CN101162925B - 一种自动增益控制装置中增益器件的开关调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，包括，新的增益到来，根据给出的期望增益值，判断增益器件是打开还是关闭；如果满足连续指定次数的调整后增益值K满足G+g1＜K＜G+g2，或K＞＝G+g2的任一条件则增益器件需要打开；如果满足连续指定次数的调整后增益值K满足G-g1＞K＞G-g2，或K＜＝G-g2的任一条件则增益器件需要关闭。其中G为该器件在标准条件下能够提供的增益，±g1为该器件增益值的可能动态范围，±g2为噪声对增益器件的影响。采用本发明所述方法，很大程度地避免增益开关器件的频繁开关对增益控制系统的冲击，保持整个控制系统的稳定，提供优良的增益控制性能。

Description

一种自动增益控制装置中增益器件的开关调整方法

技术领域

本发明涉及移动终端接收机的自动增益控制系统，尤其是WCDMA移动终端的自动增益控制系统，具体涉及自动增益控制系统中增益器件的开关调整。

背景技术

在无线通信系统中，移动终端处于非常复杂的无线信道环境下，所接收到的无线信号的强弱变化很大(对WCDMA移动终端来讲，需要提供大约90～100db的动态调整范围)。因此接收机都有一个自动增益控制系统，该系统根据当前的无线信号的强弱，动态调整接收机的接收增益；使接收到的信号经过AD转换后，得到的数字信号保持在比较稳定的范围内，从而保证数字基带接收机的性能和AD器件的性能达到最优化。

由于自动增益控制装置对无线接收机的性能影响很大，关于这方面有很多的专利申请。鉴于无线信道的复杂性，自动增益控制装置主要面临的挑战有两点：

一是需要快速跟踪无线信道信号能量的快速变化；

二是能够应付无线信道环境中由于噪声或者快衰落引起的脉冲响应。

这两个挑战是互相矛盾的，为了应付信号能量的快速变化，自动增益控制系统需要能够快速调整接收增益，而为了防止噪声等引起的冲击，则又不能调节得太快。对于一个稳定的自动增益控制装置，需要在这两方面做权衡，从而得到优良的增益控制性能。

目前已经公布的申请中，大多数都是针对这两个问题而提出的解决方法，但多数申请都只考虑到在增益大小的控制方法上的优化，而甚少针对具体的器件进行综合的考虑。

由于增益控制的放大器通常有多个物理器件，一般至少要包含一个或多个低噪声放大器和一个可变增益放大器，有时接收机的混频器也可以提供一定的增益，如图1所示是一个典型的自动增益控制系统，该系统包括一个低噪声放大器，一个混频器，一个可变增益放大器。

低噪声放大器和混频器一般不支持可变增益控制，只有打开和关闭两种状态，对于可变的动态的增益控制，主要倚赖于可变增益放大器。对于增益控制系统来讲，当需要增加增益控制的增益值时，首先需要打开低噪声放大器；如果增益值还不够，则打开混频器；如果两个都打开了，而增益还不够，则调节可变增益放大器达到需要的增益值。当增益过大，需要关闭一部分增益时，则按照反向来进行，首先调整可变增益放大器，如果可变增益放大器调整到最小值，还不能满足要求，则关闭混频器，最后才考虑关闭低噪声放大器。

对于可变增益放大器的快速调整，通常不会引起对增益的干扰(因为可变增益放大器的变化通常是比较平滑的)，而对混频器和低噪声放大器的开关，每次在开关的时候，就会带来对增益变化的干扰，主要是因为当开关某个器件时，都带来增益控制值的大范围变动。当需要提供的增益值的大小在这些器件的开关边界时，由于噪声或这些器件本身性能不稳定，会引起这些器件的频繁开关。从而破坏整个接收增益控制的稳定性，影响接收增益控制装置的性能。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提出了一种针对具体的物理器件，进行优化控制方法，用于防止增益器件的频繁开关调整对接收增益性能影响。

本发明具体是这样实现的：

一种自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，包括：

步骤1、新的增益到来，根据给出的期望增益值，判断增益器件是打开还是关闭；

步骤2、如果增益器件需要打开，则必须满足下面任一条件：

(1)连续指定次数的调整后增益值K都满足条件：G+g1＜K＜G+g2，

(2)调整后增益值K满足条件：K＞＝G+g2；

步骤3、如果增益器件需要关闭，则必须满足下面任一条件：

(1)连续指定次数的调整后增益值K都满足条件：G-g1＞K＞G-g2，

(2)调整后增益值K满足条件：K＜＝G-g2；

其中G表示该器件在标准条件下能够提供的增益，±g1表示该器件增益值的可能动态范围，确定噪声对增益器件的影响±g2，其中g2＞g1。

所述步骤2中(1)，

新的调整到来时，判断给出的期望增益值是否满足条件，如果满足条件，则计数器加1，否则计数器清零，重新累计，当计数器的值达到指定次数后，打开增益开关器件，同时将可变增益放大器减掉打开器件引起的增益变化，新的增益值就由增益开关器件的增益和可变增益放大器的补偿值共同提供。

所述步骤2中(2)，

若给出的期望增益值满足条件，则不必等待计数器达到指定次数，直接打开增益开关器件，并在可变增益放大器上减去打开器件引起的增益变化，用剩下的增益值控制可变增益放大器。

所述步骤3中(1)，

新的调整到来时，给出的期望增益值满足条件，将可变增益放大器的增益值设置为最小值，增益开关器件保持打开，然后计数器开始计数，计数器达到指定计数次数之后，将增益开关器件关掉，可变增益放大器补偿关掉后需要补偿的增益值，则调整后的增益值与给出的期望增益值相等。

所述步骤3中(2)，

若给出的期望增益值满足条件，则不需要等到计数器达到指定的计数次数，直接关闭增益开关器件，调整增益值到给出的期望增益值上。

本发明针对具体的接收增益放大器件，提出对增益器件开关的调整方法，防止增益放大器件由于噪声影响或者本身性能的动态变化，而出现频繁的开关调整，避免由此引起的增益控制不稳定，提高接收增益控制系统的性能。

具体，设置两个门限g1和g2，辅助对增益开关器件(低噪声放大器或混频器)进行开关管理。通过门限g1，避免当增益值处在开关门限边缘时，由于噪声或信号的小幅抖动引起的器件的频繁关闭。通过门限g2的限制，又可以在需要的增益变化比较大时，立刻调整增益器件的状态，快速跟踪信号的强弱变化。

增加了这样的控制策略后，可以很大程度地避免增益开关器件的频繁开关对增益控制系统的冲击，保持整个控制系统的稳定，提供优良的增益控制性能。

附图说明

图1是一个典型的自动增益控制系统；

图2是增益器件从关闭到打开的规则1示意图；

图3是增益器件从关闭到打开的规则2示意图；

图4是增益器件从打开到关闭的规则1示意图；

图5是增益器件从打开到关闭的规则2示意图；

图6是一个包含两个开关器件的典型控制系统的三个开关门限；

图7是本发明所述方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述方法的具体实施方式进行详细描述。

针对图1的控制系统，提供一个具体实施方式。该系统中的低噪声放大器可以提供23db的增益范围，混频器可以提供11db的增益范围，可变增益放大器可以提供大约60db的增益范围；低噪声放大器的动态范围lna_g1＝0.2db，混频器的动态范围mixer_g1＝0.1db。噪声等引起的最大增益范围取值g2＝1db。Open_count和close_count都取值为10。

如图2所示，初始需要改变状态的增益器件处于关闭状态，增益值处在开关门限G以下。下一次调整时，发现调整后的增益值K大于G+g1而小于G+g2，计数器加1，(此时调整的增益值是在可变增益放大器上，增益开关器件并不打开)，新的调整到来时，判断新的增益值是否依然满足上面的条件，如果满足条件，计数器加1，否则计数器清零，重新累计。当计数器的值达到指定次数(open_count)后，打开增益开关器件，同时将可变增益放大器减掉打开器件引起的增益变化G，这样新的增益值就由增益开关器件的增益G和可变增益放大器的补偿值共同提供。

如图3所示，当信号强度变化非常大，在调整时发现增益值大于G+g2；则不必等待计数器达到指定次数(open_count)，直接打开增益开关器件。并在可变增益放大器上减去G，用剩下的增益值控制可变增益放大器。

如图4所示，需要调整器件处于打开状态，新的调整到来时，发现期望调整的增益值K在G-g1和G-g2之间，这意味着必须要关闭增益开关器件，才能调整到期望的增益值上(因为此时可变增益放大器已经达到最小值，不能继续提供更小的增益值)。此时不能直接将增益值K1调整到期望的值K上(即不能关闭增益开关器件)，因此这一步调整只能是将可变增益放大器的增益值设置为最小值，增益开关器件保持打开。然后计数器开始计数，如果一直处于这种状态下，计数器达到指定计数次数(close_count)之后，才真正改变增益，将增益开关器件关掉，可变增益放大器补偿关掉后需要补偿的增益值，从而设置K1与K相等。

如图5所示，如果发现增益的变化很大，直接小于G-g2的范围，则不需要等到计数器达到指定的计数次数(close_count)，直接关闭增益开关器件，并将增益值K1调整到期望增益值K上。

根据前面已经提到的控制策略，低噪声放大器的开关边界lna_gain＝23db，而混频器的开关边界有两个： 一个是Mixer_gain_line0＝11db，另一个是Mixer_gain_line1＝23db+11db＝34db，分别对应低噪声放大器处于关闭和打开的两个状态。

根据上面的分析，发明中的控制策略需要在三个增益开关门限上使用，如图6所示如下：

(1)11db，在该门限左右，是针对混频器的打开和关闭的控制，此时g1＝0.1db，g2＝1db。

(2)23db，在该门限左右，是针对低噪声放大器的打开和关闭的控制，此时g1＝0.2db，g2＝1db。

(3)34db，在该门限左右，是针对混频器的打开和关闭的控制，此时g1＝0.1db，g2＝1db。

下面以34db门限为例，给出一个器件关闭的控制过程。

假设初始时提供的增益值为35db，低噪声放大器和混频器都处于打开状态，分别提供23db和11db的增益值，可变增益放大器提供1db增益值，总共35db。

(1)新的增益调整到来时，给出的期望增益值是33.5db。该值刚好处于G-g1(34-0.1＝33.9db)和G-g2(34-1＝33db)之间，此时根据器件关闭规则，仍然让低噪声放大器和混频器保持打开状态，而可变增益放大器的增益值设置为最小值0，此时实际提供的增益值为34db(23db+11db)，计数器值计数1。

(2)第二次增益调整时，假设给出的期望增益值时33.3db。该值仍然在器件关闭规则的范围内，仍然保持增益值为34db(低噪声放大器和混频器保持打开，可变增益放大器增益＝0)，计数器的值为2。

(3)如果一直持续上面的状态，后面又有连续8次的期望增益值在33.9和33db之间，计数器累加到10(假设最后一次的期望增益值为33.4db)，此时计数器的值已经等于close_count。根据器件关闭规则，关闭混频器，调整真实的增益值为期望增益值。此时低噪声放大器保持打开，提供23db增益，混频器关闭，不再提供增益，缺少的部分由可变增益放大器提供10.4db增益，总共23+10.4＝33.4db的增益值，刚好等于最后期望的调整增益值。

(4)如果在调整的过程中，计数器还没有达到10，就有一次期望调整的增益值小于33db，则不需要等到计数器达到10，可以直接关闭混频器，调整增益值到期望增益上。

再以23db门限为例，给出一个器件打开的控制过程。

假设初始时提供的增益值为21db，低噪声放大器处于关闭状态，混频器处于打开状态，分别提供0db和11db的增益值，可变增益放大器提供10db增益值，总共21db。

(1)当新的增益调整到来时，假设期望的调整增益值为23.5db。该值刚好处于G+g1(23+0.2＝23.2db)和G+g2(23+1＝24db)之间。此时根据上面提到的器件打开规则，仍然让低噪声放大器和混频器保持原来状态，而可变增益放大器的增益值设置为12.5，此时实际提供的增益值刚好为23.5db，计数器值计数1。

(2)第二次增益调整时，假设给出的期望增益值是23.3db。该值仍然在器件打开规则的范围内，仍然保持低噪声放大器和混频器的状态，可变增益放大器＝12.3，计数器的值为2。

(3)如果一直持续上面的状态，后面又有连续8次的期望增益值在23.2和24db之间，计数器累加到10(假设最后一次的期望增益值为23.4db)，此时计数器的值已经等于open_count，根据器件打开规则，打开低噪声放大器，同时关闭混频器，可变增益放大器调整为0.4db。低噪声放大器提供23db增益，混频器关闭，不再提供增益，缺少的部分由可变增益放大器提供0.4db增益，总共23+0.4＝23.4db的增益值，刚好等于最后期望的调整增益值。

(4)如果在调整的过程中，计数器还没有达到10，就有一次期望调整的增益值大于24db，则不需要等到计数器达到10，可以直接打开低噪声放大器，关闭混频器，调整增益值到期望增益上。

Claims (5)

1.一种自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，其特征在于，包括：

步骤1、新的增益到来，根据给出的期望增益值，判断增益器件是打开还是关闭；

步骤2、如果增益器件需要打开，则必须满足下面任一条件：

(1)连续指定次数的调整后增益值K都满足条件：G+g1＜K＜G+g2，

(2)调整后增益值K满足条件：K≥G+g2；

步骤3、如果增益器件需要关闭，则必须满足下面任一条件：

(1)连续指定次数的调整后增益值K都满足条件：G-g1＞K＞G-g2，

(2)调整后增益值K满足条件：K≤G-g2；

其中G表示该器件在标准条件下能够提供的增益，±g1表示该器件增益值的可能动态范围，确定噪声对增益器件的影响±g2，其中g2＞g1。

2.如权利要求1所述的自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，其特征在于：

所述步骤2中(1)，

新的调整到来时，判断给出的期望增益值是否满足条件，如果满足条件，则计数器加1，否则计数器清零，重新累计，当计数器的值达到指定次数后，打开增益开关器件，同时将可变增益放大器减掉打开器件引起的增益变化，新的增益值就由增益开关器件的增益和可变增益放大器的补偿值共同提供。

3.如权利要求1所述的自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，其特征在于：

所述步骤2中(2)，

若给出的期望增益值满足条件，则不必等待计数器达到指定次数，直接打开增益开关器件，并在可变增益放大器上减去打开器件引起的增益变化，用剩下的增益值控制可变增益放大器。

4.如权利要求1所述的自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，其特征在于：

所述步骤3中(1)，

新的调整到来时，给出的期望增益值满足条件，将可变增益放大器的增益值设置为最小值，增益开关器件保持打开，然后计数器开始计数，计数器达到指定计数次数之后，将增益开关器件关掉，可变增益放大器补偿关掉后需要补偿的增益值，则调整后的增益值与给出的期望增益值相等。

5.如权利要求1所述的自动增益控制装置中的增益器件的开关调整方法，其特征在于：

所述步骤3中(2)，

若给出的期望增益值满足条件，则不需要等到计数器达到指定的计数次数，直接关闭增益开关器件，调整增益值到给出的期望增益值上。

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