DE102014104526A1

DE102014104526A1 - Empfänger mit automatischer Verstärkungssteuerungs-Freeze-Funktion

Info

Publication number: DE102014104526A1
Application number: DE201410104526
Authority: DE
Inventors: John B. Youngblood; Terry L. Dickey; Jeffrey A. Tindle
Original assignee: Silicon Laboratories Inc
Current assignee: Silicon Laboratories Inc
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2034-04-01
Also published as: CN104144307B; DE102014104526B4; CN104144307A

Abstract

Ein Tuner weist eine automatische Verstärkungssteuerungs-(AGC-)Schleife und einen Freeze-Controller auf. Die AGC-Schleife weist einen Signaleingang, einen Signalausgang und einen Steuerungseingang zum Empfangen eines Freeze Signals auf. Die AGC-Schleife stellt automatisch eine Verstärkung eines variablen Verstärkungselements auf Basis eines Pegels des Ausgangssignals ein, wenn das Freeze-Signal nicht aktiv ist, und behält die Verstärkung des variablen Verstärkungselements bei, wenn das Freeze-Signal aktiv ist. Der Freeze-Controller weist einen Eingang zum Empfangen eines Pegelsignals und einen Ausgang, der mit dem Steuereingang der AGC-Schleife verbunden ist, um das Freeze-Signal dorthin auszugeben, auf. Der Freeze-Controller erfasst einen Sprung im Pegelsignal und aktiviert als Reaktion darauf das Freeze-Signal.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Empfänger, und insbesondere eine Abstimmvorrichtung für Kommunikationssignale wie Funkfrequenz(radio frequency, RF)-Tetevisionssignale mit Zeitmultiplex-Signalinhalt.
Allgemeiner Stand der Technik
RF-Empfänger werden in einer grollen Vielfalt von Anwendungen, wie beispielsweise Fernsehempfängern, Mobiltelefonen, Pagern, Empfängern von globalen Positionsbestimmungssystemen (GPS), Kabelmodems, schnurlosen Telefonen, Satellitenradioempfängern und dergleichen, verwendet. Wie hierin verwendet, bedeutet ein „Funkfrequenz”-Signal ein elektrisches Signal, das Nutzinformationen überträgt und eine Frequenz von etwa 3 Kilohertz (kHz) bis mehreren Tausend Gigahertz (GHz) aufweist, und zwar unabhängig von dem Medium, über das dieses Signal übertragen wird. So kann ein RF-Signal über die Luft, luftleeren Raum, ein Koaxialkabel, ein faseroptisches Kabel usw. übertragen werden. Eine übliche Art von RF-Empfänger ist der sogenannte Superheterodyn-Empfänger. Ein Superheterodyn-Empfänger mischt das gewünschte Datenträgersignal mit der Ausgabe eines abstimmbaren Oszillators, um eine Ausgabe mit einer festen Zwischenfrequenz (intermediate frequency, IF) zu erzeugen. Ein Fest-IF-Signal kann dann auf einfache Weise gefiltert und zur weiteren Verarbeitung wieder auf ein Grundband abwärtsgewandelt werden. Somit benötigt ein Superheterodyn-Empfänger zwei Mischungsschritte.
Der Digital Video Broadcasting DVB-T2-Standard, Nr. ETSI EN 320 755 V1.3.1, veröffentlicht im April 2012, definiert einen Future Extension Frame (FEF), bei dem es sich im Grunde um eine Leerperiode in einem RF-Kanal handelt, die mit Inhalt von einer anderen Quelle oder einem anderen Sender besetzt werden kann. In manchen Fallen kann das Signal, das während der FEF-Periode empfangen wird, wesentlich länger dauern und wesentlich schwächer sein als in der gewünschten Nutzdatenperiode. Ein DVB-T2-Demodulator hat Schwierigkeiten, sich unter diesen Umständen mit der gewünschten Nutzlast zu verrasten, da die automatische Verstärkungssteuerung (automatic gain control, AGC) der Abstimmvorrichtung das schwache (oder nicht vorhandene) Signal während der langen FEF-Periode verfolgt und sich nicht schnell genug auf den kurzen, pegelstarken Nutzdatenstoß einstellen kann, damit der Demodulator den Inhalt dekodieren kann. Abhängig vom Tastverhältnis und von der relativen Leistung der FEF- und Nutzlastperioden kann der Demodulator mehrere Sekunden brauchen, um sich mit dem gewünschten Inhalt zu verrasten, oder aber er verrastet sich überhaupt nicht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen mag die vorliegende Offenbarung besser verstanden werden, und ihre zahlreichen Merkmale und Vorteile mögen einem Fachmann eher offenbar werden, wobei:
1 ein Blockschema eines Fernseh-Tuners mit AGC-Freeze-Funktion gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ein Blockschema eines Abschnitts des Fernseh-Tuners von 1 zeigt, der eine Freeze-Steuerung implementiert;
3 ein Zustandsdiagramm der Zustandsmaschine des Freeze-Controllers von 2 zeigt;
4 ein Zeitschema für den Betrieb des Fernseh-Tuners von 1 ohne AGC-Freeze-Steuerung zeigt;
5 ein Zeitschema für den Betrieb des Fernseh-Tuners von 1 mit AGC-Freeze-Steuerung zeigt; und
6 in Form eines Teil-Blockschemas und einer Teilskizze ein Fernsehempfängersystem mit externer AGC-Freeze-Funktion gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Die Verwendung gleicher Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen zeigt ähnliche oder identische Dinge an.
Ausführliche Beschreibung
Eine mögliche Technik für den Umgang mit FEF-Leerperioden besteht darin, dass der Demodulator ein AGC-Feedback (beispielsweise eine binäre „Freeze”-Steuerung oder eine direkte Steuerung einer Tuner-Verstärkung) ausgibt, um ein Tracking der FEF-Leerperiode durch die Tuner-AGC zu verhindern. Jedoch muss der Demodulator Informationen aus den Nutzdaten korrekt dekodieren, um die FEF-Periode vorauszusehen und die Tuner-AGC rechtzeitig einzufrieren. Unter extremen Bedingungen liefert der Demodulator kein korrektes AGC-Feedback an den Tuner, wodurch die AGC des Tuners beeinträchtigt wird und eine Verrastung des Systems überhaupt schwierig wird.
Ein anderer Ansatz besteht darin, eine extrem „schnell angreifende/langsam verfallende” AGC im Tuner zu implementieren, die im Wesentlichen eine Verstärkung schnell verringert, wenn die empfangene Signalleistung steigt, und eine Verstärkung sehr langsam steigert, wenn die empfangene Signalleistung sinkt. Jedoch könnte durch diesen Ansatz die AGC-Leistung des Tuners in anderen Szenarios, wo die Eingangsleistung sich kontinuierlich ändert, leiden.
Ein Fernseh-Tuner wie nachstehend beschrieben geht das Problem der langen, schwachen FEF-Periode dadurch an, dass er bewirkt, dass der AGC-Mechanismus die FEF-Leerperioden ignoriert und nur das Nutzdatensignal verfolgt. Er tut dies so, dass er den Zustand erfasst, in dem sich der Signalpegel abrupt ändert, und in einen eingefrorenen Zustand übergeht, in dem die AGC gestoppt ist und keine Anpassung der Verstärkungen irgendwelcher steuerbarer Verstärkungselemente an den gewünschten Signalpegel zugelassen ist. Wenn sich der Signalpegel erneut abrupt ändert, kehrt er in einen nicht-eingefrorenen Zustand zurück, in dem die AGC-Schleifen sich normal anpassen.
Der offenbarte Tuner ermöglicht eine autonome Verfolgung der Nutzdaten durch die AGC des Tuners anstelle eines zuverlässigen AGC-Feedbacks vom Demodulator. Darüber hinaus betrifft dies nur die AGC-Antwort des Tuners auf Eingänge mit großen Sprüngen.
1 zeigt ein Blockschema eines Tuners 100 mit AGC-Freeze-Funktion gemäß einer Ausführungsform. In dem Beispiel, das in 1 dargestellt ist, weist der Fernseh-Tuner 100 generell einen Signalprozessor, der einen analogen Tuner 110 und einen digitalen Prozessor 120 beinhaltet, sowie einen Freeze-Controller 130 auf, bei dem es sich um einen Mikrorechner (eine MCU) handelt.
Der analoge Tuner 110 weist auf: einen ersten Eingang zum Empfangen eines Funkfrequenzsignals (gemäß einer anderen Ausführungsform: eines Kommunikationssignals), das mit „RF” bezeichnet ist, einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Satzes von Signalen, der mit „ANALOG AGC” bezeichnet ist, einen dritten Eingang zum Empfangen eines Signals mit der Bezeichnung „CHANNEL SELECT”, einen ersten Ausgang zum Ausgeben eines Satzes von Signalen mit der Bezeichnung „ANALOG POWER” und einen zweiten Ausgang zum Ausgeben eines Satzes von Signalen, die ein digitales IF-Signal, das mit „I” bezeichnet ist, und ein digitales Quadratur-IF-Signal, das mit „Q” bezeichnet ist, einschließen. Der digitale Prozessor 120 weist auf: einen ersten Eingang, der mit dem zweiten Ausgang eines analogen Tuners 110 verbunden ist, um den Satz von Signalen, I, Q, zu empfangen, einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Satzes von Signalen, der mit „DIGITAL AGC” bezeichnet ist, einen ersten Ausgang zum Ausgeben eines Signals, das mit „DIGITAL POWER” bezeichnet ist, und einen zweiten Ausgang zum Ausgeben eines verarbeiteten schwachen Zwischenfrequenzsignals (oder, gemäß einer anderen Ausführungsform, eines empfangenen Signals), mit der Bezeichnung „IF”.
Die MCU 130 weist auf: einen ersten Eingang, der mit dem ersten Ausgang des analogen Tuners 110 verbunden ist, zum Empfangen des Satzes von ANALOG POWER-Signalen, einen zweiten Eingang, der mit dem ersten Ausgang des digitalen Prozessors 120 verbunden ist, um das DIGITAL POWER-Signal zu empfangen, einen ersten Ausgang, der mit dem dritten Eingang des analogen Tuners 110 verbunden ist, um das CHANNEL SELECT-Signal auszugeben, einen zweiten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des analogen Tuners 110 verbunden ist, um den Satz aus ANALOG AGC-Signalen auszugeben, und einen dritten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des digitalen Prozessors 120 verbunden ist, um den Satz von DIGITAL AGC-Signalen auszugeben. Die MPU 130 weist einen eingebetteten Speicher 140 und eine zentrale Verarbeitungseinheit 144 mit der Bezeichnung „CPU” auf. Der Speicher 140 weist einen eingebetteten Firmware-Abschnitt 142 auf.
Die MCU 130 arbeitet unter der Steuerung des Firmware-Abschnitts 142, um verschiedene Aufgaben, einschließlich einer Kanalwahl, der Steuerung einer AGC-Schleife des analogen Tuners (nicht dargestellt) und der Steuerung einer AGC-Schleife des digitalen Prozessors (nicht dargestellt) durchzuführen, Insbesondere bestimmt ein Freeze-Detektor, der anhand sowohl des digitalen Prozessors 120 als auch der MCU 130 implementiert ist, ob eine sprungartige Änderung der Signalstärke gegeben ist, und aktiviert ein Freeze-Signal (nicht dargestellt), falls dies der Fall ist. In der MCU 130 sind in einem Speicher 140 im eingebetteten Firmware-Abschnitt 142 Befehle hinterlegt, und die CPU 144 führt die Befehle aus. In einer Ausführungsform implementiert der eingebettete Firmware-Abschnitt 142 in der MCU 130 einen Algorithmus zum Berechnen der empfangenen Kanalleistung auf Basis einer gemessenen Kanalleistung, wobei die Kanalleistung über den zweiten Eingangsport der MCU gemessen wird. Als Reaktion auf die Erfassung einer starken sprunghaften Abnahme der Signalleistung, der auf das Vorhandensein einer Leerperiode hinweisen kann, hält der Freeze-Controller die Einstellungen der AGC-Schleife des digitalen Prozessors auf ihren aktuellen Niveaus fest und passt die AGC-Verstärkungen nicht an den neuen Signalleistungspegel an. Als Reaktion auf einen nachfolgenden starken sprunghaften Anstieg der Leistung kehrt der Freeze-Controller in einen nicht-eingefrorenen Zustand zurück. Der Betrieb der AGC-Schleife des analogen Tuners kann von der MCU auf ähnliche Weise gesteuert werden.
Der Freeze-Controller im Fernseh-Tuner 100 ist ein Zusatz zu existierenden analogen und digitalen Verstärkungssteuerschleifen (zum Beispiel: zur AGC-Schleife des analogen Tuners und zur AGC-Schleife des digitalen Prozessors), die in TV-Tuner-Firmware und -Hardware implementiert sind. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, wird dadurch auch die heutige Fähigkeit zum gleichzeitigen Einfrieren sämtlicher interner Verstärkerstufen unter einer externen Steuerung verbessert. Darüber hinaus nutzt der Freeze-Controller die Fähigkeiten des digitalen Prozessors 120 zur Messung der Leistung des empfangenen Kanals zumindest exakt genug, um einen Sprung in der Größenordnung von Dezibels zu erfassen. Um eine bessere Messung des Leistungspegels im gewünschten Kanal zu erhalten, misst der Freeze-Controller die Leistung des abgestimmten und gefilterten Signals in der Nähe des Endes der Signalverarbeitungskette.
2 zeigt in Form eines Blockschemas einen Abschnitt 200 des Fernseh-Tuners 100 von 1, der eine Freeze-Steuerung implementiert. In dem Beispiel, das in 2 dargestellt ist, weist der Abschnitt 200 im Allgemeinen einen Pegeldetektor 210, eine AGC-Schleife 220 und einen Freeze-Controller 230 mit der Bezeichnung „AUTO FREEZE” auf.
Der Pegeldetektor 210 weist einen Eingang zum Empfangen eines Signals mit der Bezeichnung „SIGNAL_IN” und einen Ausgang zum Ausgeben eines Signals mit der Bezeichnung „LEVEL_IN” auf. Die AGC-Schleife 220 weist ein variables Verstärkungselement 222, einen Pegeldetektor 224 und einen AGC-Steuerblock 226 auf. Das variable Verstärkungselement 222 weist einen ersten Eingang zum Empfangen von SIGNAL_IN, einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Signals mit der Bezeichnung „GAIN CONTROL” und einen Ausgang zum Ausgeben eines Signals mit der Bezeichnung „SIGNAL_OUT” auf. Der Pegeldetektor 224 weist einen Eingang zum Empfangen von SIGNAL_OUT und einen Ausgang zum Ausgeben eines Signals mit der Bezeichnung „LEVEL OUT” auf. Der AGC-Steuerblock 226 weist einen ersten Eingang zum Empfangen eines Signals mit der Bezeichnung „FREEZE”, einen zweiten Eingang zum Empfangen des LEVEL OUT-Signals, einen dritten Eingang zum Empfangen eines Signals mit der Bezeichnung „TARGET” und einen Ausgang zum Ausgeben des GAIN CONTROL-Signals auf.
Der Freeze-Controller 230 weist auf: einen ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Pegel-Detektors 210 verbunden ist, zum Empfangen des LEVEL_IN-Signals, einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Wertes mit der Bezeichnung „FALLING THRESHOLD”, einen dritten Eingang zum Empfangen eines Wertes mit der Bezeichnung „RISING THRESHOLD”, einen vierten Eingang zum Empfangen eines Wertes mit der Bezeichnung „TIMEOUT” und einen Ausgang, der mit dem Eingang des AGC-Steuerblocks 226 verbunden ist, um das FREEZE-Signal auszugeben.
In 2 sind die Pegeldetektoren 210 und 224, der AGC-Steuerblock 226 und das variable Verstärkungselement 222 im digitalen Prozessor 120 implementiert, und der Freeze-Controller 230 ist unter Verwendung der MCU 130 unter der Steuerung von Firmware 142 implementiert. Der erste Eingang des variablen Verstärkungselements 222 ist mit dem ersten Eingang des digitalen Prozessors 120 verbunden, und der Ausgang des variablen Verstärkungselements 222 ist mit dem zweiten Ausgang des digitalen Prozessors 120 verbunden, wobei der Begriff „verbunden” verwendet wird, um Komponenten zu bezeichnen, die direkt verbunden sind oder über eine indirekte Verbindung verbunden oder zusammengeschaltet sind.
Im Betrieb gibt ein variables Verstärkungselement 222 einen SIGNAL_OUT-Pegel an den Pegeldetektor 224 aus, und als Reaktion darauf gibt der Pegeldetektor 224 das LEVEL_OUT-Signal an den AGC-Steuerblock 226 aus. Der AGC-Steuerblock 226 stellt automatisch eine Verstärkung des variablen Verstärkungselements 222 auf Basis des LEVEL_OUT-Signals ein, wenn das FREEZE-Signal nicht aktiv ist. Außerdem passt der AGC-Steuerblock 226 die Verstärkung des variablen Verstärkungselements 222 an, um den Pegel von SIGNAL_OUT im Wesentlichen an das TARGET-Signal anzugleichen. Wenn das FREEZE-Signal jedoch aktiv ist, hält der AGC-Steuerblock 226 die Verstärkung des variablen Verstärkungselements 222 bei.
Der Freeze-Controller 230 nimmt den Eingangssignalpegel und gibt ein binäres FREEZE-Signal aus. Intern enthält der Freeze-Controller 230 einen Signalsprungdetektor, eine einfache Zustandsmaschine, und einen Freeze-Timer (jeweils nicht in 2 dargestellt). In anderen Ausführungsformen könnte der Freeze-Timer auch ein Allzweck-Timer sein, der an der MCU 130 zur Verfügung steht. Der Signalsprungdetektor berechnet den Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden periodischen Abtastwerten des Signalpegels und erzeugt dadurch im Wesentlichen eine Flanke aus Dezibel (dB) pro Zeiteinheit.
Der Freeze-Controller 230 aktiviert das FREEZE-Signal, wenn das LEVEL_OUT-Signal in einem Umfang schwächer wird, der größer ist als ein konfigurierbarer FALLING THRESHOLD-Wert. Auf ähnliche Weise deaktiviert der Freeze-Controller 230 das FREEZE-Signal, wenn das LEVEL_OUT-Signal in einem Umfang stärker wird, der größer ist als ein konfigurierbarer RISING THRESHOLD-Wert. Ebenso deaktiviert der Freeze-Controller 230 das FREEZE-Signal als Reaktion auf eine Aktivierung eines bestimmten konfigurierbaren TIMEOUT-Werts. Der TIMEOUT-Wert ist ein Parameter, der auf mehrere unterschiedliche Weisen eingestellt werden kann. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform der TIMEOUT-Wert als Reaktion auf ein über Kabel übertragenes Signal eingestellt. In einer anderen Ausführungsform ist der TIMEOUT-Wert im Betrieb des Firmware-Abschnitts 142 implizit. In einer weiteren Ausführungsform ist der TIMEOUT-Wert in einem Register eingestellt. In einer Ausführungsform misst der Tuner 100 eine Kanalleistung von SIGNAL_IN. In der MCU 130 implementiert der eingebettete Firmware-Abschnitt 142 einen Algorithmus zum Berechnen der empfangenen Kanalleistung auf Basis der aufeinanderfolgend gemessenen Kanalleistung.
Mit geeignet eingestellten Schwellenwerten und Timeouts erfasst der Freeze-Controller 230 erfolgreich den Übergang vom Nutzdaten- auf ein Leer-FEF-Signal und friert die AGC bis zum Beginn der nächsten Nutzdatenperiode ein. Durch den Freeze-Timeout wird sichergestellt, dass der AGC-Steuerblock 226 nicht unbegrenzt eingefroren bleibt, beispielsweise im Falle eines anhaltenden Abwärtssprungs der Eingangsleistung.
3 zeigt ein Zustandsdiagramm 300 der Zustandsmaschine des Freeze-Controllers von 2. Das Zustandsdiagramm 300 zeigt zwei relevante Zustände, einschließlich eines nicht-eingefrorenen Zustands 310 und eines eingefrorenen Zustands 320.
Der nicht-eingefrorene Zustand 310 weist auf: einen ersten Eingangsübergang bei Eintritt eines Zustands, der mit „RESET” bezeichnet ist, einen zweiten Eingangsübergang bei Eintritt eines Zustands, der mit „STEP > RISING THRESHOLD OR FREEZE TIMER EXPIRED” bezeichnet ist, und einen Ausgangsübergang bei Eintritt eines Zustands, der mit „STEP < FALLING THRESHOLD” bezeichnet ist. Der eingefrorene Zustand 320 weist auf: einen Eingangsübergang vom nicht-gefrorenen Zustand 310 bei Eintritt des Zustands STEP < FALLING THRESHOLD und einen Ausgangsübergang in den nicht-eingefrorenen Zustand 310 bei Eintritt des Zustands STEP > RISING THRESHOLD OR FREEZE TIMER EXPIRED.
Die Zustandsmaschine wird auf den nicht-eingefrorenen Zustand 310 zurückgesetzt, sobald eine digitale Televisions-(DTV-)Abstimmung durchgeführt wird. Falls eine sprunghafte negative Änderung (abfallendes Signal) mit einem Wert erfasst wird, der über einem konfigurierbaren Schwellenwert (dem FALLING THRESHOLD-Wert von 2) liegt, geht die Zustandsmaschine in den gefrorenen Zustand 320 über, und der Freeze-Timer wird mit einem konfigurierbaren Timeout zurückgesetzt. Die Zustandsmaschine bleibt im eingefrorenen Zustand 320, bis (1) ein positiver Sprung (ansteigendes Signal) mit einem Wert, der über einem konfigurierbaren Schwellenwert (dem RISING THRESHOLD-Wert von 2) liegt, erfasst wird, oder (2) der Freeze-Timer abläuft. Wenn eines dieser Ereignisse eintritt, kehrt die Zustandsmaschine in den nicht-eingefrorenen Zustand zurück. Der Ausgang der Zustandsmaschine ist ein internes AGC-Freeze-Signal, das einfach eine Funktion des aktuellen Zustands ist.
4 zeigt ein Zeitschema 400 für den Betrieb des Fernseh-Tuners 100 von 1 ohne AGC-Freeze-Steuerung. Die horizontale Achse stellt die Zeit in Millisekunden dar, und die vertikale Achse stellt die Amplitude verschiedener Signale in Volt (oder einer andere geeigneten Einheit) dar. Das Zeitschema 400 stellt drei relevante Wellenformen dar, einschließlich einer Wellenform 410, die SIGNAL_IN entspricht, einer Wellenform 412, die SIGNAL_OUT entspricht, und einer Wellenform 414, die dem GAIN CONTROL-Signal entspricht. Die horizontale Achse stellt vier spezielle relevante Zeitpunkte, die mit „t₁”, „t₂”, „t₄” und „t₅” bezeichnet sind, und einen speziellen relevariten Zeitraum „t3” dar.
Wie in 4 dargestellt ist, versuchen die AGC-Schleifen während der Zeiträume von t₁ bis t₂ und von t₄ bis t₅, den relativ hohen Eingangssignalpegel, der während Stößen empfangen wird, zu senken, um eine Verzerrung und Beschneidung des gerade verarbeiteten Signals zu vermeiden. Wegen der langen zeitlichen Abstände zwischen Stößen im Zeitraum t₃ verstärken die AGC-Schleifen jedoch den Signalpegel SIGNAL_OUT während Interframe-Intervallen, wodurch die Verstärkung während der relativ langen Leerperiode im Wesentlichen auf das Maximum zurückgebracht wird. Somit müssen die AGC-Schleifen ihre Aufgabe bei jedem Stoß von neuem beginnen und können sich nie richtig anpassen.
5 zeigt ein Zeitschema 500 für den Betrieb des Fernseh-Tuners 100 von 1 mit AGC-Freeze-Steuerung. Die horizontale Achse stellt die Zeit in Millisekunden dar, und die vertikale Achse stellt die Amplitude verschiedener Signale in Volt dar. Das Zeitschema 500 stellt drei relevante Wellenformen dar, einschließlich einer Wellenform 512, die SIGNAL_OUT entspricht, einer Wellenform 520, die dem FREEZE-Signal entspricht, und einer Wellenform 514, die dem GAIN CONTROL-Signal entspricht. Die Wellenform, die SIGNAL_IN in 4 entspricht, wird auch in diesem Fall als SINGAL_IN-Wellenform verwendet. Die horizontale Achse stellt sechs spezielle relevante Zeitpunkte, die mit „t₁”, „t₂”, „t₄”, „t₅”, „t₇” und „t₈” bezeichnet sind, und zwei spezielle relevante Zeiträume „t₃” und „t₆” dar.
Im Betrieb versuchen die AGC-Schleifen, den relativ hohen Eingangssignalpegel, der während Stößen empfangen wird, beispielsweise während des ersten Stoßes von t₁ bis t₂, zu senken, um eine Verzerrung und Beschneidung des gerade verarbeiteten Signals zu vermeiden. Da die AGC-Schleifen zwischen den Stößen eingefroren sind, können sie jedoch die Anpassung während aufeinanderfolgender Stöße, beispielsweise während des zweiten Stoßes von t₄ bis t₅ und während des dritten Stoßes von t₇ bis t₈, trotz des relativ großen zeitlichen Abstands zwischen den Stößen, beispielsweise während t₃ und t₆, wieder aufnehmen. Somit nehmen die AGC-Schleifen das Anpassen während aufeinanderfolgender Stöße wieder auf, ohne ihre Fortschritte einzubüßen. Wie in dem Beispiel von 5 dargestellt ist, erreichen die AGC-Schleifen ihr Ziel während des zweiten Stoßes während des Zeitraums von t₄ bis t₅, und halten den angepassten Pegel für zukünftige Stöße. Man beachte, dass sich beispielsweise der GAIN CONTROL-Signalpegel während des Zeitraums von t₅ bis t₈, der den dritten Stoß während des Zeitraums von t₇ bis t₈ einschließt, nicht ändert. Diese Technik ist erfolgreich, da die Anpassungszeit relativ kurz ist im Vergleich zum Intervall zwischen den Nutzdaten, und die Differenz im Signalpegel zwischen Nutzdaten- und Leerperioden bei einem abrupten Übergang relativ groß ist.
6 zeigt in Form eines Teil-Blockschemas und einer Teilskizze ein Fernsehempfängersystem mit externer AGC 600-Freeze-Funktion gemäß einer Ausführungsform. In dem Beispiel, das in 6 dargestellt ist, weist das Fernsehempfängersystem 600 eine Antenne 610, einen Tuner 620 und einen Demodulator 630 auf. Die Antenne 610 könnte auch durch ein Koaxialkabel oder eine andere Signalquelle ersetzt werden.
Die Antenne 610 sendet ein Kommunikationssignal, bei dem es sich beispielsweise um ein RF-Signal handelt. Der Tuner 620 weist einen ersten Eingang zum Empfangen des RF-Signals, einen zweiten Eingang zum Empfangen des FREEZE-Signals, einen dritten Eingang zum Empfangen eines Signals, das mit „IFAGC” bezeichnet ist, und einen Ausgang zum Ausgeben des LIF-Signals auf. Der Demodulator 630 weist auf: einen Eingang, der mit dem Ausgang 620 zum Empfangen des LiF-Signals verbunden ist, einen ersten Ausgang, der mit dem dritten Eingang des Tuners 620 zum Ausgeben des IFAGC-Signals verbunden ist, einen zweiten Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des Tuners 620 zum Ausgeben des FREEZE-Signals verbunden ist, und einen dritten Ausgang zum Ausgeben eines Signals mit der Bezeichnung „TV_OUT.”.
Im Betrieb weist das Empfängersystem 600 einen Tuner, beispielsweise einen Tuner 100 von 1, und einen externen Demodulator 630 auf. Mit dieser Architektur gibt der Tuner 620 ein abgestimmtes LIF-Signal an den Demodulator 630 aus. Der Demodulator 630 gibt das Fernsehausgangssignal TV_OUT als Reaktion auf das LIF-Signal aus. Wie der Tuner 620 weist auch der Demodulator 630 die Fähigkeit auf, große Änderungen der Signalleistung zu erfassen, die Nutzdaten- und Leerperioden entsprechen. Der Demodulator 630 gibt das FREEZE-Signal an den Tuner 620 aus, um sämtliche AGC-Schleifen einzufrieren. Er gibt außerdem das Feedback-Signal IFAGC aus, um den Verstärkungspegel des IF-Signals auf der Rückseite des Tuners 620 zu steuern, aber in anderen Ausführungsformen kann das IFAGC-Signal sämtliche AGC-Schleifen steuern.
Die Freeze-Mechanismen des Tuners 620 und des Demodulators 630 können wie folgt interagieren. Nach dem Starten oder nach dem Abstimmen eines Kanals kann der Freeze-Controller des Tuners 620 aktiv sein, während der Freeze-Controller des Demodulators 30 inaktiv sein kann. Der Abstimmbetrieb startet, und die AGC-Schleifen im Tuner 620 passen sich schnell an, um den gewünschten Signalpegel während der Nutzdatenperiode bereitzustellen. Sobald die AGC-Schleifen zur Ruhe gekommen sind, wird der Demodulator 630 aktiviert, und sobald er die Gelegenheit hatte, sich mit dem Nutzdatenintervall zu verrasten, wird der Freeze-Mechanismus des Demodulators 630 aktiviert und setzt seinen Betrieb fort, während der interne Freeze-Mechanismus des Tuners 620 inaktiviert wird. Durch diese Sequenz kann der Tuner 620 das LIF-Signal auf einen gewünschten Pegel einstellen, so dass der Demodulator 630 korrekte Zeitinformationen gewinnen kann, bevor der Freeze-Mechanismus im Tuner 620 inaktiviert wird.
In einer Ausführungsform demoduliert der Demodulator 630 das digitale Fernsehsignal, beispielsweise ein DVB-T2-Standardsignal, bestimmt das Intervall zwischen Nutzdaten und gibt das FREEZE-Signal an den Tuner 620 auf Basis des Intervalls aus. Man beachte, dass die Technik des externen Demodulators, der in 6 dargestellt ist, in Verbindung mit dem internen Freeze-Controller des Tuners 620 ausgeführt wird.
Der oben offenbarte Gegenstand soll nur als Erläuterung, nicht als Beschränkung angesehen werden, und die beigefügten Ansprüche sollen sämtliche Modifikationen, Verbesserungen und andere Ausführungsformen, die im eigentlichen Bereich der Ansprüche liegen, abdecken. Zum Beispiel arbeitet der AGC-Freeze-Mechanismus mit einer Reihe von Tunern mit verschiedenen Anzahlen von AGC-Schleifen. In einer Ausführungsform wird die empfangene Kanalleistung nicht direkt gemessen, sondern statt dessen aus der gemessenen Kanalleistung nach einem oder mehreren Verstärkungsblöcken minus der Verstärkung durch diese Blöcke berechnet, und dieser Algorithmus wird in Tuner-Firmware implementiert. In einer anderen Ausführungsform weist die Zustandsmaschine einen dritten Zustand auf, der als THAWING-Zustand bezeichnet wird, in den sie beim Übergang vom FROZEN-Zustand 320 in den UNFROZEN-Zustand 310 eintritt. Der Zweck des THAWING-Zustands besteht darin, AGC-Pegeldetektoren mit Gedächtnis (z. B. digitalen Filtern) eine gewisse Zeit zu lassen, den Übergang vom leeren FEF zu Nutzdaten durchzuführen, bevor die AGC-Schleifen erneut aktiviert werden. Durch die Hinzufügung des THAWING-Zustands wird verhindert, dass die AGC bei Nutzdaten auf Pegelmessungen während des leeren FEF reagiert, und er kann ebenfalls in Tuner-Firmware implementiert werden.
Man beachte, dass 2 einen Freeze-Controller 230 in einem Fernseh-Tuner 100 darstellt, der an verschiedenen Punkten in der Signalverarbeitungskette operieren kann und der eine oder mehrere AGC-Schleifen einfrieren kann. In anderen Ausführungsformen kann ein Freeze-Controller wie hierin beschrieben auch im Demodulator 630 operieren, beispielsweise als Teil eines Frontend-IF-Abschnitts des Demodulators.
Man beachte, dass in der dargestellten Ausführungsform der Freeze-Detektor 230 einen negativen Sprung erfasst, um eine Anpassung von Verstärkungen während relativ langer Leer-FEF-Perioden, die im DVB-T2-Standard möglich sind, zu verhindern. In anderen Ausführungsformen könnte der Freeze-Controller 230 modifiziert sein oder seine Polarität könnte so konfiguriert sein, dass er auf eine positive Änderung des Signalpegels mit einem Eintritt in den Freeze-Zustand reagiert. Dieses Szenario kann eintreten, wenn eine gewünschte Zeitscheibe eine geringere Leistung aufweist als eine ungewünschte Zeitscheibe. In diesem Fall würde der Freeze-Controller 230 bei der Konfrontation mit einem Sprung, der höher ist als der Anstiegsschwellenwert, in den eingefrorenen Zustand übergehen und bei der Konfrontation mit einem Sprung, dessen Wert größer ist als der Abstiegsschwellenwert, in den nicht-eingefrorenen Zustand zurückkehren. Um die Verstärkungen nur an das schwache Signal anzupassen, das während der gewünschten Zeitscheiben erhalten wird, würde der Freeze-Controller eine Sättigung der Verstärker durch das Signal während der unerwünschten Zeitscheiben zulassen.
Soweit gesetzlich erlaubt, soll der Bereich der vorliegenden Erfindung daher durch die breitestmögliche Auslegung der folgenden Ansprüche und ihrer Entsprechungen bestimmt werden und von der vorangehenden ausführlichen Beschreibung nicht beschränkt oder begrenzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Digital Video Broadcasting DVB-T2-Standard, Nr. ETSI EN 320 755 V1.3.1, veröffentlicht im April 2012 [0003]

Claims

Tuner (100), aufweisend: eine automatische Verstärkungssteuerungs-(AGC-)Schleife (220) mit einem Signaleingang, einem Signalausgang und einem Steuereingang zum Empfangen eines Freeze-Signals zum automatischen Einstellen einer Verstärkung durch ein variables Verstärkungselement auf Basis eines Pegels des Ausgangssignals, wenn das Freeze-Signal nicht aktiv ist, und zum Aufrechterhalten der Verstärkung durch das variable Verstärkungselement (222), wenn das Freeze-Signal aktiv ist; und einen Freeze-Controller (130; 230) mit einem Eingang zum Empfangen eines Pegelsignals und einem Ausgang, der mit dem Steuereingang der AGC-Schleife verbunden ist, um das Freeze-Signal dorthin auszugeben, wobei der Freeze-Controller einen Sprung des Pegelsignals erfasst und als Reaktion darauf das Freeze-Signal aktiviert.
Tuner nach Anspruch 1, wobei die AGC-Schleife ferner einen zweiten Eingang aufweist zum Empfangen eines Zielsignals, um die Verstärkung durch das variable Verstärkungselement so anzupassen, dass der Pegel des Ausgangssignals dem Zielsignal im Wesentlichen gleich wird, wenn das Freeze-Signal nicht aktiv ist.
Tuner nach Anspruch 1, wobei der Tuner dafür ausgelegt ist, ein Digital Video Broadcasting (DVB) T2-Standardsignal abzustimmen, und der Sprung einen negativen Übergang von einer Nutzdatenperiode auf eine leere Future Extension Frame(FEF)-Periode des DVB-T2-Standardsignals umfasst.
Tuner nach Anspruch 1, wobei der Freeze-Controller ferner einen zweiten Eingang aufweist zum Empfangen eines Abfallschwellenwerts, wobei der Freeze-Controller das Freeze-Signal aktiviert, wenn das Pegelsignal in einem Umfang fällt, der größer ist als der Abfallschwellenwert.
Tuner nach Anspruch 4, wobei der Freeze-Controller ferner einen dritten Eingang aufweist zum Empfangen eines Anstiegsschwellenwerts, wobei der Freeze-Controller das Freeze-Signal deaktiviert, wenn das Pegelsignal in einem Umfang steigt, der größer ist als der Anstiegsschwellenwert.
Tuner nach Anspruch 5, wobei der Freeze-Controller einen vierten Eingang aufweist, um einen Timeout-Wert zu empfangen, wobei der Freeze-Controller das Freeze-Signal nach einem Zeitraum deaktiviert, der vom Timeout-Wert bestimmt wird.
Tuner nach Anspruch 1, wobei der Freeze-Controller einen Mikrorechner aufweist, der einen Prozessor und einen Speicher (140) aufweist zum Speichern von Befehlen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, das Freeze-Signal als Reaktion auf die Erfassung des Sprungs im Pegelsignal ausgeben.
Tuner nach Anspruch 7, wobei der Speicher aufweist: einen eingebetteten Firmware-Abschnitt (142) zum Speichern der Befehle.
Tuner nach Anspruch 8, wobei die AGC-Schleife eine Kanalleistung des Eingangssignals aufeinanderfolgend misst, und der eingebettete Firmware-Abschnitt einen Algorithmus zum Berechnen der empfangenen Kanalleistung auf Basis der aufeinanderfolgend gemessenen Kanalleistung implementiert.
Tuner nach Anspruch 1, wobei: das variable Verstärkungselement einen ersten Eingang zum Empfangen des Eingangssignals, einen zweiten Eingang zum Empfangen eines Verstärkungssteuersignals und einen Ausgang zum Ausgeben des Ausgangssignals als Reaktion auf das Eingangssignal und das Verstärkungssteuersignal aufweist; und die AGC-Schleife ferner aufweist: einen Pegeldetektor (224) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des variablen Verstärkungselements (222) verbunden ist, zum Empfangen des Ausgangssignals, und einen Ausgang zum Ausgeben des Pegels des Ausgangssignals; und einen Steuerblock (226) der automatischen Verstärkungssteuerung (AGC) mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang des Pegeldetektors verbunden ist, um den Pegel des Ausgangssignals zu empfangen, einem zweiten Eingang zum Empfangen des Freeze-Signals und einem Ausgang, der mit dem zweiten Eingang des variablen Verstärkungselements verbunden ist, um das Verstärkungssteuersignal auszugeben.
Tuner nach Anspruch 10, wobei der AGC-Steuerblock ferner einen dritten Eingang aufweist zum Empfangen eines Zielsignals, um die Verstärkung durch das variable Verstärkungselement so anzupassen, dass der Pegel des Ausgangssignals dem Zielsignal im Wesentlichen gleich wird, wenn das Freeze-Signal nicht aktiv ist.
Empfänger (100), aufweisend: einen Signalprozessor (110, 120) mit einem Eingang zum Empfangen eines Kommunikationssignals und einem Ausgang zum Ausgeben eines empfangenen Signals, eine Mehrzahl von automatischen Verstärkungssteuerungs-(AGC-)Schleifen aufweisend; und einen Freeze-Controller (130, 230) zum Einfrieren eines Betriebs von jeder einzelnen von der Mehrzahl von AGC-Schleifen als Reaktion auf eine sprunghafte, negative Änderung eines Signalpegels mit zumindest einem vorgegebenen Wert.
Empfänger nach Anspruch 12, wobei der Freeze-Controller den Betrieb von jeder einzelnen von der Mehrzahl von AGC-Schleifen als Reaktion auf eine sprunghafte, positive Änderung des Signalpegels mit einem zweiten vorgegebenen Wert wieder aufnimmt.
Empfänger nach Anspruch 12, wobei der Signalpegel einen Signalpegel eines internen Signals umfasst, das auf einen ausgewählten Kanal abgestimmt worden ist.
Empfänger nach Anspruch 12, wobei der Signalprozessor aufweist: einen analogen Tuner (110) mit einem Eingang zum Empfangen des Kommunikationssignals und einem Ausgang zum Ausgeben eines digitalen Zwischenfrequenzsignals; und einen digitalen Prozessor (120) mit einem Eingang zum Empfangen des digitalen Zwischenfrequenzsignals und einem Ausgang zum Ausgeben eines verarbeiteten Signals.
Empfänger nach Anspruch 15, wobei der Freeze-Controller unter Verwendung eines Prozessors implementiert wird, der unter der Steuerung von Firmware arbeitet.
Verfahren, umfassend: Empfangen eines Eingangssignals (410); Anpassen einer Verstärkung (514) des Eingangssignals, so dass dessen Pegel einem Ziel im Wesentlichen gleich wird; Erfassen eines negativen Sprungs in einem Pegel des Ausgangssignals; und Einfrieren der Verstärkung als Reaktion auf die Erfassung des negativen Sprungs.
Verfahren nach Anspruch 17 wobei das Erfassen ferner umfasst: Berechnen einer Differenz zwischen aufeinanderfolgenden periodischen Abtastwerten des Eingangssignals; Erzeugen einer Flanke aus Dezibel (dB) pro Zeiteinheit; und Vergleichen der Flanke mit einem Schwellenwert, um den negativen Sprung zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Anpassen ferner das Anpassen der Verstärkung des Eingangssignals während eines Abstimmbetriebs eines digitalen Fernsehers (DTV) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Eingangssignal ein Digital Video Broadcasting (DVB) T2-Standardsignal ist und der negative Sprung einen Übergang von einer Nutzdatenperiode auf eine leere Future Extension Frame(FEF)-Periode des DVB-T2-Standardsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Einfrieren ferner auf einem Intervall zwischen Nutzdaten des DTV-Abstimmbetriebs basiert.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Aufheben des Einfrierens der Verstärkung nach einer vorgegebenen Übergangsperiode.