PT92433B

PT92433B - Controlo de ganho automatico digital

Info

Publication number: PT92433B
Application number: PT92433A
Authority: PT
Inventors: David Edward Borth; James Frank Michael Kepler; Frank Joseph Cerny Jr
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1995-09-12
Also published as: ATE103750T1; CA2000785C; CA2000785A1; CN1014200B; MX171680B; IL91947A0; DK101591A; PT92433A; MY105777A; JP2580873B2; DK101591D0; TR24905A; EP0371700A3; JPH04502541A; DE68914262T2; EP0371700B1; DE68914262D1; ES2050819T3; CN1043236A; IE64560B1

Description

Área da invenção

A presente invenção refere-se ao controlo de ganho automático digital, liais especificamente, a invenção diz re peito ao controlo de ganho automático (GC) para os sinais i termitentes num receptor que tenha uma gama dinâmica limita da.

Fundamentos da invenção

Embora o conceito de controlo automático de ganho (AGC) na recepção dos sinais de rádio seja bem conhecido, os sinais do controlo automático de ganho de acesso múltiplo (TDliA) multiplexado por divisão de tempo representam novos desafios à indústria da comunicação móvel em terra.

Nos sistemas TD1ÍA de banda larga, tais como o sis-Iti- le» tema celular proposto para utilização na Europa, um canal de rádio frequência (RE) é partilhado (multiplexado por divisão de tempo) entre numerosos assinantes que tentam ter acesso ao sistema de rádio em algumas das várias ranhuras de tempo multiplexadas por divisão de tempo. Assim, uma comunicação por rádio que tenha interesse especial pode ser periodicamen te interrompida - entremeada por sinais não relativos trans mitidos noutras ranhuras de tempo. Os sinais não relativos (com intensidade amplamente variável) não devem influenciar o controlo do ganho dos sinais pretendidos. Um formidável de safio é, portanto, o de proporcionar um Controlo de ganho au tomático destes sinais periodicamente descontínuos.

desafio é ainda aumentado pela tentativa de ofe recer um AGC digital em receptores económicos - os que têm uma gama dinâmica limitada. Visto que os referidos sinais p£ dem variar tanto quanto 100 dB no ambiente da comunicação mó vel em terra, mas os modestos conversores analógico/digital de 8 hits (A/D) para o processamento dos sinais digitais não limitados a uma gama dinâmica de 48 dB, devem ser desen volvidas técnicas para o controlo do ganho do sinal para man tê-lo dentro da gama dinâmica limitada do receptor. 0 desafio, portanto, consiste em processar um sinal descontínuo de 100 dB com um dispositivo para 48 dB; de contrário, precisam ser utilizados A/Ds excessivamente dispendiosos, com maior gama dinâmica.

Um outro desafio a respeito do controlo de ganho é levantado pela natureza digital destes sistemas de transmissão TDMA. A manipulação por chave de desvio mínimo segun do Gauss (GMSK) modula as fases em quadratura do sinal, de forma que a potência do sinal recebido é mais difícil de se medir, e nenhuma das fases, de quadratura, tomada sózinha, é proporcional à potência do sinal recebido.

Esta invenção tem por objectivo vencer estes desa

fios e alcançar certas vantagens, descriminadas a seguir.

Sumário da invenção

De acordo com uma forma de realizaçao da invenção obtém-se um processo de controlo de ganho automático digital· (AGG) num receptor que tem uma gama dinâmica limitada, em ej; pecial para sinais descontínuos. 0 processo compreende a detecção do nível de um sinal recebido e de um sinal descontínuo com o controlo de ganho automático (AGG), em comparação com o nível do sinal com AGG relativo à gama dinâmica do receptor, e o ajustamento do controlo de ganho automático (AGC) para se estabelecer, uma relação pretendida entre o sinal com AGG e a limitação de gama dinâmica. Proporciona-se também un processo de improvisação num sistema tipo celular com acesso múltiplo multiplexado por divisão do tempo, que utiliza este processo de controlo AGC.

processo para o controlo automático de ganho (AGC) de sinais descontínuos num receptor que tem uma gama dinâmica limitada é ainda caracterizado pelo facto de:- se digita:? um sinal recebido e um sinal descontínuo controlado com ganho automático e se transformar as amostras digitadas numa amostra de potência para se avaliar a potência e se detectai? o nível do sinal; se comparar o nível de sinal controlado com ganho automático em relação à gama dinâmica do receptor; se regular de modo grosseiro, quer pela atenuação progressiva do sinal até que ele se enquadra na gama dinâmica do receptor, quer pela progressiva amplificação do ganho do sinal aoé que ele se enquadra na gama dinâmica limitada do receptor; e se efectuar o ajustamento fino do AGG do sinal recebido até que uma utilização óptima (embora limitada) da gama dinâmica das fases de processamento do sinal seja de cerca de 6-12 dB abaixo do valor máximo, a fim de estabelecer uma re lação pretendida entre o sinal com o controlo de ganho auto

mático e a limitação da gama dinâmica.

Breve descrição dos desenhos.*Objectivos adicionais, caracteristicas e vantagens da invenção serão entendidos com mais clareza, e a melhor fcr ma de realização preferidas, considerada para a por em prát serão apreciados (por via de um exemplo não limitativo) a p tir da seguinte descrição pormenorizada, tomada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais

A figura 1 é um diagrama em blocos, simplificado, da invenção.

A figura 2 é um diagrama em blocos, funcional, ace ca da forma de realização preferida da invenção.

A figura 5 é um diagrama do processo do controlo com AGC de acordo com a invenção.

A figura 4 é um diagrama simplificado de uma forma de realização alternativa da invenção.

π ca

c.r

Descrição pormenorizada

A Figura 1 é um diagrama em blocos, simplificado, da invenção; ele ilustra o controlo de ganho num receptor de quadratura digital. Ilustra, em série, uma secção de receptor de rádio-frequência (SF) (IF), um desmodulador de quadra tura (I/Q) com uma fase de entrada e fases de quadratura, conversores analógico/digital (A/D) , um processador de sina^. digital (D3P) e um conversor digital/analógico (D/A) que prjí porciona um controlo de ganho automático (AGC) à secção do receptor (SF/IF).

Em operação, o sinal é recebido, convertido numa frequência intermédia e o ganho é amplificado na secção do receptor (RF/IF); a quadratura é desmodulada (I/Q) para a fase de entrada e para os componentes de quadratura; é digi

tado nos conversores analógico/digital de gama dinâmica limitada (A/D); e é transformado numa amostra de potência nos processadores do sinal digital (DS?) para se detectar o nível do sinal. Nos processadores do sinal digital (DSP) o ní vel do sinal ó comparado relativamente à gama dinâmica do receptor, e o AGC é ajustado no conversor digital/analógico (D/A) a fim de estabelecer a pretendida relação entre o sinal com controlo de ganho automático e a limitação da gama dinâmica do receptor.

Mais concretamente, o nível de potência do sinal com controlb de ganho automático á comparado a um nível de potência pretendido na fase que tem a limitação da gama dinâmica.

A Figura 2 é um diagrama em blocos funcional da forma de realização preferida da invenção. A Figura 2 ilustra, em linha, uma secção do receptor de RF (RF/IF); um des modulador de quadratura (I/Q) que tem misturadores de uma fase de entrada (In)-(I) e da fase de quadratura (Q) , cujas saídas são filtradas em passa baixo (LPF); e, sob o controlo de acesso e memória director (DMA), os conversores analó gico/digital de 3 bits (A/D), as portas de estados triplop, as memórias-vivas (RAM) e um processador de sinal digital 56001 (56001 DSP); e um conversor digital/analógico de bloqueio (D/A) que fornece o controlo de ganho automático (AGC.) à secção do receptor (RF/IF)· Este receptor com manipulação por chave de desvio mínimo segundo Gauss (GMSK) é constituí do por uma fase RF convencional, a mistura e a filtração que fornece um sinal de 10,7 MHz IF e um amplificador IF conven cional (IF) do tipo com AGC, por exemplo um Motorola MC 1550. 0 amplificador IF alimenta um desmodulador I/Q convencional formado por um oscilador local de 10,7 MHz, um deslocador de fase em 90 graus, um par de misturadores e um par de filtro; passa-baixo (LPF). Os A/D de 8 bits, tais como RCA GA 5518 OE

proporcionam uma gama dinâmica com 48 d3 e são, em grande parte, responsáveis peia limitação da gama dinâmica do receai tor. Um processador do sihal digital 56001 da Motorola (56001 DSP) é usado para a obtenção do sinal, a detecção do nível do sinal e o controlo automático do ganho (AGC) . 0 56001 DSP é baseado num sistema de circuitos convencional de relógio e de temporização (não ilustrado) e memórias só de leitura (SOM) para o controlo programado (não ilustradas). Um disp£ sitivo analógico 7528 LU é apropriado como conversor digital/analógico (D/A) que proporciona o controlo do ganho automático (AGC) para a secção do receptor (IF).

receptor opera num sistema de acesso múltiplo multiplixado por divisão do tempo (TDMA) que tem 8 ranhuras de tempo em cada estrutura de 4,8 milisegundos; 155 kilobits/ /segundo são transmitidos em cada fase de quadratura. Em ope ração, por cada ranhura de tempo, obtém-se um conjunto de AGC prévio retido (DMA) da memória (RAM) através do processador do sinal digital (56001 DSP) e aplicado ao conversor digital/analógico (D/A), proporcionando o controlo de ganho automático (AGC) à secção do receptor (RF/IF). 0 sinal rece bido, depois de ser controlado no ganho e desmodulado na qua dratura, é digitado pelos conversores analógico/digital (A/D) para proporcionar pares múltiplos de amostras por cada inter valo de bit, os quais são memorizados na memória-viva (RAM) sob o controlo do acesso à memória directa (DMA) das portas de estados triplos. As amostras são recuperadas da memória-viva (RAM) e convertidas em 56001 DSP para uma amostra de potência por meio da soma dos N pares (52 a 128 pares na fo:? ma de realizaçSo preferida) para se obter um valor Q e um valor I e tomando-se a raiz quadrada da soma dos quadrados dos valores Q e I. A raiz quadrada é proporcional à potência média do sinal recebido (uma amostra de potência instantânea do sinal recebido (uma amostra de potência instantânea proveniente de um único par não pode ser obtida de modo confia

vel devido à variabilidade na potência do sinal recebido). Uma medida alternativa que ê preferida para a amostra de p_o tência pode ser obtida pela simples soma dos quadrados dos valores Q e I.

Novamente, e mais concretamente, o nível de potên cia do sinal com controlo de ganho automático é comparado c< um nível de potência pretendido na fase que tem a limitação da gama dinâmica. Assim, para impedir a saturação a curto prazo dos conversores analégicos/digital de 8 bits (A/D), o AGC pretende estabelecer e manter o nível do sinal com AGC num nível nominal de cerca de 6 a 12 dB (9 dB na forma de realização preferida) abaixo da saída máxima do A/D.

A Figura 3 é um diagrama do processo de controlo com controlo automático de ganho (AGC) de acordo com a inven ção.

processo de controlo básico consiste nas operações seguintes:detecção do nível de um sinal descontínuo recebido e com controlo de ganho automático;

comparação do nível do sinal com controlo de ganho automático (AGC) em relação à gama dinâmica do receptor, e o ajustamento do AGC para se estabelecer uma relação pretendida entre o sinal com AGC e a limitação da gama dinâ mica.

A potência média, medida conforme acima se indica, é depois subtraída de um nível de potência representativo d3 nível nominal pretendido (ou 9 dB, em seguida dado como referência OdB) para se calcular o erro de potência. Este err> de potência calculado é ainda reprocessado por meio de um ajustamento que compensa as características de ganho do cir cuito geral, resultando num erro AGC (AGCE). Se o erro de AGC (AGCE) estiver dentro da margem abaixo da plena saída

(9 dB), então o conjunto AGC predominante (número do AGC fil trado - FAGCN) é finamente ajustado pela quantidade de erro (AGCE). Se o erro for maior do que a margem (9 dB), porém dentro da gama dinâmica do A/D (4-8 dB - 9 dB = 59 dB), entãc deve-se ajustar pela quantidade de erro ligeiramente acima da margem (9 dB + 1 dB = 10 dB). Se o erro estiver abaixo.dc gama dinâmica do A/D, então ajusta-se de modo grosseiro pele, quantidade da faixa dinâmica (4-8 dB) , se o erro estiver acima da gama dinâmica, então ajusta-se por um valor ligeiramei. te acima da margem (9 dB + 1 dB = 10 dB). Finalmente, o calculo do erro corrente e a regulação do ganho prévia (FAGCE) tornam-se as entradas para um filtro passa-baixo de resposta do impulso infinito digitalmente recursivo (o que é bem entendido pelos especialistas nesta técnica) para deriver un. novo número AGC filtrado (FAGCIí). Assim, o sinal é progressivamente amplificado pelo ganho (ou atenuado no ganho) até que o sinal se enquadra na gama dinâmica dos A/D e é mais an. plificado (ou atenuado) até que se obrenha o uso óptimo (con. a adequada margem) da plena (embora limitada) gama dinâmica dos A/D. 0 resultado destas diversas aproximações para uma pluralidade de ranhuras de tempo TDM pode então ser regista do na memória viva (SAIC) para retomar o controlo automático do ganho, quando se espera que os respectivos sinais recome cem.

Além disso, como estes diversos resultados do cálculo de ganho são representativos da intensidade do sinal re cebido (com a adequada compensação para as características c. ganho do circuito geral), estas determinações do ganho podem ser emitidas para a estação de transmissão, com a finalidade· de se estabelecerem níveis de ganho da transmissão que utilizam de forma óptima a gama dinâmica do receptor, aumentar do assim a eficácia espectral e a reutilização de frequência no sistema - em especial nos sistemas celplares. Além disso, num sistema do tipo celular, a potência do sinal (determina

ção do ganho) pode sen fornecida à estação de transmissão p£ lo receptor e improvisar a transmissão quando o ajustamento do AGC passar um determinado limiar. Também a potência do sinal (nível AGC) de uma célula adjacente (ranhura de tempo) pode ser determinada e avaliada para facilitar o improviso.

A Figura 4 é um diagrama simplificado de uma forma de realização alternativa da invenção. Ela ilustra uma imple mentação analógica do controlo automático do ganho que utiliza um circuito de nivelamento para a média de potências e um comparador pana produzir o processo de controlo da Figura 3₅ acima descrito. 0 circuito de nivelamento médio da p£ tência é bem conhecido dos especialistas nesta técnica e po de ser facilmente adaptado para se adequar ao processo de controlo acima descrito.

Fm resumo, portanto¹,, proporei ona-se um processo de controlo automático de ganho digital (AGC) num receptor com uma gama dinâmica limitada, especialmente para sinais descon tínuos. 0 processo compreende a detecção do nível de um sinal descontínuo recebido e com controlo automático de ganho a comparação do nível do sinal com AGC em relação à gama dinâmica do receptor e o ajustamento do AGC pana estabelecer uma relação pretendida entre o sinal com controlo automático do ganho e a limitação da gama dinâmica. Também se ofere ce um processo de improviso num sistema de transmissão TDMA do tipo celular que utiliza este processo do controlo automá tico do ganho (AGC).

processo para o controlo automático do ganho (AGC) dos sinais descontínuos num receptor que tem uma gama dinâmica limitada é ainda caracterizado pelo facto de;- se digitar um sinal descontínuo recebido e controlado com AG, e se transformar as amostras digitadas em uma amostra de potência para se avaliar a potência e se detectar o nível do sinal; se comparar o nível do sinal com AGC em relação à gama dinâmica do receptor; se ajustar de forma grosseira, quer pela atenua ção progressiva do sinal até que ele se enquadre na gama dinâmica do receptor, quer pela progressiva amplificação do ga nho no sinal, até que ele recaia dentro da gama dinâmica limitada do receptor e se ajuste finamente o AGC do sinal recebido até que o uso óptimo da gama dinâmica plena (embora limitada) das fases de processamento do sinal seja de cerca de 6 a 12 dB abaixo da máxima sensibilidade, para se estabe lecer uma pretendida relação entre o sinal com AGG e a limitação da gama dinâmica.

Ainda que tenha sido descrita e ilustrada a forma preferida de realização da invenção, será apreciado pelos es pecialistas nesta técnica que podem ser realizadas outras va riaçoes e modificações desta invenção. Por exemplo, esta invenção não necessita ficar limitada aos sistemas TDMA deslo caveis em terra, mas é adaptável aos sinais analógicos e di gitais com AGC, incluindo os sinais de AM, PM ou TV.

Esta descrição partiu do pressuposto de que os Α/φ proporcionam a restrição mais forte da gama dinâmica do rec tor; no entanto, esta invenção é igualmente aplicável sem re lação com a fase especial que provoca a restrição mais inteji sa da gama dinâmica do receptor. Consequentemente, todos os debates têm sido estruturados em torno da gama dinâmica limitada do receptor.

ções se

Considera-se que e enquadram no âmbito stas e outras das reivindic variações e ações anexas.

Claims

REIVIIãjICAÇOES :

lã. - Processo para o controlo de ganho automático (AGC) para os sinais intermitentes num receptor que tem uma gama dinâmica limitada, caracterizado pelo facto de se detectar o nível de um sinal recebido e descontínuo com o controlo de ganho automático;

se comparar o nível do sinal com o controlo de ganho automá tico em relação à gama dinâimica do receptor; e se ajustar o controlo de ganho automático a fim de estabele cer uma relação pretendida entre o sinal com o AGC e a limi tação da gama dinâmica.
2ã. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o ajustamento compreender a regulação grosseira do AGC do sinal recebido até o sinal esta presente dentro da gama dinâmica limitada.
3ã. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o ajustamento grosseiro compreender a atenuação progressiva do sinal até que ele se enqua dre na gama dinâmica do receptor.
4ã. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a regulação grosseira compreender a amplificação progressiva do sinal, até que ele se enquadre na gama dinâmica do receptor.
5-. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o ajustamento compreender a regulação fina do AGC do sinal recebido até se obter um uso óptimo (com a margem adequada da gama total (embora limitada) dinâmica do receptor (Pigura 3)·
6ã. - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de a margem adequada estar cerca ds 5 a 12 d3 abaixo da capacidade máxima do receptor.
7*. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a intensidade do sinal (determi nação do ganho) ser comunicada à estação transmissora pelo receptor, para o estabelecimento dos níveis de ganho de trans missão que utilizam de forma óptima a gama dinâmica do recej? tor.
8ã. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de os sinais descontínuos serem ra nhuras de tempo num sistema multiplex por divisão do tempo (TOM).
9*. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de serem estabelecidos os respecti. vos níveis de AGC de uma pluralidade de sinais cronologicamente intermitentes, mas periódicas.
10ã. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de se manter o último nível de AGC anterior (PAM)(memória viva) para retomar o controlo do ganho automático (AGC), quando se espera que o sinal recomece lia. - processo realizado num sistema de acesso múltiplo multiplexado por divisão de tempo (TDLIA) tipo celu lar, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fao to de a intensidade do sinal (nível AGC) de uma célula aaja cente (ranhura de tempo) poder ser determinada θ avaliada a fim de facilitar determinações improvisadas.
12ê. - Processo realizado num sistema tipo celular, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a potência do sinal (determinação do ganho) ser comunicada à estação transmissora pelo receptor, para facilitar as de- terminações de improviso.

155. - Processo de improviso num sistema de trans missão TDLA de tipo celular, caracterizado pelo facto de

- se detectar o nível de um sinal recebido e de um sinal descontínuo controlado com ganho automático;

- se comparar 0 nível do sinal com 0 AGC em relação à gama dinâmica do receptor;

- se regular 0 AGC de modo a estabelecer uma relação preten dida entre 0 sinal controlado com ganho automático e a limitação da gama dinâmica; e

- se realizar de improviso a transmissão quando o ajustamen to do AGC passa um certo limiar.
14ê. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a detecção ser efectuada pela avaliação da potência do sinal recebido e do sinal controla do com ganho automático.
15ã. - Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo facto de na detecção se digitar (A/D) 0 sinal e se transformar as amostras digitadas numa amostra da potência.
16ã. - Processo para 0 controlo de ganho automáti co digital (AGG) num receptor com uma dinâmica limitada, ca racterizado pelo facto de:

- se digitar (A/D) um sinal recebido de um sinal controlado com ganho automático e se transformar as amostras digitadas numa amostra de potência, para se detectar o nível do sinal;

- se comparar o nível do sinal controlado com AGG em relação à gama dinâmica do receptor; e

- se regular (Figura 3) o AGG, para estabelecer uma relação pretendida entre o sinal controlado com AG e a limitação da gama dinâmica.
17-· - Processo para o controlo de ganho automático (AGG) para os sinais descontínuos num receptor que tem uma amplitude dinâmica limitada, caracterizado pelo facto de

- se digitar (A/D) um sinal descontínuo recebido e controlado com AG e se transformar as amostras digitadas em uma amostra de potência para determinar a potência e detectar o nível do sinal;

- se comparar o nível do sinal controlado com AG em relação à gama dinâmica do receptor; e

- se regular de forma grosseira quer por meio da atenuação progressiva do sinal até que ele se enquadre na gama dinâ mica do receptor, ou pela amplificação de ganho progressivo do sinal até que ele se enquadre na gama dinâmica limitada do receptor, e se regular de modo preciso (Figura 3) o AGC do sinal recebido, até que o uso óptimo da gama dinâmj ca total (embora limitada) das fases de processamento dos sinais está cerca de 5 a 12 dB abaixo do máximo, para estabelecer uma relação pretendida entre o sinal controlado pelo AGG e a limitação dinâmica da amplitude.