АРХИТЕКТУРА ПРИЕМНИКА С ПРЯМЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ
DIRECT CONVERSION RECEIVER ARCHITECTURE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в целом, к электронным схемам и, в частности, к архитектуре приемника с прямым понижающим преобразованием, используемого в системе беспроводной связи (например, множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР)).
Уровень техники
В системе МДКР данные, подлежащие передаче, первоначально обрабатывают для генерации радиочастотного (РЧ) модулированного сигнала, который более пригоден для передачи по беспроводному каналу связи. Затем РЧ модулированный сигнал передают по каналу связи на один или несколько назначенных приемников, в качестве которых могут выступать терминалы системы МДКР. Передаваемый сигнал испытывает влияние различных явлений передачи, например замирания и многолучевого распространения. Эти явления приводят к тому, что терминалы принимают РЧ модулированный сигнал в широком диапазоне уровней мощности сигнала, который может составлять 100 дБ или более.
На данном терминале входной блок приемника принимает передаваемый сигнал, подвергает его предварительному преобразованию и осуществляет понижающее преобразование к частоте немодулированного сигнала. Традиционно, понижающее преобразование частоты от РЧ к частоте немодулированного сигнала осуществляется посредством гетеродинного приемника, который содержит несколько (например, два) каскадов понижающего преобразования частоты. Первый каскад осуществляет понижающее преобразование принятого сигнала от РЧ до промежуточной частоты (ПЧ), при этом обычно производится фильтрация и усиление. Второй каскад осуществляет понижающее преобразование сигнала ПЧ частоты в немодулированный сигнал, который обычно подвергается дополнительной обработке для восстановления передаваемых данных.
Архитектура гетеродинного приемника обеспечивает несколько преимуществ. Во-первых, частоту РЧ можно выбирать так, чтобы облегчить фильтрацию нежелательных продуктов интермодуляции (ИМ), обусловленных нелинейностью РЧ и аналоговых схем, используемых для предварительного преобразования и понижающего преобразования принятого сигнала. Во-вторых, на РЧ и ПЧ можно предусмотреть несколько фильтров и различные каскады усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (УРУ), чтобы обеспечить необходимые фильтрацию и усиление принятого сигнала. Например, можно обеспечить усилитель РЧ, обеспечивающий диапазон усиления 40 дБ, и усилитель ПЧ, обеспечивающий диапазон усиления 60 дБ, которые в совокупности будут покрывать динамический диапазон 100 дБ принимаемого сигнала.
Для некоторых областей применения, например сотовой телефонии, весьма желательно упростить конструкцию приемника для уменьшения размера и стоимости. Кроме того, применительно к мобильной связи, например сотовому телефону, весьма желательно снизить потребление мощности для увеличения времени работы батареи между подзарядками. В этих областях применения эти желательные преимущества может обеспечивать приемник с прямым преобразованием (который также называют гомодинным приемником или приемником нулевой ПЧ), поскольку в нем используется только один каскад непосредственного понижающего преобразования принятого сигнала от РЧ к частоте немодулированного сигнала.
При разработке приемника с прямым преобразованием возникают некоторые проблемы. Например, поскольку в приемнике с прямым понижающим преобразованием отсутствует сигнал ПЧ, диапазон усиления (например, 60 дБ), который в гетеродинном приемнике обычно обеспечивает усилитель ПЧ, в приемнике с прямым понижающим преобразованием необходимо обеспечить либо на РЧ, либо на частоте немодулированного сигнала. Во избежание предъявления дополнительных требований к РЧ схемам и для снижения стоимости и сложности схемы этот диапазон усиления ПЧ можно обеспечивать на частоте немодулированного сигнала. Однако, если диапазон усиления немодулированного сигнала обеспечивается цифровыми средствами после аналого-цифрового преобразования, то немодулированный сигнал, подаваемый на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), имеет меньшую амплитуду, поскольку усиление обеспечивается цифровыми средствами на выходе АЦП. При этом в приемнике с прямым понижающим преобразованием смещение постоянного тока на немодулированном сигнале становится более критическим фактором, поскольку амплитуда немодулированного сигнала меньше, и смещение постоянного тока может составлять значительно большую долю амплитуды сигнала.
Поэтому требуется архитектура приемника с прямым понижающим преобразованием, способная обеспечивать необходимый коэффициент усиления и коррекцию смещения постоянного тока.
Сущность изобретения
Аспекты изобретения предусматривают архитектуру приемника с прямым понижающим преобразованием, содержащую цепь постоянного тока для удаления смещения постоянного тока из компонентов сигнала до и после аналого-цифрового преобразования, цифровой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (ЦУРУ) для обеспечения диапазона усиления, цепь автоматической регулировки усиления (АРУ) для обеспечения регулировки усиления для РЧ/аналоговых схем и ЦУРУ и блок интерфейса последовательной шины (ИПШ) для подачи управляющих сигналов на РЧ/аналоговые схемы с использованием компактного последовательного интерфейса.
Согласно одному аспекту, в приемнике с прямым понижающим преобразованием предусмотрено использование ЦУРУ. ЦУРУ может обеспечивать требуемый диапазон усиления, необходимый для охвата всего или части полного динамического диапазона принятого сигнала (т.е. части, не отработанной РЧ/аналоговой схемой). Ниже описана преимущественная реализация конструкции ЦУРУ и размещения ЦУРУ в архитектуре приемника с прямым понижающим преобразованием.
Согласно другому аспекту, режим работы цепи УРУ выбирают, отчасти, на основании режима работы цепи постоянного тока. Поскольку эти две цепи работают (прямо или косвенно) на одних и тех же составляющих сигнала, они взаимодействуют друг с другом. Здесь предусмотрены способы, позволяющие цепи сигнализировать о событии, которое может повлиять на работу другой цепи, что позволяет другой цепи надлежащим образом обрабатывать событие, чтобы минимизировать ухудшение своей работы. Например, если цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения, позволяющем быстро удалять большие смещения постоянного тока, могут возникать большие всплески постоянного тока, которые могут оказывать то или иное негативное влияние на цепь АРУ, то это событие фиксируется, и цепь АРУ может работать в режиме низкого усиления или вообще блокироваться, чтобы минимизировать воздействие всплесков постоянного тока на работу цепи АРУ.
Согласно еще одному аспекту, промежуток времени, в течение которого цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения, обратно пропорционален ширине полосы цепи постоянного тока в режиме обнаружения. Желательно, чтобы в режиме обнаружения ширина полосы цепи постоянного тока была больше, чтобы цепь постоянного тока могла быстрее реагировать на смещение постоянного тока в составляющих сигнала и устранять его. Однако при более широкой полосе цепи цепь постоянного тока генерирует больший шум цепи. Чтобы ограничить величину полного шума (который включает в себя всплески постоянного тока, подлежащие коррекции, и шум цепи) и, в то же время, обеспечить работу цепи постоянного тока в широкой полосе, промежуток времени, в течение которого цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения, можно задавать обратно пропорциональным ширине полосы цепи. Поскольку более широкая полоса частот позволяет быстрее корректировать смещение постоянного тока, меньшее время, проведенное в режиме обнаружения, улучшает рабочие характеристики.
Согласно еще одному аспекту изобретения, управляющие сигналы для некоторых или всех РЧ/аналоговых схем поступают по последовательной шине. Использование стандартной последовательной шины для управления РЧ/аналоговыми функциями обеспечивает многочисленные преимущества, например уменьшение количества ножек микросхемы, упрощение разводки печатной платы, снижение стоимости и т.п. Для более эффективной передачи управляющих сигналов можно разработать последовательную шину с различными особенностями. Например, можно поддерживать несколько каналов аппаратного запроса (например, по одному каналу на каждую схему для индивидуального управления каждой из них), можно назначать каждому каналу соответствующий приоритет и передавать сообщения по каждому каналу с использованием нескольких возможных режимов передачи данных.
Ниже более подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления. Изобретение также предусматривает способы, процессоры цифровых сигналов, приемные блоки и другие устройства и элементы, которые реализуют различные аспекты, варианты осуществления и признаки изобретения, более подробно описанные ниже.
Краткое описание чертежей
Признаки, характер и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из следующего подробного описания, приведенного совместно с прилагаемыми чертежами, снабженными сквозной системой обозначений, на которых:
фиг.1 - блок-схема варианта осуществления приемного блока, выполненного с возможностью реализации различных аспектов и вариантов осуществления изобретения;
фиг.2А - блок-схема варианта осуществления прямого понижающего преобразователя;
фиг.2В - блок-схема варианта осуществления подавителя смещения постоянного тока;
фиг.3 - блок-схема варианта осуществления цифрового усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (ЦУРУ);
фиг.4А - блок-схема блока цепи АРУ;
фиг.4В - блок-схема блока управления АРУ;
фиг.4С - пример графика функции перехода коэффициента усиления для РЧ/аналоговых схем.
Подробное описание
На фиг.1 изображена блок-схема варианта осуществления приемного блока 100, выполненного с возможностью реализации различных аспектов и вариантов осуществления изобретения. Приемный блок 100 можно реализовать в терминале или базовой станции системы беспроводной связи (МДКР). Для ясности, различные аспекты и варианты осуществления изобретения описаны для реализации приемника в терминале. Кроме того, для ясности, здесь приведены конкретные расчетные значения, но в пределах объема изобретения можно использовать и другие расчетные значения.
Согласно фиг.1, один или несколько РЧ модулированных сигналов, передаваемых с одного или нескольких передатчиков (например, базовых станций, спутников глобальной системы позиционирования (ГСП), широковещательных станций и т.д.), принимаются в антенне 112 и поступают на усилитель (Усил.) 114. Усилитель 114 усиливает принятый сигнал с определенным коэффициентом усиления, выдавая усиленный РЧ сигнал. Усилитель 114 может содержать один или несколько каскадов малошумящего усилителя (МШУ), предназначенных для обеспечения определенного диапазона усиления и/или ослабления (например, 40 дБ от максимального усиления до максимального ослабления). Конкретный коэффициент усиления усилителя 114 можно определять с помощью сообщения регулировки усиления, поступающего от блока 150 интерфейса последовательной шины (ИПШ) по последовательной шине 152. Приемный фильтр 116 фильтрует усиленный РЧ сигнал для удаления шума и паразитных сигналов, и фильтрованный РЧ сигнал поступает на прямой понижающий преобразователь 120.
Прямой понижающий преобразователь 120 осуществляет прямое квадратурное понижающее преобразование фильтрованного РЧ сигнала от РЧ до частоты немодулированного сигнала. Для этого фильтрованный РЧ сигнал можно перемножать (или смешивать) с комплексным сигналом гетеродина (ГД), получая комплексный немодулированный сигнал. В частности, для получения синфазной составляющей (I) немодулированного сигнала фильтрованный РЧ сигнал можно смешивать с синфазным сигналом ГД, а для получения квадратурной (Q) составляющей немодулированного сигнала его можно смешивать с квадратурным сигналом ГД. Смеситель, используемый для осуществления прямого понижающего преобразования, можно реализовать посредством нескольких каскадов, которыми можно управлять для обеспечения разных коэффициентов усиления, что описано ниже. В этом случае конкретный коэффициент усиления, обеспечиваемый смесителем, можно также определять с помощью другого сообщения регулировки усиления, выдаваемого блоком 150 ИПШ по последовательной шине 152, как показано на фиг.1. Составляющие I и Q немодулированного сигнала поступают на один или несколько аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 122.
АЦП 122 цифрует I и Q составляющие немодулированного сигнала, выдавая I и Q выборки соответственно. В качестве конкретной реализации АЦП 122 можно использовать различные конструкции АЦП, например сигма-дельта-модуляторы, выполненные с возможностью фильтрации, а затем передискретизации (избыточной дискретизации) I и Q составляющих немодулированного сигнала на многократной (например, 16-кратной) чиповой скорости составляющих немодулированного сигнала (которая для IS-95 равна 1,2288 Мчип/с). Передискретизация позволяет АЦП обеспечивать более широкий динамический диапазон и также позволяет обеспечивать I и Q выборки с меньшим количеством битов для данной точности. В конкретном варианте осуществления АЦП 122 выдают 2-битовые I и Q выборки на 16-кратной чиповой скорости (т.е. чип×16). В рамках объема изобретения можно использовать и другие типы АЦП. I и Q выборки поступают с АЦП 122 на цифровой фильтр 124.
Цифровой фильтр 124 фильтрует I и Q выборки, обеспечивая фильтрованные I и Q выборки соответственно. Цифровой фильтр 124 может осуществлять разнообразные функции, например режекторную фильтрацию изображения, фильтрацию согласования импульсов немодулированного сигнала, прореживание, преобразование частоты дискретизации и т.д. Согласно конкретному варианту осуществления, цифровой фильтр 124 выдает 18-битовые фильтрованные I и Q выборки на чип×8 на подавитель 130 смещения постоянного тока.
Подавитель 130 смещения постоянного тока устраняет смещение постоянного тока в фильтрованных I и Q выборках, выдавая I и Q выборки с коррекцией смещения постоянного тока соответственно. Согласно конкретному варианту осуществления подавитель 130 смещения постоянного тока реализует две цепи коррекции смещения постоянного тока, которые пытаются удалить смещения постоянного тока в двух разных местах на тракте принятого сигнала: одно на немодулированном сигнале после понижающего преобразования, осуществляемого прямым понижающим преобразователем 120, а другое после цифровой фильтрации, осуществляемой фильтром 124. Коррекция смещения постоянного тока более подробно описана ниже.
Цифровой усилитель 140 с регулируемым коэффициентом усиления (ЦУРУ) осуществляет цифровое усиление I и Q выборок с коррекцией смещения постоянного тока, выдавая I и Q данные для последующего преобразования на цифровой демодулятор 144. Согласно конкретному варианту осуществления ЦУРУ 140 выдает 4-битовые I и Q данные на чип×8.
Цифровой демодулятор 144 демодулирует I и Q данные, выдавая демодулированные данные, которые затем можно подавать на последующий декодер (не показанный на фиг. 1). Демодулятор 144 можно реализовать как многоотводный приемник (рейк приемник), который может одновременно обрабатывать несколько вариантов принятого сигнала. Для МДКР можно сделать так, чтобы на каждом отводе многоотводного приемника осуществлялись следующие операции: (1) сдвиг фазы I и Q данных с помощью комплексного синусоидального сигнала для удаления частотного сдвига в I и Q данных, (2) сжатие по спектру сдвинутых по фазе I и Q данных с помощью комплексной псевдослучайной шумовой (ПШ) последовательности, используемой в передатчике, (3) снятие покрытия сжатых I и Q данных с помощью каналообразующего кода (например, кода Уолша), используемого в передатчике, и (4) демодуляция I и Q данных со снятым покрытием с помощью пилот-сигнала, восстановленного из принятого сигнала. Цифровой фильтр 124, подавитель 130 смещения постоянного тока, ЦУРУ 140 и цифровой демодулятор 144 можно реализовать в одной или нескольких интегральных схемах (ИС), например в едином процессоре цифровых сигналов.
Блок 142 цепи автоматической регулировки усиления (АРУ) получает I и Q данные от ЦУРУ 140 и сигнал режим_цепи_ПТ от подавителя 130 смещения постоянного тока и выдает коэффициенты усиления для различных элементов регулируемого усиления в приемном блоке 100. Согласно варианту осуществления коэффициенты усиления для усилителя 114 и прямого понижающего преобразователя 120 поступают на блок 150 ИПШ, который выдает соответствующие сообщения регулировки усиления на эти элементы по последовательной шине 152. Коэффициент усиления для ЦУРУ 140 поступает на ЦУРУ напрямую с учетом задержки от входа РЧ сигнала до входа ЦУРУ. Блок 142 цепи АРУ обеспечивает соответствующие коэффициенты усиления для усилителя 114, прямого понижающего преобразователя 120 и ЦУРУ 140, чтобы добиться требуемой амплитуды для I и Q данных. Цепь АРУ более подробно описана ниже.
Контроллер 160 управляет различными операциями приемного блока 100. Например, контроллер 160 может управлять работой подавителя смещения постоянного тока, цепи АРУ, ЦУРУ, ИПШ и т.д. Память 162 обеспечивает хранение данных и программных кодов для контроллера 160.
В типичной конструкции приемника предварительная обработка принятого сигнала осуществляется на одном или нескольких каскадах усилителя, фильтра, смесителя и т.д. Например, принятый сигнал можно усиливать на одном или нескольких каскадах МШУ. Кроме того, фильтрацию можно обеспечить до и/или после каскадов МШУ, и она также обычно осуществляется после преобразования с понижением частоты. Для простоты эти различные каскады предварительной обработки сигнала объединены в блоках, показанных на фиг.1. В рамках объема изобретения можно использовать и другие конструкции РЧ приемника. Усилитель 114, прямой понижающий преобразователь 120 и АЦП 122 образуют РЧ входной блок приемника с прямым понижающим преобразованием.
Разрешение I и Q выборок на различных блоках обработки сигнала на фиг.1 приведено в иллюстративных целях. В рамках объема изобретения можно использовать другое количество битов разрешения и другие частоты дискретизации для I и Q выборок.
Коррекция смещения постоянного тока
На фиг.2А изображена блок-схема прямого понижающего преобразователя 120а, который является конкретным вариантом осуществления прямого понижающего преобразователя 120, показанного на фиг.1. В прямом понижающем преобразователе 120а фильтрованный РЧ сигнал от приемного фильтра 116 поступает на смеситель 212, который также принимает (комплексный) сигнал ГД от гетеродина 218. Частоту сигнала ГД можно регулировать с помощью управляющего сигнала частоты (который можно подавать по последовательной шине 152 или некоторым другим сигнальным линиям), и ее устанавливают равной центральной частоте восстанавливаемого РЧ модулированного сигнала. Смеситель 212 осуществляет квадратурное понижающее преобразование фильтрованного РЧ сигнала с помощью комплексного сигнала ГД, выдавая синфазную и квадратурную составляющие, которые поступают на сумматор 214.
Преобразователь 220 принимает цифровой управляющий сигнал смещения постоянного тока, который может поступать от подавителя 130 смещения постоянного тока по последовательной шине 152 и который обозначен на фиг.2А как “управляющий сигнал ПТ ИПШ”. Преобразователь 220 осуществляет цифроаналоговое преобразование цифрового управляющего сигнала для генерирования значения регулировки смещения постоянного тока DC1I и DC1Q для синфазной и квадратурной составляющих соответственно. Согласно варианту осуществления эти значения используются для регулировки тока смещения смесителя 212, что позволяет косвенно регулировать смещение постоянного тока в составляющих сигнала.
Аналоговая схема 222 принимает аналоговый управляющий сигнал смещения постоянного тока, который может поступать от подавителя 130 смещения постоянного тока по выделенной сигнальной линии и который обозначен на фиг.2А как “грубое смещение ПТ”. Аналоговая схема 222 осуществляет фильтрацию и, возможно, сдвиг и масштабирование уровня для генерирования значения регулировки смещения постоянного тока DC2I и DC2Q для синфазной и квадратурной составляющих соответственно. Сумматор 214 вычитает значения смещения постоянного тока DC2I и DC2Q из синфазной и квадратурной составляющих соответственно. Фильтр нижних частот/усилитель 216 фильтрует и усиливает составляющие выходного сигнала сумматора 214, выдавая I и Q составляющие немодулированного сигнала.
На фиг.2В изображена блок-схема подавителя 130а смещения постоянного тока, показанного на фиг.1. Подавитель 130а смещения постоянного тока содержит сумматоры 232а и 232b, блоки 234а и 234b управления цепью постоянного тока, контроллер 240 смещения постоянного тока ИПШ и контроллер 242 цепи постоянного тока. Согласно варианту осуществления коррекция смещения постоянного тока осуществляется раздельно для I и Q выборок. Таким образом, сумматоры 232а и 232b и каждый из блоков 234а и 234b управления цепью постоянного тока содержат два элемента: один для обработки I выборок, а другой для обработки Q выборок.
Фильтрованные I и Q выборки поступают с цифрового фильтра 124 на сумматор 232а, который удаляет фиксированные значения смещения постоянного тока DC3I и DC3Q из I и Q выборок соответственно. Сумматор 232а можно использовать для удаления смещения постоянного тока, которое является статическим (например, обусловленное рассогласованием цепей и т.п.). I и Q составляющие выходного сигнала сумматора 232а поступают на сумматор 232b, который дополнительно удаляет значения смещения постоянного тока DC4I и DC4Q (поступающие от блока 234b управления цепью постоянного тока) из этих I и Q выходных сигналов для обеспечения I и Q выборок с коррекцией смещения постоянного тока.
Блок 234а управления цепью постоянного тока принимает I и Q выходные сигналы сумматора 232а, определяет смещения постоянного тока в этих выходных сигналах и выдает сигнал грубой регулировки постоянного тока на аналоговую схему 222 в прямом понижающем преобразователе 120а. Блок 234b управления цепью постоянного тока аналогично принимает I и Q выходные сигналы сумматора 232b, определяет смещения постоянного тока в этих выходных сигналах и выдает значения смещения постоянного тока DC4I и DC4Q на сумматор 234b. Каждый блок 234 управления цепью постоянного тока реализуется в виде усилительного элемента 236, подключенного к накопителю 238. Усилительный элемент 236 умножает входную I или Q выборку на конкретный коэффициент усиления (1 коэффициент усиления ПТ для блока 234а и 2 коэффициент усиления ПТ для блока 234b), выбранный для этой цепи. Накопитель 238 накапливает масштабированную I или Q выборку, выдавая управляющий сигнал смещения постоянного тока для этой цепи.
Сумматор 214 в прямом понижающем преобразователе 120а и блок 234а управления цепью постоянного тока реализуют цепь грубой регулировки постоянного тока, которая удаляет смещение постоянного тока в составляющих немодулированного сигнала после прямого понижающего преобразования на смесителе 212. Сумматор 232b и блок 234b управления цепью постоянного тока реализуют цепь точной регулировки постоянного тока, которая удаляет смещение постоянного тока, которое осталось на выходе цепи грубой регулировки постоянного тока. Как следует из их названий, цепь точной регулировки постоянного тока имеет более высокое разрешение, чем цепь грубой регулировки постоянного тока.
Контроллер 240 смещения ПТ ИПШ периодически определяет регулировку смещения постоянного тока ИПШ на основании различных факторов, например температуры, коэффициентов усиления усилителя 114 и смесителя 212, времени, дрейфа и т.д. Управляющий сигнал смещения ПТ ИПШ поступает по последовательной шине 152 на преобразователь 220, который генерирует соответствующие значения регулировки смещения постоянного тока DC1I и DC1Q для смесителя 212.
Реализация коррекции смещения постоянного тока для приемника с прямым понижающим преобразованием, например, показанного на фиг.1, описана более подробно в заявке на патент США, озаглавленной “Подавление смещения постоянного тока для модемов мобильных станций, использующих прямое понижающее преобразование”, которая включена в настоящее описание посредством ссылки.
Четыре набора значений смещения постоянного тока (DC1I и DC1Q, DC2I и DC2Q, DC3I и DC3Q, DC4I и DC4Q) представляют четыре разных механизма, которые можно использовать по отдельности или совместно для обеспечения требуемой коррекции смещения постоянного тока в приемнике с прямым понижающим преобразованием. Цепь грубой регулировки постоянного тока (которая выдает значения DC2I и DC2Q) и цепь точной регулировки постоянного тока (которая выдает значения DC4I и DC4Q) можно использовать для динамического удаления смещения постоянного тока в I и Q составляющих сигнала. Сумматор 232а (который вычитает значения DC3I и DC3Q) можно использовать для удаления статического смещения постоянного тока. Наконец, контроллер 240 смещения ПТ ИПШ (который выдает значения DC1I и DC1Q) можно использовать для удаления динамического и/или статического смещения постоянного тока в составляющих сигнала.
Согласно варианту осуществления цепи грубой и точной регулировки постоянного тока поддерживают два рабочих режима: режим обнаружения и режим слежения. Режим обнаружения используется для более быстрого удаления большого смещения постоянного тока в составляющих сигнала, обусловленного (1) ступенчатым изменением коэффициентов усиления РЧ/аналоговых схем, например, усилителя 114 и/или смесителя 212, или (2) цепью постоянного тока в целом, осуществляющей периодическое обновление постоянного тока, из-за чего в смеситель 212 и/или сумматор 232а могут поступать новые значения DC1 или DC3, или (3) любыми другими причинами соответственно. Режим слежения используется для осуществления нормальной коррекции смещения постоянного тока и обеспечивает более медленную реакцию, чем режим обнаружения. В рамках объема изобретения можно поддерживать и другие или дополнительные режимы работы. Режимы обнаружения и слежения могут соответствовать двум различным значениям коэффициента усиления цепи постоянного тока для 1 коэффициента усиления ПТ и двум разным значениям коэффициента усиления цепи постоянного тока для 2 коэффициента усиления ПТ.
Для простоты цепи грубой и точной регулировки постоянного тока совместно называют просто “цепь постоянного тока”. Управляющий сигнал режим_цепи_ПТ указывает текущий режим работы цепи постоянного тока. Например, управляющий сигнал режим_цепи_ПТ можно задать равным логическому высокому значению для указания, что цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения, и равным логическому низкому значению для указания, что она работает в режиме слежения.
Цифровая АРУ
Аспект изобретения предусматривает использование ЦУРУ в приемнике с прямым понижающим преобразованием. ЦУРУ может обеспечивать требуемый диапазон коэффициента усиления, необходимый для охвата всего или части полного динамического диапазона принимаемого сигнала (т.е. части, не охваченной РЧ/аналоговыми схемами). Таким образом, диапазон коэффициента усиления ЦУРУ можно использовать для обеспечения коэффициента усиления, который гетеродинный приемник обеспечивает на промежуточной частоте (ПЧ). Ниже описана преимущественная реализация конструкции ЦУРУ и размещения ЦУРУ в архитектуре приемника с прямым понижающим преобразованием.
На фиг.3 изображена блок-схема ЦУРУ 140а, способного обеспечивать цифровое усиление на частоте немодулированного сигнала для I и Q выборок. ЦУРУ 140а является конкретным вариантом осуществления ЦУРУ 140, показанного на фиг.1.
В ЦУРУ 140а I и Q выборки с коррекцией смещения постоянного тока от предварительного подавителя 130 смещения постоянного тока поступают на мультиплексор 312 и блок 320 отсечки. Для минимизации оборудования только один цифровой умножитель 316 используется для осуществления умножения на коэффициент усиления обеих, I и Q, выборок в режиме мультиплексирования с временным разделением (МВР, TDM). Таким образом, мультиплексор 312 попеременно выдает то I выборку, то Q выборку (что определяется управляющим сигналом выб_IQ) на умножитель 316 через логический элемент “И” 314. Управляющий сигнал выб_IQ является просто прямоугольной волной с частотой I и Q выборок (например, чип×8) и соответствующей фазой (например, I выборкам соответствует логический низкий уровень). Логический элемент “И” 314 осуществляет операцию “И” над I или Q выборкой с управляющим сигналом вкл_ЦУРУ, который устанавливают равным высокому логическому значению для включения ЦУРУ, и устанавливают равным низкому логическому значению для обхода ЦУРУ. ЦУРУ можно обходить, например, если диапазон коэффициента усиления ЦУРУ не нужен или если диапазон коэффициента усиления обеспечивается аналоговой схемой (например, усилителем с регулируемым коэффициентом усиления). Таким образом, логический элемент “И” пропускает выборку на умножитель 316, если ЦУРУ включен, а в противном случае выдает нуль. Нуль снижает потребление мощности последующей схемой за счет устранения переходов, которые приводят к потреблению мощности в схемах КМОП (CMOS).
Умножитель 316 умножает I или Q выборку на выходе логического элемента “И” 314 на коэффициент усиления из регистра 344 и выдает масштабированную (или усиленную) выборку на блок 318 отсечки. Согласно конкретному варианту осуществления умножитель 316 работает на удвоенной частоте дискретизации, которая равна чип×16 для частоты дискретизации I/Q чип×8. Согласно конкретному варианту осуществления для МДКР и ГСП входные I и Q выборки имеют разрешение 18 бит, в том числе разрешение 10 бит справа от двоичной точки (т.е. 18Q10), коэффициент усиления имеет разрешение 19 бит, в том числе разрешение 12 бит справа от двоичной точки (т.е. 19Q12), и масштабированные выборки имеют разрешение 37 бит, в том числе разрешение 22 бит справа от двоичной точки (т.е. 37Q22). Согласно конкретному варианту осуществления для цифровой ЧМ или ЦЧМ (DFM) входные I и Q выборки имеют разрешение 18Q6, коэффициент усиления имеет разрешение 19Q12, и масштабированные выборки имеют разрешение 37Q18. Блок 318 отсечки отсекает (например, 18) младшие биты (МБ) каждой масштабированной выборки и выдает усеченную выборку (с разрешением 18Q4 для МДКР/ГСП и 18Q0 для ЦЧМ) на один вход мультиплексора 322.
В некоторых режимах работы приемника цифровое масштабирование с помощью ЦУРУ 140а не требуется, и входные I и Q выборки можно подавать на выход ЦУРУ без какого-либо масштабирования (после соответствующей обработки для получения требуемого формата выходных данных). Блок 320 отсечки отсекает (например, 6) МБ каждой входной выборки и выдает усеченную выборку на другой вход мультиплексора 322. Блок 320 отсечки гарантирует, что выходные I и Q данные имеют одно и то же разрешение независимо от того, включен ли ЦУРУ или обойден.
Мультиплексор 322 выдает усеченную выборку с одного из блоков 318 и 320 отсечки в зависимости от того, включен ли ЦУРУ или обойден соответственно, что определяется управляющим сигналом вкл_ЦУРУ. Выбранная выборка поступает на блок 324 насыщения, который насыщает выборку до требуемого формата выходных данных, например, обеспечивает разрешение 8Q4 для МДКР/ГСП и 8Q0 для ЦЧМ. Насыщенная выборка поступает на элемент 326 задержки и на один вход регистра 328. Элемент 326 задержки обеспечивает задержку длительностью, равной полупериоду выборки, для выравнивания I и Q данных (которые были расфазированы на полупериод выборки для реализации мультиплексирования с временным разделением на мультиплексоре 316) и выдает I выборку с задержкой на другой вход регистра 328. Регистр 328 выдает I и Q данные, синхронизированные с управляющим сигналом выб_IQ. Для МДКР/ГСП четыре старших бита (СБ) I и Q данных (т.е. с разрешением 4Q0) поступают на следующий блок обработки. Для ЦЧМ I и Q данные (т.е. с разрешением 8Q0) поступают сразу на блок обработки ЧМ.
Приемный блок 100 можно использовать в различных областях применения, например, для приема данных от системы МДКР, системы ГСП, системы цифровой ЧМ (ЦЧМ) и т.д. Каждая такая область применения может быть связана с соответствующим принятым сигналом, имеющим некоторые конкретные характеристики и требующим некоторого конкретного коэффициента усиления. Согласно фиг.3, на мультиплексор 322 поступают три разных коэффициента усиления, используемых для МДКР, ГСП и ЦЧМ. В соответствии с управляющим сигналом выб_реж выбирают один из коэффициентов усиления. Выбранный коэффициент усиления поступает на блок 334 масштабирования и смещения коэффициента усиления, который также принимает смещение коэффициента усиления.
Блок 334 масштабирования и смещения коэффициента усиления масштабирует выбранный коэффициент усиления (МДКР, ГСП или ЦЧМ) с соответствующим масштабным коэффициентом, что позволяет добиться требуемого разрешения коэффициента усиления. Например, можно обеспечить коэффициент усиления МДКР с фиксированным количеством битов (например, 10 битов), которые покрывают один из нескольких возможных диапазонов коэффициента усиления (например, диапазона коэффициента усиления 102,4 дБ или 85,3 дБ для 10-битового коэффициента усиления МДКР), в зависимости от конкретного режима, используемого для МДКР. Масштабный коэффициент выбирают так, чтобы масштабированный коэффициент усиления МДКР имел одинаковое разрешение (например, 0,13 дБ) независимо от конкретного режима, используемого для МДКР. Блок 334 масштабирования и смещения коэффициента усиления дополнительно вычитает смещение коэффициента усиления из масштабированного коэффициента усиления. Смещение коэффициента усиления определяют на основании установки, выбранной для АЦП 122, что в свою очередь определяет среднюю мощность I и Q составляющих немодулированного сигнала, поступающего на АЦП. Смещение коэффициента усиления может быть программируемым значением, имеющим такое же разрешение, что и масштабированный коэффициент усиления, и может поступать от контроллера 160.
Мультиплексор 336 принимает масштабированный и смещенный коэффициент усиления от блока 334 и подменный коэффициент усиления и выдает один из коэффициентов усиления (на основании управляющего сигнала “замена_коэффициента_усиления”) на блок 338 насыщения. Замененный коэффициент усиления можно использовать вместо коэффициента усиления от цепи АРУ, если требуется обойти цепь АРУ. Блок 338 насыщения насыщает полученный коэффициент усиления (например, до 9 бит) для ограничения диапазона насыщенного коэффициента усиления (например, до 68,13 дБ от полного диапазона коэффициента усиления для 9 битов при разрешении 0,133 дБ для каждого бита). Логический элемент "И" 340 осуществляет операцию "И" над насыщенным коэффициентом усиления и управляющим сигналом вкл_ЦУРУ и передает поисковой таблице (ПОТ) 342 логарифмо-линейного преобразования насыщенный коэффициент усиления, если ЦУРУ включен, и нуль в противном случае (опять же для снижения потребления мощности на последующих схемах).
Согласно варианту осуществления цепь АРУ выдает значение коэффициента усиления (например, коэффициент усиления МДКР) в логарифмическом формате (дБ). Логарифмическое значение коэффициента усиления можно использовать для имитации характеристик РЧ/аналоговых схем с регулируемым коэффициентом усиления, которые обычно имеют логарифмические (или логарифмоподобные) функции перехода для коэффициента усиления от управляющего значения. Во-вторых, приемный коэффициент усиления используется в качестве оценки требуемой мощности передачи в телефонном вызове МДКР и для доставки отчета о мощности приема на базовую станцию по запросу. Эти оценки традиционно выполняются в дБ ввиду широкого динамического диапазона принятого сигнала. Однако, поскольку для умножения немодулированного сигнала на коэффициент усиления используется линейный цифровой умножитель 316, значение коэффициента усиления в дБ преобразуется в линейное значение коэффициента усиления. Поисковая таблица 342 осуществляет логарифмо-линейное преобразование в соответствии со следующей формулой:
где Y - линейное значение коэффициента усиления из поисковой таблицы, и Х - значение ослабления, которое можно определить как:
X=-(Z(дБ)+смещение),
Ур(2)
где Z - значение коэффициента усиления в дБ, передаваемое поисковой таблице, и смещение в уравнении (2) можно использовать для компенсации отсечки, осуществляемой на блоке 334 (например, при отсечке 4 битов смещение=0,067 дБ). В рамках объема изобретения можно использовать и другие методы преобразования логарифмического значения коэффициента усиления в линейное значение коэффициента усиления. Регистр 344 тактирует линейное значение коэффициента усиления от ПОТ 342 для синхронизации значения коэффициента усиления с той из выборок I или Q, которая поступает на умножитель 316.
Не выходя за рамки объема изобретения, можно также обеспечить цепь АРУ, работающую на основании линейных (а не логарифмических) значений коэффициента усиления.
Возвращаясь к фиг.1, отметим, что в приемнике 100 с прямым понижающим преобразованием ЦУРУ 140 расположен после подавителя 130 смещения постоянного тока и вне цепи постоянного тока. Такое размещение ЦУРУ обеспечивает некоторые преимущества и устраняет некоторые недостатки. Во-первых, если бы ЦУРУ находился в цепи постоянного тока, то любое смещение постоянного тока усиливалось с коэффициентом усиления ЦУРУ, что усугубляло бы ухудшение, обусловленное смещением постоянного тока. Во-вторых, коэффициент усиления цепи постоянного тока включал бы в себя коэффициент усиления ЦУРУ, который изменяется в зависимости от уровня принимаемого сигнала. Поскольку этот коэффициент усиления цепи постоянного тока непосредственно влияет на ширину полосы цепи постоянного тока или определяет ее, то ширина полосы цепи постоянного тока менялась бы совместно с коэффициентом усиления ЦУРУ, что является нежелательным эффектом. Ширину полосы цепи постоянного тока можно поддерживать практически постоянной, динамически изменяя коэффициент усиления цепи постоянного тока (т.е. 1 и 2 коэффициенты усиления ПТ в блоках 234а и 234b цепи постоянного тока) в обратном соотношении с любым изменением коэффициента усиления ЦУРУ, чтобы поддерживать постоянный коэффициент усиления всей цепи постоянного тока. Однако это дополнительно усложнило бы конструкцию механизмов коррекции смещения постоянного тока. Кроме того, остаточное смещение постоянного тока было бы переменным относительно фактической мощности сигнала.
В случае предпочтительного размещения ЦУРУ 140 после подавителя 130 смещения постоянного тока и вне цепи постоянного тока коррекция смещения постоянного тока, осуществляемая цепью постоянного тока, оказывается изолированной от масштабирования коэффициента усиления сигнала, осуществляемого ЦУРУ. Кроме того, реализация ЦУРУ на цифровом сигнале после АЦП 122 дополнительно упрощает конструкцию РЧ/аналоговых схем, что позволяет снизить стоимость приемника с прямым понижающим преобразованием. Поскольку цифровой коэффициент усиления обеспечивается после АЦП 122, то амплитуда составляющих сигнала, поступающих на АЦП, могла бы быть меньше, что потребовало бы большего динамического диапазона для процесса аналого-цифрового преобразования, чтобы шум АЦП незначительно ухудшал отношение сигнал/шум (ОСШ, SNR) квантованных I и Q выборок. АЦП с высоким динамическим диапазоном можно обеспечивать за счет сигма-дельта-модуляторов с передискретизацией, известных в уровне техники.
Автоматическая регулировка усиления
На фиг.4А изображена блок-схема блока 142а цепи АРУ, который является конкретным вариантом осуществления блока 142 цепи АРУ, показанного на фиг.1. В блоке 142а цепи АРУ I и Q данные поступают на индикатор 412 уровня принятого сигнала (ИУПС, RSSI), который оценивает уровень принятого сигнала. Уровень принятого сигнала, УПС, можно выразить следующим образом:
<maths num="1"><math display="block"><mrow><mi>У</mi><mi>П</mi><mi>С</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mi>i</mi><mrow><msub><mi>N</mi><mi>E</mi></msub></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msup><mi>I</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><msup><mi>Q</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>i</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow></math><img file="00000002.tif" he="12" wi="43" img-content="undefined" img-format="tif" /></maths>
,
Ур(3)
E
F
F
где I(i) и Q(i) представляют I и Q данные для i-го периода выборки, N - количество выборок, которые нужно накопить, чтобы получить оценку уровня принятого сигнала. Можно также использовать другие методы оценки уровня принятого сигнала (например, УПС=∑(|I(i)|+|Q(i)|). Оценка уровня принятого сигнала поступает на блок 414 управления АРУ.
полн
На фиг.4В изображена блок-схема блока 414а управления УРУ, который является конкретным вариантом осуществления блока 414 управления АРУ, показанного на фиг.4А. Блок 414а управления АРУ принимает оценку уровня принятого сигнала, УПС, от ИУПС 412, управляющий сигнал режим_цепи_ПТ от подавителя 130 смещения постоянного тока, управляющий сигнал “необход/удержание” от блока 418 управления шагом коэффициента усиления, решение по шагу коэффициента усиления с задержкой от программируемого блока 420 задержки и управляющий сигнал вкл_блокир. (например, от контроллера 160), которые все подробно описаны ниже. На основании полученных управляющих сигналов и УПС блок 414а управления АРУ выдает выходное значение коэффициента усиления, указывающее полный коэффициент усиления (G), который нужно применить к принятому сигналу.
Согласно варианту осуществления цепь АРУ поддерживает три режима работы - нормальный режим, режим низкого усиления и режим блокировки. Нормальный режим используется для обеспечения номинальной ширины полосы цепи АРУ, режим низкого усиления используется для обеспечения меньшей ширины полосы цепи АРУ и режим блокировки используется для блокировки цепи АРУ. Режимы низкого усиления и нормальный связаны со значениями коэффициента усиления цепи АРУ: 1 коэффициент усиления АРУ и 2 коэффициент усиления АРУ соответственно. Режим блокировки получают, обнуляя значение, поступающее для накопления на накопитель цепи АРУ. Согласно варианту осуществления для обнаружения нелинейных искажений используется дополнительное значение коэффициента усиления АРУ: 3 коэффициент усиления АРУ. 3 коэффициент усиления АРУ обычно меньше, чем 2 коэффициент усиления АРУ для нормального режима, но больше, чем 1 коэффициент усиления АРУ для режима низкого усиления, и используется для обнаружения наличия нелинейных искажений в составляющих сигнала, что описано ниже. В рамках объема изобретения цепь АРУ может также поддерживать другие или дополнительные режимы.
Как отмечено выше, цепь постоянного тока влияет на работу цепи АРУ. Таким образом, в этом аспекте выбор того или иного режима работы цепи АРУ зависит от конкретного режима работы цепи постоянного тока, используемого в данный момент. В частности, нормальный режим для цепи АРУ используется, когда цепь постоянного тока работает в режиме слежения, а режим низкого усиления или блокировки для цепи АРУ используется, когда цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения.
Согласно фиг.4В, 2 коэффициент усиления АРУ для нормального режима и 3 коэффициент усиления АРУ для обнаружения нелинейных искажений поступают на мультиплексор 446, который также принимает управляющий сигнал “необход/удержание”. Управляющий сигнал “необход/удержание” можно использовать для обеспечения временного гистерезиса между дискретными уровнями коэффициента усиления, т.е. цепь АРУ поддерживается на данном дискретном уровне коэффициента усиления в течение определенного промежутка времени (Время 1 или Время 2) прежде, чем ему будет разрешено перейти на другой (более высокий или низкий) шаг (уровень) коэффициента усиления.
Мультиплексор 446 выдает 2 коэффициент усиления АРУ при выборе нормального режима, о чем свидетельствует управляющий сигнал “необход/удержание”, установленный на логический низкий уровень. Альтернативно, мультиплексор 446 выдает 3 коэффициент усиления АРУ при осуществлении обнаружения нелинейных искажений при поступлении управляющего сигнала “необход/удержание”, имеющего логический высокий уровень. На два входа мультиплексора 448 поступают 1 коэффициент усиления АРУ для режима низкого усиления и выходной сигнал мультиплексора 446, и также на него поступает управляющий сигнал режим_цепи_ПТ. Мультиплексор 448 выдает на умножитель 442 1 коэффициент усиления АРУ при выборе режима низкого усиления для цепи АРУ, когда цепь постоянного тока находится в режиме обнаружения, при поступлении управляющего сигнала режим_цепи_ПТ, имеющего логический высокий уровень. Альтернативно, в режиме слежения мультиплексор 448 выдает на умножитель 442 2 коэффициент усиления АРУ или 3 коэффициент усиления АРУ при подаче управляющего сигнала режим_цепи_ПТ, имеющего логический низкий уровень.
Логический элемент “И” 440 принимает оценку уровня принятого сигнала, УПС, и управляющий сигнал вкл_блокир. Логический элемент “И” 440 выдает УПС на умножитель 442, когда (1) цепь постоянного тока работает в режиме слежения или (2) для цепи АРУ используется режим низкого усиления, когда цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения. Альтернативно, логический элемент “И” 440 выдает нуль на умножитель 442, когда цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения и цепь АРУ заблокирована. Нуль от логического элемента “И” 440 приводит к накоплению нуля на накопителе 444 цепи АРУ, когда цепь АРУ заблокирована.
полн
груб
точн
Умножитель 442 умножает оценку уровня принятого сигнала, УПС, на выбранный коэффициент усиления АРУ от мультиплексора 448 и выдает результат на накопитель 444 цепи АРУ. Накопитель 444 суммирует результат с сохраненным значением и выдает выходное значение коэффициента усиления, которое выражает полный коэффициент усиления, G, подлежащий применению к принятому сигналу для получения требуемого уровня сигнала, который определяется через смещение коэффициента усиления, поступающего на блок 334 масштабирования и смещения коэффициента усиления, показанный на фиг.3. Этот полный коэффициент усиления можно разложить на две части: (1) грубый коэффициент усиления, G, для РЧ/аналоговых схем (например, усилителя 114 и смесителя 212) и (2) точный коэффициент усиления, G, для ЦУРУ 140. Полный коэффициент усиления для принятого сигнала можно выразить в виде:
G<sub>полн</sub> = G<sub>груб</sub> + G<sub>точн</sub>,
Ур(4)
полн
груб
точн
где G, G и G - все измеряются в дБ.
Согласно фиг.4В накопитель 444 также принимает решение по шагу (уровню) коэффициента усиления с задержкой, которое выражает конкретный дискретный уровень коэффициента усиления, подлежащий использованию для РЧ/аналоговых схем, что описано ниже. Каждый дискретный коэффициент усиления для РЧ/аналоговых схем можно связать с соответствующим набором максимального и минимального значений для накопления, что гарантирует стабильность в цепи АРУ. Для конкретного дискретного коэффициента усиления, подлежащего выбору, который указан решением по шагу (уровню) коэффициента усиления с задержкой, для накопления на накопителе 444 используется соответствующий набор максимального и минимального значений.
полн
точн
груб
полн
Согласно фиг.4А для осуществления грубой регулировки коэффициента усиления для РЧ/аналоговых схем (1) блок 418 управления шагом (уровнем) коэффициента усиления отображает полный коэффициент усиления, G, в решение по шагу (уровню) коэффициента усиления, (2) кодер 424 диапазона кодирует решение по шагу (уровню) коэффициента усиления в соответствующие управляющие сигналы шага (уровня) коэффициента усиления, (3) блок 150 ИПШ форматирует управляющие сигналы шага (уровня) коэффициента усиления в соответствующие сообщения, (4) передают сообщения на РЧ/аналоговые схемы (например, усилитель 114 и/или смеситель 212) по последовательной шине 152 и (5) регулируют коэффициенты усиления РЧ/аналоговых схем на основании сообщений. Для осуществления точной регулировки коэффициента усиления (1) определяют точный коэффициент усиления, G, для ЦУРУ, вычитая грубый коэффициент усиления, G, из полного коэффициента усиления, G, и (2) регулируют коэффициент усиления ЦУРУ на основании точного коэффициента усиления. Вывод грубого и точного коэффициентов усиления на основании полного коэффициента усиления описан ниже.
Приемный блок 100 можно снабдить усилителем 114, имеющим несколько (например, четыре) каскадов, и смесителем 212, имеющим несколько (например, два) каскадов. Каждый каскад можно связать с конкретным дискретным коэффициентом усиления. В зависимости от того, какие каскады включены/выключены, можно получать различные дискретные коэффициенты усиления. Тогда с помощью грубого коэффициента усиления можно регулировать коэффициенты усиления РЧ/аналоговых схем грубыми дискретными уровнями. Конкретный дискретный коэффициент усиления, подлежащий использованию для РЧ/аналоговых схем, зависит от уровня принятого сигнала, конкретных конструкций этих схем и т.д.
На фиг.4С представлена диаграмма иллюстративной функции перехода коэффициента усиления для РЧ/аналоговых схем (например, усилителя 114 и смесителя 212). По горизонтальной оси отложен полный коэффициент усиления, который связан обратным соотношением с уровнем принятого сигнала (т.е. более высокий коэффициент усиления соответствует более низкому уровню принятого сигнала). По вертикальной оси отложено решение по шагу (уровню) коэффициента усиления, выдаваемое блоком 418 управления дискретным уровнем коэффициента усиления на основании полного коэффициента усиления. В этой конкретной иллюстративной конструкции решение по дискретному уровню коэффициента усиления принимает одно из пяти возможных значений, указанных в Таблице 1.
Таблица 1
Решение по дискретному уровню коэффициента усиления
Состояние РЧ/аналоговой схемы
Определение
000
первое
Минимальный коэффициент усиления - все каскады МШУ выключены; коэффициент усиления смесителя низкий
001
второе
Второй минимальный коэффициент усиления - все каскады МШУ выключены; коэффициент усиления смесителя высокий
010
третье
Третий максимальный коэффициент усиления - один каскад МШУ включен; коэффициент усиления смесителя высокий
011
четвертое
Второй максимальный коэффициент усиления - два каскада МШУ включены; коэффициент усиления смесителя высокий
100
пятое
Максимальный коэффициент усиления - все три каскада МШУ включены; коэффициент усиления смесителя высокий
Согласно фиг.4С при переходе между соседними состояниями предусмотрен гистерезис. Например, во втором состоянии (001) первый МШУ не включается (для перехода в третье состояние 010), пока полный коэффициент усиления не превысит порог L2 Подъем, и этот МШУ не выключается (для перехода из второго состояния обратно в первое состояние), пока полный коэффициент усиления не упадет ниже порога L2 Снижение. Гистерезис (L2 Подъем - L2 Снижение) препятствует постоянному включению/выключению МШУ, когда полный коэффициент усиления находится между порогами L2 Подъем и L2 снижение или близок к ним.
Блок 418 управления шагом (уровнем) коэффициента усиления определяет решение по шагу (уровню) коэффициента усиления на основании полного коэффициента усиления, функции перехода, например, показанной на фиг.4С (которая задается пороговыми значениями), а также хронирования, нелинейных искажений и, возможно, другой информации. Решение по шагу (уровню) коэффициента усиления указывает, какие именно каскады усилителя 114 и смесителя 212 нужно включить/выключить в соответствии с функцией перехода. Согласно фиг.4А блок 418 управления шагом (уровнем) коэффициента усиления выдает решение по шагу (уровню) коэффициента усиления на программируемый элемент задержки 420 и кодер 424 диапазона.
Согласно варианту осуществления и фиг.1 управляющий сигнал на включение или выключение каждого каскада усилителя 114 и смесителя 212 поступает на эти схемы по последовательной шине 152. Кодер 424 диапазона получает решение по шагу (уровню) коэффициента усиления и выдает соответствующий управляющий сигнал шага (уровня) коэффициента усиления для каждой конкретной схемы, подлежащей управлению (например, один управляющий сигнал шага (уровня) коэффициента усиления - для усилителя 114, и другой управляющий сигнал шага (уровня) коэффициента усиления - для смесителя 212). Отображение между решением по шагу (уровню) коэффициента усиления и управляющих сигналов шага (уровня) коэффициента усиления можно осуществлять с помощью поисковой таблицы и/или логики. Каждый управляющий сигнал шага (уровня) коэффициента усиления содержит один или несколько битов и включает/выключает определенные каскады в схеме, подлежащей управлению этим управляющим сигналом шага (уровня) коэффициента усиления. Например, усилитель 114 может иметь четырехкаскадную конструкцию, и его (2-битовый) управляющий сигнал шага (уровня) коэффициента усиления может принимать четыре возможных значения (00, 01, 10 и 11), соответствующие четырем возможным дискретным коэффициентам усиления усилителя. Смеситель 212 может иметь двухкаскадную конструкцию, и его (1-битовый) управляющий сигнал шага (уровня) коэффициента усиления может принимать два возможных значения (0 и 1), соответствующие двум возможным дискретным коэффициентам усиления смесителя. Блок 150 ИПШ форматирует управляющие сигналы шага (уровня) коэффициента усиления для усилителя 114 и смесителя 212 в соответствующие сообщения, и эти сообщения поступают на схемы по последовательной шине 152. Кодер 424 диапазона также выдает на подавитель 130 смещения постоянного тока сигнал замены шага (уровня) коэффициента усиления, который указывает перешел ли коэффициент усиления РЧ/аналоговой схемы на новое значение или новый шаг (уровень).
полн
груб
точн
Как было отмечено выше, полный коэффициент усиления, G, принятого сигнала можно разложить на грубый коэффициент усиления, G, и точный коэффициент усиления, G. Кроме того, согласно фиг.4А точный коэффициент усиления генерируется путем вычитания грубого коэффициента усиления из полного коэффициента усиления в сумматоре 416. Поскольку грубый коэффициент усиления (в виде управляющих сигналов шага (уровня) коэффициента усиления) поступает на усилитель 114 и смеситель 212 через блок 150 ИПШ и последовательную шину, возникает задержка между временем, когда блок 418 управления шагом (уровнем) коэффициента усиления определяет грубый коэффициент усиления, и временем, когда грубый коэффициент усиления фактически применяется РЧ/аналоговыми схемами. Кроме того, при прохождении принятого сигнала от РЧ схемы на ЦУРУ (в частности, через цифровой фильтр 124) он получает задержку на обработку. Таким образом, чтобы гарантировать, что грубый коэффициент усиления применяется РЧ схемами и удаляется из ЦУРУ в один и тот же момент (т.е. что грубый коэффициент усиления применяется к любой данной выборке данных только один раз), для задержки грубого коэффициента усиления (выражаемой решением по шагу (уровню) коэффициента усиления) перед его применением к ЦУРУ 140 используется программируемая задержка.
Программируемый элемент задержки 420 обеспечивает определенную величину задержки для решения по шагу (уровню) коэффициента усиления. Эта задержка компенсирует задержку, вносимую блоком 150 ИПШ, и задержку на тракте обработки принятого сигнала от РЧ-схемы к ЦУРУ. Эту задержку можно программировать, записывая значение задержки в регистр. Элемент задержки 420 обеспечивает решение по шагу (уровню) коэффициента усиления с задержкой.
груб
Блок 422 преобразования грубого коэффициента усиления получает решение по шагу (уровню) коэффициента усиления с задержкой, которое указывает конкретный дискретный коэффициент усиления для РЧ/аналоговых схем и выдает соответствующий грубый коэффициент усиления, G, имеющий требуемые диапазон и разрешение (например, такие же диапазон и разрешение, как у полного коэффициента усиления от блока 414 управления АРУ). Таким образом, грубый коэффициент усиления эквивалентен решению по шагу (уровню) коэффициента усиления, но обеспечивается в другом формате (т.е. грубый коэффициент усиления - это значение с высоким разрешением, тогда как решение по дискретному уровню коэффициента усиления - это цифровой управляющий сигнал (ВКЛ/ВЫКЛ)). Преобразование решения по шагу (уровню) коэффициента усиления в грубый коэффициент усиления можно осуществлять с помощью поисковой таблицы и/или логики. Сумматор 416 вычитает грубый коэффициент усиления из полного коэффициента усиления, выдавая точный коэффициент усиления для ЦУРУ.
При всякой грубой регулировке коэффициента усиления РЧ/аналоговой схемы за счет включения и выключения каскадов составляющие сигнала обычно получают некоторый определенный дискретный сдвиг фазы. Величина сдвига фазы зависит от того, какие каскады были включены и выключены (что определяется решением по шагу (уровню) коэффициента усиления), но обычно имеет фиксированное значение для конкретной настройки или конфигурации. Этот сдвиг фазы может приводить к ухудшению процесса демодуляции данных, если не удастся скорректировать сдвиг фазы с помощью цепи регулировки частоты.
Согласно варианту осуществления решение по шагу (уровню) коэффициента усиления отображается на соответствующую фазу фазовращателя, которая указывает величину сдвига фазы в составляющих принятого сигнала, соответствующего коэффициенту усиления, указанному решением по шагу (уровню) коэффициента усиления. Фаза фазовращателя поступает на фазовращатель, входящий в состав цифрового демодулятора 144, и используется для регулировки фазы I и Q данных для компенсации сдвига фазы, обусловленного включенными каскадами коэффициента усиления в РЧ/аналоговых схемах. Это отображение между решением по шагу (уровню) коэффициента усиления и фазой фазовращателя можно осуществлять с помощью поисковой таблицы и/или логики. Кроме того, можно добиться высокого разрешения для фазы фазовращателя (например, 6-битовое представление позволяет добиться разрешения 5,6° для фазы фазовращателя).
Работа цепей постоянного тока и АРУ
Согласно фиг.1 цепь постоянного тока обрабатывает фильтрованные I и Q выборки от цифрового фильтра 124 для удаления смещения постоянного тока, а затем цепь АРУ (посредством ЦУРУ 140) обрабатывает I и Q выборки с коррекцией смещения постоянного тока, выдавая I и Q данные, поступающие на цифровой демодулятор 144. Цепь АРУ также регулирует коэффициент усиления РЧ/аналоговой схемы, что в свою очередь влияет на амплитуду I и Q выборок, обрабатываемых цепью постоянного тока. Таким образом, цепь постоянного тока можно рассматривать как встроенную в цепь АРУ. Работа цепи постоянного тока влияет на работу цепи АРУ.
В приемнике с прямым понижающим преобразованием смещение постоянного тока (как статическое, так и изменяющееся со временем) оказывает большее влияние на составляющие сигнала по причине меньшей амплитуды сигнала. Большие смещения постоянного тока (или всплески постоянного тока) могут возникать в составляющих сигнала по разным причинам. Во-первых, когда коэффициент усиления РЧ/аналоговой схемы (например, усилителя 114 и смесителя 212) изменяется дискретными шагами (в виде дискретных уровней) вследствие включения/выключения каскадов, большие смещения постоянного тока могут возникать в составляющих сигнала вследствие рассогласования на разных включаемых/выключаемых каскадах. Во-вторых, большие смещения постоянного тока также могут возникать, когда цепь постоянного тока осуществляет обновления смещения постоянного тока, за счет чего на сумматор 232а поступают другие значения смещения постоянного тока DC3I и DC3Q, и/или на смеситель 212 по последовательной шине поступают другие значения смещения постоянного тока DC1I и DC1Q.
Большие смещения постоянного тока можно удалять с использованием различных механизмов цепи постоянного тока (например, цепей постоянного тока с грубой и точной регулировкой). Кроме того, большие смещения постоянного тока можно быстрее удалять, используя цепь постоянного тока в режиме обнаружения. Однако, пока они не удалены, большие смещения постоянного тока оказывают негативное влияние на составляющие сигнала и могут ухудшать рабочие характеристики.
Во-первых, всякое не удаленное смещение постоянного тока в составляющих сигнала после операции сжатия по спектру, осуществляемой цифровым демодулятором 144, выглядит как шум (мощность которого равна смещению постоянного тока). Этот шум может ухудшать рабочие характеристики.
2
2
кв
Во-вторых, большое смещение постоянного тока нарушает работу цепи АРУ несколькими способами. Смещение постоянного тока прибавляется к составляющим сигнала и приводит к тому, что комбинированные составляющие (смещение постоянного тока и сигнал) имеют увеличенную амплитуду. В результате цепь АРУ снижает полный коэффициент усиления, из-за чего в установке АРУ поддерживается мощность комбинированных составляющих (например, I+Q=установка АРУ). Снижение коэффициента усиления приводит к сжатию составляющих полезного сигнала, причем величина сжатия пропорциональна модулю смещения постоянного тока. Уменьшение амплитуды составляющих полезного сигнала приводит к ухудшению отношения сигнал/шум квантования (ОСШ), что также ухудшает рабочие характеристики. Кроме того, если цепи постоянного тока не удастся полностью удалить большое смещение постоянного тока прежде, чем она войдет в режим слежения, то в режиме слежения остаточное смещение постоянного тока будет удаляться медленнее. Тогда цепь АРУ будет вести себя в соответствии с этой медленной переходной реакцией цепи постоянного тока, что приведет к удлинению периода ухудшения, пока цепи постоянного тока и АРУ не придут в устойчивое состояние.
В-третьих, большое смещение постоянного тока влияет на возможность точного обнаружения нелинейных искажений, которые являются помеховыми сигналами в диапазоне полезного сигнала. Нелинейные искажения могут возникать вследствие нелинейности схем на тракте принятого сигнала. Поскольку нелинейность усилителя 114 и смесителя 212 более отчетливо проявляется, когда эти схемы работают на высоких коэффициентах усиления (т.е. когда включено большее количество каскадов), приемник может сразу же обнаружить нелинейные искажения после того, как любая из этих схем переключается на высокий коэффициент усиления. Для обнаружения нелинейных искажений можно измерять мощность составляющих сигнала с помощью ИУПС 412 сразу после переключения на более высокий коэффициент усиления, сравнивать измеренную мощность с порогом по истечении конкретного периода времени измерения и сигнализировать о наличии нелинейных искажений в составляющих сигнала, если измеренная мощность превышает порог. В случае обнаружения нелинейных искажений коэффициент усиления одной или нескольких схем можно снизить, чтобы удалить или ослабить нелинейные искажения. Однако при наличии смещения постоянного тока, обусловленного переключением на высокий коэффициент усиления, может оказаться невозможным различить, вызвано ли увеличение измеренной мощности нелинейными искажениями или полным шумом, который включает в себя любое неудаленное смещение постоянного тока и повышенный шум цепи постоянного тока, генерируемый цепью постоянного тока, работающей в режиме обнаружения для быстрого удаления смещения постоянного тока. Таким образом, наличие смещения постоянного тока может влиять на возможность достоверного обнаружения нелинейных искажений, что может ухудшать рабочие характеристики, если РЧ/аналоговые схемы будут работать с неправильными коэффициентами усиления вследствие ошибочного обнаружения нелинейных искажений.
Большое смещение постоянного тока может привести к длинным пакетам ошибок вследствие различных вредных эффектов, описанных выше. Ухудшение из-за смещения постоянного тока создает больше проблем на более высоких скоростях передачи данных, поскольку время, необходимое для удаления всплесков постоянного тока, может быть фиксированным (например, за счет конкретной конструкции цепи постоянного тока), что приводит к увеличению количества ошибок на высоких скоростях передачи данных.
Согласно другому аспекту изобретения промежуток времени, когда цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения, обратно пропорционален ширине полосы цепи постоянного тока в режиме обнаружения. Ширина полосы цепи постоянного тока должна быть больше в режиме обнаружения, чтобы цепь постоянного тока могла быстрее реагировать на смещение постоянного тока и удалять его. Чем шире полоса цепи, тем быстрее реакция цепи. Согласно отмеченному выше ошибка постоянного тока в составляющих полезного сигнала после операции сжатия по спектру в цифровом демодуляторе 144 проявляется как шум. Этот шум следует удалить как можно быстрее, чего можно добиться увеличением ширины полосы цепи постоянного тока для режима обнаружения. Однако увеличение ширины полосы цепи постоянного тока приводит к увеличению шума цепи постоянного тока, что также ухудшает рабочие характеристики.
Чтобы максимально улучшить работу, нужно найти компромиссное решение по использованию режима обнаружения на основании факторов (привнесенного) смещения постоянного тока, подлежащего корректировке, и (самогенерированного) шума цепи постоянного тока. Чтобы ограничить величину шума цепи постоянного тока и все же позволить цепи постоянного тока работать с большой шириной полосы, промежуток времени, в течение которого цепь постоянного тока работает в режиме обнаружения, можно установить обратно пропорциональным ширине полосы цепи. Более широкая полоса цепи постоянного тока в общем случае соответствует более короткому времени обнаружения смещения постоянного тока, поскольку цепь с более широкой полосой способна реагировать быстрее. Благодаря этому при более широкой полосе цепи постоянного тока в режиме обнаружения требуется проводить меньше времени, и цепь постоянного тока не работает в режиме обнаружения дольше, чем необходимо, что улучшает работу.
Конкретный промежуток времени для работы цепи постоянного тока в режиме обнаружения можно также выбирать на основании разных других факторов, например ожидаемой амплитуды смещения постоянного тока, амплитуды шума цепи постоянного тока, схем модуляции, ширины полосы принятого сигнала и т.д. В целом, продолжительность действия режима обнаружения связана обратным соотношением с шириной полосы цепи постоянного тока в режиме обнаружения, причем точная функция зависит от вышеперечисленных факторов.
Согласно еще одному аспекту изобретения цепь АРУ эксплуатируют в зависимости от режима работы цепи постоянного тока. Как отмечено выше, всякое не удаленное смещение постоянного тока, которое обычно больше, когда цепь постоянного тока переходит в режим обнаружения, влияет на работу цепи АРУ. Таким образом, подавитель 130 смещения постоянного тока выдает в блок 142 цепи АРУ управляющий сигнал режим_цепи_ПТ, который указывает текущий режим работы цепи постоянного тока. При переключении цепи постоянного тока в режим обнаружения для быстрого удаления (потенциально) большого смещения постоянного тока цепь АРУ можно одновременно переключить либо в режим низкого усиления, либо в режим блокировки, в результате чего цепь АРУ будет медленнее реагировать или вовсе не будет реагировать на смещение постоянного тока, когда цепь постоянного тока находится в режиме обнаружения. Когда же цепь постоянного тока перейдет в режим слежения, цепь АРУ можно переключить обратно в нормальный режим.
Малый или нулевой коэффициент усиления АРУ, используемый, когда цепь постоянного тока находится в режиме обнаружения, гарантирует, что цепь АРУ сохраняет свои управляющие сигналы в течение периода обнаружения постоянного тока. Тогда управляющие сигналы АРУ будут готовы работать нормальным образом, как только цепь постоянного тока войдет в режим слежения. Малый или нулевой коэффициент усиления АРУ также не позволяет цепи АРУ изменять мощность составляющих полезного сигнала относительно установки АРУ и дополнительно уменьшает влияние смещения постоянного тока в процессе обнаружения нелинейных искажений, что снижает вероятность ошибочного обнаружения нелинейных искажений.
Конкретные нормальные или малые коэффициенты усиления АРУ, подлежащие использованию, можно определять путем моделирования, эмпирического измерения или некоторыми другими средствами. Эти коэффициенты усиления можно также программировать (например, с помощью контроллера 160).
Интерфейс последовательной шины
Согласно еще одному аспекту изобретения, управляющие сигналы для некоторых или всех РЧ/аналоговых схем поступают по последовательной шине 152. Использование стандартной последовательной шины для управления РЧ/аналоговыми функциями обеспечивает многие преимущества, описанные ниже. Кроме того, для более эффективного обеспечения необходимых управляющих сигналов, последовательную шину можно снабдить различными особенностями, также описанными ниже.
Традиционно, управляющие сигналы для РЧ/аналоговых схем (например, усилителя 114 и смесителя 212) обеспечиваются с использованием выделенных каналов между схемами, подлежащими управлению, и контроллером, обеспечивающим управляющие сигналы. В контроллере можно предусмотреть один или несколько контактов для каждой схемы, подлежащей индивидуальному управлению. Например, для управления вышеописанными пятью каскадами усилителя/смесителя в контроллере и РЧ/аналоговой микросхеме можно предусмотреть три контакта. Использование специальных контактов для конкретных функций увеличивает количество контактов и усложняет разводку печатной платы, что может привести к увеличению стоимости приемника.
Использование последовательной шины для подачи управляющих сигналов для РЧ/аналоговых схем может избавить от многих недостатков, присущих традиционной конструкции, и может также обеспечивать дополнительные преимущества. Во-первых, последовательную шину можно реализовать с малым количеством контактов (например, двумя или тремя), и те же контакты можно использовать для подачи управляющих сигналов на многочисленные схемы, реализованные в одной или нескольких интегральных схемах (ИС). Например, единую последовательную шину можно использовать для регулировки коэффициента усиления усилителя 114, коэффициента усиления смесителя 212, смещения постоянного тока смесителя 212, частоты генератора 218 и т.д. Уменьшая количество необходимых контактов для взаимного соединения РЧ/аналоговой ИС с контроллером, можно снизить стоимость РЧ/аналоговой МС, контроллера и печатной платы. Во-вторых, использование стандартной последовательной шины повышает гибкость в отношении перспективных наборов микросхем, поскольку она стандартизует аппаратный интерфейс между РЧ/аналоговой ИС и контроллером. Это также позволяет производителю использовать одну и ту же разводку печатной платы с разными РЧ/аналоговыми ИС и/или контроллерами, не изменяя и не увеличивая количество необходимых линий управления.
Согласно варианту осуществления блок 150 ИПШ выполнен с возможностью поддержки совокупности каналов аппаратного запроса (АП_ЗАП), каждый из которых можно использовать для поддержки конкретной функции. Например, один канал можно использовать для цепи АРУ, чтобы устанавливать дискретные уровни коэффициента усиления усилителя 114 и смесителя 212, а другой канал можно использовать для цепи постоянного тока, чтобы установить значение регулировки смещения постоянного тока (DC1) для смесителя 212. В целом, блок ИПШ может предусматривать поддержку любого количества каналов аппаратного запроса.
Каждую схему, подлежащую отдельному управлению, можно связать с соответствующим адресом. Каждое сообщение, передаваемое через блок ИПШ, содержит адрес схемы, для которой передано сообщение. Каждая схема, подключенная к последовательной шине, проверяет адрес, включенный в каждое переданное сообщение, чтобы определить, предназначено ли сообщение этой схеме, и обрабатывает сообщение только в том случае, если оно адресовано ей.
В одном варианте осуществления предусмотрено, что каждый канал аппаратного запроса имеет возможность поддерживать несколько режимов передачи данных, которые могут включать в себя режим быстрой передачи (РБП,FIM), режим прерывистой передачи (РПП, ITM) и режим пакетной передачи или передачи большого массива данных (РПТП, ВТМ). Режим быстрой передачи можно использовать для передачи множественных байтов на множественные схемы в соответствии со следующим шаблоном: ID, ADDR, DATA, ADDR, DATA, …, где ID - это идентификатор канала аппаратного запроса, ADDR - это адрес схемы-получателя, и DATA - это данные для схемы-получателя. Режим прерывистой передачи можно использовать для передачи одного байта для вещания на одну или несколько схем, подключенных к последовательной шине. Наконец, режим пакетной передачи можно использовать для передачи множественных байтов на конкретную схему в соответствии со следующим шаблоном: ID, ADDR, DATA1, DATA2, …. В пределах объема изобретения, можно также реализовать другие и/или дополнительные режимы передачи.
Согласно варианту осуществления каналам аппаратного запроса можно присваивать конкретные приоритеты (например, с помощью контроллера). Приоритеты каналов можно программировать в регистре в блоке 150 ИПШ. Приоритеты каналов нужны для определения порядка отправки сообщений, если блок ИПШ должен передавать множественные сообщения по последовательной шине. Более высокий приоритет можно присваивать каналу, используемому для управления цепью, требующей быстрой реакции (например, дискретного уровня коэффициента усиления для усилителя 114 и смесителя 212), и низкий приоритет можно присваивать каналу, используемому для более статических функций (например, приемный режим прямого понижающего преобразователя 120, например ЦЧМ и ГСП).
Каждый канал аппаратного запроса можно также связать с соответствующим флагом разрешения, который указывает, разрешено ли использовать этот канал. Флаги разрешения для всех каналов могут поддерживаться блоком 150 ИПШ.
Согласно варианту осуществления последовательная шина содержит три сигнала: сигнал данных, тактовый сигнал и стробирующий сигнал. Сигнал данных используется для передачи сообщений. Тактовый сигнал обеспечивается отправителем (например, контроллером) и используется получателями для фиксации данных, обеспечиваемых сигналом данных. Стробирующий сигнал используется для указания начала/остановки сообщений. В пределах объема изобретения можно реализовать другие конструкции последовательной шины с другими сигналами и/или другим количеством сигналов.
Различные аспекты и варианты осуществления приемника с прямым понижающим преобразованием, описанные здесь, можно реализовать в различных системах беспроводной связи, например, в системах МДКР, системах ГСП, системах цифровой ЧМ (ЦЧМ) и т.д. Приемник с прямым понижающим преобразованием можно также использовать на прямой линии связи или обратной линии связи в этих системах связи.
Различные аспекты и варианты осуществления приемника с прямым понижающим преобразованием, описанные здесь, можно реализовать разными средствами. Например, все или некоторые части приемника с прямым понижающим преобразованием можно реализовать аппаратными средствами, программными средствами или их комбинацией. В рамках аппаратной реализации ЦУРУ, коррекцию смещения постоянного тока, регулировку усиления, ИПШ и т.д. можно реализовать в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (СИС), процессорах цифровых сигналов (ПЦС), устройствах обработки цифровых сигналов (УОЦС), программируемых логических устройствах (ПЛУ), перенастраиваемых вентильных массивах (ПВМ), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных блоках, предназначенных для осуществления описанных здесь функций, или их комбинаций.
В рамках программной реализации элементы, используемые для регулировки усиления и/или коррекции смещения постоянного тока, можно реализовать посредством модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые выполняют описанные здесь функции. Программные коды могут храниться в блоке памяти (например, в памяти 162, показанной на фиг.1) и выполняться процессором (например, контроллером 160). Блок памяти можно реализовать в процессоре, в этом случае он может быть подключен с возможностью связи к процессору различными средствами, известными в уровне технике.
Данное описание снабжено заголовками для удобства и более четкого структурирования материала по разделам. Эти заголовки не призваны ограничивать объем описанных здесь концепций, и эти концепции можно применять в других разделах по всему описанию изобретения.
Вышеприведенное описание раскрытых вариантов осуществления призвано облегчить применение или использование настоящего изобретения специалистами в данной области. Специалисты в данной области могут без труда предложить различные модификации этих вариантов осуществления и применить описанные здесь общие принципы к другим вариантам осуществления, не выходя за рамки объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не следует рассматривать в рамках показанных здесь вариантов осуществления, но следует рассматривать в широчайшем объеме, соответствующем раскрытым здесь принципам и новым признакам.