专利名称：接收机的自动增益控制及其方法
技术领域：
本发明与自动增益控制有关，并且特别地与用于接收机的自动增益控制和信道的分配有关。
已知有许多包括收发信机的设备，它们与其它兼容的设备通信使用。这样的设备的例子包括象可以是无绳或蜂窝的无线电话，双向无线装置，基站，寻呼机和象调制解调器，数据终端或类似的有线或电缆通信设备。这些设备典型地包括一个用来控制发送和接收路径增益的电路以便接收信号以基本相同的信号电平被输出。
在无线通信系统中提供功率控制特别难，原因是环境本身不停地变化。在移动设备之间或一个移动设备和一个基站之间的距离是容易经常变化的。此外，由于障碍物进入在移动设备和另一个设备之间的发射路径，发射路径也会改变。例如，随着移动设备的移动，建筑物，小山和其它障碍物移入或移出一个蜂窝式无线电话的发射路径。这些障碍物在通信交换期间将负面地影响由基站和移动设备接收的信号的电平。
相应地，象用于移动通信的全球系统(GSM)的系统需要射频(RF)功率控制。这样的功率控制的目的是获得用于合适的无线通信质量所需的最小的功率量。通过限制被通信的信号的电平，由周围移动设备和基站所检测的RF功率谱能量的平均量被降低。这具有降低干扰的效果，原因是对一个RF信道的干扰的电平是来自所有RF源的贡献的总和。
RF功率控制的目的是为此降低在每个信道上出现的信道干扰的量。这增加了链接可靠性和信道的容量。
例如，用于电路交换话音电话的GSM标准规定基站子系统(BSS)RF功率被控的范围从基站的最大值到最大值以下30dB。标准规定了用于移动站的类似的规范，这取决于移动设备的功率输出级别。
然而，对于通用包无线服务(GPRS)，要获得功率控制明显地更难。这由于数据包的可变长度和在基站和移动台之间以GPRS模式的发送的数据包之间的时间周期的变化。
在GSM GPRS的例子中规定的用于从基站到移动台的发送的控制方法要求BTS必须以相同的功率电平发送组成一单个数据块的4个突发脉冲。然而，该标准也允许基于信道质量报告按块对基站收发信机站(BTS)进行控制。
在这个示例性的标准下，对数据块的发送功率控制的程度可以从一个基站收发信机站在一个广播控制信道(BCCH)上发送的输出功率值到在BCCH载波以下的一个30dB电平。此外，需要一个GPRS移动台来接收在不止一个时隙上的下行链路数据块。例如，2个各组成一个数据块的4突发脉冲的间隔的幅度会有不同。
这些因素合并起来，使得在移动台中要实现一个有效的AGC功能很困难。有一个建议是在一个发送中提供指示相对于BCCH载波的RF功率电平要衰减的量，下一个基站收发机站的数据块就以此来发送。
然而，与接收这种类型的信息相关联的还有问题。例如，难以获得自动增益控制(AGC)的起始捕获。还有问题是在没有可解码的信号(例如分布在整个下行链路传输过程的间歇解码错误)时如何设置AGC电平。另外当企图对在不止一个时隙中的数据进行解码时也会出现另外的问题。然而，最大的问题是分配动态时隙配置用于移动发送，其中为了接收它将在哪个上行链路时隙上发送的分配，需要移动台来监控所有时隙，尽管其中一些时隙是分配给其它移动台。
相应地，在一个动态系统的接收机中需要一种提供自动增益控制的改进的方法。
图1是以方框图形式示意一个通信系统的电路图。
图2是以方框图形式示意一个发射机和处理器的电路图。
图3是以方框图形式示意一个接收机和处理器的电路图。
图4是示意一个移动无线电话系统的图形。
图5是代表GPRS数据的图形。
图6是代表一个数据转发序列的图形。
图7是代表多个移动数据帧分配的图形。
图8是示意移动接收幅度为一个距离的函数。
图9示意数据包。
图10代表相对于一个BCCH载波的PDCH载波。
图11代表用于基站的一个分区的信道分配。
一个接收机的自动增益控制包括一个具有一个控制输入并响应自动控制信号，用于调整接收机的输出电平的可变增益接收机。一个控制器被连到可变增益接收机。控制器监控被接收的信号质量和被接收的信号的功率电平。控制器根据信号质量和载波功率电平来控制可变增益接收机的增益。控制器根据接收的信号功率电平和接收的信号质量选择性地控制增益。增益控制确保接收机的放大器工作在线性部分。随后接收机为要传送给远程接收机的数据块产生一个合适的可解码的信号。
一个通信系统100(图1)包括一个由一个通信链路106连接的本地收发信机102和一个远程收发信机104。本地收发信机102可以在象调制解调器，一个基站，一个数据终端或类似的任何一个通信设备中。远程收发信机104可以在象便携式电话，调制解调器，卫星电话，数据终端或类似的任何一个通信设备中。通信链路106可以是有线，电缆或无线空中连接或其它传输媒介。
示意的远程收发信机104包括一个连接到一个处理器114的一个麦克风110和一个扬声器112。收发信机104包括连接到天线120的一个发射机116和一个接收机118。远程收发信机被连接到一个发射机132，一个接收机134和一个开关136。“开关”可以是象路由器，开关或信号源的任何把信号从处理器130输入或输出的通信设备。发射机132和接收机134被连接到天线138。
示意的本地收发信机102的发射机132包括一个由处理器130控制的可变增益放大器202(图2)。放大器202响应来自处理器130的控制信号来控制从本地收发信机102发出的用于与远程收发信机104通信的信号的幅度。远程收发信机104的接收机118在处理器114的控制之下工作。处理器或控制器114，130每个可以使用数字信号处理器(DSP)，微处理器，微控制器，可编程逻辑单元(PLU)；逻辑电路或它们的组合来实现。
远程接收机118包括一个混频器302(图3)，一个可变增益放大器304，一个混频器306，一个可变增益放大器308，一个滤波器310和一个可变增益放大器312。混频器302和304被提供来解调和下变频希望的载波信号频率(例如，从一个蜂窝系统中的通信信道，下变频到一个中频)。可变增益放大器304，308和312响应来自处理器114的增益控制信号来控制被接收的信号的增益，以便在314的信号输出处于一个希望的幅度以确保在处理接收信号的收发信机中的放大器的线性工作。滤波器310去除在希望的接收信号频率外的信号。
由本地收发信机102启动的系统的自动增益控制首先确定相对于广播载波信道(BCCH)的包数据信道(PDCH)将发射机132的功率电平设置在何处。根据从远程站104接收的信号质量测量和由远程收发信机104往回报告给本地收发信机102的接收的载波功率BCCH载波，在处理器130中作判决。
特别地，存在这样一个功率电平，此后即使增加本地站102的发射功率也不会使远程收发信机104的接收信号的质量增加。这是因为被发送的所有数据在发射机132的发送功率上由远程接收机118恰当地解调和恢复。
处理器130确定在接收机118上由处理器114测量的接收信号质量中出现明显的降级之前，本地收发信机132的发送功率可以降低到多低。在由收发信机104的处理器114作出的信号质量测量(例如可以是由远程接收机测量的比特误码率)的基础上，作出这个决定。比特误码率指示由接收机118接收的数据是否被正确地解码。如果是这样，那么收发信机132的增益可以变低直到比特误码率下降。当发送功率的降低产生了由远程收发信机104往回报告给本地收发信机102的比特误码率的增加时，出现了临界门限。基于这些标准，本地收发信机可以为在DPCH上发送的数据包设置它的发送功率电平。
当发射机132不能再降低它的增益而接收机正在最优门限(到达最优门限后，即使再加增益不会导致收发信机104的性能增加)之上输出一个信号，则远程收发信机104的接收机118提供附加的自动增益控制。这个接收机自动增益控制被提供来确保由在314输出的接收的信号电平不是太大以致于接收机的放大器(示出和未示出的)不是工作在他们的线性范围内，从而引起接收数据的失真导致比特误码。接收机自动增益控制例如通过监控比特误码率和接收的载波信号或指示对通信链路106的干扰电平的另一个信号的幅度来使用对接收信号质量的测量。这些测量可以有利地是与如上面描述的要送回本地收发信机的相同的测量。
特别地，如果报告的载波信号功率与比特误码率测量的比小于或等于最佳门限电平(在此电平上功率电平的增加不会产生象由远程收发信机104测量的信号质量的增加)，则在接收机中不应用附加的功率控制。如果然而，如果载波信号与比特误码率的比在最佳门限电平之上，那么接收机的增益被例如以步进方式衰减直到它的最大衰减电平。
进一步可以想象的是远程接收机118可以跟踪由本地站点广播的一个BCCH载波的值。BCCH载波是当它被本地收发信机102发送时，具有一个预定的固定电平的连续被发送信号。由于固定的发送电平，当它在远程收发信机104处被接收时，BCCH载波的幅度指示通信信道信号的损失。通过成反比地设置接收机的增益与接收的载波信号的幅度，当远程收发信机在接收一个更弱的信号时，接收机的增益被增加。
如果报告的在远程收发信机104处测量的信号质量大于最佳门限电平并且最佳的和报告的信号电平之间的差值小于或等于本地发射机132能够加到发送中的功率降低的最大量，那么在远程收发信机104处，在处理器114的控制之下，使用功率控制来维持由接收机增益控制304，308，312输出的门限功率电平。
这样，增益控制系统可以同时运用本地收发信机102和远程收发信机104的增益控制。自动增益控制跟踪来自本地收发信机的BCCH载波电平的值。如果报告的C与I信号测量大于最优的信号电平，并且最佳的和报告的信号质量测量之间的差值大于一个基站能够应用到一个下行链路传输中的功率降低的最大量，那么在接收机118处应用功率控制。在接收机中的自动增益控制(AGC)将接着跟踪本地发射机的BCCH载波电平的值来提供在接收机中的自动增益控制。
通过在远程接收机104处检测从期望的本地收发信机134广播的希望的载波信号电平来测量载波信号。可以预想，希望的载波信号可以被编码以便它是可以识别的。以此方式，远程收发信机可以辨识和测量来自希望的源的载波信号。
干扰可从许多不同的源产生。在图4中示意了一个蜂窝系统400。本地收发信机102位于基站内。远程收发信机104在一个便携无线电话中。干扰除了希望的本地收发信机外，可从来自基站402的发送中产生。在一个时分系统中，干扰可以从用于在同一频率但在其它时隙中通信的其它便携式蜂窝电话404-408的发送中产生。干扰也可以从工作在其它频率的其它设备产生。
可以预想，干扰可以由比特误码率来测量。例如已知GSM系统使用一种已知为C与I之比的用于移动辅助越区切换的干扰测量。这个比是载波与干扰的测量之比。
用于GSM系统的GPRS数据转发特性使得自动增益控制特别麻烦。数据的转发是通过包交换来提供的。从本地收发信机到远程收发信机的每个转发数据不是使用一个专门的时隙而是使用如在图5中表示的具有一个起动序列，数据和一个拆卸序列的包来实现。在数据包之间的时间周期的长度可被用于为工作在同一载波频率的其它远程设备提供服务。在这个GPRS系统中，没有保证在任何指定时间，提供一个信号给蜂窝无线电话(由远程收发信机104代表的)。
在图6中示意了GPRS数据传输。在包之间的时间周期取决于移动应用的数据转发要求或另一个移动者的需要由可以是几微秒或几小时的间隔来分隔。此外，用于每个发送的周期(标记为“D”)是不统一的，尽管用于每个包的起动和拆卸可以是基本上统一的。这使得很难及时设置本地接收机的增益来接收和解码包的数据部分。
在图7中，示意了对移动设备(无线电话)104，404，405的帧分配。在GPRS中，有的时候移动无线电话104，404，405需要收听所有下行链路数据块来对地址域解码，这是一种移动设备确定数据块是否是给它的方法。
功率控制的基本目的是降低包含本地收发信机102的基站的天线138往四周辐射的平均RF能量的量，从而降低对共享同一信道的移动设备104，404和405的共信道干扰的量。来自一组移动无线电话的透视图的共信道干扰越低，在一个环境中一个基站可以服务的移动无线电话的数目越多，这个环境例如是一个蜂窝环境，其中在若干个共信道基站站点上使用下行链路功率控制。
基站下行链路功率电平被降低得越多，对在由其它的基站覆盖的小区的边缘区上的移动台104，404，405的共信道干扰越低。根据移动台正在如何接收基站信号(这例如如上讨论的可以通过从移动台测量的信号质量来确定)，基站降低他们到移动台的下行链路功率电平。
在基站本地收发信机102和移动的远程站104之间的通信链路106越长，沿路径106的信号衰减越大。如已知的，移动远程站104距离基站本地收发信机102越近，基站应用的功率控制越多，从而降低了传递给移动远程收发信机102和其它无线电话的功率的量。
在图8中示意了用于在某种密集环境，象一个市内的蜂窝环境中的一个移动设备的功率控制的图形。上面的曲线代表如果基站本地收发信机102以全功率发送，由移动远程收发信机104接收的希望的信号的电平。功率电平随距离增加而减少。下面的曲线代表在本地收发信机102以它的最大衰减电平发送时，由移动远程收发信机104接收的希望的信号的电平。
在图9中示意了当基站本地收发信机102有功率控制时，由移动远程收发信机104接收的信号。由于BCCH载波以一个恒定幅度发送，由移动台检测的BCCH电平会随着移动台移近基站而增加。在点T1之间，发送的PDCH载波与BCCH载波相同。由于接收的信号电平在门限电平上，在这点上在移动台中不使用功率控制，其中，信号电平的下降导致C与I之比下降到一个不能接受的电平。C与I电平测量在干扰报告中被作为一个比特误码率指示和接收的载波信号电平通告给基站。
在间隔2期间，基站在PDCH上把数据通信给更接近天线138的另一个移动设备404。在间隔3中，本地收发信机102的发射机132对发送给移动远程收发信机104的PDCH进行衰减，原因是C与I之比能承受一个更低的发送电平而不会影响数据解码。发射机于是使用可变增益控制202来降低PPCH功率电平以便接收的信号处于一个可接受的质量电平。在间隔4期间，基站发送给移动无线电话404。在随后的间隔5期间，基站以附加的衰减发送给移动远程收发信机104。
提供了一种附加的算法来显著改进系统的性能。附加的算法是在移动远程收发信机104的接收机118中执行的AGC。接收机118使用用来设置本地站发射机132的增益的载波与干扰比来周期地设置接收机增益，这有助于确保接收机的放大器工作在它的传输曲线的线性区。这依次确保对送给移动远程收发信机104的被解调数据的正确解码。
例如，GSM GPRS规范需要无线电话104，404，405重复地进行信号测量并把这个信息通知给基站。特别地，可以预想，如果由移动台报告给基站的载波信号与比特误码率的比值足以支持这样的功率控制，基站将相对于BCCH载波功率降低在PCDH上的下行链路载波功率。此外，可以预想，如果由移动台报告给基站的被接收的BCCH载波电平在某一门限以上，在该载波电平，降低发送功率仍能使移动台处的信号被正确地解码。
在接收机上的功率控制现在将描述如下C是BCCH载波的测量；I是干扰测量最好是接收的数据的比特误码率；
Vb是被接收的BCCH载波的值；Co是最佳的C与I之比的值；Cr是远程收发信机报告的实际测量的C与I之比；Rm是本地收发信机可以应用的下行链路功率降低的最大允许值(例如，在发射机132中的30dB)；Copt指示报告的C与I之比是最佳的；Cm指示C与I之比是最大的(超过此点，增加被接收的信号功率不会导致可获得的利益)；P是由本地收发信机102应用的功率控制的电平；并且Pm指示功率控制被应用在最大允许电平(Vb-Rm)。
功率控制按如下进行如果Cr小于Co，那么C比I不是最佳的并且在接收机118处不应用功率控制，而且AGC跟踪与本地收发信机102相关联的BCCH载波电平的值。
如果Cr大于Co，并且Cr-Co小于Rm，那么在远程收发信机的接收机118处应用功率控制来维持Co以便在接收机中的AGC跟踪值Vb-(Cr-Co)。
如果Cr大于Co，并且Cr-Co大于Rm，在接收机中以最大允许程度应用功率控制，以便AGC功能跟踪服务的小区的BCCH载波电平减去在接收机中功率控制的最大允许的功率电平。
随着移动台随时间前进穿过图10的底部接近基站，BCCH载波电平增加。直到由报告的C与I之比和BCCH载波电平之间的比值确定的信号质量足以确保在下行链路PDCH上的功率控制，PDCH和BCCH载波电平是相等的(在区域1中)。PDCH的功率电平在发射机到移动台中被降低以维持具有最小发送功率电平的最佳的C与I之比，这样减少了干扰并增加了小区的占有率。
一旦移动台如此接近基站发送天线，以致已达到功率控制的最大范围，PDCH载波电平将等于BCCH载波电平减去30dB(由区域3代表)。在系统工作的这点上，接收机的信号电平会引起接收机工作在非线性区。就是在这个点上，接收机自动增益控制在接收机中提供了附加衰减来去除这个失真。
进一步可以预想，在与本地收发信机104相关联的基站中提供了信道的动态分配以便具有一个共同距离(信号路径损耗)的移动台在一个共同的信道上。这样移动台将根据他们距离天线138的距离放置在一个信道上。特别地，在基站的小区中的移动台会被分配给小区的各个分区。在相同分区内并且因此而有类似距离的所有移动台被放置在一个共同的信道上。这允许对系统性能的额外的改进。
特别地，服务于许多个远程设备104，404，405的基站本地收发信机可以以共同距离对无线电话分组为共同的分区。图10示意了分区1，2，3和4。可以分配第一信道给共享分区1的那些移动台。提供给发送到分区1中的无线电话的包的功率控制于是可以在相同电平。这使得基站可以以一个相同的基站衰减给在它的分区中的所有移动台提供一个信号，降低了用于发送到不同的移动台所需的改变量和允许分区以更好的性能为更多的移动台服务并提供了降低的共信道干扰。
相应地，可以看出，公布了一个改进的增益控制系统。在例如蜂窝系统的系统中，包传输的增益控制是很困难的。对这样的系统，本发明提供了显著的改进。
权利要求
1.接收机的自动增益控制，包含具有一个控制输入并响应控制信号用于调整接收机的输出电平的可变增益接收机；和一个连到可变增益接收机的控制器，控制器监控被接收的信号的质量和被接收的信号的功率电平，控制器产生一个作为信号质量和功率电平的函数的用于控制可变增益接收机的增益的控制信号，控制器以被接收的信号的功率电平的函数来控制增益并选择性地以信号质量的函数来控制增益。
2.如权利要求1中定义的接收机自动增益控制，其中当信号质量测量超过一个预定的门限时，控制器以信号质量测量的函数来控制可变增益接收机。
3.如权利要求2中定义的接收机自动增益控制，其中信号质量测量是作为信号干扰的函数来产生的。
4.如权利要求3中定义的接收机自动增益控制，其中信号质量的测量是被接收的信号电平和信号干扰的比的函数。
5.一种给远程收发信机提供信道分配的方法，包含步骤确定用于许多个远程收发信机的增益控制分区；和分配一个信道给在一个共同的增益控制分区中的那些移动台。
全文摘要
一个接收机自动增益控制包括一个具有一个控制输入并响应用于调整接收机的输出电平的一个增益控制信号的可变增益接收机(304,308,312)。控制器(114)被连到可变增益接收机。控制器监控被接收的信号的质量和被接收的信号的功率电平。控制器产生一个作为信号质量和功率电平的函数的用于控制可变增益接收机的增益的控制信号。控制器以被接收的信号的功率电平的函数来控制增益并选择性地以信号质量的函数来控制增益。
文档编号H03G3/20GK1263384SQ00100960
公开日2000年8月16日 申请日期2000年1月12日 优先权日1999年1月12日
发明者马克·艾德华·皮森 申请人:摩托罗拉公司