CN102571013A

CN102571013A - 用于通信接收机中的自动增益控制装置及其方法

Info

Publication number: CN102571013A
Application number: CN2012100144009A
Authority: CN
Inventors: 荀本鹏; 刘飞; 马侠
Original assignee: HI-TREND TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co Ltd
Current assignee: HI-TREND TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及通信系统，公开了一种用于通信接收机中的自动增益控制装置及其方法。本发明中，由平方运算器、低通滤波器、减法器、正负判断器、寄存器和加法器组成的自动增益控制装置，能够节省控制码位宽，降低实现复杂度，可以使用高阶滤波器且环路无条件稳定，对整个环路延时要求不高。初始化时将寄存器清零，可以保证最小放大倍数为一倍。控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间为指数关系，可以较大幅度地扩大增益的动态范围。

Description

用于通信接收机中的自动增益控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及通信系统，特别涉及用于通信接收机中的自动增益控制技术。

背景技术

在一般的通信系统中，发送信号的能量会随着通信距离的增加而迅速的衰减，一般要求在衰减1000倍以上仍能保持正常通信，因此随着通信距离的不同，接收端的信号能量会差别很大。自动增益控制(Automatic GainControl，简称“AGC”)可以通过自动调节放大器的放大倍数，从而使得不管接收端的信号是强还是弱，后面的解调电路看到的信号都能维持在一个比较适中的强度，从而降低了后面解调电路的设计难度。图1是现有技术中一般通信接收机的结构示意图。具体地说，如图1所示，该通信接收机大致分为五个模块：AGC、可变增益放大器(Variable Gain Amplifier，简称“VGA”)、模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，简称“ADC”)、数字下变频(Digital Down Converter，简称“DDC”)和基带解调器(Demod)。AGC的输入可以从ADC得到，也可以从DDC得到，两种方法都可以，没有明显差异，如图1中虚线所示。

现有技术中，实现自动增益控制的经典环路方案中的一阶环路积分器使得整个AGC只能在速度和精度之间折中优化，两者不可兼得。如果将这个积分器阶数提高是可以同时提高速度和精度的，但会使整个环路变得不稳定。另外，这种经典结构中，还有一个缺点：对整个环路中的延时比较敏感，延时过大会影响环路的稳定性，所以一般不容易使用数字信号处理(DigitalSignal Process，简称“DSP”)等软件方式来实现。

在专利号为7366490的美国专利中，公开了一种名称为“自动增益控制增益步进调节”的发明，该专利实质上是针对上述缺点提出的一种改进方案，即通过检测信号强度，动态改变积分器的增益u(64)的大小，从而实现了在不提高积分器阶数的前提下，速度和精度的同时提高。具体地说，如图2所示，该专利使用传统的环路实现自动增益控制方式，由以下几个关键部分组成：

1、计算输入信号的瞬时能量(56)；

2、放大后的目标幅度值设定(58和60)；

3、一阶环路积分器模块(64、66、68、70和72)，决定整个AGC的速度和精度。

但本发明的发明人发现，上述美国专利实现起来复杂，指数编码效率低，浪费位宽，而且是用硬件方式实现的，不能用DSP等软件方式实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于通信接收机中的自动增益控制装置及其方法，能够节省控制码位宽，降低实现复杂度，可以使用高阶滤波器且环路无条件稳定，对整个环路延时要求不高。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种用于通信接收机中的自动增益控制装置，包括：

平方运算器，用于对输入信号进行平方运算；

低通滤波器，用于对平方运算器的输出结果进行低通滤波；

减法器，用于将预先设定的目标值减去低通滤波器的输出结果；

正负判断器，用于判断减法器输出结果的正负符号，输出代表正的1或代表负的-1；

寄存器，用于保存上一次输出的控制信号值；

加法器，用于将寄存器和正负判断器的输出结果相加，输出用于控制可变增益放大器的控制信号，该控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间为指数关系。

本发明的实施方式还公开了一种用于通信接收机中的自动增益控制方法，包括以下步骤：

对输入信号进行平方运算；

将平方运算后的信号进行低通滤波；

将预先设定的目标值减去低通滤波后的信号值，如果结果为正，则输出代表正的1；如果结果为负，则输出代表负的-1；

将上一次输出的控制信号值与代表正的1或代表负的-1相加，得到用于控制可变增益放大器的控制信号，该控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间为指数关系。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

由平方运算器、低通滤波器、减法器、正负判断器、寄存器和加法器组成的自动增益控制装置，能够节省控制码位宽，降低实现复杂度，可以使用高阶滤波器且环路无条件稳定，对整个环路延时要求不高。

进一步地，初始化时将寄存器清零，可以保证最小放大倍数为一倍。

进一步地，控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间为指数关系，可以较大幅度地扩大增益的动态范围。

附图说明

图1是现有技术中一般通信接收机的结构示意图；

图2是专利号为7366490的美国专利中，通信接收机的结构示意图；

图3是本发明第一实施方式中一种用于通信接收机中的自动增益控制装置的结构示意图；

图4是本发明第一实施方式中一种控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间的对应关系表；

图5是本发明第二实施方式中一种用于通信接收机中的自动增益控制方法的流程示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种用于通信接收机中的自动增益控制装置。图3是该用于通信接收机中的自动增益控制装置的结构示意图。

具体地说，如图3所示，该用于通信接收机中的自动增益控制装置包括：

平方运算器，用于对输入信号进行平方运算。

本发明中，可以将从模拟数字转换器输出的载波信号作为平方运算器的输入信号，也可以将从数字下变频输出的基带信号作为平方运算器的输入信号，这两者没有太大的区别。作为一种优选的实施方式，图3中是将从模拟数字转换器输出的载波信号作为平方运算器的输入信号。

低通滤波器，用于对平方运算器的输出结果进行低通滤波。

在这里，低通滤波器的作用是取出信号幅值，过滤掉载波信号或基带信号的高频部分。

将信号平方后低通滤波所得到的值可以代表信号的功率值。之所以说代表，是因为信号平方后低通滤波所得到的值与真正的信号功率值可能会差一个常数因子。

减法器，用于将预先设定的目标值减去低通滤波器的输出结果。预先设定的目标值代表了希望达到的功率值。

减法器由一个反相器和一个加法器实现。

正负判断器，用于判断减法器输出结果的正负符号，输出代表正的1或代表负的-1。

寄存器，用于保存上一次输出的控制信号值。

作为一种优选实施方式，初始化时寄存器清零。

初始化时将寄存器清零，可以保证最小放大倍数为一倍。

此外，可以理解，在本发明的其它某些实施方式中，自动增益控制装置初始化时，寄存器也可以不清零，而是固定为其它的值。

如果预先设定的目标值比计算所得的信号功率值大，则将可变增益放大器的控制信号加1，否则减1，多个环回后，自动增益控制将在最接近目标值的两个控制信号之间来回跳动。

本发明采用指数编码，也就是说，可变增益放大器是一个指数放大器。

控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间为指数关系，可以较大幅度地扩大增益的动态范围。

作为一种优选实施方式，加法器输出的用于控制可变增益放大器的控制信号为三比特的控制信号。可以理解，在本发明的其它某些实施方式中，也可以是更多比特或者更少比特的控制信号。

例如，同样使用三个比特，并且最大放大倍数都为8倍的情况下，线性编码得到的增益为1，2，3，4，5，6，7，8，而指数编码得到的增益为8，4，2，1，1/2，1/4，1/8，1/16，显然指数编码得到的动态范围(最大放大倍数和最小放大倍数之比)要大很多。

具体地说，加法器输出的控制信号与可变增益放大器的放大倍数之间的对应关系为：

可变增益放大器的控制信号与其放大倍数之间的对应关系如图4中的表所示。

本发明第二实施方式涉及一种用于通信接收机中的自动增益控制方法。图5是该用于通信接收机中的自动增益控制方法的流程示意图。

具体地说，如图5所示，该用于通信接收机中的自动增益控制方法主要包括以下步骤：

在步骤501中，对输入信号进行平方运算。

将从模拟数字转换器输出的载波信号或者将从数字下变频输出的基带信号作为进行平方运算的输入信号。

此后进入步骤502，将平方运算后的信号进行低通滤波。

在这里，低通滤波的作用是取出信号幅值，过滤掉载波信号或基带信号的高频部分。

将信号平方后低通滤波所得的值可以代表信号的功率值。

此后进入步骤503，将预先设定的目标值减去低通滤波后的信号值。

此后进入步骤504，判断相减后的结果是否为正。

若是，则进入步骤505；若否，则进入步骤508。

在步骤505中，输出代表正的1；

在步骤508中，输出代表负的-1；

将预先设定的目标值减去低通滤波后的信号值，如果结果为正，则输出代表正的1。如果结果为负，则输出代表负的-1。

此后进入步骤506，将上一次输出的控制信号值与代表正的1或代表负的-1相加；

此后进入步骤507，得到用于控制可变增益放大器的控制信号。该控制信号将输出给VGA。

作为一种优选的实施方式，控制信号为三比特的控制信号，在初始化时，将上一次输出的控制信号值初始化为000。

此外，可以理解，在本发明的其它某些实施方式中，控制信号也可以是更多比特或更少比特的控制信号，初始化时，也可以将上一次输出的控制信号值初始化为其它的值。

此后结束本流程。

本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明的方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，包括：

平方运算器，用于对输入信号进行平方运算；

低通滤波器，用于对所述平方运算器的输出结果进行低通滤波；

减法器，用于将预先设定的目标值减去所述低通滤波器的输出结果；

正负判断器，用于判断所述减法器输出结果的正负符号，输出代表正的1或代表负的-1；

寄存器，用于保存上一次输出的控制信号值；

加法器，用于将所述寄存器和所述正负判断器的输出结果相加，输出用于控制可变增益放大器的控制信号，该控制信号的值与可变增益放大器的放大倍数之间为指数关系。

2.根据权利要求1所述的用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，将从模拟数字转换器输出的载波信号作为平方运算器的输入信号。

3.根据权利要求2所述的用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，将从数字下变频输出的基带信号作为平方运算器的输入信号。

4.根据权利要求3所述的用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，所述减法器由一个反相器和一个加法器实现。

5.根据权利要求4所述的用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，初始化时所述寄存器清零。

6.根据权利要求5所述的用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，所述加法器输出的用于控制可变增益放大器的控制信号为三比特的控制信号。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于通信接收机中的自动增益控制装置，其特征在于，所述加法器输出的控制信号与可变增益放大器的放大倍数之间的对应关系为：

8.一种用于通信接收机中的自动增益控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对输入信号进行平方运算；

将平方运算后的信号进行低通滤波；

9.根据权利要求8所述的用于通信接收机中的自动增益控制方法，其特征在于，将从模拟数字转换器输出的载波信号或者将从数字下变频输出的基带信号作为进行平方运算的输入信号。

10.根据权利要求8或9所述的用于通信接收机中的自动增益控制方法，其特征在于，所述控制信号为三比特的控制信号，在初始化时，将上一次输出的控制信号值初始化为000。