CN1138344C - 自动增益控制的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及将模拟信号转换成数字信号的系统中实现自动增益控制的一种方法和一种设备。该设备利用预定大小的增益控制步进量以模拟方式实现可调信号的自动增益控制的装置(208)，以及通过特定方式实现数字化信号的反向增益控制的装置(446、448)，使得在数字调节之后，信号的功率与模拟调节之前相同。为了更精确地进行增益控制，该设备还包括在预定测量周期内确定信号的最大能量的装置(410、412、214、420)，将确定的最大信号能量与预置阈值(430、432)比较的装置(426、428)，以及如果测得值大于阈值，则进行模拟信号的自动增益控制，针对增益控制补偿该字信号的装置(436)。
Description
技术领域
本发明涉及将模拟信号转换成数字信号的系统中实现自动增益控制的一种方法和一种设备。本发明涉及使用模数转换器的系统和设备。
背景技术
模数转换器包括特定转换器特定的动态区域，如果需要优化性能，则需要充分利用该动态区域。如果进入转换器的信号强度变化很大，则问题出在转换器的动态区域的使用上。太强的信号会被断开，低功率信号则无法很好地利用转换器的容量。为此，应当动态调节转换器输入处的信号功率。在这种情况下，功率调节通常被称为自动增益控制AGC。
US 4,851,842公开了一种模数转换器中实现自动增益控制的现有技术方案。监控模拟信号，通过可调前置放大器调节，并在转换器输出处补偿数字信号的自动增益控制。
US 3,813,609公开了另一种模数转换器中实现自动增益控制的现有技术方案。根据转换器的数字输出信号，在转换器输入处调节模拟信号的功率值。
US 5,365,233公开了另一种模数转换器中实现自动增益控制的现有技术方案。根据转换器的数字输出信号的绝对值，在转换器输入处调节模拟信号的功率值。
具体而言，本发明最好应用于数字电信。如果使用基于时隙的业务量进行数据传输，接收机所接收的信号功率最好在整个时隙期间保持恒定。这对频率修正器的操作很重要。在例如应用于GSM系统的已知AGC系统中，在一个时隙期间调节一次功率。自动增益控制一般基于时隙的第一比特的功率。但是，因为从天线来的信号的功率在一个时隙期间可以有很大变化，所以在已知系统中将平均功率设置得非常低，即使可能的峰值功率也位于A/D转换器的动态区域中。为此，A/D转换器的动态区域平均说来利用率很低，因为几乎不利用最高有效位。这样，转换器的解析较差。
数字系统中采用的已知方法的缺陷还在于，它们与连接建立脉冲串的协作能力较差。连接建立脉冲串，即接入脉冲串，可以随机出现在时隙中任一位置，这种情况下，无法有效实现自动增益控制。
发明内容
因此，本发明的一个目的是实现一种方法，以及实现该方法的一种设备，使得上述问题得以解决。这通过本发明的方法来实现，该方法用以在这样的系统中实现自动增益控制，该系统将模拟信号转换成数字信号，并且利用预定大小的增益控制步进量以模拟方式实现可调信号的自动增益控制，数字化信号的反向增益控制通过特定方式实现，使得在数字调节之后，信号的功率与模拟调节之前相同。在本发明方法中，在预定测量周期内确定信号的最大能量，将确定的最大信号能量与预置阈值比较，如果测得值大于阈值，则进行模拟信号的自动增益控制，针对增益控制补偿该数字信号。
本发明的另一目的是在将模拟信号转换成数字信号的系统中实现自动增益控制的一种设备，该系统包括利用预定大小的增益控制步进量以模拟方式实现可调信号的自动增益控制的装置，以及通过特定方式实现数字化信号的反向增益控制的装置，使得在数字调节之后，信号的功率与模拟调节之前相同。本发明的设备包括在预定测量周期内确定信号的最大能量的装置，将确定的最大信号能量与预置阈值比较的装置，以及如果测得值大于阈值，则进行模拟信号的自动增益控制，针对增益控制补偿该数字信号的装置。
按照本发明的方法和设备具有若干优越性。因为，在本发明方案中，利用平均测量结果的测量周期连续进行自动增益控制，本发明的方案能够对时隙期间的功率变化作出反应。利用本方案，在时隙期间功率实际上可以比以前更好地保持恒定。在本发明的一种优选实施例中，可以减轻这种在功率值控制中出现的功率值摆动。
附图说明
下面结合附图，通过优选实施例详细描述本发明，在附图中：
图1示出了GSM系统的时隙以及测量周期的一个例子；
图2说明了可以应用本发明的一种接收机；
图3说明了实现AGC的一种装置；
图4示出了按照本发明的设备的一个例子；
图5说明了控制的信号功率设置时间；以及
图6给出了本发明设备的另一例子。
具体实施方式
本发明可以应用于采用模数转换器的任何装置，但是本发明的优点在应用于数字数据传输系统，例如GSM系统时最为突出。
图1说明了GSM时隙的结构。一个时隙包括开始和结束比特102、104，在时隙中间的训练序列106，以及包含需要传送的实际信息的两个数据域108、110。训练序列106用于估计传输信道的脉冲响应，因此，在该时隙期间功率应当保持恒定。在现有技术方案中，时隙的功率是根据开始比特102调节的。但是，这并不能带来满意的最终效果。
在本发明方案中，自动增益控制使用了预定长度的测量周期。在本发明优选实施例中，测量周期的长度实际上短于时隙的长度。图1通过线段112说明了这一点，该线段表示了连续测量周期。一个测量周期的长度114远小于该时隙。
在本发明方案中，接收的信号的最大能量在预定测量周期内确定，根据测量结果进行AGC调节。将确定的测量周期最大能量与预置值比较。在本发明的一种优选实施例中，采用了两个阈值，一个用于功率增加，另一个用于功率减小。这些阈值可以有不同大小。如果测量周期的最大能量的确定值超过了任一阈值，则进行模拟信号的自动增益控制，并且针对增益控制分别补偿熟悉信号。
作为一个例子，下面通过图2考察数字电信系统的接收机，本发明可以应用于该接收机。该接收机包括天线200，通过后者接收所需信号。该信号被传到射频部件202，对信号进行滤波并转换成中频。信号204从射频部件传送到AGC电路206，在到达模数转换器208之前调节信号功率。数字化信号从转换器传送到基带部件210，后者测量信号功率，控制AGC电路，补偿AGC电路所进行的自动增益控制。信号从基带部件208进一步传送到该接收机的其它部件，例如检测器。这些因为与本发明无关，所以没有在该图中示出。
图3详细说明了在图2接收机中实现AGC的装置。来自射频部件的信号204首先传送到压控放大器300，后者根据控制信号302放大该信号。放大的信号被送到带通滤波器304，并进一步传送到模数转换器208，将天线所接收的模拟信号转换成数字形式。数字化信号306被送到基带部件210，其中对信号功率以后面描述的方式进行测量，并调节AGC。控制信号302从基带部件210到达压控放大器300。该信号从基带部件到达AGC调节的补偿308，从而取消了压控放大器的增益控制，将信号恢复成最初形式。控制信号310由基带部件通过时延元件312到达增益控制补偿308。延时的长度应与信号从压控放大器到达补偿部件所需的时间相同。
图4的框图说明了实现本发明方案的一个例子。在本发明的一种优选实施例中，来自射频部件的中频信号204最初进入频率转换器400，后者由数控振荡器402控制，将信号转换成基带信号404。信号404是一个复信号，包括I和Q分支406、408。在本发明方案中，各分支406、408连接到不同计算器410、412，确定信号绝对值的平方。得到的值被送到累加器414，通过这种方式得到代表信号功率的累加值418，并送到比较器420。测量周期的长度422也被输入比较器420。在测量周期期间，比较器确定信号的最大功率，将其传送到它的输出424。最大功率值被送到第一和第二阈值检测器426、428。预置的上限值430也被输入第一阈值检测器426。在第一阈值检测器426中，将该最大功率与给定阈值430比较，如果超过了限值，则将增益控制减小信号434连接到控制单元436。预置的低限阈值432也被输入第二阈值检测器428。在第二阈值检测器428中，将该最大功率与给定阈值432比较，如果低于限值，则将增益控制增大信号438连接到控制单元436。根据阈值检测器的信号，控制单元436发送功率修正命令440给压控放大器。相应地，控制单元436发送增益控制补偿信号442。
因此，压控放大器在模数转换器输入处调节模拟信号。在本发明方案中，利用预定大小的增益控制步进量进行自动增益控制。在本发明优选实施例中，控制步进量是6分贝。这样，最好以比特移位方式实现数字信号的补偿。通过将比特下向移位一个比特(即通过丢弃最低有效位)，可以提供6分贝的功率减小。
因此，在本发明方案中，首先将增益控制信号传送到延时元件444，后者将补偿信号延时，延时的时间等于该可调信号从压控放大器移动到补偿装置所需的时间。延时元件的延时还可以通过控制信号452调节。控制从延时元件444前进到移位寄存器446、448，各分支有一个移位寄存器。在移位寄存器中，根据控制对数字信号进行某一方向的移位，从而补偿模拟增益控制。信号450从寄存器446、448进一步传送到接收机的其它部件。
在本发明的优选实施例中，计算器410、412只利用信号的最高有效位来确定最大能量。这样，在该图的例子中，只有8个最高有效位被送到计算器。
因此，压控放大器在模数转换器的输入处最好以6分贝的步进量来调节模拟信号。图5说明了自动增益控制的功率行为。在该图所示例子中，水平轴代表时间，竖直轴代表功率，功率增加了一个步进量。在时刻0，给出增益控制命令，功率增加6分贝。基于放大器特性，通常在功率于时刻T1到达所需较高功率值之前，发生增益控制摆动。
在本发明的另一种优选实施例中，可以减轻这种功率值摆动的影响。在本发明方法中，在模拟增益控制(在图5的例子中时刻0)之后，摆动期间将数字信号保持恒定，维持在它的前一信号值，增益补偿之后的数字信号在时刻T1之后才前向连接，在前述时刻T1，功率值的摆动已经平息。
图6说明了本发明的一种可选实施例。在图6中，第一和第二阈值检测器426、428的输出信号434、438除了送到控制单元436之外，还送到电压保持控制电路600。控制电路600发送保持命令和取消保持命令602给分支I和Q的保持电路604、606。该命令通过第二延时元件608。在延时元件608中，信号延时的时间等于该可调信号从压控放大器移动到补偿装置所需的时间。延时元件的延时也可以通过控制信号610调节。通知是否使用保持的控制信号612，以及保持的必要长度信息614，也被输入到保持控制电路。保持电路可以通过本领域技术人员所熟知的方法来实现。
在本发明的另一可选实施例中，不使用保持，而是在摆动期间使采样为0。该操作在其它方面与前面描述的相同，只是保持电路604、606是归零元件。这种实现可以通过本领域技术人员所熟知的方法来实现。
在本发明的另一可选实施例中，既不使用保持，也不使用归零，而是在摆动期间插入数字信号。然后，控制电路600通过前一信号采样，并可能通过后一信号采样对信号进行间插。这种间插可以通过数学方法来实现。该操作在其它方面与前面描述的相同，只是保持电路604、606是采样的补偿元件。这种实现可以通过本领域技术人员所熟知的方法来实现。
尽管以上结合附图所示实施例描述了本发明，但显然本发明并不局限于此，而是可以在后附权利要求书所公开的创新思想范围内，通过若干方式进行改进。
Claims (14)
1.一种用以在系统中实现自动增益控制的方法，该系统中，将模拟信号转换成数字信号，并且利用预定大小的增益控制步进量以模拟方式实现可调信号的自动增益控制，数字化信号的反向增益控制通过特定方式实现，使得在数字调节之后，信号的功率与模拟调节之前相同，其特征在于，
在预定测量周期内确定信号的最大能量，其中通过计算信号绝对值的平方来确定信号的能量，
将确定的最大信号能量与预置阈值比较，以及
如果测得值大于阈值，则进行模拟信号的自动增益控制，针对增益控制补偿该数字信号。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，功率减小和功率增加的阈值大小不同。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，数字化信号的频率转换在增益控制测量之前进行。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，该方法应用于数字数据传输系统，复信号的自动增益控制在基带进行。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，该信号包括分支I和Q，通过计算不同分支的绝对值的平方并累加得到的值来确定信号的能量。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，只利用信号的最高有效位来确定最大能量。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于，可调信号包括时隙，预定测量周期长度实际上短于时隙。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，数字信号在自动增益控制处保持恒定，直至增益控制摆动平息。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，数字信号在自动增益控制处保持为0，直至增益控制摆动平息。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，数字信号在自动增益控制处被间插，直至增益控制摆动平息。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，使用数字信号的前一数字采样，或者后一数字采样，或者这两者来进行间插。
12.一种在将模拟信号转换成数字信号的系统中实现自动增益控制的设备，该系统包括利用预定大小的增益控制步进量以模拟方式实现可调信号的自动增益控制的装置，以及通过特定方式实现数字化信号的反向增益控制的装置，使得在数字调节之后，信号的功率与模拟调节之前相同，其特征在于，该设备包括：
在预定测量周期内确定信号的最大能量的装置，其中通过计算信号绝对值的平方来确定信号的能量，
将确定的最大信号能量与预置阈值比较的装置，以及
如果测得值大于阈值，则进行模拟信号的自动增益控制，针对增益控制补偿该字信号的装置。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，在增益控制测量装置之前，该设备包括装置以完成数字信号的频率转换。
14.根据权利要求12的设备，其特征在于，该信号包括分支I和Q，该设备还包括用以累加所计算的信号能量值的装置。
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