专利名称：自动增益控制器、自动增益控制方法和无线通信设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动增益控制器、自动增益控制方法和无线通信设备，用于在基于TDMA系统的蜂窝系统中，例如GSM系统的无线移动电话系统中，在一帧的多个时隙中的接收信号中执行增益控制。
背景技术：
蜂窝系统利用蜂窝电话等进行移动通信，例如，GSM(Global System forMobile Communications，全球移动通信系统)，包括至少一个连接到电话电路网的MSC(Mobile Services Switching Center，移动业务交换中心)。MSC还连接到多个下级BSC(Base Station Controllers，基站控制器)，每个BSC连接到至少一个下级BTS(Base Transceiver Station，基站收发信台)，并在这些节点间进行通信。在作为一个，在作这由每个基站收发信台管理的通信区域的小区中，无线通信是在MS(Mobile Station，移动台)和所述基站收发信台之间进行。在移动中，该MS可与另一个MS或电话电路网络进行通信。
在TDMA系统的无线通信(TDMA通信)中，例如在基于所述GSM系统的蜂窝系统(一种GSM系统)中使用的无线通信中，根据时分复用系统，多个MS在单频信道中与基站收发信台进行通信。在这种情况下，MS跟踪执行通信的基站收发信台的信号定时、频率数量和信号强度等，以便使接收机与发射机同步并维持信号通信的通信状态。
在无线通信中，由于发射机和接收机之间的距离的衰减、由于自然障碍物中断直线路径引发的阴影衰减、由于接收机在大量反射信号中移动而引发的瑞利(Reyleigh)衰减等都可造成信号强度的变化。阴影衰减具有空间相关性，它是在大量波长中常见的现象。瑞利衰减在突发信号之间不具有相关性，并根据通信状态而随时间变化。因此，突发信号的信号强度的平均值有时可用于消除瑞利衰减的影响。
在相关领域的GSM系统等的TDMA通信中，用于通信的频率信道中的一个帧中仅有一个时隙分配给用户(MS)。因此，获得时隙中突发信号强度的平均值就可以估计瑞利衰减的影响。然而，在GSM系统最新应用的作为分组通信系统的GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务)中，执行针对较快通信速度的多时隙通信，并且在用于用户的一个帧中的多个时隙中接收到突发信号。因此，为了消除瑞利衰减的影响，需要获得一个帧中多个时隙中突发信号强度的平均值。
如果通过上述多时隙通信中的单独增益设置接收到一个帧中多个时隙中的突发信号，当一个特定的时隙确实受到衰减、频道干涉或时间滞后的影响时，接收信号强度的平均值可随着时隙中的信号强度的改变而发生很大变化。在这种情况下，自动增益控制不能以理想的增益执行，因而衰减等的不利影响增加了自动增益控制中的差错。
发明内容
本发明的实现是为了解决以上的问题，本发明提供了一种自动增益控制器，一种自动增益控制方法和一种无线通信设备，能够在基于执行多时隙通信的TDMA系统的蜂窝系统中，通过以稳定的方式设置相同的增益，以减少的衰减影响等在一帧中的多个时隙中接收信号。
根据本发明，在预定帧时间的多个时隙中执行通信的时分多时隙通信中，自动增益控制器将信号强度控制在预定级别，其特征在于自动增益控制器包括接收信号强度检测装置，用于在每一个时隙中检测已接收信号强度；接收信号平均强度计算装置，用于判定检测的接收信号强度是否异常，如果信号强度值异常，对接收信号强度分配的权重比分配给正常值的权重小，从而计算在每个时隙中的接收信号平均强度；平均多时隙接收强度计算装置，用于判定计算的接收信号平均强度是否异常，如果信号强度异常，对接收信号强度分配的权重比分配给正常值的小，从而计算一帧中的多个接收信号平均强度的平均值；以及增益控制装置，用于利用基于计算的平均多时隙接收强度的增益控制信号，将接收信号强度控制在预定级别。
最好，自动增益控制器的特征在于，接收信号平均强度计算装置包括比较装置，该比较装置用于比较并判定检测的接收信号强度是否超过预先的容限；以及权重设置装置，如果在比较的结果中，出现超过了容限的异常值，那么将用作权重系数的校正值设置为0值或大约为0的值。
最好，自动增益控制器的特征在于，平均多时隙接收强度计算装置包括比较装置，该比较装置用于比较并判定计算的接收信号平均强度是否超过预定的容限；以及权重设置装置，如果在比较的结果中，出现了超过容限的异常值，那么将用作权重系数的校正值设置为0值或大约为0的值。
在以上所述的结构中，如果在预定帧时间的多个时隙中执行多时隙通信，那么将检测多个时隙中的每个时隙中的接收信号强度，并且通过例如循环采样时隙，判定信号强度值是否异常的方法获得接收信号强度，如果信号强度值异常，则对时隙中接收信号强度分配的权重比分配给正常值的权重小，以便计算一个帧中多个接收信号平均强度的平均值。基于计算的平均多时隙接收强度，例如平均多时隙接收强度被用作下一帧的增益控制信号以便执行自动增益控制，从而使接收信号强度处于预定级别。这将有助于减小衰减等的影响，并便得能够通过以稳定的方式设置的相同增益，在一帧的多个时隙中接收突发信号。
图1示出了根据本发明的一个实施例，用于装有自动增益控制器的多时隙通信的接收机的结构的方框图；图2示出了基于TDMA蜂窝系统的网络结构的示意性方框图；图3示出了作为一个典型的基于TDMA的帧结构的GSM系统的八个时隙的帧结构；图4示出了在一个帧的四个时隙中，突发信号的多时隙接收的时间以及接收信号强度；及图5示出了根据本实施例，在用于多时隙通信的接收机中，获得在多时隙通信中用于突发信号接收的自动增益控制电路的增益值的过程的流程图。
在各图中，标号1表示天线，2表示RF输入部分，3表示自动增益控制电路，4表示解调器，5表示解码器，6表示采样电路，7表示DSP，8表示语音输出部分，9表示控制器，10a表示AGC信号输入端，10b表示同步信号输入端，11到18表示帧n-1中的信号时隙，21到28表示帧n中的信号时隙，31到38表示帧n+1中的信号时隙。
具体实施例方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1示出了根据本发明的一个实施例，装有自动增益控制器的用于多时隙通信的接收机的结构的方框图。图2示出了基于TDMA蜂窝系统的网络结构的示意性方框图。该实施例示出了在执行多时隙通信的接收装置中使用的自动增益控制器的典型结构。
用于多时隙通信的接收机包括天线1、射频(RF)输入部分2、解调器4、解码器5、采样电路6、数字信号处理器(DSP)7、语音输入部分8以及控制器9。所述RF输入部分2包括其内部的自动增益控制电路，用于当执行增益调整时将来自天线1的收信号放大。所述RF输入部分2具有输入端10a、10b，它们用来接收来自控制器9的AGC信号，用于判定自动增益控制(AGC)的增益，以及同步信号，用于将接收信号同步到任意点的多个时间的突发信号。
解调器电路4对RF输入部分2中放大的接收信号解调，并输出解调信号。解码器5对解调信号解码并输出解码的接收数据。DSP 7为接收机电路进行特殊编程，对解码后的接收数据执行信号处理并输出结果数据。在DSP中处理的接收数据输入到控制器9并发送到语音输出部分8，并作为声音信号输出。
采样电路6对从RF输入部分2输出的多个时隙中的接收信号的信号强度进行循环采样，并将采样的表示接收信号强度的接收强度信号发送到DSP7。这些接收强度信号在DSP 7中进行信号处理并作为接收信号强度输入到控制器7中。
控制器9判定通信定时并基于接收数据生成同步信号，所述接收数据是基于解码器5的输出而在DSP 7中进行处理得到的接收数据，并且控制器9将同步信号输出到自动增益电路3，以便控制同步操作。基于通过DSP 7中的采样电路6的输出处理得到的接收信号强度，该控制器9还生成一个AGC信号，并将该AGC信号输出到自动增益控制电路3，以便执行自动增益控制操作。该控制器9在诸如DSP 7的部分上执行控制操作。
上述配置的用于多时隙通信的接收机用在无线通信设备中，例如图2所示的蜂窝系统的移动台(MS)和基站收发信台(BTS)。基于TDMA系统的蜂窝系统，例如GSM系统，包括至少一个连接到电话电路网的移动业务交换中心(MSC)51。该移动业务交换中心51连接到多个下级基站控制器(BSC)52，每个BSC连接到至少一个下级基站收发信台(BTS)，并在这些节点间进行通信。在作为由各个基站收发信台53管理的通信区域的小区中，无线通信是在移动台(MS)54和所述基站收发信台53之间进行的。在旅行过程中，该MS 54可与另一个MS 54或电话电路网络进行通信。
图2示出了移动电台54从基站收发信台53(BTS1)的小区1到另一个基站收发信台53(BTS2)的小区2的漫游。最初，该移动电台54通过无线链路与基站收发信台53(BTS1)通信。在无线通信期间，基站收发信台53(BTS1)监视移动台54的传输功率，当要通过基站控制器52的控制向另一基站收发信台53(BTS2)进行越区切换时，将监视结果报告给移动业务交换中心(MSC)51。移动台54接收相邻的基站收发信台的一个列表，并且在预定时间间隔内，基于该列表监视来自相邻基站收发信台的信号，并且将监视结果报告给基站收发信台53(BTS1)。
当越区切换的边界条件满足时，发送给基站控制器52一条消息。该消息包括与识别移动台54以及新的信道(时隙)所需参数有关的数据，所述新的信道(时隙)用于在移动台54和基站收发信台53(BTS2)之间进行通信。当准备完成后，在移动业务交换中心5 1的控制下，开始向基站收发信台53(BTS2)进行越区切换。这就允许移动台(54)与基站收发信台53(BTS2)在小区2的区域进行通信。实际上，作为通信参与方，移动台54控制它本身对基站收发信台的突发信号的定时、频率和信号强度等进行跟踪，提供接收机与发射机的同步，并维持执行信号通信的通信状态。
根据本实施例的多时隙通信的自动增益控制操作将在下面通过以GSM系统中应用的作为分组信号通信系统的GPRS()为例进行描述。图3示出了作为一个典型的基于TDMA的帧结构的GSM系统的八个时隙的帧结构。在该实施例中，作为通信周期单元的一帧包括从0到7八个时隙，其长度为4.615ms。一个时隙的长度为576.9μs。每个时隙并不完全由要被发送的突发信号填充(filled)。在每个时隙的开端和尾端提供了总共8.25比特或30.5μs的保护间隔。因此，即使GSM系统的同步没有完成，相邻时隙间的干扰也会被抑制。
在GSM系统中的GRPS中，产生了针对较快通信速度的多时隙通信，其中，一帧中的多个时隙被分配给一个移动台(一个用户)，并且在每个移动台中，在多个时隙中接收到多个突发信号。
从基站收发信台53发送的突发信号通过小区中的移动台54中的天线被RF输入部分接收。来自基站收发信台53的突发信号中包括的编码的语音数据在解码器5中解码，在DSP 7中进行信号处理，并且作为声音信号从语音输出部分8输出。
控制器9基于接收数据，判定基站收发信台53使用的定时t1，t2，t3，...，ti(在本实施例中，i＝8)中的哪一定时(either the timing)用于基站收发信台和它的下级移动台54之间的通信，其中该接收数据是从由RF输入部分通过解调电路4、解码器5和DSP 7所接收的接收信号中获得的。通过将同步信号发送到RF输入部分b2的输入端10b，该控制器9通过与本发明的概述无关的TDMA系统的已知方法，确定与基站收发信台53的同步。
采样电路6循环采样由RF输入部分2接收的多个时隙中的接收信号的信号强度，并将表示采样的接收信号强度的接收强度信号发送到DSP 7。然后接收强度信号被解调。DSP 7在一帧的时隙中生成接收信号平均强度M1、M2、M3，...，Mi，并将接收信号平均强度发送到控制器9。控制器9计算所有时隙中接收信号平均强度的平均值(平均多时隙接收强度)AVG，获得增益值，并生成基于增益值的AGC信号，将AGC信号发送到RF输入部分2的输入端10b。
图4示出了在一个帧的四个时隙中，突发信号的多时隙接收的定时及接收信号强度。在图4中，水平轴代表时间，垂直轴代表接收信号强度。图4的例子示出了三个帧的接收信号。帧n-1 11、16-18、帧n 21、26-28以及帧n+1 31、36-38中的每个时隙都是不接收突发信号的时隙。帧n-1 12-15、帧n22-25以及帧n+1 32-35中的每个时隙表示各个帧中四个连续突发信号的接收信号强度。
为生成用于设置自动增益控制电路3的增益的AGC信号，n-1帧中的时隙1中的接收信号平均强度M1是从时隙1中接收的突发信号12的接收信号强度和这个时隙中的前一个接收信号平均强度所获得的。同样，接收信号平均强度M2是从时隙2中接收的突发信号13所获得的，接收信号平均强度M3是从时隙3中接收的突发信号14所获得的，接收信号平均强度M4是从时隙4中接收的突发信号15所获得的。这些时隙中的每个时隙中的接收信号平均强度(MRSS)都具有预定容限。在图4中，M2的容限范围的最大值和最小值分别由M2 MAX和M2 MIN表示。然后，获得M1、M2、M3和M4的平均值(平均多时隙接收强度)AVG。平均多时隙接收强度AVG也有预定容限。在图4中，AVG的容限范围的最大值和最小值分别由AVG MAX和AVG MIN表示。
在本实施例中，例如，如果帧n中时隙22到25中的突发信号已被接收，接收信号强度已被测量以及时隙中的接收信号强度Pin已超过Mi MAX到Mi MIN的范围，那么该时隙中的接收信号强度被视作异常值，Pin的校正值un设为0值或接近于0的值。在图4的例子中，如果接收信号强度P2n低于M2 MIN的值，那么接收信号强度P2n被视作异常值，Pin的校正值un设为0值或接近于0的值。然后，根据表达式(u1p21+u2p22+，...，+unP2n)/n即∑ujP2j/n(j＝1-n)得到M2。
接着，如果一个时隙中的平均接收信号Mi超过了AVG MAX到AVGMIN的范围，该时隙中的接收信号平均强度被视为异常值，Mi的校正值Wi被设为0值或接近于0的值。在图4的例子中，如果时隙23中的接收信号平均强度M2超过AVG MAX或低于AVG MIN，那么接收信号平均强度M2被视为异常值，M2的校正值W2被设为0值或接近于0的值。接着，根据表达式(w1M1+w2M2+，...，+wiMi)/i即∑wkMk/i(k＝1-i)得到均多时隙接收强度AVG。
AGC信号是从得到的平均多时隙接收强度AVG生成的。在下一个帧n+1中，自动增益控制电路3的增益根据该AVG值设置。
图5示出了根据本实施例，在用于多时隙通信的接收机中，获得在多时隙通信中用于突发信号接收的自动增益控制电路的增益值的过程的流程图。下面的步骤描述了控制器9的基本操作。
自动增益控制电路的增益值通过计算预定时间段中接收信号强度的平均值而得到的。在步骤S 1，每个时隙中的接收信号强度Pin、接收信号平均强度Mi的容限α以及平均多时隙接收强度AVG的容限β被重置并且初使化。在步骤S2，从DSP输入最后接收的信号强度Pin。
在步骤S3，将每个时隙中接收信号强度Pin和接收信号平均强度Mi之差的绝对值与预定接收信号平均强度Mi进行比较。在步骤S4，如果|Pin-Mi|的值大于容限α，该时隙中接收信号强度Pin被视作异常值，接收信号强度Pin的校正值un被设为0值或接近于0的值。在步骤S5，如果|Pin-Mi|的值小于容限α，接收信号强度Pin的校正值un被设为1。作为一个判定接收信号强度Pin是否在容限内的用于比较的参考值，可以使用相同的时隙中前一个接收的信号平均强度或另一个时隙中的接收信号平均强度，或相同帧或前一个帧中的另一时隙中的接收信号强度。
在步骤S6，该时隙中的接收信号平均强度(MRSS)Mi是根据表达式(ulpi1+u2pi2+，...，+unPin)/n即∑ujPij/n(j＝1-n)计算的。在步骤S7，判定一帧中的每个时隙的接收信号平均强度M1的计算是否结束。步骤S3到S6的处理重复进行，直到一帧中的所有时隙或一帧中已经接收突发信号的时隙都已经处理完毕。当一帧的处理已结束时，步骤进入S8。
在步骤S8，将预定时隙中的接收信号平均强度Mi和平均多时隙接收强度AVG之差的绝对值与预定多时隙接收信号强度AVG的容限β进行比较。在步骤S9，如果|Mi-AVG|的值大于容限β，该时隙中接收信号平均强度Mi被视作异常值，接收信号平均强度Mi的校正值wi被设为0值或接近于0的值。在步骤S10，如果|Mi-AVG|的值小于容限β，接收信号平均强度Mi的校正值wi被设为1。作为一个判定接收信号平均强度Mi是否在容限内的用于比较的参考值，可以使用前一个多时隙接收强度或相同帧或前一个帧中的另一时隙中的接收信号平均强度。
在步骤S11，判定是否对一帧中的每个时隙的接收信号平均强度Mi设置校正值wi。步骤S8到S10的处理重复进行，直到一帧中的所有时隙或一帧中已经接收突发信号的时隙都已经处理完毕。当一帧的处理已结束时，处理过程进入步骤S12。在步骤S12，在该帧中的平均多时隙接收强度AVG根据表达式(w1M1+w2M2+，...，+wiMi)/i即∑wkMk/i(k＝1-i)来计算。
基于这样获得的平均多时隙接收强度AVG，在步骤S13生成AGC信号，并输出到自动增益控制电路3，并且设置增益值。增益值可由∑wkMk/i(k＝1-i)表示，作为平均多时隙接收强度AVG。如果校正值u1到un中的每个值以及w1到wi都没有异常，该AVG值可设置为1，而如果校正值被视作异常，该AVG值可设置小于1。因此，提供了通过为每个接收信号强度分配权重所获得的平均值。
在该实施例中，正如以上所述，在基于TDMA系统的蜂窝系统中，例如GSM系统中，通过GPRS等方法对多时隙通信中的每个时隙中的各个接收信号强度分配权重。如果接收信号强度被视为异常值，权重的校正值设为0值或接近于0的值，因此计算到平均值并且将根据获得的平均值设置增益值，从而执行自动增益控制。这就能够通过以稳定方式设置相同增益，以减少的衰减影响等，在一帧中的多个时隙中接收突发信号。能够利用以稳定方式设置的单一增益，在一帧中的多个时隙中接收突发信号。
尽管已经根据本发明的具体实施例对本发明进行了详细描述，本领域的技术人员应该明白，在不偏离其精神和范围的情况下，可对本发明作各种变化和调整。本申请基于2001年7月21日提交的日本专利申请(日本专利申请号2001-227739)，该专利的全部内容作为参考一并列于此。
工业应用性如以上所述，本发明的优点在于，在基于执行多时隙通信的TDMA系统的蜂窝系统中，通过以稳定方式设置相同增益，能够以减少的衰减影响等在一帧中的多个时隙中接收信号。
权利要求
1.一种自动增益控制器，用于在基于时分的多时隙通信中将信号强度控制在预定级别，该基于时分的多时隙通信在预定帧时间的多个时隙中执行通信，所述自动增益控制器包括接收信号强度检测装置，用于在所述多时隙中的每一个时隙中检测接收信号强度；接收信号平均强度计算装置，用于判定所述检测接收信号强度是否异常，如果所述信号强度值异常，对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的权重小，然后，计算在每个时隙中的接收信号平均强度；平均多时隙接收强度计算装置，用于判定所述计算的接收信号平均强度是否异常，如果所述信号强度异常，对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的小，然后计算一帧中的多个接收信号平均强度的平均值；以及增益控制装置，用于利用基于所述计算的平均多时隙接收强度的增益控制信号，将所述接收信号强度控制在预定级别。
2.根据权利要求1的所述自动增益控制器，其中所述接收信号平均强度计算装置包括比较装置，用于比较并判定所述检测的接收信号强度是否超过预定的容限；以及权重设置装置，如果在比较的结果中，出现超过了容限的异常值，那么将用作所述权重的系数的校正值设置为0值或大约为0的值。
3.根据权利要求1的所述自动增益控制器，其中所述平均多时隙接收强度计算装置包括比较装置，用于比较并判定所述计算的接收信号平均强度是否超过预定的容限；以及权重设置装置，如果在比较的结果中，出现了超过容限的异常值，那么将用作权重系数的校正值设置为0值或大约为0的值。
4.一种自动增益控制方法，用于在基于时分的多时隙通信中将信号强度控制在预定级别，该基于时分的多时隙通信在预定帧时间的多个时隙中执行通信，所述自动增益控制方法包括接收信号强度检测步骤，用于在所述多时隙中的每一个时隙中检测接收信号强度；接收信号平均强度计算步骤，用于判定所述检测接收信号强度是否异常，如果所述信号强度值异常，对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的权重小，从而计算在每个时隙中的接收信号平均强度；平均多时隙接收强度计算步骤，用于判定所述计算的接收信号平均强度是否异常，如果所述信号强度异常，对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的小，并且计算一帧中的多个接收信号平均强度的平均值；以及增益控制步骤，用于利用基于所述计算的平均多时隙接收强度的增益控制信号，将所述接收信号强度控制在预定级别。
5.一种无线通信设备，用在基于时分的多时隙通信中，该基于时分的多时隙通信用于在预定帧时间的多个时隙中执行通信，所述无线通信设备包括接收装置，用于在与所述多时隙同步的每一个时隙中接收突发信号；接收信号强度检测装置，用于检测所述多个时隙中的每个时隙中的接收信号强度；接收信号平均强度计算装置，用于判定所述检测的接收信号强度是否异常，如果所述信号强度异常，对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的小，然后计算每个时隙中的接收信号平均强度；以及增益控制装置，用于利用基于所述计算的平均多时隙接收强度的增益控制信号，将所述接收信号强度控制在预定级别。
6.一种具有程序代码的程序，用于实现权利要求4的自动增益控制方法。
全文摘要
在基于执行多时隙通信的TDMA系统的蜂窝系统中，DSP和控制器检测由RF输入部分接收的多个时隙中的每个时隙中的接收信号强度，如果接收信号强度异常，对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的权重小，从而在各个时隙中计算接收信号平均强度。如果这些接收信号平均强度中的每一个值都异常，DSP和控制器对所述接收信号强度分配的权重比分配给正常值的权重小，从而计算一帧中多个接收信号平均强度的平均值。一个基于平均多时隙接收强度的增益控制信号被反馈给自动增益控制电路，以便执行自动增益控制，将接收信号强度设置为预定值。这就能够通过以稳定方式设定的相同的增益，在一帧的多个时隙中接收信号。
文档编号H04J3/00GK1511390SQ02810629
公开日2004年7月7日 申请日期2002年5月30日 优先权日2001年7月27日
发明者武藤正树 申请人:松下电器产业株式会社