CN101588196B - 增益控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增益控制装置和方法，其中，装置包括：功率累加模块，在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器和模数转换器的数字信号的功率进行累加，根据累加结果获取时间段内的平均功率；对数域功率求取模块，连接至功率累加模块，获取平均功率的功率对数域值；模拟增益调整值求取模块，连接至对数域功率求取模块，获取功率对数域值的模拟增益调整值，将模拟增益调整值反馈至可变增益放大器进行发射功率调整；数字增益调整值求取模块，连接至对数域功率求取模块，获取功率对数域值的数字增益调整值；数字增益调整模块，连接至数字增益调整值求取模块，根据数字增益调整值对经过模数转换的数字信号进行前反馈功率增益调整。

Description

增益控制装置和方法

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种增益控制装置和方法。 

背景技术

在移动通信系统当中，信号经过移动信道到达接收天线时，信号的功率由于受到各种衰落及各种干扰的影响，会存在一个较大的动态范围，在第三代移动通讯伙伴计划(3rd Generation partnershipproject，简称为3GPP)协议中规定了接收机的灵敏度，以及最高接收功率。 

在信号进入接收机的射频之后，信号会受到热噪声的影响，为了使终端接收机能适应较大的动态范围、更有效的利用模数转换模块，需要一个模拟增益控制装置；模拟增益控制装置需要工作在多种条件下，在终端初始开机时，需要快速调整到合适的范围，在异频相邻小区测量的时候，由于不同小区的信号功率会存在较大差别，测量的时间短，也需要快速调整，所以，使其在正常工作时必须能够稳定工作，防止模拟器件频繁切换。 

一般终端的增益控制模块，只有模拟增益控制模块，主要包括模拟可调增益放大器、低噪放大器、功率估计装置、增益控制装置。 

目前，关于自动增益控制这方面的技术有很多，但是，这些技术基本上只是针对模拟增益控制，而且，在模拟增益控制部分，一般采用环路滤波的方法，这对前端模拟器件的可调增益值的要求很严格，然而，目前尚未提出解决上述问题的技术方案。 

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种增益控制装置和方法，以解决相关技术中对前端模拟器件的可调增益值的要求严格的问题。 

根据本发明的一个实施例，提供了一种增益控制装置，用于对移动终端的接收机进行增益控制。 

根据本发明实施例的增益控制装置包括：功率累加模块，用于在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器和模数转换器的数字信号的功率进行累加，并根据累加结果获取时间段内的平均功率；对数域功率求取模块，连接至功率累加模块，用于获取平均功率的功率对数域值；模拟增益调整值求取模块，连接至对数域功率求取模块，用于获取功率对数域值的模拟增益调整值，并将模拟增益调整值反馈至可变增益放大器进行发射功率调整；数字增益调整值求取模块，连接至对数域功率求取模块，用于获取功率对数域值的数字增益调整值；数字增益调整模块，连接至数字增益调整值求取模块，用于根据数字增益调整值对经过模数转换的数字信号进行前反馈功率增益调整。 

此外，上述装置进一步包括：控制模块，连接至功率累加模块，用于根据移动终端的工作状态控制功率累加模块的工作模式。 

其中，在上述移动终端的工作状态为启动初始状态或快速测量状态的情况下，控制模块控制功率累加模块在快速工作模式下进行功率累加；在移动终端的工作状态为正常工作状态的情况下，控制模块控制功率累加模块在慢速工作模式下进行累加，其中，在快速工作模式下，功率累加模块对256个采样点处采样得到的功率进行累加，在慢速工作模式下，功率累加模块对1024个采样点处采样得到的功率进行累加。

其中，对上述数域功率求取模块获取功率对数域值的处理具体为：将平均功率分解为以2为底的指数n和尾数m；将n·10·log₁₀(2)与10·log₁₀(m)的值相加，并将相加的结果作为功率对数域值。 

此外，上述装置进一步包括：设置模块，连接至数字增益调整值求取模块、可变增益放大器、和模数转换器，用于根据可变增益放大器和模数转换器的动态范围设置数字增益调整值与功率对数域值的映射表。 

其中，数字增益调整值求取模块用于根据映射表获取与由对数域功率求取模块输出的功率对数域值对应的数字增益调整值。 

其中，数字增益调整模块进行前反馈功率增益调整的操作具体为：将来自数字增益调整值求取模块的数字增益调整值与经过模数转换的数字信号相乘，得到数字增益调整后的数字信号。 

根据本发明的另一实施例，提供了一种增益控制方法，用于对移动终端的接收机进行增益控制。 

根据本发明实施例的增益控制方法包括：在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器和模数转换器的数字信号的功率进行累加，并根据累加结果获取时间段内的平均功率；获取平均功率的功率对数域值；获取功率对数域值的模拟增益调整值，将模拟增益调整值反馈至可变增益放大器进行发射功率调整，并获取功率对数  域值的数字增益调整值；根据数字增益调整值对经过模数转换的数字信号进行前反馈功率增益调整。 

其中，获取上述功率对数域值的处理具体为：将平均功率分解为以2为底的指数n和尾数m；将n·10·log₁₀(2)与10·log₁₀(m)的值相加，并将相加的结果作为功率对数域值。 

其中，获取上述数字增益调整值的处理具体为：根据可变增益放大器和模数转换器的动态范围设置数字增益调整值与功率对数域值的映射表；在获取功率对数域值后，根据映射表查找与获取的功率对数域值对应的数字增益调整值。 

通过本发明的上述技术方案，可以降低增益调整过程中对前端模拟器件中的可变增益放大器部分的要求和后续硬件资源的复杂度，具有很高的调整效率和很好的调整效果，节省了初始开机的时间，并且能够避免在正常工作时模拟增益器件的频繁切换。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是根据本发明装置实施例的增益控制装置的框图； 

图2是根据本发明实施例的对数域功率求取模块的示意图； 

图3是根据本发明实施例的对数域功率求取模块的实现方法的示意图； 

图4是根据本发明实施例的模拟增益状态转移示意图；以及 

图5是根据本发明方法实施例的增益控制方法的流程图。 

具体实施方式

装置实施例 

在本实施例中，提供了一种增益控制装置，用于对移动终端的接收机进行增益控制。图1是根据本发明装置实施例的增益控制装置的框图。 

如图1所示，上述装置包括： 

功率累加模块102，用于在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器114和模数转换器116的数字信号的功率进行累加，并根据累加结果获取时间段内的平均功率，该过程也可称为功率估计，而功率累加模块也可以用功率估计模块替代； 

对数域功率求取模块104，连接至功率累加模块，用于获取平均功率的功率对数域值； 

模拟增益调整值求取模块106，连接至对数域功率求取模块，用于获取功率对数域值的模拟增益调整值，并将模拟增益调整值反馈至可变增益放大器进行发射功率调整； 

数字增益调整值求取模块108，连接至对数域功率求取模块，用于获取功率对数域值的数字增益调整值； 

数字增益调整模块110，连接至数字增益调整值求取模块，用于根据数字增益调整值对经过模数转换的数字信号进行前反馈功率增益调整。 

此外，上述装置进一步包括：控制模块112，连接至功率累加模块，用于根据移动终端的工作状态控制功率累加模块的工作模式(包括快速调整模式和慢速调整模式)。 

其中，在上述移动终端的工作状态为启动初始状态或快速测量状态的情况下，控制模块112控制功率累加模块102在快速工作模式下进行功率累加；在移动终端的工作状态为正常工作状态的情况下，控制模块112控制功率累加模块(功率估计模块)102在慢速工作模式下进行累加，其中，在快速工作模式下，功率累加模块102会选择较短的时间长度，对256个采样点处采样得到的功率进行累加，在慢速工作模式下，功率累加模块102会选择较长的时间长度，对1024个采样点处采样得到的功率进行累加。 

其中，对上述数域功率求取模块获取功率对数域值可以采用本发明中所提出的一种硬件实现方式进行求取，该方法采用指数尾数分离进行对数域功率的求取，然后将两部分的功率相加即可得到最后的总的对数域功率，处理具体为：将平均功率分解为以2为底的指数n和尾数m；将n·10·log₁₀(2)与10·log₁₀(m)的值相加，并将相加的结果作为功率对数域值。 

具体地，如图2所示，首先由指数尾数分离装置202将输入的线性功率x分解为以2为底的指数n和尾数m两部分(1≤m＜2)，装置204用来进行n·10·log₁₀(2)运算，由于10·log₁₀(2)近似为3，所以其结果可以近似为n*3，从而求得指数n的对数结果；装置206用来进行10·log₁₀(m)运算，优选地，可以通过查找表来求得尾数m的对数结果；装置208用来将两部分结果相加得到最后的对数域功率y。 

此外，上述装置进一步包括：设置模块(未示出)，连接至数字增益调整值求取模块108、可变功率放大器114、和模数转换器116，用于根据可变功率放大器114和模数转换器116的动态范围设置数  字增益调整值与功率对数域值的映射表。也就是说，需要根据前端的射频器件中的可变增益放大器以及模数转换器的动态范围，设置合适的映射表。 

并且该设置模块包括两部分，一部分用在快速调整模式，一部分用在慢速调整模式。在慢速调整模式下，优选地，可以应用磁滞方法进行调整，这是因为接收信号在临界值附近小范围波动的情况下，采用磁滞方法可以避免模拟增益值来回调整，并且，该磁滞方法可以采用状态机的方法来实现。 

其中，数字增益调整值求取模块108根据映射表获取用于获取由对数域功率求取模块输出的功率对数域值的数字增益调整值。 

其中，数字增益调整模块110进行前反馈功率增益调整的操作具体为：将来自数字增益调整值求取模块108的数字增益调整值与经过模数转换的数字信号相乘，得到数字增益调整后的数字信号。该增益值可以做成一张查找表，根据不同的对数域功率值查找不同的增益值，然后将采样后的信号与该增益值相乘，就得到了增益调整后的信号。当将采样信号与数字增益值相乘之后，进行截位与饱和操作，使得输出给后续解调的信号具有适当动态范围，并且具有最小的位宽。 

下面，结合具体实体对上述技术方案进行详细的说明。 

第一步，对采样后的信号进行功率估计(上述的功率累加)，估计的时间长度在快速和慢速下分别为64chips和256chips，如果采用4倍过采样，则分别为256个样点和1024个样点。对采样后的信号(包括I路和Q路)分别求平方和，然后进行相应长度的累加，最后求平均值，即可得到信号的平均功率； 

第二步，对求得的信号平均功率求对数域功率，首先假设x是一个位宽为N的二进制表示的数，假设求得的数据的dB值精度为0.125dB。如图3所示，详细的分步操作如下： 

1，x输入装置302，计算二进制数x的最高位位置得到a，并且计算最高位之后紧跟的后6位得到位宽为6的二进制数b，如果后6位不够则补为0； 

2，利用最高位a，计算a*3*8得到一个值c，然后对(a/13)取整得到一个补偿值d。 

3，根据位宽为6的值b查ROM表可得到值e，ROM表的具体内容的实例如表1所示； 

表1 

0	0
		1～2	1
3～4	2
		5～6	3
7～8	4
		9～11	5
12～13	6
		14～15	7
16～17	8
		18～20	9
21～22	10
		23～25	11
26～28	12
		29～30	13
31  33	14
		34～36	15
37～39	16
		40～42	17
43～45	18
		46～48	19
49～52	20
		53～55	21
56～59	22
		60～63	23

[0050] 4，根据以上得到的c、d、e三个值相加得到最后的值y，该值的精度为0.125dB。 

第三步，根据求得的对数域功率，在快速调整和慢速调整两种模式下，分别利用查表方法和状态机进行模拟增益值的求取。在刚开机的情况下，其模拟增益的初始值可设在VGA可调增益的中间值上。 

其中，在快速模式下，根据求得的对数域功率直接进行查表求得。此表由对数域功率范围与VGA的映射关系构成。 

在慢速模式下，如图4所示，利用状态机进行模拟增益的设置，该状态机根据VGA的档位设置为相应的状态，状态机初始状态设在中间值，根据对数域功率进行状态转变，在由低增益跳变到高增益时、以及高增益跳变到低增益时，其功率增益值的判断条件相差一定的值(可设为3)，这样可以防止状态不必要的来回跳变。 

第四步，根据对数域功率值，利用查表的方式求得数字增益的调整值，并采用前馈的方式，对采样后的数字信号进行相应的调整。上述的表为对数域功率与增益因子的映射表，将映射得到的增益因子与信号相乘，然后对信号进行饱和与截位操作，即可得到增益调整后的信号，该信号能满足后续解调所需的精度要求，并且具有较小的位宽。 

控制模块负责快速模式与慢速模式之间的切换，在刚开机的情况下选用快速模式，经过两次快速模式调整之后，进入慢速调整模式；在切换到异频进行的测量情况下，使用快速模式。 

应用以上详细实施方案，即可以完成终端自动增益控制。该方案能够在初始状态及异频测量模式下，实现快速调整；同时在正常  工作状态下能够提供较稳定的信号输出，并且提供给后续解调的数据位宽可以达到足够的小，减小后端解调模块的实现复杂度。 

方法实施例 

在本实施例中，提供了一种增益控制方法，用于对移动终端的接收机进行增益控制。图5是根据本发明方法实施例的增益控制方法的流程图。 

如图5所示，上述方法包括： 

步骤S502，在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器和模数转换器的数字信号的功率进行累加，并根据累加结果获取时间段内的平均功率； 

步骤S504，获取平均功率的功率对数域值； 

步骤S506，获取功率对数域值的模拟增益调整值，将模拟增益调整值反馈至可变增益放大器进行发射功率调整，并获取功率对数域值的数字增益调整值； 

步骤S508，根据数字增益调整值对经过模数转换的数字信号进行前反馈功率增益调整。 

其中，在步骤S504中，获取上述功率对数域值的处理具体为：将平均功率分解为以2为底的指数n和尾数m；将n·10·log₁₀(2)与10·log₁₀(m)的值相加，并将相加的结果作为功率对数域值。 

其中，在步骤S506中，获取上述数字增益调整值的处理具体为：根据可变功率放大器和模数转换器的动态范围设置数字增益调  整值与功率对数域值的映射表；在获取功率对数域值后，根据映射表查找与获取的功率对数域值对应的数字增益调整值。 

综上所述，借助于上述技术方案，可以降低对前端模拟器件中的可变增益放大器部分的要求，使其增益调整值不需要太规则就能够达到很好的增益调整效果，具有更大的灵活性；并且，可以更快的将输出的接收信号调整到一个稳定的状态，为初始开机及相邻小区的测量节省了时间；在正常工作时，能够稳定的工作，避免了模拟增益器件的频繁切换；在结合数字增益调整部分之后，可以使得处理后的信号具有合适的动态范围且具有最低的位宽，在保证后续解调性能的前提下，减少了后续硬件资源的复杂度。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种增益控制装置，用于对移动终端的接收机进行增益控制，其特征在于，所述装置包括：

功率累加模块，用于在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器和模数转换器的数字信号的功率进行累加，并根据累加结果获取所述时间段内的平均功率；

对数域功率求取模块，连接至所述功率累加模块，用于获取所述平均功率的功率对数域值；

模拟增益调整值求取模块，连接至所述对数域功率求取模块，用于获取所述功率对数域值的模拟增益调整值，并将所述模拟增益调整值反馈至所述可变增益放大器进行发射功率调整；

数字增益调整值求取模块，连接至所述对数域功率求取模块，用于获取所述功率对数域值的数字增益调整值；

数字增益调整模块，连接至数字增益调整值求取模块，用于根据所述数字增益调整值对经过模数转换的所述数字信号进行前反馈功率增益调整。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

控制模块，连接至所述功率累加模块，用于根据所述移动终端的工作状态控制所述功率累加模块的工作模式。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述移动终端的工作状态为启动初始状态或快速测量状态的情况下，所述控制模块控制所述功率累加模块在快速工作模式下进行功率累加；

在所述移动终端的工作状态为正常工作状态的情况下，所述控制模块控制所述功率累加模块在慢速工作模式下进行累加，其中，在所述快速工作模式下，所述功率累加模块对256个采样点处采样得到的功率进行累加，在所述慢速工作模式下，所述功率累加模块对1024个采样点处采样得到的功率进行累加。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对数域功率求取模块获取所述功率对数域值的处理具体为：

将所述平均功率分解为以2为底的指数n和尾数m；

将n·10·log₁₀(2)与10·log₁₀(m)的值相加，并将相加的结果作为所述功率对数域值。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

设置模块，连接至所述数字增益调整值求取模块、所述可变增益放大器、和所述模数转换器，用于根据所述可变增益放大器和所述模数转换器的动态范围设置数字增益调整值与功率对数域值的映射表。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数字增益调整值求取模块用于根据所述映射表获取与由所述对数域功率求取模块输出的所述功率对数域值对应的数字增益调整值。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字增益调整模块进行所述前反馈功率增益调整的操作具体为：

将来自所述数字增益调整值求取模块的所述数字增益调整值与经过模数转换的所述数字信号相乘，得到数字增益调整后的数字信号。

8.一种增益控制方法，用于对移动终端的接收机进行增益控制，其特征在于，所述方法包括：

在给定的功率估计时间段内对经由可变增益放大器和模数转换器的数字信号的功率进行累加，并根据累加结果获取所述时间段内的平均功率；

获取所述平均功率的功率对数域值；

获取所述功率对数域值的模拟增益调整值，将所述模拟增益调整值反馈至所述可变增益放大器进行发射功率调整，并获取所述功率对数域值的数字增益调整值；

根据所述数字增益调整值对经过模数转换的所述数字信号进行前反馈功率增益调整。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，获取所述功率对数域值的处理具体为：

将所述平均功率分解为以2为底的指数n和尾数m；

将n·10·log₁₀(2)与10·log₁₀(m)的值相加，并将相加的结果作为所述功率对数域值。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，获取所述数字增益调整值的处理具体为：

根据所述可变增益放大器和所述模数转换器的动态范围设置数字增益调整值与功率对数域值的映射表；

在获取所述功率对数域值后，根据所述映射表查找与获取的所述功率对数域值对应的数字增益调整值。

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