CN101631215A - 移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，通过统计自动增益计算周期内的信号平均功率，与期望的信号平均功率范围进行比较，确定当前信号平均功率的状态，根据信号平均功率的状态变化来调整自动增益控制的调整步长，使信号平均功率快速调整并稳定在一个期望的范围内。
Description
【技术领域】
本发明涉及移动数字多媒体广播领域，尤其涉及一种移动数字多媒体广播的自动增益控制技术。
【背景技术】
移动数字多媒体广播的标准繁多，如中国的CMMB，韩国的T-DMB，欧洲的DVB-T，日本的ISDB，美国的ATSC等。由于移动数字多媒体广播的移动特性，其环境非常复杂，接收信号的平均功率在不同地点和不同时间都会发生变化，而且在某些环境下变化幅度非常大，这将会影响移动数字多媒体广播的接收效果。为了减少其影响，需要对接收的信号进行自动增益控制，使其稳定在一个期望的范围内，提高移动数字多媒体广播的接收效果。
一般移动数字多媒体广播接收机框图如图1所示。射频信号经过调谐器后变为低中频或零中频信号，经过ADC(模数转换器)变为数字信号由解调器进行解调，解调后的信源数据由应用处理器进行信源解码(音视频解码)后通过外设输出。一般对信号的自动增益控制是通过调谐器来完成的，少量调谐器本身就能完成自动增益控制，但大部分调谐器需要通过对某个管脚输入不同的电压来辅助完成增益控制。
而目前，这种移动数字多媒体广播接收机的一些自动增益控制方案的调整步长固定，这样如果调整步长较小，在信号变化快时就无法跟上信号的变化；如果调整步长较大，又会导致精度比较差。还有一些移动数字多媒体广播接收机采用分级调整的方法，根据目前估计的信号强度与期望的信号强度范围的差值的大小来选择不同等级的调整步长，这样当分级多时，能够很快将信号调整到期望范围内，但是复杂度会大大增加；如果分级少，在信号变化快时就无法跟上信号的变化。
另外，一些标准采用时分复用的方式将多个频道的信号分时传输(如CMMB、T-DMB等)，这样在接收非选择频道的信息时，接收机一般会进入省电模式，输入信号会变得很小，而且T-DMB本身就有空符号(传输信号本来就很小)，此时如果自动增益控制模块还在工作，会将增益控制调到最大，等收到正常信号后调节就会相对较慢。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，对接收的移动数字多媒体广播信号进行自动增益控制，使其功率稳定在一个期望的范围内，提高移动数字多媒体广播的接收效果。
本发明是这样实现的：一种移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，该方法在每一个移动数字多媒体广播接收机的自动增益计算周期中统计信号的平均功率，如果平均功率在期望范围之外，则用调整步长值去调整自动增益的值，并当平均功率状态变为相反状态时，减小调整步长，当平均功率状态非合适，且连续多次保持不变时，加大调整步长；
其中，所述期望范围是在各种信道条件下接收效果最好或者接收灵敏度最高的平均功率范围；所述平均功率状态分为合适和非合适，非合适又进一步分为偏大和偏小，其中合适是指平均功率在期望范围内的状态，偏大是指平均功率大于期望范围的上限的状态，偏小是指平均功率小于期望范围的下限的状态；所述变为相反状态是指从偏大变到偏小，或者从偏小变到偏大。
其中，所述平均功率在采用所述期望范围判断之前，先采用合理范围进行判断，如果平均功率在合理范围之外，则从自动增益的值和调整步长二者的初始值开始调整；如果平均功率在合理范围之内，且在期望范围之外，则用调整步长值去调整自动增益的值；所述合理范围是指信号的平均功率变化平缓而非突然变化很大的范围，该合理范围比所述期望范围大且包含所述期望范围。
上述的技术方案进一步具体包括如下步骤：
步骤100、初始化，即将自动增益的值和调整步长设为初始值，并将信号状态设为合适；
步骤200、启动计数器并开始统计信号平均功率直到计数器计数到寄存器的指定的计算周期；
步骤300、判断平均功率是否在合理范围内，若是，则执行步骤400，若否，回到步骤100；
步骤400、判断平均功率是否在期望范围内，若是，则执行步骤410，若比期望范围相比偏小，则执行步骤420至步骤424，若比期望范围相比偏大，则执行步骤430至步骤434；
步骤410、将信号状态变为合适，状态相同计数值清零，将调整步长减小到调整步长的下限；
步骤421、如果信号状态为偏大，将调整步长减小，状态相同计数清零，跳到步骤424；
步骤422、如果信号状态非偏大，状态相同计数值加1；
步骤423、如果状态相同计数值大于某个固定值，将调整步长加大；
步骤424、用新的调整步长去调整信号强度，信号状态变为偏小；
步骤431、如果信号状态为偏小，将调整步长减小，状态相同计数清零，跳到步骤434；
步骤432、如果信号状态非偏小，状态相同计数值加1；
步骤433、如果状态相同计数值大于某个固定值，将调整步长加大；
步骤434、用新的调整步长去调整信号强度，信号状态变为偏大；
步骤500、计数器清零，执行下一计算周期内信号平均功率的调整，回到步骤200。
上述的技术方案在每一个移动数字多媒体广播接收机的自动增益计算周期中，遇到不需要解的信号或者空符号时，采用通过拉低使能信号，使计数器不计数，不再进行调整的方式，或者采用通过关闭模块时钟，使其整个模块停止工作的方式来保持目前状态。
所述减小调整步长是使用减半或除4的方法来达到快速调整且易于实现的目的。
所述加大调整步长是使用加倍或乘4的方法来达到快速调整且易于实现的目的。
所述调整步长规定了上下限，下限为所述期望范围对应的调整步长的一半或更小一些，上限为自动增益控制调整值最大值的八分之一到二分之一之间。
本发明具有如下优点：本发明就是将ADC输出的数字信号在解调器内部通过统计其在一段时间(自动增益计算周期)内的平均功率来确定当前调谐器输出的信号是否合适，并通过PWM(脉宽调制)、DAC(数模转换器)等方法来调整调谐器增益控制管脚的输入电压，其中，信号平均功率的调整步长是根据信号状态变化可变，使信号平均功率快速调整并稳定在一个期望的范围内。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是现有技术中一种移动数字多媒体广播接收机硬件原理框图。
图2是本发明移动数字多媒体广播接收机自动增益控制模块框图。
图3是本发明一种移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法框图。
【具体实施方式】
本发明的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，是在每一个移动数字多媒体广播接收机的自动增益计算周期中统计信号的平均功率，如果平均功率在合理范围之外，则从自动增益的值和调整步长二者的初始值开始调整；如果平均功率在合理范围之内，且在期望范围之外，则用调整步长值去调整自动增益的值，并当平均功率状态变为相反状态时，减小调整步长，当平均功率状态非合适，且连续多次保持不变时，加大调整步长；
其中，所述期望范围是在各种信道条件下接收效果最好或者接收灵敏度最高的平均功率范围；所述合理范围是当信号突然变化很大超出该范围时，从初始值开始重新调整，以提高调整速度；所述平均功率状态分为合适和非合适，非合适又进一步分为偏大和偏小，其中合适是指平均功率在期望范围内的状态，偏大是平均功率大于期望范围的上限的状态，偏小是指平均功率小于期望范围的下限的状态；所述变为相反状态是指从偏大变到偏小，或者从偏小变到偏大。
请参阅图2所示，本发明的移动数字多媒体广播接收机自动增益控制模块1可以将现有技术中移动数字多媒体广播接收机的解调器进行改进，增加了自动增益计算单元11、自动增益调整单元12、寄存器单元13三个部分来实现。其中：
所述自动增益计算单元11：用于通过统计一个计算周期(该计算周期可以取2的整数次幂个时钟周期，这样求平均可以用移位来代替)内信号的平均功率(该平均功率可以用求平方和后求平均，或者用求绝对值和后求平均来近似)，判断目前信号的状态(信号的状态分为偏大、偏小或合适三种)，并根据上次信号的状态来调整自动增益控制的调整步长，用该步长调整自动增益的值；
所述自动增益调整单元12：用于更新自动增益的值，该自动增益调整单元可以用PWM(脉宽调制)、DAC(数模转换器)等实现，其调整周期可以通过寄存器配置，自动增益计算单元12算出的自动增益的值在一个调整周期内只更新一次；(该单元具体执行哪个步骤，请添加至下述步骤中)
所述寄存器单元13：用于配置各种可以配置的值，如配置自动增益计算单元的值包括计算周期、期望范围上下限、合理范围上下限、调整步长初始值、调整步长上下限、自动增益调整值的初始值。其中，配置自动增益调整单元的值包括调整周期。
如图3所示，本发明方法具体可由如下步骤实现：
步骤100、初始化，即根据所述寄存器单元13中的值将自动增益的值和调整步长设为初始值，并将信号状态设为合适；
步骤200、启动计数器并开始统计信号平均功率直到计数器计数到寄存器的指定的计算周期，该步骤可由所述自动增益计算单元11来实现；
步骤300、判断平均功率是否在合理范围内，若是，则执行步骤400，若否，回到步骤100；
步骤400、所述自动增益计算单元11判断平均功率是否在期望范围内，若是，则执行步骤410，若比期望范围相比偏小，则执行步骤420至步骤424，若比期望范围相比偏大，则执行步骤430至步骤434；
步骤410、将信号状态变为合适，状态相同计数值清零，将调整步长减小到调整步长的下限；
步骤421、如果信号状态为偏大，所述自动增益计算单元11将调整步长减半，状态相同计数清零，跳到步骤424；
步骤422、如果信号状态非偏大，状态相同计数值加1；
步骤423、如果状态相同计数值大于1，所述自动增益计算单元11将调整步长加倍；
步骤424、用新的调整步长去调整信号强度，信号状态变为偏小；
步骤431、如果信号状态为偏小，所述自动增益计算单元11将调整步长减半，状态相同计数清零，跳到步骤434；
步骤432、如果信号状态非偏小，状态相同计数值加1；
步骤433、如果状态相同计数值大于1，所述自动增益计算单元11将调整步长加倍；
步骤434、用新的调整步长去调整信号强度，信号状态变为偏大；
步骤500、计数器清零，执行下一计算周期内信号平均功率的调整，回到步骤200。
本发明方法的自动增益调整单元12在计数器计数到调整周期时，将自动增益计算单元11的自动增益值写入内部寄存器，则该调整周期按该自动增益值产生PWM信号。
一般自动增益计算周期会定为几百个采样点，而自动增益的调整周期一般在几十微秒到几十毫秒之间选择，所述期望范围内的值都可以通过实际测试得到。将自动增益的值的初始值设置为中间值(最大值的一半)，或者常见值的平均值，以加快自动增益控制调整速度。调整的步长自适应变化，当调整后状态连续多次不变时，将调整步长放大；当调整到相反状态时将调整步长减小。下面以当调整后状态连续两次不变时，将调整步长加倍；当调整到相反状态时将调整步长减半，自动增益计算周期和调整周期相同来举例说明。将调整步长的下限设为期望范围对应的调整步长的一半或更小一些，例如期望范围对应的信号强度范围为1db，则可将调整步长的下限设为调整0.5db或者更小一些信号强度对应的调整步长，这样就必定能将信号调整到期望范围内。调整步长的上限可以设置为自动增益控制调整值最大值的八分之一到二分之一之间，以提高调整速度。调整步长的初始值可以直接设置为调整步长的上限或者更小一些，也可以设置为大部分情况的信号强度范围对应的自动增益的值大小与自动增益的值初始值之间的差值的绝对值的最大值。
然后，将自动增益控制的值固定为初始值，将信号从最强调整到最弱(通过自动增益控制调整，能正常接收的信号范围)，记录统计功率的最大值和最小值，将最大值增大一些，最小值减小一些，作为合理范围的上下限。实际接收过程中，如果信号发生大的突变，统计的功率可能会超出所述合理范围，此时可以复位重新调整，这样可以提高自动增益控制的跟踪速度，如果合理范围过大，则非常少会出现不合理的现象，也可以不使用合理范围的判断，降低系统的复杂度(若合理范围的判断是可选的，最好不放入权利要求1中)。
自动增益的运算由一根使能信号控制，在省电或者空符号时将其拉低，不再进行增益控制，以防止算出的值一直偏小，将增益控制拉到最大。或者采用通过关闭模块时钟，使其整个模块停止工作的方式来保持目前状态。
下面来分析一下本发明方法进行自动增益控制的调整速度。
设自动增益控制的信号调整范围为50db，期望范围对应的信号平均功率的范围为1db，将自动增益控制调整值的初始值设置为中间值，调整步长的上限和初始值都设置为自动增益控制调整值最大值的二分之一，调整步长的下限设置为调整0.5db对应的调整步长。这样，一次调整后就能确定期望范围在0到25db还是25db到50db之间，然后最多两次调整就能将搜索范围减半，这样最多3次调整后就能将搜索范围减到12.5db左右，5次调整后就能将搜索范围减到6.25db左右，7次调整后就能将搜索范围减到3.125db左右，9次调整后就能将搜索范围减到1.6db左右，最多11次调整应该就能将信号调整到期望范围内。
另外，如果信号发生变化，连续10个自动增益计算周期时间，信号强度(即平均功率，下同)变大2db，目前调整步长为0.5db，信号已经调整到期望范围内。这样，一个自动增益计算周期时间后，信号强度差1.5db；2个自动增益计算周期时间后，调整步长变为1db，信号强度差2.5db；3个自动增益计算周期时间后，调整步长变为2db，信号强度还是差2.5db；4个自动增益计算周期时间后，调整步长变为4db，信号强度只差0.5db，可能已经调整到期望范围内了；最坏情况信号还是偏小，则5个自动增益计算周期时间后，调整步长变为8db，信号强度超过5.5db；6个自动增益计算周期时间后，调整步长变为4db，信号强度还是差0.5db；7个自动增益计算周期时间后，调整步长变为2db，信号强度还是差0.5db；8个自动增益计算周期时间后，调整步长还是2db，信号强度还是差0.5db；9个自动增益计算周期时间后，调整步长变为4db，信号强度超过1.5db；10个自动增益计算周期时间后，调整步长变为2db，信号强度差2.5db；11个自动增益计算周期时间后，调整步长变为1db，信号强度差1.5db；12个自动增益计算周期时间后，调整步长还是1db，信号强度差0.5db；13个自动增益计算周期时间后，调整步长变为2db，信号强度超过1.5db；14个自动增益计算周期时间后，调整步长变为1db，信号强度超过0.5db；15个自动增益计算周期时间后，调整步长变为0.5db，信号强度差0.5db；16个自动增益计算周期时间后，信号调整好。
由此可见，在信号变化比较慢和比较快的环境下，本发明方法都能快速地将信号功率调整到期望范围内。
Claims (7)
1、一种移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于：
该方法在每一个移动数字多媒体广播接收机的自动增益计算周期中统计信号的平均功率，如果平均功率在期望范围之外，则用调整步长值去调整自动增益的值，并当平均功率状态变为相反状态时，减小调整步长，当平均功率状态非合适，且连续多次保持不变时，加大调整步长；
其中，所述期望范围是在各种信道条件下接收效果最好或者接收灵敏度最高的平均功率范围；
所述平均功率状态分为合适和非合适，非合适又进一步分为偏大和偏小，其中合适是指平均功率在期望范围内的状态，偏大是指平均功率大于期望范围的上限的状态，偏小是指平均功率小于期望范围的下限的状态；
所述变为相反状态是指从偏大变到偏小，或者从偏小变到偏大。
2、根据权利要求1所述的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于：所述平均功率在采用所述期望范围判断之前，先采用合理范围进行判断，如果平均功率在合理范围之外，则从自动增益的值和调整步长二者的初始值开始调整；如果平均功率在合理范围之内，且在期望范围之外，则用调整步长值去调整自动增益的值；
所述合理范围是指信号的平均功率变化平缓而非突然变化很大的范围，该合理范围比所述期望范围大且包含所述期望范围。
3、根据权利要求2所述的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤100、初始化，即将自动增益的值和调整步长设为初始值，并将信号状态设为合适；
步骤200、启动计数器并开始统计信号平均功率直到计数器计数到寄存器的指定的计算周期；
步骤300、判断平均功率是否在合理范围内，若是，则执行步骤400，若否，回到步骤100；
步骤400、判断平均功率是否在期望范围内，若是，则执行步骤410，若比期望范围相比偏小，则执行步骤420至步骤424，若比期望范围相比偏大，则执行步骤430至步骤434；
步骤410、将信号状态变为合适，状态相同计数值清零，将调整步长减小到调整步长的下限；
步骤421、如果信号状态为偏大，将调整步长减小，状态相同计数清零，跳到步骤424；
步骤422、如果信号状态非偏大，状态相同计数值加1；
步骤423、如果状态相同计数值大于某个固定值，将调整步长加大；
步骤424、用新的调整步长去调整信号强度，信号状态变为偏小；
步骤431、如果信号状态为偏小，将调整步长减小，状态相同计数清零，跳到步骤434；
步骤432、如果信号状态非偏小，状态相同计数值加1；
步骤433、如果状态相同计数值大于某个固定值，将调整步长加大；
步骤434、用新的调整步长去调整信号强度，信号状态变为偏大；
步骤500、计数器清零，执行下一计算周期内信号平均功率的调整，回到步骤200。
4、根据权利要求1至3任一项所述的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于：在每一个移动数字多媒体广播接收机的自动增益计算周期中，遇到不需要解的信号或者空符号时，采用通过拉低使能信号，使计数器不计数，不再进行调整的方式，或者采用通过关闭模块时钟，使其整个模块停止工作的方式来保持目前状态。
5、根据权利要求1至3任一项所述的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于：所述减小调整步长是使用减半或除4的方法来达到快速调整且易于实现的目的。
6、根据权利要求1至3任一项所述的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于：所述加大调整步长是使用加倍或乘4的方法来达到快速调整且易于实现的目的。
7、根据权利要求1至3任一项所述的移动数字多媒体广播接收机的自动增益控制方法，其特征在于：所述调整步长规定了上下限，下限为所述期望范围对应的调整步长的一半或更小一些，上限为自动增益控制调整值最大值的八分之一到二分之一之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 350000 Fuzhou Gulou District, Fujian, software Avenue, building 89, No. 18 Patentee after: FUZHOU ROCKCHIP ELECTRONICS CO., LTD. Address before: 350000, building 1, building 550, No. 601, industrial road, West Suburbs, Hongshan Town, Gulou District, Fujian, Fuzhou Patentee before: Fuzhou Rockchip Semiconductor Co., Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 350000 building, No. 89, software Avenue, Gulou District, Fujian, Fuzhou 18, China Patentee after: Ruixin Microelectronics Co., Ltd Address before: 350000 building, No. 89, software Avenue, Gulou District, Fujian, Fuzhou 18, China Patentee before: Fuzhou Rockchips Electronics Co.,Ltd. |