CN101742627A - 一种通信系统的数字自动增益控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信系统的数字自动增益控制方法及其系统，本发明的通信系统的数字自动增益控制方法通过感测输出信号的信号强度并量化为测量值的计算，根据测量值判断输出信号的强度等级，再对输出信号测量过程中，各个强度等级的出现频率进行统计，当所述强度等级的出现频率超过一定值时，触发所述增益调整参数的取值发生变化，根据所述增益调整参数的取值调整对输入信号补偿的增益值。本发明的通信系统的数字自动增益控制方法及其系统能够使输出信号较好地收敛于期望值，并且波动较小。同时，因为对输入信号增益值的计算只需要执行比较简单的运算，可以降低实现的难度。

Description

一种通信系统的数字自动增益控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种通信系统的数字自动增益控制方法，本发明还涉及一种通信系统的数字自动增益控制系统。

背景技术

移动通信信道是一种复杂的通信信道，其具有快衰落、慢衰落和多径叠加等特点，衰落深度可以达到几十dB。这种衰落导致接收信号具有很大的功率变化范围，恶化系统的解调性能。

移动通信信道中通常使用DAGC(Digital Automatic Gain Control，数字自动增益控制)调整输入数字信号的功率，使得输出信号强度变化时，输出信号的强度可以基本保持不变；并对输出信号进行截位处理，以降低后续基带信号处理算法的实现负担，增加其实现精度，减少实现位宽。

通常的DAGC都会根据需要设定一个期望阈值，根据输出信号的强度与阈值的误差进行增益的调整，以使输出信号的强度保持在阈值附近。期望阈值的选取应该使输出信号尽量保留原有信号的信息，设置过大或者过小的期望阈值在调整时都会使得信息量丢失，严重降低接收机的性能。

传统的DAGC系统实现方式如图1所示，图1为现有技术一种DAGC系统的机构原理示意图。所述DAGC系统10包括增益调整模块101、量级计算模块102、误差比较模块103和低通滤波模块104。输入信号经过增益调整模块101后得到输出信号，量级计算模块102对输出信号的强度进行计算，强度计算的结果送入误差比较模块103中与预先设定的期望阈值进行比较，根据比较的结果，在低通滤波模块104中通过一个低通滤波器得到新的增益调整值。

然而由于直接根据输出信号的强度与阈值的比较结果控制所述滤波器，受滤波器的性能影响，通常调整后输出的信号抖动幅度比较大，造成较多的能量损失。特别对基于CDMA技术和基于OFDM/OFDMA技术的移动通信系统，其信号都具有较大的峰均比，波动范围较宽，对收敛的抖动敏感的特性，使用上述传统的DAGC系统所述输出信号会出现较大的信号波动。

发明内容

为解决现有技术通信系统的数字自动增益控制方法输出信号相对于期望值波动较大的问题，本发明提供一种输出信号相对于期望值波动较小的通信系统的数字自动增益控制方法。

一种通信系统的数字自动增益控制方法，其包括以下步骤：预先划分若干个强度等级；预先设定若干个强度统计参数，并分别为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量；预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应。对输出信号进行采样，并根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值；判断所述强度测量值对应的强度等级；根据所述强度等级所对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值；将各个强度统计参数的取值分别与对应的参数门限值比较，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值；根据所述增益值对所述输入信号进行补偿。

与现有技术相比较，本发明提供的通信系统的数字自动增益控制方法中，计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度的测量值，因此所述测量值能够更准确地反映所述输出信号的强度，使增益控制更加准确。设置多个强度统计参数分别统计每个所述强度等级的出现频率，再根据每个所述强度统计参数与所述参数门限值比较，决定增益值调整参数，从而防止增益值因为输出信号突然出现的个别高强度或低强度失真而发生突变，避免输出信号相对于期望值出现过大的波动。同时，由于所述通信系统的数字自动增益控制方法中，增益值的计算只需要执行比较简单的移位和加法运算，可以减低实现的难度。

为解决现有技术通信系统的数字自动增益控制系统输出信号相对于期望值波动较大的问题，本发明提供一种输出信号相对于期望值波动较小的通信系统的数字自动增益控制系统。

一种通信系统的数字自动增益控制系统，包括一个量级计算模块、一个强度等级计算模块、一个强度统计参数调整模块、一个增益调整参数模块、一个增益值计算模块和一个补偿模块。所述量级计算模块用于对输出信号进行采样，并根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值。所述强度等级计算模块，用于预先划分若干个强度等级，并判断所述测量值对应的强度等级。所述强度统计参数调整模块用于预先设定若干个强度统计参数，分别为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量，并根据所述强度等级计算模块输出的强度等级，利用与所述强度等级对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值。所述增益调整参数模块用于预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应，所述增益调整参数模块还用于将各个强度统计参数的取值分别与对应的参数门限值比较，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数。所述增益值计算模块用于根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值。所述补偿模块用于根据所述增益值对所述输入信号进行补偿。

与现有技术相比较，本发明提供的通信系统的数字自动增益控制系统中，所述量级计算模块计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度的测量值，因此所述测量值能够更准确地反映所述输出信号的强度，使增益控制更加准确。所述强度统计参数调整模块设置多个强度统计参数分别统计每个所述强度等级的出现频率，再由所述增益调整参数模块根据每个所述强度统计参数与所述参数门限值比较，决定增益值调整参数，所述增益值计算模块计算增益值，从而防止增益值因为输出信号突然出现的个别高强度或低强度失真而发生突变，避免输出信号相对于期望值出现过大的波动。同时，由于所述通信系统的数字自动增益控制系统中，增益值的计算只需要执行比较简单的移位和加法运算，可以减低实现的难度。

附图说明

图1为现有技术一种DAGC系统的机构原理示意图；

图2是本发明通信系统的数字自动增益控制方法的流程图；

图3是本发明通信系统的数字自动增益控制系统第一实施方式的结构示意图；

图4为本发明通信系统的数字自动增益控制系统第二实施方式的结构示意图；

图5是本发明通信系统的数字自动增益控制系统的输入信号的示意图；

图6是本发明通信系统的数字自动增益控制系统输出的增益值变化示意图；

图7是本发明通信系统的数字自动增益控制系统的输出信号示意图。

其中，10DAGC系统；

20、30通信系统的数字自动增益控制系统；

101增益调整模块；

103误差比较模块；

104低通滤波模块；

201补偿模块；

102、202量级计算模块；

203强度等级计算模块；

204强度统计参数调整模块；

205增益调整参数模块；

206增益值计算模块；

307增益值限制模块；

308截位模块。

具体实施方式

本发明通信系统的数字自动增益控制方法中，感测输出信号的信号强度并量化为测量值，根据测量值判断输出信号的强度等级，再对输出信号测量过程中，各个强度等级的出现频率进行统计，当所述强度等级的出现频率超过一定值时，触发所述增益调整参数的取值发生变化，根据所述增益调整参数的取值调整对输入信号补偿的增益值。从而能够更准确地反映所述输出信号的强度，使增益控制更加准确。同时使输出信号受到输入信号中的噪声干扰较小，避免输出信号相对于期望值出现过大的波动。同时，由于所述通信系统的数字自动增益控制方法中，增益值的计算只需要执行比较简单的移位和加法运算，可以减低实现的难度。

请参阅图2，图2是本发明通信系统的数字自动增益控制方法的流程图。

所述通信系统的数字自动增益控制方法的流程开始于步骤S101。

然后，在步骤S102中，预先划分若干个强度等级；

根据输出信号的强度与强度期望值的差值大小，预先划分若干个所述输出信号的强度等级。

每一个所述强度等级都对应所述输出信号的强度一个取值范围。在本实施方式中，所述强度等级以其表示的信号强度由大到小依次包括：饱和、大于、稳态、小于和近零。其中，饱和表示所述输出信号的强度远远大于所述强度期望值达到一定的数值；稳态表示所述输出信号的强度等于所述强度期望值或只相差很小的数值；近零表示所述输出信号的强度已经远远小于所述强度期望值达到一定的数值；大于表示所述输出信号的强度大于所述强度期望值达到一定的数值，超过稳态的数值范围，但还未到达饱和的数值范围；小于表示所述输出信号的强度小于所述强度期望值达到一定的数值，超过稳态的数值范围，但还未到达近零的数值范围。

在步骤S104中，预先设定若干个强度统计参数，并分别为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量；

预先为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量。每个所述强度统计参数相对于每个所述强度等级都有其各自对应的强度统计参数增量，其大小可根据实际情况具体设定。其中，所述强度统计参数增量一般为整数，可能是正整数，也可能是负整数或者0。

所述强度统计参数的个数可以根据实际需要设定，当需要输出信号快速收敛于期望值时，可以设置多个所述强度统计参数来分别统计各个所述强度等级的出现频率。

作为一种优选实施方式，所述强度统计参数对应所述强度等级设置，即个数同样为5个，分别为饱和强度统计参数、大于强度统计参数、稳态强度统计参数、小于强度统计参数和近零强度统计参数。对于每一个所述强度等级，所述5个强度统计参数分别具有对应的强度统计参数增量。在本实施方式中，所述强度等级与所述强度统计参数的变化量的对应关系，如下表所示：

上表第一行的数值表示：当在步骤S104中确定所述测量值所对应的强度等级为饱和时，在本步骤中，所述饱和强度统计参数的取值增加1，所述近零强度统计参数的取值减少1，所述大于强度统计参数的取值增加2，所述小于强度统计参数的取值减少1，所述稳态强度统计参数的取值不变。其他行的数值表示如此类推。

本实施方式中，所述强度等级和所述强度统计参数增量的设置按照以下规律：对于所述测量值偏离所述强度期望值越多的强度等级，对应同一强度统计参数的所述强度统计参数增量的绝对值可以设置得更大。如：大于强度统计参数对应饱和强度等级的强度统计参数增量为2，对应大于强度等级的强度统计参数增量为1；小于强度统计参数对应近零强度等级的强度统计参数增量为2，对应小于强度等级的强度统计参数增量为1。

在步骤S106中，预先为每一所述强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应。

每一所述强度统计参数对应的参数门限值都可根据实际需要设定，各个所述强度统计参数对应的参数门限值不一定相等。

所述增益调整参数用于决定输出信号的增益值的强度大小和增益调整的方向。本实施方式中，所述增益调整参数包括：步进值D和表示增益值调整方向的S，S取值为{+1，0，-1}，S＝+1表示增益值增大，对应的强度统计参数为所述小于强度统计参数或所述近零强度统计参数；S＝-1表示增益值减少，对应的强度统计参数为所述大于强度统计参数或所述饱和强度统计参数；S＝0表示增益值不改变。

步进值D的取值与不同的所述强度统计参数一一对应，在本实施方式中，饱和强度统计参数和近零强度统计参数对应的步进值D较小，大于强度统计参数和小于强度统计参数对应的步进值D较大，稳态强度统计参数对应的步进值D最大。如果所述增益值调整参数的值采用4位无符号的二进制整数表示，则所述增益值调整参数的值可以从2⁴，即16个值中选取。

可以进一步为每个所述强度统计参数预先设定优先级，所述强度统计参数的优先级可以根据实际需要而设定。

然后，在步骤S108中，对输出信号进行采样，并根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值。

所述额定时间为对输出信号进行采样的时间周期，本实施方式中，根据所述额定时间内对所述输出信号的采样值，可利用以下公式计算所述输出信号的模值平均值作为所述输出信号的强度的测量值：

$\mathrm{Mag}\left(j\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S\right[(j-1)*N+k\left]\right|}{N},j=\mathrm{1,2,3}...$

其中，Mag(j)为所述强度的测量值，S(n)为所述输出信号，S(n)＝x(n)+y(n)*i，

N为所述额定时间内的数据长度，一般设定为2的正整数次方幂。

或者利用以下公式计算所述输出信号的功率平均值作为所述输出信号的强度的测量值：

$\mathrm{Mag}\left(j\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S\right[(j-1)*N+k]{|}^2}{N},j=\mathrm{1,2,3}...$

其中，Mag(j)为所述强度的测量值，S(n)为所述输出信号，S(n)＝x(n)+y(n)*i，

N为所述额定时间内的数据长度，一般设定为2的正整数次方幂。

所述测量值应该与所述步骤S102中划分所述强度等级时参考的强度期望值相对应，若在步骤S102中选择所述期望值为模值平均值的期望值，则本步骤中，计算所述输出信号的模值平均值作为所述测量值；若在步骤S102中选择所述期望值为功率平均值的期望值，则本步骤中，计算所述输出信号的功率平均值作为所述测量值。

在步骤S110中，判断所述强度测量值对应的强度等级。

将所述测量值与所述强度期望值比较，确定所述测量值所对应的强度等级。

在步骤S112中，根据所述强度等级所对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值。

当在步骤S110中判断所述测量值所对应的强度等级之后，对于每一个所述强度统计参数，取其与所述强度等级对应的强度统计参数增量，将所述强度统计参数增量与所述强度统计参数原来的取值相加，得到所述强度统计参数新的取值。

因为对应同一个强度统计参数的强度统计参数增量对应不同的强度等级有不同的取值，可能是正整数，也可能是负整数，所以所述强度统计参数不会无限制地增大或减少，而会在一定的范围内随所述输出信号的强度上下波动，反映所述输出信号的强度变化趋势。

若在步骤S106中，预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值后，还包括一个预先为每一所述强度统计参数设定参数最大值和参数最小值的步骤。则在本步骤S112中，所述根据所述强度等级所对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值之后还包括步骤：

将每一所述强度统计参数的取值分别与其各自对应的参数最大值和参数最小值比较。当所述强度统计参数的取值大于或等于所述参数最大值时，输出所述参数最大值作为所述强度统计参数的取值；当所述强度统计参数的取值小于或等于所述参数最小值时，输出所述参数最小值作为所述强度统计参数的取值；当所述强度统计参数的取值在所述参数最大值和所述参数最小值之间时，直接输出所述强度统计参数的取值。

例如所述大于强度统计参数前一刻的取值为9，其对应的参数最大值为10。当在步骤S104中确定所述测量值所对应的强度等级为饱和时，所述大于强度统计参数的取值增加2后，超过到所述大于强度统计参数的参数最大值10，所以输出所述参数最大值10作为所述强度统计参数的取值，而不是输出11。

通过设置所述参数最大值和所述参数最小值来限制所述强度统计参数的取值，使所述强度统计参数的取值不超过所述参数最大值和所述参数最小值的范围。因此，可以防止由于所述强度统计参数的取值累计过大的数值而导致的补偿值长时间或大幅度偏高，防止输出信号包含更多输出信号的信息，避免输出失真。

在步骤S114中，将各个强度统计参数的取值分别与对应的参数门限值比较，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数。

即分别将所述饱和强度统计参数、大于强度统计参数、稳态强度统计参数、小于强度统计参数和近零强度统计参数与其各自对应的参数门限值比较，然后根据所述强度统计参数的比较结果，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数。

作为一种优选实施方式，若在步骤S106中，预先为每个强度统计参数设定了优先级，则在本步骤中，当只有一个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；当至少两个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出优先级最高的所述强度统计参数对应的增益调整参数。

例如在步骤S104中判断所述测量值所对应的强度等级为饱和时，所述大于强度统计参数的取值增加2后，达到其对应的所述参数门限值，并且其他的强度统计参数都未达到对应的所述参数门限值，则输出与所述大于强度统计参数对应的增益调整参数。如果在步骤S104中判断所述测量值所对应的强度等级为饱和时，所述大于强度统计参数和所述饱和强度统计参数的取值分别增加2和1，如果所述两个强度统计参数同时达到各自对应的参数门限值，则输出所述大于强度统计参数和所述饱和强度统计参数中优先级较高的一个所对应的所述增益值调整参数。

在步骤S116中，根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值。

设定所述增益值调整参数后，根据以下公式计算当前时刻对所述输入信号的增益值：

A(t)＝A(t-1)+G(t-1)*S*2^-D

G(t)＝G_init+A(t)

其中，G(t)为增益值，G_init为预设的初始增益值，A(t)为累计的增益变化量，所述增益值调整参数包括步进值D和表示增益值调整方向的S，步进值D的取值与所述强度统计参数一一对应，S取值为{+1，0，-1}，S＝+1表示增益值增大，S＝-1表示增益值减少，S＝0表示增益值不改变。

上述计算公式中，2^-D的运算只需要通过二进制的移位操作就可以实现，其余的运算也比较简单，因此实现所述增益值的计算只需要进行移位和相加的操作，而不需要复杂的运算，可以降低所述通信系统的数字自动增益控制方法实现的难度。

在本发明的所述通信系统的数字自动增益控制方法中，还可以增加一个步骤：预先设定增益值的最大值和增益值的最小值。

则，在本步骤S116中，根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值之后还可以进行以下步骤：

将所述增益值分别与预先设定的增益值的最大值和增益值的最小值比较，当所述增益值大于或等于所述增益值的最大值时，输出所述增益值的最大值作为所述增益值；当所述增益值小于或等于所述增益值的最小值时，输出所述增益值的最小值作为所述增益值；当所述增益值的取值在所述增益值的最大值和所述增益值的最小值之间时，直接输出所述增益值。

通过所述增益值的最大值和增益值的最小值的限制作用，可以进一步防止由于输出信号受到干扰而出现的瞬时过高强度或瞬时过低强度的变化影响输出信号的稳定。

在步骤S118中，根据所述增益值对所述输入信号进行补偿。

计算出所述增益值之后，就可以利用所述增益值对所述输入信号进行补偿，得到输出信号。

在完成本步骤之后，可进一步包含一个对所述输出信号进行截位处理的步骤。所述截位处理即将输出信号用更少的位数表示，以降低后续对输出信号的处理的复杂程度。例如输出信号为16位表示的信号，而输出信号则是5位表示的信号。

本发明的通信系统的数字自动增益控制方法结束于步骤S120。

在本实施方式中，为简化步骤S104、步骤S112和步骤S114，可以在步骤S104中减少所述强度统计参数设置的个数。从所述强度等级与所述强度统计参数的变化量的对应关系表可知：不论所述输出信号属于哪一种强度等级，所述稳态强度统计参数增量都为零，即所述稳态强度统计参数不随输入信号的强度等级的影响。因此步骤S104中可以省略对所述稳态强度统计参数的设置，对应地在步骤S112中也不对所述稳态强度等级进行计数。当在步骤S110中判断所述输出信号的强度等级为稳态时，在步骤S114中直接输出与所述稳态强度等级对应的增益调整参数D，然后在步骤S116中直接根据所述增益调整参数D计算所述增益值。

同理，在步骤S104中对所述大于强度统计参数和所述小于强度统计参数的设置也可以省略，当在步骤S110中判断所述输出信号的强度等级为大于或小于时，在步骤S114中直接输出与所述大于或小于强度等级对应的增益调整参数D，然后在步骤S116中直接根据所述增益调整参数D计算所述增益值。

通过减少所述强度统计参数设置的个数，可以进一步降低所述通信系统的数字自动增益控制方法的复杂程度，降低实现的难度。但在降低复杂度的同时，相应地性能会有所损失。

在步骤S104中，设定所述稳态强度统计参数的对应的强度统计参数增量全部为0，即所述稳态强度统计参数不随强度等级的变化而变化。因为稳态时所述测量值与所述期望值的比较相差较小，所以可采用基于所述测量值与所述期望值的比较结果实时调整的方法。即判断强度等级为稳态时，不进行对应的强度统计参数的取值调整，而直接根据所述测量值与所述期望值的比较结果设定所述增益值，再根据所述增益值对输入信号进行补偿。

与现有技术相比较，本发明提供的通信系统的数字自动增益控制方法中，计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度的测量值，因此所述测量值能够更准确地反映所述输出信号的强度，使增益控制更加准确。设置多个强度统计参数分别统计每个所述强度等级的出现频率，再根据每个所述强度统计参数与所述参数门限值比较，决定所述增益值调整参数，从而防止增益值因为输出信号突然出现的个别高强度或低强度失真而发生突变，避免输出信号相对于期望值出现过大的波动。

同时，由于所述增益值的计算只需要进行移位和相加的操作实现，而不需要复杂的运算，可以降低所述通信系统的数字自动增益控制方法的实现难度。

请参阅图3，图3是本发明通信系统的数字自动增益控制系统第一实施方式的结构示意图。

所述通信系统的数字自动增益控制系统20，包括一个量级计算模块202、一个强度等级计算模块203、一个强度统计参数调整模块204、一个增益调整参数模块205、一个增益值计算模块206和一个补偿模块201。

所述量级计算模块202用于对输出信号进行采样，并根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值。

所述额定时间为对输出信号进行采样的时间周期，本实施方式中，所述测量值计算模202块根据所述额定时间内对所述输出信号的采样值，利用以下公式计算所述输出信号的模值平均值作为所述输出信号的强度的测量值：

$\mathrm{Mag}\left(j\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S\right[(j-1)*N+k\left]\right|}{N},j=\mathrm{1,2,3}...$

其中，Mag(j)为所述强度的测量值，S(n)为所述输出信号，S(n)＝x(n)+y(n)*i，

N为所述额定时间内的数据长度，一般设定为2的正整数次方幂。

或者利用以下公式计算所述输出信号的功率平均值作为所述输出信号的强度的测量值：

$\mathrm{Mag}\left(j\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|S\right[(j-1)*N+k]{|}^2}{N},j=\mathrm{1,2,3}...$

其中，Mag(j)为所述强度的测量值，S(n)为所述输出信号，S(n)＝x(n)+y(n)*i，

N为所述额定时间内的数据长度，一般设定为2的正整数次方幂。

所述强度等级计算模块203用于预先划分若干个强度等级，并判断所述测量值对应的强度等级。

根据所述测量值偏离强度期望值的多少划分若干个强度等级，若在所述量级计算模块202中选择计算所述输出信号的模值平均值作为所述测量值，则所述强度等级计算模块203中的所述期望值对应预设为模值平均值的期望值；若在所述量级计算模块202中选择计算所述输出信号的功率平均值作为所述测量值，则所述强度等级计算模块203中的所述期望值对应预设为功率平均值的期望值。

所述强度等级计算模块203中的每一个所述强度等级都对应所述输出信号的强度的测量值的一个取值范围。在本实施方式中，所述强度等级以其表示的信号强度由大到小依次包括：饱和、大于、稳态、小于和近零。其中，饱和表示所述输出信号的强度远远大于所述强度期望值达到一定的数值；稳态表示所述输出信号的强度等于所述强度期望值或只相差很小的数值；近零表示所述输出信号的强度已经远远小于所述强度期望值达到一定的数值；大于表示所述输出信号的强度大于所述强度期望值达到一定的数值，超过稳态的数值范围，但还未到达饱和的数值范围；小于表示所述输出信号的强度小于所述强度期望值达到一定的数值，超过稳态的数值范围，但还未到达近零的数值范围。

所述强度等级计算模块203根据所述输出信号的测量值与对应的期望值比较，再依据所述强度等级的划分，即可以判断所述输出信号属于哪一个强度等级。

所述强度统计参数调整模块204用于预先设定若干个强度统计参数，分别为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量，并根据所述强度等级计算模块输出的强度等级，利用与所述强度等级对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值。

所述强度统计参数调整模块204预先为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量。每个所述强度统计参数相对于每个所述强度等级都有其各自对应的强度统计参数增量，其大小可根据实际情况具体设定。其中，所述强度统计参数增量一般为整数，可能是正整数，也可能是负整数或者0。

所述强度统计参数的个数可以根据实际需要设定，当需要输出信号快速收敛于期望值时，可以设置多个所述强度统计参数来分别统计各个所述强度等级的出现频率。

作为一种优选实施方式，所述强度统计参数调整模块204中，所述强度统计参数对应所述强度等级设置，即个数同样为5个，分别为饱和强度统计参数、大于强度统计参数、稳态强度统计参数、小于强度统计参数和近零强度统计参数。对于每一个所述强度等级，所述5个强度统计参数分别具有对应的强度统计参数增量。在本实施方式中，所述强度等级与所述强度统计参数的变化量的对应关系，如下表所示：

上表第一行的数值表示：当所述测量值所对应的强度等级为饱和时，所述强度统计参数调整模块204将所述饱和强度统计参数的取值增加1，将所述近零强度统计参数的取值减少1，将所述大于强度统计参数的取值增加2，将所述小于强度统计参数的取值减少1，所述稳态强度统计参数的取值不变。其他行的数值表示如此类推。

本实施方式中，所述强度统计参数调整模块204设置所述强度等级和所述强度统计参数增量按照以下规律：对于所述测量值偏离所述强度期望值越多的强度等级，对应同一强度统计参数的所述强度统计参数增量的绝对值可以设置得更大。如：大于强度统计参数对应饱和强度等级的强度统计参数增量为2，对应大于强度等级的强度统计参数增量为1；小于强度统计参数对应近零强度等级的强度统计参数增量为2，对应小于强度等级的强度统计参数增量为1。

所述强度统计参数调整模块204根据所述强度等级计算模块203判断的所述测量值的强度等级，对于每一个所述强度统计参数，取其与所述强度等级对应的强度统计参数增量，将所述强度统计参数增量与所述强度统计参数原来的取值相加，得到所述强度统计参数新的取值。

因为所述强度统计参数调整模块204中，对应同一个强度统计参数的强度统计参数增量对应不同的强度等级有不同的取值，可能是正整数，也可能是负整数，所以所述强度统计参数不会无限制地增大或减少，而会在一定的范围内随所述输出信号的强度上下波动，反映所述输出信号的强度变化趋势。

所述强度统计参数调整模块204中，可以通过设置多个计数器来对多个所述强度统计参数的取值进行计数。所述强度统计参数调整模块204对于每个所述强度等级分别设定每个所述计数器的计数值增量(包括增加的计数值和减小的计数值)，当所述强度等级计算模块203判断一个强度等级时，所述强度统计参数调整模块204中的多个计数器分别按照各自的计数值增量对所述强度统计参数的取值进行计数。

所述强度统计参数调整模块204中可以进一步对每一所述强度统计参数分别预先设定与其各自对应的参数最大值和参数最小值，并在根据所述强度等级所对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值之后，将每一所述强度统计参数的取值分别与其各自对应的参数最大值和参数最小值比较。当所述强度统计参数的取值大于或等于所述参数最大值时，所述强度统计参数调整模块204输出所述参数最大值作为所述强度统计参数的取值；当所述强度统计参数的取值小于或等于所述参数最小值时，所述强度统计参数调整模块204输出所述参数最小值作为所述强度统计参数的取值；当所述强度统计参数的取值在所述参数最大值和所述参数最小值之间时，所述强度统计参数调整模块204直接输出所述强度统计参数的取值。

例如所述强度统计参数调整模块204中，所述大于强度统计参数前一刻的取值为9，其对应的参数最大值为10。当所述测量值所对应的强度等级为饱和时，所述大于强度统计参数的取值增加2后，超过到所述大于强度统计参数的参数最大值10，所以输出所述参数最大值10作为所述强度统计参数的取值，而不是输出11。

通过在所述强度统计参数调整模块204中设置所述参数最大值和所述参数最小值来限制所述强度统计参数的取值，使所述强度统计参数的取值不超过所述参数最大值和所述参数最小值的范围。因此，可以防止由于所述强度统计参数的取值累计过大的数值而导致的补偿值长时间或大幅度偏高，防止输出信号包含更多输出信号的信息，避免输出失真。

所述增益调整参数模块205用于预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应，所述增益调整参数模块还用于将各个强度统计参数的取值分别与对应的参数门限值比较，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数。

所述增益调整参数模块205中的所述增益调整参数决定输出信号的增益值的强度大小和增益调整的方向。本实施方式中，所述增益调整参数包括：步进值D和表示增益值调整方向的S，S取值为{+1，0，-1}，S＝+1表示增益值增大，亦即所述小于强度统计参数或所述近零强度统计参数的取值大于对应的参数门限值；S＝-1表示增益值减少，所述大于强度统计参数或所述饱和强度统计参数的取值大于对应的参数门限值；S＝0表示增益值不改变。

步进值D的取值与所述强度统计参数一一对应，在本实施方式中，饱和强度统计参数和近零强度统计参数对应的步进值D较小，大于强度统计参数和小于强度统计参数对应的步进值D较大，稳态强度统计参数对应的步进值D最大。在所述增益调整参数模块205中，如果所述增益值调整参数的值采用4位无符号的二进制整数表示，则所述增益值调整参数的值可以从24，即16个值中选取。

所述增益调整参数模块205可进一步包括一个优先级判断模块(图未示)，所述优先级判断模块用于预先为每个所述强度统计参数设定优先级。

则，当只有一个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，所述增益调整参数模块205输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；当至少两个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，所述增益调整参数模块205输出优先级最高的所述强度统计参数对应的增益调整参数

例如在所述强度等级计算模块203中判断所述测量值所对应的强度等级为饱和时，所述强度统计参数调整模块204所述大于强度统计参数和所述饱和强度统计参数的取值分别增加2和1。所述增益调整参数模块205将二者的取值与其对应的参数门限值比较，当所述大于强度统计参数达到其对应的所述参数门限值，并且其他的强度统计参数都未达到对应的所述参数门限值，则输出与所述大于强度统计参数对应的增益调整参数。如果所述两个强度统计参数同时达到各自对应的参数门限值，则输出所述大于强度统计参数和所述饱和强度统计参数中优先级较高的一个所对应的所述增益值调整参数。

通过自定义各个所述强度统计参数设置优先级，输出优先级最高的强度统计参数对应的所述增益值调整参数，可以增强本发明通信系统的数字自动增益控制系统的可调性和使用灵活性。

所述增益值计算模块206用于根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值。

所述增益调整参数模块205设定所述增益值调整参数后，所述增益值计算模块206根据以下公式计算当前时刻对所述输入信号的增益值：

A(t)＝A(t-1)+G(t-1)*S*2^-D

G(t)＝G_init+A(t)

其中，G(t)为增益值，G_init为预设的初始增益值，A(t)为累计的增益变化量，所述增益值调整参数包括步进值D和表示增益值调整方向的S，步进值D的取值与所述强度统计参数一一对应，S取值为{+1，0，-1}，S＝+1表示增益值增大，S＝-1表示增益值减少，S＝0表示增益值不改变。

上述计算公式中，2^-D的运算只需要通过二进制的移位操作就可以实现，其余的运算也比较简单，因此所述增益值计算模块206实现所述增益值的计算只需要进行移位和相加的操作，而不需要复杂的运算，可以降低所述通信系统的数字自动增益控制系统20实现的难度。

所述补偿模块201用于根据所述增益值对所述输入信号进行补偿。

计算出所述增益值之后，所述补偿模块201就可以利用所述增益值对所述输入信号进行补偿，得到输出信号。

在本实施方式中，为简化所述通信系统的数字自动增益控制系统的结构复杂程度，可以在所述强度统计参数调整模块204中减少所述强度统计参数设置的个数。从所述强度等级与所述强度统计参数的变化量的对应关系表可知，不论所述强度等级计算模块203判断所述输出信号属于哪一种强度等级，所述强度统计参数调整模块204中的稳态强度统计参数增量都为零，即所述稳态强度统计参数不随输入信号的强度等级的影响。因此所述强度统计参数调整模块204中可以省略对所述稳态强度统计参数的设置以及其对应的强度统计参数增量的设置。当所述强度等级计算模块203判断所述输出信号的强度等级为稳态时，所述增益调整参数模块205直接输出与所述稳态强度等级对应的增益调整参数D，所述增益值计算模块206直接根据所述增益调整参数D计算所述增益值。

对所述大于强度统计参数和所述小于强度统计参数的设置也可以省略，当所述强度等级计算模块203判断所述输出信号的强度等级为大于或小于时，所述增益调整参数模块205直接输出与所述大于或小于强度等级对应的增益调整参数D，所述增益值计算模块206直接根据所述增益调整参数D计算所述增益值。

通过减少所述强度统计参数调整模块204中设置的强度统计参数设置的个数，可以进一步降低所述通信系统的数字自动增益控制系统20的结构复杂度，降低所述通信系统的数字自动增益控制系统20实现的难度。但在降低复杂度的同时，相应地性能会有所损失。

与现有技术相比较，本发明提供的通信系统的数字自动增益控制系统中，所述量级计算模块计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度的测量值，因此所述测量值能够更准确地反映所述输出信号的强度，使增益控制更加准确。所述强度统计参数调整模块设置多个强度统计参数分别统计每个所述强度等级的出现频率，再由所述增益调整参数模块根据每个所述强度统计参数与所述参数门限值比较，决定增益值调整参数，所述增益值计算模块计算增益值，从而防止增益值因为输出信号突然出现的个别高强度或低强度失真而发生突变，避免输出信号相对于期望值出现过大的波动。

同时，由于所述增益值计算模块实现所述增益值的计算只需要进行移位和相加的操作，而不需要复杂的运算，可以降低所述通信系统的数字自动增益控制系统实现的难度。

请参阅图4，图4为本发明通信系统的数字自动增益控制系统第二实施方式的结构示意图。

与所述第一实施方式的通信系统的数字自动增益控制系统20相比较，所述通信系统的数字自动增益控制系统30的主要区别在于：进一步包括一个增益值限制模块307和一个截位模块308。

所述增益值限制模块307用于预先设定增益值的最大值和增益值的最小值。并将所述增益值分别与预先设定的增益值的最大值和增益值的最小值比较，当所述增益值大于或等于所述增益值的最大值时，输出所述增益值的最大值作为所述增益值；当所述增益值小于或等于所述增益值的最小值时，输出所述增益值的最小值作为所述增益值；当所述增益值的取值在所述增益值的最大值和所述增益值的最小值之间时，直接输出所述增益值。

通过所述增益值限制模块307设定所述增益值的最大值和增益值的最小值，限制所述增益值的取值范围，可以进一步防止由于输出信号受到干扰而出现的瞬时过高强度或瞬时过低强度的变化影响输出信号的稳定。

所述截位模块308用于将输出信号用更少的位数表示，以降低后续对输出信号的处理的复杂程度。例如输出信号为16位表示的信号，而输出信号则是5位表示的信号。

请参阅图5、图6和图7，图5是本发明通信系统的数字自动增益控制系统的输入信号的示意图，图6是本发明通信系统的数字自动增益控制系统输出的增益值变化示意图，图7是本发明通信系统的数字自动增益控制系统的输出信号示意图。由图5至图7可以看出，所述输出信号的功率较高，并且随时间变化，经过本发明的通信系统的数字自动增益控制系统的调整后，所述输出信号收敛在阈值附近，并且比较稳定，抖动较小。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通信系统的数字自动增益控制方法，其特征在于包括以下步骤：

预先划分若干个强度等级；

预先设定若干个强度统计参数，并分别为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量；

预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应；

对输出信号进行采样，并根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值；

判断所述强度测量值对应的强度等级；

根据所述强度等级所对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值；

将各个强度统计参数的取值分别与对应的参数门限值比较，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；

根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值；

根据所述增益值对所述输入信号进行补偿。

2.如权利要求1所述的通信系统的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应的步骤后还包括以下步骤：

预先对各个所述强度统计参数设定优先级；

所述当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数的步骤包括：

当只有一个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；

当至少两个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出优先级最高的所述强度统计参数对应的增益调整参数。

3.如权利要求1或2所述的通信系统的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值后还包括步骤：

预先为每一所述强度统计参数设定参数最大值和参数最小值；

根据所述强度等级所对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值之后还包括步骤：

将每一所述强度统计参数的取值分别与其各自对应的参数最大值和参数最小值比较；

当所述强度统计参数的取值在所述参数最大值和所述参数最小值之间时，直接输出所述强度统计参数的取值；

当所述强度统计参数的取值大于或等于所述参数最大值时，输出所述参数最大值作为所述强度统计参数的取值；

当所述强度统计参数的取值小于或等于所述参数最小值时，输出所述参数最小值作为所述强度统计参数的取值。

4.如权利要求1所述的通信系统的数字自动增益控制方法，其特征在于，根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值的步骤包括：

根据以下公式计算当前时刻对所述输入信号的增益值：

A(t)＝A(t-1)+G(t-1)*S*2^-D

G(t)＝G_init+A(t)

其中，G(t)为增益值，G_init为预设的初始增益值，A(t)为累计的增益变化量，所述增益值调整参数包括步进值D和表示增益值调整方向的S，步进值D的取值与所述强度统计参数一一对应，S取值为{+1，0，-1}，S＝+1表示增益值增大，S＝-1表示增益值减少，S＝0表示增益值不改变。

5.如权利要求1、2或4所述的通信系统的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述通信系统的数字自动增益控制方法还包括步骤：

预先设定增益值的最大值和增益值的最小值；

所述根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值之后还包括步骤：

将所述增益值分别与预先设定的增益值的最大值和增益值的最小值比较，当所述增益值大于或等于所述增益值的最大值时，输出所述增益值的最大值作为所述增益值；当所述增益值小于或等于所述增益值的最小值时，输出所述增益值的最小值作为所述增益值；当所述增益值的取值在所述增益值的最大值和所述增益值的最小值之间时，直接输出所述增益值。

6.如权利要求1、2或4所述的通信系统的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值的步骤包括：

利用以下公式计算所述输出信号的模值平均值作为所述输出信号的强度测量值：

j＝1，2，3…

或者利用以下公式计算所述输出信号的功率平均值作为所述输出信号的强度测量值：

j＝1，2，3…

其中，Mag(j)为所述强度测量值，S(n)为所述输出信号，S(n)＝x(n)+y(n)*i，

N为所述额定时间内的数据长度，一般设定为2的正整数次方幂。

7.一种通信系统的数字自动增益控制系统，其特征在于包括：

一个量级计算模块，用于对输出信号进行采样，并根据一段额定时间内所述输出信号的采样值计算所述输出信号的模值平均值或功率平均值作为所述输出信号的强度测量值；

一个强度等级计算模块，用于预先划分若干个强度等级，并判断所述测量值对应的强度等级；

一个强度统计参数调整模块，用于预先设定若干个强度统计参数，分别为每一强度统计参数设置对应于各个强度等级的强度统计参数增量，并根据所述强度等级计算模块输出的强度等级，利用与所述强度等级对应的强度统计参数增量调整对应的强度统计参数的取值；

一个增益调整参数模块，用于预先为每一强度统计参数设定其各自对应的参数门限值，并设置若干个增益调整参数分别与所述强度统计参数一一对应，所述增益调整参数模块还用于将各个强度统计参数的取值分别与对应的参数门限值比较，当所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；

一个增益值计算模块，用于根据所述增益值调整参数以及预设的初始增益值计算当前时刻对输入信号的增益值；

一个补偿模块，用于根据所述增益值对所述输入信号进行补偿。

8.如权利要求7所述的通信系统的数字自动增益控制系统，其特征在于：所述增益调整参数模块包括一个优先级判断模块，所述优先级判断模块用于预先为各个所述强度统计参数设定优先级，当只有一个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出与所述强度统计参数对应的增益调整参数；当至少两个所述强度统计参数的取值大于或等于对应的参数门限值时，输出优先级最高的所述强度统计参数对应的增益调整参数。

9.如权利要求7所述的通信系统的数字自动增益控制系统，其特征在于：所述增益值计算模块中，根据以下公式计算当前时刻对所述输入信号的增益值：

A(t)＝A(t-1)+G(t-1)*S*2^-D

G(t)＝G_init+A(t)

其中，G(t)为增益值，G_init为预设的初始增益值，A(t)为累计的增益变化量，所述增益值调整参数包括步进值D和表示增益值调整方向的S，步进值D的取值与所述强度统计参数一一对应，S取值为{+1，0，-1}，S＝+1表示增益值增大，S＝-1表示增益值减少，S＝0表示增益值不改变。

10.如权利要求7至9所述的通信系统的数字自动增益控制系统，其特征在于：通信系统的数字自动增益控制系统进一步包括一个增益值限制模块，所述增益值限制模块用于设定所述增益值的最大值和所述增益值的最小值，当所述增益值的取值在所述增益值的最大值和所述增益值的最小值之间时，直接输出所述增益值；当所述增益值大于或等于所述增益值的最大值时，输出所述增益值的最大值作为所述增益值；当所述增益值小于或等于所述增益值的最小值时，输出所述增益值的最小值作为所述增益值。

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