Линеаризованная цифровая автоматическая регулировка усиления

 

В устройстве радиосвязи принимаемый сигнал демодулируется для формирования синфазной и квадратурной цифровых составляющих сигнала полосы модулирующих частот. Из полученных сигналов определяется уровень принимаемого сигнала и полученный цифровой сигнал регулируется для обеспечения логарифмической характеристики. Этот сигнал затем интегрируется (210) для формирования цифрового сигнала регулировки усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ) приемника. Для формирования сигнала регулировки усилителя с АРУ передатчика цифровой сигнал настройки АРУ фильтруется и суммируется с масштабированной командой замкнутого контура управления мощностью. Команды замкнутого контура управления мощностью игнорируются, если они приводят к увеличению усиления при передаче, превышающему значение для желательной максимальной выходной мощности. Выходные сигналы усилителей с АРУ передатчика и приемника линеаризуются с помощью линеаризаторов передатчика и приемника соответственно, которые вносят предыскажения в цифровые сигналы настройки АРУ перед цифроаналоговыми преобразованиями. Технический результат - повышение линейности АРУ. 3 с. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Настоящее изобретение относится к системам связи и, в частности, к управлению мощностью в радиотелефонной системе.

Предшествующий уровень техники Федеральная комиссия связи (ФКС) отвечает за использование радиочастотного (РЧ) спектра. Федеральная комиссия связи размещает определенные диапазоны рабочих частот в пределах радиочастотного спектра для конкретных применений. Пользователь выделенного ему диапазона рабочих частот радиочастотного спектра должен следить за тем, чтобы излучение в пределах диапазона рабочих частот и вне этого диапазона находились бы в пределах допустимых уровней и не создавали помех другим пользователям, работающим в тех же самых или смежных диапазонах. Эти уровни устанавливаются ФКС и конкретными группами пользователей диапазона рабочих частот.

Радиотелефонная система сотовой связи на частоте 800 МГц включает нисходящую линию связи от ячейки к радиотелефону в полосе от 869,01 МГц до 893,97 МГц. Восходящая линия связи от радиотелефона к ячейке работает в полосе частот от 824,01 МГц до 848,97 МГц. Нисходящая и восходящая линии связи разбиты на каналы, причем каждый канал занимает полосу частот 30 кГц. Конкретный пользователь сотовой системы может работать на одном или нескольких этих каналах одновременно.

В сотовой системе радиотелефонной связи используются несколько различных способов модуляции. В качестве примера можно привести два способа модуляции: многостанционный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР) и многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР).

При способе модуляции МДЧР генерируются сигналы, которые занимают весь канал одновременно, тогда как в способе МДКР генерируемые сигналы занимают несколько отдельных каналов. Оба эти способа должны обеспечивать излучение соответствующей восходящей линии связи в допустимых пределах внутри и вне выделенного канала или каналов. Для достижения оптимальных эксплуатационных параметров системы, пользователи систем МДКР должны тщательно регулировать уровень излучаемой мощности используемых ими рабочих каналов.

Приемник МДКР, который принимает информационные сигналы, модулированные в цифровой форме, обычно содержит усилитель с регулируемым усилением, причем усиление регулируется с помощью управляющего сигнала. Процесс регулирования усиления принятого сигнала с использованием управляющего сигнала называется автоматической регулировкой усиления (АРУ). Как правило, в цифровых приемниках процесс автоматической регулировки усиления включает в себя измерение мощности выходного сигнала усилителя с переменным коэффициентом усиления.

Измеренная величина сравнивается с опорной величиной, представляющей собой желательную мощность сигнала, для получения сигнала рассогласования. Сигнал рассогласования затем используется для регулировки усилителя с переменным коэффициентом усиления таким образом, чтобы уровень его сигнала совпадал с желаемой мощностью сигнала.

Для осуществления цифровой демодуляции при оптимальном отношении сигнал-шум, АРУ используется для удержания величин сигналов в полосе частот модулирующих сигналов, близкой к полному динамическому диапазону аналого-цифровых преобразователей. Это обстоятельство обычно требует автоматической регулировки усиления в полном динамическом диапазоне мощности принимаемого сигнала.

На фиг. 1 показан обычный сотовый радиотелефон. Этот радиотелефон состоит из передающей секции 102 и приемной секции 103. В передающей секции 102 микрофон 110 воспринимает речевой сигнал и преобразует его в аналоговый сигнал, который кодируется и модулируется блоком 115. Модулированный сигнал T_x формируется на промежуточной частоте. Далее сигнал T_x подается на вход усилителя АРУ 120. Для радиотелефонов МДКР усилитель с АРУ 120 передатчика управляется блоком 125 суммирования уровня мощности принятого сигнала (способом, известным как "регулирование в разомкнутом контуре") и команды управления передаваемой мощностью от ячейки 130 ("регулирование в замкнутом контуре"). Обе эти системы регулирования мощности подробно описаны в патенте США N 5056109, выданном на имя Гильхаузена и других.

Сигнал от усилителя с АРУ подается на усилитель мощности 101. Усиленный сигнал от усилителя мощности 101 подается на антенный переключатель 145, который направляет сигнал в антенну 150 для его дальнейшей передачи по каналу.

В приемной секции 103 сигнал, принятый антенной 150, подается в эту секцию 103 через антенный переключатель 145. Принятый сигнал подается на вход малошумящего усилителя (МШУ) 155. Усиленный сигнал от МШУ 155 затем подается на вход усилителя с АРУ 160 приемной секции. Этот усилитель АРУ 160 управляется блоком 165 по уровню мощности принятого сигнала. Сигнал от усилителя АРУ 160 приемной секции демодулируется и декодируется блоком 170, прежде чем он будет передан громкоговорителем 175, как аналоговый речевой сигнал.

В радиотелефонах, основанных на принципе МДКР, возможен случай, когда модность усилителя 101 в передатчике превысит уровень допустимого внеканального излучения. Это возникает, прежде всего, из-за повышенного уровня выходных искажений усилителя мощности 101 при высокой выходной мощности. Точно так же при увеличении мощности усилителя 101 выше определенного уровня в радиотелефоне могут возникнуть внутренние шумы.

В радиотелефонах, основанных на технологии МДКР, соответствующая передаваемая выходная мощность определяется оценками "разомкнутого контура", выполненными телефоном, и командами коррекции "замкнутого контура" от базовой станции. Телефон выполняет оценку разомкнутой системы путем измерения мощности сигнала, принятого от базовой станции и в предположении симметричного канала, т.е. когда для каждого децибела принимаемого сигнала ниже некоторого опорного уровня, телефон будет переходить на уровень выше другого опорного уровня на то же самое число децибел. Обычно это реализуется с помощью усилителей с автоматической регулировкой усиления в трактах приема и передачи, которые являются "линейными по децибелам", и путем подучи управляющего сигнала на общий механизм регулировки усиления, который обеспечивает перемещение принимаемого сигнала в желательную точку уставки.

Теоретически такое устройство обеспечивает желаемую выходную мощность передачи. Однако поддержание соответствующей выходной мощности канала может быть затруднено из-за отдельных нежелательных эффектов в аппаратных средствах радиотелефона. Например, радиотелефон, основанный на технологии МДКР, должен включать схему регулирования передаваемой мощности, которая работает в очень широком динамическом диапазоне, от 80 до 90 дБ. Любое отклонение от "линейности по децибелам" в усилителях АРУ передатчика или приемника вызовет ошибки в уровне выходной мощности в разомкнутой системе. Кроме того, любое изменение усиления (в результате изменения температуры или частоты) в устройстве радиосвязи, которое не одинаково влияет на передающую и приемную секции, также внесут погрешности в характеристику регулирования мощности.

Нелинейные погрешности также имеют место, когда для снижения себестоимости продукции используются детали более низкого качества, или когда используются маломощные компоненты для снижения потребляемой мощности. Отсюда ясно, что линейная автоматическая регулировка усиления в радиотелефоне является насущной необходимостью.

Сущность изобретения Настоящее изобретение относится к линеаризованному цифровому управляющему устройству для автоматической регулировки усиления (АРУ) в устройстве радиосвязи. Устройство радиосвязи содержит усилитель с АРУ в передатчике и усилитель с АРУ в приемнике. Детектор уровня принимаемого сигнала соединен с усилителем АРУ приемника. Этот детектор формирует из принятого сигнала цифровой сигнал уровня мощности.

Детектор уровня принимаемого сигнала соединен с интегратором. Последний интегрирует цифровой сигнал уровня мощности для получения цифрового сигнала настройки АРУ, который линейно связан с нужной уставкой усиления на приемной стороне (в децибелах). С интегратором связан линеаризатор АРУ приемника. Линеаризатор АРУ приемника вносит предыскажение в линейный цифровой сигнал настройки АРУ для компенсации нелинейностей характеристики усилителя с АРУ.

С линеаризатором АРУ приемника соединен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). ЦАП преобразует сигнал настройки приемника с предыскажениями в аналоговый сигнал настройки АРУ приемника. Этот аналоговый сигнал подается на усилитель с АРУ приемника для регулировки усиления этого усилителя.

В варианте радиотелефона с МДКР, линеаризатор АРУ передатчика соединен с интегратором принимаемой мощности, как и в линеаризаторе АРУ приемника, линеаризатор АРУ передатчика вносит предыскажения в линейный сигнал настройки передатчика, поступающий из интегратора, для компенсации нелинейностей характеристики усилителя с АРУ, реагирующего на сигнал настройки усиления.

Цифроаналоговый преобразователь передатчика соединен с линеаризатором передатчика и преобразует сигнал настройки передатчика с предыскажениями в аналоговый сигнал настройки усилителя АРУ для регулирования его усиления.

Краткое описание чертежей Характерные особенности, задачи и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего подробного описания со ссылками на приложенные чертежи, на которых представлено следующее: фиг. 1 - блок-схема обычного радиотелефона, фиг. 2 - блок-схема цифрового устройства автоматической регулировки усиления в соответствии с настоящим изобретением, фиг. 3 - блок-схема индикатора уровня принимаемого сигнала в соответствии с настоящим изобретением, фиг. 4 - блок-схема программируемого интегратора контура усиления в соответствии с настоящим изобретением, фиг. 5 - блок-схема устройства регулирования диапазона малошумящего усилителя в соответствии с настоящим изобретением, фиг. 6 - блок-схема линеаризатора автоматической регулировки усиления в соответствии с настоящим изобретением,
фиг. 7 - график формы сигнала желательного уровня мощности в зависимости от управляющего напряжения АРУ,
фиг. 8 - блок-схема регулятора диапазона усилителя мощности в соответствии с настоящим изобретением,
фиг. 9 - блок-схема последовательности операций в процедуре обработки кодирования диапазона регулятора усилителя мощности, представленного на фиг. 8,
фиг. 10 - блок-схема радиотелефона в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Линеаризованное цифровое устройство АРУ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает точную линейную автоматическую регулировку усиления в диапазоне радиочастот. Настоящее изобретение работает в широком динамическом диапазоне и может быть использовано как в цифровых, так и аналоговых радиосистемах.

Как показано на фиг. 10, принятый радиочастотный сигнал поступает на малошумящий усилитель 1015 приемника. Малошумящий усилитель 1015 имеет переключаемые уставки коэффициента усиления, обеспечивающие возможность ограничения динамического диапазона слишком сильного сигнала перед подачей его в смеситель. Усиление изменяется в соответствии со способом автоматической регулировки усиления, соответствующим нестоящему изобретению.

Усиленный сигнал от малошумящего усилителя 1015 поступает в блок РЧ/ПЧ 1035 для его преобразования в промежуточную частоту. В предпочтительном варианте изобретение эта промежуточная частота равна 85 МГц.

Сигнал промежуточной частоты поступает на полосовой фильтр 1045. Как хорошо известно из уровня техники, полосовой фильтр 1045 удаляет часть входного сигнала промежуточной частоты, которая лежит за пределами полосы пропускания фильтра. Как правило, фильтруемые сигналы представляют собой сигналы помех от других источников радиосигналов, а также сигналы других пользователей радиотелефона.

Сигнал от фильтра 1045 поступает на усилитель с АРУ 1025 приемника. Усилитель с АРУ 1025 приемника расположен после понижающего преобразователя 1035 для регулировки усиления после того, как радиопомехи были отфильтрованы полосовым фильтром 1045. Усилитель с АРУ 1025 приемника вместе с усилителем с АРУ 1030 передатчика выполняют обычную функцию АРУ системы МДКР регулировки мощности в разомкнутом контуре, регулировки мощности в замкнутом контуре и компенсации. Обе цепи АРУ 1025 и 1030, как на приемной, так и на передающей стороне настраиваются, используя способ регулировки АРУ в соответствии с настоящим изобретением.

Приемные и передающие цепи АРУ 1025 и 1030 необходимы для удовлетворения требований расширенного динамического диапазона приемных и передающих трактов системы МДКР. В предпочтительном варианте изобретения АРУ имеет диапазон регулировки усиления, превышающий 80 дБ.

Сигнал промежуточной частоты от приемного усилителя с АРУ 1025 подается на вход второго понижающего преобразователя 1050. Этот понижающий преобразователь 1050 преобразует входные сигналы в полосу частот модулирующих сигналов (с центром полосы 0 Гц) в виде набора синфазных и квадратурных сигналов (I и Q) и выдает их в цифровой форме. Подразумевается, что цифроаналоговое преобразование, выполняемое понижающим преобразователем 1050, может быть осуществлено до или после преобразования в полосу частот модулирующих сигналов. Полосы модулирующих частот в режиме МДКР представляют собой выборки I и Q кодированных цифровых данных, которые затем демодулируются и используются при коррекционной обработке. В приемнике двойного режима, который работает в системах МДЧР и МДКР, выходные I и Q-сигналы понижающего преобразователя 1050 подвергаются дальнейшей ЧМ-демодуляции для получения выходного аудиосигнала.

Сигналы I и Q полосы модулирующих частот на вход индикатора уровня принимаемого сигнала (RSSI) и логарифмического усилителя 205, как показано на фиг.2. Блок 205 измеряет уровень мощности полученного сигнала. Поскольку АРУ имеет номинально экспоненциальную функцию усиления (т.е. дБ-линейную, если изменение управляющего напряжения в X вольт приводит к изменению усиления на Y дБ, а изменение на 2X вольт приведет к изменению усиления 2Y дБ), входной сигнал интегратора 210 должен быть логарифмическим, чтобы постоянная времени контура АРУ была бы согласована с диапазоном усиления. Поэтому блок 205 индикатора уровня принимаемого сигнала и логарифмического усилителя должен генерировать логарифмическую величину RSSI с вычетом логарифма уровня полезного сигнала. В результате, выход логарифмического усилителя положителен для входных сигналов с уровнем, превышающим уровень полезного сигнала, и отрицателен для входных сигналов с уровнем ниже уровня полезного сигнала. Этот сигнал рассогласования затем подается на интегратор 210.

Блок 205 индикатора уровня принимаемого сигнала и логарифмического усилителя более детально представлен на фиг. 3. Этот блок содержит мультиплексор 305, на вход которого подаются сигналы I и Q полосы модулирующих частот. Тактовый сигнал обеспечивает чередование выхода мультиплексора 305 между входами I и Q таким образом, что полученное значение RSSI является средним значением составляющих I и Q.

Поскольку сигналы МДКР являются гауссовыми величинами, сигналы I и Q полосы модулирующих частот должны быть усреднены по множеству выборок, чтобы измерить мощность сигнала (RSSI). Блок определения абсолютного значения 310 и интегрирующий и прореживаюищй фильтр нижних частот 315 вместе определяют среднюю величину I и Q в заданном временном интервале. В предпочтительном варианте изобретения (для США - это радиотелефоны МДКР с частотой передачи элементов сигнала 1,2288 МГц), этот интервал представляет собой тактовый интервал с частотой 38,4 кГц, в котором усредняются 64 выборки. Тактовая частота 38,4 кГц сбрасывает в нуль интегрирующий и прореживаюищй фильтр нижних частот 315 после усреднения каждой группы из 64 выборок.

Интегрирующий и прореживающий фильтр нижних частот 315 тактируется импульсами, имеющими удвоенную частоту по отношению к входному тактовому сигналу мультиплексора 305.

Выходной сигнал интегрирующего и прореживающего фильтра нижних частот 315 используется для адресации таблицы логарифмического преобразования постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 320. Хранящаяся в ПЗУ таблица преобразования 320 содержит величины, соответствующие разности между RSSI и опорным RSSI. Опорный RSSI представляет собой желательный уровень мощности принимаемого сигнала. Величины, хранящиеся в таблице преобразования ПЗУ 320, дополнительно корректируются, чтобы обеспечить логарифмическую характеристику.

Сигналы с выхода блока 205 индикатора RSSI и логарифмического усилителя имеют частоту 38,4 кГц. Этот сигнал, в предпочтительном варианте изобретения имеет диапазон ±15 дБ с шагом 0,234 дБ на младший двоичный разряд.

Следует отметить, что блок RSSI и логарифмического усилителя, в соответствии с настоящим изобретением, имеет входной динамический диапазон, который превышает соответствующий диапазон аналого-цифровых преобразователей, формирующих входной сигнал этого блока. Данный блок использует преимущество, обеспечиваемое гауссовой характеристикой восходящей линии связи в системе МДКР. Логарифмическое ПЗУ 320 не только обеспечивает логарифмическую функцию для входов вблизи центра своего рабочего диапазона, но также компенсирует нелинейные искажения гауссова входного сигнала, которые имеют место на концах диапазона.

Сигнал индикатора RSSI поступает на вход программируемого интегратора 210 контура регулировки усиления. Выходной сигнал интегратора 210 устанавливается на величину, которая обеспечивает выдачу усилителем с АРУ приемника сигнала, уровень которого будет равен уровню опорного сигнала RSSI.

Программируемый интегратор 210 контура регулировки усиления соответствующей настоящему изобретению, более детально показан на фиг. 4. Интегратор 210 содержит умножитель 405, который умножает входной сигнал RSSI на постоянную усиления. Изменением этой постоянной усиления можно изменять постоянную времени всего контура АРУ для удовлетворения конкретных требований в различных ситуациях. В предпочтительном варианте изобретения постоянная усиления программно вводится в интегратор в процессе изготовления радиотелефона или другого устройства радиосвязи.

Постоянная усиления определяется экспериментально и зависит от задержки прохождения сигнала через радиочастотные цепи. Постоянная времени устанавливается по возможности малой для полосового фильтра контура. Слишком большая постоянная времени означала бы слишком медленную реакцию цепи, тогда как слишком малая постоянная времени вызывает нежелательные колебания.

Результат из умножителя 405 подается на вход 16-разрядного накопителя с насыщением 410. Накопитель с насыщением 410 прибавляет каждую новую входную выборку к предыдущей выходной величине. Отметим, что он осуществляет "насыщение", а не "циклический перенос", когда его сумматор выполняет положительный или отрицательный перенос.

Для управления усилителем с АРУ передатчика сигнал данных от интегратора 210 подается на рекурсивный фильтр нижних частот 215 первого порядка. Этот фильтр 215 в предпочтительном варианте изобретения имеет постоянную времени 26,7 мс.

Микропроцессор, введенный в устройство радиосвязи, в соответствии с настоящим изобретением, считывает сигнал до и после его прохождения через фильтр нижних частот 215. Сигнал перед фильтром нижних частот 215 информирует микропроцессор о том, что сигнал настройки АРУ - это сигнал, который управляет АРУ приемника.

Сигнал после фильтра нижних частот 215 информирует микропроцессор о том, что сигнал настройки подается в систему АРУ передатчика.

Сигнал, отфильтрованный фильтром нижних частот, является входным сигналом сумматора 270, который суммирует этот сигнал с управляющим сигналом замкнутого контура регулирования мощности, передаваемым базовой станцией, с которой установлена радиосвязь. Сигнал замкнутого контура регулирования мощности дает команду устройству радиосвязи на увеличение или уменьшение его выходной мощности в зависимости от сигнала, принимаемого базовой станцией. Команда замкнутого контура регулирования мощности от базовой станции является входным сигналом блока управления мощностью в замкнутом контуре 265 для обработки.

Перед суммированием команда управления мощностью от базовой станции корректируется блоком знакового расширения 260. Эта операция корректирует команду управления мощностью замкнутого контура управления с блока управления в замкнутом контуре 265 и для выработки соответствующего шага регулирования. В США для радиотелефонов системы МДКР каждый бит регулирования мощности от базовой станции соответствует ±1 дБ. В предпочтительном варианте эта постоянная эквивалентна умножению на 12, в результате чего выход интегратора 210 имеет вес 0,083 дБ/бит. В других вариантах эта постоянная усиления может быть программируемой для повышения гибкости процесса.

Масштабированная команда регулирования мощности и сигнал от фильтра нижних частот суммируются, и результат подается на вход блока управления ограничением мощности 220. Ограничение мощности используется для устранения перегрузки усилителя мощности передатчика путем отслеживания команд увеличения коэффициента усиления усилителя мощности передатчика.

Максимальный допустимый выходной уровень усилителя мощности передатчика измеряется при практической реализации настоящего изобретения. Эта величина задается для конкретного блока управления ограничением мощности. Уставка коэффициента усиления, обеспечивающая максимальный выходной уровень, может храниться в памяти блока управления ограничением мощности или вводится в него микропроцессором по каналу программного управления ограничением усилителя мощности.

В некоторых ситуациях, например, когда устройство радиосвязи находится позади преграды, базовая станция может посылать множество команд увеличения мощности передачи устройства радиосвязи. Когда базовая станция передает устройству радиосвязи управляющий сигнал повышения мощности передачи, а мощность усилителя мощности устройства радиосвязи достигла максимальной величины, блок управления ограничением мощности выдает команду в замкнутый контур регулирования на игнорирование любой дальнейшей команды на повышение мощности от базовой станции. Это предотвращает перегрузку усилителя мощности, которая вызвала бы искажение передаваемого сигнала. При этом замкнутый контур управления продолжает нормально обрабатывать команды снижения мощности.

Сигнал от блока управления ограничением мощности 220 подается на линеаризатор 225 передатчика. Линеаризатор 225 компенсирует нелинейности характеристики усилителя с АРУ передатчика в ответ на сигнал настройки. Такие нелинейности внесли бы ошибки в уровень выходной мощности передатчика. Путем ввода 10- разрядного слова, представляющего желательный уровень выходной мощности, линеаризатор 225 генерирует 9-разрядное выходное управляющее слово для АРУ передатчика, которое является наилучшим приближением к желательному уровню выходной мощности.

Линеаризатор 225 передатчика более детально представлен на фиг. 6. Он функционирует как таблица преобразования. Поскольку прямая реализация требует использования 1024 записей данных, в предпочтительном варианте изобретения используются две небольшие таблицы преобразования и линейная интерполяция. Это упрощает схему и снижает количество калибровочных данных, которые должны храниться в памяти радиотелефона. Линеаризатор 225 состоит из двух таблиц преобразования в запоминающем устройстве с произвольной выборкой (ЗУПВ). Одна таблица хранит наклон характеристики (610), а другая - сдвиг (605). Четыре старших бита сигнала настройки АРУ передатчика используются для адресации таблиц ЗУПВ 605 и 610. Обе таблицы ЗУПВ 605 и 610 организованы в формате 16х8.

На фиг. 7 приведен график, поясняющий использование таблиц преобразования в ЗУПВ. Ось X представляет желательную мощность, а ось Y представляет управляющее напряжение АРУ. Сегмент 710 на оси желательной мощности представляет собой сегмент, идентифицируемый четырьмя старшими битами входного слова. Соответствующий выходной сегмент 715 имеет сдвиг и наклон, выбранные в двух ЗУПВ четырьмя старшими битами входного слова.

Данные наклона характеристики из таблицы преобразования для данных наклона умножаются на шесть младших битов для создания 9-разрядного слова. Этот результат складывается с 8 битами данных сдвига из таблицы преобразования для данных сдвига, чтобы получить 9-разрядный выход.

Сигнал данных от линеаризатора передатчика подается на вход цепи широтно-импульсной модуляции (ШИМ) цифроаналогового преобразователя 230. Цифроаналоговый преобразователь 230 преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал, который подается на управляющий вход усилителя с АРУ передатчика, показанного на фиг. 2. В предпочтительном варианте изобретения, цифроаналоговый преобразователь 230 тактируется частотой 9,8304 МГц.

Сигнал данных от блока управления ограничением мощности 220 подается также на вход регулятора диапазона усилителя мощности 250. Регулятор диапазона усилителя мощности 250 состоит из шести компараторов, связанных с приоритетным кодером с гистерезисом. Регулируемый уровень АРУ передатчика сравнивается с заданными уровнями мощности, чтобы выбрать четыре конкретных диапазона выходной мощности усилителя мощности передатчика. Регулятор диапазона усилителя мощности кодируется по двухразрядному выходному сигналу, который может использоваться усилителем мощности, например, для выбора соответствующего тока смещения. С другой стороны, выход регулятора диапазона может быть использован для выбора одного из множества усилителей мощности, каждый из которых оптимизирован для конкретного рабочего диапазона.

Регулятор диапазона усилителя мощности, представленный более детально на фиг. 8, состоит из шести различных регистров 801-806, в которые микропроцессор записывает нужные пороговые значения подъема и спада сигнала регулирования АРУ передатчика. Например, если требуется переключить выходной сигнал усилителя мощности передатчика в диапазоне порядка 18 дБм, порог подъема может быть установлен на 19 дБм, а порог спада характеристики - на 17 дБм, обеспечивая гистерезис 2 дБ.

Входной сигнал настройки АРУ передатчика сравнивается с этими пороговыми величинами, и, в предпочтительном варианте изобретения, компараторы 820-825 выдают логическую единицу, если сигнал настройки превышает порог сравнения. В этом случае приоритетный кодер 830 кодирует эти результаты сравнения в виде двухразрядного управляющего слова усилителя мощности.

В простом приоритетном кодере гистерезис не используется, поскольку нужны только три компаратора, чтобы определить четыре диапазона. Выходом является логическое значение 11, если (вход ≥ порог, 3); логическое значение 10, если (вход ≥ порог 2) И (вход < порог 3); логическое значение 01, если (вход ≥ порог 1) И (вход < порог 2) и логическое значение 00, если (вход < порог 1).

В приоритетном кодере согласно настоящему изобретению используется гистерезис, т. е. каждое из логических выходных состояний будет соответствовать различным входным пороговым величинам в зависимости от предыдущего состояния. В частности, порог для двух состояний выше для перехода от низкого к более высокому состоянию, чем для перехода от высокого к более низкому состоянию. Этот гистерезис помогает уменьшить частоту перехода от одного состояния к другому, когда входной сигнал изменяется вблизи порога состояния.

На фиг. 9 представлена схема последовательности операций процедуры приоритетного кодирования в соответствии с настоящим изобретением. В этой процедуре обработки сигнал настройки АРУ передатчика сравнивается с регистром подъема 3 (905). Если выходы компараторов представляют собой логическую единицу, выход приоритетного кодера устанавливается на логическое значение 11, указывающее, что сигнал настройки АРУ передатчика больше максимальной пороговой величины. Если это не так, проверяются компараторы регистра спада 3 (910). Если выходы компараторов являются логической единицей, а на выходе приоритетного кодера имеется логическое значение 11 состояния (915), то сохраняется состояние, соответствующее логическому значению 11. Если приоритетный кодер не находится в состоянии логического значения 11, выход устанавливается в состояние логического значения 10. Это означает, что сигнал настройки АРУ передатчика установлен в диапазоне мощности, ограниченном парами регистров 2 и 3.

Если компаратор регистра спада 3 не находится в состоянии логической единицы, это означает, что сигнал настройки АРУ передатчика не соответствует высокому уровню мощности, установленному регистром 3. В этом случае проверяется компаратор регистра подъема 2 (920). Если этот компаратор находится в состоянии логической единицы, выход приоритетного кодера устанавливается в состояние логического значения 10. Если компаратор не находится в состоянии логической единицы, проверяется компаратор регистра спада 2 (925). Если этот компаратор находится в состоянии логической единицы, а состояние приоритетного кодера меньше логического значения 10, выход приоритетного кодера устанавливается в состояние логического значения 01, указывая, что сигнал настройки АРУ находится в пределах диапазона, установленного парами регистров 1 и 2. Если это не так, выход устанавливается в состояние логического значения 10.

Если компаратор регистра спада 2 не находится в состоянии логической единицы, сигнал настройки АРУ передатчика меньше уровня мощности, установленного в регистре 2. В этом случае проверяется компаратор регистра подъема 1 (935). Если этот компаратор находится в состоянии логической единицы, выход приоритетного кодера устанавливается в состояние логического значения 01. Это указывает, что сигнал настройки АРУ передатчика находится в пределах диапазона, установленного парами регистров 1 и 2.

Если этот компаратор не находится в состоянии логической единицы, проверяется компаратор регистра спада 1 (940). Если этот компаратор находится в состоянии логической единицы, а приоритетный кодер находится в состоянии логического значения 00 (945), то выход приоритетного кодера остается в состоянии логического значения 00. Если состояние приоритетного кодера не соответствует логическому значению 00, выход устанавливается в состояние логического значения 01. Если компаратор регистра спада 1 не находится в состоянии логической единицы, выход приоритетного кодера устанавливается в состояние логического значения 00, указывая на то, что диапазон сигнала настройки АРУ передатчика лежит между минимально возможной мощностью и мощностью, установленной первой парой регистров.

Если усилитель мощности переходит от одного диапазона мощности к другому, задержка при прохождении сигналов через радиочастотные цепи может изменяться (например, если для каждого диапазона используется отдельный усилитель). Этот сдвиг в задержке вызывает сдвиг фазы, который допускается в других цепях устройства радиосвязи только в определенные промежутки времени. По этой причине, приоритетный кодер 830 на фиг. 8 тактируется тактовым сигналом символов Уолша с частотой 4,8 кГц. Это обеспечивает изменение управляющего слова усилителя мощности только в течение времени, когда изменение фазы не оказывает влияния на частоту ошибок в битах устройства радиосвязи (то есть в границах символа Уолша).

Сигнал данных от блока управления ограничением мощности 220 является дополнительным входным сигналом рекурсивного фильтра нижних частот 225 первого порядка. Фильтр нижних частот 255 имеет постоянную времени 204 мкс (задержка выбрана наиболее близко соответствующей задержке ШИМ ЦАП и внешнего фильтра ЦАП). В предпочтительном варианте изобретения этот фильтр фильтрует сигнал настройки АРУ передатчика и позволяет микропроцессору считывать информацию с входа регулировки усиления АРУ передатчика.

При необходимости микропроцессор может также считывать величину уровня мощности, используя соответствующее внешнее устройство. Этот уровень мощности сравнивается с желательным уровнем мощности на выходе фильтра 255 и, таким образом, определяется погрешность усилителя мощности относительно желательного уровня передаваемой мощности. Следовательно, микропроцессор может повторно калибровать передатчик для получения минимальной погрешности. Такая самокалибровка особенно важна для установок блока управления ограничением мощности 220.

Рассмотрим снова приемную секцию на фиг. 2. Сигнал данных от интегратора контура регулирования усиления 210 подается также на вход цепи 235 регулирования диапазона малошумящего усилителя. Эта цепь 235 является средством регулирования коэффициента усиления малошумящего усилителя, увеличивая, таким образом, динамический диапазон приемника. Хотя усилитель с АРУ обеспечивает большую часть диапазона регулирования усиления устройства радиосвязи, в некоторых случаях желательно также иметь регулируемый коэффициент усиления малошумящего усилителя.

Малошумящий усилитель ограничен двумя различными уставками коэффициента усиления (хотя совершенно ясно, что если требуется плавная регулировка усиления малошумящего усилителя, в нем мог бы быть использован и управляющий сигнал усилителя с АРУ). Регулятор диапазона малошумящего усилителя может выбирать один из этих уровней усиления путем установки единственного бита управления в состояние логической единицы или логического нуля.

Цепь регулирования диапазона малошумящего усилителя 235, показанная в деталях на фиг. 5, устанавливает высокий коэффициент усиления малошумящего усилителя, когда требуемое усиление приемника превышает заданную программой величину, и устанавливает низкий коэффициент усиления малошумящего усилителя, когда требуемое усиление приемника ниже этой величины (при этом также обеспечивается и гистерезис). Кроме того, всякий раз, когда эта цепь переключает усиление малошумящего усилителя, она одновременно регулирует управляющий сигнал усилителя с АРУ, чтобы компенсировать изменение усиления в малошумящем усилителе.

Описываемая цепь включает мультиплексор 505, который имеет на входах два регистра для микропроцессорной записи. Один из регистров принимает сигнал настройки АРУ приемника с понижающимся порогом, а другой - с возрастающим порогом. Возрастающий порог обычно устанавливается на несколько децибел выше понижающегося порога, чтобы обеспечить гистерезис для уменьшения числа переходов, когда входной сигнал близок к пороговой величине.

Выходной сигнал мультиплексора 505 подается на один из входов компаратора 510. На другой вход компаратора 510 подается сигнал настройки АРУ приемника. Если сигнал настройки АРУ превышает входной порог, компаратор 510 выдает логическую единицу на триггер задержки 515.

Триггер задержки 515 фиксирует результат сравнения. Так как триггер задержки 515 в предпочтительном варианте изобретения тактируется сигналом с частотой 38,4 кГц, его выход обновляется с этой частотой.

Выход триггера задержки 515 соединен с управляющим входом мультиплексора 505, чтобы обеспечить возможность выбора между различными пороговыми входами и, следовательно, в компараторе используется один порог для нарастающего сигнала и другой для спадающего сигнала (обеспечивая гистерезис таким образом). Выход триггера задержки 515 также соединен с управляющим входом сдвигового мультиплексора 520 и с повторителем ШИМ 525.

Выход сдвигового мультиплексора 520 выдает сдвиг "0" или сдвиг, устанавливаемый микропроцессором в зависимости от управляющего сигнала от триггера задержки 515. Этот сдвиг вычитается из сигнала настройки АРУ приемника, и разность является входом линеаризатора АРУ приемника. Это позволяет микропроцессору, путем записи соответствующего сдвига в сдвиговый регистр, компенсировать в схеме АРУ усиление, введенное малошумящим усилителем. В свою очередь, это обеспечивает плавное, без перерывов, регулирование совместного усиления малошумящего усилителя и усилителя с АРУ (не учитывая неизбежный кратковременный импульс переходного процесса).

Выход триггера задержки задерживается на время, приблизительно равное задержке ШИМ ЦАП и его выходного фильтра (52 мкс в предпочтительном варианте изобретения), обеспечиваемой повторителем ШИМ 525. Эта задержка позволяет снизить время переходного процесса путем максимальной синхронизации усиления малошумящего усилителя и усилителя с АРУ. Логическая схема "исключающее ИЛИ" 530 управляет полярностью выходного сигнала. Если необходимо инвертировать полярность бита регулирования диапазона, подаваемого на малошумящий усилитель, микропроцессор вводит логическую единицу на вход управления полярностью. Бит управления диапазоном проходит через логическую схему "исключающее ИЛИ" 530, а микропроцессор вводит логический нуль на вход управления полярностью. Это позволяет использовать схемы малошумящего усилителя с активно-высоким или активно-низким дополнительным усилением.

Выходной сигнал логической схемы "исключающее ИЛИ" 530 может также считываться микропроцессором, который, таким образом, контролирует работу цепи.

Линеаризатор 240 приемника, в соответствии с настоящим изобретением, работает так же, как и описанный выше линеаризатор 225 передатчика. Оба эти линеаризатора 240 и 225 представлены на фиг. 6.

Выход линеаризатора 240 приемника подается на вход ШИМ ЦАП 245, в котором цифровой сигнал преобразуется в аналоговый сигнал. В предпочтительном варианте изобретения ЦАП 245 тактируется сигналом с частотой 9,8304 МГц, как и ЦАП 230 передатчика. Аналоговый сигнал настройки АРУ подается на вход управляющего порта АРУ приемника.

В описанном выше способе цифровое устройство АРУ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает линейную, цифровую автоматическую регулировку усиления усилителей АРУ приемника и передатчика. Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает регулирование диапазона, как малошумящего усилителя, так и усилителя мощности УВЧ.

Предыдущее описание предпочтительных вариантов изобретения позволяет любому специалисту в данной области техники изготовить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации этих вариантов для таких специалистов вполне очевидны, и основные принципы, определенные в настоящем описании, могут быть применены к другим примерам осуществления изобретения без использования дополнительных изобретательских разработок. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается описанными здесь вариантами, но соответствует наиболее широкому объему, совместимому с принципами и новыми признаками, раскрытыми в описании.

Формула изобретения

1. Линеаризованное цифровое устройство управления для автоматической регулировки усиления (АРУ) в устройстве радиосвязи, содержащем усилитель с АРУ передатчика и усилитель с АРУ приемника, отличающееся тем, что содержит детектор уровня принимаемого сигнала, соединенный с усилителем с АРУ приемника для формирования цифрового сигнала уровня мощности из принимаемого сигнала, интегратор, соединенный с детектором уровня принимаемого сигнала, для формирования цифрового сигнала настройки АРУ, линеаризатор приемника, имеющий множество значений наклона характеристики приемника и множество значений сдвига характеристики приемника, соединенный с интегратором для формирования линеаризованного сигнала настройки приемника в соответствии с одним из множества значений наклона характеристики приемника и одним из множества значений сдвига характеристики приемника, цифроаналоговый преобразователь приемника, соединенный с линеаризатором приемника, для преобразования линеаризованного сигнала настройки приемника в аналоговый сигнал настройки приемника, причем указанный аналоговый сигнал настройки приемника регулирует усиление усилителя с АРУ приемника, линеаризатор передатчика, имеющий множество значений наклона характеристики передатчика и множество значений сдвига характеристики передатчика, соединенный с интегратором, формирование линеаризованного сигнала настройки передатчика в соответствии с одним из множества значений наклона характеристики передатчика и одним из множества значений сдвига характеристики передатчика, цифроаналоговый преобразователь передатчика, соединенный с линеаризатором передатчика, для преобразования линеаризованного сигнала настройки передатчика в аналоговый сигнал настройки передатчика, причем указанный аналоговый сигнал настройки передатчика регулирует усиление усилителя с АРУ передатчика.

2. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит замкнутый контур регулирования для приема команд управления мощностью передачи, сумматор, имеющий первый вход, соединенный с замкнутым контуром регулирования мощности, второй вход, соединенный с интегратором, и выход, соединенный с линеаризатором передатчика, причем указанный сумматор предназначен для сложения принимаемого цифрового сигнала управления мощностью с цифровым сигналом настройки АРУ.

3. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.2, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления ограничением передаваемой мощности, соединенный с входом замкнутого контура регулирования мощности, причем указанный блок управления ограничением передаваемой мощности ограничивает цифровой сигнал настройки АРУ максимальным значением регулировки усиления.

4. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит усилитель мощности, соединенный с выходом усилителя с АРУ передатчика, и малошумящий усилитель, соединенный с входом усилителя с АРУ приемника.

5. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.4, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок регулирования диапазона усилителя мощности, соединенный с интегратором и с управляющим входом усилителя мощности для формирования сигнала регулирования усиления усилителя мощности.

6. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.4, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок регулирования диапазона малошумящего усилителя, соединенный с интегратором и с управляющим входом малошумящего усилителя, для формирования сигнала регулирования усиления малошумящего усилителя.

7. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.1, отличающееся тем, что интегратор соединен с линеаризатором передатчика через рекурсивный фильтр нижних частот первого порядка.

8. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.2, отличающееся тем, что принимаемый цифровой сигнал управления мощностью масштабирован предварительно определенной постоянной величиной.

9. Линеаризованное цифровое устройство управления по п.1, отличающееся тем, что цифровой сигнал регулирования уровня мощности обеспечивает логарифмическую характеристику.

10. Линеаризованное цифровое устройство для автоматической регулировки усиления (АРУ) в устройстве радиосвязи, содержащем усилитель с АРУ передатчика и усилитель с АРУ приемника, причем усилитель с АРУ передатчика соединен с усилителем мощности, малошумящий усилитель соединен с усилителем с АРУ приемника через полосовой фильтр, отличающееся тем, что содержит детектор уровня принимаемого сигнала, соединенный с усилителем с АРУ приемника для формирования цифрового сигнала уровня мощности из принимаемого сигнала, причем цифровой сигнал уровня мощности регулируется для обеспечения логарифмической характеристики, интегратор, соединенный с детектором уровня принимаемого сигнала, для формирования цифрового сигнала настройки АРУ, фильтр, соединенный с интегратором, для фильтрации цифрового сигнала настройки АРУ, блок управления усилением малошумящего усилителя, соединенный с интегратором и малошумящим усилителем, для регулирования усиления малошумящего усилителя, линеаризатор приемника, имеющий множество значений наклона характеристики приемника и множество значений сдвига характеристики приемника, соединенный с блоком управления усилением малошумящего усилителя, для формирования линеаризованного сигнала настройки приемника в соответствии с одним из множества значений наклона характеристики приемника и одним из множества значений сдвига характеристики приемника, цифроаналоговый преобразователь приемника, соединенный с линеаризатором приемника, для преобразования линеаризованного сигнала настройки приемника, причем указанный аналоговый сигнал настройки приемника регулирует усиление усилителя с АРУ приемника, ограничитель мощности передатчика, соединенный с фильтром, для ограничения цифрового сигнала настройки АРУ максимальным значением регулировки усиления, линеаризатор передатчика, имеющий множество значений наклона характеристики передатчика и множество значений сдвига характеристики передатчика, соединенный с интегратором и ограничителем передаваемой мощности, для формирования линеаризованного сигнала настройки передатчика в соответствии с одним из множества значений наклона характеристики передачи и одним из множества значений сдвига характеристики передатчика, цифроаналоговый преобразователь передатчика, соединенный с линеаризатором передатчика для преобразования линеаризованного сигнала настройки передатчика в аналоговый сигнал настройки передатчика, причем указанный аналоговый сигнал настройки передатчика регулирует усиление усилителя с АРУ передатчика.

11. Способ для линеаризованной цифровой автоматической регулировки усиления (АРУ) в устройстве радиосвязи, содержащем усилитель с АРУ передатчика, усилитель с АРУ приемника, линеаризатор передатчика, имеющий множество значений наклона характеристики передатчика и множество значений сдвига характеристики передатчика, и линеаризатор приемника, имеющий множество значений наклона характеристики приемника и множество значений сдвига характеристики приемника, отличающийся тем, что включает прием устройством радиосвязи, формирование цифрового сигнала уровня мощности из принятого сигнала, интегрирование цифрового сигнала уровня мощности для получения цифрового сигнала настройки АРУ, формирование линеаризованного цифрового сигнала настройки приемника в соответствии с одним из множества значений наклона и одним из множества значений сдвига характеристики приемника, преобразование линеаризованного цифрового сигнала настройки приемника в аналоговый сигнал настройки приемника, причем указанный аналоговый сигнал настройки приемника регулирует усиление усилителя с АРУ приемника, преобразование линеаризованного цифрового сигнала настройки передатчика в аналоговый сигнал настройки передатчика, причем указанный аналоговый сигнал настройки передатчика регулирует усиление усилителя с АРУ передатчика.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что включает ограничение линеаризованного цифрового сигнала настройки передатчика максимальным значением регулировки усиления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10