FI85786B

FI85786B - Radio receiver

Info

Publication number: FI85786B
Application number: FI905304A
Authority: FI
Inventors: Seppo Koivusaari
Original assignee: Telenokia Oy
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1992-02-14
Also published as: FI905304A; FI905304A0; FI85786C

Description

1 857861 85786

Radiovastaanotinradio set

Keksinnön kohteena on radiovastaanotin, joka käsittää sekoitinvälineet vastaanotetun radiotaajuisen signaalin 5 sekoittamiseksi kantataajuudelle, vahvistinvälineen kanta taajuisen signaalin tason säätämiseksi, ja analogia-digi-taalimuunninvälineet näytteiden ottamiseksi kantataaj uises-ta signaalista.The invention relates to a radio receiver comprising mixer means for mixing the received radio frequency signal 5 with the baseband, amplifier means for adjusting the level of the frequency signal, and analog-to-digital converter means for sampling the baseband signal.

Kun radiovastaanottimella vastaanotettavan signaa-10 Iin dynamiikka-alue on hyvin laaja, on vastaanottimessa käytettävä automaattista vahvistuksensäätöä (AVS), sillä signaalin leikkautuminen ja vastaanottimen etuasteiden yliohjautuminen huonontaa vastaanottimen suorituskykyä. Digitaalisen matkapuhelinjärjestelmän vastaanottimessa ja 15 muiden vastaavan tyyppisten digitaalisten radiojärjestel mien vastaanottimissa automaattisen vahvistuksensäädön toteuttaminen on kuitenkin hankalampaa kuin perinteisissä vastaanottimissa, koska vastaanotettava signaali koostuu aikaväleistä, jossa tehotaso vaihtelee hyvin paljon. Esi-20 merkiksi matkapuhelinjärjestelmän tukiaseman vastaanottimessa eri aikaväleissä vastaanotetut signaalit voivat olla lähtöisin eri matkapuhelimista, jotka sijoittuvat eri etäisyydelle tukiasemasta sen radiokantaman sisällä. Lisäksi vastaanotetun signaalin amplitudi vaihtelee nopeasti taa-25 juusselektiivisen häipymisen vuoksi kuljettuaan radiokanavan läpi. Tämän vuoksi tavanomainen automaattinen vahvis-tuksensäätö ei toimi riittävän hyvin ja seurauksena on vastaanottimen suorituskyvyn heikkeneminen.When the dynamic range of the signal received by the radio receiver is very wide, automatic gain control (AVS) must be used in the receiver, as signal clipping and overdriving of the receiver preamps will degrade the receiver's performance. However, in a receiver of a digital cellular telephone system and in receivers of 15 other similar types of digital radio systems, automatic gain control is more difficult to implement than in conventional receivers because the signal to be received consists of time slots with very high power levels. For example, signals received at a base station receiver of a mobile telephone system at different time slots may be from different mobile telephones located at different distances from the base station within its radio range. In addition, the amplitude of the received signal varies rapidly due to frequency-selective fading after passing through the radio channel. As a result, conventional automatic gain control does not work well enough, resulting in poorer receiver performance.

; Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada 30 radiovastaanotin, jolla vältetään edellä esitetty ongelma.; It is an object of the present invention to provide a radio receiver which avoids the above problem.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä radiovastaanottimella, jolle on keksinnön mukaisesti tun-nusomaista, että kantataajuinen signaali jaetaan vahvistin-välineessä kahdelle eri analogia-digitaalimuunnosvälineelle 35 vastaavasti kahden vahvistukseltaan erilaisen vahvistinhaa- 2 85786 ran kautta, joista suhteellisesti suuremman vahvistuksen omaava haara on tarkoitettu ensisijaisesti vastaanotetun signaalin dynamiikka-alueen alemmalle puoliskolle osuville signaalitasoille ja joista suhteellisesti pienemmän vahvis-5 tuksen omaava haara on tarkoitettu ensisijaisesti vastaanotetun signaalin dynamiikka-alueen ylemmälle puoliskolle osuville signaalitasoille.This is achieved by a radio receiver of the type described in the introduction, which according to the invention is characterized in that the baseband signal is distributed in the amplifier means to two different analog-to-digital conversion means 35 via two amplifiers of different gain, respectively. for signal levels falling in the lower half of the dynamic range and of which the relatively lower gain branch is intended primarily for signal levels falling in the upper half of the dynamic range of the received signal.

Keksinnön perusajatuksena on, että tulosignaali vahvistetaan kahdella rinnakkaisella vahvistinhaaralla, 10 joiden vahvistukset ovat erilaiset. Näin menetellen voidaan pieniä signaalitasoja vahvistaa enemmän ennen A/D-muunnosta kuin suuria tasoja, jolloin saadaan sekä pieni- että suuri-tasoiset signaalit A/D muunnettua leikkautumatta ja laajennettua vastaanottimen dynamiikka-aluetta. Molemmat A/D-15 muuntimet ottavat omasta haarastaan jatkuvasti näytteitä, jotka luetaan muistiin. Haaran valinta voidaan suorittaa digitaalisesti sen jälkeen kun esimerkiksi aikajakoisen signaalin yhden aikavälin näytteet on luettu muistiin. Valintaperusteena voidaan käyttää mitä tahansa seikkaa, 20 jolla voidaan valita vastaanotettua signaalia vähemmän vääristänyt vahvistinhaara.The basic idea of the invention is that the input signal is amplified by two parallel amplifier branches, 10 of which have different gains. In this way, small signal levels can be amplified more before A / D conversion than large levels, allowing both low and high level signals to be A / D converted without clipping and expanding the receiver dynamic range. Both A / D-15 converters continuously take samples from their own branch, which are read into memory. Branch selection can be performed digitally after, for example, samples of one time slot of a time division signal have been read into memory. As a selection criterion, any factor 20 can be used to select an amplifier branch that distorts the received signal less.

Vastaanotetun signaalin A/D-muuntaminen riittävän nopeasti yhdellä muuntimella olisi hyvin vaikeaa, kun taas keksinnössä voidaan kummassakin haarassa käyttää samanlais-25 ta, suhteellisen edullista muunninta.A / D conversion of the received signal fast enough with a single converter would be very difficult, while a similar, relatively inexpensive converter can be used in both branches in the invention.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin suori tusesimerkkien avulla viitaten oheiseen piirrokseen, jossa kuvio 1 esittää erään keksinnön mukaisen radiovas-30 taanottimen lohkokaavion, ja kuvio 2 esittää kvadratuurimoduloidun signaalin vastaanottamiseen tarkoitetun keksinnön mukaisen radiovas-taanottimen lohkokaavion.The invention will now be described in more detail by means of embodiments with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a block diagram of a radio transceiver according to the invention, and Figure 2 shows a block diagram of a radio receiver according to the invention for receiving a quadrature modulated signal.

... Kuvion 1 mukaisessa radiovastaanottimessa vastaan- 35 otettu radiotaajuinen signaali RFIN syötetään sekoittimelle 3 85786 1, jossa se sekoitetaan paikallisoskillaattorisignaalin floc avulla kantataajuudelle. Kantataajuinen signaali jaetaan vahvistimen AI kautta analogia-digitaalimuuntimelle 2 ja vahvistimen A2 kautta analogia-digitaalimuuntimelle 3.... The radio frequency signal RFIN received in the radio receiver according to Fig. 1 is fed to a mixer 3 85786 1, where it is mixed to the baseband by means of a local oscillator signal floc. The baseband signal is distributed via amplifier A1 to analog-to-digital converter 2 and via amplifier A2 to analog-to-digital converter 3.

5 Vahvistimen AI vahvistus on suhteellisesti suurempi kuin vahvistimen A2. Vahvistin AI on tarkoitettu ensisijaisesti vastaanotetun signaalin dynamiikka-alueen alemmalle puoliskolle osuville signaalitasoille ja vahvistin A2 on tarkoitettu ensisijaisesti vastaanotetun signaalin dynamiikka-10 alueen ylemmälle puoliskoille osuville signaalitasoille. A/D-muuntimet 2 ja 3 ottavat vastaavasti näytteitä vahvistimien AI ja A2 ulostulosignaalista ja kummaltakin A/D-muuntimelta saadut näytteet syötetään logiikkayksikölle 4, joka tallentaa näytteet muistiin. Logiikkayksikkö 4 voi 15 olla esimerkiksi muistin sisältävä mikroprosessori. Kun signaali on vastaanotettu ja näytteet on tallennettu muistiin, logiikkayksikkö 4 valitsee vastaanotetun signaalin tason kannalta edullisemmasta haarasta saadut signaalinäyt-teet. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa vastaan-20 otettu signaali on useista osasignaaleista aikajakomulti-pleksoimalla muodostettu signaali, joka käsittää useita aikavälejä, jolloin valintavälineet kunkin aikavälin vastaanottamisen jälkeen valitsevat tässä aikavälissä vastaanotetun signaalin tason kannalta edullisemmasta haarasta 25 saadut signaalinäytteet. Erityisesti matkapuhelinjärjestel mässä tällainen signaali voi olla TDMA (Time division multiple acces) -signaali. Vahvistinhaaran ja signaalinäytteiden valinnan perusteena voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa valintakriteeriä. Vahvistimen AI ja A2 voivat olla : 30 vahvistukseltaan kiinteitä tai niissä voi olla automaatti- nen vahvistuksensäätö.5 The gain of amplifier AI is relatively higher than that of amplifier A2. Amplifier A1 is primarily for signal levels falling in the lower half of the dynamic range of the received signal, and amplifier A2 is primarily for signal levels in the upper half of the dynamic range of the received signal. The A / D converters 2 and 3 take samples of the output signal of the amplifiers A1 and A2, respectively, and the samples obtained from each of the A / D converters are fed to a logic unit 4, which stores the samples in a memory. The logic unit 4 can be, for example, a microprocessor containing memory. When the signal is received and the samples are stored in the memory, the logic unit 4 selects the signal samples obtained from the more advantageous branch in terms of the level of the received signal. In a preferred embodiment of the invention, the received signal is a signal formed of a plurality of sub-signals by time division multiplexing, comprising a plurality of time slots, the selection means selecting signals from a more advantageous branch 25 after receiving each time slot. In the mobile telephone system in particular, such a signal may be a TDMA (Time division multiple acces) signal. Any suitable selection criteria can be used as a basis for selecting the amplifier branch and signal samples. Amplifier A1 and A2 may be: 30 fixed in gain or may have automatic gain control.

Kuviossa 2 on esitetty toinen keksinnön mukainen radiovastaanotin, joka soveltuu kvadratuurimoduloiduille signaaleille. Vastaanotettu kvadratuurimoduloitu radiotaa-35 juinen signaali RFIN syötetään kaistanpäästösuodattimen 21 4 85786 ja esivahvistimen A7 kautta sekoittimille 22 ja 26, jotka muodostavat kvadratuuridemodulaattorin. Oskillaattorilla 30 synnytetään paikallisoskillaattorisignaali, joka syötetään haaroitinelimen 31 kautta sekoittimelle 22 90 asteen vai-5 hesiirrossa ja sekoittimelle 26 nollan asteen vaihesiirros-sa. Tällöin sekoittimet 22 ja 26 sekoittavat vastaanotetun signaalin RFIK kaksi keskenään 90 asteen vaihesiirrossa olevaa signaalia vastaavasti kantataajuisiksi signaaleiksi I ja Q. Kantataajuinen signaali I syötetään alipäästösuo-10 dattimen 23 kautta vahvistimelle A3, jonka ulostulosignaali puolestaan jaetaan sekä suoraan A/D-muuntimelle 24 että vahvistimen A5 kautta A/D-muuntimelle 25. Tällöin A/D-muun-nin 24 ja sille menevä vahvistinhaara on tarkoitettu ensisijaisesti vastaanotetun signaalin dynamiikka-alueen ylem-15 mälle puoliskolle osuville signaalitasoille. A/D-muuntimelle 25 vahvistimen A5 kautta menevä vahvistinhaara, jolla on suhteellisesti suurempi vahvistus, on tarkoitettu ensisijaisesti vastaanotetun signaalin alemmalle puoliskolle osuville signaalitasoille. Vastaavasti kantataajuinen Q 20 syötetään alipäästösuodattimen 27 kautta vahvistimelle A4, jonka ulostulosignaali jaetaan sekä suoraan A/D-muuntimelle 28 että vahvistimen A6 kautta A/D-muuntimelle 29. Jälleen A/D-muunnin 29 on tarkoitettu pienitasoisemmille signaaleille ja A/D-muunnin 28 suuritasoisemmille signaaleille.Figure 2 shows another radio receiver according to the invention suitable for quadrature modulated signals. The received quadrature modulated radio frequency signal RFIN is fed through a bandpass filter 21 4 85786 and a preamplifier A7 to mixers 22 and 26, which form a quadrature demodulator. The oscillator 30 generates a local oscillator signal which is fed through a branch member 31 to the mixer 22 in a 90 degree phase shift and to the mixer 26 in a zero degree phase shift. In this case, mixers 22 and 26 mix the two signals of the received signal RFIK with a 90-degree phase shift, respectively, into baseband signals I and Q, respectively. A5 to the A / D converter 25. In this case, the A / D converter 24 and the amplifier branch going to it are intended primarily for signal levels falling in the upper half of the dynamic range of the received signal. The amplifier branch of the A / D converter 25 through the amplifier A5, which has a relatively higher gain, is intended primarily for signal levels corresponding to the lower half of the received signal. Correspondingly, the baseband Q20 is fed through a low-pass filter 27 to an amplifier A4, the output signal of which is distributed both directly to the A / D converter 28 and via the amplifier A6 to the A / D converter 29. Again, the A / D converter 29 is for lower level signals and the A / D converter 28 for higher level signals.

25 A/D-muuntimet 24, 25, 28 ja 29 on kytketty logiikkayksiköl-le, joka tallentaa muuntimilta saadut näytteet. Tämä lo-giikkayksikkö käsittelee A/D-muuntimien 24 ja 25 signaalista I ottamia näytteitä ja vastaavasti A/D-muuntimien 28 ja 29 signaalista Q ottamia näytteitä samalla tavoin kuin 30 kuvion 1 tapauksessa logiikkayksikkö 4 käsitteli A/D-muuntimien 2 ja 3 ottamia näytteitä.The A / D converters 24, 25, 28 and 29 are connected to a logic unit which stores the samples received from the converters. This logic unit handles the samples taken from the signal I by the A / D converters 24 and 25 and the samples taken from the signal Q by the A / D converters 28 and 29, respectively, in the same way as in the case of Fig. 1. samples.

Kuviossa 2 vahvistimet A3 ja A4 sisältävät edulli-sesti automaattisen vahvistuksensäädön.In Figure 2, amplifiers A3 and A4 preferably include automatic gain control.

··. Vaikka edellä esitetyissä suoritusmuodoissa on 35 vastaanotetun signaalin erilaisten tasojen aikaansaamiseksi 5 8 5 7 8 6 käytetty pelkästään vahvistimia, on ymmärrettävä, että vahvistimien lisäksi voidaan käyttää haarojen välisen vah-vistuseron aikaansaamiseksi vaimentimia ainakin toisessa haarassa. Esimerkiksi kuvion 2 tapauksessa vahvistimien A5 5 ja A6 tilalla voisi vaihtoehtoisesti olla vaimennin, jolloin kyseisestä haarasta tulisi suhteellisesti pienemmän vahvistuksen omaava haara, joka on tarkoitettu suuritasoisille vastaanotetuille signaaleille.··. Although only amplifiers have been used in the above embodiments to provide different levels of the received signal, it should be understood that in addition to the amplifiers, attenuators in at least one branch may be used to provide a gain difference between the branches. For example, in the case of Figure 2, amplifiers A5 5 and A6 could alternatively be replaced by an attenuator, whereby the branch in question would become a branch with a relatively lower gain for high-level received signals.

Kuviot ja niihin liittyvä selitys on muutoinkin 10 tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen radiovastaanotin voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.The figures and the related description are otherwise only intended to illustrate the present invention. The details of the radio receiver according to the invention may vary within the scope of the appended claims.

Claims

6 85786

A radio receiver comprising mixing means (1,22,26) for mixing a received radio frequency signal (RFIN) with a baseband, amplifier means (A1-A6) for adjusting a baseband signal level, and analog-to-digital converter means (2,3,24,25); 28,29) for sampling a baseband signal, characterized in that the baseband signal is divided in the amplifier means into two different analog-to-digital conversion means (2,3,24,25,28,29) respectively via two amplifier branches of different gains, of which the relatively higher gain the branch (A1, A5, 15 A6) is intended primarily for signal levels falling in the lower half of the dynamic range of the received signal, and the branch (A2) having a relatively lower gain is intended primarily for signal levels in the upper half of the dynamic range of the received signal.

A radio receiver according to claim 1, characterized by memory means (4) for storing signal samples formed by analog-to-digital converter means (2,3,24,25,28,29). . A radio receiver according to claim 2, characterized by selection means (4) which, after receiving the signal, select the signal samples obtained from the most advantageous branch in terms of the level of the received signal.

A radio receiver according to claim 3, characterized in that the received signal is a time division signal comprising a plurality of time slots, and that the selection means (4) after receiving each time slot selects the signals received from the more advantageous branch of the signal received in this time slot. 85786 samples.

Radio receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the received radio frequency signal comprises two carriers with a phase shift of 90-5 degrees, and the radio receiver comprises, separately for each carrier, said mixer means (22, 26), two amplifier branches (IL, IH, Q1, Qh) and two analog-to-digital converter means (24,25,28,29).

Radio receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the amplifier means comprises automatic gain control.

Radio receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the at least 15 second amplifier branches comprise an attenuator element.

Radio receiver according to one of the preceding claims, characterized in that the gain of the second amplifier branch is 1.

Radio receiver according to any one of claims 4 to 8, characterized in that said time division signal is a TDMA signal. β 85786