CN101145813A - 一种反馈式的数字自动增益控制的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反馈式的数字自动增益控制的装置及其方法，应用于对CDMA系统中的数字中频接收机中的输入采样信号处理，包括：输入信号增益调整模块，用于接收输入采样信号，并结合误差积分反馈模块的输出进行能量调整，调整后输出给输出截位控制模块和求能量误差模块；求能量误差模块，用于接收输入信号增益调整模块调整后的信号，进行能量误差计算；误差积分反馈模块，用于接收求能量误差模块的误差值，产生对输入采样信号进行功率控制的参数；输出截位控制模块，用于接收输入信号增益调整模块调整后的信号进行截位处理得到所需要的精度信号。与现有技术相比，简化了复杂的计算过程，既能保证大的动态范围调整，又能保证精确的控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及CDMA(Code Division Multiple Access)系统，特别是涉及CDMA系统中接收机的数字中频部分对下变频信号的自动增益控制和截位处理。
背景技术
对于无线通信系统，空中信号的传播会发生衰减，阴影，多径效应，这样导致接收机接收到的信号有很大的动态变化。在CDMA的数字中频接收机中，宽带中频采样ADC(A/D converter，A/D转换器)输出的大动态数字信号，经过数字下变频变换为基带信号。CDMA系统对反向基带信号的处理字长要求很低，如CDMA2000中，反向I，Q信号的处理子长为4位，而通常中频采样ADC的输出的处理字长为12位左右，经过数字下变频处理后，输出16位字长的基带信号，因此需要将大动态的下变频信号转换为与CDMA解调所需的小动态，少处理字长的信号。现有数字自动增益控制方式中，有前馈式，反馈式以及两者混合的3种控制方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种反馈式的数字自动增益控制的装置及其方法，将CDMA系统中的数字中频接收机中数字下变频得到的大动态，长处理字长的采样信号转换为CDMA所需要的小动态，少处理字长的采样信号。
为了解决上述问题，本发明提供了一种反馈式的数字自动增益控制的装置，应用于对CDMA系统中的数字中频接收机中的输入采样信号处理，包括：输入信号增益调整模块、输出截位控制模块、求能量误差模块和误差积分反馈模块；其中，
输入信号增益调整模块，用于接收输入采样信号，并结合误差积分反馈模块的输出进行能量调整，调整后输出给输出截位控制模块和求能量误差模块；
求能量误差模块，用于接收输入信号增益调整模块调整后的信号，进行能量误差计算；
误差积分反馈模块，用于接收求能量误差模块的误差值，产生对输入采样信号进行功率控制的参数；
输出截位控制模块，用于接收输入信号增益调整模块调整后的信号进行截位处理得到所需要的精度信号。
本发明所述的装置，其中，所述输入信号增益调整模块，包括：由提取模块、粗调的移位器、第一截位模块，精调的乘法器和第二截位模块组成；其中，
提取模块，对于接收的输入采样信号提取符号位，取绝对值；
粗调的移位器，结合误差积分反馈模块传递过来的移位参数对绝对值进行移位增益控制；
第一截位模块，根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据给精调的乘法器；
精调的乘法器，结合误差积分反馈模块传递过来的乘法参数对数据进行精确调整后，输出给第二截位模块；
第二截位模块，再根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据给输出截位控制模块和求能量误差模块。
上述装置，其中，所述粗调的移位器通过执行2的n次方乘法，达到移位增益控制。
本发明所述的装置，其中，所述求能量误差模块，包括：由求平均能量模块和求能量误差模块组成；其中，
求平均能量模块，采用一阶的IIR(Infinite impulse response，无限脉冲相应)滤波来完成，通过调整，得到不同的控制时间常数；
求能量误差模块，采用减法器，通过调整能量参考值，得到所需平均功率的平稳的能量误差模块的误差值。
本发明所述的装置，其中，所述误差积分反馈模块，包括：由粗调反馈积分电路、细调反馈积分电路和误差累积门限检测装置组成；其中，
粗调反馈电路产生粗调控制信号，用于控制输入信号增益调整模块中粗调的移位器，达到步进的功率控制；
细调反馈积分电路用于实现控制输入信号增益调整模块中精调的乘法器的控制信号，达到高精度的功率控制；
误差累积门限检测装置用于监测是否出现大的动态变化的信号，如果大于门限thH，表示输入信号幅值过小，移位器加1，如果小于门限thL，表示输入信号幅值过大，移位器减1，如果在两者之间，就不需要粗调，同时为了保证控制精度，细调反馈积分电路的输出最高位始终为1。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种反馈式的数字自动增益控制的方法，应用于对CDMA系统中的数字中频接收机中的输入采样信号处理，包括如下步骤：
(1)接收输入采样信号，并结合步骤(3)功率控制的参数进行能量调整；
(2)接收调整后的信号，进行能量误差计算；
(3)接收误差值，产生对输入采样信号进行功率控制的参数；
(4)接收调整后的信号，进行截位处理得到所需要的精度信号。
本发明所述的方法，其中，所述步骤(1)，包括如下步骤：
(11)对于接收的输入采样信号提取符号位，取绝对值；
(12)结合步骤(3)传递过来的移位参数对绝对值进行移位增益控制；
(13)根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据；
(14)并结合步骤(3)传递过来的乘法参数对数据进行精确调整后输出；
(15)再根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据输出；
所述步骤(12)通过执行2的n次方乘法，达到移位增益控制。
本发明所述的方法，其中，所述步骤(2)包括：采用一阶的IIR滤波来完成，通过调整，得到不同的控制时间常数，采用减法，通过调整能量参考值，得到所需平均功率的平稳的误差值。
本发明所述的方法，其中，所述步骤(3)包括：产生步骤(1)中需要的粗调控制信号，达到步进的功率控制；
产生步骤(1)中需要的精调控制信号，达到高精度的功率控制；
同时，监测是否出现大的动态变化的信号，如果大于门限thH，表示输入信号幅值过小，移位器加1，如果小于门限thL，表示输入信号幅值过大，移位寄存器减1，如果在两者之间，就不需要粗调，同时为了保证控制精度，精调控制信号的输出最高位始终为1。
采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，简化了复杂的计算过程，由于使用移位控制器和乘法器相结合的增益控制方法，既能保证大的动态范围调整，又能保证精确的控制精度。
本发明阐述的数字自动增益控制属于反馈式方式，采用粗调和精调两个反馈环路进行增益控制。其显著优点表现在使用少的计算量的情况下获得大的动态范围和高的的控制精度。很适合用于CDMA中基站接收中频处理的自动增益和截位处理，其动态范围、时间常数、控制精度都可根据实际情况灵活调整。
附图说明
图1是本发明实施例所述的装置的原理结构示意图；
图2是本发明实施例所述的装置中输入信号增益调整模块的原理机构示意图；
图3是本发明实施例所述的装置中求能量误差模块的原理结构示意图；
图4是本发明实施例所述的装置中误差积分反馈模块的原理机构示意图。
具体实施方式
本发明所述实施例中，装置应用于CDMA2000基站中的反向I，Q信号的处理子长为4位载波数字中频接收机，该装置通过FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)进行自动增益控制，将数字下变频得到的4位载波的16位比特基带信号进行自动增益控制，最后经过截位处理，产生CDMA2000反向解调所需要的4位比特采样信号。为了节省逻辑资源，4位载波的增益控制采用复用方式控制，节省了大量的加减乘法器。该装置可以调整具有40dB动态范围的输入信号，且控制精度达到0.1dB。
本发明实施例装置原理，如图1所示，来自数字下变频处理器的4位载波16比特I，Q基带信号通过分时复用的方式送入输入增益调整模块10中；
结合如图2所示，在输入信号增益调整模块10，提取模块101部分对I，Q信号Iin提取正负符号，运用公式Iabs＝|Iin|，作为后续截位输出的依据；在移位控制模块102部分，运用公式Ishift＝Iabs*2N shift，对幅值信号进行移位处理，由于移位积存器为4位比特寄存器，可以移动16位，输入幅值为15位比特信号Nshift，当移位寄存器为0000时，表示输入信号最大，取输入信号的高3位比特；在第一截位模块103部分进行第一次截位处理输出Itrunc，判断移位处理后的幅值有效位是否为低6位，如果幅值超过6位，表示溢出，置限幅标志；乘法器104部分是6位比特乘以7位比特Kmult，其中7位比特Kmult是反馈环路计算出的乘法器系数，用于增益的精确调整，保证输出信号的I^2+Q^2的方差为18；由于经过乘法器104后，信号也可能溢出，在第二截位模块105部分进行限制幅度，有用信号为0到11位比特，输出Igain。
如图1所示，求能量误差模块12，在该模块取输入增益调整模块10输出的6到11位比特数据，首先平方求能量。由于采用数字中频的I，Q解调，所以不会出现I，Q不平衡，因此在求能量时，不需要求I^2+Q^2。可以I，Q分别控制，降低分时复用的复杂度；求平方后，如图3所示，在求平均能量模块121部分通过1阶的IIR滤波来计算平均能量，运用公式Y＝1/(1-KZ-1)该部分可以通过移位相加的算法实现；在求能量误差模块122部分采用减法器，将期望能量Eref减去平均能量Y，输出能量误差信号Eerr作为控制环路中误差积分反馈模块13的输入。
如图4所示，误差积分反馈模块13部分有两个反馈环路，分别是细调反馈环路131部分和粗调反馈环路132部分。运用误差累积门限检测装置的公式(sign(y(n)-thH)+sign(y(n)-thL))/2，在粗调反馈环路132中，判断细调环路131中的y(n)是否在2048到4096的取值范围，如果大于等于4096，说明接收信号能量太小，需要将信号放大两倍，反之，则减小两倍；在粗调变动时，细调的y(n)相应也减小或放大2倍。
如图1所示，输出截位控制模块11，该模块从12位比特的幅值输出截取高3位比特，再通过符号信号，组合成CDMA2000的反相4位比特的I，Q输入信号。
上述具体实施方式以较佳实施例对本发明进行了说明，但这只是为了便于理解而举的一个形象化的实例，不应被视为对本发明范围的限制。同样，根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，可以做出各种可能的等同改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种反馈式的数字自动增益控制的装置，应用于对CDMA系统中的数字中频接收机中的输入采样信号处理，其特征在于，包括：输入信号增益调整模块、输出截位控制模块、求能量误差模块和误差积分反馈模块；其中，
输入信号增益调整模块，用于接收输入采样信号，并结合误差积分反馈模块的输出进行能量调整，调整后输出给输出截位控制模块和求能量误差模块；
求能量误差模块，用于接收输入信号增益调整模块调整后的信号，进行能量误差计算；
误差积分反馈模块，用于接收求能量误差模块的误差值，产生对输入采样信号进行功率控制的参数；
输出截位控制模块，用于接收输入信号增益调整模块调整后的信号进行截位处理得到所需要的精度信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述输入信号增益调整模块，包括：由提取模块、粗调的移位器、第一截位模块，精调的乘法器和第二截位模块组成；其中，
提取模块，对于接收的输入采样信号提取符号位，取绝对值；
粗调的移位器，结合误差积分反馈模块传递过来的移位参数对绝对值进行移位增益控制；
第一截位模块，根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据给精调的乘法器；
精调的乘法器，结合误差积分反馈模块传递过来的乘法参数对数据进行精确调整后，输出给第二截位模块；
第二截位模块，再根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据给输出截位控制模块和求能量误差模块。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述粗调的移位器通过执行2的n次方乘法，达到移位增益控制。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述求能量误差模块，包括：由求平均能量模块和求能量误差模块组成；其中，
求平均能量模块，采用一阶的IIR滤波来完成，通过调整，得到不同的控制时间常数；
求能量误差模块，采用减法器，通过调整能量参考值，得到所需平均功率的平稳的能量误差模块的误差值。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述误差积分反馈模块，包括：由粗调反馈积分电路、细调反馈积分电路和误差累积门限检测装置组成；其中，
粗调反馈电路产生粗调控制信号，用于控制输入信号增益调整模块中粗调的移位器，达到步进的功率控制；
细调反馈积分电路用于实现控制输入信号增益调整模块中精调的乘法器的控制信号，达到高精度的功率控制；
误差累积门限检测装置用于监测是否出现大的动态变化的信号，如果大于门限thH，表示输入信号幅值过小，移位器加1，如果小于门限thL，表示输入信号幅值过大，移位器减1，如果在两者之间，就不需要粗调，同时为了保证控制精度，细调反馈积分电路的输出最高位始终为1。
6.一种反馈式的数字自动增益控制的方法，应用于对CDMA系统中的数字中频接收机中的输入采样信号处理，其特征在于，包括如下步骤：
(1)接收输入采样信号，并结合步骤(3)功率控制的参数进行能量调整；
(2)接收调整后的信号，进行能量误差计算；
(3)接收误差值，产生对输入采样信号进行功率控制的参数；
(4)接收调整后的信号，进行截位处理得到所需要的精度信号。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)，包括如下步骤：
(11)对于接收的输入采样信号提取符号位，取绝对值；
(12)结合步骤(3)传递过来的移位参数对绝对值进行移位增益控制；
(13)根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据；
(14)并结合步骤(3)传递过来的乘法参数对数据进行精确调整后输出；
(15)再根据控制精度的要求限幅处理，截取一部分有效数据输出。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(12)通过执行2的n次方乘法，达到移位增益控制。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：采用一阶的IIR滤波来完成，通过调整，得到不同的控制时间常数，采用减法，通过调整能量参考值，得到所需平均功率的平稳的误差值。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：产生步骤(1)中需要的粗调控制信号，达到步进的功率控制；
产生步骤(1)中需要的精调控制信号，达到高精度的功率控制；
同时，监测是否出现大的动态变化的信号，如果大于门限thH，表示输入信号幅值过小，移位器加1，如果小于门限thL，表示输入信号幅值过大，移位寄存器减1，如果在两者之间，就不需要粗调，同时为了保证控制精度，精调控制信号的输出最高位始终为1。
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