CN109788464A - 一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法及系统，控制方法应用AGC增益控制模块上，AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连，包括：统计输入信号中IQ两路的幅度信息；幅度信息为IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL‑1)‑1和0的个数，WL为ADC位宽；计算N2个点的滑动平均线性功率；将滑动平均线性功率转换为dB域；基于幅度信息、dB域和DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至RF子系统进行快速自动功率控制。本发明利用蓝牙调制方式的幅度特殊性，实现信号过大或者过小的快速反应；且结合幅度统计与功率统计实现AGC功率调整的准确性。

Description

一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及蓝牙接收机技术领域，具体涉及一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法及系统。

背景技术

通信接收机由于信道变化的不确定性，比如无线信道的快衰落、阴影衰落、路径损耗、有线信道的阻抗变化和干扰噪声等等，导致输入信号的动态范围往往很宽，有的甚至达到90～100dB，这样对模数转换模块(ADC)的动态范围提出了比较高的要求，ADC的位宽要相应增加。增加ADC的位宽会增加接收机的成本和功耗，因此为了控制ADC的位宽在合理的水平上，就需要对输入信号进行放大或者衰减。控制输入信号的大小，需要自动功率控制(AGC)技术。

现有通信接收机的结构如图1所示，RF子系统负责将射频信号转到基带或者低中频，ADC模块将模拟信号转换为数字信号，数字前端(DFE模块)负责直流信号(DC)的消除、IQ不平衡的消除、带外噪声的滤除和帧检测等等，解调模块(Demodulation)负责信道的估计和信号的均衡和解调，译码模块(Decoder)负责译码。AGC增益控制模块(AGC gaincontrol)负责估计当前信号的功率，并产生增益控制字控制RF子系统将功率调整到需要的水平上。RF子系统中的AGC模块接收来自AGC增益控制模块的增益控制字，控制LNA模块和/或VGA模块的增益，从而调节信号的强度达到要的水平上。

对于某些通信系统，特别是随机突发类型的通信系统(比如蓝牙，WIFI，PLC等等)，一帧信号的到来往往是在随机的时间点上，这样就需要在这段信号内将信号的强度调整到需要的水平上。而信号强度的调整过程中会导致一段信号不可用，因此需要在尽量短的时间内调整好信号的强度，比如在帧头部的前导信号上将信号的强度调整到需要的范围内。

以往的AGC方法有的速度较慢(CN108768425)，比如移动蜂窝网络的接收机，因为有周期性的广播信号，因此不需要AGC快速反应，只要在上一帧估计功率，下一帧调整功率就可以满足要求，有的反应速度快(CN108449789)，但是精度差。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法及系统。

本发明提供一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法，所述快速自动功率控制方法应用AGC增益控制模块上，所述AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连，包括：

统计输入信号中IQ两路的幅度信息；所述幅度信息为IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL-1)-1和0的个数，WL为ADC位宽；

计算N2个点的滑动平均线性功率；

将所述滑动平均线性功率转换为dB域；

基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制。

作为本发明的进一步改进，所述将所述滑动平均线性功率转换为dB域，包括：

P_linear＝m*2e,0.5≤m<1

P_dB＝3*e+10*log10(m)

式中，P_linear为滑动平均线性功率，P_dB为dB域。

作为本发明的进一步改进，所述基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制；包括：

若DFE模块发送的帧同步信号为真，则所述AGC模块不再调整增益控制字；若DFE模块发送的帧同步信号不为真，则：

若IQ两路中任意一路出现连续N1个幅度绝对值为2^(WL-1)-1，则认定所述ADC模块饱和，直接将所述RF子系统的增益控制字下降(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若IQ两路中同时出现连续N1个幅度绝对值为0，则认定所述ADC模块输入过小，直接将所述RF子系统的增益控制字上升(6*(WL-1)-ΔdB)dB；

若差异增益值≥增益临界值，则将所述RF子系统的增益控制字设置为差异增益值。

本发明还提供一种蓝牙接收机的快速自动功率控制系统，包括：AGC增益控制模块，所述AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连，所述AGC增益控制模块包括：

幅度统计模块，所述幅度统计模块与所述ADC模块相连，用于统计输入信号中IQ两路的幅度信息；所述幅度信息为IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL-1)-1和0的个数，WL为ADC位宽；

滑动功率估计模块，所述滑动功率估计模块与所述ADC模块相连，用于计算N2个点的滑动平均线性功率；

线性功率转为dB模块，所述线性功率转为dB模块与所述滑动功率估计模块相连，用于将所述滑动平均线性功率转换为dB域；

增益控制模块，所述增益控制模块分别与所述幅度统计模块、线性功率转为dB模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连；用于基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制。

作为本发明的进一步改进，所述将所述滑动平均线性功率转换为dB域，包括：

P_linear＝m*2e,0.5≤m<1

P_dB＝3*e+10*log10(m)

式中，P_linear为滑动平均线性功率，P_dB为dB域。

作为本发明的进一步改进，所述基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制；包括：

若DFE模块发送的帧同步信号为真，则所述AGC模块不再调整增益控制字；若DFE模块发送的帧同步信号不为真，则：

若IQ两路中任意一路出现连续N1个幅度绝对值为2^(WL-1)-1，则认定所述ADC模块饱和，直接将所述RF子系统的增益控制字下降(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若IQ两路中同时出现连续N1个幅度绝对值为0，则认定所述ADC模块输入过小，直接将所述RF子系统的增益控制字上升(6*(WL-1)-ΔdB)dB；

若差异增益值≥增益临界值，则将所述RF子系统的增益控制字设置为差异增益值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明利用蓝牙调制方式(GFSK)的幅度特殊性，实现信号过大或者过小的快速反应；且结合幅度统计与功率统计实现AGC功率调整的准确性。

附图说明

图1为现有通信接收机的结构框图；

图2为经蓝牙的帧结构图；

图3为本发明一种实施例公开的蓝牙接收机的快速自动功率控制方法的流程图；

图4为本发明一种实施例公开的蓝牙接收机的快速自动功率控制系统的框架图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

由于经典蓝牙的前导码部分(preamble部分)是GFSK调制，其峰均比很小，因此可以利用恒定幅度的特性，实现AGC的快速收敛。为此，本发明提供一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法及系统，其可在很短的时间内(4μs)将信号调整到需要的水平上。经典蓝牙的帧结构如图2所示，ACCESS CODE中的前四个符号(前导码：preamble)可用于AGC调整，因此AGC必须在四个符号内收敛，否则会影响到帧头检测的概率。

具体的：

如图3所示，本发明提供一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法，该快速自动功率控制方法应用图1所示的AGC增益控制模块上，如图1所示，AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连；本发明的快速自动功率控制方法包括：

S1、统计输入信号(ADC模块发送的数字信号，数字信号的幅值为x[i])中IQ两路的幅度信息：

假设ADC位宽WL，则ADC输出幅度绝对值最大值为2^(WL-1)-1，最小值为0，即I路的幅值|x_i[i]|∈[0,2^(WL-1)-1]和Q路的幅值|x_q[i]|∈[0,2^(WL-1)-1]；并统计IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL-1)-1和0的个数，WL为ADC位宽；

S2、计算输入信号(ADC模块发送的数字信号，数字信号的幅值为x[i])中N2个点的滑动平均线性功率P_linear；其计算公式为：

S3、将滑动平均线性功率转换为dB域；其计算方法为：

P_linear＝m*2e,0.5≤m<1

P_dB＝3*e+10*log10(m)

式中，P_linear为滑动平均线性功率，P_dB为dB域。

由于m的范围很小，因此10*log10(m)可以通过查表得到，深度为8的表得到的误差<0.3dB。

S4、基于幅度信息、dB域和DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至RF子系统进行快速自动功率控制；其中：

若DFE模块发送的帧同步信号(SYNC_ind)为真，则AGC模块不再调整增益控制字；若DFE模块发送的帧同步信号不为真，则：

若IQ两路中任意一路出现连续N1个幅度绝对值为2^(WL-1)-1，则认定ADC模块饱和，直接将RF子系统的增益控制字下降(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若IQ两路中同时出现连续N1个幅度绝对值为0，则认定ADC模块输入过小，直接将RF子系统的增益控制字上升(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若差异增益值≥增益临界值，即gain_diff＝target_dB-P_dB≥gain_threshold；则将RF子系统的增益控制字设置为差异增益值(gain_diff)。

因为每次调整RF的gain，模拟电路会有一定的反应时间，因此一旦调整RF的gain，要丢掉N3(RF的反应时间折算到采样率周期)个ADC输出的点之后，再进行AGC功率的统计和计算。

如图4所示，本发明提供一种蓝牙接收机的快速自动功率控制系统，包括：AGC增益控制模块，AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连，AGC增益控制模块包括：

幅度统计模块，幅度统计模块与ADC模块相连，用于统计输入信号(ADC模块发送的数字信号，数字信号的幅值为x[i])中IQ两路的幅度信息：

假设ADC位宽WL，则ADC输出幅度绝对值最大值为2^(WL-1)-1，最小值为0，即I路的幅值|x_i[i]|∈[0,2^(WL-1)-1]和Q路的幅值|x_q[i]|∈[0,2^(WL-1)-1]；并统计IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL-1)-1和0的个数，WL为ADC位宽；

滑动功率估计模块，滑动功率估计模块与ADC模块相连，用于计算输入信号(ADC模块发送的数字信号，数字信号的幅值为x[i])中N2个点的滑动平均线性功率P_linear；其计算公式为：

线性功率转为dB模块，线性功率转为dB模块与滑动功率估计模块相连，用于将滑动平均线性功率转换为dB域；其计算方法为：

P_linear＝m*2e,0.5≤m<1

P_dB＝3*e+10*log10(m)

式中，P_linear为滑动平均线性功率，P_dB为dB域。

由于m的范围很小，因此10*log10(m)可以通过查表得到，深度为8的表得到的误差<0.3dB；

增益控制模块，增益控制模块分别与幅度统计模块、线性功率转为dB模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连；用于基于幅度信息、dB域和DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至RF子系统进行快速自动功率控制；其中：

若DFE模块发送的帧同步信号(SYNC_ind)为真，则AGC模块不再调整增益控制字；若DFE模块发送的帧同步信号不为真，则：

若IQ两路中任意一路出现连续N1个幅度绝对值为2^(WL-1)-1，则认定ADC模块饱和，直接将RF子系统的增益控制字下降(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若IQ两路中同时出现连续N1个幅度绝对值为0，则认定ADC模块输入过小，直接将RF子系统的增益控制字上升(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若差异增益值≥增益临界值，即gain_diff＝target_dB-P_dB≥gain_threshold；则将RF子系统的增益控制字设置为差异增益值(gain_diff)。

因为每次调整RF的gain，模拟电路会有一定的反应时间，因此一旦调整RF的gain，要丢掉N3(RF的反应时间折算到采样率周期)个ADC输出的点之后，再进行AGC功率的统计和计算。

本发明的优点为：

本发明利用蓝牙调制方式(GFSK)的幅度特殊性，实现信号过大或者过小的快速反应；且结合幅度统计与功率统计实现AGC功率调整的准确性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种蓝牙接收机的快速自动功率控制方法，所述快速自动功率控制方法应用AGC增益控制模块上，所述AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连，其特征在于，包括：

统计输入信号中IQ两路的幅度信息；所述幅度信息为IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL-1)-1和0的个数，WL为ADC位宽；

计算N2个点的滑动平均线性功率；

将所述滑动平均线性功率转换为dB域；

基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制。

2.如权利要求1所述的蓝牙接收机的快速自动功率控制方法，其特征在于，所述将所述滑动平均线性功率转换为dB域，包括：

P_linear＝m*2e,0.5≤m<1

P_dB＝3*e+10*log10(m)

式中，P_linear为滑动平均线性功率，P_dB为dB域。

3.如权利要求2所述的蓝牙接收机的快速自动功率控制方法，其特征在于，所述基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制；包括：

若DFE模块发送的帧同步信号为真，则所述AGC模块不再调整增益控制字；若DFE模块发送的帧同步信号不为真，则：

若IQ两路中任意一路出现连续N1个幅度绝对值为2^(WL-1)-1，则认定所述ADC模块饱和，直接将所述RF子系统的增益控制字下降(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若IQ两路中同时出现连续N1个幅度绝对值为0，则认定所述ADC模块输入过小，直接将所述RF子系统的增益控制字上升(6*(WL-1)-ΔdB)dB；

若差异增益值≥增益临界值，则将所述RF子系统的增益控制字设置为差异增益值。

4.一种蓝牙接收机的快速自动功率控制系统，包括：AGC增益控制模块，所述AGC增益控制模块分别与ADC模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连，其特征在于，所述AGC增益控制模块包括：

幅度统计模块，所述幅度统计模块与所述ADC模块相连，用于统计输入信号中IQ两路的幅度信息；所述幅度信息为IQ两路中最近N1个点的幅度值连续为2^(WL-1)-1和0的个数，WL为ADC位宽；

滑动功率估计模块，所述滑动功率估计模块与所述ADC模块相连，用于计算N2个点的滑动平均线性功率；

线性功率转为dB模块，所述线性功率转为dB模块与所述滑动功率估计模块相连，用于将所述滑动平均线性功率转换为dB域；

增益控制模块，所述增益控制模块分别与所述幅度统计模块、线性功率转为dB模块、DFE模块和RF子系统的AGC模块相连；用于基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制。

5.如权利要求4所述的蓝牙接收机的快速自动功率控制系统，其特征在于，所述将所述滑动平均线性功率转换为dB域，包括：

P_linear＝m*2e,0.5≤m<1

P_dB＝3*e+10*log10(m)

式中，P_linear为滑动平均线性功率，P_dB为dB域。

6.如权利要求5所述的蓝牙接收机的快速自动功率控制系统，其特征在于，所述基于所述幅度信息、dB域和所述DFE模块发送的帧同步信号生成增益控制字，发送至所述RF子系统进行快速自动功率控制；包括：

若DFE模块发送的帧同步信号为真，则所述AGC模块不再调整增益控制字；若DFE模块发送的帧同步信号不为真，则：

若IQ两路中任意一路出现连续N1个幅度绝对值为2^(WL-1)-1，则认定所述ADC模块饱和，直接将所述RF子系统的增益控制字下降(6*(WL-1)-ΔdB)dB，其中ΔdB≥0为可调的微小量；

若IQ两路中同时出现连续N1个幅度绝对值为0，则认定所述ADC模块输入过小，直接将所述RF子系统的增益控制字上升(6*(WL-1)-ΔdB)dB；

若差异增益值≥增益临界值，则将所述RF子系统的增益控制字设置为差异增益值。