СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ Российский патент 2020 года по МПК H03G3/20 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к автоматической регулировке усиления, и может быть использовано в системах беспроводной радиосвязи, в частности, в модеме, получающем сигналы в виде пакетов данных с временным разделением каналов.

Пакетные модемы с временным разделением каналов используются как в системе однонаправленной связи, для работы в дуплексном режиме на одной частоте, так и в системе многонаправленной связи, когда одна базовая станция работает с несколькими абонентами. При этом значительно экономятся аппаратные ресурсы, т.к. нет необходимости использовать на базовой станции отдельных приемо-передатчиков для каждого направления связи, также упрощается программная и аппаратная часть абонентского оборудования. Обмен данными в такой системе требует точной временной синхронизации, обычно ведущим времязадающим звеном является именно базовая станция. Вместе с тем, повышаются требования к программной обработке на стороне базовой станции, т.к. каждый временной канал требует отдельной подсистемы символьной и временной синхронизации, компенсации искажений в среде передачи, автоматической регулировки усиления (АРУ). АРУ является адаптивной системой, которая позволяет модемному оборудованию работать в широком динамическом диапазоне сигналов на антенном входе, сохраняя при этом постоянный уровень сигнала на входе демодулятора. Общее представление об АРУ известно в данной области и используется в большинстве модемов. В системе многонаправленной связи, в особенности при работе базовой станции с мобильными абонентами, уровень входного сигнала от каждого абонента может значительно отличаться. Один из абонентов может находиться очень близко к базовой станции, а другой на максимальном удалении. Это приводит к разности входных уровней мощности в соседних временных каналах, достигающих 60 дБ и более. При работе в движении эффекты многолучевых замираний приводят дополнительно к высокой скорости изменения уровня сигнала в каждом отдельном канале. Дополнительно, увеличение степени модуляции сигналов, повышает требования к точности удержания целевого уровня сигнала на входе демодулятора.

Известен способ автоматической регулировки усиления (WO/2003/071695, опубл. 28.08.2003 г.), являющийся наиболее близким по технической сущности и принятый за прототип, заключающийся в том, что на первом этапе осуществляют инициализацию регулируемых блоков, при которой затухание высокочастотного (ВЧ) аттенюатора устанавливают в 0 дБ (минимальное затухание), флаг захвата АРУ сбрасывают, указывая на то, что АРУ не захватила входящий сигнал, использующийся при суммировании нескольких значений амплитуды входного сигнала, счетчик усреднения сигнала сбрасывают в ноль. После инициализации параметров, может быть выполнена необязательная операция корректировки разбаланса квадратур I и Q. Добавляют временную задержку, необходимую для компенсации времени, требуемого для того, чтобы значения, записанные в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), отобразились в виде соответствующего этим значениям напряжения на выходе ЦАП. По истечение временной задержки, считывают значения квадратур I и Q, поступающие на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Если используется оцифровка сигнала промежуточной частоты, то корректировка разбаланса квадратур не требуется. Затем значения I и Q проверяют на ограничение. Если был установлен флаг захвата АРУ, то проверку на ограничение сигнала не производят, т.к. предполагают, что сигнал находится в пределах допустимого диапазона значений, и вычисляют амплитуду сигнала. Если I или Q находится в ограничении, то проверяют последнее значение уровня усиления, записанное в ЦАП. Если величина усиления минимальна, т.е. снизить коэффициент усиления усилителя невозможно, при помощи подключаемого аттенюатора вводят затухание К дБ, где К – это величина затухания аттенюатора. Это затухание должно привести сигнал в допустимый диапазон регулировки. Значение уровня усиления усилителя также корректируют, для приведения сигнала в заданный диапазон регулировки. Если коэффициент усиления выше минимального значения, то его можно ступенчато снижать, пока не будет достигнута требуемая рабочая точка. Если условие ограничения сигналов I и Q оказалось ложным, вычисляют амплитуду вектора сигнала. Вычисленные значения накапливают в аккумуляторе. Счетчик усреднения при этом инкрементируется, и значение счетчика сравнивают с заданной величиной периода накопления. Если период накопления не истек, конечный автомат снова переходит к считыванию значений АЦП и вычислению нескольких значений амплитуды входного сигнала. Если период накопления истек, счетчик усреднения сбрасывают в ноль, чтобы начать новый цикл усреднения. Усредненное значение с аккумулятора в следующем состоянии сравнивают с заданным уровнем регулировки АРУ. Если значение аккумулятора находится в пределах окна регулировки, то выставляют сигнал (флаг) захвата АРУ. Если сигнал находится вне окна регулировки, более чем в 3 дБ от заданной рабочей точки АРУ, то флаг захвата АРУ сбрасывают. Более высокие степени модуляции пакетов данных требуют более точного АРУ и, следовательно, требуют более длительного времени интеграции и более точного детектирования захвата. Учитывая, что типичная желаемая амплитуда равна половине максимального диапазон АЦП преобразователей, это приводит к разнице между требуемой точкой и ограничением 3 дБ по амплитуде напряжения (или 6 дБ по уровню мощности). Следовательно, если предположить, что сигнал был точно в предельном положении, сигнал должен быть снижен на 6 дБ в мощности, чтобы получить нужную рабочую точку. Коэффициент усиления сигнала уменьшают более чем на 6 дБ, поскольку есть вероятность того, что входящий сигнал больше, чем точное ограничение. Если сигнал не в ограничении, производят измерение того, насколько требуется изменить усиление, чтобы получить желаемую рабочую точку. Это измерение включает в себя усреднение амплитуд вектора сигнала за N отсчетов и, используя это значение, получают требуемую коррекцию коэффициента усиления с помощью справочной таблицы. После сброса флага захвата АРУ, период интеграции N устанавливают на меньшее количество отсчетов. Потеря блокировки не исключает возможности того, что коэффициент усиления может быть скорректирован на следующем цикле к правильной желаемой рабочей точке. Таким образом, конечный автомат продолжает корректировать усиление обычным образом, описанным выше.

В качестве недостатков известного способа можно отметить следующее:

- ограничение по скорости реакции АРУ при установке точного уровня входного сигнала для отдельного канала;

- низкая помехоустойчивость, т.к. захват АРУ должен быть произведен за время приема преамбулы пакета данных, то интервал усреднения берется относительно короткий, и влияние помех существенно, следовательно, имеются ограничения на полосу принимаемого сигнала и на длительность пакетов данных и длительность преамбулы в этих пакетах данных;

- управление АРУ происходит как в момент приема преамбулы, так и может происходить в период приема основного потока данных, что может приводить к битовым ошибкам в приеме данных.

Известен автоматический регулятор усиления (US 6222472, опубл. 24.04.2001 г.), включающий усилитель с автоматической регулировкой усиления, первый и второй АЦП для преобразования аналогового сигнала, выводимого из усилителя в первом и втором каналах, в первый и второй цифровые сигналы, соответственно, первый блок оценки мощности, подключенный к первому АЦП, для оценки мощности сигнала, введенного в первый канал АЦП, второй блок оценки мощности, связанный со вторым АЦП, для оценки мощности сигнала, введенного во второй канал АЦП. Сумматор, обеспечивающий сигнал суммарной мощности, представляющий объединенную мощность в первом и втором аналого-цифровых каналах. Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (далее-БИХ фильтр), связанный с сумматором для фильтрации сигнала суммарной мощности и ослабления шумов и помех. Компаратор, принимающий отфильтрованную суммарную выходную мощность от БИХ фильтра и сравнивающий ее с минимальным и максимальным пороговым значением. После достижения любого из пороговых значений компаратор выводит значение усиления АРУ, соответствующее достигнутому пороговому значению. Входной первый ЦАП, подключенный к компаратору, для преобразования выходного сигнала от компаратора из цифрового в аналоговый сигнал. Второй ЦАП, подключенный к первому ЦАП для преобразования из выходного сигнала из первого ЦАП в аналоговый сигнал управления АРУ и подачи сигнала управления АРУ к усилителю.

В данном устройстве не реализован многоканальный режим передачи пакетов данных. Также недостатками устройства является малый динамический диапазон, повышенный уровень собственных шумов приемного тракта и искажения сигналов.

Известно устройство АРУ, обеспечивающее многоканальную передачу пакетов данных (WO/2003/071695, опубл. 28.08.2003 г.), реализующее способ-прототип, наиболее близкое по технической сущности и принятое за прототип, которое содержит ВЧ блок, соединенный с антенной, процессор передачи, блок передачи основной полосы частот, блок приема основной полосы частот, процессор приема. ВЧ блок принимает сигналы квадратуры I и Q, которые генерированы блоком передачи основной полосы частот, которая в свою очередь принимает М-битовые цифровые сигналы от процессора передачи. При этом ВЧ блок содержит двухуровневый ВЧ аттенюатор, управляющийся при помощи сигнала управления, и ВЧ конвертор. В режиме приема ВЧ блок выдает сигналы квадратуры I и Q на вход блока приема основной полосы частот, которая включает первый и второй одноканальные фильтры нижних частот (ФНЧ) для фильтрации и выравнивания сигналов I и Q, первый и второй одноканальные усилители переменного усиления (УПУ) для регулировки усиления поступающих сигналов для обеспечения пределов необходимого динамического диапазона, а также первый и второй одноканальные АЦП. При этом сигнал квадратуры I поступает на первый одноканальный ФНЧ, который связан с первым одноканальным УПУ, который в свою очередь связан с первым одноканальным АЦП. Сигнал квадратуры Q поступает на второй одноканальный ФНЧ, который связан с вторым одноканальным УПУ, выход которого связан с входом второго одноканальным АЦП. Выходы первого и второго одноканальных АЦП связаны с первым и вторым входом цифрового процессора.

Недостатками устройства прототипа являются:

- повышенный уровень собственных шумов приемного тракта при недостаточном усилении на входе элементов промежуточных преобразований;

- ограничение по скорости реакции АРУ при установке точного уровня входного сигнала для отдельного канала;

- малый динамический диапазон, т. к. в устройстве используется один двухуровневый ВЧ аттенюатор и по одному УПУ для каждого из сигналов I и Q, коэффициенты усиления которых изменяются не более чем на 30 Дб;

- возможность искажения принимаемого сигнала, т.к. двухуровневый аттенюатор не обеспечивает поддержание оптимального уровня сигнала во всем динамическом диапазоне приемника, что особенно критично при высоких степенях модуляции (QAM64 и выше), т.е. отдельные элементы входного тракта могут уходить в нелинейный режим.

Задачей группы изобретений является создание способа АРУ с временным разделением каналов и устройства для его реализации, обеспечивающих высокоскоростной многоканальный прием пакетов данных с высоким уровнем точности входного сигнала для каждого отдельного канала.

Техническим результатом, достигаемым заявленным способом АРУ, является увеличение скорости реакции АРУ при установке точного уровня входного сигнала для каждого отдельного канала в многоканальном режиме работы, снижение уровня битовых ошибок при приеме пакетов данных.

Техническим результатом, достигаемым заявленным устройством АРУ, является повышение качества принимаемого сигнала путем повышения помехоустойчивости, снижения собственных шумов и уровня искажения сигналов, расширение динамического диапазона, увеличение скорости реакции АРУ при высокой точности установки уровня входного сигнала.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способ автоматической регулировки АРУ, содержащий этапы, на которых инициализируют параметры регулируемых блоков, участвующие в АРУ, проверяют значение квадратур I и Q сигналов, приходящие с АЦП, на ограничение, при наличии сигнала об ограничении снижают/повышают уровни усиления УПУ и аттенюаторов, при отсутствии сигналов об ограничении определяют уровень настройки усиления для удержания сигнала в заданном диапазоне, переводят значение текущего усиления из децибел в коды управления и подают их на аттенюаторы и усилители согласно изобретению после этапа инициализации параметров регулируемых блоков и перед этапом проверки значений квадратур на ограничение I и Q сигналов, определяют режим работы. При этом при выборе пакетного режима устанавливают режим обнаружения абонента, действующий до появления сигнала захвата синхронизации от приемной части (ПРМ). Причем при отсутствии синхронизации в i-м канале устанавливают параметры режима захвата в i-м канале, при котором сигнал разрешения приема пакета данных в i-м канале коммутируется напрямую на сигнал разрешения усреднения соответствующего (i-го) блока усреднения, и инерционность усреднения текущего блока усреднения в режиме обнаружения уменьшается для ускорения захвата сигнала. После того, как уровень усиления сигнала от абонента в соответствующем канале будет достаточен для захвата синхронизации, устанавливают параметры режима удержания АРУ, при котором выполняется цикл регулировки для поддержания уровня сигнала в заданном диапазоне значений. При этом после этапа перевода значения текущего усиления из децибел в коды управления и подачи их на аттенюаторы и УПУ, сохраняют коды управления в памяти оперативно-запоминающего устройства (ОЗУ), которые считывают из памяти ОЗУ в момент технологического зазора, образованного между приемами пакетов данных, и подают их на аттенюаторы и УПУ. При установке параметров режима удержания АРУ в момент наличия сигнала разрешения приема пакета данных с приемной части и уровня сигнала с АЦП, превышающего заданный порог сигнал разрешения усреднения для блоков усреднения, формируют в момент начала приема пакета данных, при этом разрешение усреднения снимают через период времени, равный длительности пакета данных. Причем после этапа инициализации параметров регулируемых блоков и при выборе режима, отличного от пакетного, вводят этап таймаута, заключающийся в добавлении периода времени после управляющего воздействия, в течение которого не производится оценка уровня принимаемого сигнала.

Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что в устройство АРУ, содержащее высокочастотный блок, который включает ВЧ аттенюатор, связанный с ВЧ конвертором, блок приема основной полосы частот, цифровой процессор, согласно изобретению введены смеситель, в ВЧ блок аттенюатор промежуточной частоты (ПЧ аттенюатор), при этом выход ВЧ конвертора связан с входом ПЧ аттенюатора, выход которого связан с входом смесителя, причем блок приема основной полосы частот включает первый, второй и третий двухканальные УПУ, двухканальный ФНЧ, двухканальный АЦП, первый, второй и третий ЦАП, при этом первый и второй выходы смесителя связаны с первым и вторым входами первого двухканального УПУ, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами второго двухканального УПУ, первый и второй выходы второго двухканального УПУ связаны с первым и вторым входами двухканального ФНЧ, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами третьего двухканального УПУ соответственно, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами двухканального АЦП соответственно, причем выходы первого, второго и третьего ЦАП связаны с третьими входами первого, второго и третьего двухканальных УПУ соответственно, при этом цифровой процессор включает блок оценки мощности I, блок оценки мощности Q, сумматор, по меньшей мере два блока усреднения, коммутатор, компаратор, пороговый детектор, блок основной логики управления, ОЗУ, при этом входы блока оценки мощности I и блока оценки мощности Q связаны с первым и вторым выходами двухканального АЦП соответственно, выходы блока оценки мощности I и блока оценки мощности Q связаны с первым и вторым входом сумматора соответственно, выход которого связан с первыми входами по меньшей мере двух блоков усреднения и входом порогового детектора, выход которого связан с первым входом блока основной логики управления, вторые входы по меньшей мере двух блоков усреднения связаны по меньшей мере с двумя выходами блока основной логики управления, выходы по меньшей мере двух блоков усреднения связаны по меньшей мере с двумя входами коммутатора, выход которого связан с входом компаратора, выход компаратора связан с вторым входом блока основной логики управления, первый выход которого связан с входом коммутатора, второй, третий и четвертый выходы блока основной логики управления связаны с входами первого, второго и третьего ЦАП соответственно, пятый и шестой выходы блока основной логики управления связаны с входами ВЧ аттенюатора и ПЧ аттенюатора соответственно, седьмой выход блока основной логики управления связан с ОЗУ. Третий и четвертый входы блока основной логики управления связаны с приемной частью и передающей частью для получения сигналов управления.

Группа изобретений иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана блок-схема предлагаемого способа АРУ, на фиг.2 – структурная схема устройства АРУ, реализующего предлагаемый способ АРУ, на фиг. 3 – функциональная схема цифрового процессора.

Реализация заявленного способа представлена на блок-схеме (см. фиг.1). На первом этапе инициализируют параметры регулируемых блоков 1.1, а именно, значения аттенюаторов устанавливают на максимальное затухание, уровни УПУ через ЦАП устанавливают на минимум, в ячейки памяти ОЗУ записывают начальные уровни аттенюаторов и УПУ для всех N каналов, сбрасывают флаги (индикация) захвата синхронизации по всем каналам, обнуляют все переменные и счетчики. Блоки усреднения сбрасывают и в зависимости от текущего режима работы устанавливают переменные времени (инерционность усреднения) блоков усреднения. На следующем этапе устанавливают режим работы 1.2 модема: пакетный или непрерывный. При выборе пакетного режима 1.3 в каждом канале независимо на начальном этапе устанавливают режим обнаружения абонента 1.4. Этот режим действует до момента появления сигнала захвата синхронизации 1.5 от ПРМ. При отсутствии синхронизации в i-м канале устанавливают параметры режима захвата в i-м канале 1.7: сигнал разрешения приема пакета данных в i-м канале коммутируется напрямую на сигнал разрешения усреднения соответствующего (i-го) блока усреднения, и инерционность усреднения текущего блока усреднения в режиме обнаружения уменьшается для ускорения захвата сигнала. После того, как уровень усиления сигнала от абонента в соответствующем канале будет достаточен для захвата синхронизации, на блок основной логики управления приходит сигнал о наличии синхронизации от ПРМ и устанавливают параметры режима удержания АРУ в i-м канале 1.6. При этом выставляется флаг захвата АРУ. После захвата синхронизации для более точного поддержания уровня сигнала инерционность усреднения блока усреднения увеличивается. При установке параметров режима удержания АРУ 1.6 выполняют основной цикл регулировки для поддержания уровня сигнала в заданном оптимальном диапазоне значений. Сигнал разрешения усреднения для блоков усреднения формируется в момент начала приема пакета данных, при соблюдении двух условий: присутствует сигнал разрешения приема пакета данных с ПРМ и уровень сигнала с АЦП превышает заданный порог, который вырабатывается пороговым детектором. Разрешение усреднения снимается через период времени, равный длительности пакета данных. При установке параметров режима удержания АРУ 1.6 между приемами пакетов данных образуется технологический зазор, в момент которого устанавливают уровень усиления: по номеру канала считывают из соответствующей ячейки памяти ОЗУ коды управления для регулировки усиления, которые затем выдаются на аттенюаторы и УПУ, тем самым позволяя избежать битовых ошибок при приеме пакетов данных. В случае отсутствия абонента, текущий канал остается в режиме обнаружения 1.4. Логика регулировки усиления для режима обнаружения абонента 1.4 и для установки параметров режима удержания АРУ 1.6 для всех каналов строится на одинаковом принципе управления, описанном ниже. Значения квадратур I и Q, приходящие с АЦП проверяют на ограничение 1.8. Если бит «overflow» в АЦП сигнализирует об ограничении, то снижается или повышается уровень усиления сигнала 1.9: вводится затухание 6 дБ на том исполнительном устройстве (аттенюатор, УПУ), в зоне действия которого находится рабочая точка АРУ в данный момент. Затем значение текущего усиления переводится из децибел в коды управления для аттенюаторов и УПУ 1.11. Если значения АЦП находятся в пределах рабочей точки АРУ, то определяется уровень настройки усиления для удержания сигнала в канале в заданном диапазоне 1.10. Если значение сигнала ниже целевого уровня, происходит увеличение усиления на величину от 0,5 дБ до 3 дБ в зависимости от величины разности значений и режима работы (обнаружение или удержание). Если значение сигнала выше целевого уровня, аналогично производится снижение усиления на ту же величину. Затем значение текущего усиления переводится из децибел в коды управления для аттенюаторов и УПУ 1.11. После того как на исполнительные устройства будут поданы управляющие сигналы, значения кодов управления для данного канала записываются в соответствующие ячейки памяти ОЗУ 1.12. В непрерывном режиме задействован один канал. Дополнительно в цикл управления вводится таймаут 1.13: добавление периода времени после управляющего воздействия, в течение которого не производится оценка уровня принимаемого сигнала. Это необходимо для того, чтобы отработали исполнительные устройства, и было произведено усреднение измененного уровня сигнала на блоке усреднения, во избежание самовозбуждения системы АРУ.

Таким образом, предложенный способ позволяет увеличить скорость реакции АРУ при точной установке уровня входного сигнала путем введения пакетного режима работы, при котором формируются и сохраняются в ОЗУ коды управления исполнительными устройствами для каждого отдельного канала, затем при поступлении пакетов данных считываются и передаются на исполнительные устройства. Также обеспечивает снижение уровня битовых ошибок путем введения технологических зазоров, образованных в момент времени между передачей пакетов данных.

Устройство АРУ, реализующее предлагаемый способ, содержит (см. фиг. 2) ВЧ блок, включающий многоуровневый ВЧ аттенюатор 2.1, ВЧ конвертор 2.2 и ПЧ аттенюатор 2.3, смеситель 2.4, цифровой процессор 2.5, блок приема основной полосы частот, включающий первый двухканальный УПУ 2.6, второй двухканальный УПУ 2.7, двухканальный ФНЧ 2.8, третий двухканальный УПУ 2.9, двухканальный АЦП 2.10, первый ЦАП 2.11, второй ЦАП 2.12, третий ЦАП 2.13. Цифровой процессор 2.5 включает (см. фиг. 3) блок оценки мощности I 2.14, блок оценки мощности Q 2.15, сумматор 2.16, по меньшей мере два блока усреднения: первый блок усреднения 2.17, второй блок усреднения 2.18, коммутатор 2.19, компаратор 2.20, блок основной логики управления 2.21, пороговый детектор 2.22, ОЗУ 2.23.

ВЧ аттенюатор 2.1, связан с ВЧ конвертором 2.2. Выход ВЧ конвертора 2.2 связан с входом ПЧ аттенюатора 2.3, выход которого связан с входом смесителя 2.4, первый и второй выходы смесителя 2.4 связаны с первым и вторым входами первого двухканального УПУ 2.6, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами второго двухканального УПУ 2.7, первый и второй выходы второго двухканального УПУ 2.7 связаны с первым и вторым входами двухканального ФНЧ 2.8, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами третьего двухканального УПУ 2.9, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами двухканального АЦП 2.10, причем выходы первого, второго и третьего ЦАП 2.11, 2.12, 2.13 связаны с третьими входами первого, второго и третьего двухканальных УПУ 2.6, 2.7, 2.9 соответственно. Входы блока оценки мощности I 2.14 и блока оценки мощности Q 2.15 связаны с первым и вторым выходами двухканального АЦП 2.10 соответственно. Выходы блока оценки мощности I 2.14 и блока оценки мощности Q 2.15 связаны с первым и вторым входом сумматора 2.16 соответственно, выход которого связан с первыми входами по меньшей мере двух блоков усреднения 2.17, 2.18 и входом порогового детектора 2.22, выход которого связан с первым входом блока основной логики управления 2.21. Вторые входы по меньшей мере двух блоков усреднения 2.17, 2.18 связаны по меньшей мере с двумя выходами блока основной логики управления 2.21. Выходы по меньшей мере двух блоков усреднения 2.17, 2.18 связаны по меньшей мере с двумя входами коммутатора 2.19, выход которого связан с входом компаратора 2.20. Выход компаратора 2.20 связан с вторым входом блока основной логики управления 2.21, первый выход которого связан с входом коммутатора 2.19. Второй, третий и четвертый выходы блока основной логики управления 2.21 связаны с входами первого, второго и третьего ЦАП 2.10, 2.11, 2.12 соответственно, пятый и шестой выходы блока основной логики управления 2.21 связаны с входами ВЧ аттенюатора 2.1 и ПЧ аттенюатора 2.3 соответственно, седьмой выход блока основной логики управления 2.21 связан с ОЗУ 2.23. Третий и четвертый входы блока основной логики управления 2.21 связаны с ПРМ и ПРД для получения сигналов управления.

Устройство АРУ работает следующим образом.

При первичном приеме сигнала от абонента ВЧ аттенюатор 2.1 и ПЧ аттенюатор 2.3 настроены на максимальном затухании. Первый второй и третий двухканальные УПУ 2.6, 2.7, 2.9 находятся на минимальном усилении. В памяти ОЗУ 2.23 записываются начальные уровни исполнительных устройств (ВЧ аттенюатора 2.1, ПЧ аттенюатора 2.3, первого, второго и третьего двухканальных УПУ 2.6, 2.7, 2.9). На ВЧ аттенюатор 2.1 с антенны поступает пакет данных от абонента, где регулируется уровень сигнала (регулировка уровня сигнала будет описана далее по тексту). Затем сигнал проходит через ВЧ конвертор 2.2, где переносится в промежуточную частоту. В ПЧ аттенюаторе 2.3 сигнал, при необходимости, регулируется, снижаются шумы, далее поступает на смеситель 2.4, где разделяется на квадратуры I и Q. Откуда квадратуры I и Q сигналов поступают на первый двухканальный УПУ 2.6 и затем на второй двухканальный УПУ 2.7, где, при необходимости, регулируется уровень их усиления, снижаются шумы, затем на двухканальный ФНЧ 2.8 для фильтрации частоты и снижения помех. В третьем двухканальном УПУ 2.9 квадратуры I и Q сигналов, при необходимости, регулируются и через двухканальный АЦП 2.10, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровой, поступают в цифровой процессор 2.5, где в блоке оценки мощности I 2.14 и блоке оценки мощности Q 2.15 принятая мощность оценивается, и сумматор 2.16 рассчитывает полную входную мощность. Далее полная входная мощность поступает на пороговый детектор 2.22, где сравнивается уровень мощности с заданным значением, если уровень превышает, то сигнал о превышении порогового значения поступает на блок основной логики управления 2.21. Блок основной логики управления 2.21 после получения сигнала о превышении порогового значения, подает команду одному из блоков усреднения, например, блоку усреднения 2.17 принять пакет данных. Блок усреднения 2.17 фильтрует поступающую мощность, удаляя шумы и помехи из поступающих сигналов, усредняют сигналы на протяжении всей длительности поступающего пакета данных. С блока усреднения 2.17 через коммутатор 2.19 сигналы поступает на компаратор 2.20, где сравнивается выходная мощность из блока усреднения 2.17 с установленным уровнем мощности и вычисляется разность текущего значения мощности с заданным уровнем мощности удержания АРУ. Данные об уровне мощности поступают на блок основной логики управления 2.21. В случае если уровень мощности ниже заданных значений в блоке основной логики управления 2.21 вычисляются коды управления и формируются управляющие сигналы АРУ на увеличение уровня принимаемого сигнала, в случае превышения заданных значений мощности – на снижение уровня принимаемого сигнала. На блок основной логики управления 2.21 с ПРМ приходит сигнал управления о наличии технологического зазора, в момент которого блок основной логики управления направляет сформированные управляющие сигналы АРУ на ВЧ аттенюатор 2.1, ПЧ аттенюатор 2.3, а также через первый, второй и третий ЦАП 2.10, 2.11, 2.12, где из цифровых сигналы преобразовываются в аналоговые, на первый, второй и третий двухканальные УПУ 2.6, 2.7, 2.9 соответственно. После передачи на исполнительные устройства управляющих сигналов АРУ значения кодов управления для данного канала записываются в соответствующие ячейки памяти ОЗУ 2.23. При ожидании повторного приема информации от абонента по передающей части (ПРД) на блок основной логики управления 2.21 поступает сигнал с информацией о номере канала, с которого ожидается прием пакетов данных. Из памяти ОЗУ 2.23 считываются коды управления для текущего канала. На все исполнительные устройства отсылается набор записанных кодов управления для поддержания уровня усиления для текущего канала, тем самым обеспечивая точность установки уровня входного сигнала для текущего канала при высокой скорости реакции АРУ.

Таким образом, предложенное устройство АРУ позволяет расширить динамический диапазон, снизить уровень собственных шумов и уровень искажения сигналов приемного тракта на отдельных стадиях преобразования частоты за счет введения многоуровневого ПЧ аттенюатора, увеличения количества УПУ и управления ими, тем самым обеспечивая поддержание оптимального уровня сигнала во всем динамическом диапазоне, а также увеличить скорость реакции АРУ при высокой точности установки уровня входного сигнала путем введения и использования ОЗУ, связанного с блоком основной логики управления, и повысить помехоустойчивость за счет использования переключаемых блоков усреднения.

Изобретение относится к средствам автоматической регулировки усиления (АРУ). Технический результат - создание способа АРУ с временным разделением каналов и устройства для его реализации, обеспечивающих высокоскоростной многоканальный прием пакетов данных с высоким уровнем точности входного сигнала для каждого отдельного канала. Для этого предложено устройство АРУ, которое содержит ВЧ блок, включающий многоуровневый ВЧ аттенюатор 2.1, ВЧ конвертор 2.2 и ПЧ аттенюатор 2.3, смеситель 2.4, цифровой процессор 2.5, блок приема основной полосы частот, включающий первый двухканальный УПУ 2.6, второй двухканальный УПУ 2.7, двухканальный ФНЧ 2.8, третий двухканальный УПУ 2.9, двухканальный АЦП 2.10, первый ЦАП 2.11, второй ЦАП 2.12, третий ЦАП 2.13. Цифровой процессор 2.5 включает блок оценки мощности I 2.14, блок оценки мощности Q 2.15, сумматор 2.16, по меньшей мере два блока усреднения: первый блок усреднения 2.17, второй блок усреднения 2.18, коммутатор 2.19, компаратор 2.20, блок основной логики управления 2.21, пороговый детектор 2.22, ОЗУ 2.23. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ автоматической регулировки усиления, содержащий этапы, на которых инициализируют параметры регулируемых блоков, участвующих в автоматической регулировке усиления, проверяют значения квадратур I и Q сигналов, приходящие с аналого-цифрового преобразователя, на ограничение, при наличии сигнала об ограничении снижают или повышают уровни усиления усилителей и аттенюатора, при отсутствии сигналов об ограничении определяют уровень настройки усиления для удержания сигнала в заданном диапазоне, переводят значение текущего усиления из децибел в коды управления и подают их на аттенюаторы и усилители, отличающийся тем, что после этапа инициализации параметров регулируемых блоков и перед этапом проверки значений квадратур на ограничение I и Q сигналов, определяют режим работы, при этом при выборе пакетного режима устанавливают режим обнаружения абонента, действующий до появления сигнала захвата синхронизации от приемной части, причем при отсутствии синхронизации в i-м канале устанавливают параметры режима захвата в i-м канале, при котором сигнал разрешения приема пакета данных в i-м канале коммутируется напрямую на сигнал разрешения усреднения соответствующего (i-го) блока усреднения, и инерционность усреднения текущего блока усреднения в режиме обнаружения уменьшается для ускорения захвата сигнала, после того, как уровень усиления сигнала от абонента в соответствующем канале будет достаточен для захвата синхронизации, устанавливают параметры режима удержания автоматической регулировки усиления, при котором выполняется цикл регулировки для поддержания уровня сигнала в заданном диапазоне значений, при этом после этапа перевода значения текущего усиления из децибел в коды управления и подачи их на аттенюаторы и усилители, сохраняют полученные коды управления в оперативно-запоминающем устройстве, которые считывают из памяти оперативно-запоминающего устройства в момент технологического зазора, образованного между приемами пакетов данных, и подают их на аттенюаторы и усилители.

2. Способ автоматической регулировки усиления по п. 1, отличающийся тем, что при установке параметров режима удержания АРУ в момент наличия сигнала разрешения приема пакета данных с приемной части и уровня сигнала с аналого-цифрового преобразователя, превышающего заданный порог, сигнал разрешения усреднения для блоков усреднения формируют в момент начала приема пакета данных, при этом разрешение усреднения снимают через период времени, равный длительности пакета данных.

3. Способ автоматической регулировки усиления по п. 1, отличающийся тем, что после этапа инициализации параметров регулируемых блоков и при выборе режима, отличного от пакетного, вводят этап таймаута, заключающийся в добавлении периода времени после управляющего воздействия, в течение которого не производится оценка уровня принимаемого сигнала.

4. Устройство автоматической регулировки усиления, содержащее высокочастотный блок, который включает высокочастотный аттенюатор, связанный с высокочастотным конвертором, блок приема основной полосы частот, цифровой процессор, отличающееся тем, что введены смеситель, в высокочастотный блок аттенюатор промежуточной частоты, при этом выход высокочастотного конвертора связан с входом аттенюатора промежуточной частоты, выход которого связан с входом смесителя, причем блок приема основной полосы частот включает первый, второй и третий двухканальные усилители, двухканальный фильтр нижних частот, двухканальный аналого-цифровой преобразователь, первый, второй и третий цифроаналоговые преобразователи, при этом первый и второй выходы смесителя связаны с первым и вторым входами первого двухканального усилителя, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами второго двухканального усилителя, первый и второй выходы второго двухканального усилителя связаны с первым и вторым входами двухканального фильтра нижних частот, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами третьего двухканального усилителя соответственно, первый и второй выходы которого связаны с первым и вторым входами двухканального аналого-цифрового преобразователя соответственно, причем выходы первого, второго и третьего цифроаналогового преобразователя связаны с третьими входами первого, второго и третьего двухканальных усилителей соответственно, при этом цифровой процессор включает блок оценки мощности I, блок оценки мощности Q, сумматор, по меньшей мере два блока усреднения, коммутатор, компаратор, пороговый детектор, блок основной логики управления, оперативно-запоминающее устройство, при этом входы блока оценки мощности I и блока оценки мощности Q связаны с первым и вторым выходами двухканального аналого-цифрового преобразователя соответственно, выходы блока оценки мощности I и блока оценки мощности Q связаны с первым и вторым входами сумматора соответственно, выход которого связан с первыми входами по меньшей мере двух блоков усреднения и входом порогового детектора, выход которого связан с первым входом блока основной логики управления, вторые входы по меньшей мере двух блоков усреднения связаны по меньшей мере с двумя выходами блока основной логики управления, выходы по меньшей мере двух блоков усреднения связаны по меньшей мере с двумя входами коммутатора, выход которого связан с входом компаратора, выход компаратора связан с вторым входом блока основной логики управления, первый выход которого связан с входом коммутатора, второй, третий и четвертый выходы блока основной логики управления связаны с входами первого, второго и третьего цифроаналоговых преобразователей соответственно, пятый и шестой выходы блока основной логики управления связаны с входами высокочастотного аттенюатора и аттенюатора промежуточной частоты соответственно, седьмой выход блока основной логики управления связан с оперативно-запоминающим устройством, причем третий и четвертый входы блока основной логики управления связаны с приемной частью и передающей частью для получения сигналов управления.