CN103327600A - 一种射频链路增益自动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种射频链路增益自动控制装置及方法，包括：处理器分别与第一数控衰减器、第二数控衰减器，第三数控衰减器，模拟下变频器，模数转换器、现场可编程门阵列、数模转换器、模拟上变频器电连接；所述的第一数控衰减器、第二数控衰减器分别与模拟下变频器连接；所述的模拟下变频器、模数转换器、现场可编程门阵列、数模转换器、模拟上变频器、第三数控衰减器依次连接。本发明通过结合链路增益控制、反馈通道信号功率调节控制及信号电平控制使整个射频链路的增益均得到有效控制，从而为后级信号处理模块提供增益受控的输出信号。

Description

一种射频链路增益自动控制装置及方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，具体涉及一种无线射频信号的自动增益控制(AGC)的实现装置及方法。

背景技术

在无线信号覆盖系统中，由于受无线射频信号的功率损耗及多径衰落等因素影响，导致其接收前端接收到的信号强弱不同，如果接收到的信号太大，可能会超出系统的线性放大范围；接收的信号较弱时，可能难以识别。同时，无线信号覆盖系统还要求指定频带范围内射频发射前端的临道和次临道功率泄漏较小，且输出通道功率放大器的效率较高。这就需要整个射频链路上必须有较大的接收动态范围和较高的发射功放效率。

传统的射频增益自动控制方法多采用模拟功率检测电路，如果检测到接收信号太大，则将放大器射频AGC(Automatic vlume control，自动增益控制)值调低；如果检测到接收信号太小，则将放大器增益值调高。或者，采用接收机数字化中频或基带，直接获取增益控制反馈信号。其在整个链路增益控制效果上并不理想；且只有单一信号通道，即只针对输入或输出信号之一进行自动增益调节，从而影响无线信号覆盖系统的覆盖效果。

发明内容

针对上述问题的现有解决方案在实际应用中存在射频链路增益自动控制调节不准的问题，本发明的目的在于提供一种射频链路增益自动控制装置及方法，以提高无线信号覆盖系统的工作效能。

为了实现上述目的，本发明提供一种射频链路增益自动控制装置，所述装置包括：

微处理器分别与第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器、模拟下变频器、模数转换器、现场可编程门阵列、数模转换器、模拟上变频器电连接；所述的第一数控衰减器、第二数控衰减器分别与模拟下变频器连接；所述的模拟下变频器、模数转换器、现场可编程门阵列、数模转换器、模拟上变频器、第三数控衰减器依次连接；其中，

现场可编程门阵列，包含第一减法器、第二减法器和基准寄存器；

微处理器，用于驱动并控制与之连接器件的工作状态；

第一数控衰减器，是输入增益控制器，用于对输入通道提供增益控制值，输入通道的增益调整值由第一减法器计算获取；

第二数控衰减器，是反馈增益控制器，用于对反馈通道提供增益控制值，反馈通道的增益调整值由第二减法器计算获取；

第三数控衰减器，是输出增益控制器，用于对输出通道提供增益控制值，输出通道的增益调整值从现场可编程门阵列获取；以及

模拟下变频器，对输入和反馈信号进行混频处理并转换成模拟中频信号；模数转换器，将模拟中频信号转换成数字中频信号，并检测输入信号功率值和反馈信号功率值；现场可编程门阵列，用于对接收的信号功率值进行动态计算，并将动态增益调整值传输到第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器；数模转换器，将现场可编程门阵列输出的数字信号进行数模转换后，依次经过模拟上变频器和第三数控衰减器处理后输出增益受控的射频信号；所述的第一数控衰减器的输入端作为射频链路增益自动控制装置的输入信号输入端；所述的第二数控衰减器的输入端作为射频链路增益自动控制装置的反馈信号输入端；所述的第三数控衰减器的输出端作为射频链路增益自动控制装置的输出端。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种射频链路增益自动控制方法，包括：

步骤A：上电初始化时，根据现场应用环境，预先配置第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器的默认增益值，以及现场可编程阵列中寄存器的基准功率P0、功率启控门限Pth和缓冲门限Pn；

步骤B：模数转换器按照设定采样频率检测输入信号和反馈信号，将模拟信号转换成数字信号，并检测输入信号功率值P1和反馈信号功率值P2；

步骤C：判断输入信号功率P1是否大于现场可编程阵列中配置的功率启控门限Pth，

如果大于，则输入通道的动态增益调整值ΔDCA1通过现场可编程门阵列中第一减法器按照ΔDCA1＝P1-P0计算获得，反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2通过现场可编程门阵列中第二减法器按照ΔDCA2＝P2-Pth计算获得，输出通道的动态增益调整值ΔDCA3通过现场可编程门阵列按照ΔDCA3＝DCA2计算获得；

否则，输入通道的动态增益调整值ΔDCA1通过现场可编程门阵列中第一减法器按照ΔDCA1＝P1-P0计算获得，反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2通过现场可编程门阵列中第二减法器ΔDCA2＝P2-P1计算获得，输出通道的动态增益调整值ΔDCA3通过现场可编程门阵列按照ΔDCA3＝ΔDCA1+ΔDCA2计算获得；

步骤D：判断输入通道的动态增益调整值ΔDCA1是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA1调整第一数控衰减器的增益值，实现调整输入信号功率目的；否则，直接进入步骤E；

步骤E：判断反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA2，调整第二数控衰减器的增益值，实现调整反馈信号功率目的；否则，直接进入步骤F；

步骤F：判断输出通道的动态增益调整值ΔDCA3是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA3，调整第三数控衰减器的增益值，实现调整输出信号功率目的，并从输出端输出调整后的射频输出信号；否则，返回步骤B，继续检测输入和反馈信号。

本发明引入输入增益控制、输出增益控制和反馈增益调节方式，使整个射频链路的增益水平均得到有效控制。输入增益控制使模数转换器工作处于最佳的动态范围内，为后续的中频或基带数字信号处理提供更优质的信源；输出增益控制通过检测输入信号、调节输出信号功率，可提高后级功放效率，避免后级功放的损坏；反馈增益调节通过检测反馈信号功率大小，并微调输出信号增益大小，从而保证增益控制精度。

附图说明

图1为本发明射频链路增益自动控制装置的结构原理示意图；

图2为本发明射频链路增益自动控制装置的优选实施例的系统结构示意图；

图3为本发明射频链路增益自动控制方法的流程图

其中：

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

参照图1，本发明射频链路自动增益控制装置1包括：微处理器20分别与第一数控衰减器9、第二数控衰减器10、第三数控衰减器19、模拟下变频器11、模数转换器12、现场可编程门阵列13、数模转换器17、模拟上变频器18电连接；所述的第一数控衰减器9、第二数控衰减器10分别与模拟下变频器11连接；所述的模拟下变频器11、模数转换器12、现场可编程门阵列13、数模转换器17、模拟上变频器18、第三数控衰减器19依次连接；其中，

现场可编程门阵列13，包含第一减法器15、第二减法器16和基准寄存器14；

微处理器20，用于驱动并控制与之连接器件的工作状态，微处理器20可通过其对应管脚和电路，控制装置中其他器件或模块的工作。

第一数控衰减器9，是输入增益控制器，用于对输入通道提供增益控制值，输入通道的增益调整值由第一减法器15计算获取；

第二数控衰减器10，是反馈增益控制器，用于对反馈通道提供增益控制值，反馈通道的增益调整值由第二减法器16计算获取；

第三数控衰减器19，是输出增益控制器，用于对输出通道提供增益控制值，输出通道的增益调整值从现场可编程门阵列13获取；以及

模拟下变频器11，对输入和反馈信号进行混频处理并转换成模拟中频信号后，传输到模数转换器12，数模转换器12采用双通道输入，兼具功率计数器功能，故可将模拟中频信号转换成数字中频信号并检测输入信号功率值P1和反馈信号功率值P2。经模数转换器12处理后的数字中频信号进入现场可编程门阵列(FPGA)13中进行动态增益调整值计算，分别由第一减法器15计算输入通道的动态增益调整值并反馈给第一数控衰减器9，第二减法器16计算反馈通道的动态增益调整值并反馈给第二数控衰减器10，实现对输入通道、反馈通道的信号进行动态增益调节，确保了进入模数转换器12的信号不会发生溢出。同时，现场可编程门阵列13综合输入通道和反馈通道的动态增益调整值，对应获得输出通道的动态增益调整值。现场可编程门阵列13输出的数字中频信号，通过数模转换器17转换成模拟输出中频信号，经过模拟上变频器18转换成输出射频信号进入第三数控衰减器19。第三数控衰减器19根据输出通道的动态增益调整值，完成输出信号功率的调节，实现射频链路自动增益控制功能。

所述的第一数控衰减器9的输入端作为射频链路增益自动控制装置1的输入信号输入端；所述的第二数控衰减器10的输入端作为射频链路增益自动控制装置1的反馈信号输入端；第三数控衰减器19的输出端作为射频链路增益自动控制装置1的输出端，并输出增益受控的射频信号。

参照图2为本发明的优选实施例示意图，在无线信号覆盖系统如数字直放站、射频拉远单元(RRU)中，本发明所述的射频链路自动增益控制装置1与功率放大模块2、数字信号处理单元6分别连接，功率放大模块2与耦合器3、双工滤波器4、天线5依次连接构成无线信号覆盖系统，天线5发射端作为系统信号的输出端。可以理解，该无线信号覆盖系统中还应包括监控模块7、电源模块8等部分。射频输入信号和反馈信号通过两个端口分别输入到本射频链路自动增益控制模块1中，经过处理后输出增益受控的射频输出信号。该信号经过功放模块2放大后，进入耦合器3，射频输出信号经由耦合器3的主输出端输出，经过双工滤波器4和天线5，将增益受控的射频输出信号发射出去；同时少量耦合信号经由副输出端反馈给射频链路增益自动控制模块1用作增益的反馈控制。

所述的射频链路自动增益控制装置1与数字信号处理单元6连接，实现基带信号的信息交互，数字信号处理模块6做如数字上\下变频(DUC\DDC)、数字预失真(DPD)、削峰(CFR)、回波消除(ICS)等处理时，因本发明所述的射频链路自动增益控制装置1提供增益受控的优质信源则会更为高效。所述的射频链路自动增益控制装置1输出到后级功率放大模块2的射频信号因为增益受控，功率放大模块2的效率亦可提高。

下面参照图3对本发明的射频链路增益自动控制方法进行详细说明，

步骤A：上电初始化时，根据现场应用环境，预先配置第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器的默认增益值，以及现场可编程阵列中寄存器的基准功率P0、功率启控门限Pth和缓冲门限Pn；所述的基准功率P0为参考功率值，所述的功率启控门限Pth用于设置信号功率临界值，所述的缓冲门限Pn用于设置增益调节步长；

步骤B：模数转换器按照设定采样频率检测输入信号和反馈信号，将模拟信号转换成数字信号，并检测输入信号功率值P1和反馈信号功率值P2；

步骤C：判断输入信号功率P1是否大于现场可编程阵列中配置的功率启控门限Pth，

如果大于，输入通道的动态增益调整值ΔDCA1通过现场可编程门阵列中第一减法器按照ΔDCA1＝P1-P0计算获得，反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2通过现场可编程门阵列中第二减法器按照ΔDCA2＝P2-Pth计算获得，输出通道的动态增益调整值ΔDCA3通过现场可编程门阵列按照ΔDCA3＝DCA2计算获得；

否则，输入通道的动态增益调整值ΔDCA1通过现场可编程门阵列中第一减法器按照DCA1＝P1-P0计算获得，反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2通过现场可编程门阵列中第二减法器按照ΔDCA2＝P2-P1计算获得，输出通道的动态增益调整值ΔDCA3通过现场可编程门阵列按照ΔDCA3＝ΔDCA1+ΔDCA2计算获得；

步骤D：判断输入通道的动态增益调整值ΔDCA1是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA1调整第一数控衰减器的增益值，实现调整输入信号功率目的；否则，直接进入步骤E；

步骤E：判断反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA2，调整第二数控衰减器的增益值，实现调整反馈信号功率目的；否则，直接进入步骤F；

步骤F：判断输出通道的动态增益调整值ΔDCA3是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA3，调整第三数控衰减器的增益值，实现调整输出信号功率目的，并从输出端输出调整后的射频输出信号；否则，返回步骤B，继续检测输入和反馈信号。

步骤F中经第三数控衰减器的输出端输出的射频输出信号经功率放大模块放大后，依次经耦合器主输出端、双工滤波器处理后通过天线发射出去。

以上所述仅为较佳的实施方式，任何在本专利揭示范围之类的简易变型或替换都涵盖在本专利的保护范围之内。故本专利的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.射频链路增益自动控制装置，其特征在于所述的装置包括：

微处理器分别与第一数控衰减器、第二数控衰减器、第三数控衰减器、模拟下变频器、模数转换器、现场可编程门阵列、数模转换器、模拟上变频器电连接；所述的第一数控衰减器、第二数控衰减器分别与模拟下变频器连接；所述的模拟下变频器、模数转换器、现场可编程门阵列、数模转换器、模拟上变频器、第三数控衰减器依次连接；其中，

现场可编程门阵列，包含第一减法器、第二减法器和基准寄存器；

微处理器，用于驱动并控制与之连接器件的工作状态；

第一数控衰减器，是输入增益控制器，用于对输入通道提供增益控制值，输入通道的增益调整值由第一减法器计算获取；

第二数控衰减器，是反馈增益控制器，用于对反馈通道提供增益控制值，反馈通道的增益调整值由第二减法器计算获取；

第三数控衰减器，是输出增益控制器，用于对输出通道提供增益控制值，输出通道的增益调整值从现场可编程门阵列获取；以及

模拟下变频器，对输入和反馈信号进行混频处理并转换成模拟中频信号；模数转换器，将模拟中频信号转换成数字中频信号并检测输入信号功率值和反馈信号功率值；现场可编程门阵列，用于对接收的信号功率值进行动态计算，并将动态增益调整值传输到第一数控衰减器、第二数控衰减器和第三数控衰减器；数模转换器，将现场可编程门阵列输出的数字信号进行数模转换后，依次经过模拟上变频器和第三数控衰减器处理后输出增益受控的射频信号；所述的第一数控衰减器的输入端作为射频链路增益自动控制装置的输入信号输入端；所述的第二数控衰减器的输入端作为射频链路增益自动控制装置的反馈信号输入端；所述的第三数控衰减器的输出端作为射频链路增益自动控制装置的输出端。

2.如权利要求1所述的射频链路增益自动控制装置，其特征在于，所述的现场可编程门阵列与数字信号处理模块连接，实现基带信号的信息交互。

3.如权利要求1所述的射频链路增益自动控制装置，其特征在于，所述的模数转换器采用双通道输入，兼具功率计数器的功能。

4.如权利要求1所述的射频链路增益自动控制装置，其特征在于，所述的现场可编程门阵列与数字信号处理模块连接，所述的第三数控衰减器的输出端与功率放大模块连接，功率放大模块与耦合器、双工滤波器、天线依次连接构成无线信号覆盖系统，天线发射端作为系统信号的输出端。

5.一种采用权利要求1至4中任一项所述装置的射频链路增益自动控制方法，其特征在于，包括：

步骤A：上电初始化时，根据现场应用环境，预先配置第一、第二、第三数控衰减器的默认增益值，以及现场可编程阵列中寄存器的基准功率P0、功率启控门限Pth和缓冲门限Pn；

步骤B：模数转换器按照设定采样频率检测输入信号和反馈信号，将模拟信号转换成数字信号，并检测输入信号功率值P1和反馈信号功率值P2；

步骤C：判断输入信号功率P1是否大于现场可编程阵列中配置的功率启控门限Pth，

如果大于，则输入通道的动态增益调整值ΔDCA1通过现场可编程门阵列中第一减法器按照ΔDCA1＝P1-P0计算获得，反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2通过现场可编程门阵列中第二减法器按公式ΔDCA2＝P2-Pth计算获得，输出通道的动态增益调整值ΔDCA3通过现场可编程门阵列按照ΔDCA3＝DCA2计算获得；

否则，输入通道的动态增益调整值ΔDCA1通过现场可编程门阵列中第一减法器按公式ΔDCA1＝P1-P0计算获得，反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2通过现场可编程门阵列中第二减法器按公式ΔDCA2＝P2-P1计算获得，输出通道的动态增益调整值ΔDCA3通过现场可编程门阵列按照ΔDCA3＝ΔDCA1+ΔDCA2计算获得；

步骤D：判断输入通道的动态增益调整值ΔDCA1是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA1调整第一数控衰减器的增益值，实现调整输入信号功率目的；

否则，直接进入步骤E；

步骤E：判断反馈通道的动态增益调整值ΔDCA2是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA2调整第二数控衰减器的增益值，实现调整反馈信号功率目的；

否则，直接进入步骤F；

步骤F：判断输出通道的动态增益调整值ΔDCA3是否大于现场可编程阵列中配置的缓冲门限Pn，

如果大于，则根据动态增益调整值ΔDCA3调整第三数控衰减器的增益值，实现调整输出信号功率目的，并从输出端输出调整后的射频输出信号；

否则，返回步骤B，继续检测输入和反馈信号。

6.如权利要求5所述的射频链路增益自动控制方法，其特征在于，步骤F中经第三数控衰减器的输出端输出的射频输出信号，经功率放大模块放大后，依次经耦合器主输出端、双工滤波器处理后通过天线发射出去。

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