CN100521672C - 一种用于多载波接收机的自动增益控制装置 - Google Patents

一种用于多载波接收机的自动增益控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于码分多址移动通信系统中基站多载波接收机自动增益控制装置，该装置包括射频输入模块、下变频模块、模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路、前馈环路和基带处理模块，使得模数转换模块在高信噪比状况下采样，同时扩展了可变增益放大器范围，使得接收机在大的信号动态范围内保持输出给基带的多载波信号功率恒定，达到基带对每个载波信号功率要求，并在功率检测模块采用均方根检测，对增益的非线性进行了线性化校正。

Description

一种用于多载波接收机的自动增益控制装置
技术领域
本发明属于无线移动通信技术领域，具体涉及用于码分多址(CDMA)移动通信系统中基站的多载波接收机的自动增益控制装置。
背景技术
自动增益控制(AGC)在接收机中，是十分重要的一个部分，它可以提高链路的动态范围，并使接收链路的模数转换器(ADC)保持在较高的信噪比工作状况下采样。目前自动增益控制主要是应用于单载波的接收链路，集成度较低，成本较高。另外多采用的是非线性增益调整模式，使得动态范围内线性度较差。
附图1为传统的模拟自动增益控制(AGC)实现框图，功率检测部分(18)检测中频信号的功率，并和功率设定值相比较，比较结果作为反馈量通过环路滤波器(17)，调整可变增益放大器VGA(13)的增益。这种AGC控制方式采用模拟器件，器件的一致性较差，控制精度不高。
附图2为一般采用的常规模数混合AGC实现框图，检测部分(28)检测中频信号的，然后同样是和设定值相比较，比较结果作为反馈量通过环路滤波器(27)，调整可变增益放大器VGA(23)的增益。
图2所示增益控制方式与图1所示模拟AGC方式的差别在于，检测部分(28)、环路滤波器(27)都是在数字部分实现，环路的一致性得到提高，适用于单载波接收链路。但图2的增益控制方式，由于集成度较低，成本仍然较高。另外，VGA采用的是非线性增益调整模式，使得动态范围内线性度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于多载波接收机中自动增益控制装置，该装置利用逻辑门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)实现，通过采用数字信号处理，实现多载波的AGC控制，提高了接收机的集成度，同时具有一致性好，控制精度高等优点。
本发明的一种多载波接收机自动增益控制(AGC)的装置，包括射频输入模块(31)、下变频模块(32)、模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路、前馈环路和基带处理模块组成，其特征在于：
模数混合反馈第一环路由可变增益放大器(33)、模数转换器(34)、数字下变频器(35)、功率检测模块(38)、滤波器(382)、第二线性校正模块(381)、限幅模块(380)组成；
数字反馈第二环路由限幅模块(380)、限幅残存模块(383)、第一线性校正模块(384)、滤波器(382)、第二线性校正模块(381)组成；
前馈环路用于分离载波，由前馈增益模块(36)、功率检测模块(38)、滤波器(385)组成；
其中，所述多载波接收机所接收多载波信号依次经过射频输入模块(31)、下变频模块(32)、可变增益放大器(33)、数字下变频器(35)、前馈增益模块(36)、基带处理模块形成基带信号。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：在模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路以及前馈环路中，只有可变增益放大器(33)为可数字控制的模拟器件，其余模块均在模数转换器(34)之后为数字模块。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路包括共用的滤波器(382)，具有相同的环路特性。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：限幅模块(380)的限幅范围对应模拟可变增益放大器的控制信号动态范围。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：数字反馈第二环路对于在模拟可变增益放大器(33)控制信号增益范围内的控制信号，其环路增益恒定为1，对于超出模拟可变增益放大器控制信号范围的控制信号，产生增益补偿。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：前馈环路，对单个分离的载波进行增益控制，使之达到基带要求的信号功率，基带部分要求的信号功率和检测到的信号功率比较，比较结果作为输入信号进入前馈环路，经过滤波器(385)，控制前馈增益模块的增益值。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路包括共用的滤波器(382)为无限冲击响应(IIR)滤波器。
本发明的上述自动增益控制装置，其特征在于：前馈环路中的滤波器(385)为无限冲击响应(IIR)的低通滤波器。
本发明的一种多载波接收机自动增益控制(AGC)的装置，由于引入模数混合反馈环路，使得ADC的保持在较高的信噪比工作状况下采样；引入数字反馈环路，扩展了VGA增益范围，使得整个反馈环路在输入大动态范围的条件下保持输出给基带的多载波信号功率恒定。对于输出到基带的分离的各个载波，采用前馈增益控制，达到基带对每个载波信号功率要求。本发明的装置中功率检测模块采用均方根检测，对VGA增益的非线性，进行了线性化校正，实现增益的线性调整。
附图说明
图1表示传统模拟自动增益控制接收机结构框图；
图2表示常规的模数混合自动增益控制接收机结构框图；
图3表示本发明的一种用于多载波接收机的自动增益控制装置结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的多载波接收机自动增益控制装置进行详细说明。
图3示出一种多载波AGC接收机框图，接收机经过射频输入模块(31)接收的多载波信号，由下变频模块(32)变频成为到中频信号，送到VGA模块(33)进行相应的增益控制，然后通过ADC模块(34)进行模拟/数字转换，转换后的数字信号再送到数字下变频器模块(35)，数字下变频模块(35)将各个载波分离，经前各个载波的馈增益模块(36)后，最后送入到基带模块(37)进行处理。
VGA的增益控制通过两个反馈环路实现。其中，环路1是由VGA(33)、ADC(34)、数字下变频器(35)、功率检测模块(38)、滤波器(382)、线性校正2模块(381)、和限幅模块(380)组成的模数混合反馈环路；环路2是由限幅模块(380)、限幅残存模块(383)、线性校正1模块(384)、滤波器(382)、线性校正2模块(381)组成的数字反馈环路。VGA(33)的增益是电平控制的，其中的限幅模块(380)用于限定VGA的控制电平的上下边界；限幅残存模块(383)，输出饱和限幅范围外的控制电平。功率检测模块(38)，检测出各个载波的功率。在反馈环中，VGA调整的是多载波的信号功率，所以检测对象是多载波的信号功率。将检测出的各个载波的功率相加，和设置的参考功率以及环路2中线性校正1模块的输出相比较，结果作为反馈量，进入到环路1。对于超出VGA增益边界的信号，通过环路2产生增益补偿。具体来说，这种情况下限幅残存模块会产生大于0的反馈，输入到环路2，产生补偿的增益。其中的限幅模块(380)为饱和限幅模块，其限幅范围与可变增益放大器控制信号的范围相对应。本发明的装置中，在模数转换模块(34)之后的所有模块均为数字电路实行。该装置中反馈环路中的滤波器(382)为无限冲击响应(IIR)滤波器，而前馈环路中的滤波器(385)为无限冲击响应(IIR)低通滤波器。
前馈环路由前馈增益模块(36)、功率检测模块(38)、和滤波器(385)组成。功率检测模块(38)，检测各个载波的功率，然后与基带所要求的信号功率相比较，误差输入到相应的低通滤波器(385)，得到各个载波信号对应的前馈增益，接下来各个载波信号通过前馈增益模块(36)的增益补偿，可以达到基带所要求的信号功率。
VGA增益与控制电平成指数关系，线性校正模块2(381)，对这种非线性增益调整，进行线性化校正。具体方法是，在环路中引入指数运算的逆运算，即对数运算。线性校正模块2(381)和线性校正模块1(384)，对整个AGC环路特性的影响比较重要，与本发明的均方根检测的方式相对应，实现增益的线性控制。
由于CDMA移动通信系统上行链路在用户终端UE接入时，基站接收信号功率存在猝发的情况，瞬时的动态范围变化较大。在本发明的自动增益控制装置中，作为反馈环路的环路1和环路2为快速反馈环，能够快速响应接收信号功率在大动态范围内变化，而本发明自动增益控制装置中的前馈环路为慢环，有利于提高控制精度。

Claims (8)

1、一种多载波接收机自动增益控制(AGC)的装置，包括射频输入模块(31)、下变频模块(32)、模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路、前馈环路和基带处理模块组成，其特征在于：
模数混合反馈第一环路按信号流向依次由模拟可变增益放大器(33)、模数转换器(34)、数字下变频器(35)、功率检测模块(38)、第一滤波器(382)、第二线性校正模块(381)、限幅模块(380)组成；
数字反馈第二环路按信号流向依次由限幅模块(380)、限幅残存模块(383)、第一线性校正模块(384)、第一滤波器(382)、第二线性校正模块(381)组成；其中，限幅模块(380)、第一滤波器(382)、第二线性校正模块(381)是与模数混合反馈第一环路共用的；
模拟可变增益放大器(33)的增益是电平控制的，限幅模块(380)用于限定模拟可变增益放大器(33)控制电平的上下边界；限幅残存模块(383)，输出饱和限幅范围外的控制电平；功率检测模块(38)，检测出各个载波的功率，将检测出的各个载波的功率相加，和设置的参考功率以及数字反馈第二环路中第一线性校正模块(384)的输出相比较，结果作为反馈量，进入到模数混合反馈第一环路；
对于超出模拟可变增益放大器(33)控制电平边界的信号，限幅残存模块(383)会产生大于0的反馈，输入到数字反馈第二环路，产生补偿的增益；限幅模块(380)的限幅范围与模拟可变增益放大器(33)控制信号的范围相对应；
前馈环路用于分离载波，按信号流向依次由前馈增益模块(36)、功率检测模块(38)、第二滤波器(385)组成；其中，功率检测模块(38)是与模数混合反馈第一环路共用的；
功率检测模块(38)，检测各个载波的功率，然后与基带所要求的信号功率相比较，误差输入到第二滤波器(385)，得到各个载波信号对应的前馈增益，接下来各个载波信号通过前馈增益模块(36)的增益补偿，达到基带所要求的信号功率；
其中，所述多载波接收机所接收多载波信号依次经过射频输入模块(31)、下变频模块(32)、模拟可变增益放大器(33)、数字下变频器(35)、前馈增益模块(36)、基带处理模块形成基带信号。
2、如权利要求1所述的自动增益控制装置，其特征在于：在模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路以及前馈环路中，只有可变增益放大器(33)为可数字控制的模拟器件，其余模块均在模数转换器(34)之后为数字模块。
3、如权利要求1所述的自动增益控制装置，其特征在于：模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路共用的第一滤波器(382)，具有相同的环路特性。
4、如权利要求1所述自动增益控制装置，其特征在于：限幅模块(380)的限幅范围对应模拟可变增益放大器的控制信号动态范围。
5、如权利要求1所述自动增益控制装置，其特征在于：数字反馈第二环路对于在模拟可变增益放大器(33)控制信号增益范围内的控制信号，其环路增益恒定为1，对于超出模拟可变增益放大器控制信号范围的控制信号，产生增益补偿。
6、如权利要求1所述自动增益控制装置，其特征在于：前馈环路，对单个分离的载波进行增益控制，使之达到基带要求的信号功率，基带部分要求的信号功率和检测到的信号功率比较，比较结果作为输入信号进入前馈环路，经过第二滤波器(385)，控制前馈增益模块的增益值。
7、如权利要求3所述自动增益控制装置，其特征在于：模数混合反馈第一环路、数字反馈第二环路共用的第一滤波器(382)为无限冲击响应IIR滤波器。
8、如权利要求5所述自动增益控制装置，其特征在于：前馈环路中的第二滤波器(385)为无限冲击响应IIR的低通滤波器。
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