CN1331550A - 一种数字自动增益控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字自动增益控制装置,包括一个短期能量估计器、一个低通滤波器、一个量阶计算器以及一个映射器,短期能量估计器该装置所需资源较少,而且不存在非线性失真,该装置可适合于各种不同的场合需要,符合当前通信发展的趋势,具有更为广阔的应用前景。估算出输入信号平均功率并送入至低通滤波器,低通滤波器对平均功率进行前后平滑处理再送至量阶计算器计算出量阶,量阶计算器的输出送至映射器,输入信号也同时直接输入至映射器。

Description

一种数字自动增益控制装置

本发明涉及用于通信系统数字中频数字处理技术，更具体地是指宽带码分多址(WCDMA)标准扩频通信系统基站的一种数字自动增益控制(DAGC，DigitalAutomatic Gain Control)装置。

在无线通信系统中，采用数字中频技术的接收机处理字长是有限的，而无线信道的衰落、阴影、多径效应和其它因素造成接收信号极度不平稳，具有很大的动态范围。

对于上述大动态范围的接收信号，可以通过以下两种方式进行处理：一是增加接收机的处理字长，以保证大信号和小信号的处理损失不超过某一水平；二是通过自动增益控制技术，将大信号缩小至或者将小信号放大至适合的水平，这样，在不增加处理字长的条件下，将动态范围大的信号自动调整为动态范围较小的信号。动态范围小的信号对于各种滤波器的设计和实现要求较低，从而降低了整个接收机的成本。前一种方式显然是通过增加处理成本来保证性能，这样限制了它的应用。而后一种方式只需增加一个功能模块就可以充分利用已有处理资源，并降低了各种滤波器实现成本，因而得到了广泛的应用。目前的各种自动增益(AGC)技术可以分成前馈式结构和反馈式结构，从目前公开的技术来看，大部分的自动增益均采用反馈式结构，而前馈式结构较少，美国专利号US5572452就是公开了一种前馈式的结构，是由Ericsson公司所申请，它主要包括一DSP(Digital Signal Processign)芯片和一幅度转换器所构成，其中数字滤波、增益控制算法和控制逻辑均由DSP完成，幅度转换器则完成对信号幅度取对数运算。在该专利中需要DSP的复杂处理、存在非线性运算，其结构复杂、所需的成本较高，不符合低成本要求；还会带来波形的畸变。

本发明的目的就是提供一种实现成本很低的且尤其适合WCDMA中的基站接收中频处理自动增益控制装置，该装置可调整具有30dB动态范围的输入信号。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：该控制装置采用前馈式结构，包括一个短期能量估计器、一个低通滤波器、一个量阶计算器以及一个映射器，短期能量估计器估算出输入信号平均功率并送入至低通滤波器，低通滤波器对平均功率进行前后平滑处理再送至量阶计算器计算出量阶，量阶计算器的输出送至映射器，输入信号也同时直接输入至映射器，映射器的输出即为控制装置的输出。

由于本发明采用了上述方案中所描述的前馈式自动增益控制装置，与现有技术相比，它将自动增益(AGC)所固有的复杂运算进行巧妙地简化，即，将AGC中遇到的高速乘加问题转化为移位操作。不仅算法简单、易于实现，所需资源较少，而且不存在非线性失真，该装置可适合于各种不同的场合需要，符合当前通信发展的趋势，具有更为广阔的应用前景。

下面结合附图和实施例，对本发明作一详细地说明：

图1为本发明的原理结构示意图。

图2为本发明的能量估计器原理结构示意图。

图3为本发明的低通滤波器原理结构示意图。

图4为本发明的量阶计算器原理结构示意图。

图5为量阶计算器的饱和操作状态示意图。

请参阅图1所示，本发明的数字自动增益控制(DAGC，Digital AutomaticGain Control)装置采用前馈式结构，它包括一个短期能量估计器10、一个低通滤波器11、一个量阶计算器12以及一个映射器13，短期能量估计器10估算出输入信号平均功率并送入至低通滤波器11，低通滤波器11对平均功率进行前后平滑处理再送至量阶计算器12计算出量阶，量阶计算器12的输出送至映射器13，两路输入信号I、Q也同时直接输入至映射器13，映射器13的输出即为控制装置的输出。

请见图2，所述的短期能量估计器10进一步包括二个绝对值器101、二个加法器102、103、一个延迟单元104、一个寄存器105以及一个移位器106，两路输入信号I、Q经过绝对值器101分别取绝对值，经过一个加法器102相加，相加的结果与寄存器105的输出通过加法器103进行累加，累加的结果送到延迟单元104延迟，延迟单元104的输出送到寄存器105，寄存器105还受一清零信号和锁存信号的控制，移位器106对寄存器105的输出进行移位后输出。

请继续见图3和图4所示，所述的低通滤波器11是一个一阶无限冲击响应(IIR)数字滤波器，它包括一加法器110、一延迟单元111以及移位器112，移位器112将加法器110的输出经延迟单元111延迟后通过移位器112再右移M比特后再送至加法器110。移位器112右移M比特，比特数M由该数字滤波器响应时间决定。

所述的量阶计算器12由移位器121以及饱和舍入器122构成，移位器121的右移比特数由控制装置的输出位宽决定，饱和舍入器122决定控制装置的最大增益和最小增益。

本发明的控制装置原理介绍如下：

对于具有一定动态范围的正交信号，首先通过短期能量估计器10估计出其在一段时间内的平均功率。为了提高功率估计的准确性，并防止数据经过数字自动控制(DAGC)装置后产生边缘跳变等问题，将功率估计值进行前后平滑，这由低通滤波器11来完成。得到信号的短期内的平均能量后，根据数字自动增益控制(DAGC)装置输出位宽确定量阶，由量阶计算器12确定出量阶后，就可以按照一定的比例进行“量化”，这由映射器13完成；功率大时得到的量阶就大，相应的量化输出就小；反之，功率小时量阶小，相应的量化输出就大；这样保证最后的输出信号功率稳定在一定水平，从而减小了信号的动态范围。在调整过程中，“量化”的操作完全是线性的，基本没有改变信号的特性，引入的信号畸变完全可以忽略。

在具体实现时，能量估计器固有的平方操作可以用绝对值取代，这样可以节省资源，绝对值均值与方差之间相差一个常系数。最简单而有效的低通滤波器当属一阶无限冲击响应(IIR)滤波器。可以选取合适的滤波器系数将所有的常系数合并成为2的整数次幂，这样乘法操作可以为移位取代。

I、Q两路信号分别经过模块101取绝对值后，经加法器102相加，相加结果与寄存器105进行累加，寄存器105受一清零信号控制，定期清零。由AGC时间常数决定该清零信号的周期。寄存器105除受到清零信号控制外，还受到一个锁存信号的控制，该信号与清零信号同步，以决定寄存器105的内容何时输出至下一级移位寄存器106。移位寄存器106将上一级送来的结果右移N比特。N值由输入位宽和AGC时间常数决定。

经过低通滤波器11后的结果送入量阶计算器12。移位器121由移K比特，K值由DAGC输出位宽决定。经右移K比特后送入饱和舍入器122。饱和舍入器122涉及的饱和操作确定了数字自动增益控制(DAGC)的最小增益，舍入操作定义了数字自动增益控制(DAGC)的最大增益。舍入操作定义为当量阶小于一个给定的门限时，量阶强制为该门限值。饱和操作具体如图5所示，如果A的S1与S2之间的比特相同，则会直接舍去高位；否则S1与S2之间的比特0、1均出现，那么，如果A的S1为1，则B的S2位为1，其余全为0；如果A的S1为0，则B的S2位为0，其余全为1。

得到量阶后，由映射器13对输入I、Q数据进行量化，量化结果即为数字自动增益控制(DAGC)装置的输出。

Claims (4)

1、一种数字自动增益控制装置，其特征在于，该控制装置采用前馈式结构，包括一个短期能量估计器、一个低通滤波器、一个量阶计算器以及一个映射器，短期能量估计器估算出输入信号平均功率并送入至低通滤波器，低通滤波器对平均功率进行前后平滑处理再送至量阶计算器计算出量阶，量阶计算器的输出送至映射器，输入信号也同时直接输入至映射器，映射器的输出即为控制装置的输出。

2、如权利要求1所述的数字自动增益控制装置，其特征在于：所述的短期能量估计器进一步包括二个绝对值器、二个加法器、一个延迟单元、一个寄存器以及一个移位器，两路输入信号经过绝对值器取绝对值，经过一个加法器相加，相加的结果与寄存器的输出进行累加，累加的结果送到延迟单元延迟，延迟单元的输出送到寄存器，寄存器还受一清零信号和锁存信号的控制，移位器对寄存器的输出进行移位后输出。

3、如权利要求1所述的数字自动增益控制装置，其特征在于：所述的低通滤波器是一个一阶无限冲击响应数字滤波器，它包括一加法器、一延迟单元以及移位器，移位器将加法器的输出经延迟单元延迟后再右移M比特后再送至加法器，比特数M由数字滤波器的响应时间所决定。

4、如权利要求1所述的数字自动增益控制装置，其特征在于：所述的量阶计算器由移位器以及饱和舍入器构成，移位器的右移比特数由控制装置的输出位宽决定，饱和舍入器决定控制装置的最大增益和最小增益。

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