发明内容
本发明的目的在于提供一种恒包络接收机的自动增益控制方法及装置,使得接收机无需调整数字可变增益内环,大大降低自动增益控制的复杂度,提升了自动增益控制的速度。
为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种恒包络接收机的自动增益控制方法,包含以下步骤:
A.检测所述恒包络接收机的低噪声放大器LNA的输入信号强度,并从限幅放大器中获取接收信号的强度指示RSSI;其中,所述限幅放大器的增益值为固定值;
B1.如果所述输入信号强度出现饱和,或者所述RSSI达到所述限幅放大器所能指示的最大值,则将所述恒包络接收机的增益值降低预设的减小值,并回到所述步骤A;
B2.如果所述输入信号强度未出现饱和,且所述RSSI未达到所述限幅放大器所能指示的最大值,则判断所述RSSI是否低于所述限幅放大器所能指示的最小值,并在判定低于所述限幅放大器所能指示的最小值时,将所述恒包络接收机的增益值增加预设的增加值,回到所述步骤A;如果判定未低于所述限幅放大器所能指示的最小值,则完成自动增益控制,进入接收状态;其中,所述恒包络接收机的的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和。
本发明的实施方式还提供了一种恒包络接收机的自动增益控制装置,包含:低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA、限幅放大器、自动增益控制器AGC和射频峰值检测器;
所述射频峰值检测器,检测所述LNA的输入信号强度,并输出给所述AGC;
所述限幅放大器,计算接收信号的强度指示RSSI,并输出给所述AGC;其中,所述限幅放大器的增益值为固定值;
所述AGC,根据来自所述射频峰值检测器的输入信号强度和来自所述限幅放大器的RSSI,调整所述恒包络接收机的增益值,直到所述输入信号强度未出现饱和,且所述RSSI未达到所述限幅放大器所能指示的最大值,且所述RSSI未低于所述限幅放大器所能指示的最小值;其中,所述恒包络接收机的的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和;
其中,所述AGC在所述输入信号强度出现饱和,或者所述RSSI达到所述限幅放大器所能指示的最大值时,将所述恒包络接收机的增益值降低预设的减小值;在所述输入信号强度未出现饱和,且所述RSSI低于所述限幅放大器所能指示的最小值时,将所述恒包络接收机的增益值增加预设的增加值。
本发明实施方式相对于现有技术而言,采用固定增益值的限幅放大器,根据低噪声放大器的输入信号强度和来自限幅放大器的接收信号的强度指示RSSI,调整低噪声放大器、射频混频器或者可编程增益放大器的增益值,直到输入信号强度未出现饱和,且接收信号的强度指示未达到限幅放大器所能指示的最大值,且接收信号的强度指示未低于限幅放大器所能指示的最小值时,完成自动增益控制,进入接收状态。在自动增益控制过程中,无需调整数字可变增益内环,大大降低自动增益控制的复杂度,提升了自动增益控制的速度。
另外,在检测所述恒包络接收机的低噪声放大器LNA的输入信号强度时,还可以检测所述MIXER的输入信号强度;
在判断所述输入信号强度是否出现饱和时,如果所述LNA的输入信号强度出现饱和或者所述MIXER的输入信号强度出现饱和,则判定所述输入信号强度出现饱和;如果所述LNA的输入信号强度未出现饱和且所述MIXER的输入信号强度未出现饱和,则判定所述输入信号强度未出现饱和。
通过采用两个射频峰值检测器同时检测低噪声放大器和射频混频器的输入信号强度,可以保证即使低噪声放大器和射频混频器达到饱和时所对应的射频输入信号不同,两者也都不会饱和。
另外,在进行自动增益控制之前,设置所述预设的增加值和所述预设的减小值;其中,所述预设的增加值和所述预设的减小值与所述限幅放大器的增益值配合,产生一个滞缓区域,可以保证自动增益控制系统不会进入无益的震荡状态;此外,所述预设的增加值和所述预设的减小值小于或者等于所述限幅放大器的增益值;并根据需要的滞缓区域的大小确定增加值和减小值,以确保能产生滞缓区域。
另外,在进行自动增益控制之前,将所述LNA、所述MIXER和所述PGA的增益值设置为最大增益值。
通过使接收机的起始状态处于最大增益状态,可以使得在接收信号小的情况下,接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调,进一步提升了自动增益控制的速度。
具体实施方式
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各实施方式进行详细的阐述。然而,本领域的普通技术人员可以理解,在本发明各实施方式中,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,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。
本发明的第一实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制方法,该方法采用固定增益值的限幅放大器,根据低噪声放大器的输入信号强度和来自限幅放大器的接收信号的强度指示RSSI,调整低噪声放大器、射频混频器或者可编程增益放大器的增益值,直到输入信号强度未出现饱和,且接收信号的强度指示未达到限幅放大器所能指示的最大值,且接收信号的强度指示未低于限幅放大器所能指示的最小值时,完成自动增益控制,进入接收状态。在自动增益控制过程中,无需调整数字可变增益内环,大大降低自动增益控制的复杂度,提升了自动增益控制的速度。具体流程如图2所示,包含以下步骤:
步骤201,检测恒包络接收机的低噪声放大器LNA的输入信号强度,并从限幅放大器中获取接收信号的强度指示RSSI;其中,RSSI可以为离散信号,也可以为连续信号。
步骤202,判断输入信号强度是否出现饱和,或者RSSI是否达到限幅放大器所能指示的最大值,如是,则执行步骤203;如否,则执行步骤204。
步骤203,将恒包络接收机的增益值降低预设的减小值,并回到步骤201。
恒包络接收机的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和,其中,LNA、MIXER和PGA的增益值是可调的,限幅放大器的增益值为固定值,因此,可以通过调整LNA、MIXER或PGA的增益值达到调整恒包络接收机的增益值的目的,具体地说,如果增加LNA、MIXER或PGA的增益值,则恒包络接收机的增益值增加;如果减小LNA、MIXER或PGA的增益值,则恒包络接收机的增益值减小。
步骤204,判断RSSI是否低于限幅放大器所能指示的最小值,如是,则执行步骤205;如否,则恒包络接收机完成自动增益控制,进入接收状态。
步骤205,将恒包络接收机的增益值增加预设的增加值,回到步骤201。
在本实施方式中,进行自动增益控制之前,还可以设置预设的增加值和预设的减小值。通过合理的增加值和减小值,配合限幅放大器的固定增益值,可以产生一个滞缓区域,保证AGC系统不会进入无益的震荡状态。此外,预设的增加值和预设的减小值小于或者等于限幅放大器的增益值;并根据需要的滞缓区域的大小确定增加值和减小值,以确保能产生滞缓区域。
本发明的第二实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同,主要区别之处在于:在第一实施方式中,根据低噪声放大器的输入信号强度和限幅放大器输出的接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值。而在本发明第二实施方式中,根据低噪声放大器的输入信号强度、射频混频器的输入信号强度和限幅放大器输出的接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值。
具体地说,在检测低噪声放大器LNA的输入信号强度时,还检测MIXER的输入信号强度。相应地,在判断输入信号强度是否出现饱和时,做相应的调整,即如果LNA的输入信号强度出现饱和,或者MIXER的输入信号强度出现饱和,则判定输入信号强度出现饱和;如果LNA的输入信号强度未出现饱和,且MIXER的输入信号强度未出现饱和,则判定输入信号强度未出现饱和。
通过采用两个射频峰值检测器同时检测低噪声放大器和射频混频器的输入信号强度,可以保证即使低噪声放大器和射频混频器达到饱和时所对应的射频输入信号不同,两者也都不会饱和。需要说明的是,这里描述的只是一种实现方式。对于本行业技术人员来说,可以将以上实现引申到只用其中一个峰值检测器。例如,如果低噪声放大器和射频混频器的非线性性能受限于射频混频器,则可以只检测混频器的输入信号强度,并进行相应的处理;反之亦然。
本发明的第三实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制方法。第三实施方式在第一实施方式或第二实施方式基础上做了进一步改进,主要改进之处在于:在本发明第三实施方式中,恒包络接收机的起始状态总是处于最大增益状态,根据接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值。通过使接收机的起始状态处于最大增益状态,可以使得在接收信号小的情况下,接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调,进一步提升了自动增益控制的速度。
具体地说,在进行自动增益控制之前,将LNA、MIXER和PGA的增益值设置为最大增益值。由于LNA、MIXER和PGA的增益值都是可调的,因此,根据接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值时,可以调整LNA、MIXER和PGA中的一个或者几个的增益值。比如说,在进行恒包络接收机的增益值调整过程中,在第一次判定RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时,将LNA的增益值降低预设的减小值;在第二次判定RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时,将LNA和PGA的增益值降低预设的减小值;在第一次判定RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值时,将LNA的增益值增加预设的增加值;在第二次判定RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值,则将LNA和PGA的增益值增加预设的增加值。
请参阅图3所示是一种采用本实施方式的接收机状态转移图。由于整个接收端的增益包括LNA、MIXER、以及PGA的可变增益,也包括限幅放大器的固定增益,因此,恒包络接收机处于最大增益状态是恒包络接收机中LNA、MIXER和PGA的增益值设置为最大增益值的状态;第二增益状态是LNA的增益值比最大值降低预设的减小值(比如图3中的30dB),MIXER和PGA的增益值为最大增益值的状态;第三增益状态是LNA和PGA的增益值比最大值降低预设的减小值,MIXER的增益值为最大增益值的状态。
恒包络接收机的起始状态总是处于最大增益状态,比如说,在恒包络接收机开机时,将LNA、MIXER和PGA的增益值设置为最大增益值。如果此时检测到RF前端有饱(即输入信号强度出现饱和)或者限幅放大器的输入过大(即RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值),增益值有一个大的降低,比如,图中给出例子为30dB,但实际系统中可以调整。在第二增益状态下,如果还是检测到RF前端饱和或限幅放大器输入过大,增益值进一步降低,到达第三增益状态(即最低增益状态)。反之,如果接收机不是在最大增益状态,RF前端没有饱和而限幅放大器输入过低(即RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值),AGC调整会增加系统增益。如图3所示,从最大到最小增益或反之,都可以在两步内调整到位。
此外,如果每次调整的步子过大,有可能会使系统的信噪比降低到不能接收的范围,如果接收机的参数出现这种限制,也可以用相同的原理,多加入一级增益调整,实现自动增益控制。
图4给出了一个遵循图3逻辑设计的两级AGC调整的方案结果,可以看出系统的增益控制非常简单。另外,图中给出了两条曲线,401是输入信号增加时的调整曲线,此处假设,限幅放大器的增益范围是40dB,当输入信号由-100分贝毫伏(dBm)增加到-60dBm时,限幅放大器的RSSI指示最大值,接收机的增益值减小30dB;当输入信号增加到-30dBm时,限幅放大器的RSSI指示再次指示最大值,接收机的增益值再次减小30dB。图中402是输入信号减小时的调整曲线,当输入信号分别降低到-40dBm和-70dBm时,限幅放大器的RSSI指示达到最小值,接收机的增益值都相应增加30dB。可以看出,通过合理设置预设的增加值和预设的减小值,配合限幅放大器的固定增益值,就可以产生一个滞缓区域,图4例子中显示为10dB,这可以保证AGC系统不会进入无益的震荡状态。
在本实施方式中,通过使接收机的起始状态处于最大增益状态,可以使得在接收信号小的情况下,接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调。按照本发明的原理,即使起始状态不在最大增益状态,系统也会进行正确的增益调整;但是,通常来说,最大增益状态是最容易出现的状态,尤其是接收机处于一直监听状态时,起始状态设置于最大增益状态,可以减少不必要的调整。
上面各种方法的步骤划分,只是为了描述清楚,实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分,分解为多个步骤,只要包含相同的逻辑关系,都在本专利的保护范围内;对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计,但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第四实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制装置,如图5所示,图中所示为整个接收机的架构,包含:低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA、限幅放大器、自动增益控制器AGC和射频峰值检测器。
其中,射频峰值检测器,检测LNA的输入信号强度,并输出给AGC,当输入信号太大时,引发AGC系统快速降低增益,以避免RF前端出现饱和。
限幅放大器将滤波后的信号放大到一定的强度,该限幅放大器的增益值是固定值。此时信号主要包含有用信息,因为是恒包络调制,经过限幅放大就可以去除不相关的幅度信息,而不影响相位信息。限幅放大器的输出可以用于基带信息的解调,同时限幅放大器也计算接收信号的强度指示RSSI,并输出给AGC。例如,限幅放大器可以分为五级六个输出检测点,当某点对应的输出超出某个门限值时,输出为1,否则为零。因此,当输入信号达到限幅放大器所能指示的最大值时,输出为111111,当输入信号低于限幅放大器所能指示的最小值时,输出为000000。中间状态可以为011111,001111,000111,000011,000001等。此外,本领域技术人员可以理解,此处给出的接收信号的强度指示为离散信号,也可以用连续信号输出来指示信号的强度。
自动增益控制器AGC,根据来自射频峰值检测器的输入信号强度和来自限幅放大器的RSSI,调整恒包络接收机的增益值,直到输入信号强度未出现饱和,且RSSI未达到限幅放大器所能指示的最大值,且RSSI未低于限幅放大器所能指示的最小值;其中,AGC在输入信号强度出现饱和,或者RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时,将恒包络接收机的增益值降低预设的减小值;在输入信号强度未出现饱和,且RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值时,将恒包络接收机的增益值增加预设的增加值;恒包络接收机的增益值为低噪声放大器LNA、射频混频器MIXER、可编程增益放大器PGA和限幅放大器的增益值之和;限幅放大器的增益值为固定值。
此外,值得一提的是,AGC还设置预设的增加值和预设的减小值,通过合理的增加值和减小值,配合限幅放大器的固定增益值,可以产生一个滞缓区域,保证AGC系统不会进入无益的震荡状态。此外,预设的增加值和预设的减小值小于或者等于限幅放大器的增益值;并根据需要的滞缓区域的大小确定增加值和减小值,以确保能产生滞缓区域。
不难发现,本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例,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。
值得一提的是,本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块,在实际应用中,一个逻辑单元可以是一个物理单元,也可以是一个物理单元的一部分,还可以以多个物理单元的组合实现。此外,为了突出本发明的创新部分,本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入,但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第五实施方式涉及一种恒包络接收机的自动增益控制装置。第五实施方式与第四实施方式大致相同,主要区别之处在于:在第四实施方式中,根据低噪声放大器的输入信号强度和限幅放大器输出的接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值。而在本发明第五实施方式中,根据低噪声放大器的输入信号强度、射频混频器的输入信号强度和限幅放大器输出的接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值。
具体地说,如图6所示,可以利用两个射频峰值检测器:第一射频峰值检测器和第二射频峰值检测器,分别检测低噪声放大器LNA的输入信号强度和射频混频器MIXER的输入信号强度;相应地,AGC在判断输入信号强度是否出现饱和时,做相应的调整,即在LNA的输入信号强度出现饱和或者MIXER的输入信号强度出现饱和时,判定输入信号强度出现饱和;在LNA的输入信号强度未出现饱和,且MIXER的输入信号强度未出现饱和时,判定输入信号强度未出现饱和。
通过采用两个射频峰值检测器同时检测低噪声放大器和射频混频器的输入信号强度,可以保证即使低噪声放大器和射频混频器达到饱和时所对应的射频输入信号不同,两者也都不会饱和。需要说明的是,这里描述的只是一种实现方式。对于本行业技术人员来说,可以将以上实现引申到只用其中一个峰值检测器。例如,如果低噪声放大器和射频混频器的非线性性能受限于射频混频器,则可以只检测混频器的输入信号强度,并进行相应的处理;反之亦然。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应,因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二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,在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现,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二实施方式中。
此外,在不改变第四实施方式或者第五实施方式的结构的情况下,在进行自动增益控制之前,LNA、MIXER和PGA设置各自的增益值为最大增益值,即恒包络接收机起始状态总是处于最大增益。通过使接收机的起始状态处于最大增益状态,可以使得在接收信号小的情况下,接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调,进一步提升了自动增益控制的速度。
由于LNA、MIXER和PGA的增益值都是可调的,因此,则根据接收信号的强度指示,调整恒包络接收机的增益值时,可以调整LNA、MIXER和PGA中的一个或者几个的增益值。比如说,AGC在第一次判定输入信号强度出现饱和,或者RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时,将LNA的增益值降低预设的减小值;在第二次判定输入信号强度出现饱和,或者RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值时,将LNA和PGA的增益值降低预设的减小值;在第一次判定RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值时,将LNA的增益值增加预设的增加值;在第二次判定RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值,则将LNA和PGA的增益值增加预设的增加值。
也就是说,恒包络接收机起始状态总是处于最大增益,如果此时检测到RF前端有饱(即输入信号强度出现饱和)或者限幅放大器的输入过大(即RSSI达到限幅放大器所能指示的最大值),增益值有一个大的降低,比如,图中给出例子为30dB,但实际系统中可以调整。在第二增益状态下,如果还是检测到RF前端饱和或限幅放大器输入过大,增益值进一步降低,到达第三增益状态(即最低增益状态)。反之,如果接收机不是在最大增益状态,RF前端没有饱和而限幅放大器输入过低(即RSSI低于限幅放大器所能指示的最小值),AGC调整会增加系统增益。从最大到最小增益或反之,都可以在两步内调整到位。其中,恒包络接收机处于最大增益状态是恒包络接收机中LNA、MIXER和PGA的增益值设置为最大增益值的状态;第二增益状态是LNA的增益值比最大值降低预设的减小值,MIXER和PGA的增益值为最大增益值的状态;第三增益状态是LNA和PGA的增益值比最大值降低预设的减小值,MIXER的增益值为最大增益值的状态。
此外,如果每次调整的步子过大,有可能会使系统的信噪比降低到不能接收的范围,如果接收机的参数出现这种限制,也可以用相同的原理,多加入一级增益调整,实现自动增益控制。
在使接收机的起始状态处于最大增益状态时,可以使得在接收信号小的情况下,接收机的增益值不必调整就可以进行后续的解调。按照本发明的原理,即使起始状态不在最大增益状态,系统也会进行正确的增益调整;但是,通常来说,最大增益状态是最容易出现的状态,尤其是接收机处于一直监听状态时,起始状态设置于最大增益状态,可以减少不必要的调整。
本领域的普通技术人员可以理解,上述各实施方式是实现本发明的具体实施例,而在实际应用中,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。