CN101958694A - 适用于ask模拟接收机的低功耗自动增益控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于无线通信技术领域的一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法。该自动增益控制方法利用了数字通信系统中扰码器的原理，根据ASK模拟接收机输出的二进制码流信息来判断当前接收机前向链路的增益是太高还是太低，从而自动调节前向链路中可编程增益放大器(PGA)的增益，这样就实现了ASK模拟接收机的自动增益控制功能；为了减小增益调节时间，本发明还采用了一种基于二分查找算法的改进增益调节方法。这种自动增益控制方法不需要使用多位模数转换器，也没有引入模拟闭合环路，因此，这种自动增益控制方案可以支持较高的数据率，功耗也很低，可以应用于低功耗、高数据率的ASK接收机中。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法。
背景技术
ASK(二进制幅度键控)调制方式广泛应用于各种短距离无线通信系统中，由于应用环境的特殊性，这些无线通信系统对功耗有着极度苛刻的要求。考虑到模数变换器需要消耗比较大的功耗，在模拟电路域来实现ASK信号的解调，避免使用模数变换器，从而通过模拟电路来直接恢复原始的二进制码流是一种比较通行的方法。在这种ASK接收机中，考虑到无线信号强度的变化，需要一个自动增益控制环路来根据信号强弱自动调整前向链路的增益，以保证模拟ASK解调器具有足够高的检测灵敏度。这种自动增益控制环路一般利用模拟闭合环路来实现。这种模拟闭合环路中积分器所引入的主极点会限制自动增益控制环路的带宽，从而限制了接收机的数据率。同时，闭合环路中峰值检波器所引入的极点频率也较低，为保证闭合环路的稳定性，该自动增益控制环路需要消耗较高的功耗，同时设计复杂性也大大提高。因此，这种模拟自动增益控制环路通常难以应用于低功耗、高数据率的ASK接收机中。
发明内容
本发明的目的是提出一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法，其特征在于，该自动增益控制方法利用了数字通信系统中扰码器的原理，根据ASK模拟接收机输出的二进制码流信息来判断当前接收机前向链路的增益是太高还是太低，从而自动调节前向链路中可编程增益放大器(PGA)的增益，这样就实现了ASK模拟接收机的自动增益控制功能；具体步骤包括：
1)首先将可编程增益放大器的输出端与ASK解调器的输入端相连，ASK解调器的输出端与自动增益控制器的输入端相连，自动增益控制器的输出端与可编程增益放大器的控制端相连，组成了ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制系统；
2)输入ASK信号经可变增益放大器放大后，送入ASK解调器，ASK解调器的输出端给出恢复出原始的二进制码流信息，恢复出原始的数字二进制码流信息送给后面的数字电路进行处理；并根据数字通信系统中扰码器的原理，判断发送的数字二进制码流信息中会不会出现连续10位的‘0’或‘1’；
3)如果ASK解调器的输出二进制码流中出现了连续10位以上的‘0’或‘1’，那么就意味着ASK解调器的输入信号幅度太低或太高，使得ASK解调器把所有的数据都判为‘0’或‘1’，因此说明位于ASK解调器前级的可变增益放大器的增益太低或太高了，需要调高或调低可变增益放大器的增益；
4)自动增益控制器根据这种信息自适应的调节可变增益放大器的增益，使得信号在进入ASK解调器之前被放大到合适的幅值，ASK解调器就可以输出正确的数字二进制码流信息。
所述自动增益控制器在当接收机输出数据流中出现了连续的10个‘1’，自动增益控制器改变其输出控制字来减小可变增益放大器的增益；反之，当接收机输出数据流中出现了连续的10个‘0’，自动增益控制器则改变其输出控制字来提高可变增益放大器的增益。
所述自动增益控制器调高或调低可变增益放大器增益的方法是一种基于线性调节的方法：在一个调节周期内，可变增益放大器的增益档位只会改变一步，直到可变增益放大器的增益被调节到合适的档位，即接收机的输出数据不再出现连续多于等于10个连续的‘1’或‘0’，该调节过程才结束。
所述自动增益控制器调高或调低可变增益放大器的增益的另一种方法是采用了一种基于二分查找算法的改进增益调节方法：将可变增益放大器的所有增益档位按照数值从小到大排列到一个数组。当增益调节方法在这个数组之内查找那个合适的增益档位时，第一次查找范围覆盖整个数组，下一次的查找范围则缩小为上一次的一半。当每经一次调节周期，接收机输出数据结果显示当前增益值太小或太大时，则下一次增益档位放到当前查找数组范围的右半段或左半段的中点。重复这个过程直到可变增益放大器的增益值被调节到合适的档位上
本发明有益效果是这种自动增益控制方法不需要使用多位模数转换器，也没有引入模拟闭合环路，因此，这种自动增益控制方案可以支持较高的数据率，功耗也很低，可以应用于低功耗、高数据率的ASK接收机中。
附图说明
图1为适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方案示意图。
具体实施方式
本发明提出一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法。下面结合附图对本发明予以说明。
图1给出了这种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方案的方框图，它由可编程增益放大器(PGA)、ASK解调器和自动增益控制器三部分组成。它们之间的连接关系为：输入ASK信号送入可编程增益放大器(PGA)的输入端，可编程增益放大器的输出端与ASK解调器的输入端相连，ASK解调器的输出端给出恢复出的二进制码流信息，同时与自动增益控制器的输入端相连，自动增益控制器的输出端与可编程增益放大器的控制端相连。
这种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方案的工作原理可以解释为：输入ASK信号经可变增益放大器放大后，送入ASK解调器，恢复出原始的数字二进制码流信息送给后面的数字电路进行处理。根据数字通信系统中扰码器的原理，发送的有用数字二进制码流信息中不会出现连续10位的‘0’或‘1’。如果ASK解调器的输出二进制码流中出现了连续10位以上的‘0’或‘1’，那么就意味着ASK解调器的输入信号幅度太低或太高，使得ASK解调器把所有的数据都判为‘0’或‘1’，因此说明位于ASK解调器前级的可变增益放大器的放大倍数(增益)太低或太高了，需要调高或调低可变增益放大器的增益，自动增益控制器根据这种信息就可以自适应的调节可变增益放大器的增益，使得信号在进入ASK解调器之前被放大到合适的幅值，ASK解调器就可以输出正确的数字二进制码流信息。
在本发明中，如果接收机输出数据流中出现了连续的10个‘1’，自动增益控制器就会改变其输出控制字来减小可变增益放大器的增益。反之如果出现了连续的10个‘0’，则提高可变增益放大器的增益。因此，每十个时钟周期为一次增益调节周期(ASK解调器在每一个时钟周期输出一位‘0’或‘1’，要判断连续十位的‘0’或‘1’，需要十个时钟周期，这十个时钟周期称为一个增益调节周期)当输入信号强度变化较大时，可能需要多个增益调节周期才能将可变增益放大器的增益设置到合适的值，因此如何减小增益调节时间也是本发明中较为关注的问题。
每次增加或减小一步增益档位是一种比较简单的增益调节方法，且称这种方法为线性调节方法。也就是说在一个调节周期，可变增益放大器的增益档位只会改变一步，直到可变增益放大器的增益被调节到合适的档位，即接收机的输出数据不再出现连续多于等于10个的‘1’或‘0’，该调节过程才会结束。
为了减小增益调节时间，采用了一种基于二分查找算法的改进增益调节方法。首先，将可变增益放大器的所有增益档位按照数值从小到大排列到一个数组。当增益调节方法在这个数组之内查找那个合适的增益档位时，第一次查找范围覆盖整个数组，下一次的查找范围则缩小为上一次的一半。当每经一次调节周期，接收机输出数据结果显示当前增益值太小或太大时，则下一次增益档位放到当前查找数组范围的右半段或左半段的中点。重复这个过程直到可变增益放大器的增益值被调节到合适的档位上。
本发明提出了一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方案，该自动增益控制方案利用了数字通信系统中扰码器的原理，根据ASK模拟接收机输出的二进制码流信息来判断当前接收机前向链路的增益是太高还是太低，从而自动调节前向链路中可编程增益放大器(PGA)的增益，这样就实现了ASK模拟接收机的自动增益控制功能。为了减小增益调节时间，本专利中采用了一种基于二分查找算法的改进增益调节方法。本专利所提出的自动增益控制方案不需要使用多位模数转换器，也没有引入模拟闭合环路，因此，这种自动增益控制方案可以支持较高的数据率，功耗也很低，可以应用于低功耗、高数据率的ASK接收机中。
Claims (4)
1.一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法，其特征在于，该自动增益控制方法利用了数字通信系统中扰码器的原理，根据ASK模拟接收机输出的二进制码流信息来判断当前接收机前向链路的增益是太高还是太低，从而自动调节前向链路中可编程增益放大器的增益，这样就实现了ASK模拟接收机的自动增益控制功能；具体步骤包括：
1)首先将可编程增益放大器的输出端与ASK解调器的输入端相连，ASK解调器的输出端与自动增益控制器的输入端相连，自动增益控制器的输出端与可编程增益放大器的控制端相连，组成了ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制系统；
2)输入ASK信号经可变增益放大器放大后，送入ASK解调器，ASK解调器的输出端给出恢复出的原始二进制码流信息，恢复出的原始数字二进制码流信息送给后面的数字电路进行处理；并根据数字通信系统中扰码器的原理，判断发送的数字二进制码流信息中会不会出现连续10位的‘0’或‘1’；
3)如果ASK解调器的输出二进制码流中出现了连续10位以上的‘0’或‘1’，那么就意味着ASK解调器的输入信号幅度太低或太高，使得ASK解调器把所有的数据都判为‘0’或‘1’，因此说明位于ASK解调器前级的可变增益放大器的增益太低或太高了，需要调高或调低可变增益放大器的增益；
4)自动增益控制器根据这种信息自适应的调节可变增益放大器的增益，使得信号在进入ASK解调器之前被放大到合适的幅值，ASK解调器就可以输出正确的数字二进制码流信息。
2.根据权利要求1所述一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法，其特征在于，所述自动增益控制器在当接收机输出数据流中出现了连续的10个‘1’，自动增益控制器改变其输出控制字来减小可变增益放大器的增益；反之，当接收机输出数据流中出现了连续的10个‘0’，自动增益控制器则改变其输出控制字来提高可变增益放大器的增益。
3.根据权利要求1所述一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法，其特征在于，所述自动增益控制器调高或调低可变增益放大器增益的方法是一种基于线性调节的方法：在一个调节周期内，可变增益放大器的增益档位只会改变一步，直到可变增益放大器的增益被调节到合适的档位，即接收机的输出数据不再出现连续多于等于10个连续的‘1’或‘0’，该调节过程才结束。
4.根据权利要求1所述一种适用于ASK模拟接收机的低功耗自动增益控制方法，其特征在于，所述自动增益控制器调高或调低可变增益放大器的增益的另一种方法是采用了一种基于二分查找算法的改进增益调节方法：将可变增益放大器的所有增益档位按照数值从小到大排列到一个数组，当增益调节方法在这个数组之内查找那个合适的增益档位时，第一次查找范围覆盖整个数组，下一次的查找范围则缩小为上一次的一半，当每经一次调节周期，接收机输出数据结果显示当前增益值太小或太大时，则下一次增益档位放到当前查找数组范围的右半段或左半段的中点，重复这个过程直到可变增益放大器的增益值被调节到合适的档位上。
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