专利名称：直接序列扩频接收机的自动增益控制电路及方法
技术领域：
本发明涉及用于移动电话接收机的自动增益控制电路及方法，特别涉及在移动电话系统中使用直接序列扩频技术的电路及方法，用于通过频谱的共用部分发送同步信号。
在大多数移动系统中，如W-CDMA，甚至当进行呼叫时，也必须周期性地进行小区搜索，以便完成越区切换，在当前所用小区的信号质量下降而存在另一个可用的较好小区的情况下，正在进行的呼叫也没有断开。
在依赖扩频的移动系统中，如W-CDMA，常常这样设计传输和接收协议，使得移动站暂时停止发射和接收并在不同无线信道上进行小区搜索。传输和接收的瞬间中断不引起任何数据丢失，因为移动站和基站由临时增加的传输速度补偿，所以保持了平均数据传输速度。例如，如果小区搜索所用的时间占所有可用时间的50％，基站和移动站将以正常速度的两倍在剩余的50％时间发射。然而，发射速度不能无限增加，因为在增加传输速度的间隔期间，传输误差的数量与增加的速度和正常速度之间之比的对数成正比。对大多数应用的目的来说，允许少量的传输误差。移动电话系统，如W-CDMA是比较理想的，用于测量的可用时间是非常有限的，因为必须保持当前正在连接的整个质量。
当移动站在小区搜索间隔期间停止正常传输和接收时，它重新调谐到不同的无线信道。在这个不同的无线信道上，接收的无线信号的电平不同于标称的无线信道的电平。大多数移动站接收机采用自动增益控制(AGC)系统，以便能够调整不同强度的信号。AGC系统必须确定接收信号的强度，并按该强度设置接收机中的增益，即对较低信号电平设置较高的增益。
在双模接收机的情况中，当在不同无线频道上或不同蜂窝系统(如GSM)中进行小区搜索时，必须在非常短的时间间隔内发现搜索信道的新增益值，因为用于小区搜索的可用时间非常有限，基本上是几个W-CDMA时隙。在这种情况中，需要自动增益控制功能足够快地使得多数搜索间隔用于信号测量和获取。然而，现有技术的快速自动增益控制电路不是很稳定，当接收机连接到单个W-CDMA小区时，不能满足信号跟踪的使用，并选用慢操作使比特误差率最佳化。
本发明的另一目的是提供一种用于直接序列扩频接收机的自动增益控制电路和方法，其在信号获取和跟踪期间是最佳的。
按照本发明，本发明的一方面提供了用于直接序列扩频接收机的自动增益控制电路，包括识别装置，用于从接收的同相和正交基带信号产生识别信号误差；相乘装置，用于把识别信号误差与信号获取期间的第一环路增益常数和信号跟踪期间的第二个不同环路增益常数相乘；以及递归积分器，用于从相乘的识别信号误差中获取积分的AGC值。
具有这些特征的自动增益控制电路能够执行两种操作模式，即“快速获取模式”和“慢速跟踪模式”，两种模式之间的选择通过使用不同的环路增益值得到，即较高的值用于信号获取期间，较低的值用于信号跟踪期间。
自动增益控制电路还包括选择性地保持固定环路增益的装置。
在本发明的一个优选实施例中，递归积分器包括第一寄存器，用于在搜索信道操作期间存储第一AGC值；第二寄存器，用于在标称信道操作期间存储第二个不同AGC值；以及AGC转换装置，用于在搜索和标称信道操作开始时交替地把第一和第二当前AGC值分别装载在递归积分器中。
在搜索和标称信道操作期间存储AGC值的两个单独的寄存器可以在每个搜索间隔开始时把最后知道的AGC值重新装载，因此，最小化了信号获取时间。如果在第一搜索窗口内没有获得信号，可以在下一个窗口继续搜索，以便使该信道从最后知道的值开始。
AGC转换装置可以在标称信道操作开始时在第一寄存器中存储第一当前的AGC值。
AGC转换装置还可以在搜索信道操作开始时在第二寄存器中存储第二AGC值。
AGC转换装置可以在搜索和标称信道操作期间交替地把第一和第二寄存器分别连接到递归积分器。自动增益控制电路还包括获取逻辑电路，用于检测信号和获取，并根据检测的信号获取使相乘装置进行选择操作。
获取逻辑电路包括识别装置，用于在预定持续周期检测识别信号误差何时小于可编程的滞后值。
识别装置可以从预置值和接收的基带信号的平均振幅的对数之间的差确定识别信号误差。
本发明的另一方面是提供一种自动控制直接序列扩频接收机增益的方法，包括
(a)从接收的同相和正交基带信号产生识别信号误差；(b)把识别信号误差与信号获取期间的第一环路增益常数和信号跟踪期间的第二个不同环路增益常数相乘；以及(c)使用递归积分器从相乘的识别信号误差中获取积分的AGC值。
方法还包括(d)选择性地保持固定增益。
在一个优选实施例中，步骤(c)包括在第一寄存器中存储搜索信道操作期间使用的第一AGC值；在第二寄存器中存储标称信道操作期间使用的第二个不同AGC值；以及在搜索和标称信道操作开始时交替地把第一和第二当前AGC值分别装载在递归积分器中。
可以在标称信道操作开始时在第一寄存器中存储第一当前的AGC值。类似地，可以在搜索信道操作开始时在第二寄存器中存储第二AGC值。
可以在搜索和标称信道操作期间交替地把第一和第二寄存器分别连接到递归积分器。
方法还包括检测信号获取；以及根据检测的信号获取，选择性地使识别信号误差与第一环路增益常数相乘。
方法还包括包括在预定持续周期检测识别信号误差何时小于可编程的滞后值。
方法还包括从预置值和接收的基带信号的平均振幅的对数之间的差确定识别信号误差。
在附图中
图1示出直接序列扩频接收机的基带模块的关键功能块的方框图；图2示出形成图1的部分基带模块的自动增益控制电路的方框图；图3示出在操作期间，在图2的自动增益控制电路的不同位置上的信号电平的时隙图。
发明的
具体实施例方式
现参考图1，图1示出形成直接序列扩频接收机部分的一般基带模块1。基带模块1包括接收机模/数(A/D)转换模块2、自动增益控制(AGC)电路3、AGC数/模(D/A)转换器4、基带处理单元5、射频(RF)前置放大器6、数字信号处理(DSP)和时隙控制单元7。A/D转换模块2从接收机内的模拟前端下转换器(图中未示出)接收模拟同相和正交基带信号，并把数字等效的I和Q分量提供给AGC电路3。
AGC电路3确定接收机增益，并把输出信号AGC.WORD提供给AGCD/A转换器模块4，由接收机的RF模块随后使用，以控制模拟同相和正交的接收信号的增益。AGC电路3附加地为RF前置放大器6的控制产生一个输出信号PREAMP ON。
基带处理单元5执行来自/到接收机的音频模块的信号接收和传输期间的所有扩频调制和解调。AGC电路3产生输出信号SEARCHWINDOW、AGC VALID和RSSI，用于控制基带处理单元5的操作。
AGC计算功能块3的操作由DSP和时隙控制单元7，由数字控制参数DECIMATION_FACTOR、REF_LEVEL、HYSTERESIS、GAIN_SLOW、GAIN_FAST、CALIBTATION_DATASET、ACO_GUARD_TIME、和ACO_TIMEOUT，和输出信号COMMAND控制。输出信号RSSI也由AGC电路3提供给DSP和时隙控制单元7。
图2显示了图1所示的AGC电路3的基本功能快。AGC电路3包括识别单元43，用于从数字化接收的同相和正交基带信号I和Q中产生识别信号误差。识别单元43包括功率块21，用于根据函数P＝SQRT(I2+Q2)计算接收的数字化同相和正交信号取样的振幅P。
根据函数，AVG＝SUM{P[k].P[k-1]，...P[k-DECIMATION_FACTOR]}÷DECIMATION_FACTOR，平均块22在控制参数DECIMATION_FACTOR确定的时间周期内执行功率块21的输出积分。这把接收的同相和正交信号的采样率减少到适于AGC电路3的采样率。按照函数AVG_dB＝log(AVG)constant，dB块23从平均块22计算输出信号AVG的对数AVG_dB。
dB块23的输出由减法功能块24从控制参数REF_LEVEL的值中减去，以产生识别信号误差ERR。然后，滞后块25把ERR信号与控制参数HYSTERESIS进行比较。如果ERR信号的绝对值小于HYSTERESIS的值，那么，第一输出信号的值HYST_output＝0，第二输出信号的值HYST_detect＝真。如果识别信号误差ERR不小于控制参数HYSTERESIS的值，那么，第一输出信号的值HYST_output＝信号ERR的值，第二输出信号的值HYST_detect＝假。
AGC电路3也包括相乘单元44，用于把识别信号误差ERR与信号获取期间的第一环路增益常数和信号跟踪期间的第二不同环路增益常数相乘。结果，相乘单元44包括切换块28和相乘块26、27。根据是否获得接收信号的增益，选择性地操作相乘单元44以把输出HYST_output与控制参数GAIN_SLOW的值相乘或与GAIN_FAST的值相乘。
相乘单元44输出的相乘的识别信号误差被提供给递归积分器45。
递归积分器45包括第一和第二寄存器33和34、开关35、饱和块32、加法器31。使用第一寄存器33存储标称信道操作使用的第二不同AGC值。当接收机在中间频率(inter-frequency)或中间系统(inter-system)信道上进行小区检索时，第二寄存器24存储第一AGC值。这个信道常常称为“搜索信道”。递归积分器45按下式运算GAIN[k]＝GAIN[k-1]+HYST_Output*GAIN_SLOW，或GAIN[k]＝GAIN[k-1]+HYST_Output*GAIN_FAST其中，GAIN是保持在第一或第二寄存器33和34中的当前AGC值。这些寄存器保持接收机所用的增益控制信号的当前对数值。
从DSP和时隙控制单元7提供到AGC计算块3的输入信号COMMAND被直接供给到获取控制逻辑块29。根据从COMMAND信号和信号HYST_detect的状态接收的指令，获取控制逻辑块29确定SELAB.HOLD和信号41的状态。
SEL_AB信号确定存储在第一或第二寄存器中的AGC值是否被反馈，并由加法器31与相乘的识别信号误差重新组合，以便进行递归积分。
通过选择具有用于“慢跟踪”模式的GAIN_SLOW常数的乘法器26或用于“快速获取”模式的GAIN_FAST常数的乘法器27，信号41控制AGC块3是否是“慢跟踪”模式或“快速获取”模式。
当信号HOLD由获取控制逻辑块29保持时，开关30使得到加法器31的第一输入是0，加法器有效地保留了保存在第一或第二寄存器33或34中的当前的增益值。
前置放大器控制和AGC字查找单元36连接到递归积分器45的输出端，并把递归积分器45的输出转换成为两个输出信号，即PREAMP ON和AGC WORD。使用PREAMP ON输出信号控制射频前置放大器6。如果递归积分器45的输出端的增益超过预定的阈值，则设置PREAMP ON输出信号到第一状态，相反，如果增益落到另一个不同阈值，则设置PREAMP ON输出信号到虚假状态。设置这两个阈值为不同的值，以防止可能由下述事实引起的震荡，前置放大器的开关延迟不同于增益控制放大器的响应时间，当信号电平接近前置放大器的阈值时，经常的切换瞬变会引起信号质量的降低。AGC WORD输出信号由转换递归积分器45输出的增益值产生，并使用增益控制放大器的控制响应的存储拷贝。在这个单元36中的所有控制参数由DSP和时隙控制单元7提供，并设定是相对于射频信道频率和温度校准的。
递归积分器45的输出端上的增益也提供到接收信号强度显示器(RSSI)格式化单元37，其转换积分器输出的值成为输入信号电平dBuV。再一次，转换是基于DSP和时隙控制单元7提供的CALIBTATION_DATASET比例数据，并与相对于射频信道频率和温度校准。
自动增益控制电路还包括获取逻辑电路29，用于(a)检测信号获取是否已经获得；(b)进行相乘装置44的选择性操作；
(c)在递归积分器45中选择是否使用第一或第二寄存器33或34。
(d)根据信号获取的检测或接收的新指令，产生信号AGC_VALID和SEARCH_WINDOW。
获取控制逻辑电路29按下述方式操作存在五个不同的操作状态“保持”、“获取标称”、“获取搜索”、“标称”、“搜索”。也存在对应上述操作状态的五个指令，其使用相同的名称。当DSP和时隙控制单元7在COMMAND信令总线上发出新指令时，则进行一个状态到另一个状态的改变。
在接收“hold”指令之后，控制逻辑29立即设置真HOLD信号，并设置虚假AGC_VALID和SEARCH_WINDOW信号。信号41和SEL_AB被保持不变。
在接收“获取标称”指令之后，控制逻辑29立即设置HOLD信号为假，设置SEL_AB为假，设置信号41为真，并设置AGC_VALID和SEARCH_WINDOW为假。同时，启动超时计数器。这个计数器每个AGC时钟周期加一。如果计数的时钟周期的数大于或等于ACQ_TIMEOUT，则设置信号41为假，AGC_VALID为真。同时，如果信号HYST_detect变为真，则第二计数器重新设置到0。当第二计数器的值大于ACQ_GUARD_TIME，则控制逻辑29设置信号41为假，AGC_VALID为真，并停止第一计数器。原则上，设置ACQ_TIMEOUT为较大的值，以便当HYST_detect决不变为真时而覆盖这种情况。这种情况只在不期望的系统故障期间发生，例如，有故障的AGC D/A转换器4。在正常情况中，在短时间后HYST_detect变为真。设置信号41为假以把AGC切换到“慢跟踪”模式，以便在第二计数器大于ACQ_GUARD_TIME的瞬间宣布AGC获取。
在接收“获取搜索”指令之后，控制逻辑29立即设置HOLD信号为假，设置SEL_AB为真，设置信号41为真，设置AGC_VALID和SEARCH_WINDOW为假。之后，其行为与“获取标称”指令之后一样，除了AGC_VALID被设置为真，SEARCH_WINDOW也被设置为真之外。
在接收“标称”指令之后，控制逻辑29立即设置HOLD信号为假，设置SEL_AB为假，设置信号41为假，设置AGC_VALID为真，设置SEARCH_WINDOW为假。在这种情况中，两个计时器不运行。
在接收“搜索”指令之后，控制逻辑29立即设置HOLD信号为假，设置SEL_AB为真，设置信号41为假，设置AGC_VALID为真，设置SEARCH_WINDOW为真。在这种情况中，两个计时器不运行。
原则上，当为了保持功率移动站准备切换无线电路时，发布“保持”指令。在这个保持模式操作期间，环路增益选择性地被保持在固定值。当无线电路在某些时间后被接通时，发布“标称”或“搜索”指令，从而，恢复了用于标称或搜索信道的最后知道的增益值。
“获取搜索”指令原则上在新无线信道上的第一小区搜索周期发布。“搜索”指令基本上用在前面周期所用无线信道的随后搜索周期，而且早已经获得了增益并存储在第二寄存器“34”中。
当移动站是在标称信道时，但还没有获得增益，“获取标称”指令原则上在接通电源后发布。
如图3所示，用于标称传输信道的有效数据以数据包50、51、52发送，这些数据包由传输隙缝53和54分隔。中间频率或中间系统小区搜索由传输隙缝53和54确定的搜索信道中的接收机执行。在开始检测每个传输隙缝之后，DSP和时隙控制单元7发出“获取搜索”指令55。指令55由获取控制逻辑29检测。指令55的检测引起相乘装置44的选择操作，以至开关28工作并把乘法器27与HYSTERESIS块25和递归积分器45串联连接。现在，AGC计算块3处于“快速获取”模式。
“获取搜索”的检测附加地使第二寄存器34与递归寄存器45串联连接，并能够在第二寄存器34中获得搜索信道操作期间所用的AGC值。第二寄存器34的逐渐增加的值反映在AGC_VORD输出信号的溢出边缘57。当HYSTERESIS块25检测到附加块14输出的识别信号误差小于来自DSP和时隙控制单元7的控制参数HYSTERESIS时，如AGC_VORD输出信号的点58所示的一样，获取控制逻辑单元29在AGC_GUARD_TIME周期之后重新设置信号41，并在上升沿59将信号设置为AGC_VALID真值。在该点上，就是说，根据增益获取，相乘装置44立刻使得开关28选择性地工作，现在乘法器26串联连接在HYSTERESIS块25和递归积分器45之间。因此，AGC计算块3被放置在“慢跟踪”模式，在传输隙缝53的期间跟踪了有效数据60。因为指令55是“获取搜索”，所以也将信号SEARCH_WINDOW设置为真值。
在传输隙缝53的结束点上，DSP和时隙控制单元7发送“标称”指令62。这个指令使得相乘装置44进行选择性操作，以使开关28再一次工作，并把乘法器26串联连接在HYSTERESIS块25和递归积分器45之间。因此，AGC计算块3再一次自动保持在“慢跟踪”模式。
而且，指令62使得获取控制逻辑29重新设置SEL_AB信号为假，并使得第一寄存器33与递归积分器45串联连接，因此，装载存储在此的第一当前AGC值，用于接收机的标称信道操作。存储在第一寄存器33和第二寄存器34的AGC的差值由上升沿64的AGC_WORD信号值中的变化显示。
如果标称信道操作期间的环路增益已经事先获得，识别信号误差就会小于指令字HYSTERESIS，因此，来自HYSTERESIS块25的输出信号HYST_OUTPUT将是0。那么，接收机继续处理标称信道操作期间接收到的有效数据的数据包51。
在下一个传输隙缝54的期间，DSP和时隙控制单元7发送“搜索”指令66，使得第一寄存器与递归积分器45串联连接，并通过块36把存储在第二寄存器34中的第二AGC值提供给AGC D/A转换器4。重新装载存储在第二寄存器34中的值显示在AGC WORD输出信号的下降沿67。
从上述描述可以看出，AGC计算块3工作在两种模式，即，“快速获取”和“慢跟踪”模式。两种模式之间的转换由控制参数GAIN_SLOW和GAIN_FAST确定的两种不同环路增益值实现。在每个搜索间隔的开始，AGC计算块3自动处于“快速获取”模式，当获取控制逻辑29确定已经获得适当的信道增益时，AGC计算块3被切换回到“慢跟踪”模式。因此，AGC获取时间被最小化，所以，在中间频率和中间系统操作期间，影响小区搜索测量的时间周期可以最佳化。此外，用于标称和搜索信道操作的两个最后知道的增益值被保存在各个寄存器中，所以，可以获得快速获取。如果在控制参数ACQ_TIMEOUT表示的可编程的时间周期数内没有获得环路增益，AGC计算块3自动地恢复到“慢跟踪”模式。如果AGC计算块3处于“慢跟踪”模式，则只产生表明环路增益是有效的输出逻辑信号。
最后，应当理解，在没有脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对描述在此的自动增益控制电路做出修改和附加。
权利要求
1.一种用于直接序列扩频接收机的自动增益控制电路，包括识别装置，用于从接收的同相和正交基带信号产生识别信号误差；相乘装置，用于把识别信号误差与信号获取期间的第一环路增益常数和信号跟踪期间的第二个不同环路增益常数相乘；以及递归积分器，用于从相乘的识别信号误差中获取积分的AGC值。
2.按权利要求1所述的自动增益控制电路，其特征在于还包括选择性地保持固定增益的装置。
3.按权利要求1或2所述的自动增益控制电路，其特征在于递归积分器包括第一寄存器，用于在搜索信道操作期间存储第一AGC值；第二寄存器，用于在标称信道操作期间存储第二个不同AGC值；以及AGC转换装置，用于在搜索和标称信道操作开始时选择性地把第一和第二当前AGC值分别装载在递归积分器中。
4.按权利要求3所述的自动增益控制电路，其特征在于AGC转换装置在标称信道操作开始时在第一寄存器中存储第一当前的AGC值。
5.按权利要求4所述的自动增益控制电路，其特征在于AGC转换装置还在搜索信道操作开始时在第二寄存器中存储第二AGC值。
6.按权利要求3至5之一所述的自动增益控制电路，其特征在于AGC转换装置在搜索和标称信道操作期间选择性地把第一和第二寄存器分别连接到递归积分器。
7.按前述任一权利要求所述的自动增益控制电路，其特征在于还包括获取逻辑电路，用于检测信号和获取，并根据检测的信号获取使相乘装置进行选择操作。
8.按权利要求7所述的自动增益控制电路，其特征在于获取逻辑电路包括识别装置，用于在预定持续周期检测识别信号误差何时小于可编程的滞后值。
9.按权利要求8所述的自动增益控制电路，其特征在于识别装置从预置值和接收的基带信号的平均振幅的对数之间的差确定识别信号误差。
10.一种自动控制直接序列扩频接收机增益的方法，包括(a)从接收的同相和正交基带信号产生识别信号误差；(b)把识别信号误差与信号获取期间的第一环路增益常数和信号跟踪期间的第二个不同环路增益常数相乘；以及(c)使用递归积分器从相乘的识别信号误差中获取积分的AGC值。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于还包括(d)选择性地保持固定增益。
12.按权利要求10或11所述的方法，其特征在于步骤(c)包括在第一寄存器中存储搜索信道操作期间使用的第一AGC值；在第二寄存器中存储标称信道操作期间使用的第二个不同AGC值；以及根据搜索和标称信道操作的开始，交替地将第一和第二当前AGC值分别加载到递归积分器。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于在标称信道操作开始时在第一寄存器中存储第一当前的AGC值。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于在搜索信道操作开始时在第二寄存器中存储第二AGC值。
15.按权利要求12至14之一所述的方法，其特征在于在搜索和标称信道操作期间交替地把第一和第二寄存器分别连接到递归积分器。
16.按权利要求10至15之一所述的方法，其特征在于还包括检测信号获取；以及根据检测的信号获取，选择性地使识别信号误差与第一环路增益常数相乘。
17.按权利要求16所述的方法，其特征在于还包括在预定持续周期检测识别信号误差何时小于可编程的滞后值。
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于还包括从预置值和接收的基带信号的平均振幅的对数之间的差确定识别信号误差。
19.一种自动增益控制电路，它是前面结合附图所描述的电路。
20.一种直接序列扩频接收机增益的自动控制方法，其中包括前面所描述的步骤。
全文摘要
一种用于直接序列扩频接收机的自动增益控制电路(3)。识别单元(10)从接收的同相和正交基带信号产生识别信号误差,相乘单元(16)把识别信号误差与信号获取期间的第一环路增益常数和信号跟踪期间的第二个不同环路增益常数相乘。然后,递归积分器(22)从相乘的识别信号误差中获取积分的AGC值。通过使用两种不同的环路增益值,电路可以在信号获取期间的“快速模式”和信号跟踪期间的“慢跟踪”模式之间进行变换。
文档编号H04B1/707GK1381957SQ01136868
公开日2002年11月27日 申请日期2001年10月31日 优先权日2000年11月1日
发明者菲利普·扎利奥, 多布里奇·瓦西奇 申请人:日本电气株式会社