FI87287C - Foerstaerkningsreglering av en agc-foerstaerkare i ett pao tidsmultiplexering baserat radiotelefonsystem - Google Patents

Description

! 87287 AGC-vahvistimen vahvistuksen säätäminen aikajakokanavointiin perustuvassa radiopuhelinjärjestelmässä - Förstärk-ningsreglering av en AGC-förstärkare i ett pä tidsmulti-plexering baserat radiotelefonsystem 5 Tämä keksintö esittää tavan, jolla aikajakokanavointiin (TDMA) perustuvassa radiopuhelinjärjestelmässä voidaan säätää vastaanottimen AGC-funktiota siten, että se on hyvin 10 lähellä oikeata arvoa vastaanottoaikavälin alkaessa.

Digitaalisia TDMA (time-division multiple access) -periaatteeseen perustuvia radiopuhelinjärjestelmiä on tällä hetkellä kehitteillä useita. TDMA:ssa käytetään ajallista lomitte-15 lua, jolloin saadaan useita kanavia samalla taajuudella. Rakenne mahdollistaa taajuuksien tehokkaan käytön ja myös sen, että liikkuva asema voi suorittaa jatkuvasti radioympä-ristön mittauksia. TDMAtn johdosta on radiotien siirtonopeus hyvin korkea, jolloin radiotielle ominainen monitie-etenemi-20 nen näkyy vastaanotossa paitsi RF-signaalin verhokäyrän nopeana Rayleigh-häipymisenä myös ilmaistujen bittien välisenä keskinäisvaikutuksena, toisin sanoen matkapuhelimen vastaanottama kentänvoimakkuus vaihtelee hyvin nopeasti. Tämän huomioon ottamiseksi voidaan ajatella, että vastaan-25 otettu signaali on itsenäisesti Rayleigh-häipyvien ja erilaisen viiveen omaavien signaalien summa ja suunnitella vastaanotto tämä huomioon ottaen. Koska monitie-eteneminen aiheuttaa kanavalla signaaliin lineaarisia vääristymiä, tarvitaan digitaalisessa radiopuhelimessa lineaarista vas-30 taanotinta, jotta näitä vääristymiä voitaisiin korjata.

Tällöin on vastaanottimen vahvistimissa käytettävä automaattista vahvistuksen säätöä, jonka avulla vastaanotetun signaalin taso pyritään pitämään vakiona ennen AD-muuntimia. Digitaalisissa radiopuhelimissa yleinen tapa on toteuttaa 35 AGC-funktio samalla tavalla kuin analogisissa AM- tai SSB-vastaanottimissa, joissa AGC toteutetaan käyttäen välitaa-juusvahvistimena analogisella jännitteellä ohjattavaa säädettävää vahvistinta, joka vaimentaa signaalia sitä enemmän, 2 87287 mitä suurempi sen amplitudi on. Itse AGC-vahvistinten ominaisuuksiin ja niiden sijaintiin vastaanotinhaarassa ei tässä yhteydessä puututa.

5 TDMA-järjestelmässä, esimerkiksi GSM-järjestelmässä, on AGC-vahvistimen dynamiikan oltava suuri ja maksimivahvistuk-sen tulee myös olla suuri, jottei vahvistusta pienennettäessä signaali/kohina-suhde huononisi. Signaali/kohina-suhde huononee siksi, että AD-muuntimilla ei resoluutio riitä 10 pienen signaalin puhtaaseen muuntamiseen. Kuten edellä on sanottu, pidetään AGC-vahvistimen avulla signaalitaso vakiona ennen AD-muuntimia. Perinteinen tapa on mitata vastaanotetun signaalin kentänvoimakkuus ja keskiarvoistaa se tietyn ajallisen matkan, jolloin saadaan laskettua signaalin 15 keskimääräinen kentänvoimakkuus. Kun tiedetään vaadittava signaalitaso, saadaan keskimääräisen kentänvoimakkuuden avulla laskettua tarvittava AGC-vahvistimen vahvistus. TDMA-järjestelmässä tämä tarkoittaa, että keskiarvoistetaan omien vastaanottoaikavälien kentänvoimakkuuksia. Tyypillisesti 20 keskiarvoistaminen tehdään ajallisesti pitkältä matkalta, suuruusluokaltaan esim. noin 1 sekunti. Kun esim. GSMsssä yhdessä 4,62 ms:n kehyksessä on yksi vastaanottoaikaväli, kestoltaan 576,9 μβ, merkitsee edellä sanottu sitä, että useiden kehysten ajan keskiarvoistetaan omien vastaanottoai-25 kavälien signaalitehoja ja laskettua keskiarvoa käytetään hyväksi AGC-säädössä. Tämä säätötapa riittää ja on usein ainoa mahdollinen silloin, kun puhelin on liikennekanavalla. Sen sijaan ongelma syntyy, kun matkapuhelin on kuunteluti-lassa, jossa se kuuntelee tukiaseman kutsukanavaa. Tällöin 30 voi laskettu AGC-vahvistimen vahvistus olla suurestikin väärä: esim. GSM-järjestelmässä matkapuhelimen ei tarvitse kuunnella kutsukanavaa PCH jatkuvasti, vaan minimivaatimuksena on kuunnella kutsukanavaa kerran noin kahdessa sekunnissa. Tällöin puhelin kuuntelee tätä kanavaa yhteensä noin 35 20 ms ajan. Verkko voi tosin määrätä, että kutsukanavaa kuunnellaan useamminkin. Kuitenkin vastaanotetun signaalin kentänvoimakkuus on saattanut muuttua edellisen kuuntelun jälkeen huomattavasti etenkin, kun on kysymys nopeasti

II

87287 3 liikkuvasta ajoneuvoasemasta. Tällöin kutsukanavan kuuntelun yhteydessä tehtyjä kentänvoimakkuusmittauksia keskiarvoista-malla saadaan hyvin huono käsitys todellisesta kentänvoimakkuudesta, joka vallitsee edellisen mittauksen jälkeen.

5 Hankala tilanne syntyy myös silloin, jos mahdollisesti käytettävässä taajuushyppelyssä sekvenssiin sisältyy yksi taajuus, joka on sama kuin jokin signalointitaajuus, koska tällä taajuudella teho voi poiketa muiden omien aikavälien signaalitehoista.

10 Tämä keksintö esittää tavan, jolla edellä sanottuja haittoja AGC-vahvistuksen säädössä voidaan huomattavasti pienentää ja jolla vastaanoton alkaessa on vastaanottimen vahvistinten vahvistus jo ennakolta asetettu riittävän lähelle oikeata, 15 jolloin vastaanotetun signaalin taso ennen AD-muuntimia on heti lähes oikea.

Keksinnölle on tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksessa 1.

20

Keksintö perustuu siihen oivallukseen, että TDMA-järjestelmärakenne mahdollistaa tietyssä, omaa vastaanottoaikaväliä edeltävässä aikavälissä lähetetyn signaalitehon mittauksen. Tällöin puhelin esimonitoroi ennen varsinaista vastaanot-25 toaikaväliä tätä tiettyä aikaväliä, jolla vastaanotetun signaalin taajuus on sama kuin varsinaisella vastaanottoai-kavälillä vastaanotettava signaalitaajuus ja jolla vastaanotettu teho tunnetaan tai vastaanotetun tehon suhde oman vastaanottoaikavälin tehoon ainakin likimain tunnetaan.

30 Kun nyt puhelin mittaa tällä aikavälillä vastaanotetun signaalin kentänvoimakkuuden, voidaan sitä käyttää hyväksi arvioitaessa todellista vastaanottoaikavälillä vastaanotettavaa tehoa ja laskettaessa AGC-vahvistimelle sopivaa vah-vistusarvoa. Tällä tavalla saadaan AGC-vahvistimien vahvis-35 tukset riittävällä tarkkuudella palkalleen heti oman vastaanottoaikavälin alussa, koska AGC-vahvistinten säätö perustuu mittaukseen, joka on suoritettu ajallisesti hyvin lähellä omaa aikaväliä. Edullisin tapaus on silloin, kun 4 87287 saadaan mitattua teho aikavälillä välittömästi ennen vas-taanottoaikaväliä.

Keksintöä selostetaan seuraavassa konkreettisemmin käyttäen 5 esimerkkinä GSM-matkapuhelinjärjestelmää.

Yksi TDMA-kehys koostuu kahdeksasta aikavälistä, jotka on numeroitu 0 - 7. Yhden aikavälin fysikaalista sisältöä nimitetään purskeeksi, jonka kesto on noin 576,9 us. Kussa-10 kin kehyksessä on yksi vastaanottoaikäväli Rx, jolloin puhelin vastaanottaa puhetta tai dataa ja yksi aikaväli, jolloin puhetta ja dataa lähetetään. GSMsssä kukin tukiasema lähettää aikavälistä toiseen vakiotehoista BCCH-signaalia (broadcast channel) taajuudella, jolla se lähettää esimer-15 kiksi kutsut ajoneuvoasemälie PCH-kanavalla. Järjestelmässä monitoroidaan naapuritukiasemien BCCH-signaalivoimakkuuksia mahdollista tukiaseman vaihtoa varten. Oman tukiaseman BCCH-signaalivoimakkuuden mittaus ei tyypillisesti kuulu normaaliin mittaussekvenssiin. Keksinnön mukaisesti voidaan mää-•20 rittää tulevan oman vastaanottoaikavälin Rx kentänvoimakkuus hyvin tarkasti siten, että esimonitoroidaan eli mitataan oman tukiaseman lähettämän vakiotehoisen BCCH-signaalin kentänvoimakkuus juuri ennen vastaanottoaikaväliä ja tätä kentänvoimakkuutta käytetään hyväksi AGC-vahvistimien vah-25 vistuksen esiasettelussa. Tämä kentänvoimakkuus on hyvin tarkka arvio oman vastaanottoaikavälin kentänvoimakkuudesta, kun se on mitattu juuri ennen omaa vastaanottoaikaväliä ja sen taajuus on sama kuin Rx-aikavälin vastaanottotaajuus. Tehon laskennan ja AGC-vahvistimen vahvistuksen säädön 30 hoitaa puhelimen prosessori.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää ainakin kolmessa tapauksessa.

35 Ensinnäkin keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää silloin, kun oma vastaanottoaikavälillä vastaanotettavan signaalin taajuus on sama kuin BCCH-taajuus ja vastaanotto tapahtuu jatkuvasti tällä taajuudella. Tällöin mitataan i; 5 87287 BCCH-signaalin teho juuri ennen omaa vastaanottoaikaväliä ja säädetään AGC-vahvistus mitatun tehon mukaan.

Toinen ja tärkein tapaus on taajuushyppelytilanne. Kun 5 ollaan puhetilanteessa eli kun matkapuhelin on liikenne-kanavalla, on GSM-järjestelmälle ominaista taajuushyppely eli lähetys- ja vastaanottotaajuudet voivat vaihtua kehyksestä toiseen. Tämä mahdollistaa puheen laadun parantamisen silloin, kun matkapuhelin on paikallisessa katveessa, joskin 10 taajuushyppelyä voidaan käyttää muulloinkin. Taajuushyppely- tilanteessa yksi taajuushyppelysekvenssiin kuuluva taajuus voi olla juuri edellä mainittu BCCH-taajuus, jolla tukiasema lähettää jatkuvasti vakioteholla. Tällä taajuudella vastaanotettu signaaliteho voi poiketa merkittävästi muiden puhetta 15 tai dataa vastaanottavien omien aikavälien signaalitehosta. Tilannetta huonontaa se, että tietämys BCCH-taajuuden keskimääräisestä signaalitehosta on erittäin huono, koska on kulunut jo pitkä aika siitä, kun tällä taajuudella on vastaanotettu mitään, ts. on olemassa erittäin vähän näytteitä 20 BCCH-taajuudelta per aikayksikkö. Edellä kuvatun mukaisesti esimonitoroidaan BCCH-taajuista signaalia ja mitataan sen signaaliteho juuri ennen varsinaista vastaanottoaikaväliä. Mittausta käytetään välittömästi hyväksi asetettaessa AGC-vahvistinten vahvistus oikeaksi varsinaista vastaanottoai-25 kaväliä varten, jolla vastaanotetaan sitten puhetta tai dataa. Koska aikaväli on samalla taajuudella signalointiai-kavälien kanssa, voidaan edellä selostettua esimonitorointia näin hyödyntää taajuushyppelyssä.

30 Kolmas tapaus keksinnön sovelluksessa on kuuntelutila. Tässä tilassa puhelin ottaa vastaan ainoastaan tukiaseman lähettämiä BCCH-taajuisia signaaleja. Tällöin aina kun puhelin alkaa kuunnella BCCH-taajuutta, esimonitoroidaan jälleen ennen varsinaista vastaanottoaikaväliä BCCH-signaalin tehoa 35 ja asetetaan AGC-vahvistus oikeaksi vastaanoton alkaessa.

AGC-vahvistinten vahvistuksen asettaminen vastaanottoaikaväliä edeltävän BCCH-signaalitehon perusteella voidaan suorit- 6 87287 taa monella tavalla, mutta yksinkertaisinta on asettaa AGC-vahvistus suoraan mitatun tehon mukaiseksi eli olettaa, että omalla vastaanottoaikavälillä vastaanotettu teho on sama kuin mitattu teho. Myös muita tapoja on mahdollista 5 käyttää. Esimerkiksi jos puhelimen vastaanottaman signaali-tehon suhde oman vastaanottoaikavälin tehoon on jossakin aikavälissä ainakin likimain tunnettu, voidaan tämän suhteen ja kyseistä aikaväliä esimonitoroimalla mitatun tehon avulla laskea tarvittava AGC-vahvistinten vahvistus.

10

Esitetyn menetelmän etuna on, että saadaan hyvin tarkka arvio kentänvoimakkuudesta oman vastaanottoaikavälin aikana, koska tämä arvio perustuu lähellä vastaanottoaikaväliä tai välittömästi ennen sitä suoritettuun mittaukseen. Mittaus 15 voidaan suorittaa vastaanottoaikaväliä edeltävän aikavälin lopussa, jolloin saadaan AGC-vahvistimien vahvistukset hyvin tarkasti paikalleen. Tämä on edullista, sillä mitä paremmin AGC-vahvistinten vahvistus pystytään määräämään, sitä pienempää dynamiikkaa vaaditaan vastaanottimen AGC-vahvistinten 20 jälkeisiltä osilta.

i:

Claims (12)

1. 87287
2. 1. Menetelmä radiopuhelimen vastaanottimen vahvistimen AGC-vahvistuksen määrittämiseksi oman signaalin vastaanotto-aikaväliä varten aikajakokanavointiin perustuvassa matkapu- 5 helinjärjestelmässä, jossa tukiasema lähettää ainakin yhdel lä taajuudella joko jatkuvasti tai ainakin tietyllä ajanhet-kellä signaalia, jonka tehon suhde oman signaalin tehoon on ainakin likimain tunnettu, tunnettu siitä, että - mitataan jossakin omaa vastaanottoaikaväliä edeltävässä 10 aikavälissä tukiaseman lähettämän sen signaalin kentänvoimakkuus, jonka tehon suhde oman signaalin tehoon likimain tunnetaan, - mitatun kentänvoimakkuuden perusteella lasketaan tarvittava AGC-vahvistinten vahvistus ja säädetään vastaanottoaika- 15 välin ajaksi vahvistinten AGC-vahvistus lasketuksi.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että AGC-vahvistimen vahvistus lasketaan olettaen vastaanottoaikavälillä vastaanotettavan signaalin kentänvoi- 20 makkuudeksi mitattu kentänvoimakkuus.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että AGC-vahvistimen vahvistus lasketaan käyttäen hyväksi mainittua likimain tunnettua tehosuhdetta. 25
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu mittaus suoritetaan välittömästi ennen omaa vastaanottoaikaväliä olevassa aikavälissä.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu mittaus suoritetaan välittömästi ennen omaa vastaanottoaikaväliä olevan aikavälin lopussa.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että mittaus suoritetaan ennen jokaista vastaanotto-aikaväliä, kun puhelin vastaanottaa jatkuvasti samalla taajuudella, jolla tukiasema lähettää mainittua signaalia, jonka tehon suhde oman signaalin tehoon likimain tunnetaan. 87287
8. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan ennen sitä taajuushyppely-sekvenssiin kuuluvaa vastaanottoaikaväliä, jolla vastaanotettavan signaalin taajuus on sama kuin tukiaseman lähettä- 5 mällä mainitulla signaalilla, jonka tehon suhde oman signaalin tehoon likimain tunnetaan.
9. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus suoritetaan ennen jokaista vastaanotto- 10 aikaväliä silloin, kun puhelin on kuuntelutilassa.
10. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään GSM-matkapuhelinjärjestelmässä.
11. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu mitattava signaali on vakioteholla lähetettävä BCCH-signaali.
12. 20 Patentkrav