一种数字自动增益控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数字自动增益控制方法及系统，其中，该方法的步骤为：首先，将接收机中模数转换器的数字输出信号进行采样和取平均，得到当前接收机数字输出信号的平均值。第二，将该值送入多个比较器，与多个参考值进行比较，每个比较器输出的0或1即为该位比较结果，所有比较器总的比较结果组成一个向量。第三，将该向量作为地址送入增益查找表中，查找表输出增益迭代所需调整的步进。第四，当前增益控制字与查找表输出的步进叠加，得到新的增益控制字，从而实现对可变增益模块的自动增益控制。本发明专利技术在保证系统收敛时间相对稳定的前提下节约电路功耗和面积。

【技术实现步骤摘要】
一种数字自动增益控制方法及系统
本专利技术属于无线通信接收机系统
，尤其涉及一种数字自动增益控制方法及系统。
技术介绍
射频接收电路前端将从天线接收到的信号放大并下变频到模拟基带，再由模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，简称ADC)将模拟基带信号转化为数字基带信号，以便后续数字基带电路对信号进行解调和解码等操作。由于信号传播途径中的多径损耗、噪声和障碍物反射吸收等因素的影响，从天线接收到的信号强度变化十分剧烈，对模数转化器的动态范围要求很高，因此在第一代无线电通信设备中，人们就开始应用自动增益控制(AutomaticGainControl，简称AGC)技术来解决上述问题。通过不断调整接收机的增益，来保持输出端信号的相对稳定。如今AGC电路应用范围越来越广泛，对于输入信号动态范围很大、输出信号幅度的不稳定会导致信号丢失或者性能下降的系统，都可以采用AGC技术来缩小后级电路所需的动态范围。自动增益控制电路种类繁多，根据控制信号，可以分为模拟AGC、数字AGC。模拟AGC通过模拟反馈电路进行增益控制，如改变晶体管的直流或者交流电流，插入衰减网络等，需要考虑功耗、面积和稳定性等因素，对模拟电路的设计要求很高。为了稳定环路收敛时间，使其不随输入信号强度发生改变，需要构造额外的指数电压产生电路，增加了电路设计的难度和复杂度。数字AGC通过二进制控制字控制反馈电阻、偏置电流和有源网络负反馈等结构的连接，从而实现增益的dB线性变化，也可以通过数字电路的控制实现多级可变增益模块的选通，相对于模拟AGC来说容易实现更低的功耗和更高的线性度。在模拟AGC中，可变增益放大器的增益直接由反馈信号控制，环路中的噪声容易引起增益抖动；而数字AGC用离散的控制码控制，不会为放大器引入噪声。另一方面，模拟AGC受到调整步进和响应时间的限制，环路设计的灵活性更差，难以适应突发的环境；数字AGC除了可变增益放大器以外，其余环路模块都在数字域实现，可以根据实际情况灵活设计控制算法，从而实现更短的稳定时间或降低对硬件的要求。因此，数字AGC越来越多地应用于射频接收机中。数字自动增益控制的算法可以直接在ASIC上实现，也可以在DSP上实现。AGC将估算的当前信号平均幅度与参考值比较，并利用比较结果进行运算产生增益控制信号，送入各个可变增益模块进行增益调节。将信号强度检测电路检测到的当前信号平均幅值与目标值之间的差值规定为误差幅值。目前的常见的数字自动增益控制算法主要采用的是对数迭代方式，对数迭代方式是指增益迭代的步进与误差幅值之间是对数关系的，如图1所示。相邻两次增益之间的关系可以用式(1)表示，lg(G(n+1))＝lgG(n)+k(lgA′-lgA)(1)将式(1)变形，可以写作lg(G(n+1))＝lgG(n)+k(lgA′-lg(|G(n)x(n)|))(2)＝(1-k)lgG(n)-klg(|x(n)/A′|)其中k是自定义的增益加权因子，用来控制电路的稳态响应，G(n)和G(n+1)分别表示第n次与第(n+1)次增益，A是根据检测到的信号幅值估算的当前输入信号的平均幅度，A’是目标值，也可以称为理想幅值。假设输入信号为阶跃信号x(n)＝cu(n)，则图1所示系统的稳态响应为lg(G(n))＝-lg(c/A′)[1-(1-k)n]u(n)(3)从式(3)可以看出，当0＜k＜2时，系统最终可以收敛，增益稳态值为A’/c，时间常数τ正比于1/k，与输入信号幅度相互独立，环路具有相对稳定的时间常数。上述迭代方式引入了对数运算以获得相对稳定的收敛时间。然而数字域的对数操作比较复杂，将会为了硬件电路的带来更多的面积和功耗。LAIXiaoqiang和LIShuangtian所著DesignandImplementationofDigitalLoopedAutomaticGainControl[J].NetworkNewMedia，2013，2(3):40-45采用CORDIC算法简化对数运算，这样做虽然可以得到较为精确的对数运算结果，但是一方面仍然需要设计并调用双曲函数反函数(tanh-1)的查找表，另一方面需要进行迭代操作，延时较长。WANGChao和YUZongYing所著AnalysisanddesignofafastdigitalAGCstructure[J].ComputerandInformationTechnology，2008，3:41-43直接利用查找表建立ADC输出与对数运算的映射关系，这种方法简单快捷，却对设计者的要求更为严格，因为在实际工作过程中会发生增益偏差，使得所需增益与计算值不符，单纯用查找表的方式容易产生错误的控制信号。综上所述，对数迭代方式可以将接收机的输出信号收敛到目标值，且具有相对稳定的收敛时间，但是引入的对数运算会增大电路的功耗和面积。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种数字自动增益控制方法及系统，在保证系统收敛时间相对稳定的前提下节约电路功耗和面积的数字自动增益控制方法。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：根据本专利技术的一个方面，提供了一种数字自动增益控制方法，所述方法包括如下步骤：(1)预设采样点个数M，对接收机的模数转换器的数字输出信号进行采样，并对M个采样点信号取平均，得到接收机当前数字输出信号的平均值A；(2)预设数字输出信号的目标值A’；(3)将步骤(2)得到的目标值A’分别乘以20个常数，得到20个参考值，分别记为A1，A2，A3，…，A20；(4)将步骤(1)得到的接收机当前数字输出信号平均值A分别与步骤(3)得到的参考值A1，A2，…，A20比较，所有比较结果组成一个一维向量t；(5)将步骤(4)得到的一维向量t作为地址输送给增益查找表，增益查找表输出增益需要改变的步进值；(6)将放大器当前增益控制字G(n)与步骤(5)得到的增益需要改变的步进值相加，得到新的放大器增益控制字G(n+1)；(7)将步骤(6)得到的增益控制字G(n+1)送入可变增益放大器中，控制放大器的增益变化，从而实现对接收机的自动增益控制。上述数字自动增益控制方法中，在步骤(1)中，若采样点位于I/Q两路上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，I(n)、Q(n)分别为正交两路的第n次信号采样结果，M为采样点个数。上述数字自动增益控制方法中，在步骤(1)中，若采样点位于I/Q两路上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，I(n)、Q(n)分别为正交两路的第n次信号采样结果，M为采样点个数。上述数字自动增益控制方法中，在步骤(1)中，若采样点位于I/Q两路上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，I(n)、Q(n)分别为正交两路的第n次信号采样结果。上述数字自动增益控制方法中，在步骤(1)中，若采样点位于复数通道上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，s(n)为ADC输出复数信号的第n次采样结果，M为采样点个数。上述数字自动增益控制方法中，在步骤(1)中，若采样点位于复数通道上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，s(n)为ADC输出复数信号的第n次采样结果，M为采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字自动增益控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)预设采样点个数M，对接收机的模数转换器的数字输出信号进行采样，并对M个采样点信号取平均，得到接收机当前数字输出信号的平均值A；(2)预设数字输出信号的目标值A’；(3)将步骤(2)得到的目标值A’分别乘以20个常数，得到20个参考值，分别记为A1，A2，A3，…，A20；(4)将步骤(1)得到的接收机当前数字输出信号平均值A分别与步骤(3)得到的参考值A1，A2，…，A20比较，所有比较结果组成一个一维向量t；(5)将步骤(4)得到的一维向量t作为地址输送给增益查找表，增益查找表输出增益需要改变的步进值；(6)将放大器当前增益控制字G(n)与步骤(5)得到的增益需要改变的步进值相加，得到新的放大器增益控制字G(n+1)；(7)将步骤(6)得到的增益控制字G(n+1)送入可变增益放大器中，控制放大器的增益变化，从而实现对接收机的自动增益控制。

【技术特征摘要】
1.一种数字自动增益控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)预设采样点个数M，对接收机的模数转换器的数字输出信号进行采样，并对M个采样点信号取平均，得到接收机当前数字输出信号的平均值A；(2)预设数字输出信号的目标值A’；(3)将步骤(2)得到的目标值A’分别乘以20个常数，得到20个参考值，分别记为A1，A2，A3，…，A20；(4)将步骤(1)得到的接收机当前数字输出信号平均值A分别与步骤(3)得到的参考值A1，A2，…，A20比较，所有比较结果组成一个一维向量t；(5)将步骤(4)得到的一维向量t作为地址输送给增益查找表，增益查找表输出增益需要改变的步进值；(6)将放大器当前增益控制字G(n)与步骤(5)得到的增益需要改变的步进值相加，得到新的放大器增益控制字G(n+1)；(7)将步骤(6)得到的增益控制字G(n+1)送入可变增益放大器中，控制放大器的增益变化，从而实现对接收机的自动增益控制。2.根据权利要求1所述的数字自动增益控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，若采样点位于I/Q两路上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，I(n)、Q(n)分别为正交两路的第n次信号采样结果，M为采样点个数。3.根据权利要求1所述的数字自动增益控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，若采样点位于I/Q两路上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，I(n)、Q(n)分别为正交两路的第n次信号采样结果，M为采样点个数。4.根据权利要求1所述的数字自动增益控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，若采样点位于I/Q两路上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公式得到：其中，I(n)、Q(n)分别为正交两路的第n次信号采样结果。5.根据权利要求1所述的数字自动增益控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，若采样点位于复数通道上，接收机当前数字输出信号的平均值A由以下公...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乃康，侯训平，张超轩，苗佳，段冲，魏慧婷，张佃伟，文武，毕波，文治平，
申请(专利权)人：北京时代民芯科技有限公司，北京微电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11