CN101848533A - 一种td-scdma终端射频自环自动增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，包括以下步骤：(1)无线信号进入TD-SCDMA终端的射频芯片中，通过射频放大器对无线信号进行射频放大，射频放大增益可变；(2)将本振产生电路产生的本振信号与射频放大后的无线信号进行混频处理，得到低频模拟信号；(3)混频得到的低频信号放大后经过模数变换器变换为原始数字信号，然后分别进行功率检测处理和后续的数字增益处理，模拟放大和数字增益级增益都可变；(4)增益反馈过程，进行增益控制，将幅度稳定的数字信号输出给基带芯片。本方法可以提高TD-SCDMA终端中AGC系统反馈速度，减小反馈控制误差，降低基带芯片的处理运算量。

Description

一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法

技术领域

本发明方法涉及手机、上网卡、上网本等各类无线终端的信号接收及处理方法，具体来说涉及一种TD-SCDMA终端射频芯片中的自动增益控制方法。

背景技术

自动增益控制技术(AGC)被广泛应用到输入信号存在大范围变动的接收电子电路中，为了应对输入信号大范围变动，接收电路应该采取合适的方法调整放大倍数，对小幅度信号进行大增益放大，对大幅度信号进行小增益放大，从而能将接收信号统一到一个较小的变动范围内，以方便后续电路专注于信号内容的处理，避免过多信号幅度的干扰。

TD-SCDMA通信系统的终端接收的无线信号从大到小的动态范围高达90dB以上，AGC是必不可少的技术。所有的TD-SCDMA终端中都包括射频芯片(RFIC)和基带芯片(BBIC)这两部分，前者完成对微弱的无线信号进行放大，还要进行射频到基频的下变频处理，输出低频信号送给基带芯片，在基带芯片里再进行解调，解码等后续基带处理。由于基带芯片容忍的输入信号动态范围有限(比如20～30dB)，一般希望输入幅度比较稳定的信号，因此前端的射频芯片一般都包括足够的增益变动范围。

传统TD-SCDMA终端中的自动增益控制做法是基带芯片(BBIC)完成对射频信号大小的检测判断，并控制射频芯片(RFIC)执行增益变化，使得基带芯片收到的信号处于相对稳定的幅度。

首先这种反馈控制包括射频芯片接收通道和基带芯片的检测反馈部分，环节较多，迟滞较大，不能应对快速的射频信号变化，比如高速运动应用情形。其次基带本身的输入动态范围有限，对于在其动态范围之内的信号大小，能给出定量的判断，但是对于在其动态范围之上或之下的信号，最多只能给出定性的判断，导致控制误差较大。第三，TD-SCDMA系统有自身的独有的特点，其下行信号是被划分为时隙(TS)为接收单位，每个时隙之间在复杂的无线信道环境中具有较强的独立性，幅度大小有较大区别，极端情况下即使相邻时隙仍然会有15～20dB的变化，基带芯片常常难以应付如此快速的信号变化。基带芯片作为接收信号的最后处理环节，对各个时隙的行为和特性掌控最深入，并且拥有微处理器单元，按传统做法必须由它进行自动增益控制。随着TD-SCDMA通信系统的升级演进，反应快速、误差更小的高性能AGC技术对于下行通信的性能提升变得越来越重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，本方法可以使射频芯片送给基带芯片的时隙信号始终处于稳定的幅度，且自动增益控制过程无需基带芯片干预，满足现有TD-SCDMA系统的AGC需求，从而提高TD-SCDMA终端中AGC系统反馈速度，减小反馈控制误差，降低基带芯片的处理运算量。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，包括以下步骤：

(1)、无线信号进入TD-SCDMA终端的射频芯片中，通过射频放大器对无线信号进行射频放大，射频放大增益可变；

(2)、将本振产生电路产生的本振信号与射频放大后的无线信号进行混频处理，得到低频模拟信号；

(3)、混频得到的低频信号放大后经过模数变换器变换为原始数字信号，然后分别进行功率检测处理和后续的数字增益处理，模拟放大和数字增益级增益都可变；

(4)、增益反馈过程：检测计算原始数字信号的功率，根据所述功率计算上述各增益反馈控制值，并存贮功率检测结果以及增益反馈控制值，根据获得的增益反馈控制信息对信号进行增益控制，将幅度稳定的数字信号输出给基带芯片。

所述步骤(4)的增益反馈过程中包括区分时隙的过程：按TD-SCDMA系统规范的时隙一个接一个地接收信号，并对时隙进行识别，功率检测分别检测各个时隙的功率，计算并保存各个时隙的功率检测值和增益反馈控制值，根据反馈控制策略确定的时隙，调出保存的增益反馈控制值进行增益控制。

所述对时隙进行识别的过程为：在所述射频芯片内部设有一个循环计数器，对射频芯片经历的接收时隙进行循环计数，依次标记接收到的无线信号子帧中时隙的编号；在射频芯片配置阶段，终端软件完成小区搜索，并定位到时隙TS0后，复位一次计数器，使得计数器复位值等于即将到来的时隙编号，并且配置当前下行时隙的数目；随后的接收过程中，射频芯片以此数目作为计数最大值进行循环计数，从而识别出每个时隙的编号；随后的接收过程中，射频芯片通过循环计数器内的值识别出当前时隙的编号。

所述对时隙进行识别的过程中采用多个寄存器分别保存不同时隙的功率检测结果以及与之对应的增益反馈控制值；并保证下一帧数据的相同编号时隙到来之前，每个时隙的增益反馈控制值信息都存在记录。

所述增益反馈控制值的计算过程为：增益反馈控制值等于目标数字信号功率减去射频输入信号功率；所述射频输入信号功率等于功率检测所得到的数字信号功率减去射频放大级当前增益值再减去基频放大级当前增益值，所述数字信号功率经由功率检测窗口中对原始数字信号的序列数值进行方均根运算所得，所述原始数字信号是一个以采样周期为时间间隔的数字幅度值序列；所述目标数字信号功率为射频芯片恒定输出的幅度。

对时隙进行识别的过程包括对应到TS0和非TS0的各个时隙，对应于每个时隙保存该时隙的功率检测值或增益控制值，所述非TS0时隙为TSx，其中x为1～6中的一个整数。有了TSx(0＜＝x＜＝6)的射频信号历史强度，当同编号TSx即将到来时，射频芯片内部逻辑通过计算得出实现目标输出幅度的增益控制值Grf_new和Glf_new，TSx到来时就自动设置射频和基频放大增益寄存器分别为Grf_new和Glf_new，并且维持到整个时隙TSx结束。

从而，所述增益反馈控制值的调整过程为根据隔帧控制策略或者帧内控制策略进行调整，所述增益反馈控制值根据隔帧控制策略的调整过程为：对于前一帧中某个时隙的功率检测结果被运用于控制当前帧中对应时隙期间的接收增益，当前帧中该时隙的检测结果被运用于下一帧中相同编号的时隙。

所述增益反馈控制值根据帧内控制策略的调整过程为：当前帧的非TS0时隙依次被检测并被运用于控制下一非TS0时隙，本帧最后一个非TS0时隙的检测结果被用于控制下一帧的第一个非TS0时隙；而对TS0时隙的检测结果被运用于下一帧的TS0时隙。

所述功率检测的窗口的时间位置是选取接收到的信号稳定后的一段采样值，或者是时隙中间的一段典型采样值；功率检测窗口的大小可由寄存器控制。

借用基带对射频芯片接收通道的必不可少的开启信号作为增益反馈控制过程的开启信号，启动一次功率检测和增益反馈控制，完成在射频独立的增益反馈控制。在所识别确定的接收时隙上每个时隙从基带只接收一次开启信号。

本发明方法的有益效果为：

1、本发明通过将传统的需要基带芯片和射频芯片共同完成的AGC功能，完整地集中到射频芯片中，使得AGC与信号接收能紧密配合，由于采用了符合TD-SCDMA系统特点的信号检测和反馈控制方法，满足现有TD-SCDMA系统的AGC需求，可以提高TD-SCDMA终端中AGC系统反馈速度，减小反馈控制误差，降低基带芯片的处理运算量，有效应对终端由TD-SCDMA标准向后续更高技术标准升级演进的需要；

2、执行功率检测的位置在模数变换后面。这样可以进行数字方法的功率检测，得到比较准确和稳定的检测结果；

3、在终端高速运动，或者无线信道剧烈变化的通信中，本发明可以无需基带芯片干预，由射频芯片独立地对信号进行增益自适应调整，相比常规的射频+基带的AGC方法，既快速又准确，有效的克服信号衰落，保证了数据的高速传输。

附图说明

图1是本发明的一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法的实现原理图；

图2是采用本发明方法接收并处理时隙增益的流程图；

图3是本发明方法中增益反馈控制值的调整过程为根据隔帧控制时，两个相邻子帧的时隙的关系图；

图4是本发明方法中增益反馈控制值的调整过程为根据帧内控制时，两个相邻子帧的时隙的关系图。

具体实施方式

本发明一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制(以下称AGC)方法，该方法的实现原理如图1所示，终端射频芯片利用自身集成的可变增益放大器、模数变换器和数字滤波处理等环节将终端接收的的射频信号变换到基带接口所需的基带信号；可变增益放大器包括射频低噪放大器和低频模拟放大器。然后在射频芯片内进行射频信号功率检测，而且是区分时隙的功率检测，直接计算得到针对该射频信号所需的射频放大器和低频模拟放大器的增益寄存器值，并且存贮在当前工作时隙对应的增益控制寄存器表中；接着连续进行其它工作时隙的类似检测和计算，得到每个不同的TD-SCDMA工作时隙的最佳增益寄存器值；最后，依据终端所处的不同业务环境，对各个工作时隙的检测和反馈关系进行组合，形成灵活快速的自动增益控制，保证射频芯片送给基带芯片的时隙信号始终处于稳定的幅度，可以完全不用基带芯片干预。

具体地，包括以下处理步骤：

(1)、无线信号进入TD-SCDMA终端的射频芯片中，通过射频放大器对无线信号进行射频放大，射频放大增益可变；

(2)、将本振产生电路产生的本振信号与射频放大后的无线信号进行混频处理，得到低频模拟信号；

(3)、混频得到的低频信号放大后经过模数变换器变换为原始数字信号，然后分别进行功率检测处理和后续的数字增益处理，模拟放大和数字增益级增益都可变；

(4)、增益反馈过程：检测计算原始数字信号的功率，根据所述功率计算上述各增益反馈控制值，并存贮功率检测结果以及增益反馈控制值，根据获得的增益反馈控制信息对信号进行增益控制，将幅度稳定的数字信号输出给基带芯片。从上述处理过程可知，接收通道包含的射频放大、基频放大以及数字增益处理三个环节都包含了增益可变功能，并且对这三级按照大、中、小的原则分配了不同的增益变化量，经过前后级连后就可组合成1dB为最小步进单位的连续增益变换范围，变动范围到达90dB以上。对于在90dB范围内的变化的输入射频信号，经过本射频芯片不同增益的三级放大和幅度处理后一定可以输出相同幅度的低频信号。这三级放大和幅度处理组成了反馈控制的执行部分。

要实现射频自环的AGC功能，必须在射频芯片内完成射频信号的检测。本发明所设计的射频芯片内部集成模数变换模块(ADC)，在变换所得的数字信号进入数字增益处理之前，取出原始的数字信号进行功率检测，增益反馈控制值的计算过程为：增益反馈控制值等于目标数字信号功率减去射频输入信号功率。射频输入信号功率Pin等于功率检测所得到的数字信号功率Pd减去射频放大级当前增益值Grf再减去基频放大级当前增益值Glf，所述数字信号功率Pd经由功率检测窗口中对原始数字信号的序列数值进行方均根运算所得，所述原始数字信号是一个以采样周期为时间间隔的数字幅度值序列Xk；所述目标数字信号功率为射频芯片希望恒定输出的幅度。

ADC输出的原始数字信号是一个以采样周期为时间间隔的数字幅度值序列Xk，通过在一个特定的检测时间窗口(比如n＜k＜m)中对该序列数值进行方均根运算，即得到Pd＝RMS(Xk，n＜k＜m)。

功率检测窗口的位置选择依据是选取有代表性的的信号区间。功率检测的窗口的时间位置是选取接收到的信号稳定后的一段采样值，或者是时隙中间的一段典型采样值；功率检测窗口的大小可由寄存器控制。对于TD-SCDMA信号，可以选取接收通道稳定后的一段采样值，也可是时隙中间的某一段典型采样值。功率检测窗口的大小可以软件设定，即m-n可以由寄存器控制。窗口越长检测结果越稳定，窗口越短检测速度越快，一般情况下，设为32～128可兼顾稳定和快速。

TD-SCDMA标准规定了最小的系统资源是时隙(TS)，时隙编号在一帧接着一帧的数据中循环编号，比如前一帧TS0，TS1，……，TS6依次传送，紧接着的下一帧仍然以TS0，TS1，……，TS6为顺序重复传送。各种通信业务都基于时隙来开展，一个时隙内的信号具有较强相关性，不同时隙之间，甚至相邻两个时隙之间可能会有较弱相关性，相同编号的时隙之间具有较强相关性。因此在一个时隙内保持统一的AGC控制有利于终端处理，不同时隙要求不同的AGC控制，对于前后数据帧中相同编号的时隙又要求连贯的AGC控制。

为了满足这些复杂的要求，本发明采用区分时隙的方法实现了时隙感知的AGC控制。其中步骤(4)的增益反馈过程中包括区分时隙的过程：按TD-SCDMA系统规范的时隙一个接一个地接收信号，并对时隙进行识别，功率检测分别检测各个时隙的功率，计算并保存各个时隙的功率检测值和增益反馈控制值，根据反馈控制策略确定的时隙，调出保存的增益反馈控制值进行增益控制。上述过程中的对时隙进行识别的过程为：在射频芯片内部设有一个循环计数器，对射频芯片经历的接收时隙进行循环计数，依次标记接收到的无线信号子帧中时隙的编号；在射频芯片配置阶段，终端软件完成小区搜索，并定位到时隙TS0后，复位一次计数器，使得计数器复位值等于即将到来的时隙编号，并且配置当前下行时隙的数目；随后的接收过程中，射频芯片以此数目作为计数最大值进行循环计数，从而识别出每个时隙的编号；随后的接收过程中，射频芯片通过循环计数器内的值识别出当前时隙的编号。在射频芯片配置阶段，终端软件在完成小区搜索并定位到TS0后，复位一次计数器，使得计数器复位值等于即将到来的时隙编号，并且配置当前业务下行时隙的数目N。随后的接收过程中，射频芯片通过循环计数值即可得知每一个当前时隙的编号。射频芯片根据时隙开启逻辑定义功率检测窗口起始位置，使整个窗口处于一个完整的时隙内部，避免检测窗口跨时隙。对时隙进行识别的过程中采用多个寄存器分别保存不同时隙的功率检测结果以及与之对应的增益反馈控制值；并保证下一帧数据的相同编号时隙到来之前，每个时隙的增益反馈控制值信息都存在记录。有了TSx(0＜＝x＜＝6)的射频信号历史强度，当同编号TSx即将到来时，射频芯片内部逻辑通过计算得出实现目标输出幅度的增益控制值Grf_new和Glf_new，TSx到来时就自动设置射频和低频放大增益寄存器分别为Grf_new和Glf_new，并且维持到整个时隙TSx结束。图2示出了包含TS0和TS6这两个时隙的接收过程AGC流程图，中间可能存在的时隙操作完全类似，被省略了。

借用基带对射频芯片接收通道的必不可少的开启信号作为增益反馈控制过程的开启信号，启动一次功率检测和增益反馈控制，完成在射频独立的增益反馈控制。时隙开启控制模块的功能是将基带送来的时隙开启信号(通常为芯片管脚电平变化)分别送到射频芯片中各个与时隙相关处理模块，使他们保持与基带的时隙命令步调一致。在射频接收信号期间，终端软件对射频芯片发起接收命令的信号(例如管脚电平变化)必须是一个时隙出现一次，即对于所关心的每一个时隙，发出一次且仅发出一次接收命令。命令形式可以是硬件管脚电平变化一次，也可以是软件写射频控制寄存器方式一次。射频芯片在所识别确定的接收时隙上每个时隙从基带仅收到一次开启信号。

TD-SCDMA标准规定了TS0是特殊的时隙，包含有给不同终端用户的公共控制信息。在不同的系统配置中，其他下行时隙可以配置成针对不同用户终端的业务时隙，也可将连续出现的几个时隙配置成给一个用户的高容量时隙。为此，本发明在区分时隙的基础上实现了包括隔帧控制和帧内控制在内的多种控制策略。

有了TSx(0＜＝x＜＝6)的射频信号历史强度，当同编号TSx即将到来时，射频芯片内部逻辑通过计算得出实现目标输出幅度的增益控制值Grf_new和Glf_new，TSx到来时就自动设置射频和基频放大增益寄存器分别为Grf_new和Glf_new，并且维持到整个时隙TSx结束。从而，增益反馈控制值的调整过程为根据隔帧控制或者帧内控制进行调整，增益反馈控制值根据隔帧控制策略的调整过程为：对于前一帧中某个时隙的功率检测结果被运用于控制当前帧中对应时隙期间的接收增益，当前帧中该时隙的检测结果被运用于下一帧中相同编号的时隙。增益反馈控制值根据帧内控制策略的调整过程为：当前帧的非TS0时隙依次被检测并被运用于控制下一非TS0时隙，本帧最后一个非TS0时隙的检测结果被用于控制下一帧的第一个非TS0时隙；而对TS0时隙的检测结果被运用于下一帧的TS0时隙。隔帧控制策略下前一帧中某个时隙的功率检测结果被运用于控制当前帧中对应时隙期间的接收增益，当前帧中该时隙的检测结果被运用于下一帧中该时隙；帧内控制策略下当前帧的非TS0时隙依次被检测并被运用于控制下一非TS0时隙，本帧最后一个非TS0时隙的检测结果被用于控制下一帧的第一个非TS0时隙。而对TS0时隙仍然采用隔帧控制策略。

如图3和图4所示，以TS0加三个下行时隙TS4，TS5，TS6为例加以说明。图3中采用隔帧控制策略，前一次TS0控制下次TS0，前一次TS4，TS5，TS6分别控制下次TS4，TS5，TS6。图4采用帧内控制策略，前一次TS0控制下次TS0，本次TS4直接控制本次TS5，本次TS5直接控制本次TS6，本次TS6直接控制下一次TS4，如此循环往复进行检测和控制。综上所述，射频芯片利用片内集成ADC为条件，采用完备的射频功率检测和精密的增益控制步进，再加上合适的反馈控制逻辑就实现了完全的射频自环的AGC控制，在连续不断的帧数据接收过程中并不需要基带芯片的干预就可对不同功率大小的射频输入信号，自动地输出恒定幅度的低频数字信号。并且针对TD-SCDMA标准，实现了以业务时隙为单位的多种AGC控制策略。

为了实现射频自环的AGC功能，可以不必采用数字信号检测方法，直接检测下变频后的低频模拟信号，用模拟电路的方法生成一个与该低频模拟信号幅度对应的指示信号，用来反馈控制接收增益。

发明主要用于TD-SCDMA标准的终端中，但是其它相似的时分双工(TDD)标准的无线通信中都是采用时隙的概念，因此都可以使用本发明的射频自环的AGC方法，因此也都属于发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、无线信号进入TD-SCDMA终端的射频芯片中，通过射频放大器对无线信号进行射频放大，射频放大增益可变；

(2)、将本振产生电路产生的本振信号与射频放大后的无线信号进行混频处理，得到低频模拟信号；

(3)、混频得到的低频信号放大后经过模数变换器变换为原始数字信号，然后分别进行功率检测处理和后续的数字增益处理，模拟放大和数字增益级增益都可变；

(4)、增益反馈过程：检测计算原始数字信号的功率，根据所述功率计算上述各增益反馈控制值，并存贮功率检测结果以及增益反馈控制值，根据获得的增益反馈控制信息对信号进行增益控制，将幅度稳定的数字信号输出给基带芯片。

2.根据权利要求1所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述步骤(4)的增益反馈过程中包括区分时隙的过程：按TD-SCDMA系统规范的时隙一个接一个地接收信号，并对时隙进行识别，功率检测分别检测各个时隙的功率，计算并保存各个时隙的功率检测值和增益反馈控制值，根据反馈控制策略确定的时隙，调出保存的增益反馈控制值进行增益控制。

3.根据权利要求2所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述对时隙进行识别的过程为：在所述射频芯片内部设有一个循环计数器，对射频芯片经历的接收时隙进行循环计数，依次标记接收到的无线信号子帧中时隙的编号；在射频芯片配置阶段，终端软件完成小区搜索，并定位到时隙TS0后，复位一次计数器，使得计数器复位值等于即将到来的时隙编号，并且配置当前下行时隙的数目；随后的接收过程中，射频芯片以此数目作为计数最大值进行循环计数，从而识别出每个时隙的编号；随后的接收过程中，射频芯片通过循环计数器内的值识别出当前时隙的编号。

4.根据权利要求3所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述对时隙进行识别的过程中采用多个寄存器分别保存不同时隙的功率检测结果以及与之对应的增益反馈控制值；并保证下一帧数据的相同编号时隙到来之前，每个时隙的增益反馈控制值信息都存在记录。

5.根据权利要求1所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述增益反馈控制值的计算过程为：增益反馈控制值等于目标数字信号功率减去射频输入信号功率；所述射频输入信号功率等于功率检测所得到的数字信号功率减去射频放大级当前增益值再减去基频放大级当前增益值，所述数字信号功率经由功率检测窗口中对原始数字信号的序列数值进行方均根运算所得，所述原始数字信号是一个以采样周期为时间间隔的数字幅度值序列；所述目标数字信号功率为射频芯片恒定输出的幅度。

6.根据权利要求2所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述增益反馈控制值根据隔帧控制策略的调整过程为：对于前一帧中某个时隙的功率检测结果被运用于控制当前帧中对应时隙期间的接收增益，当前帧中该时隙的检测结果被运用于下一帧中相同编号的时隙。

7.根据权利要求2所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述增益反馈控制值根据帧内控制策略的调整过程为：当前帧的非TS0时隙依次被检测并被运用于控制下一非TS0时隙，本帧最后一个非TS0时隙的检测结果被用于控制下一帧的第一个非TS0时隙；而对TS0时隙的检测结果被运用于下一帧的TS0时隙。

8.根据权利要求5所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：所述功率检测的窗口的时间位置是选取接收到的信号稳定后的一段采样值，或者是时隙中间的一段典型采样值；功率检测窗口的大小可由寄存器控制。

9.根据权利要求2所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：借用基带对射频芯片接收通道的开启信号作为增益反馈控制过程的开启信号，启动一次功率检测和增益反馈控制，完成在射频独立的增益反馈控制。

10.根据权利要求9所述的TD-SCDMA终端射频自环自动增益控制方法，其特征在于：在所识别确定的接收时隙上每个时隙从基带只接收一次开启信号。

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