本發(fā)明涉及一種零中頻接收機(jī)中數(shù)字自動(dòng)增益控制技術(shù)，尤其涉及一種用于無線通信接收機(jī)的數(shù)字自動(dòng)增益控制電路。

背景技術(shù)：

在無線通信系統(tǒng)中由于傳輸距離以及地形等因素的影響，電波在空間傳播過程中存在不同程度的衰落，接收機(jī)輸入端接收到的信號(hào)強(qiáng)度有很大的變化，其變化范圍可能高達(dá)60～80db。面對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍的接收信號(hào)，高分辨率的adc固然可以獲得較大的動(dòng)態(tài)范圍，但是在信號(hào)比較小的情況下接收機(jī)的性能仍然會(huì)受到很大的影響，因此，自動(dòng)增益控制(automaticgaincontrol，agc)系統(tǒng)是提升接收機(jī)解調(diào)性能的一個(gè)重要途徑。

agc系統(tǒng)由可變?cè)鲆娣糯笃?、檢測器和增益控制電路三部分組成，檢測器從可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵鲋刑崛⌒盘?hào)強(qiáng)度信息，增益控制電路據(jù)此自動(dòng)調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆妫员ＷC待解調(diào)信號(hào)的強(qiáng)度處于一個(gè)穩(wěn)定水平來提高接收機(jī)的解調(diào)性能。衛(wèi)星定位通信接收機(jī)的接收靈敏度通常在噪聲水平以下，利用信號(hào)的相關(guān)性實(shí)現(xiàn)解調(diào)，這就要求接收機(jī)鏈路實(shí)現(xiàn)較大的增益以把信號(hào)(包括噪聲)放大到顯著功率水平以進(jìn)行量化。此外，近年來零中頻架構(gòu)的接收機(jī)由于其系統(tǒng)集成度高，電路結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)使得其應(yīng)用逐步取代了超外差接收機(jī)。

agc系統(tǒng)又可以分為模擬agc、數(shù)字agc和數(shù)模混合agc。模擬agc系統(tǒng)的可變?cè)鲆娣糯笃鳌z測器和增益控制電路都是在模擬域?qū)崿F(xiàn)的，當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，輸出(輸入)信號(hào)的強(qiáng)度經(jīng)平方律器件檢測信號(hào)強(qiáng)度后，反饋(前饋)增益控制信號(hào)到可變?cè)鲆婕?jí)，使信號(hào)強(qiáng)度鎖定到規(guī)定的范圍內(nèi)。數(shù)?；旌蟖gc系統(tǒng)的可變?cè)鲆娣糯笃鞑捎迷鲆婵删幊痰姆糯笃鹘Y(jié)構(gòu)，但是增益控制、甚至信號(hào)強(qiáng)度檢測都在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，其增益控制更為靈活、放大器的結(jié)構(gòu)選擇更為自由因而可以采用各種反饋技術(shù)提高放大器的性能。全數(shù)字agc則完全避免了使用模擬電路，其利用高分辨率的adc直接將高動(dòng)態(tài)范圍的模擬基帶信號(hào)量化，然后在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)信號(hào)增益，這不但具有可靠性高、方便配置、易于調(diào)試和精確性高等優(yōu)點(diǎn)，還減少了模擬信號(hào)處理的環(huán)節(jié)，因而緩解了非線性失真對(duì)信噪比的惡化。數(shù)字agc具有更精確的增益調(diào)整步長、更強(qiáng)的agc控制能力，輸出信號(hào)波動(dòng)可以小于1db甚至更小，模擬agc輸出信號(hào)波動(dòng)通常為3～6db以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。隨著高速高精度adc設(shè)計(jì)技術(shù)和高速度、低成本的數(shù)字信號(hào)處理芯片的發(fā)展，全數(shù)字agc展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢并獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)以上問題，本發(fā)明提出一種用于無線通信接收機(jī)的數(shù)字自動(dòng)增益控制電路。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于無線通信接收機(jī)的數(shù)字自動(dòng)增益控制電路，包括數(shù)字放大器、模值計(jì)算電路、平均值濾波器、功率計(jì)算電路、門限比較電路和誤差處理電路。

輸入信號(hào)通過數(shù)字放大器后被注入到模值計(jì)算電路中，獲取基帶信號(hào)的模值；平均值濾波器對(duì)模值計(jì)算電路的模值信號(hào)進(jìn)行分段，并求取各段的平均模值；平均模值經(jīng)過功率計(jì)算電路，將平均模值變換到對(duì)數(shù)域內(nèi)，獲得基帶信號(hào)的功率值；功率值依次注入到門限比較電路和誤差處理電路。

誤差處理電路包含增益系數(shù)調(diào)整電路和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路；增益系數(shù)調(diào)整電路根據(jù)門限比較的結(jié)果，應(yīng)用分段調(diào)節(jié)機(jī)制，得到一個(gè)在對(duì)數(shù)域內(nèi)的增益系數(shù)；反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路將對(duì)數(shù)域內(nèi)的增益系數(shù)變換到線性域中，用來驅(qū)動(dòng)數(shù)字agc的數(shù)字放大器，完成agc環(huán)路。

數(shù)字放大器包括放大電路、峰值檢測電路和誤差檢測電路；放大電路將輸入信號(hào)和增益系數(shù)相乘，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的放大和縮小，使輸出信號(hào)維持在一個(gè)恒定的功率范圍內(nèi)；峰值檢測電路和誤差檢測電路快速檢測突變信號(hào)，重新調(diào)節(jié)數(shù)字agc電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字agc的快速鎖定。

峰值檢測電路通過判斷信號(hào)的平均估計(jì)模值和增益系數(shù)信號(hào)相乘的結(jié)果是否超出信號(hào)允許的最大值，來控制增益系數(shù)。其工作方法為取一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)的平均估計(jì)模值，與增益系數(shù)相乘，判斷是否超出正常信號(hào)的最大閾值，超出范圍，則產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志位，對(duì)誤差處理電路中增益系數(shù)控制電路重新置位，使增益系數(shù)快速回到初值；沒有超出，則表示信號(hào)正常。

誤差檢測電路檢測放大電路的輸出是否超出其允許的最大閾值，超出最大閾值，表示放大電路的輸出信號(hào)不準(zhǔn)確，選擇器輸出未經(jīng)過放大電路調(diào)整的信號(hào)；輸入信號(hào)沒有超出最大閾值，表示放大電路調(diào)節(jié)的信號(hào)有效，選擇器輸出經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號(hào)。

有益效果：本發(fā)明利用對(duì)數(shù)運(yùn)算，在對(duì)數(shù)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)，將原有的乘除法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加減法運(yùn)算，大大提高數(shù)字agc的運(yùn)算速度和鎖定時(shí)間，具有快速響應(yīng)，控制電路簡單，控制靈活等特點(diǎn)。同時(shí)，誤差處理電路應(yīng)用分段調(diào)節(jié)機(jī)制，簡化增益系數(shù)控制的復(fù)雜度，提高電路的運(yùn)算效率，合理地控制了信號(hào)的波動(dòng)。

本發(fā)明引入峰值檢測電路和誤差處理電路有效地消除突變信號(hào)的影響，保證接收機(jī)正常工作。本發(fā)明具有一個(gè)寬動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)輸入信號(hào)在寬動(dòng)態(tài)范圍變化時(shí)，agc輸出裝置輸出信號(hào)的平均功率大致保持恒定，使得信號(hào)大小維持在一個(gè)適合的范圍，以改善接收機(jī)的解調(diào)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路所處接收機(jī)的位置圖；

圖2是本發(fā)明所述的用于無線通信接收機(jī)的數(shù)字自動(dòng)增益控制電路圖；

圖3是數(shù)字放大器的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是峰值檢測電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是誤差檢測電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明的控制流程圖；

圖7是本發(fā)明的仿真結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的電路所處接收機(jī)的位置如圖1所示，接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過零中頻接收機(jī)的射頻前端和adc采樣后變?yōu)榛鶐У膇、q兩路信號(hào)?；鶐У膇、q兩路信號(hào)經(jīng)過數(shù)字agc電路，實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的功率基本恒定。最后，完成自動(dòng)增益控制后的信號(hào)送給數(shù)字接收機(jī)進(jìn)行解調(diào)等工作。

本發(fā)明所述的數(shù)字agc電路如圖2所示，包括數(shù)字放大器、模值計(jì)算電路、平均值濾波器、功率計(jì)算電路、誤差處理電路中的增益系數(shù)調(diào)整電路和反對(duì)數(shù)變換電路。

本發(fā)明所述的數(shù)字agc電路具體控制方法為：

在初始狀態(tài)，agc控制裝置生成初始的增益系數(shù)factor，信號(hào)經(jīng)過零中頻接收機(jī)后，通過sigma-deltaa/d轉(zhuǎn)換器后，得到i、q兩路復(fù)信號(hào)，表示為xi+j*xq。經(jīng)過如圖3所示的數(shù)字放大器后，將復(fù)信號(hào)與增益系數(shù)相乘后，得到一個(gè)調(diào)整后的復(fù)信號(hào)，表示為yi+j*yq，其表達(dá)式可寫為：

yi+j*yq＝(xi+j*xq)*factor

同時(shí)，峰值檢測電路主要是通過判斷信號(hào)的平均估計(jì)模值和增益系數(shù)信號(hào)相乘的結(jié)果是否超出信號(hào)允許的最大值，來控制增益系數(shù)。如圖4所示，其工作方法為：取一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)的平均估計(jì)模值，與增益系數(shù)相乘，判斷其是否超出正常信號(hào)的最大閾值，一旦其超出范圍，則產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志位，對(duì)誤差處理電路中增益系數(shù)控制電路重新置位，使得增益系數(shù)快速回到初值；沒有超出，則表示信號(hào)正常。

經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號(hào)和原始的輸入信號(hào)被同時(shí)注入到如圖5所示的誤差檢測電路的數(shù)據(jù)選擇器中，同時(shí)，經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號(hào)流入比較控制電路后的輸出信號(hào)被作為數(shù)據(jù)選擇器的控制信號(hào)。比較控制電路主要用來檢測放大電路的輸出是否超出其允許的最大閾值，一旦超出最大閾值，表明此次放大電路的輸出信號(hào)并不準(zhǔn)確，則選擇器輸出未經(jīng)過放大電路調(diào)整的信號(hào)；如果輸入信號(hào)沒有超出最大閾值，表明此次調(diào)節(jié)的信號(hào)有效，則選擇器輸出經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號(hào)。

將數(shù)字放大器的輸出信號(hào)注入模值計(jì)算電路，得到此時(shí)復(fù)信號(hào)的模值a，其表達(dá)式可以寫為：

通過平均值濾波器，將輸入的模值以nagc為單位分段，并獲取每一段的均值，以減小噪聲帶來的誤差和毛刺，提高agc環(huán)路的穩(wěn)定性和可靠性，第l段的模值均值的表達(dá)式為：

將上述平均模值注入功率計(jì)算電路中，通過對(duì)數(shù)算法獲得其在對(duì)數(shù)域內(nèi)的平均功率其計(jì)算式如下：

在對(duì)數(shù)域內(nèi)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，將原有的乘除法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加減法運(yùn)算，大大提高數(shù)字agc的運(yùn)算速度和鎖定時(shí)間。再將與agc設(shè)定的閾值(thr)進(jìn)行比較，根據(jù)增益系數(shù)調(diào)整電路設(shè)定一個(gè)合適的對(duì)數(shù)域的agc系數(shù)控制字，其調(diào)整過程如圖6所示。再通過反對(duì)數(shù)電路，將上述控制字從對(duì)數(shù)域變換到線性域中反饋到數(shù)字放大器，作為下面復(fù)信號(hào)的增益系數(shù)，從而調(diào)整agc的輸入功率，使其達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的功率值。

上述增益系數(shù)控制過程中，需要仔細(xì)確定增益步進(jìn)，增益步進(jìn)太大則環(huán)路容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，增益步進(jìn)太小則容易導(dǎo)致系統(tǒng)收斂時(shí)間過長。因此，本方案中根據(jù)初始值與目標(biāo)值之間的差距大小采取不同的增益步進(jìn)進(jìn)行調(diào)整，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下盡可能快速的收斂。

首先，輸入信號(hào)的功率和閾值thr進(jìn)行減法操作，其所得的差值記為e，表示為輸入信號(hào)相對(duì)于參考功率的大小。然后，對(duì)e的符號(hào)進(jìn)行判斷，如果為正，表明需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減控制；如果為負(fù)，表明需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大控制。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字agc增益系數(shù)的準(zhǔn)確控制，這里引入多閾值的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字agc的分段控制，即在判決端設(shè)置多個(gè)不同的閾值，并根據(jù)這些不同的閾值設(shè)定對(duì)應(yīng)每個(gè)閾值的增益調(diào)節(jié)步進(jìn)。將差值e的絕對(duì)值與閾值進(jìn)行比較，選擇合適的增益控制步進(jìn)，并根據(jù)差值e的符號(hào)，確定數(shù)字agc進(jìn)行放大控制還是衰減控制，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)功率調(diào)節(jié)的目的。這里，設(shè)置4個(gè)閾值(thr1＞thr2＞thr3＞thr4)以其對(duì)應(yīng)每個(gè)閾值的增益調(diào)節(jié)步進(jìn)(coef1＞coef2＞coef3＞coef4)。

其基本判決流程如下：

如果|e|≥thr1，那么說明輸入信號(hào)的功率與參考功率相差較大，則采用第一增益步進(jìn)coef1；如果thr2≤|e|＜thr1，那么說明輸入信號(hào)的功率與參考功率相差相對(duì)較大，則采用第二較大增益步進(jìn)coef2；如果thr3≤|e|＜thr2，那么說明輸入信號(hào)的功率與參考功率相差相對(duì)較小，則采用第三增益步進(jìn)coefs；如果thr4≤|e|＜thr3，那么說明輸入信號(hào)的功率與參考功率相差較小，則采用第四增益步進(jìn)coef4；如果|e|＜thr4，則說明輸入信號(hào)的功率與參考功率相差很小，則保持增益系數(shù)不變。在選擇增益步進(jìn)的同時(shí)，根據(jù)差值e的符號(hào)確定數(shù)字agc進(jìn)行放大控制還是衰減控制，如果為正，表明需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減控制；如果為負(fù)，表明需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大控制。通過這樣的方式既可以快速調(diào)節(jié)信號(hào)的功率，又可以保證電路的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的仿真效果如圖7所示，從圖中可以看出發(fā)明能夠很快地對(duì)輸入信號(hào)的變化作出響應(yīng)，使得agc環(huán)路穩(wěn)定。相較于傳統(tǒng)的agc電路，能夠更準(zhǔn)確的檢測信號(hào)強(qiáng)度，更精確地控制增益步進(jìn)。在輸入信號(hào)變化較大時(shí)，仍能夠使輸出信號(hào)的波動(dòng)較小。采用數(shù)字式agc，建立時(shí)間短、控制靈活、電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景。