PATENTES Y MARCAS. Strawinskylaan XX Amsterdam, NL

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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA k 11 N. de publicación: ES k 21 Número de solicitud: k 1 Int. Cl. : H03G 3/ k 12 SOLICITUD DE PATENTE A2 k 22 Fecha de presentación: k 71 Solicitante/es: Alcatel NV Strawinskylaan XX Amsterdam, NL k Prioridad: US k 43 Fecha de publicación de la solicitud: k 72 Inventor/es: Mortensen, Duane Lynn k 43 Fecha de publicación del folleto de la solicitud: k 74 Agente: Ungría Goiburu, Bernardo k 4 Título: Método y dispositivo de control, automático de ganancia en receptores de radio. k 7 Resumen: Método y dispositivo de control, automático de ganancia en receptores de radio. Las señales de realimentación a utilizar en el control de un amplificador de ganancia variable (2) que forma parte de un receptor de radio se obtienen de las señales existentes en el circuito de control automático de ganancia incorporado en un ecualizador en el dominio del tiempo de un receptor, de forma que los circuitos de filtrado paso banda y de detección de señal de realimentación, junto con el dispositivo de linealización del circuito detector requerido en los esquemas de realimentación del estado de la técnica, puedan ser eliminados del esquema general. El dispositivo resultante proporciona un nivel constante a la entrada del conversor analógico-digital incorporado y el lazo resultante se adapta a los cambios de los anchos de banda en banda y base en radiofrecuencia. Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 DESCRIPCION Campo de aplicación. La presente invención está orientada en general al campo de la electrónica y más concretamente a circuitos de control automático de ganancia. Incluso más específicamente, está dirigida a circuitos de control automático de ganancia utilizados en relación con receptores de radio con modulación de amplitud de cuadratura que incorporen ecualización en el dominio del tiempo. Antecedentes. Si se utiliza un ecualizador en el dominio del tiempo en un receptor de radio tal como una radio con modulación de amplitud en cuadratura (QAM), típicamente ya se incorpora un circuito de control automático de ganancia dentro del ecualizador en el dominio del tiempo. De acuerdo con el estado de la técnica la solución para el control automático de ganancia para todo el circuito era detectar la señal, en la forma suministrada al convertidor descendente de frecuencia y finalmente el ecualizador en el dominio del tiempo, y filtrar esta señal en un filtro paso banda, detectarla, linealizarla, filtrada en un filtro paso bajo, realizar una detección de umbral, linealizarla y realimentar la señal resultante como tensión de control a un amplificador de ganancia variable. El filtro paso bajo, el detector, y el detector linealizador pueden ser eliminados usando la señal ya existente en el ecualizador en el dominio del tiempo tanto para la estabilización de la amplitud de la señal de ecualización en el dominio del tiempo como para el control de ganancia global del amplificador de ganancia variable tradicionalmente usado. Esta señal de control automático de ganancia puede proceder de uno de los circuitos de control automático de ganancia usados para cada una de las señales en fase o en cuadratura, o puede ser una señal combinada derivada de las señales en fase y en cuadratura. En cualquier caso, el circuito completo se simplifica considerablemente y además, la señal de amplitud casi constante que aparece en el convertidor A/D reduce la posibilidad de errores y el circuito completo se adapta fácilmente a los cambios de anchura de banda en RF y en banda base. Es por ello un objeto de la presente invención conseguir un circuito de control automático de ganancia mejorado. Otros objetivos y ventajas de la presente invención se deducirán de la lectura de la especificación y reivindicaciones conjuntamente con los dibujos en los que: - la figura 1 es un diagrama de bloques del circuito según el estado de la técnica que incorpora un control automático de ganancia en la ecualización en el dominio del tiempo; - la figura 2 es un diagrama de bloques de la presente invención que obtiene el mismo resultado final que el proporcionado por la figura 1, pero con una fiabilidad y precisión mejoradas bajo condiciones marginales; - la figura 3 muestra más detalles de una parte del ecualizador en el dominio del tiempo de la figura 2; y - las figuras 4 y se usan para explicar el funcionamiento de las partes del ecualizador en el dominio del tiempo de las figuras 2 y 3. Descripción detallada de la invención. En la figura 1 se aplica una señal de entrada a un amplificador de ganancia variable 12 cuya salida alimenta a un mezclador en fase 14, a un mezclador de fase en cuadratura 16 y a un amplificador separador 18. Esta señal de entrada puede ser RF, IF o banda base de acuerdo con los requisitos de ecualización de una aplicación dada. La salida del mezclador en fase 14 alimenta a un filtro banda base 22 que a su vez alimenta a un bloque ecualizador en el dominio del tiempo 24 que obtiene un conjunto de señales de salida digitales 26. Las señales de salida del mezclador de fase en cuadratura 16 alimentan a un filtro banda base 28 que a su vez alimenta a una segunda entrada del ecualizador en el dominio del tiempo 24. Las señales procedentes del amplificador separador 18 pasan a través de un filtro paso banda, un detector 32, un detector linealizador 34, un filtro paso bajo 36, un detector de umbral 38 y un amplificador linealizador a una entrada de control del amplificador de ganancia variable 12. Un circuito de control automático de ganancia de este tipo, de uso en sistemas de RF se describe con más detalle en muchas referencias del estado de la técnica como por ejemplo Microwaves and RF, Agosto 1989, páginas Aunque el circuito mostrado en el artículo referenciado no se configura exactamente como se muestra en la figura 1, ilustra que muchos de los componentes mostrados son de tipo estándar. En la figura 2 una señal de entrada de RF/IF alimenta a la entrada 0 de un amplificador de ganancia variable 2 cuya salida 4 alimenta a un mezclador en fase 6 y a un mezclador de fase en cuadratura 8. Una señal de salida del mezclador en fase 6 alimenta, a través de un filtro banda base, a una primera entrada de un convertidor analógico-digital (A/D) y a un ecualizador en el dominio del tiempo 62, mientras que una señal de salida del mezclador de fase en cuadratura 8 alimenta, a través de un filtro banda base 64, a una segunda entrada del ecualizador en el dominio del tiempo 62. El bloque 62 tiene un conjunto de señales de salida digitales designadas por 66 y tiene una salida de control automático de ganancia 68 que se conecta a la entrada de un amplificador separador 70. La salida del amplificador separador 70 alimenta por medio de un filtro paso bajo 72, un detector de umbral 74 y un amplificador linealizador 76 a una estructura de control del amplificador de ganancia variable 2. El ecualizador en el dominio del tiempo 62 de la figura 2 está dividido en dos partes, siendo la parte superior la encargada de las señales en fase y la parte inferior la encargada de las señales de fase en cuadratura. La figura 3 muestra un diagrama de bloques de una de las dos partes del bloque 62 en el que una señal 80 de uno de los filtros alimenta a un circuito sumador 82 cuya salida alimenta a un convertidor analógico-digital 84. El bloque 84 proporciona una pluralidad de señales a un circuito lógico combinacional 86. Las entradas digitales proporcionan una salida 88 hacia un integrador 90 con un valor lógico dependiente de las entradas digitales. En otras palabras, proporciona un 0 lógico cuando la señal de entrada es

3 meno que un valor de referencia y un 1 lógico cuando es mayor. Estas señales ajustan la salida del integrador de forma realimentada. La salida del integrador 90 se disigna como 92 y es una tensión de control automático de ganancia. Los bloques 86 y 90 comprenden un detector de señal para esta sección del ecualizador en el dominio del tiempo. La señal 92 alimenta a la sección implicada del ecualizador en el dominio del tiempo, estando el ecualizador en el dominio del tiempo designado como 94. El ecualizador en el dominio del tiempo 94 suministra las señales de control automático de ganancia, a través de la conexión 96, a una segunda entrada del sumador 82. La conexión 92 podría ser la misma que la conexión 68 de la figura 2, pero típicamente, las señales de control automático de ganancia de las secciones superior e inferior del ecualizador en el dominio del tiempo se combinan de una manera que efectivamente comprende una etapa central o promedio de las dos señales y este promedio se usa como señal de realimentación a través de la conexión 68. El control automático de ganancia del ecualizador en el dominio del tiempo 62 proporciona solamente, para cada una de las secciones, un margen comparativamente limitado de ajuste de la señal de entrada 80. La figura 4 es una representación de una constelación de una modulación de amplitud en cuadratura de valor dieciséis, codificándose las dieciséis posiciones de datos como palabras dos bitios para cada una de las señales en fase y en cuadratura. Como se ilustra, la esquina inferior izquierda de la constelación recibe la designación 00 y representa los dos bitios más significativos que se suministran al bloque lógico combinacional 86. d2 d1 d0 Nivel Tabla 1 La tabla 1 ilustra como cada una de las dieciséis posiciones de datos de la figura 4 se dividen además en ocho niveles más. De este modo, la constelación completa se divide en una representación de cinco bitios de 32 niveles en cada una de las direcciones en fase (I) y fase en cuadratura (Q). La posición nominal para los datos está en los niveles +0 y -0. Todos los otros niveles se consideran niveles erroneos con respecto al nominal, pero no se consideran errores de bitios de datos. El ecualizador en el dominio del tiempo usa estos niveles de error para determinar los factores de correción necesarios y por tanto, la información de control automático de ganancia. La figura es un resumen de los datos de la tabla 1, tal y como se indicó anteriormente. Si solamente se observa la dimensión Q, los niveles +0, +1, y +3 deberían considerarse como niveles de error positivo. Los niveles -0, -1, -2 y -3 deberían considerarse como niveles de error negativo. Por encima del eje I, los niveles de error positivos corresponderían a una señal por encima del nivel de recepción nominal y niveles de error negativos corresponderían a una señal por debajo del nivel de recepción nominal. Por debajo del eje I, es cierto lo contrario. El bloque de lógica combinacional 86 incluye lógica para determinar si una señal es mayor o menor que un nivel nominal y entonces pone un 1 lógico si es mayor que el nominal y un 0 lógico si es menor. Esta señal se suministra, a través de la conexión 88, a un integrador 90 donde se convierte en una tensión análoga que representa el nivel relativo de la señal que entra al convertidor A/D. Esta tensión se usa en el lazo de realimentación representado por la conexión 92, el ecualizador en el dominio del tiempo 94 y la conexión 96 para controlar el ecualizador en el dominio del tiempo y para suministrar la tensión del detector para controlar el lazo de control automático de ganancia mostrado en la figura 2. Como se comprenderá, un conjunto similar de señales en la dimensión I o en fase se requerirá también para especificar cual de las columnas se está detectando en un momento dado. La dimensión Q solamente puede definir la fila específica. La combinación de estas dos señales define, por tanto, cuál de las 16 posiciones de datos setrataenunmomentodado. Funcionamiento. En el estado de la técnica para estabilizar el nivel de las señales que aparecen en la conexión de la figura 1, cuya amplitud varía fuertemente, se utiliza un circuito de control de ganancia. Podría ser una ganancia variable o un atenuador variable, pero necesariamente tiene que ser algo similar a la figura 1. De esta manera el nivel de la señal en la conexión es relativamente estable comparado con el nivel de señal en la conexión. En cualquier caso, todavía puede haber cambios en los mezcladores 14 y 16 así como en los filtros 22 y 28. En cualquier caso, el circuito del estado de la técnica requería, típicamente, un separador para prevenir la carga de la señal de salida del amplificador 12, un filtro paso banda para limitar las frecuencias a realimentar a aquellas de interés, un detector 32 y luego un linealizador para compensar las no linealidades en el detector 32. Sólo es de interés la baja frecuencia o señal de control de CC a la salida del detector 32 y por tanto, ese requeriría el filtro paso bajo 36 junto con un detector de umbral 38 y un amplificador linealizador. El amplificador linealizador sirve para compensar las no linealidades en la respuesta del amplificador de ganancia variable 12. La presente invención sirve para eliminar parte de la circuitería que se muestra en la figura 1 así como para proporcionar una estabilidad mejorada de las señales para los convertidores A/D en las dos partes del ecualizador en el dominio del tiempo 24. La figura 2 muestra el presente concepto donde se observará que no se requiere un detector y un detector linealizador en el lazo de realimentación puesto que ya hay un detector dentro del ecualizador en el dominio del tiempo usado para estabilizar las señales internas al ecualizador en 3

4 el dominio del tiempo. En la figura 3 el detector ensencialmente está constituido por los bloques 86 y 90. Todavía se requiere un separador 70 para prevenir la carga del circuito en el ecualizador en el dominio del tiempo y aún se utiliza un filtropasobajoparaproporcionaresencialmente sólo la componente continua de la señal detectada como señal de control. El detector de umbral 74 hace uso de una tensión de referencia para establecer la tensión de control para una ganancia dada. Esto es necesario para desplazar los requisitos del amplificador de ganancia variable 2. Una realización de la invención no requería un amplificador linealizador porque las características del amplificador eran lineales. El circuito de la figura 3 proporciona más detalles sobre los contenidos del ecualizador en el dominio del tiempo, a pesar de que los contenidos de un ecualizador en el dominio del tiempo son razonablemente bien conocidos para aquellos expertos en la técnica de receptores QAM. Las señales digitales de salida en los terminales 26 ó 66 de las figuras 1 y 2 son esencialmente las salidas de los dos convertidores A/D tal como el conversor 84 de la figura 3. Los bitios de la componente en cuadratura y de la componente en fase se combinan lógicamenteenuncircuito posterior para definir no solamente cuál de las 16 posiciones de datos está siendo representada por la señal entrante, sino la fase de la componente en que se representa la posición del dato. El método en que estas señales se combinan está más alládel objetivo de la presente invención que solamente se refiere al control automático de ganancia. Como se mencionó previamente, los cinco bitios combinados en la lógica combinacional 86 proporcionan un 0 lógico si la señal es de menor amplitud que el eje I y un 1 lógico si la señalesmayorqueelejei.silaseñal tiene el nivel nominal, la realimentación hace que el sistema funcione dentro de un margen muy pequeño. Si es mayor que el nivel nominal tanto en el margen de error positivo como en el negativo, se desplaza la señal de tal forma que cae dentro del nivel nominal. De los diagramas de las figuras 4 y, y de la tabla 1 se deduce que el bitio más significativo ód4definesiestá por encima o por debajo de un eje tal como el eje I para las señales de fase Q, mientras que el bitio d3 define si está enla parte superior o inferior de ese lado del eje I. Los bitios d0, d1 y d2 definen el nivel de amplitud de la señal del error a pesar de que el integrador 90 sólo ve 1 y 0 lógicos. Aunque este sistema podría ciertamente diseñarse y está dentro del concepto de la presente invención, el circuito para esta solución es más simple. De lo anteriormente descrito, se deduce que el lazo de realimentación del estado de la técnica de la figura 1 tiene limitaciones de prestaciones re lacionadas con el nivel de señal en el convertidor A/D 84. Este nivel puede cambiar con las variaciones de ganancia entre el amplificador de ganancia variable 2 y el convertidor A/D. Además, la potencia fuera de banda en el lazo está limitada por la acción del filtro paso banda. La presente invención tiene las ventajas de que el nivel permanece constante a la entrada del convertidor A/D 84. Debido a que el detector de la presente invención, que comprende los bloques 86 y 90, tiene una entrada digital, el detector es lineal y no necesita la linealización requerida en el bloque 34 del estado de la técnica. El lazo se adapta a los cambios de anchos de banda de RF/banda base mientras que la versión del estado de la técnica requiere cambios de diseño en el filtro paso banda con diferentes frecuencias de banda base. Además, el detector de la presente invención recibe sólolaseñal de interés y no tiene que distinguir o ignorar señales extrañas como se exigía al detector 32 del estado de la técnica. Como será conocido para aquellos expertos en la técnica, la función de ecualizador en el dominio del tiempo 62 es limitar los efectos de la interferencia entre símbolos. En un sistema QAM, el ecualizador en el dominio del tiempo también contiene información sobre la frecuencia relativa del receptor con respecto al transmisor así como el grado de cuadratura de la constelación recibida de datos. La etapa central de un típico ecualizador en el dominio del tiempo también puede contener circuitos que midan el nivel de potencia de la señal en el convertidor A/D. El ecualizador en el dominio del tiempo usa toda esta información para controlar los multiplicadores que adaptativamente conforman los impulsos recibidos para corregir los erores anteriores. Por tanto, el ecualizador en el dominio del tiempo tiene una capacidad limitada de control automático de ganancia, usualmente no más de 3-6 db de margen. El circuito recientemente mencionado en estándar en diseños de ecualizadores en el dominio del tiempo y no requiere utilizar el concepto inventivo de usar el detector de control automático de ganancia existente en el ecualizador en el dominio del tiempo para proporcionar la señal para todo el lazo de control automático de ganancia, incluyendo el amplificador de ganancia variable, y de eliminar el circuito típicamente usado en el estado de la técnica. Por ello se reivindica un control automático de ganancia de un circuito receptor que usa un ecualizador en el dominio del tiempo como fuente de señal de control automático de ganancia. Mientras se ha discutido la invención con respecto a receptores de radio convencionales, el concepto también puede usarse en muchas otras aplicaciones que incorporan ecualizadores tales como un radio de AM (amplitud modulada) digital. 6 4

5 REIVINDICACIONES 1. Método de control automático de ganancia en receptores de radio que comprende los pasos de: a) amplificación con ganancia controlable de una señal de entrada para proporcionar una primera señal de amplitud variable; b) filtrado de dicha primera señal para generar segundas señales analógicas; c) ecualización en el dominio del tiempo de dichas segundas señales mediante una conversión analógico-digital, combinación lógica e integración de la misma para generar una tercera señal de control automático de ganancia y entrega de una representación de dicha tercera señal a un sumador a la entrada del ecualizador en el dominio del tiempo para controlar la ganancia de la parte del ecualizador en el dominio del tiempo del receptor de radio; y d) filtrado y detección de umbral de dicha tercera señal antes de usarla para el control de ganancia de la etapa de amplificación del aparato a). 2. Dispositivo de control, automático de ganancia para uso en receptores de radio, que comprende combinados: - medios de amplificación controlados, incluyendo señal de entrada, señal de salida y medios de entrada de señal de control, para amplificar controladamente una señal de entrada aplicada a los mismos; - medios de ecualización en el dominio del tiempo, incluyendo salida de señal de control automático de ganancia, medios de entrada de señal y de salida de señal ecualizada conectados a dicha salida de señal de dichos medios de amplificación controlados; y - medios de realimentación, conectados entre dicha salida de señal de control automático de ganancia y dicha entrada de señal de control de dichos medios de amplificación controlados. 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dichos medios de realimentación incluyen: - medios de filtrado de lazo de modificación de señal (72); y - medios de detección de umbral (74). 4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la conexión entre dichos medidos de amplificación controlados y dichos medios de entrada de dichos medios de ecualizador en el dominio del tiempo incluye medios mezcladores (6, 8) y medios de filtrado en banda base (, 6) para separar la señal procedente de dichos medios de amplificación controlados en sus componentes en fase y cuadratura antes de ecualizar el resultado

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