CN101176260A - 信号强度指示器 - Google Patents

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Abstract

一种用于数字地处理输入信号的装置，所述输入信号容易发生信号强度变化。所述信号(48)被模数地转换成比特流信号(47)，所述比特流信号通过连续的数字值来代表所述输入信号。所述装置具有：信号强度检测电路(32)，用于产生指示过载情况的控制信号，在所述过载情况下信号强度会超过模数转换器(例如，Sigma－Delta调制器)的输入范围。所述信号强度检测电路检测比特流信号中的相邻和相等数字值的序列(49，50)，所述序列具有至少一个预定的长度。所述电路有效和快速地检测过载情况，从而避免了数字处理器中的信号强度检测延迟。

Description

信号强度指示器
技术领域
本发明涉及一种用于数字地处理输入信号的装置，所述输入信号容易发生信号强度变化并通过模数转换器转换成将要处理的比特流信号，所述比特流信号通过连续数字值表示输入信号。
本发明还涉及一种包括所述用于数字地处理模拟输入信号的装置的移动通信设备。
本发明涉及检测模数转换过载的领域，尤其是涉及提供用于自动增益控制的控制信号。
背景技术
文献US 6,538,588披露了一种模数(A/D)转换器，尤其是披露了一种数字通信接收器装置中的Sigma-Delta(∑Δ)型转换器。
在这样一种通信系统中，容易发生信号功率变化的模拟输入信号包括将要与另外的信号分量分离开的信息信号分量。所述模拟输入信号被耦接给A/D转换器的输入求和节点。所述A/D转换器具有至少一个环路，所述环路使产生的数字输出信号循环回到输入求和节点，所述环路包括与提供输出信号的量化器耦接的环路滤波器。A/D转换器的动态范围通过具有可变增益的前置放大器级而被增强，所述前置放大器级的增益受增益控制信号的控制。使用功率检测器来检测模拟输入信号的功率电平以产生增益控制信号。例如可将模拟功率检测器用于输入信号，或者如在US2003/081706中所进一步描述的，可应用数字接收信号强度指示器(RSSI)来控制模拟滤波器电路。例如，在US2004/0161026中，在数字信号处理之后，输入信号中期望的信号部分的功率电平被数字地测量。还可以根据接收器装置的操作模式来设置∑ΔA/D转换器的动态范围。然而，检测用于控制A/D转换器的动态范围的功率电平的已知方法不足够快和精确，并且可能需要复杂的、额外的电路。尤其是在数字处理之后检测期望信号的功率可能是精确的，但由于数字处理所引起的大的延迟使功率检测不会对功率电平变化做出快速响应。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于数字地处理输入信号的装置，所述装置具有不需要复杂电路并能对功率电平变化做出快速响应的信号强度指示器。
为此目的，根据本发明的第一方面，如开头段落中所述的用于数字地处理输入信号的装置包括信号强度检测电路，用于产生指示过载情况的控制信号，在所述过载情况下信号强度会超过模数转换器的输入范围，所述信号强度检测电路包括用于检测比特流信号中的相邻和相等数字值的序列的检测装置，所述序列具有至少一个预定的长度。
为此，根据本发明的第二方面，如开头段落中所述的移动通信装置包括以上用于数字地处理输入信号的装置和用于提供输入信号的接收单元。
模数转换器的输入范围是在最小和最大边界值(例如可在运行上被转换成数字值的输入信号值的最低负值和最高正值)之间的输入信号值的范围。当输入信号超过所述输入范围时，这被称作过载。所述措施具有快速检测模数转换器的过载情况的效果，因为检测电路直接对比特流信号发生作用。令人惊奇的是，所述序列检测只使用非常有限的电路资源就能有效地检测过载情况。
本发明还基于下列认识。对于许多应用来说，当输入信号在模数转换器的动态范围内时，不需要快速和详细的信号强度信息，因为进一步的信号处理是精确的并可提供数字信号强度信息。然而，由于这种处理的性质，会发生延迟，并且不会作出快速响应来改变输入信号情况。此外，当输入信号超过模数转换器的输入范围时，数字信息是不可靠的。本发明者已经了解到直接在比特流信号上检测最大或最小数字值的序列长度提供了快速和可靠的过载检测。因此有利的是通过该数字处理不会延迟信号过载检测，并且由于对比特流信号中的许多连续相等值的简单检测使得信号过载检测是不复杂的，例如减小了集成所需的芯片面积量。此外，在已知的方案中，通常在接收模拟输入信号之后尽可能快地发生从模拟域到数字域的转变，并且在所述域的任何一个中的单个单元中执行功率检测。然而，本发明者已经了解到信号强度检测的部分功能可通过直接以比特流进行的电流过载检测来分开执行，例如就在域转变点之后立即分开执行。因此极强模拟输入信号的影响被立即检测到。
在所述装置的一个实施例中，所述检测装置被布置用于通过检测在所述比特流内出现的最小数字值的连续数量数字信号值或在所述比特流内出现的最大数字值的连续数量数字信号值来检测所述序列，所述连续的数量等于或大于所述预定的长度。其优点是序列的长度例如由二进制比特流信号中的连续一或零的序列被有效地检测。在一个特定实施例中，所述预定长度在8和16之间。令人惊奇的是，这种固定的数量提供了实际输入信号的可靠过载检测。
在所述装置的一个实施例中，所述信号强度检测电路包括过载情况装置，用于根据一个或多个过载标准来检测所述过载情况，所述过载标准包括：在预定检测时间间隔内的多个序列；后续序列的长度；至少出现一个在所述比特流内出现的最小数字值的序列以及至少出现一个在所述比特流内出现的最大数字值的序列。通过应用这种过载标准，将要被处理的信号的信号特性被考虑。这样做的优点是过载情况被精确地检测。
根据本发明的装置的另外的优选实施例在所附权利要求中给出，所附权利要求公开的内容通过参考而被结合到这里。
附图说明
本发明的这些和其它方面通过下面借助示例并参照附图所述的实施例将显而易见，并将参照这些实施例对其进行阐释，其中：
图1表示现有技术的接收器装置的示图；
图2表示数字信号处理器中的具有信号强度检测器的现有技术的接收器装置的示图；
图3表示与模数转换器耦接的信号强度检测器；
图4表示比特流信号；
图5表示Sigma-Delta模数转换器和过载检测单元；以及图6表示多比特Sigma-Delta调制器的输出信号。
不同附图中的相应元件具有相同的参考符号。
具体实施方式
图1表示现有技术的接收器装置的示图。所述装置具有与射频前端12耦接的天线11。来自前端12的模拟信号被耦接给放大器13，所述放大器例如通过在放大器13的输出端处测量模拟信号强度检测器中的信号功率而具有自动增益控制。所述放大器将放大的模拟信号提供给模数转换器14(ADC)，所述模数转换器14将数字信号提供给数字信号处理器15。在这种数字化接收器架构中，A/D转换器出现在接收器电路中的某个地方以将想要信道的信息信号变换到数字域。这种数字化导致更加灵活的接收器架构，例如能够在数字域中进行信道滤波和解调。图中的RF前端12将包括了想要信道的接收到的无线电信号转换成IF频率(其可以是零)，并且还进行初步信号调整(例如放大和信道滤波)以削弱相邻信道和干扰。如果想要信道的信号强度只是太小或太大，则AGC放大器13用于放大或削弱进来的信号以便通过能够将它适当变换到数字域的这种方式对它进行调整。这意味着想要的信号被尽可能近地安置在ADC的最大输入电平处，从而使ADC的噪音成分尽可能低。问题是如何设置AGC。设置AGC的一种方法是以模拟的方式测量ADC的输入功率。这种电路布局(topology)的一个优点是它是快速的，因为是在ADC前面测量输入功率的。这种电路布局还具有一个很大的缺点：它需要复杂的模拟电路。
图2表示数字信号处理器中的具有信号强度检测器的现有技术接收器装置的示图。所述装置具有与图1中类似的基本元件，例如天线11、前端12和模数转换器14。放大器13现在具有将由数字信号处理器25中的接收信号强度指示器(RSSI)产生的控制信号所控制的自动增益控制输入端。因此，所述数字处理器具有RSSI输出信号21。在数字处理器25中，ADC的输出功率被测量并产生指示ADC的输入信号是否太大的RSSI输出信号。由于信号必须首先通过ADC并进行数字处理，以便能够检测输入给ADC的信号是否太小或太大这样的事实，因此这种类型的ADC结构太慢。
图3表示与模数转换器耦接的信号强度检测器。所述装置具有与图1中类似的基本元件，例如天线11、前端12和放大器13，放大器13具有将由与模数转换器31耦接的信号强度检测器32(RSSI)产生的控制信号所控制的自动增益控制输入端。注意所述放大器根据用于从输入信号产生放大信号的控制信号而具有可变增益。所述模数转换器用于将放大的信号转换成比特流信号，所述比特流信号通过连续的数字值表示输入信号。所述比特流信号将在数字信号处理器15中被进一步处理。所述模数转换器可包括一个含有环路滤波器的环路，所述环路滤波器被设计成实现期望的噪音特性和从模拟输入信号到数字输出信号的传递函数。下面说明ADC的实施例。信号强度检测电路32用于产生指示模数转换过载情况的控制信号。在过载情况下，输入信号强度超过模数转换器的输入范围，即要被转换的输入信号值太高或太低。因此，模数转换器的输出信号值将不再与模拟信号的实际值相等，例如正弦波的顶部会变换成与恒定信号值对应的数字信号电平。
信号强度检测电路32具有用于检测比特流信号中的相邻和相等数字值的序列的检测电路。所述检测电路将这种序列的长度与一个预定的长度进行比较，并且当实际长度大于预定长度时，产生一个输出检测信号。信号强度检测电路32可装备有逻辑电路或处理电路以便进一步应用过载标准，例如以预定的检测时间间隔检测许多长序列，如下所述。在信号处理结构(例如用于移动通信的接收器)中，通常将Sigma-Delta调制器用作模数转换器，所述调制器产生比特流信号。
图4表示比特流信号。该图示出了通过模数转换器(ADC)转换的二进制比特流信号，最大信号值为+1，而最小信号值为-1。图的上部41表示在模拟输入信号基本上为零的情况下的第一比特流信号44。因为没有将输入信号施加给ADC，所以输出将在“+1”和“-1”之间反复，从而在数字输出端导致为0的平均值。图的中部42表示在模拟输入信号基本上在ADC输入范围内的情况下的第二比特流信号45。因为有模拟信号46施加给ADC，所以比特流信号变化并且与输入信号对应。输入信号得到的正值越多，产生的“+1”越多。输入信号变为负值越多，产生的“-1”越多。图的下部43表示在模拟输入信号48超过ADC输入范围的情况下的第三比特流信号47。通常，当峰值输入信号幅度开始变得更靠近最大可允许信号(例如，反馈DAC中的正或负参考电压)时，将产生越来越多的连续“+1”和“-1”。当输入信号变得超过参考电压时，调制器被过激励并将产生如由箭头49、50指示的“+1”或“-1”的长序列。通过对连续“+1”和“-1”的数量进行计数来检测过激励情况。如果连续相等信号值的数量多于某一预定的数量，则所述电路检测ADC的过载情况，即调制器被过激励。控制信号被相应地产生并可用于相应地设置前置放大器(AGC)的增益。
图5表示Sigma-Delta模数转换器和过载检测单元。所述Sigma-Delta转换器包括一个具有传递函数H的环路滤波器52、在采样单元53之后的量化器Q，所述采样单元53以采样频率fs对模拟信号采样以提供输出比特流信号Y。
通过fs＝OSR·2·fBW来设置采样频率，其中0SR表示输出采样率，fBW表示所需的带宽。所述环路通过数模转换器(DAC)55提供反馈，并且求和节点51接收(模拟)输入信号X并通过DAC55从所述环路接收反馈信号。所述Sigma-Delta调制器提供噪声成型以抑制信号带宽中的量化噪声，同时保持输入信号不受损害。Sigma-Delta调制器的输出比特流信号Y被耦接给检测电路56，所述检测电路根据检测所需长度的相同信号值的至少一个序列来产生一个控制信号57。同样，检测一系列数字值(例如一(或零))的序列的长度可以以各种方式容易地实现，例如使用类似能复位的计数器、比较器和电平检测器的标准逻辑电路。令人惊奇的是，对于许多应用，比8的预定阈值长度长的连续最大(或最小)值的序列有效表示了过载情况。根据对短过载的期望响应或鲁棒性，更长的阈值可能是更有效的。实际上所述预定的长度可以在8-16的范围内，但当其它值适合将被转换的输入信号或所述模数转换器类型时也可选择其它值。
注意可布置信号强度检测电路的各种实施例以对检测的序列应用另外的过载标准。另外所述信号强度检测电路具有过载情况电路58，用于根据一个或多个过载标准检测过载情况。例如，所述过载标准包括在实际确定和报告过载情况之前对以预定的检测时间间隔发生的预设数量的序列的需求。例如，当由于咔哒噪声尖峰而只有非常短的过载情况时，不改变AGC并持续若干比特错误可能更好，因为设置AGC也可能引发比特错误。
在另一个实施例中，序列的实际长度(很显然至少具有预定的长度)可被结合或被估计施加的加权因数。例如，比预定长度长50％或100％的序列可被指定一个较大的过载预测值。而且还可以考虑后续序列的长度。另一个标准可以是至少出现一个在比特流内出现的最小数字值的序列并且至少出现一个在比特流内出现的最大数字值的序列。这种事件，即在一个有限时期内发生的事件表示输入信号在最大正值和最大负值侧都超过了输入范围。很显然也可能要求存在许多这种序列。
在一个实施例中，信号强度检测电路32包括一个阈值存储器，例如用于存储检测长序列用的长度阈值的寄存器。通过设置阈值的值，预定的长度可用于适应检测期望频率范围内的周期信号分量。例如，可使用载波来调制接收的信号，或者可以将其下变换至已知频率，并且因此所述接收的信号包含相当多的那个频率的周期的信号分量。可使长度阈值适应期望的频率，例如适应其周期长度的25％。
在一个实施例中，所述装置例如在一个集成电路中包括所述模数转换器。在一个特定的情况下，所述模数转换器可以是Sigma-Delta型的，例如用于通过过采样产生单比特值的比特流信号。可选择的，所述Sigma-Delta调制器可产生多比特值。
图6表示多比特Sigma-Delta调制器的输出信号。大图表60表示通过多比特Sigma-Delta调制器转换的多比特输出信号61。细节图表65表示多比特信号62，其为如箭头64所示的输出信号61放大的一部分。假设(正弦)输入信号的峰值刚好在最大输入范围处，在细节图表65中示出了一个连续最大值63的短序列。如果输入信号基本上超过最大输入范围，则一个连续最大值的长序列将出现并将通过检测电路56(图5中)检测到。注意该图示出了一个四阶32级Sigma-Delta调制器的多比特信号。在这样一个信号中，对于随后出现的一(和零)必须监视最高(和最低)输出电平。对于多比特输出信号，一个处于超过预设阈值长度(例如8或10)的最高(或最低)电平的随后一(或零)的序列指示过载情况。注意其它电平不会提供实质的过载信息源，并且因此检测电路可被失活，即只有在最高(和最低)输出电平处才被(再)激活。
除了信号强度指示器之外，所述装置的另外的实施例还可包含具有可变增益的放大器和/或如图3所示的进一步的信号处理或接收器元件。放大器的增益取决于用于产生将由模数转换器转换的放大信号的增益控制信号，所述增益控制信号是通过应用来自信号强度指示器的控制信号而提供的。
虽然已经通过基于具有环路滤波器的Sigma-Delta型模数转换器主要解释了本发明，但注意可以使用产生一系列数字输出值的任何类型的模数转换器(例如带通Sigma-Delta调制器、奈奎斯特转换器等)来实现本发明。所述数字输出值的序列应该以可预测的方式与输入信号电平相对应，但也可以在过载情况下降值来包含相同值的序列。另外还要注意在本文中，单词“包括”并不排除出现所列举那些之外的其它元件或步骤，在元件前面的单词“一”或“一个”并不排除出现多个这种元件，任何参考标记并不限制权利要求的范围，可借助硬件和软件来实行本发明，若干个“装置”可借助相同项的硬件来代表。另外，本发明的范围并不局限于所述实施例，本发明在于上述的每个和各个新颖的特征或特征的组合。

Claims (8)

1.用于数字地处理输入信号的装置，所述输入信号容易发生信号强度变化并被模数转换器(31)转换成将要处理的比特流信号，所述比特流信号通过连续的数字值来代表所述输入信号，所述装置包括：
-信号强度检测电路(32)，用于产生指示过载情况的控制信号，在所述过载情况下信号强度会超过模数转换器的输入范围；
-所述信号强度检测电路(32)包括用于检测比特流信号中的相邻和相等数字值的序列的检测装置(56)，所述序列具有至少一个预定的长度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述检测装置(56)被布置用于通过检测在所述比特流内出现的最小数字值的连续数量数字信号值或在所述比特流内出现的最大数字值的连续数量数字信号值来检测所述序列，所述连续的数量等于或大于所述预定的长度。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述预定长度在8和16之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号强度检测电路(32)包括过载情况装置(58)，用于根据一个或多个过载标准来检测所述过载情况，所述过载标准包括：
-在预定检测时间间隔内的多个序列；
-后续序列的长度；
-至少存在一个在所述比特流内出现的最小数字值的序列并且至少存在一个在所述比特流内出现的最大数字值的序列。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述信号强度检测电路(32)被布置用于使所述预定的长度适应于配合一个期望频率范围中的周期信号分量的检测。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括模数转换器(31)，在特殊情况下所述模数转换器是Sigma delta型的模数转换器，并且/或者被布置用于产生单比特或多比特值的比特流信号。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括根据增益控制信号而具有可变增益的放大器(13)，所述放大器用于产生将由所述模数转换器转换的放大信号，并且所述控制信号构成所述增益控制信号。
8.一种移动通信装置，所述装置包括根据权利要求1到7中的任何一个所述的用于数字地处理输入信号的装置，和用于提供输入信号的接收单元(12)。
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