskerrointaan vahvistuksen säätimen 6 syöttämän vahvis- 30 111575 7 tuksen säätösignaalin F mukaisesti ja tuottaa IF-signaalin E (Intermediate frequency, Väiitaajuus), joka siirretään seuraavan asteen piiristöön (ei esitetty kuvassa) ja vahvistuksen säätimeen 6. Vahvistuksen rajoittimen 7 rajoituksen alaisena vahvistuksen säädin 6 syöttää vahvistuksen säätösignaalin F 5 säädettävään vahvistimeen 5 säädettävän vahvistimen 5 vahvistuskertoimen säätämiseksi siten, että IF-signaali E pidetään arvoltaan vakiona.

Vastaanottaessaan hyppäyksen ajoitussignaalin G vahvistuksen rajoitin 7 syöttää rajoitussignaalin H vahvistuksen säätimeen 6. Tämä rajoitussignaali 10 H rajoittaa säädettävän vahvistimen 5 vahvistuskerrointa siten, että vahvis-tuskerroin pysyy alueella, jonka määrittää ennalta määrätyt yläraja- ja alaraja-arvot.

Näiden yläraja- ja alaraja-arvojen määrittämiseksi vahvistuksen rajoitin 7 val-15 voo kunkin lähetinantennin (tai kantoaaltotaajuuden) sisääntulosignaalin D tasoa ja vahvistuksen säätösignaalia F. Tällä tavoin valvottuihin sisääntulosignaalin D tasoon ja vahvistuksen säätösignaalin F pohjautuen yläraja- ja alaraja-arvot, jotka vastaavat kutakin lähetinantennia (tai kantoaaltotaajuutta), määritetään huolellisesti siten, että IF-signaalin amplitudi ei ylitä automaatti-20 sen vahvistuksen säätöpiiriä seuraavan piirin dynamiikka-aluetta hetkellä, jolloin lähetinantenni (tai kantoaaltotaajuus) vaihdetaan. Täten tulee mahdolliseksi estää signaalia aiheuttamasta säröä. Lisäksi määritettäessä näitä yläraja- ja alaraja-arvoja, jotka vastaavat kutakin lähetinantennia (tai kantoaaltotaajuutta), otetaan huomioon, että liian pieni signaali huonontaa tarkkuutta 25 piirissä, joka seuraa automaattista vahvistuksen säätöpiiriä. Kun yläraja- ja alaraja-arvot kutakin lähetinantennia (tai kantoaaltotaajuutta) varten on saatu, näitä yläraja- ja alaraja-arvoja käytetään aina, kun sama antenni tai kan- • · < toaaltotaajuus valitaan myöhemmin.

30 Vastaavasti vahvistuksen säädin 6, joka syöttää vahvistuksen säätösignaalia F, jonka amplitudia rajoittaa vahvistuksen rajoitussignaali H, säätää säädettävän vahvistimen 5 vahvistuskerrointa siten, että IF-signaalin E keskiarvo 111575 8 pysyy ennalta määrätyllä alueella, joka on määritetty jokaiselle lähetinanten-nille (tai kantoaaltotaajuudelle).

Kuvassa 2 on esitetty halutun radiotaajuuskaistasignaalin B, vahvistuksen 5 säätösignaalin F ja IF-signaalin E välisiä suhteita tapauksessa, jossa lähe- tinantennihyppäysluku on 2. Vahvistuksen säätösignaalin F amplitudi on tiukasti rajoitettu vaihtelemaan alueella, jonka määrittää ennalta määrätyt yläraja- ja alaraja-arvot, jotka vahvistuksen rajoitin 7 antaa ja joiden arvot vaih-televat lähetinantennin mukaan.

10 Lähetinantennihyppäyssysteemin mukaisesti halutun radiotaajuuskaistasignaalin B amplitudi mahdollisesti vaihtelee laajasti. Tässä suoritusmuodossa selitetty automaattinen vahvistuksen säätölaite voi kuitenkin rajoittaa vahvistuksen säätösignaalin F amplitudin ennalta määrätyn yläraja-arvon ja alaraja-15 arvon väliin. Tämän johdosta, jopa välittömästi lähetinantennin vaihdon jälkeen, vahvistuksen säätösignaalin F amplitudi ei muutu suuresti. Täten tulee mahdolliseksi nopeasti vastata sisääntulosignaalin muutokseen. Tästä johtuen säädettävää vahvistinta 5 estetään liiallisesti vähentämästä pieniamplitu-disen signaalin amplitudia tai liiallisesti kasvattamasta suuriamplitudisen sig-20 naalin amplitudia, jolloin ratkaistaan tavanomaisen systeemin ongelma.

Tällä tavalla vahvistuksen säätösignaalin F amplitudia rajoittamalla sallitaan * systeemin reagoida lyhyessä sisääntulosignaalin äkilliseen muutokseen, joka aiheutuu lähetinantennin vaihtamisesta tai vastaavasta, vaikkakin IF-25 signaalin E keskiarvon leveys yhden lähetinantennin lähettämän signaalin vastaanoton aikana hieman leveneekin. Arvioituna kokonaisuudessaan voidaan päätyä tulokseen, että IF-signaali E on enemmän stabiloitu.

•»> Näin ollen on mahdollista toteuttaa automaattinen vahvistuksen säätösys-30 teemi, joka estää IF-signaalia ylittämästä automaattista vahvistuksen säätöpiiriä seuraavan piirin dynamiikka-aluetta hetkellä, jolloin lähetinantennia (tai kantoaaltotaajuutta) vaihdetaan, tai joka estää automaattista vahvistuksen 111575 9 säätöpiiriä seuraavan piirin tarkkuutta huonontumasta johtuen liian pienestä signaalista.

' On mahdollista käyttää vakioarvoista yläraja- ja alaraja-arvoa vahvistuksen 5 säätösignaalin F amplitudiin, jotka eivät riipu lähetinantennista tai kantoaalto-taajuudesta.

Kuten edellä olevassa kuvauksessa on selitetty, esillä oleva keksintö sallii automaattisen vahvistuksen säätölaitteen reagoida nopeasti sisääntulosignaalin 10 tason muutokseen, joka aiheutuu lähetinantennin vaihdosta, taajuushyppä-yksestä tai muusta syystä. Tämän johdosta viestiliikenneyhteyden laatu kasvaa eikä automaattista vahvistuksen säätöpiiriä seuraavassa piirissä dynamiikka-alueen laajentaminen ole välttämätöntä.

15 Koska keksintö voi ilmentyä useissa muodoissa ilman, että se poikkeaa keksinnön oleellisten tunnuspiirteiden hengestä, esillä oleva kuvattu suoritusmuoto on tarkoitettu ainoastaan asiaa valaisevaksi eikä rajoittavaksi, sillä keksinnön ulottuvuus on määritelty liitetyissä patenttivaatimuksissa eikä niitä edeltävässä kuvauksessa, ja kaikkien muutosten, jotka sisältyvät vaatimuksi-20 en määritysten ja rajoitusten sisään, tai tällaisten määritysten ja rajoitusten vastineiden sisään, on tarkoitettu olevan vaatimusten sisäänsä sulkemia.

25

Claims (6)

111575 10

1. Radioliikennevastaanotin hyppäyssignaalin vastaanottamiseksi, joka vastaanotin käsittää: säädettävän vahvistimen (5) tulosignaalin (D) vahvistami- 5 seksi vahvistuskertoimella (F); vahvistuksen säätöelimet (6) mainitun vahvistuskertoimen (F) säätämiseksi; ja vahvistuksen rajoituselimet (7), mainitun vahvistuskertoimen, rajoittamiseksi sallitulle alueelle; 10 tunnettu siitä, että: mainitut vahvistuksen rajoituselimet reagoivat ajoitussignaaliin (G), joka on osoitus hyppyjen ajoituksesta vastaanotetussa signaalissa ja on sovitettu rajoittamaan mainitun vahvistuskertoimen (F) erilaisille sallituille alueille vastaanotetun signaalin peräkkäisiä hyppyjä varten. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että mainittu vahvistuksen rajoituselin (7) on sovitettu rajoittamaan mainitun vahvistuskertoimen sallituille alueille, joilla on ylempi ja alempi raja.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että mainittu vahvistuksen rajoituselin (7) on sovitettu määrittämään mainitun sallitun alueen perustuen mainitun tulosignaalin (D) tarkkailtuihin tasoihin ja mainittujen vahvistuksien säätöelimien (6) asettamaan mainittuun vahvistus-kertoimeen (F). 25

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että mainittu vahvistuksen rajoituselin (7) on sovitettu määrittämään mainitun sallitun alueen tulosignaalin kutakin hyppäystilaa varten ja käyttämään vastaavaa määritettyä sallittua aluetta aina kun mainittu tulosignaali on vastaavassa 30 hyppäystilassa. 111575 11

5. Jonkin edellä olevan vaatimuksen mukainen vast anotin, tunnettu siitä, että mainittu hyppäyssignaali on taajuushyppäyssignaali.

6. Jonkin vaatimuksen 1-4 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että mainittu hyppäyssignaali on antennihyppäyssignaali. t 111575 12