DE10223510B4

DE10223510B4 - Automatische Verstärkungssteuerung mit Ausgabe eines sich nicht linear verändernden Steuerungswerts und Verfahren der Ausgabe eines Verstärkungssteuerungssignals davon

Info

Publication number: DE10223510B4
Application number: DE10223510A
Authority: DE
Inventors: Joon-Soo Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-01-02
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: US7409018B2; US20030123581A1; KR20030058878A; KR100436762B1; CN1430413A; CN1189032C; JP2003209762A; DE10223510A1

Abstract

Automatische Verstärkungssteuerung, die umfasst:
einen Abschätzer (51), um den Pegel eines eingegebenen digitalen Signals zu schätzen;
einen Subtrahierer (53), um die Differenz zwischen dem durch den Abschätzer geschätzten Pegel und einem vorbestimmten Wert zu berechnen, und
eine Verstärkungssteuerung (60), um einen Steuerungswert auszugeben, der durch nicht lineare Skalierung der von dem Subtrahieren ausgegebenen Differenz erreicht wird, wobei die Verstärkungssteuerung umfasst:
einen ersten Multiplizierer (61), um eine vorbestimmte, konstante Verstärkung mit der Differenz von dem Subtrahierer zu multiplizieren,
einen Absolutwertberechner (63), um einen absoluten Wert der Differenz zu berechnen, und
einen zweiten Multiplizierer (65), um den Steuerungswert auszugeben durch Multiplizieren der Ausgabe des ersten Multiplizierers mit der Ausgabe des Absolutwertberechners.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Verstärkungssteuerung, und besonders auf eine automatische Verstärkungssteuerung, welche ein Verstärkungssteuerungssignal ausgibt, um automatisch eine Signalverstärkung zu steuern, die in einen Signalempfänger, wie etwa einen digitalen Fernseher, eingegeben wird.
Ein Signalempfänger, wie etwa ein digitaler Fernseher, hat eine automatische Verstärkungssteuerung, um die Verstärkung des eingegebenen Signals zu steuern. Falls die Leistung des eingegebenen Signals entweder exzessiv groß oder klein ist, ist es schwierig, das Signal passend zu steuern, und deshalb stellt die automatische Verstärkungssteuerung die Verstärkung des eingegebenen Signals automatisch auf einen angemessenen Pegel ein.
Die automatische Verstärkungssteuerung ist besonders in der digitalen Kommunikation notwendig. In der digitalen Kommunikation tastet ein Analog-Digital-Wandler ein über einen Funkfrequenzkanal geleitetes analoges Signal ab, und das digitalisierte Signal wird einer digitalen Signalverarbeitung unterzogen. Wenn ein analoges Signal digitalisiert wird, muss das eingegebenen Signal eine ausreichende Signalleistung haben, um das Quantisierungsrauschen zu minimieren. Falls jedoch die Signalleistung des eingegebenen Signals überaus groß ist, wird der AD-Wandler gesättigt, und ein Schaltkreis, der das digitale Signal verarbeitet, wird fehlerhaft funktionieren. Deshalb sollte das eingegebene Signal auf einen gewissen Pegel eingestellt werden.
Die automatische Verstärkungssteuerung ist nicht nur für einen digitalen Fernsehempfänger notwendig, sondern auch für alle Kommunikationsvorrichtungen einschließlich Vorrichtungen der Mobilkommunikation, u.s.w. 1 veranschaulicht eine konventionelle automatische Verstärkungssteuerung, und insbesondere eine automatische Verstärkungssteuerung, die in der digitalen Kommunikation verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine konventionelle automatische Verstärkungssteuerung einen Leistungsschätzer 11, einen Subtrahierer 13, einen Verstärkungsmultiplizierer 15, einen Akkumulator 20 und einen Modulator 30.
Der Leistungsschätzer 11 empfängt ein digitales Signal, das von einem AD-Wandler ausgegeben wird, und schätzt die Leistung des eingegebenen Signals. Der Subtrahierer 13 berechnet den Wert der Differenz zwischen der durch den Leistungsschätzer 11 geschätzten Leistung und einem vorbestimmten Bezugswert, d.h. einen Fehler der Signalleistung. Der berechnete Differenzwert wird an einen Verstärkungsmultiplizierer 15 übergeben, der den Differenzwert mit einer konstanten Verstärkung K multipliziert. Die konstante Verstärkung K, multipliziert mit dem Wert der Differenz zwischen dem Bezugswert und der aktuellen Leistung eines eingegebenen Signals, bestimmt die Bandbreite der automatischen Verstärkungssteuerung.
Der Akkumulator 20 umfasst eine Verzögerungseinheit 23, um das eingegebenen Signal zu verzögern, und einen Addierer 21, um die Ausgabe der Verzögerungseinheit 23 und die Ausgabe des Verstärkungsmultiplizierers 15 zu addieren und das Ergebnis an die Verzögerungseinheit 23 zu übergeben. Der Ausgabewert des Verstärkungsmultiplizierers 15 wird durch den Akkumulator 20 akkumuliert.
Der Modulator 30 moduliert den Ausgabewert des Akkumulators 20. Ein Σ-Δ-DA-Wandler, der ein pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, das mit der Ausgabe des Akkumulators 20 korrespondiert, wird als Modulator 30 verwendet. Die Ausgabe des Modulators 30 wird an andere Teile in einem Signalempfänger wie etwa einen Zwischenfrequenzverstärker oder einen Funkfrequenz verstärker übergeben, welche ein Verstärkungssteuerungssignal benötigen.
Jedoch hat der obige konventionelle automatische Verstärkungsregler ein Problem, dass der Signalpegel des eingegebenen Signals nicht passend eingestellt sein könnte, wenn der Zustand des Kanals, der das eingegebene Signal empfängt, sich zu sehr verändert, da der Verstärkungswert K, der die Bandbreite steuert, fest ist. Falls z.B. der Verstärkungswert K zu niedrig eingestellt ist (K < 1), wie in 2 veranschaulicht, ist es schwierig, der Veränderung des eingegebenen Signals zu folgen, da die Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuerung niedrig wird, und falls der Verstärkungswert K zu hoch eingestellt ist (K > 1), kann das Zittern, das im Zustand eines stabil empfangenen Eingangssignals vorkommt, zu hoch werden, weil die Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuerung hoch wird.

CH 559 472 A beschreibt eine Anordnung zur automatischen Verstärkungsregelung des Signalpegels eines am Eingang eines Empfängers anliegenden analogen Signals mittels einer an den Eingang rückgekoppelten Regelschleife.

DE 199 54 336 A1 beschreibt einen digitalen Empfänger und ein Verfahren zum Empfangen und Demodulieren einer Vielzahl von digitalen Signalen, die mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen übertragen werden, wobei die Trägerfrequenzsignale einer Abwärtskonvertierung in Basisbandsignale unterzogen werden, die dann digitalisiert werden, und ein gemeinsamer Demodulator die digitalisierten Basisbandsignale in einer Zeitmultiplexweise demoduliert. Weiterhin wird ein Regelsignal zur automatischen Verstärkungsregelung der Verstärkung der Tunerverstärker beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte automatische Verstärkungssteuerung für einen digitalen Signalempfänger vorzusehen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 für eine automatische Verstärkungssteuerung sowie mit den Merkmalen des Anspruchs 7 für ein entsprechendes Verfahren gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorstehenden und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht durch Vorsehen, dass die automatische Verstärkungssteuerung umfasst: einen Abschätzer, um den Pegel eines eingegebenen Signals zu schätzen, einen Subtrahierer, um die Differenz zwischen dem durch den Abschätzer geschätzten Pegel und einem vorbestimmten Wert zu berechnen, und eine Ver stärkungssteuerung, um einen Steuerungswert auszugeben, der durch nicht lineare Skalierung der von dem Subtrahierer ausgegebenen Differenz erreicht wird.

Die Verstärkungssteuerung umfasst einen ersten Multiplizierer, um eine vorbestimmte, konstante Verstärkung mit der Differenz von dem Subtrahierer zu multiplizieren, einen Absolutwertberechner, um einen absoluten Wert der Differenz zu berechnen, und einen zweiten Multiplizierer, um den Steuerungswert auszugeben durch Multiplizieren der Ausgabe des ersten Multiplizierers mit der Ausgabe des Absolutwertberechners. Dann gibt die Verstärkungssteuerung den Steuerungswert aus, der proportional dem Quadrat der Differenz ist.

Dazu hat die automatische Verstärkungssteuerung nach der vorliegenden Erfindung einen Akkumulator, um die akkumulierten Werte des durch die Verstärkungssteuerung ausgegebenen Steuerungswerts zu berechnen, und einen Modulator, um ein moduliertes Signal zu erzeugen, das mit dem von dem Subtrahierer ausgegebenen, akkumulierten Wert korrespondiert. Das von dem Modulator ausgegebenen Signal wird an die Vorrichtung übergeben, die ein Verstärkungssteuerungssignal benötigt, wie etwa an einen Zwischenfrequenzverstärker.

Falls ein Fehler zwischen der Leistung des eingegebenen Signals und dem Bezugswert groß ist, kann nach der vorliegenden Erfindung die Leistung schnell auf einen gewünschten Pegel eingestellt werden, und falls der Fehler klein ist, kann die Verstärkung fein gesteuert werden.

Die vorstehenden und andere Ziele der vorliegenden Erfindung können auch erreicht werden durch Vorsehen eines Verfahrens der Ausgabe eines Verstärkungssteuerungssignals einer automatischen Verstärkungssteuerung, welches umfasst: Abschätzen des Pegels eines eingegebenen Signals, Berechnen der Differenz zwischen dem geschätzten Pegel und einem vorbestimmten Bezugswert, und Ausgabe eines Steuerungswerts durch nicht lineare Skalierung der berechneten Differenz zwischen dem geschätzten Pegel und dem vorbestimmten Bezugswert.

Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher werden und leichter erkannt werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen:
1 ein Blockdiagramm einer konventionellen automatischen Verstärkungssteuerung ist;
2 ein Graph ist, der die Ausgabe der automatischen Verstärkungssteuerung in 1 zeigt;
3 ein Blockdiagramm einer automatischen Verstärkungssteuerung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Blockdiagramm ist, das die detaillierte Konstruktion der in 3 dargestellten Verstärkungssteuerung veranschaulicht; und
5 ein Graph ist, der die Ausgabe der automatischen Verstärkungssteuerung in 3 zeigt.
Bezug wird nun im Detail genommen auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind, wobei gleiche Bezugszeichen sich überall auf gleiche Elemente beziehen. Im Folgenden werden die Ausführungsformen beschrieben, um die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen zu erläutern.
3 ist ein Blockdiagramm einer automatischen Verstärkungssteuerung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 4 ist ein Blockdiagramm, das die detaillierte Konstruktion der in 3 dargestellten Verstärkungssteuerung veranschaulicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine automatische Verstärkungssteuerung vorgesehen, die ein Verstärkungssteuerungssignal für ein digitales Signal ausgibt.
Ein über einen externen Kanal empfangenes Signal wird durch einen AD-Wandler (nicht gezeigt) in ein digitales Signal umgewandelt, und das umgewandelte digitale Signal wird in die automatische Verstärkungssteuerung nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingegeben.
Die automatische Verstärkungssteuerung umfasst einen Leistungsschätzer 51, einen Subtrahierer 53, eine Verstärkungssteuerung 60, einen Akkumulator 70 und einen Modulator 80.
Der Leistungsschätzer 51 nimmt ein von einem AD-Wandler ausgegebenes digitales Signal auf und schätzt die Leistung des eingegebenen Signals. Die Leistung des eingegebenen Signals kann berechnet werden entweder unter Verwendung eines Quadratwertes des eingegebenen Signals oder einfach durch Annahme eines Absolutwerts des eingegebenen Signals.
Die Ausgabe des Leistungsschätzers 51 und ein vorgegebener Bezugswert werden in den Subtrahierer 53 eingegeben. Der Bezugswert ist auf einen bestimmten Wert eingestellt, der unter der Annahme berechnet wird, dass das eingegebene Signal eine Normalverteilung hat. Der Bezugswert wird in einer Speichereinheit, wie etwa einem Register (nicht gezeigt), gespeichert, und ist veränderlich abhängig vom Bedarf. Der Subtrahierer 53 berechnet die Differenz, d.h. einen Fehler der Signalleistung zwischen der durch den Leistungsschätzer 51 geschätzten Leistung und dem Bezugswert. Der berechnete Differenzwert wird in die Verstärkungssteuerung 60 eingegeben.
Die Verstärkungssteuerung 60 umfasst einen ersten Multiplizierer 61, einen zweiten Multiplizierer 65 und einen Absolutwertberechner 63, wie in 4 dargestellt. Die von dem Subtrahierer 53 ausgegebene Differenz wird in den ersten Multiplizierer 61 eingegeben, und der erste Multiplizierer 61 multipliziert eine vorbestimmte konstante Verstärkung K mit der Differenz. Die von dem Subtrahierer 53 ausgegebene Differenz wird auch in den Absolutwertberechner 63 eingegeben, und der Absolutwertberechner 63 berechnet den Absolutwert der von dem Subtrahierer 53 ausgegebenen Differenz. Der zweite Multiplizierer 65 multipliziert die Ausgabe des ersten Multiplizierers 61 mit der Ausgabe des Absolutwertberechners 63, und die Ausgabe des zweiten Multiplizierers 65 wird zu dem Steuerungswert, der von der Verstärkungssteuerung 60 ausgegeben wird.
Die Ausgabe der Verstärkungssteuerung 60 mit der oben dargestellten Konstruktion kann ausgedrückt werden durch die folgende Formel: y (n) = K × e (n) × |e(n)| = K × e2 (n) (für e(n) > 0) = –K × e2 (n) (für e(n) < 0)
In dieser Formel ist n eine Abtastzeit für das digitale Eingangssignal;
y(n) die Ausgabe der Verstärkungssteuerung 60;
K eine konstante Verstärkung des ersten Multiplizierers 61; und
e(n) ein Fehler, der durch den Subtrahierer 53 ausgegeben wird.
Der Akkumulator 70 umfasst eine Verzögerungseinheit 73, um einen in ihn eingegebenen Steuerungswert zu verzögern, und einen Addierer 71, um die Ausgabe der Verzögerungseinheit 73 und die Ausgabe der Verstärkungssteuerung 60 zu addieren und um seine Ausgabe an die Verzögerungseinheit 73 zu übergeben. Die Verzögerungseinheit 73 verzögert das in sie eingegebene Signal um die Dauer einer Abtastzeit. Da die Eingabe der Verzögerungseinheit 73 die Ausgabe von ihr selbst und von der Verstärkungssteuerung 60 ist, akkumuliert folglich die Verzögerungseinheit 73 jeden Steuerungswert, der von der Verstärkungssteuerung 60 ausgegeben wird, und berechnet dann den akkumulierten Wert.
Der Modulator 80 moduliert den Ausgabewert des Akkumulators 70. Als der Modulator 80 wird vorzugsweise ein Σ-Δ-DA-Wandler verwendet, um ein Pulsbreitenmodulationssignal zu erzeugen, das mit der Ausgabe des Akkumulators 70 korrespondiert. Dementsprechend erzeugt der Modulator 80 ein Pulsbreitenmodulationssignal, das entweder einen Binärwert von 1 oder 0 umfasst, und dieses Signal wird zu der abschließenden Ausgabe der automatischen Verstärkungssteuerung. Die von dem Modulator 80 erzeugte, abschließende Ausgabe wird über einen Signalempfänger anderen Teilen, wie etwa einem Zwischenfrequenzverstärker oder einem Funkfrequenzverstärker zugeführt, die ein Verstärkungssteuerungssignal benötigen.
5 ist ein Graph, der die Ausgabe der Verstärkungssteuerung 60 veranschaulicht, die in der obigen Formel bezeichnet ist. In 5 wird veranschaulicht, dass je größer der Wert der Differenz zwischen dem geschätzten Pegel der Eingabe und dem vorbestimmten Bezugswert ist, welche ein Fehler der Leistung des eingegebenen Signals und des Bezugswerts ist, desto größer die Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuerung als ein Sekundärfunktion ist. Deshalb kann der Pegelveränderung des eingegebenen Signals schnell gefolgt werden, und die Bewegung des Signalempfängers wird schnell stabilisiert. Zusätzlich wird die Verstärkung kleiner, wenn der obige Differenzwert klein ist. Folglich treten Fluktuationen in dem Signalpegel aufgrund einer unnötig hohen Verstärkung nicht auf, und ein starkes Zittern, das im Zustand des stabilen Empfangs des eingegebenen Signals auftritt, wird verhindert.
Die obige Ausführungsform erläutert ein Beispiel des einem Quadrat eines Fehlers proportionalen Steuerungswerts, um so der Pegelveränderung des eingegebenen Signals schnell zu folgen, wenn der Pegel des eingegebenen Signals sich stark verändert. Jedoch können verschiedene Verfahren angewendet werden, um den Steuerungswert nicht linear zu vergrößern, wenn der Wert des Fehlers sich vergrößert. Z.B. könnte eines der möglichen Verfahren sein, die Verstärkungssteuerung proportional zur dritten Potenz eines Fehlers zu machen, oder verschiedene Schaltkreise einzusetzen, in denen die Charakteristik der Verstärkung entsprechend einer anderen, nicht linearen Charakteristik veränderlich ist, welche nicht durch eine spezifische Formel bezeichnet werden kann.
Falls ein Fehler zwischen der Leistung des eingegebenen Signals und einem Bezugswert groß ist, kann nach der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, die Leistung schnell auf einen gewünschten Pegel eingestellt werden, und falls der Fehler klein ist, kann die Verstärkung fein gesteuert werden.

Claims

Automatische Verstärkungssteuerung, die umfasst: einen Abschätzer (51), um den Pegel eines eingegebenen digitalen Signals zu schätzen; einen Subtrahierer (53), um die Differenz zwischen dem durch den Abschätzer geschätzten Pegel und einem vorbestimmten Wert zu berechnen, und eine Verstärkungssteuerung (60), um einen Steuerungswert auszugeben, der durch nicht lineare Skalierung der von dem Subtrahieren ausgegebenen Differenz erreicht wird, wobei die Verstärkungssteuerung umfasst: einen ersten Multiplizierer (61), um eine vorbestimmte, konstante Verstärkung mit der Differenz von dem Subtrahierer zu multiplizieren, einen Absolutwertberechner (63), um einen absoluten Wert der Differenz zu berechnen, und einen zweiten Multiplizierer (65), um den Steuerungswert auszugeben durch Multiplizieren der Ausgabe des ersten Multiplizierers mit der Ausgabe des Absolutwertberechners.
Automatische Verstärkungssteuerung nach Anspruch 1, der ferner einen Akkumulator (70) umfasst, um einen akkumulierten Wert des von der Verstärkungssteuerung ausgegebenen Steuerungswerts zu berechnen.
Automatische Verstärkungssteuerung nach Anspruch 2, wobei der Akkumulator umfasst: eine Verzögerungseinheit (73), um ein in sie eingegebenes Signal zu verzögern; und einen Addierer (71), um eine Ausgabe der Verzögerungseinheit und den von der Verstärkungssteuerung ausgegebenen Steuerungswert zu addieren, und um seine Ausgabe an die Verzögerungseinheit zu übergeben.
Automatische Verstärkungssteuerung nach Anspruch 2 oder 3, die ferner einen Modulator (80) umfasst, um ein moduliertes Signal zu erzeugen, das mit dem akkumulierten, von dem Akkumulator ausgegebenen Wert korrespondiert.
Automatische Verstärkungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ausgabe von der Verstärkungssteuerung ausgedrückt wird durch das Folgende: y(n) = K × e(n) × |e(n)|, = K × e2(n) (für e(n) > 0), = –K × e2(n) (für e(n) < 0);wobei n eine Abtastzeit für das digitale Eingangssignal ist; y(n) die Ausgabe der Verstärkungssteuerung ist; K eine konstante Verstärkung des ersten Multiplizierers ist; und e(n) ein Fehler ist, der durch den Subtrahierer ausgegeben wird.
Automatische Verstärkungssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der vorbestimmte Bezugswert auf der Basis einer Normalverteilung des eingegebenen Signals eingestellt wird.
Verfahren der Ausgabe eines Verstärkungssteuerungssignals einer automatischen Verstärkungssteuerung, dass umfasst: Abschätzen des Pegels eines eingegebenen digitalen Signals, Berechnen der Differenz zwischen dem geschätzten Pegel und einem vorbestimmten Bezugswert, und Nicht lineares Skalieren der berechneten Differenz durch Multiplizieren einer vorbestimmten konstanten Verstärkung mit dieser Differenz, Berechnen eines absoluten Wertes dieser Differenz und Multiplizieren der Ergebnisse des Multiplikationsschrittes und des Berechnungsschrittes, um einen Steuerungswert auszugeben.
Verfahren der Ausgabe eines Verstärkungssteuerungssignals nach Anspruch 7, das ferner die Berechnung eines akkumulierten Werts des Steuerungswerts umfasst.
Verfahren der Ausgabe eines Verstärkungssteuerungssignals nach Anspruch 8, das ferner die Erzeugung eines modulierten Signals umfasst, welches mit dem akkumulierten Wert korrespondiert.
Verfahren der Ausgabe eines Verstärkungssteuerungssignals nach Anspruch 7, wobei das Skalieren die Ausgabe des Steuerungswerts umfasst, der proportional der dritten Potenz der berechneten Differenz ist.