NO20031590L - Automatisk forsterkningskontroll for en tidsdelt dupleks mottager - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og system for automatisk forsterkningskontroll (AGC) i et TDD kommunikasjonssystem hvor hvert tidsvindu i kommunikasjonssignalet inneholder en startblokk i binær faseskiftnøkling (BPSK) format, lokalisert ved begynnelsen av tidsvinduet. Kanalestimeringen i mottageren er forbedret siden startblokken tillater AGC raskt å estimere signalstyrken og å justere forsterkningen tilsvarende. Dette tillater alle datasymboler innenfor dataskuren, som følger etter startblokken, korrekt å bli mottatt, og som resulterer i en midtblokkanalestimering som er mye mer nøyaktig. Denne tillater også AGC kretsen i TDD mottageren å bli sterkt forenklet.

Description

Foreliggende oppfinnelse er generelt for trådløse kommunikasjonssystemer. Spesielt er oppfinnelsen i området for en forbedret automatisk forsterkningskontroll (AGC) krets for det tidsdelt dupleks (TDD), tidsdelt multippel aksess (TDMA) eller tidsdelt-kodedelt multippel aksess (TD-CDMA) mottager. For enkelthets skyld vil mottageren heretter bli referert til som TDD.

Det er vel kjent i teknikkens stand at effekten varierer signifikant mellom tilstøtende tidsvinduer i en TDD ramme, på grunn av variabel datarate eller variable antall av aktive brukere i et tidsvindu. For å kunne bestemme korrekt AGC forsterkning, estimerer AGC kretsen symboleffekter for de første N symboler etter hvert som de blir mottatt. Under denne estimeringsprosessen kan symbolene bli tapt for dataestimering på grunn av unøyaktig forsterkningskontroll under denne tidsperioden. Avhengig av den initielle nøyaktigheten til forsterkningsestimeringen, kan estimeringsprosedyren ta lang tid.

En typisk TDD ramme innbefatter generelt femten tidsvinduer. Hvert av tidsvinduene innbefatter to dataskurer som er separert av en midtblokk, etterfulgt av en beskyttelsesperiode som danner enden av rammen. Dataskurene oversender de ønskede data og midtblokken blir brukt til å utføre kanalestimering. Siden midtblokken er brukt til å utføre kanalestimering, må forsterkningen være konstant over hele tidsvinduet for å kunne gi en nøyaktig estimering av kanalen.

Fremgangmåter for AGC i teknikkens stand har ulemper. Siden både antallet av koder og deres relative effekt i de mottatte TDD rammene er ukjent, bruker AGC kretsen unødvendig lang tid på å justere til korrekt nivå for forsterkningen. For å bestemme de estimerte symbolene mottar mottageren et tidsvindu fullt av data og utfører en kanalestimering basert på midtblokken. Kanalestimeringen antar at det er en konstant forsterkning og at effekten til symbolene er kjent under hele estimeringsprosessen. Interferens med kanalestimeringen kan opptre dersom AGC er aktiv under midtblokken eller en av dataskurene. Dersom de første få datasymboler har en signalstyrke som er signifikant mindre enn resten av symbolene i TDD rammen, kan disse datasymbolene ikke korrekt bli mottatt på grunn av svakheten i symbolene. Følgelig vil kanalestimering med denne kjente AGC fremgangsmåten til slutt resultere i en kanalestimering som er langsom og lite nøyaktig.

Foreliggende oppfinnelse er en forbedret TDD rammestruktur som inkluderer en startblokk for forsterkningsestimering, og inkluderer en fremgangsmåte og apparat for å bruke denne forbedrede TDD rammen. Startblokken gjør det mulig for AGC kretsen raskt å estimere effektnivået til de mottatte signalene og ved å justere forsterkningsnivået tilsvarende. Dette tillater alle datasymboler innenfor dataskuren å bli mottatt korrekt, og resulterer i en midtblokkanalestimering som er mye mer nøyaktig. Den tillater også AGC kretsen i TDD mottageren å bli sterkt forenklet. Videre forbedringer er mulige ved å utnytte en blokkstart som har en binær faseskiftenøkling (BPSK) format. Figur ler en illustrasjon av en forbedret TDD kommunikasjonsskur med en startblokk. Figur 2 viser et blokkdiagram av en AGC krets som prosesserer kommunikasjonsskuren i figur 1. Figur 3 viser en fremgangsmåte i et flytdiagram for kanalestimering som bruker kretsen i figur 2. Figur 1 viser en forbedret TDD kommunikasjonsskur 10 som har en startblokk 11, to dataskurer 12, 16, en midtblokk 14, to transportformatkombinasjonsindikatorer (TFCI) perioder 15, 17 og en beskyttelsesperiode 18. Som vist, vil kommunikasjonsskuren 10 innbefatte et tidsvindu med TDD signalarkitektur. De to dataskurene 12, 16 er separert av midtblokken 14 og to TFCI perioder 15, 17.

Hver del av TDD kommunikasjonsskuren 10 understøtter en forskjellig funksjon. Midtblokken 14 forenkler estimeringen av senderkanalen. De to dataskurene 12, 16 innbefatter den databærende delen av kommunikasjonsskuren 10, og er brukt til å transportere de ønskede data. Administrative funksjoner i kommunikasjonssystemet blir håndtert ved å bruke transportsettene. TFCI periodene 15, 17 lagrer informasjonsbitene assosiert med disse transportsettene og instruerer mottageren i hvordan data er partisjonert innenfor kommunikasjonsskuren 10. Beskyttelsesperioden 18 er tom for informasjon og er anordnet som en merking av gapet mellom etterfølgende tidsvinduer.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen, vil startblokken 11 ha en binær faseskiftnøkling (BPSK) format, selv om dette ikke er påkrevd. Et BPSK symbol er foretrukket brukt siden effektestimeringen kan være enkelt bestemt ved å kvadrere BPSK signalet. Resten av kommunikasjonsskuren 10 er formatert som et kvadraturfaseskiftnøkling (QPSK) signal. Innlemmelsen av startblokken 11 tillater en enklere estimering av effektnivået til signalet. Startblokken 11 er foretrukket en pseudotilfeldig sekvens, tilfeldig generert og så bibeholdt som en fast sekvens. Siden den pseudotilfeldige sekvensen er den samme for hvert tidsvindu, blir synkroniseringen forenkelt ved å kreve bare en enkel korrelator for systemet. Et pseudotilfeldig signal er også anordnet for maksimal spredning, for derved å unngå en konsentrasjon av effekt som er ufordelaktig. I tillegg vil det å bruke et pseudotilfeldig signal tillate eliminering av en DC bias i signalet.

Figur 2 viser en forenklet automatisk forsterkningskontroll (AGC) krets laget i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, som bruker fordelen med startblokken 11. AGC kretsen 30 innbefatter en spenningsvariabel attenuator (VVA) 39, en analog til digital (A/D) konverter 34, en svitsj 41, en effektestimeringsenhet 35, en effektreferanse 47, en summerer 36, et tilbakekoblingsfilter 37, og en digital til analog (D/A) konverter 38. Svitsjen 41, effektestimeirngsenheten 35, effektreferansen 32, summereren 36, tilbakekoblingsfilteret 37 og D/A konverteren 38 danner til sammen en tilbakekoblingssløyfe 43.

VVA 39 er en standard elektronisk innretning brukt i AGC kretser for å ta imot et inngangssignal og å justere forsterkningen i forsterkeren for å bibeholde et konstant utgangssignalnivå for videre mottagerprosessering. A/D konverteren 34 tar imot den analoge signalutgangen fra VVA 39 og sender ut digitalt signal 33. Effektestimeirngsenheten 34 tar imot de digitale signalene 33 og prosesserer matematisk det digitale signalet med en forhåndsbestemt algoritme for å lage et gjennomsnitt av effektnivået i sekvensen av symboler som danner kommunikasjonsskuren 10. Foretrukket vil effekten bli estimert ved å bruke følgende ligning:

Dette gjennomsnittelige effektnivået er anordnet til den første inngangen av summereren 36 som et effektestimeirngssignal 43. Summereren 36 utfører en enkel summering av de to signalinngangene: 1) effektestimeirngssignalet 43 sendt ut fra effektestimeirngsenheten 35, og 2) effektreferansesignalet 32 sendt ut fra effektreferanseenheten 47. Siden effektreferansesignalet 32 sendt ut fra effektreferanseenheten 47 er foretrukket et negativt signal, er effektreferansesignalet 32 vesentlig trukket fra effektestimeirngssignalet 43 for å generere et feilsignal 40. Feilsignalet 40 er så sendt tilbake i tilbakekoblingsfilteret 37. Tilbakekoblingsfilteret 37 er en integrator eller alternativt et lavpassfilter. Tilbakekoblingsfilteret 37 setter tidskonstanten til tilbakekoblingssløyfen for å sikre stabil og glatt variasjon i utgangssignalet til feilsignalet 40. Det filtrerte utgangssignalet 48 blir matet inn i svitsjen 41.

Svitsjen 41 bestemmer om det filtrerte utgangssignalet 48 er innenfor en forhåndsbestemt toleranseterskel. Dersom dette er tilfellet vil svitsjen 41 holde det filtrerte utgangssignalet 48, for derved å bibeholde et svitsj utgangssignal 49 på det samme nivået som det filtrerte utgangssignalet 48 når svitsjen bli åpnet. Dersom det filtrerte utgangssignalet 48 ikke er innenfor den forhåndsbestemte toleranseterskelen, tillates det filtrerte utgangssignalet 48 å bli vekslet i svitsjen 41 fra det tidligere signalet fra tilbakekoblingsfilteret 37. Svitsj utgangssignalet 49 blir så konvertert til et analogt signal 50 i D/A konverteren 38, og dette analoge signalet 50 blir brukt som et kontrollsignal for å justere forsterkningen i VVA 39. A/D og D/A konverterne 34, 38 er vel kjent og utbredt brukt i teknikkens stand og trenger ikke å bli beskrevet i detalj her.

Med referanse til figur 3, er en foretrukket fremgangsmåte 100 i henhold til den foreliggende oppfinnelsen vist. Fremgangsmåten er initiert når kommunikasjonsskuren 31 initielt går gjennom VAA 39 i trinn 101 og blir så digitalt konvertert av A/D konverteren 34. Det digitale signalet 33 kommer inn i tilbakekoblingssløyfen 43 og blir så prosessert av effektestimeirngsenheten 35 i trinn 102. Det negativt forhåndsbestemte effektreferansesignalet 32 blir lagt til effektestimeringen i summereren 36 som resulterer i et feilsignal 40 (trinn 103). Et gjennomsnitt av feilsignalet 40 blir dannet i tilbakekoblingsfilteret 37 (trinn 104). Et beslutningstrinn 105 blir utført for å bestemme om feilsignalet 40 er lavt nok (det vil si lavere enn en terskel) for å komplettere kanalestimeringsprosessen. Dersom feilsignalet 40 er mindre enn feilterskelen, er kanalestimeirngsprosessen ferdig, og tilbakekoblingssløyfen 43 blir satt av svitsjen 41 til å holde VVA 39 kontrollsignalet konstant (trinn 106) for resten av tidsvinduet.

Imidlertid, dersom feilsignalet 40 er større enn toleransen, vil kontrollsignalet fra filteret 37 bli konvertert i D/A konverteren 38 og bli brukt som et kontrollsignal til VVA 39 (trinn 107), og kanalestimeringen blir gjentatt. Effektestimeringen og attenueringsjusteringsprosessen kan bli gjentatt for et andre symbol i startblokken, eller mer, helt til feilen er redusert til et akseptabelt nivå og svitsjen 41 blir aktivert. Attenueringen anordnet av VVA 39 blir så fast for hele resten av tidsvinduet (trinn 106). Denne prosessen er foretrukket gjentatt for hvert tidsvindu.

En fordel ved å bruke startblokken i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, med hensyn til hardware, er en reduksjon i den påkrevde størrelsen til A/D konverteren 34. En typisk størrelse for A/D konverteren 34 i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er seks (6) til ti (10) bits, avhengig av forutsetningene.

Claims (4)

1. Forbedret tidsvindukonfigurasjon brukt i en CDMA kommunikasjonssignalmottager, hvor mottageren har en automatisk forsterkningskontrollkrets, hvor kommunikasjonssignålet er delt i etterfølgende tidsvinduer, hvor hvert tidsvindu videre er delt i seksjoner, karakterisert ved : en startblokk, i binær faseskitfnøklings (BPSK) format, lokalisert ved begynnelsen av tidsvinduet, for å gi effektnivåinformasjon til den automatiske forsterkningskontrollkretsen, en midtblokk i senter av tidsvinduet for kanalestimering, et par med dataskurseksjoner, og to transportformatkombinasjonsindikatorseksjoner (TFCI) hver posisjonert mellom midtblokken og en av datapakkene .

2. System i henhold til krav 1, karakterisert ved at startblokken er pseudotilfeldig og har den samme sekvensen for hvert tidsvindu.

3. Fremgangsmåte for automatisk forsterkningskontroll (AGC) i en CDMA kommunikasjonsmottager som tar imot et kommunikasjonssignal i en tidsvindustruktur, hvor fremgangsmåten er karakterisert ved trinnene: å detektere effektnivået til BPSK symboler i en startblokk lokalisert i begynnelsen av tidsvinduet, å lage gjennomsnitt av symboleffektnivåer under en første varighet for å bestemme et effektestimat, å sammenligne effektestimatet til signalet med en forhåndsbestemt effektreferanse, å beregne et feilsignal basert på sammenligningen, og å justere attenueringen til kommunikasjonssignalet.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3, karakterisert ved at startblokken er pseudotilfeldig og er den samme sekvensen for hvert tidsvindu.