CN113015233B - 一种自动增益控制方法、装置、设备及计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种自动增益控制方法、装置、设备及计算机存储介质，该方法可以包括：将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果；根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值；根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值；基于所述第一增益值与第二增益值确定向所述可变增益放大器反馈的增益反馈值，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益值。
Description
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种自动增益控制方法、装置、设备及计算机存储介质。
背景技术
目前，电气与电子工程师协会（IEEE，Institute of Electrical andElectronics Engineers）802.15.4协议标准中所定义脉冲超宽带（IR-UWB，Impulse RadioUltra Wide-Band）技术被广泛地应用于数据传输和定位等应用场景。IR-UWB是一种无线载波通信技术，它利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此，其系统功耗也非常低。
由于IR-UWB系统接收机的接收功率很小，因此，要保证在上述接收功率很小（例如，低于-80dBm）的情况下，也能够实现IR-UWB系统的精确定位，这就对IR-UWB系统的自动增益控制（automatic gain control，AGC）方法有较高的要求。然而，常规的AGC方法仅根据输入信号的统计功率来调整向可变增益放大器（VGA，Variable Gain Amplifiers）反馈的增益反馈值，因此，在上述接收天线接收的信号功率很小的情况下，常规的AGC方法向VGA反馈的增益反馈值范围有限，从而使得模数转换器（ADC，Analog-to-Digital Converter）无法工作在饱和状态，进而导致数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）的正确解析率下降，造成IR-UWB系统定位的精度不够。另外，IR-UWB系统需要在很短的时间内实现精确定位，现有AGC方法的收敛速度较慢，也不能满足IR-UWB系统对于精确定位的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种自动增益控制方法、装置、设备及计算机存储介质，能够在输入信号的功率很小的情况下，在较短时间内收敛，向VGA反馈合适的增益反馈值，保证了DSP的正确解析率，因此能够很好的满足IR-UWB系统对定位的时效性和精确度的要求。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种自动增益控制方法，所述方法应用于UWB系统的接收端设备，所述方法包括：
将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果；
根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值；
根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值；
基于所述第一增益值与第二增益值确定向所述可变增益放大器反馈的增益反馈值，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益。
第二方面，本发明实施例提供了一种自动增益控制装置，所述装置用于实现上述第一方面中的一种自动增益值控制方法，所述装置包括：
检波部分、第一确定部分、第二确定部分和第三确定部分；其中，
所述检波部分，经配置为将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果；
所述第一确定部分，经配置为根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值；
所述第二确定部分，经配置为根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值；
所述第三确定部分，经配置为基于所述第一增益值与第二增益值确定向所述可变增益放大器反馈的增益反馈值；其中，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益。
第三方面，本发明实施例提供了一种自动增益控制设备，所述设备包括：通信接口，存储器和处理器；其中，
所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行上述第一方面所述自动增益控制方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读介质存储有自动增益控制程序，所述自动增益控制程序被至少一个处理器执行时实现上述第一方面所述的自动增益控制方法的步骤。
本申请实施例提供了一种自动增益控制方法、装置、设备及计算机存储介质；能够在输入信号的功率很小的情况下，可以根据第一检波结果和第二检波结果调整AGC的增益反馈值，使得该自动增益控制方法在较短时间内收敛，达到稳定状态，并向VGA反馈的适合的增益反馈值，从而ADC可以工作在饱和状态，保证了DSP的正确解析率。因此，该自动增益控制方法能够很好的满足IR-UWB系统对定位的时效性和精确度的要求，并且，该自动增益控制方法的结构简单，便于实现。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种网络环境示意图。
图2为本发明实施例提供的一种通信系统架构示意图。
图3为本发明实施例提供的一种UWB接收机的射频架构示意图。
图4为本发明实施例提供的一种自动增益控制方法流程示意图。
图5为本发明实施例提供的一种自动增益控制方法的具体实施流程框图。
图6为本发明实施例提供的一种自动增益控制方法和常规的AGC方法收敛速度对比图。
图7为采用本发明实施例提供的一种自动增益控制方法和常规的AGC方法后VGA输出信号对比图。
图8为采用本发明实施例提供的一种自动增益控制方法和常规的AGC方法后ADC输出信号的仿真对比图。
图9为采用本发明实施例提供的一种自动增益控制方法和常规的AGC方法后DSP解析正确率的仿真对比图。
图10为本发明实施例提供的一种自动增益控制装置组成示意图。
图11为本发明实施例提供的另一种自动增益控制装置组成示意图。
图12为本发明实施例提供的一种自动增益控制设备的具体硬件结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，其示出了能够适用于本发明实施例所阐述技术方案的网络环境100示意图，作为解说性示例而非限定，以无线通信设备102为例，无线通信设备102能够在该网络环境100内与处于该无线通信设备102近程的其他无线通信设备进行无线通信，其他无线通信设备比如打印机104、个人数字助理（PDA，Personal Digital Assistant）106、照相机108和接入点110，此外，还可以通过接入点110与通信耦合至接入点110的扬声器系统112和无线网络114进行无线通信。网络环境100中的所有无线通信设备均可利用任何适当的无线标准诸如802.11x或IR-UWB进行无线通信。
需要说明的是，在图1所示的网络环境100中，术语“无线通信设备”也可以被本领域技术人员称之为移动站（MS）、订户站、移动单元、订户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、远程设备、移动订户站、接入终端（AT，Access Termination）、移动终端、无线终端、远程终端、手持机、终端、用户代理、移动客户端、客户端、或某个其他合适的术语；并且，无线通信设备在某些示例中不一定需要具有移动能力，也可以是驻定的；此外，无线通信设备可包括大小、形状被设定成并且被布置成有助于实施无线通信的数个硬件结构组件，此类组件可包括彼此电耦合的天线、天线阵列、射频（RF，Radio Frequency）链、放大器、一个或多个处理器等等。另外，在一些非限定性示例中，除了以上所述的打印机、PDA、照相机、接入点、扬声器系统和无线网络以外，无线通信设备的其他非限定性示例还包括移动设备、蜂窝（蜂窝小区）电话、智能电话、会话发起协议（SIP，Session Initiation Protocol）电话、膝上型设备、个人计算机（PC，Personal Computer）、笔记本、上网本、智能本、平板设备、以及广泛多样的嵌入式系统，例如，对应于“物联网”（IoT）。附加地，无线通信设备可以是汽车或其他运输车辆、遥感器或致动器、机器人或机器人设备、卫星无线电、全球定位系统（GPS，Global Positioning System）设备、对象跟踪设备、无人机、多轴飞行器、四轴飞行器、遥控设备、消费者和/或可穿戴设备（诸如眼镜）、可穿戴相机、虚拟现实设备、智能手表、健康或健身跟踪器、数字音频播放器（例如，MP3播放器）、相机、游戏控制台等。附加地，无线通信设备还可以是数字家用或智能家用设备，诸如家用音频、视频和/或多媒体设备、电器、自动售货机、智能照明设备、家用安全系统、智能仪表等。附加地，无线通信设备也可以是智能能源设备，安全设备，太阳能电池板或太阳能电池阵，控制电力、照明、水等的市政基础设施设备（例如，智能电网）；工业自动化和企业设备；物流控制器；农业装备；军事防御装备、车辆、飞机、船和武器等。
针对上述无线通信设备102，其能够在网络环境100中与其他无线通信设备任意一个实现双向的无线通信以形成通信系统200，如图2所示的通信系统200架构示意图，该通信系统200可以包括发射机202（例如，图1所示的网络环境100中的无线通信设备102）和接收机206（例如，图4所示的网络环境100中的其他无线通信设备的任一个），其中，发射机202可以包括一个或多个发射天线204(例如，N1个发射天线)，并且接收机206包括一个或多个接收天线208(例如，N2个接收天线)。发射机202通过发射天线204传送数据流，数据流经过无线信道210到达接收机206的每个接收天线208，接收机206可以接收来自每个接收天线208信号对数据流进行重构。
对于图2中的接收机206来说，作为示例而非限定，其射频架构可以参见图3所示，该架构可以包括设置在射频输入RF_in和基带输出之间的多个部件、这些部件依次包括低噪声放大器（LNA，Low Noise Amplifier）、混频器、模拟滤波器、VGA、ADC、数字滤波器。
在这些部件中，混频器可以将经过低噪声放大器放大后的射频信号按照本振信号（LO，Local Oscillator）的频率进行搬移。通常来说，混频器输出信号的频率高于射频信号的频率，则该混频器称之为上变频混频器；而混频器输出信号的频率低于射频信号的频率，则该混频器称之为下变频混频器。在常见的射频接收机架构中，混频器通常是下变频混频器。
模拟滤波器可以在ADC转换之前消除信号路径中的高频噪声和干扰，避免混叠噪声污染信号；此外，还能够消除滤波器带宽之外的过驱信号对信号路径的影响，避免在成ADC出现调制器饱和现象；并且在发生输入过压时，模拟滤波器还能限制输入电流，衰减输入电压。
ADC用于将输入给该数模转换器的模拟信号转变为数字信号输出。
VGA用于根据反馈给该可变增益放大器的增益值，调整其输入信号的功率。
数字滤波器设置在ADC之后，可以移除模数转换过程中注入的数字噪声，通常数字滤波器可以选取由低通数字滤波器（LPF，Low Pass Filter）和高通数字滤波器（HPF，HighPass Filter）串接所形成的带通滤波器。
需要说明的是，接收信号经过图3所示的射频架构处理之后，由数字滤波器输出至数字信号处理器，从而利用DSP执行数字信号处理以实现精确定位等功能。
对于IR-UWB系统来说，其通常采用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲来传输数据，因此，IR-UWB技术所占的频谱范围很宽，IR-UWB技术可以通过间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20~1.5ns之间，有很低的占空比，因此，IR-UWB系统（也就是实现该IR-UWB技术的系统）的功耗非常低。
为提高DSP的解析信号的正确率，上述接收机206还可以包括自动增益控制（AGC，
Automatic Gain Control）装置，其射频架构可以参见图3中虚线框所示，该AGC装置能够向
VGA反馈适当的增益反馈值，从而调整VGA输出信号的功率，进而提高DSP的解析信号的正确
率。具体来说，图3中的
表示混频器的输出信号， 
表示VGA的输出信号， 
表示
ADC的输出信号，AGCgain表示该AGC装置的输出的反馈增益值（也就是AGC装置反馈给VGA的
反馈增益值）。相应的，n表示信号的采样时刻。
对于常规的AGC方法，由于其仅根据输入信号的统计功率来调整AGC的反馈增益值，导致在输入信号的功率非常小的情况下，向VGA反馈的增益反馈值范围有限，使得ADC无法工作在饱和状态，进而导致DSP的正确解析率下降，造成IR-UWB系统定位的精度不够。另外，为实现快速精确定位，IR-UWB接收机需要快速检测到前导码，因此，在前导码相对较短时，留给AGC方法达到稳定状态时间很短。常规的AGC方法的收敛速度较慢，也不能满足IR-UWB技术对精确定位时效性的要求。
为解决以上缺陷，本申请实施例期望提供了一种可以应用于前述图2中接收机206的自动增益控制方案，该方案能够在较短时间内收敛，满足IR-UWB精确定位的要求；同时，在较低的IR-UWB接收功率下，也能够提高数字信号处理器的解析正确率，此外，该AGC方案的结构简单，便于实现。
基于此，参见图4，其示出了本发明实施例提供的一种自动增益控制方法400，该方法400可以包括：
S401、将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果。
需要说明的是，上述采样窗口的时长可以为分别预设的常量，针对时长较长的第一采样窗口，其对应的检波结果可以在后续阐述中记为第一检波结果；针对时长较短的第二采样窗口，其对应的检波结果可以在后续阐述中记为第二检波结果。
在一种可能的实现方式中，可以通过分别计算ADC的输出信号 
在上述时长不等
的采样窗口内的模值，该模值也就是 
在相应的采样窗口内的检波结果。具体来说，由于
ADC输出的数字信号包括两路：I路和Q路（I路和Q路彼此正交）；为便于描述，将ADC的输出信
号 
的I路数据记为 
， 
的Q路数据记为 
。
可选的，可以通过如下三种方式中的任一种计算 
的模值：
如式1所示的第一种计算模值的方式为：
如式2所示的第二种计算模值的方式为：
如式3所示的第三种计算模值的方式为：
其中， 
， 
，max函数表示取 
之中的较大值，min函数表示取
之中的较小值。
可选的，还可以用坐标旋转数字计算（CORDIC，Coordinate Rotation Digital
Computer）方法等其他方法来计算 
的模值。当然，除上述优选示例以外，还可以通过多种
可能的方式进行检波，从而获得第一检波结果和第二检波结果，本申请实施例对对此不作
赘述。
对于上述实现方式及可选示例，举例来说，设定ADC的采样频率为1GHz，即采样周期为1ns；那么第一采样窗口长度为T1ns，表示第一采样窗口共有T1个采样点；第二采样窗口长度为T2ns，表示第二采样窗口共有T2个采样点。如此，则该第一检波结果如式4所示：
则该第二检波结果如式5所示：
其中， 
是 
的第i采样点的I路数据， 
是 
的第i采样点的Q路
数据。sum函数表示对输入参数求和，mean函数表示对输入参数求平均值。
S402，根据该第一检波结果
所处的范围，确定当前时刻n的第一增益值
。
在一种可能的实现方式中，步骤S402在实施过程中可以包括：
根据第一检波结果与第一映射关系，获得第一检波统计值counter；
根据第一检波统计值counter和预设的第一步长 
，确定第一增益值
。
在一些示例中，所述第一映射关系表征该第一检波结果与第一检波统计值之间的对应关系。
在一些示例中，可以预设上检波门限值和下检波门限值，那么该第一映射关系可
以为：如果 
小于下检波门限值，则counter在上一时刻的数值基础上加1；如果 
大于上检波门限值，则counter在上一时刻的数值基础上减1；如果
均
不符合上述两个判定条件，那么当前时刻的counter与上一时刻的数值相同。
需要注意的是，counter的初始值可以预设为0。
在一种可能的实现方式中，如公式6所示，则该第一增益值 
等于预设的第
一步长 
与counter的乘积。
也就是说，当 
小于下检波门限值时，counter增加1，说明当前时刻n的
第一增益值过小，使自动增益控制方法400收敛到稳定状态还需增大第一增益值，因此，可
以先通过较大步长（第一步长）较大幅度的增加第一增益值，从而加快收敛速度；
当 
大于上检波门限值时，counter减小1，说明当前时刻n的第一增益值
过大，使自动增益控制方法400收敛到稳定状态还需减小第一增益值，因此，可以先通过大
步长较大幅度的减小第一增益值，从而加快收敛速度；
当下检波门限值 
上检波门限值时，counter保持不变，说明当前
时刻n，自动增益控制方法400已经接近稳定状态，因此，不需要通过大步长大幅度的调整第
一增益值（也可以理解为，这种情况下，保持当前时刻n的第一增益值不变，只需要在后续通
过小步长小幅度的调整第二增益值就可以得到适当的增益反馈值）。
需要注意的是，k1体现了每次调整第一增益值的幅度（也可以理解为第一采样窗
口每次大幅度的调整第一增益值）。示例的，
的取值范围可以为： 
。
S403，根据第二采样窗口对应的第二检波结果 
、预设的使ADC处于最佳
工作状态的期望值A以及上一时刻的第二增益值 
，确定当前时刻的第二增益值 
。
在一种可能的实现方式中，可以先根据
和A得到误差值 
，然后，再
根据 
、上一时刻的第二增益值 
以及预设的第二步长
，通过公式8，计算
出n时刻的第二增益值
。
对于上述实现方式，可选的，可以通过公式7计算出误差值 
。
对于上述实现方式，可选的，可以通过公式8，计算出n时刻的第二增益值
。
需要注意的是，k2体现了每次调整第二增益值的幅度（也可以理解为第二采样窗
口每次小幅度的调整第二增益值）。示例的， 
的取值范围可以为： 
。
在一些示例中，上述A可以为常量，也可以为在S403之前通过计算所得到的值。需要注意的是，若A常量（也就是A的取值不随n变化，保持恒定），当UWB接收天线接收的信号功率较大（例如大于-80dBm）时， A取值可以使第二增益值较快的更新到合适的范围；但当UWB接收天线接收的信号功率较小（例如小于-80dBm）时，此时的第二检波结果依然可能较大（也可以理解为该接收信号很可能已经淹没在噪声中），则该第二检波结果与该期望值的误差值就相对较小，第二增益值也就较小，将影响第二增益值的调整结果。
基于此，在一些示例中，可以先根据counter或
确定不同的功率等级，再
进一步根据该功率等级获得A的取值。需要说明的，根据counter或 
确定功率等
级的原理是相同的，为避免赘述，下面仅以根据counter确定功率等级的方法为例行详细说
明。
对于上述示例，可选的，可以设置第一功率门限值和第二功率门限值，然后，比较counter与第一功率门限值和第二功率门限值，比较结果可能存在如下情况：
若counter大于第一功率门限值，则确定功率等级为第一等级；
若第一功率门限值≥counter≥第二功率门限值，则确定功率等级为第二等级；
若counter小于第二功率门限值，则确定功率等级为第三等级。
上述比较结果也可以理解为，counter值越大，对应接收天线接收的信号功率较小的情况，因此对应的功率等级越低，相应的，需要调整的增益值越大；counter值越小，对应接收天线接收的信号功率较大的情况，因此对应的功率等级越高，相应的，需要调整的增益值越小。
举例来说，若预设的第二功率门限值为3，预设的第一功率门限值为5，第一等级为1，第二等级为2，第三等级为3。如下表1所示，当第一采样窗口的统计结果counter为6时，则确定功率等级为1；当counter为4时，则确定功率等级为2；当counter为2时，则确定功率等级为3。
表1
然后，再根据该功率等级和第二映射关系，获得A的取值。其中，第二映射关系表征功率等级和A之间的对应关系。
可以理解地，也可以采用其他方式来表示该第二映射关系，本申请实施例对此不做限定。
在一种可能的实现方式中，该第二映射关系可以如下表2所示：
表2
在另一种可能的实现方式中，该第二映射关系还可以为当前时刻n的函数 
。
可选的， 
可以是采样点n的线性函数，例如， 
。
可选的， 
也可以是采样点n的对数函数、指数函数或二次抛物线函数。
示例的，如公式9所示，若功率等级的可能取值分别为1、2和3，则
其中， 
表示n时刻的期望值， 
表示该期望值随n的增长速度， 
表示该
期望值的起始值。
示例的，若功率等级为3，即接收天线接收的信号功率相对较大，则噪声的影响较
小，在这种情况下， 
可以选择较小的值， 
可以缓慢变化；若功率等级为1，即接收天
线接收的信号功率相对较小，则噪声的影响较大， 
可以选择较大的值， 
可以快速
变化。
需要注意的是， 
不能无限增大，需要预设期望值的上限值，当 
达到
该上限值时即可停止调整该期望值。例如，期望值的上限值为95，也就是说，当 
达到
该上限值时即可停止调整该期望值。该期望的上限值可以根据仿真结果或者实验结果设
置。
在一种可能的实现方式中，还可以通过表3来表示该第二映射关系。
表3
也就是说，当功率等级为1时， 
；当功率等级为2时， 
；当功率等级为3时， 
。
S404，基于所述第一增益值 
与第二增益值 
，确定向VGA反馈的增益
反馈值 
，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益值。
在一种可能的实现方式中，该增益反馈值可以通过公式10得到：
其中，Map函数用于将第一增益值和第二增益值之和进行量化处理，并映射到对应的表上，从而转化为VGA可以识别的编码。
例如，假设
，则其对应增益值为1dB，该增益值对应编码
为001，则该自动增益控制装置的输出为001，VGA根据编码001，将其转化对应的增益值，并
对r(n)施加该增益值。
本发明实施例提供的一种自动增益控制方法400，可以根据时长不等的采样窗口的检波结果，获得第一增益值和第二增益值，再根据第一增益值和第二增益值动态的调整反馈的增益反馈值，从而使该自动增益控制方法400在较短时间内收敛，满足UWB系统对定位时效性的要求，同时，其向VGA反馈的增益反馈值能够使VGA的输出信号令ADC工作在饱和状态，从而提高了DSP的正确解析率，进一步满足UWB系统对定位精度的要求。
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图5，其示出了前述技术方案所阐述的一种自动增益控制方法的详细实施流程500，该流程可以包括：
首先，将ADC的输出信号 
通过时长不等的采样窗口进行检波，获得时长较长的
第一采样窗口对应的第一检波结果 
和时长较短的第二采样窗口对应的第二检
波结果 
。
接着，利用 
与上检波门限值和下检波门限值进行比较，具体来说，首先
确定如果
小于下检波门限值，则counter在上一时刻的数值基础上加1；若 
大于下检波门限值，于是比较 
与上检波门限值之间的大小；若 
大于上检波门限值，则counter在上一时刻的数值基础上减1，否则，该counter不
变。通常来说，该counter的初始值优选为0。
随后，可以根据第一步长 
与counter，利用
确定第一
增益值 
。
此外，在获得counter之后，还可以通过将counter与第二功率门限值和第一功率门限值进行比较以获得功率等级，并根据该功率等级，获得使ADC处于最佳工作状态的期望值A的取值。举例来说，如图5所示，首先确定如果counter大于第一功率门限值，则确定功率等级为第一等级（比如取值为1）；若counter小于或者等于第一功率门限值，那么就继续与第二功率门限值就进行比较，如果counter大于或者等于第二功率门限值，则确定功率等级为第二等级（比如取值为2）；若counter小于第二功率门限值，则确定功率等级为第三等级（比如取值为3）。
接着，在获得功率等级之后，可以根据确定的功率等级和第二映射关系，获得A的取值。
然后，根据
与A通过 
确定误差值 
。
接着，根据上一时刻的第二增益值 
， 
以及第二步长 
，通过
确定当前时刻n的第二增益值 
。
最终，根据 
计算获得向VGA反馈的增益反
馈值 
。
为了阐述本申请实施例所阐述的技术方案的效果，本申请实施例将前述技术方案所阐述的自动增益控制方法（在本申请实施例中可称之为new AGC）与常规的自动增益控制方法（在本申请实施例中可称之为traditional AGC）进行仿真比较。结果如下：
图6为常规的自动增益控制方法与本申请实施例所阐述的自动增益控制方法的收敛速度的对比图。该仿真条件为：ADC饱和上限为0.25，ADC的采样频率为1GHz，IR-UWB的接收功率为-80dBm。
如图6所示，本申请实施例所阐述的自动增益控制方法，收敛速度明显快于常规的自动增益控制方法的收敛速度。常规的自动增益控制方法在20μs之后才达到稳定状态，对于较短的前导码来说（例如前导码总长度约为38μs），常规的自动增益控制方法达到稳定的时间过长，这将导致留给检测前导码的时间较短，从而降低了检测成功的概率，也就导致定位误差很大；而本申请实施例所阐述的自动增益控制方法，只用了约3μs就达到稳定状态，给检测前导码留出了足够的时间，从而可以降低对前导码检测方法性能的要求，同时也提高了定位精度。需要注意的是，在图6仿真条件下，由于增益值步长为1dB，因此本申请实施例所阐述的自动增益控制方法在达到稳定状态后输出的增益值会在1dB范围内上下波动。
图7为原始VGA输入信号的波形、采用常规的自动增益控制方法后VGA输出信号的波形以及采用本申请实施例中的自动增益控制方法之后VGA的输出信号波形的仿真对比图。
图8为采用常规的自动增益控制方法与本申请实施例中的自动增益控制方法之后ADC的输出信号波形的对比图。从图8可以看出，由于常规的自动增益控制方法的收敛速度比较慢，在20μs之后才能达到了稳定状态，而本申请实施例中的自动增益控制方法收敛速度较快，在3μs就达到了稳定状态。
图9为接收天线接收的信号功率在-50dBm至-103dBm的情况下，常规的自动增益控制方法与本申请实施例中的自动增益控制方法在仿真100次的情况下解析信号的正确率（correct rate）对比图。从图9中可以看出，常规的自动增益控制方法在接收功率低于-80dBm时，数字信号处理器解析数据的正确率急剧下降，在接收功率低于-85dBm时，几乎无法正确解析信号。这是因为在接收功率很小的情况下，常规的自动增益控制方法输出增益值无法满足ADC达到饱和上限的要求，从而导致后续数字信号处理器无法正确解析出信号；而本申请实施例所阐述的自动增益控制方法，在接收功率高于-98dBm时，后续的数字信号处理器仍可以正确解析出信号，在接收功率为-100dBm时，数字信号处理器解析信号的正确率仍然可达到90%以上，在接收功率为-102dBm时，数字信号处理器解析正确率也可达到70%以上。
从以上的仿真结果可见，本申请实施例所阐述的自动增益控制方法的收敛速度快，在接收功率很小时，也能快速输出满足ADC达到饱和上限的要求的增益值，使数字信号处理器解析信号的正确也得到了较大的提高。且，本申请实施例所阐述的自动增益控制方法在具体实施过程中无需复杂的处理单元，便于数字电路的实现。
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图10，其示出了本发明实施例提供的一种自动增益控制装置1000，所述装置1000包括：检波部分1001、第一确定部分1002、第二确定部分1003和第三确定部分1004；其中，
检波部分1001，经配置为将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果；
第一确定部分1002，经配置为根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值；
第二确定部分1003，经配置为根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值；
第三确定部分1004，经配置为基于所述第一增益值与第二增益值确定向所述可变增益放大器反馈的增益反馈值；其中，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益。
在上述方案中，所述第一确定部分1002，经配置为：
根据所述第一检波结果与所述第一映射关系，获得第一检波统计值，所述第一映射关系表征所述第一检波结果所处的范围与所述第一检波统计值之间的对应关系；
根据所述第一检波统计值和预设的第一步长，确定所述第一增益值。
在上述方案中，所述第一映射关系可以为：若所述第一检波结果小于所述下检波门限值，则所述第一检波统计值在上一时刻所述第一检波统计值的基础上加1；若所述第一检波结果大于所述上检波门限值，则所述第一检波统计值在上一时刻所述第一检波统计值的基础上减1。
在上述方案中，所述第二确定部分1003，经配置为：
根据所述第一检波结果和所述期望值，获得误差值；
根据所述误差值、历史时刻所述第二增益值和预设第二步长，确定所述第二增益值。
在上述方案中，所述使ADC处于最佳工作状态的期望值可以为常量。
在上述方案中，如图11所示，所述装置1000还可以包括获得部分1005，经配置为：
根据所述第一检波统计值或第二检波结果，获得功率等级；
根据所述功率等级和第二映射关系，获得所述期望值，所述第二映射关系表征所述功率等级和所述期望值之间的对应关系。
在上述方案中，所述获得部分1005，经配置为：
若所述第一检波统计值大于预设的第一功率门限值，则所述功率等级为1；
若所述第一检波统计值小于或者等于预设的第一功率门限值且大于或者等于预设的第二功率门限值，则所述功率等级为2；
若所述第一检波统计值小于预设的第二功率门限值，则所述功率等级为3。
可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。该集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或processor（处理器）执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM， Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有自动增益控制的程序，所述自动增益控制程序被至少一个处理器执行时实现该技术方案中所述自动增益控制方法步骤。
根据该自动增益控制装置1000以及计算机存储介质，参见图12，其示出了本发明实施例提供的一种能够实施该自动增益控制装置1000的计算设备1200的硬件结构，该计算设备1200可以为无线装置、移动或蜂窝电话（包含所谓的智能电话）、个人数字助理（PDA）、视频游戏控制台（包含视频显示器、移动视频游戏装置、移动视频会议单元）、膝上型计算机、桌上型计算机、电视机顶盒、平板计算装置、电子书阅读器、固定或移动媒体播放器，等。计算设备1200包括：通信接口1201，存储器1202和处理器1203；各个组件通过总线系统1204耦合在一起。可理解，总线系统1204用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1204除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图12中将各种总线都标为总线系统1204。其中，
所述通信接口1201，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器1202，用于存储能够在所述处理器1203上运行的计算机程序；
所述处理器1203，用于在运行所述计算机程序时，执行以下步骤：
可以理解，本发明实施例中的存储器1202可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器 (Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器 (Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DoubleData Rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(Direct Rambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器1202旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
而处理器1203可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，该方法的各步骤可以通过处理器1203中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。该的处理器1203可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程 存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1202，处理器1203读取存储器1202中的信息，结合其硬件完成该方法的步骤。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等) 来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
具体来说，处理器1203还配置为运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述的自动增益控制方法步骤，这里不再进行赘述。
可以理解地，该自动增益控制装置1100以及计算设备1200的示例性技术方案，与前述自动增益控制方法的技术方案属于同一构思，因此，该对于自动增益控制装置1100以及计算设备1200的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见前述自动增益控制方法的技术方案的描述。本发明实施例对此不做赘述。
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种自动增益控制方法，其特征在于，所述方法包括：
将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果；
根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值；其中，所述根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值，包括：
根据所述第一检波结果与第一映射关系，获得第一检波统计值，所述第一映射关系表征所述第一检波结果所处的范围与所述第一检波统计值之间的对应关系；
根据所述第一检波统计值和预设的第一步长，确定所述第一增益值；
根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值；其中，所述根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值，包括：
根据所述第一检波结果和所述期望值，获得误差值；
根据所述误差值、历史时刻所述第二增益值和预设第二步长，确定所述第二增益值；
基于所述第一增益值与第二增益值确定向可变增益放大器反馈的增益反馈值，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益值。
2.根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述第一映射关系为：
若所述第一检波结果小于下检波门限值，则所述第一检波统计值在上一时刻所述第一检波统计值的基础上加1；
若所述第一检波结果大于上检波门限值，则所述第一检波统计值在上一时刻所述第一检波统计值的基础上减1。
3.根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述使ADC处于最佳工作状态的期望值为常量。
4.根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一检波统计值或第二检波结果，获得功率等级；
根据所述功率等级和第二映射关系，获得所述期望值，所述第二映射关系表征所述功率等级和所述期望值之间的对应关系。
5.根据权利要求4所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述根据所述第一检波统计值，获得所述功率等级，包括：
若所述第一检波统计值大于预设的第一功率门限值，则所述功率等级为1；
若所述第一检波统计值小于或者等于预设的第一功率门限值且大于或者等于预设的第二功率门限值，则所述功率等级为2；
若所述第一检波统计值小于预设的第二功率门限值，则所述功率等级为3。
6.一种自动增益控制装置，其特征在于，所述装置包括：
检波部分、第一确定部分、第二确定部分和第三确定部分；其中，
所述检波部分，经配置为将模拟数字转换器的输出信号通过时长不等的采样窗口进行检波，获得各采样窗口对应的检波结果；
所述第一确定部分，经配置为根据时长较长的第一采样窗口对应的第一检波结果所处的范围，确定当前时刻所述第一采样窗口对应的第一增益值；其中，所述第一确定部分，经配置为根据所述第一检波结果与第一映射关系，获得第一检波统计值，所述第一映射关系表征所述第一检波结果所处的范围与所述第一检波统计值之间的对应关系；根据所述第一检波统计值和预设的第一步长，确定所述第一增益值；
所述第二确定部分，经配置为根据时长较短的第二采样窗口对应的第二检波结果、预设的使ADC处于最佳工作状态的期望值以及上一时刻所述第二采样窗口对应的第二增益值，确定当前时刻所述第二增益值；其中，所述第二确定部分，经配置为根据所述第一检波结果和所述期望值，获得误差值；根据所述误差值、历史时刻所述第二增益值和预设第二步长，确定所述第二增益值；
所述第三确定部分，经配置为基于所述第一增益值与第二增益值确定向可变增益放大器反馈的增益反馈值；其中，所述增益反馈值用于调整VGA输入信号的增益。
7.一种计算设备，其特征在于，所述设备包括：通信接口，存储器和处理器；其中，
所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至5任一项所述自动增益控制方法的步骤。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读介质存储有自动增益控制程序，所述自动增益控制程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的自动增益控制方法的步骤。
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