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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung
zur Steuerung einer automatischen Verstärkungsregelungs-Einheit. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Steuervorrichtung
zur Steuerung einer automatischen Verstärkungsregelungs-Einheit in
einem drahtlosen Kommunikationssystem durch Verwendung einer Nachschlagtabelle,
die Einstellwerte von automatischen Verstärkungsregelungen entsprechend
zu verschiedenen Signalstärkebereichen
aufzeichnet.
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Beschreibung
vom Stand der Technik
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Während Kommunikation
in. der Welt immer wichtiger ist, können in einem Kommunikationssystem verwendete
Techniken grob in zwei Beziehungen, d. h. drahtgebundene Kommunikation
und drahtlose Kommunikation geteilt werden.
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Für drahtgebundene
Kommunikation kann ein Kanal aus verdrehten Doppelleitungen, Koaxialkabel, Faseroptik
und so weiter hergestellt sein. Egal woraus der Kanal hergestellt
ist, der Kanal kann grundlegend als ein statisches Modell gegeben
werden. Dass heißt,
wenn ein Kanal abgeschlossen ist, werden alle seine Charakteristiken
für drahtgebundene
Kommunikation feststehen. Andererseits verwendet drahtlose Kommunikation
jedoch nur Luft als Kanal. Der für
drahtlose Kommunikation verwendete Kanal ist deshalb instabiler
als der von der drahtgebundenen Kommunikation, weil die Luftbedingungen
verschieden und unvorhersagbar sind. Mit anderen Worten, führt ein
Luftkanal verschiedene Verzerrungen in das Signal ein und meistens
sind diese Verzerrungen dynamisch.
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Es
ist deshalb wichtig, sich mit den dynamischen Verzerrungen zu befassen,
um für
die Qualitäten
der empfangenen Signale zu garantieren. Um diese Herausforderung
zu überwinden,
wurde ein automatischer Verstärkungsregelungs-
(AGC-) Mechanismus bereitgestellt. Der automatische Verstärkungsregelungs-Mechanismus
stellt einem Empfänger
die Fähigkeit
bereit, das empfangene Signal automatisch zu skalieren, sodass der
Leistungspegel des empfangenen Signals stabil genug gehalten werden
kann, während
eine Demodulation durchgeführt
wird.
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Traditionell
wird der automatische Verstärkungsregelungs-Mechanismus
durch einen analogen logarithmischen Verstärker bereitgestellt. Der logarithmische
Verstärker
zeigt zwei Eingaben – die
eine ist die gewünschte
Schwelle und die andere ist das empfangene Signal. Nach dem Vergleichen
der Leistungsverhältnisse
dieser zwei Eingaben, gibt der logarithmische Verstärker seine
Ausgabe als den Logarithmus des Verhältnisses aus. Um den dynamischen
Bereich des Verstärkungspegels
zu erhöhen,
stellen die meisten drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen zwei
Verstärker
bereit, wobei einer von ihnen im HF- (Hochfrequenz-) abschnitt liegt
und im Allgemeinen ein LNA-Verstärker
(Verstärker
mit niedrigem Eigenrauschen) ist und der andere im ZF (Zwischenfrequenz)/Basisbandabschnitt
liegt und im Allgemeinen ein VGA-Verstärker (Regelverstärker) ist.
Die einstellbaren Verstärkungspegel
des LNA sind diskret, zum Beispiel, weist der LNA im Allgemeinen
zwei Verstärkungspegel,
0dB und GLNA dB, auf, wobei GLNA im
Allgemeinen um 30 dB ist. Der Verstärkungspegel des VGA ist kontinuierlich
und der dynamische Bereich ist im Allgemeinen um 70 dB.
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Der
vorstehend beschriebene automatische Verstärkungsregelungs-Mechanismus
zeigt jedoch eine relativ geringe Einschwingzeit und einen Mangel
an Flexibilitäten.
Ein neuer automatischer Verstärkungsregelungs-Mechanismus,
der eine Digitalbasisbandsteuertechnik verwendet, ist deshalb in
U.S. Patent Nr. 6,038,435 mit dem Titel „Variable Step-Size AGC" offenbart, welches
hiermit unter Bezugnahme mit einbezogen ist. Die Digitalbasisbandsteuerung
verwendet ein empfangenes Basisbandsignal, um einen geeigneten Verstärkungspegel
zu bestimmen, und kann gleichzeitig die Verstärkung in HF- und ZF-Basisbanddomänen einstellen.
Während
das Digitalbasisbandsteuerverfahren eine bessere Flexibilität bereitstellt,
gibt es jedoch immer noch einige Extra-Probleme, die zu lösen sind.
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In
der internationalen Patentanmeldung mit der Nummer WO 01/99285 A1,
ist eine andere Netzwerkvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb
einer Netzwerkvorrichtung offenbart, die Verstärker mit variabler Verstärkung der
mit einer ersten veränderlichen
Impedanz und einer zweiten veränderlichen
Impedanz versehen ist, um die Verstärkung zu steuern. Die in diesem
Dokument offenbarte Netzwerkvorrichtung weist darüber hinaus
einen Analog/Digital-Wandler auf, um ein analoges Ausgangssignal
des Verstärkers
mit variabler Verstärkung
in ein Digitalsignal umzuwandeln. Diese Netzwerkvorrichtung ist
mit einem digitalen Überwachungsschaltkreis
versehen, um das Digitalsignal zu überwachen und ein Rückkopplungssignal
zur Ansteuerung der ersten und zweiten Impedanzen als eine Funktion
des Digitalsignals auszugeben, wodurch die Verstärkung des Verstärkers gesteuert
wird.
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Das
erste Problem, das gelöst
werden muss, ist Signalbegrenzung, das die Situation darstellt,
dass die Eingangssignalamplitude den Arbeitsbereich eines ADU (Analog-Digital-Umsetzers)
in dem automatischen Verstärkungsregelungs-Mechanismus überschreitet
und deshalb zu dem Phänomen
führt,
dass die Ausgangssignalamplitude bei dem maximalen oder minimalen
darstellbaren Wert des ADU gesättigt
wird. Mit anderen Worten, wenn das empfangene Signal, das den ADU
durchläuft,
gesättigt
wurde, können
wenig Informationen verwendet werden, um die Verstärkung zu
justieren.
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Ein
anderes Problem, das gelöst
werden muss, ist die Signallaufzeit aufgrund des ADU. Im Allgemeinen
wird eine Verarbeitungszeit für
den ADU benötigt,
um Abtasten und Quantisieren des analogen Eingangssignals in ein
digitales Signal durchzuführen
und deshalb weist der AGC-Mechanismus
eine Antwortverzögerung
auf. In Abhängigkeit
von den Qualitäten
und Strukturen eines ADU kann diese Latenzzeit eine Leistung eines
Basisband-AGC beträchtlich
beeinflussen.
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Demgemäß ist ein
AGC-Mechanismus, der die vorstehend beschriebenen Probleme lösen kann,
für ein
drahtloses Kommunikationssystem notwendig.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung der Eingabeamplitude
an einen Analog-Digital-Umsetzer gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung
zur Steuerung der Eingabeamplitude an einen Analog-Digital-Umsetzer,
gemäß Anspruch
7 bereit, um Wahrscheinlichkeiten eines Auftretens von Signalbegrenzung
zu reduzieren.
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Wie
hier ausgeführt
und breit beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Betreibung einer AGC-Einheit bereit. Das durch die vorliegende
Erfindung bereitgestellte Verfahren beginnt zuerst, ein Paket zu
empfangen. Nach dem Beginnen, ein Paket zu empfangen, wird ein Durchschnittshüllkurvenpegel eines
empfangenen Symbols in dem Paket berechnet, und eine Verstärkung der
AGC-Einheit wird für
ein erstes Zeitintervall durch Nachschlagen des Durchschnittshüllkurvenpegels
in einer Tabelle eingestellt, um einen ersten Einstellwert zu erhalten.
Nachdem das erste Zeitintervall beendet ist, berechnet das Verfahren
den Durchschnittshüllkurvenpegel
und stellt die Verstärkung
der AGC-Einheit für
ein zweites Zeitintervall durch Nachschlagen des Durchschnittshüllkurvenpegels
in der Tabelle ein, um einen zweiten Einstellwert zu erhalten. Zudem
wird in der vorliegenden Erfindung ein Durchschnittshüllkurvenpegel
jedesmal berechnet, nachdem eine erste Zeitspanne in dem ersten
Zeitintervall beendet ist, und wird jedesmal berechnet, nachdem
eine zweite Zeitspanne in dem zweiten Zeitintervall beendet ist,
und die erste Zeitspanne ist verschieden von der zweiten Zeitspanne.
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In
einer Ausführungsform
setzt die vorliegende Erfindung die Verstärkung auf einen maximalen Wert, bevor
sie eingestellt wird, und das erste Zeitintervall beginnt, nachdem
die Verstärkung
zu einer vorgegebenen hohen Schwelle abgenommen hat oder unter ihr
ist. In einer weiteren Ausführungsform
wird die Verstärkung nachdem
das zweite Zeitintervall beendet ist, festgesetzt.
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Zudem
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
AGC-Einheit bereit, die gekennzeichnet ist durch Einstellen einer
Verstärkung
einer AGC-Einheit in jedem in einer Vielzahl von Zeitintervallen
durch Vergleichen eines Hüllkurvenpegels
eines empfangenen Symbols mit einer Vielzahl von Stufen, die für verschiedene
Frequenzen auftreten, und Auswählen
eines Einstellwerts gemäß eines
Vergleichsergebnisses.
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Zudem
stellt die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung zur Steuerung
einer AGC-Einheit bereit. Die Steuervorrichtung umfasst eine Speichervorrichtung
und eine Steuereinheit, wobei die Speichervorrichtung eine Tabelle
speichert, die eine Vielzahl von Bereichen und eine Vielzahl von
Einstellwerten enthält,
wobei jeder der Bereiche einen der Einstellwerte betrifft, und die
Steuereinheit einen Hüllkurvenpegel
eines empfangenen Symbols in der Speichervorrichtung nachschaut
und dann einen der Einstellwerte entsprechend zu einem der Bereiche,
die den Hüllkurvenpegel
enthalten, erhält,
und eine Verstärkung
der AGC-Einheit durch Verwenden des erhaltenen Einstellwerts einstellt.
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Es
sollte klar sein, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung
als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft sind,
und beabsichtigt sind, eine weitere Erläuterung der Erfindung, wie
beansprucht, bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und sind in dieser Beschreibung enthalten
und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen
Ausführungsformen
der Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
In den Zeichnungen,
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1 veranschaulicht
ein Blockdiagramm, das eine AGC-Architektur zeigt, die eine AGC-Steuervorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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2 veranschaulicht
ein Zeitdiagramm, das das Betriebsverfahren gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform
beschreibt;
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3 veranschaulicht
ein Ablaufdiagramm gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 veranschaulicht
eine Simulationskurve, die den Effekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf 1, die ein Blockdiagramm veranschaulicht,
das eine AGC-Architektur zeigt,
die eine AGC-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
In der Ausführungsform
empfängt
der HF- (Hochfrequenz-) Empfänger 12 Pakete
von Symbolen von Antenne 10 und führt dann sein Ausgangssignal
zu dem ZF (Zwischenfrequenz)/BB- (Basisband-) Abwärtswandler 14.
Der ZF/BB-Abwärtswandler 14 führt seine
Ausgangssignale zu dem ADU 16, um digitalisierte Abtastwerte
zu erzeugen, die dann zu der AGC-Steuervorichtung 18 geschaltet
werden. Ohne einen Verlust an Allgemeingültigkeit, setzen wir voraus,
dass M, z. B. M = 22, Abtastwerte während einer Zeitspanne eines
Symbols vorhanden sind. Durch Messen der Stärke der Abtastwerte berechnet
die AGC-Steuervorrichtung 18 eine AGC-Verstärkung, die,
in Abhängigkeit
der Stufe des AGC-Mechanismuses,
zuerst zum Setzen der Verstärkung
des LNA (Verstärker
mit niedrigem Eigenrauschen) (nicht gezeigt) in HF-Empfänger 12,
dann zweitens zum Setzen der Verstärkung des VGA (variabler Verstärkungsverstärker) (nicht
gezeigt) in dem ZF/BB-Abwärtswandler 14,
gemäß dem digitalisierten
Signal, verwendet werden kann. Als ein Beispiel angenommen, eine
AGC-Verstärkung ist
40 dB und die zwei Verstärkungspegels
des LNA sind 0 und 30 dB, dann wird die Verstärkung des LNA auf 30 dB gesetzt
werden und dann wird die Verstärkung
des VGA auf 10 dB gesetzt werden. Als ein weiteres Beispiel angenommen,
eine AGC-Verstärkung
ist 40 dB, dann wird die Verstärkung
des LNA wird auf 0 dB gesetzt werden und dann wird die Verstärkung des
VGA auf 20 dB gesetzt werden.
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Wie
in 1 gezeigt, umfasst die Steuervorrichtung 18 in
der Ausführungsform
eine AGC-Steuereinheit 180 und
eine Speichervorrichtung 182. Die Speichervorrichtung 182 speichert
eine Tabelle von Stärkebereichen
versus Einstellwerten. Hier kann die Stärke die Durchschnittshüllkurve
oder die Durchschnittsleistung der Abtastwerte darstellen. Um die
Beschreibung zu erleichtern, lassen wir jedoch nachstehend die Stärke den Durchschnittshüllkurvenpegel
darstellen. Die Steuereinheit 180 schlägt einen Durchschnittshüllkurvenpegel von
M1, das eine ganze Zahl ist, empfangenen
Abtastwerten in der Speichervorrichtung 182 nach und erhält dann
einen der Einstellwerte entsprechend zu den Bereichen, die den Durchschnittshüllkurvenpegel
enthalten, um die Verstärkung
der AGC-Einheit
durch Verwenden der erhaltenen Einstellwerte einzustellen.
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Zum
Beispiel, wie in Tabelle 1 nachstehend gezeigt, wird ein von den
empfangenen Abtastwerten mit gleichem Hüllkurvenbereich (0,1,42) berechneter
Durchschnittshüllkurvenpegel
als ein Index verwendet, um einen der in Tabelle 1 aufgelisteten
Bereiche auszuwählen
und um den entsprechenden Einstellwert zur Einstellung der AGC-Einheit
zu erhalten.
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Es
wird auf 1 und 2 Bezug
genommen, wobei 2 ein Zeitdiagramm veranschaulicht,
das das Betriebsverfahren gemäß der in 1 gezeigten
Ausführungsform
beschreibt. Wie in 2 gezeigt, ermöglicht und
beginnt die AGC-Einheit, den Durchschnittshüllkurvenpegel der empfangenen
Abtastwerte bei Zeitpunkt 200 zu messen. Die Verstärkung der
AGC-Einheit ebenso wie die Verstärkung
der LNA- und VGA-Verstärker
werden anfangs gesetzt, maximale Werte zu sein, um ein Signal effektiv
zu detektieren, und die Verstärkungen
des LNA und VGA werden gemäß der Verstärkung der
AGC-Einheit eingestellt werden, nachdem der Durchschnittshüllkurvenpegel
der empfangenen Abtastwerte hoch genug ist. Um spezifischer zu werden,
die Verstärkung
der AGC-Einheit ist am Anfang maximal und wird durch den AGC-Algorithmus abnehmen,
sobald der Hüllkurvenpegel
der empfangenen Abtastwerte zunimmt. Eine Energiedetektions- (ED-)
Anzeigevorrichtung wird an sein, sobald die Verstärkung der
AGC-Einheit unter einen bestimmten Schwellenwert, der ED-ON-Pegel
genannt wird, abnimmt. Der ED-ON Pegel wird hier nachstehend als
hohe Energiedetektionspegelschwelle konfiguriert.
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Wieder
unter Bezugnahme auf 2, annehmend, dass das Signal
bei Zeitpunkt 202 erscheint, wird angenommen, dass der
Hüllkurvenpegel
des empfangenen Signals zu dem ED-ON Pegel ansteigt, nachdem einige
Symbolzeitspannen beendet sind. Die ED ist deshalb bei Zeitpunkt 204 eingeschaltet.
Nach dem Einschalten der ED werden die Verstärkungen des LNA und VGA auf
der Basis der Verstärkung
der AGC-Einheit während
einem ersten Zeitintervall, zum Beispiel, der Zeit, die benötigt wird,
um 4 Symbole in der Ausführungsformzu
zu analysieren, eingestellt. Diese Stufe wird hier nachstehend als
Makroeinstellstufe bezeichnet. In der Ausführungsform wird zudem der Durchschnittshüllkurvenpegel
der empfangenen Abtastwerte über
N1, z. B. N1 = M/2
= 11, Abtastwerte gemessen und verwendet, um einen Einstellwert
gemäß einer
vorgegebenen Tabelle von Hüllkurvenbereich
versus Einstellwert zu erhalten, die in der Speichervorrichtung 182 gespeichert
ist. Die Verstärkung
der AGC-Einheit wird dann gemäß dem Einstellwert
eingestellt. Die Verstärkungen
des LNA und VGA werden wiederum auf Basis der aktualisierten Verstärkung der
AGC-Einheit eingestellt.
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Nachdem
die Makroeinstellstufe bei Zeitpunkt 206 beendet ist, schaltet
die Verstärkunsgeinstellung
in eine andere Stufe, die Mikroeinstellstufe genannt wird. In der
Mikroeinstellstufe werden die Verstärkungen der AGC-Einheit, LNA
und VGA auf die gleiche Weise eingestellt wie in der Makroeinstellstufe.
In der Mikroeinstellstufe wird jedoch der Durchschnittshüllkurvenpegel
der empfangenen Abtastwerte über
N2, d. h. N2 = M
= 22 Abtastwerte gemessen und verwendet, um den Einstellwert gemäß der vorgegebenen
Tabelle von Hüllkurve
versus Einstellwert zu erhalten, die in der Speichervorrichtung 182 gespeichert
ist.
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Nachdem
die Mikroeinstellstufe bei Zeitpunkt 208 beendet ist, werden
die Verstärkungen
des LNA und VGA festgesetzt. Die vorliegende Erfindung betreibt
jedoch immer noch das Berechnen der Verstärkung der AGC-Einheit. Dass
heißt,
obwohl die Verstärkungen
der LNA und VGA festgesetzt sind, wird die Verstärkung der AGC-Einheit immer
noch während
der Zeitspanne nach dem Zeitpunkt 208 eingestellt.
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Eine
Ausführungsform,
die einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt, ist in 3 veranschaulicht,
die ein Ablaufdiagramm gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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In
dieser Ausführungsform
wird der AGC in Schritt S300 aktiviert und die Verstärkungen
der AGC-Einheit, LNA und VGA werden gesetzt, bei ihrem maximalen
Wert in Schritt S302 zu sein. Danach beginnt der AGC, den Hüllkurvenpegel
zu berechnen, der an seiner Eingangssignalleitung in Schritt S304
auftritt. Wenn der Hüllkuvernpegel
eines empfangenen Symbols die ED in Schritt S306 einschaltet, wie
in der früheren
Ausführungsform
beschrieben, fährt
der Ablauf mit Schritt S308 fort, ansonsten werden die Schritte
S304 und S306 wiederholt fortgeführt.
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Nachdem
die ED eingeschaltet ist, führt
die Ausführungsform
Schritt S308 durch, um die Verstärkung durch
Nachschlagen in einer Tabelle einzustellen, die eine Vielzahl von
Stufen mit verschiedenen Bereichen speichert, sodass jede Einstellung
nach einer Zeitspanne, zum Beispiel, 11 Abtastwerte in der früheren Ausführungsform,
auftritt, die für
ein Zeitintervall beendet ist. Danach führt die Ausführungsform
Schritt S310 durch, um die Verstärkung
durch Nachschlagen der selben Tabelle einzustellen, sodass jede
Einstellung nach einer anderen Zeitspanne, zum Beispiel, 22 Abtastwerten
in der früheren
Ausführungsform
auftritt, die für
ein anderes Zeitintervall beendet ist.
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Zudem
kann das Zeitintervall, das Schritte S208, S310 oder sogar noch
mehr andere Verstärkungseinstellstufen
durchführt,
entweder das gleiche oder unterschiedlich zueinander sein. In einer
bevorzugten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung dauern die Zeitintervalle 2 bis 6 Symbole an. Das Zeitintervall
kann durch Verwendung von Einstellzeiten definiert werden, sodass
die Verstärkung
in einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung für
4 bis 12 Zeiten in dem ersten Zeitintervall eingestellt wird und
für 2 bis
6 Zeiten in dem zweiten Zeitintervall eingestellt wird.
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Nach
dem Einstellen der Verstärkung
in jenem Zeitintervall setzt die vorliegende Erfindung die Verstärkung des
LNA und VGA in Schritt S312 fest. Wie vorstehend beschrieben, obwohl
die Verstärkung
des LNA und VGA festgesetzt werden, kann die Verstärkung des
AGC jedoch immer noch durch das vorstehend erwähnte Verfahren berechnet werden.
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Das
Simulationsergebnis des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist
in 4 gezeigt, wobei die Kurve 400 einen
gewünschtes
Verstärkungspegel
darstellt, und die Kurve 402 eine Verstärkungskurve der AGC-Einheit
gemäß dem Verfahren
darstellt. Es ist klar, dass der Verstärkungspegel auf den gewünschten Verstärkungspegel
in etwa 8 Symbolen (28 – 35)
festgesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung stellt deshalb
einen guten Zugang beim schnellen Ansprechen auf die ankommenden
Signale bereit.
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Zusammenfassend
weist die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile auf
- 1. Die vorliegende Erfindung stellt einen guten
Zugang beim schnellen Ansprechen auf die ankommenden Signale bereit;
und
- 2. die vorliegende Erfindung stellt einen guten Zugang zum Vermindern
der Wahrscheinlichkeit des Auftretens von ADU-Sättigung bereit.