CN102723923B - 一种自动增益控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自动增益控制方法及装置，应用于通信技术领域。一种自动增益控制方法，包括：自动增益控制AGC过程，所述AGC过程包括：获取前置模块输出信号的平均能量，所述前置模块包括放大器；根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益，所述调整增益用于调整放大器的增益。本发明实施例能够快速调整放大器增益。

Description

一种自动增益控制方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种自动增益控制方法及装置。

背景技术

突发通信是一种广泛使用的通信方式，例如移动通信和卫星通信中常见的时分多址信号就是采用突发传送模式。

现有技术中，通信装置在空闲时处于等待状态，在对突发信号进行检测，当检测到有数据到来，通信设备就转入数据的传送和处理过程，通信设备接收到的信号变化范围很大，最强与最弱的信号之间可能相差几十分贝，不利于模数转换的工作，因此利用自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)来调整放大器的放大增益，可以将接收信号调整到特定的范围，使突发信号的检测的效果更佳。

现有技术中，AGC当接收信号变化很大时，根据预置的调整增益来改变放大器的增益，即使用固定步长调整方法，当放大器的增益需要较大的改变时，AGC需要进行多次调整，使AGC的调整时间非常的长。

发明内容

本发明实施例提快速调整放大器增益的信号处理方法。

一种自动增益控制方法，包括：自动增益控制AGC过程，所述AGC过程包括：获取前置模块输出信号的平均能量，所述前置模块包括放大器；根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益，所述调整增益用于调整放大器的增益。

本发明实施例提供的技术方案中，通过获得前置模块输出的信号的平均能量，根据平局能量与参考能量的差值计算调整增益，当放大器的增益需要较大的改变时，根据需要来设置调整增益，可以减少AGC的调整次数，快速调整放大器的增益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中自动增益控制方法实施例示意图；

图2为本发明实施例中AGC过程实施例示意图；

图3为本发明实施例中自动增益控制装置实施例示意图；

图4为本发明实施例中AGC模块实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种信号处理方法及装置。下面分别进行详细说明。

请参阅图1，本发明实施例中自动增益控制方法实施例示意图，包括：

101、将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号；

自动增益控制装置将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号，所述放大器的增益通过自动增益控制AGC过程中的调整增益来调整，进一步的，所述放大器包括低噪放大器LNA以及电压增益放大器VGA，所述将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号，具体为：

天线接收射频信号；

带通滤波器接收射频信号，将射频信号滤除带外噪声，形成滤波信号；

低噪放大器LNA接收滤波信号，将滤波信号进行放大，形成低噪放大信号；

下变频接收低噪放大信号，将低噪放大信号解调到基带，形成基带信号；

电压增益放大器VGA接收基带信号，将基带信号进行放大，形成电压放大信号；

模数转换器接收电压放大信号，将增益放大信号转换成数字信号；

陷波器接收数字信号，将数字信号滤除直流分量，形成输出信号，所述输出信号用于计算输出信号每个符号的能量，设所述输出信号为S(n)，所述S(n)为复数，S(n)＝I(n)+jQ(n)。

102、根据输出信号计算输出信号每个符号的能量，得到能量函数pwr(n)；

自动增益控制装置根据输出信号计算输出信号每个符号的能量，设每个符号的能量为pwr(n)，具体的，所述每个符号的能量计算方法为：

pwr(n)＝max{|I(n)|，|Q(n)|}0.5·min{|I(n)|，|Q(n)|}。

103、根据能量函数计算平均能量函数；

自动增益控制装置根据能量函数计算平均能量函数，进一步的，所述根据能量函数计算平均能量函数具体为计算预设长度的窗口内符号的平均能量函数，具体为根据预设的长度将符号按顺序分成多个窗口，每个窗口的平均能量为窗口内所有符号的能量的平均数，则第i个窗口的平均能量函数为M(i)，

其中N为预设的窗口的长度，参考802.11a系统的帧结构，本实施例中所述N等于8；

或者，所述所述根据能量函数计算平均能量函数具体为根据预设系数计算N’个符号的平均能量函数与N’减一个平均能量函数的波动，所述N’个能量的平均能量函数为M’(N’)。

M(N′)＝(1-α)·M(N′-1)+α·pwr(m′+N′)，其中α为预设系数，α∈(0，1]，设M’(0)＝pwr(m’+1)，当N’等于1时，m’+1为开始计算平均能量函数时符号的序数，M’(N’)表示从符号m’+1起开始计算N’个符号的平均函数，所述M’(0)也可以等于0。

104、若平均能量函数的增益大于预设的能量门限，则判断检测到突发信号；

自动增益控制装置判断平均能量函数的增益是否大于预设的能量门限，若大于门限，则判断检测到突发信号，执行步骤105，若不大于预置的能量门限，则判断没有检测到突发信号，重新执行步骤101，若平均能量函数为预设长度的窗口内符号的平均能量M(i)，则所述平均能量函数的增益为当前窗口的平均能量与前一窗口的平均能量的比值，设平均能量的增益为K(i)，则：

$K\left(i\right)=\frac{M\left(i\right)}{M(i-1)},$

或者，若平均能量函数为根据预设系数计算当前平均能量函数与前一平均能量函数的波动，即所述平均能量函数为M’(N’)，则平均能量函数的增益为N’个符号的平均能量函数与N’减D个符号的平均能量的比值，设平均能量的增益为K’，则：

$K^{\′}=\frac{M^{\′}\left(N^{\′}\right)}{M^{\′}(N^{\′}-D)},$

其中，D为与系统帧结构的周期相关的参数，本实施例中，优选的，所述D可以取4，也可以取8；

当所述K(i)或K’的值大于预置的能量门限时，则判断为检测到突发信号，优选的，所述能量门限可以为3dB。

105、启动AGC过程。

自动增益控制装置启动AGC模块，对放大器的增益进行调整。

下面对AGC过程进行详细的描述。

请参阅图2，本发明实施例中AGC过程实施例，包括：

201、获取前置模块输出信号的平均能量；

AGC模块获取前置模块输出信号的平均能量，所述前置模块包括放大器，具体方法为：获取前置模块输出信号每个符号的能量，获得能量函数pwr(n)，所述获得能量函数可以为直接获取自动增益控制装置计算出来的能量函数，也可以是AGC模块重新计算，计算的方法在上一实施例中有详细描述，在此不再赘述，根据能量函数pwr(n)计算平均能量，设所述平均能量为M，本实施例中计算10至16个符号的平均能量，优选的，计算获得10个符号的平均能量，则，

所述n’为当前接收到的符号，

或者，设10符号的平均能量为M，根据上一实施例的M’(N’)计算平均能量M，具体的M的计算方法为：开始计算平均函数时，当前能量函数pwr(n)中的n＝m’+1；根据公式先计算M’(1)：

M’(1)＝pwr(m’+1)，再计算M’(2)：

M’(2)＝(1-α)M’(1)+αpwr(m’+2)，再根据公式依次计算M’(3)到M’(10)，其中：

M’(10)＝(1-α)M’(9)+αpwr(m’+10)；

则，M＝M’(10)，获得平均能量。

202、根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益；

AGC模块根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益，所述调整增益用于调整放大器的增益，所述平均能量为M，所述调整增益可以等于M与参考能量的差值，

进一步的，为了使调整过程的跳转数减少，所述步骤202包括：

202a(未图示)、计算预调整增益，所述预调整增益等于平均能量与参考能量的差；

202b(未图示)、根据预调整增益处于不同的门限时计算调整增益；

具体为：

若预调整增益大于等于10dB，则调整增益等于10dB；

若预调整增益大于等于4dB且小于10dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益大于等于2dB且小于4dB，则调整增益等于2dB；

若预调整增益大于等于-2dB且小于2dB，则调整增益等于0dB；

若预调整增益大于等于-4dB且小于-2dB，则调整增益等于-2dB；

若预调整增益大于等于-10dB且小于-4dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益小于-10dB，则调整增益等于-10dB；

参考下面的公式：

203、若调整增益的超过增益量程，则将调整增益的大小设置为增益量程；

AGC模块判断若调整增益的超过增益量程，则将调整增益的大小设置为增益量程，所述增益量程设置为放大器的可调整的最大范围所述超过增益量程具体指的是，若所述增益量程为正数，则超过增益量程具体为大于增益量程或者小于增益量程的相反数，若所述增益量程包括正增益量程以及负增益量程，则超过增益量程具体为大于正增益量程或小于负增益量程。

204、判断调整增益是否超过调整门限，若超过调整门限，则执行步骤205，若没有超过调整门限，则结束AGC过程；

AGC模块判断调整增益是否超过调整门限，若超过调整门限，则根据调整增益调整放大器的增益，若没有超过调整门限，则结束AGC过程，将接收到的输出信号输出给后面的模块处理。

205、根据调整增益调整放大器的增益；

AGC模块根据调整增益调整放大器的增益，进一步的，所述放大器包括VGA以及LNA，所述VGA调整大步长的增益，调整的比较粗糙。所述LNA调整小步长的增益；在具体实施例中，VGA调整的步长范围为大于10dB或小于-10dB，则当调整增益超过正负10dB时，调整VGA的增益，否则调整LNA的增益。

206、在预置的等待时间内进行等待，等待时间结束后重新执行步骤201。

若调整增益大于调整门限，根据调整增益调整放大器的增益，调整增益后需要重新获取平均能量计算新的调整增益，而放大器的调整需要一定的时间完成，因此在放大器调整增益的过程中，AGC模块等待等待时间的结束，然后重新执行步骤201。

进一步的，在步骤201之前，还包括：

200、设置增益初始值。

AGC模块在启动前先进行增益初始值的设置，可以根据信号处理设备使用的环境设置增益初始值，所述增益初始值用于设置放大器的增益，由于AGC模块在检测到突发信号后才开始启动，因此在进行突发信号检测的过程中，若放大器的增益太大或太小，都会影响突发信号的检测，因此先对放大器的增益进行设置再开始进行突发信号的检测，本实施例中，根据发明人的实践得出，较优的，所述增益初始值为70dB。

本实施例中，通过获得模数转换后输出的信号的平均能量，根据平局能量与参考能量的差计算调整增益，当放大器的增益需要较大的改变时，根据需要来设置调整增益，可以减少AGC的调整次数，快速调整放大器的增益。并且由于突发信号的检测在基带中完成，减少了射频干扰，使检测更加精确。

请参阅图3，本发明实施例中自动增益控制装置实施例，包括：

接收模块301，用于将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号；

能量计算模块302，用于根据输出信号计算输出信号每个符号的能量，得到能量函数pwr(n)；

平均能量计算模块303，用于根据能量函数计算平均能量函数；

触发模块304，用于若平均能量函数的增益大于预设的能量门限，则判断检测到突发信号；若检测到突发信号，启动AGC模块；

AGC模块305，用于调整放大器增益。

进一步的，所述接收模块301还包括：

天线3011，用于接收射频信号；

带通滤波器3012，用于接收射频信号，将射频信号滤除带外噪声，形成滤波信号；

LNA3013，用于接收滤波信号，将滤波信号进行放大，形成低噪放大信号；

下变频3014，用于接收低噪放大信号，将低噪放大信号解调到基带，形成基带信号；

VGA3015，用于接收基带信号，将基带信号进行放大，形成电压放大信号；

模数转换器3016，用于接收电压放大信号，将增益放大信号转换成数字信号；

陷波器3017，用于接收数字信号，将数字信号滤除直流分量，形成输出信号。

下面对AGC模块进行详细描述：

请参阅图4，本发明实施例中AGC模块实施例，所述AGC具体模块包括：

获取模块401，用于获取前置模块输出信号的平均能量，所述前置模块包括放大器；

处理模块402，用于根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益，所述调整增益用于调整放大器的增益；进一步的，所述计算调整增益的方法为：计算预调整增益，所述预调整增益等于平均能量与参考能量的差；

根据预调整增益处于不同的门限时计算调整增益，具体为：

若预调整增益大于等于10dB，则调整增益等于10dB；

若预调整增益大于等于4dB且小于10dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益大于等于2dB且小于4dB，则调整增益等于2dB；

若预调整增益大于等于-2dB且小于2dB，则调整增益等于0dB；

若预调整增益大于等于-4dB且小于-2dB，则调整增益等于-2dB；

若预调整增益大于等于-10dB且小于-4dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益小于-10dB，则调整增益等于-10dB；

参照以下公式：

所述处理模块402进一步用于若调整增益的超过增益量程，则将调整增益的大小设置为增益量程；

调整模块403，用于判断调整增益是否超过调整门限，若超过调整门限，则根据调整增益调整放大器的增益，若没有超过调整门限，则结束AGC过程；

待机模块404，用于调整模块调整放大器的增益后，在预置的等待时间内进行等待，等待时间结束后重新执行获取模块401。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的一种自动控制方法及装置信号处理方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种自动增益控制方法，其特征在于，包括：自动增益控制AGC过程，所述AGC过程包括：

获取前置模块输出信号的平均能量，所述前置模块包括放大器；

根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益，所述调整增益用于调整放大器的增益；

所述AGC过程之前还包括：

将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号；

根据输出信号计算输出信号每个符号的能量，得到能量函数pwr(n)；

根据能量函数计算平均能量函数；

若平均能量函数的增益大于预设的能量门限，则判断检测到突发信号；

若检测到突发信号，启动AGC过程；

所述输出信号为S(n)，所述输出信号为复数，S(n)＝I(n)+jQ(n)，所述根据输出信号计算输出信号每个符号的能量，获得能量函数pwr(n)，具体为：

pwr(n)＝max{I(n)|,|Q(n)|}+0.5·min{|I(n)|,|Q(n)|}；

所述根据能量函数计算平均能量函数具体为，根据预设的长度将符号按顺序分成多个窗口，每个窗口的平均能量为窗口内所有符号的能量的平均数，则第i个窗口的平均能量函数为M(i)，

$M\left(i\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{pwr}(i\·N+m),$ 其中N为预设的窗口的长度；

所述平均能量函数的增益为当前窗口的平均能量与前一窗口的平均能量的比值；

或者，所述根据能量函数计算平均能量函数具体为，根据预设系数计算N’个符号的平均能量函数与N’减一个平均能量函数的波动，所述N’个能量的平均能量函数为M’(N’)，

M'(N')＝(1-α)·M'(N'-1)+α·pwr(m'+N')，其中α为预设系数，α∈(0,1]，m+1为开始计算平均能量函数时符号的序数，设M’(0)＝pwr(m’+1)；

所述平均能量函数的增益为N’个符号的平均能量与前N’减D个符号的平均能量的比值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AGC过程还包括：

若调整增益的超过增益量程，则将调整增益的大小设置为增益量程；

判断调整增益是否超过调整门限，若没有超过调整门限，则结束AGC过程，若超过调整门限，则根据调整增益调整放大器的增益；

在预置的等待时间内进行等待，等待时间结束后重新执行步骤计算模数转化输出信号的平均能量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益具体包括：

计算预调整增益，所述预调整增益等于平均能量与参考能量的差；

根据预调整增益处于不同的门限时计算调整增益，具体为：

若预调整增益大于等于10dB，则调整增益等于10dB；

若预调整增益大于等于4dB且小于10dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益大于等于2dB且小于4dB，则调整增益等于2dB；

若预调整增益大于等于-2dB且小于2dB，则调整增益等于0dB；

若预调整增益大于等于-4dB且小于-2dB，则调整增益等于-2dB；

若预调整增益大于等于-10dB且小于-4dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益小于-10dB，则调整增益等于-10dB。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放大器包括低噪放大器LNA以及电压增益放大器VGA，所述将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号，具体为：

天线接收射频信号；

带通滤波器接收射频信号，将射频信号滤除带外噪声，形成滤波信号；

LNA接收滤波信号，将滤波信号进行放大，形成低噪放大信号；

下变频接收低噪放大信号，将低噪放大信号解调到基带，形成基带信号；

VGA接收基带信号，将基带信号进行放大，形成电压放大信号；

模数转换器接收电压放大信号，将增益放大信号转换成数字信号；

陷波器接收数字信号，将数字信号滤除直流分量，形成输出信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调整增益用于调整放大器的增益具体为：若所述调整增益在预置区间内，则调整LNA的增益，否则调整VGA的增益。

6.一种自动增益控制装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于将射频信号解调到基带，经过放大器的增益以及模数转换转后获得输出信号，所述输出信号为S(n)，所述输出信号为复数，S(n)＝I(n)+jQ(n)；

能量计算模块，用于根据输出信号计算输出信号每个符号的能量，得到能量函数pwr(n)，其中，

pwr(n)＝max{|I(n)|,|Q(n)|}+0.5·min{|I(n)|,|Q(n)|}；

平均能量计算模块，用于根据能量函数计算平均能量函数；

触发模块，用于当平均能量函数的增益大于预设的能量门限时，判断检测到突发信号；若检测到突发信号，启动AGC模块；

自动增益控制AGC模块，所述AGC模块包括：

获取模块，用于获取前置模块输出信号的平均能量，所述前置模块包括放大器；

处理模块，用于根据平均能量与预置的参考能量的差值计算调整增益，所述调整增益用于调整放大器的增益；

所述平均能量计算模块具体用于根据预设的长度将符号按顺序分成多个窗口，每个窗口的平均能量为窗口内所有符号的能量的平均数，则第i个窗口的平均能量函数为M(i)，

$M\left(i\right)=\frac{1}{N}\underset{m=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{pwr}(i\·N+m),$ 其中N为预设的窗口的长度，

将所述平均能量函数的增益记为当前窗口的平均能量与前一窗口的平均能量的比值；

或者，所述平均能量计算模块具体用于根据预设系数计算N’个符号的平均能量函数与N’减一个平均能量函数的波动，所述N’个能量的平均能量函数为M’(N’)，

M'(N')＝(1-α)·M'(N'-1)+α·pwr(m'+N')，其中α为预设系数，α∈(0,1]，m+1为开始计算平均能量函数时符号的序数，设M’(0)＝_pwr(m’+1)；

将所述平均能量函数的增益记为N’个符号的平均能量与前N’减D个符号的平均能量的比值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块进一步用于：

若调整增益的超过增益量程，则将调整增益的大小设置为增益量程；

所述AGC模块还包括：

调整模块，用于判断调整增益是否超过调整门限，若超过调整门限，则根据调整增益调整放大器的增益，若没有超过调整门限，则结束AGC过程；

待机模块，用于调整模块调整放大器的增益后，在预置的等待时间内进行等待，等待时间结束后重新运行获取模块。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块进一步用于：

计算预调整增益，所述预调整增益等于平均能量与参考能量的差；

根据预调整增益处于不同的门限时计算调整增益，具体为：

若预调整增益大于等于10dB，则调整增益等于10dB；

若预调整增益大于等于4dB且小于10dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益大于等于2dB且小于4dB，则调整增益等于2dB；

若预调整增益大于等于-2dB且小于2dB，则调整增益等于0dB；

若预调整增益大于等于-4dB且小于-2dB，则调整增益等于-2dB；

若预调整增益大于等于-10dB且小于-4dB，则调整增益等于预调整增益的一半；

若预调整增益小于-10dB，则调整增益等于-10dB。

9.根据权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，所述放大器包括低噪放大器LNA以及电压增益放大器VGA，所述接收模块进一步包括：

天线，用于接收射频信号；

带通滤波器，用于接收射频信号，将射频信号滤除带外噪声，形成滤波信号；

LNA，用于接收滤波信号，将滤波信号进行放大，形成低噪放大信号；

下变频，用于接收低噪放大信号，将低噪放大信号解调到基带，形成基带信号；

VGA，用于接收基带信号，将基带信号进行放大，形成电压放大信号；

模数转换器，用于接收电压放大信号，将增益放大信号转换成数字信号；

陷波器，用于接收数字信号，将数字信号滤除直流分量，形成输出信号。