CN102932301B - 一种实现快速收敛的自动增益控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现快速收敛的自动增益控制装置及方法。该装置包括：增益调整模块，对接收到的模拟信号进行增益调整，将模拟信号采样量化为数字信号输出给平均功率估计模块；平均功率估计模块，估计增益调整模块输出的采样信号的平均功率；平均功率误差计算模块，计算平均功率与参考功率的误差；阈值判断模块，通过比较平均功率误差与开启阈值的大小决定是否进行增益调整；计数模块，设定调整增益的最大迭代次数，在调整次数大于最大迭代次数的情况下提前结束增益调整更换加权系数；加权系数存储模块，用于存储加权系数；误差增益计算模块，将平均功率误差结合加权系数得到相应的误差增益。本发明增益调整更具可靠性，能够更快收敛。
Description
技术领域
本发明涉及采用OFDM技术的移动数字多媒体数字接收机的自动增益控制技术领域，特别是涉及一种实现快速收敛的自动增益控制装置及方法。
背景技术
在无线通信中为了获得更高的数据速率和应对严重的多径衰落，采用正交频分复用(OFDM)技术。OFDM技术采用多载波调制(MCM)，把信息流分成若干个并行数据流，然后将数据流调制到相互正交的单个子载波上进行传输。OFDM各个子载波间相互正交，减小了码间干扰，提高了频谱利用率，有效抵抗窄带干扰。
在无线通信系统中，随着传输距离的变化、移动终端的高速运动等因素的影响，信号在空间传播过程中存在明显衰落，导致接收机端输入信号幅度变化范围很大，因此在接收机前端需要一个幅度控制系统，自动增益控制(AGC)系统能保证在接收信号剧烈变化的情况下输出功率稳定的信号。
AGC系统是一种在输入信号幅度变化很大的情况下使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围变化的控制系统。在移动数字多媒体广播系统中，信号是大动态范围、高峰均比的OFDM符号，接收机输入信号从几个μV到几百mV信号增益相差几十dB，动态范围很大，需要AGC保证适时调整接收信号增益，所以要设计一个收敛快速，性能稳定的AGC系统。
数字AGC算法灵活，反应时间快，但是目前的数字AGC算法由于受VGA调整速度的影响导致收敛速度较慢。本发明采用快速收敛的AGC系统能更好跟踪信号变化收敛快速，对信号的调整控制及时有效。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种实现快速收敛的自动增益控制装置及方法，以降低自动增益控制系统的功耗，提高接收信号幅度稳定性。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种实现快速收敛的自动增益控制装置，应用于采用OFDM技术的接收机，包括：
增益调整模块，用于根据误差增益计算模块计算得到的误差增益对接收到的模拟信号进行调整，并将模拟信号采样量化为数字信号后输出给平均功率估计模块；
平均功率估计模块，用于估计增益调整模块输出的采样信号的平均功率，并将该平均功率输出给平均功率误差计算模块；
平均功率误差计算模块，用于计算平均功率与参考功率的差，并将得到的平均功率误差输出给阈值判断模块；
阈值判断模块，用于根据平均功率误差的大小决定是否进行误差增益计算，如果平均功率误差大于开启阈值，则开启误差增益计算模块；如果平均功率误差小于开启阈值，则关闭误差增益计算模块，不进行增益调整，数据直接进入内接收机；
计数模块，用于统计连续增益调整不成功次数，设定连续增益调整的最大迭代次数是Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数，当连续增益调整不成功次数大于Mc的时候，提前结束调整更换加权系数；其中，连续增益调整不成功是指连续Mc次平均功率误差的绝对值大于CupdB；
加权系数存储模块，用于存储加权系数；
误差增益计算模块，用于将平均功率误差结合加权系数得到相应的误差增益，并将误差增益输出给增益调整模块。
为达到上述目的，本发明还提供了一种实现快速收敛的自动增益控制方法，应用于所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，包括：
增益调整模块接收模拟信号，根据误差增益计算模块返回的误差增益对输入模拟数据进行增益调整，之后模数转换器对模拟量进行抽样量化成为数字信号输出给平均功率估计模块；
平均功率估计模块接收模数转换器输出的数字信号并进行采样，对采样数据求平均功率，输出给平均功率误差计算模块；
平均功率误差计算模块将接收的平均功率与参考功率相减得到平均功率误差，输出给阈值判定模块；
阈值判定模块根据平均功率误差的大小决定是否开启误差增益计算，当采样数据的平均功率误差大于开启阈值的时候，则开启误差增益计算，当采样数据的平均功率误差小于开启阈值的时候，则关闭误差增益计算，数据不经调整直接进入数字内接收机；
计算模块设定允许连续增益调整不成功次数的最大值Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数；当连续增益调整不成功次数大于Mc的时候，终止增益调整，从加权系数存储模块存储的加权系数中更新另一组加权系数输出给误差增益计算模块重新开始增益调整；
误差增益计算模块根据接收的加权系数，以及前后两次采样得到的平均功率误差进行乘加法，得到需要调整的误差增益，并将误差增益反馈给增益调整模块进行增益调整。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的实现快速收敛的自动增益控制装置及方法，通过阈值判断决定是否开启增益调整，进而降低自动增益控制系统的功耗，通过设定迭代次数，能够使数据快速收敛，进而提高接收信号幅度稳定性。
2、本发明提供的实现快速收敛的自动增益控制装置及方法，与现有自动增益控制技术相比，能够更快速的跟踪信号变化，及时做出调整，避免调整长时间不收敛，设定阈值判断可以在节约功耗的同时对信号幅度的调整更准确。
附图说明
图1是依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置的结构示意图；
图2是依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置中平均功率估计模块的结构示意图；
图3是依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置中平均功率误差计算模块的结构示意图；
图4是依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置中误差增益计算模块的结构示意图；
图5是依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置中计数模块及加权系数存储模块的结构示意图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置的结构示意图，该自动增益控制装置应用于采用OFDM技术的接收机，包括增益调整模块、平均功率估计模块、平均功率误差计算模块、阈值判断模块、计数模块、加权系数存储模块和误差增益计算模块。
其中，增益调整模块用于根据误差增益计算模块计算得到的误差增益对接收到的模拟信号进行调整，并将模拟信号采样量化为数字信号后输出给平均功率估计模块。平均功率估计模块用于估计增益调整模块输出的采样信号的平均功率，并将该平均功率输出给平均功率误差计算模块。平均功率误差计算模块用于计算平均功率与参考功率的差，并将得到的平均功率误差输出给阈值判断模块。阈值判断模块用于根据平均功率误差的大小决定是否进行误差增益计算，如果平均功率误差大于开启阈值，则开启误差增益计算模块；如果平均功率误差小于开启阈值，则关闭误差增益计算模块，不进行增益调整，数据直接进入内接收机。计数模块用于统计连续增益调整不成功次数，设定连续增益调整的最大迭代次数是Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数，当连续增益调整不成功次数大于Mc的时候，提前结束调整更换加权系数；其中，连续增益调整不成功是指连续Mc次平均功率误差的绝对值大于CupdB。加权系数存储模块用于存储加权系数。误差增益计算模块用于将平均功率误差结合加权系数得到相应的误差增益，并将误差增益输出给增益调整模块。
增益调整模块包括通过外部信号控制放大增益的电压放大器和数模转换器，若误差增益计算模块计算的误差增益为正数，则该电压放大器就对接收数据幅度进行放大处理；若误差增益计算模块计算的误差增益为负数，则该电压放大器就对接收数据进行相应的缩小处理，处理过的模拟数据信号被送入模数转换器，经过抽样量化变为数字信号输出给平均功率估计模块。经过下变频的模拟数据首先进入增益调整模块，该模块所含的可调增益放大器根据误差增益对模拟信号进行放大和缩小处理，幅度调整后的数据经过模数转换器转换成数字信号输出给平均功率估计模块。
如图2所示，平均功率估计模块包括乘累加单元、除法单元和对数运算单元，其中乘累加单元对采样时间内接收的采样数字信号的幅度求平方和，除法单元再对得到的平方和做除法得到平均功率，然后对数运算单元对该平均功率做取对数运算，将功率单位转化为增益单位dB，得到以dB为单位的平均功率。其中I、Q分别表示两路信号，110是平方运算，111是累加运算，累加长度N由采样点数决定，112是求平均值运算，113是对数运算。平均功率的表达式是：Pave＝10log10[(∑N(I2+Q2))/N]。
如图3所示，平均功率误差计算模块包括减法单元，该减法单元将接收到的平均功率与参考功率Pref相减，得到平均功率误差Perr，并输出给阈值判断模块。阈值判断模块中设定有开启阈值CupdB，所述平均功率误差计算模块输入的平均功率误差若超过开启阈值，则开启误差增益计算模块进行增益调整；若平均功率未超过开启阈值，则关闭误差增益计算模块，将输入数据直接连入内接收机。
阈值判断模块13根据平均功率误差是否超过开启阈值决定是否进行误差增益计算，一个3选1单元的输出分别连接误差增益计算模块、计数模块以及旁路误差增益模块直连输出。当平均功率误差小于开启阈值，关闭误差增益计算模块，不对输入数据进行调整，数据直接进入后续基带信号处理；如果平均功率误差大于开启阈值，开启误差增益计算，数据被送入误差增益计算模块；如果平均功率误差大于开启阈值，那么计数器累加一，当连续Mc次采样数据的平均功率误差的绝对值大于上限CupdB，即计数器值达到Mc时，当前加权系数增益调整失败，数据不收敛，则从加权系数存储模块中更换一组加权系数继续进行增益调整。
计数模块设定有连续增益调整的最大迭代次数Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数，若计数没有到达最大迭代次数，则继续进行增益调整；若计数达到最大迭代次数，则终止增益调整，改变加权系数，重新进行采样、估计及调整。加权系数存储模块用于存储当前采样和上一次采样得到的平均功率误差，以及存储至少两组不同的加权系数。
误差增益计算模块包括乘法单元和加法单元，将前后两次采样的平均功率误差分别乘以加权系数后再相加，得到误差增益，再将误差增益反馈给增益调整模块。
如图4所示，误差增益计算模块的结构示意图，误差增益ΔG(n)的表达式是：ΔG(n)＝KpΔG(n)+KjΔG(n-1)，ΔG(n)的值由两部分决定共同：上次采样得到的误差增益ΔG(n-1)，和本次采样数据的误差增益ΔG(n)，Kp和Kj是加权系数，Td表示前后两次采样值之间的延迟时间即采样间隔。
如图5所示，计数器对连续增益调整不成功次数进行计数，设定装置允许连续调整不成功次数的最大值为Mc，若采样平均功率误差的绝对值大于上限CupdB，认为调整不成功，计数器累加一次，当连续增益调整均未成功计数值达到Mc时，当前调整失败数据不收敛，提前结束调整，更换加权系数，对下一组采样值进行新一轮调整，同时计数模块重置为初始值零。
基于图1至图5示出的依照本发明实施例的快速收敛的自动增益控制装置的结构示意图，本发明实施例还提供了一种快速收敛的自动增益控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：增益调整模块接收模拟信号，根据误差增益计算模块返回的误差增益对输入模拟数据进行增益调整，之后模数转换器对模拟量进行抽样量化成为数字信号输出给平均功率估计模块；
步骤2：平均功率估计模块接收模数转换器输出的数字信号并进行采样，对采样数据求平均功率，输出给平均功率误差计算模块；平均功率的表达式为Pave＝10log10[(∑N(I2+Q2))/N]；I和Q表示接收到两路信号分量，N是采样点数。
步骤3：平均功率误差计算模块将接收的平均功率与参考功率相减得到平均功率误差，输出给阈值判定模块；
步骤4：阈值判断模块根据平均功率误差的大小决定是否开启误差增益计算，当采样数据的平均功率误差大于开启阈值的时候，则开启误差增益计算，当采样数据的平均功率误差小于开启阈值的时候，则关闭误差增益计算，数据不经调整直接进入数字内接收机；
步骤5：计算模块设定允许连续增益调整不成功次数的最大值Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数；当连续增益调整不成功次数大于Mc的时候，终止增益调整，从加权系数存储模块存储的加权系数中更新另一组加权系数输出给误差增益计算模块重新开始增益调整；
步骤6：误差增益计算模块根据接收的加权系数，以及前后两次采样得到的平均功率误差进行乘加法，得到需要调整的误差增益，并将误差增益反馈给增益调整模块进行增益调整。误差增益ΔG(n)的表达式是：ΔG(n)＝KpΔG(n)+KjΔG(n-1)；加权系数是Kp和Kj。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种实现快速收敛的自动增益控制装置，应用于采用OFDM技术的接收机，其特征在于，包括：
增益调整模块，用于根据误差增益计算模块计算得到的误差增益对接收到的模拟信号进行调整，并将模拟信号采样量化为数字信号后输出给平均功率估计模块；
平均功率估计模块，用于估计增益调整模块输出的采样信号的平均功率，并将该平均功率输出给平均功率误差计算模块；
平均功率误差计算模块，用于计算平均功率与参考功率的差，并将得到的平均功率误差输出给阈值判断模块；
阈值判断模块，用于根据平均功率误差的大小决定是否进行误差增益计算，如果平均功率误差大于开启阈值，则开启误差增益计算模块；如果平均功率误差小于等于开启阈值，则关闭误差增益计算模块，不进行增益调整，数据直接进入内接收机；
计数模块，用于统计连续增益调整不成功次数，设定连续增益调整的最大迭代次数是Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数，当连续增益调整不成功次数达到Mc的时候，提前结束调整，更换加权系数；其中，增益调整不成功是指平均功率误差的绝对值大于开启阈值Cup dB；
加权系数存储模块，用于存储加权系数；
误差增益计算模块，用于将平均功率误差结合加权系数得到相应的误差增益，并将误差增益输出给增益调整模块。
2.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述增益调整模块包括通过外部信号控制放大增益的电压放大器和模数转换器，若误差增益计算模块计算的误差增益为正数，则该电压放大器就对接收数据幅度进行放大处理；若误差增益计算模块计算的误差增益为负数，则该电压放大器就对接收数据进行相应的缩小处理，处理过的模拟信号被送入模数转换器，经过抽样量化变为数字信号输出给平均功率估计模块。
3.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述平均功率估计模块包括乘累加单元、除法单元和对数运算单元，其中乘累加单元对采样时间内接收的采样数字信号的幅度求平方和，除法单元再对得到的平方和做除法得到平均功率，然后对数运算单元对该平均功率做取对数运算，将功率单位转化为增益单位dB，得到以dB为单位的平均功率。
4.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述平均功率误差计算模块包括减法单元，该减法单元将接收到的平均功率与参考功率Pref相减，得到平均功率误差Perr，并输出给阈值判断模块。
5.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述阈值判断模块中设定有开启阈值Cup dB，所述平均功率误差计算模块输入的平均功率误差若大于开启阈值，则开启误差增益计算模块进行增益调整；若平均功率误差小于等于开启阈值，则关闭误差增益计算模块，将输入数据直接连入内接收机。
6.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述计数模块设定有连续增益调整的最大迭代次数Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数，若计数没有达到最大迭代次数，则继续进行增益调整；若计数达到最大迭代次数，则终止增益调整，改变加权系数，重新进行采样、估计及调整。
7.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述加权系数存储模块用于存储至少两组不同的加权系数。
8.根据权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，所述误差增益计算模块包括乘法单元和加法单元，将前后两次采样的平均功率误差分别乘以加权系数后再相加，得到误差增益，再将误差增益反馈给增益调整模块。
9.一种实现快速收敛的自动增益控制方法，应用于权利要求1所述的实现快速收敛的自动增益控制装置，其特征在于，包括：
增益调整模块接收模拟信号，根据误差增益计算模块返回的误差增益对输入模拟信号进行增益调整，之后模数转换器对模拟信号进行抽样量化成为数字信号输出给平均功率估计模块；
平均功率估计模块接收模数转换器输出的数字信号并进行采样，对采样数据求平均功率，输出给平均功率误差计算模块；
平均功率误差计算模块将接收的平均功率与参考功率相减得到平均功率误差，输出给阈值判断模块；
阈值判断模块根据平均功率误差的大小决定是否开启误差增益计算，当采样数据的平均功率误差大于开启阈值的时候，则开启误差增益计算，当采样数据的平均功率误差小于等于开启阈值的时候，则关闭误差增益计算，数据不经调整直接进入数字内接收机；
计数模块设定允许连续增益调整不成功次数的最大值Mc，对连续增益调整不成功次数进行计数；当连续增益调整不成功次数达到Mc的时候，终止增益调整，从加权系数存储模块存储的加权系数中更新另一组加权系数输出给误差增益计算模块重新开始增益调整；
误差增益计算模块根据接收的加权系数，以及前后两次采样得到的平均功率误差，将前后两次采样得到的平均功率误差分别乘以加权系数后再相加，得到需要调整的误差增益，并将误差增益反馈给增益调整模块进行增益调整。
10.根据权利要求9所述的实现快速收敛的自动增益控制方法，其特征在于，所述平均功率的表达式为Pave＝10log10[(∑N(I2+Q2))/N]；I和Q表示接收到的两路信号分量，N是采样点数。
11.根据权利要求9所述的实现快速收敛的自动增益控制方法，其特征在于，所述误差增益ΔG(n)的表达式是：ΔG(n)＝KpΔG(n)+KjΔG(n-1)；加权系数是Kp和Kj，其中，n表示进行第n次误差增益计算，ΔG(n)表示当前进行的第n次误差增益，ΔG(n-1)表示上次进行的第n-1次计算得到的误差增益，且n为大于等于1的整数，ΔG(0)等于零。
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Effective date of registration: 20220428 Address after: 510000 room 710, Jianshe building, No. 348, Kaifa Avenue, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong Patentee after: Ruili flat core Microelectronics (Guangzhou) Co.,Ltd. Address before: 510000 601, building a, 136 Kaiyuan Avenue, Huangpu District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee before: AoXin integrated circuit technology (Guangdong) Co.,Ltd. |
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