專利名稱：一種數字基帶自動增益控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通信中的信號處理技術，尤指對所有高速信號采集中信號處理的一種動態(tài)可調分辨率高精度的數字基帶自動增益控制方法。
在模擬的窄帶調頻接收機中，通常是利用調頻解調器來獲取瞬間波形的相位信息?，F在的調頻接收機通常是在限幅器后加一鑒頻器，其中，限幅器的作用是使得輸入信號的能量保持一個定值，從而保證鑒頻器輸入端的信號具有最大的信噪比。然而，這樣的模擬信號處理技術通常包括精細的濾波電路，而這些電路通常是由一些分立的電子元器件構成的，因而整個系統(tǒng)反應速度慢、精度差，而且已有結果表明采用線性數字解調技術的系統(tǒng)性能會優(yōu)于模擬解調技術。
因此，在現有的信號接收系統(tǒng)中，大多都采用數字接收機。一般的數字接收機包括一個可變增益的放大器，其增益的變化是靠外部信號來控制的，這種利用一個控制信號來調整接收信號處理增益的過程就稱為自動增益控制(Automatic Gain Control，簡稱為AGC)。AGC功能在數字接收機的實際應用中是必不可少的，因為接收機接收到的信號變化范圍大，由于較高的抽樣速率和模數變換器分辨率的限制，接收機必須具有AGC的功能才能克服慢衰和快衰引起的信號衰落。由此可見，在系統(tǒng)中采用AGC的目的就是在射頻輸入信號的功率發(fā)生變化時，保持輸出信號大致為恒定值。典型的AGC系統(tǒng)包括幅度檢測器、反饋路徑上的積分器或濾波器、一個或多個增益可控的射頻放大器或中頻放大器。
結合圖2可以看出，在數字接收機中，AGC的處理過程首先是將信號經過模數變換器轉換為數字信號，再將此信號輸出到模塊21中進行信號功率的測量計算，然后把測量得到的信號功率和預先設定的期望信號功率值在模塊22中進行比較，所得到的誤差信號經模塊23經過門限檢測后便可得到放大器的控制信號。實際上是利用測量的信號功率和期望的信號功率的差值作為可變增益放大器的控制信號，來調整信號強度。在上述AGC的處理過程中，在生成誤差信號時，所輸入的信號要與預先設定的參考信號比較；在經過門限檢測時信號也會與設定門限值進行比較，而該參考信號值及門限值是預先設定選取的，不會因設備所運行環(huán)境的不同而隨之改變，如此將會影響調節(jié)的精度。
綜上所述可以看出，在當前已有的AGC技術中，模擬AGC由于系統(tǒng)反應慢、精度差而不利于信號處理。通常的數字AGC雖然與模擬AGC有質的區(qū)別，但由于在數字AGC中通常采用的是階梯式調節(jié)以適應硬件實現的要求，同樣也會產生系統(tǒng)反應慢，精度差的問題，比如在量化時，由于硬件的限制，量化表只能逐級調節(jié)產生，其步長每次只能調整一定的幅度，如此會造成整個系統(tǒng)反應遲緩，而且由于經過步驟多也使調節(jié)精度受到影響。另外，現有的數字AGC在處理時雖然能夠實時可調，但它在信道模型改變時不能馬上做出反應，有一定的延時，實時性不強。再有就是，現有的數字AGC在運行時很可能由于環(huán)境的影響而使整個處理結果精度不高，因為其中一些門限值的設定選取會受到運行環(huán)境的限制。
有鑒于此，本發(fā)明的目的就在于提出一種數字基帶自動增益控制方法，使其不僅具有數字AGC的所有優(yōu)點，且調節(jié)精度更高，誤碼率更低，反應時間短，分辨率也可根據信道模型實時調節(jié)。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種數字基帶自動增益控制方法，該方法由以下的步驟來實現(1)通過模數變換器的模/數變換處理，將接收到的經過基帶脈沖整形濾波器處理的基帶模擬信號轉換為數字信號；(2)將上述數字信號同時傳送給AGC量化模塊和接收信號強度指示模塊(RSSI)，由接收信號強度指示模塊計算接收到的基帶數字信號的能量，作為RSSI模塊的輸出信號輸送給一濾波器；
(3)濾波器對接收到的信號能量作一個加權運算；同時，把接收信號的能量估值轉換為信號的幅度估值，并把接收信號的最大幅度發(fā)送到動態(tài)AGC量化表模塊；(4)將濾波器的輸出信號與已有的動態(tài)AGC量化表中最大幅度進行對比，如果接收信號的最大幅度大于已有量化表的最大幅度，則增加已有量化表的最大幅度，增加的幅度可以調節(jié)；如果小于已有量化表的幅度，則減小已有量化表的最大幅度，改變的量值也可以調節(jié)；(5)由動態(tài)AGC量化表生成的輸出信號與經過AGC隔直濾波器處理后的數據信號用量化表采用映射方式直接得到最終的輸出信號。
該方法還進一步包括以下步驟用一自動增益控制(AGC)隔直濾波器將模數變換后的數字信號中的直流分量去除，并將處理后的數字信號同時傳給AGC量化模塊和接收信號強度指示模塊(RSSI)。
其中，動態(tài)AGC量化表的生成過程是根據AGC分辨率控制信號和濾波器輸出的信號共同確定的，其分辨率由所采用的信道模型來確定。
AGC控制信號的檢測點是在數字基帶，整個AGC的量化過程也是在數字基帶進行。
可實現上述方法的信號處理裝置，至少包括一模數變換模塊，其特征在于還進一步包括一AGC隔直濾波模塊、一接收信號強度指示模塊、一濾波模塊、一動態(tài)AGC量化表模塊、一AGC量化模塊以及一AGC分辨率控制信號模塊。
一基帶模擬信號經模數變換模塊轉換為數字信號后輸出到AGC隔直濾波模塊，經過AGC隔直濾波模塊隔離直流分量的處理，將輸出信號同時送至接收信號強度指示模塊和AGC量化模塊，接收信號強度指示模塊計算該數字信號的能量，并作為輸出信號輸出到濾波模塊，濾波模塊對信號作一個加權運算，同時將信號的能量估值轉化為幅度估值，并把信號的最大幅度發(fā)送給動態(tài)AGC量化表模塊，動態(tài)AGC量化表模塊根據信號幅度值動態(tài)地生成最新的動態(tài)AGC量化表，AGC量化模塊將動態(tài)AGC量化表模塊送來的信號和AGC隔直濾波模塊送來的信號采用映射方式直接得出最終的輸出信號。
本發(fā)明所提供的一種數字基帶自動增益控制方法，可以在輸入信號變化較大的情況下，保持輸出信號的幅度盡量達到滿量程，這樣可使數字接收機具有最佳的信噪比，從而降低了量化噪聲和誤碼率，提高信號的分辨率，也提高了可靠性；在系統(tǒng)實際運行中，可能會采用不同的信道模型，那么其輸入信號的幅度也就不同，本發(fā)明可以很快的根據輸入信號幅度的不同，按照不同的信號分辨率來調節(jié)，縮短了反應時間，使其實時性更強，反應更快；該方法中，由于量化表的生成過程不涉及信號的高速采樣，完全可以按照輸入信號的頻率進行處理，因而量化表的精度可以做的非常高，從而改善了調節(jié)精度，進一步改善了系統(tǒng)的性能。
有關本發(fā)明的詳細說明及技術內容，配合
如下圖1為接收系統(tǒng)模型示意圖。
圖2為一種現有AGC技術的處理框圖。
圖3為高精度動態(tài)可調分辨率數字基帶AGC的實現框圖。
圖1給出了數字自動增益控制在接收機中所處的位置。如圖1所示，接收機天線11首先接收到高頻無線信號，通過混頻處理12將高頻接收信號轉換成基帶信號，為了克服碼間干擾，讓接收到的基帶信號經過接收基帶脈沖整形濾波器13的處理，降低碼間干擾。其輸出信號輸入到數字的自動增益控制電路14，完成接收信號的自動增益控制功能，數字化自動增益控制電路的輸出信號輸入到多徑(RAKE)接收機15中加以合并處理，得到的輸出信號送入信道譯碼器16，從而還原為原始的信源信號，再經過信源譯碼器17的譯碼處理得到原始的語音或數據信號18。其中，RAKE接收機可用來克服信道中多徑衰落的影響。
由圖1可以看出，接收到的射頻信號首先經過混頻的處理過程，將高頻信號轉換到中頻、基帶信號，基帶信號經過與發(fā)端相匹配的脈沖整形濾波器的整形處理，才進入自動增益控制模塊。
那么，結合圖3可以看到本發(fā)明所提供的高精度動態(tài)可調分辨率數字基帶AGC具體的實現方式是這樣的1、首先將接收到的經過基帶脈沖整形濾波器處理的基帶信號31輸入到模數變換器32進行模數變換處理，將接收到的模擬信號轉換為數字信號。為了保證有比較大的動態(tài)范圍，采用12比特甚至更多比特的模數變換器(A/D)變換器32。在基帶解調時，只要滿足有效比特為4比特時就可以保證搜索的結果，這中間主要是因為信號的大小變動會造成的動態(tài)范圍冗余，因而在選取A/D變換的具體精度時應盡量采用較多的比特數，當然也要考慮硬件復雜度。
2、為了減小在后面解調和濾波的運算量，并且保留充足的有效比特，在解調之前加一AGC隔直濾波器34。AGC隔直濾波器的是一個用來隔離直流的數字濾波器，主要是用來把模數變換后的數字信號33中的直流分量去掉。因為在實際的環(huán)境中，信號傳輸的過程中會存在部分直流分量，隔直濾波器的主要作用就是隔離掉信號中的直流分量，從而降低噪聲的影響，因為直流分量中帶有噪聲。
3、經過AGC濾波器濾波后的數字信號35同時輸送到兩個模塊，即圖3中的AGC量化模塊312和接收信號強度指示模塊36(RSSIReceivedSignal Strength Indicator)。接收信號強度指示模塊36主要用來計算接收到的基帶數字信號的功率(即信號能量)，其信號功率的計算方法會根據所采用的調制方式的不同而發(fā)生相應的變化，譬如系統(tǒng)采用4相移相鍵控(QPSK)調制方式，則RSSI模塊輸出信號的生成方式是同相分量I的平方加上正交分量Q的平方，二者的和即I2＋Q2，以此作為RSSI模塊的輸出信號37。
4、接收信號強度指示器36的輸出信號37輸入到一個濾波器38，濾波器38的主要作用是對接收到的信號能量作一個加權運算，使用該濾波器的主要原因是前后采樣點之間信號的相關性。在濾波器的具體處理過程實際上是按照下面的公式(1)進行計算的S(n)＝aS(n－1)＋(1－a)S(n)(1)在公式(1)中，S(n)表示當前采樣信號的強度，S(n－1)表示前一時刻的采樣信號的強度，a表示加權因子。由公式(1)可以清楚地看出，當前信號的能量估值與前面信號的能量估值緊密相關，所以說經過如此的處理后相當于增加了信號強度的統(tǒng)計時間，而且，做此加權運算可以根據前后信號的相關性濾除突發(fā)的不穩(wěn)定因素，保證信號的穩(wěn)定性，提高了信號能量估值的可靠性。
在濾波器38中的處理過程除了上述的加權操作外，還包括一個信號能量和信號幅度的轉化過程，因為在接收信號強度指示器36中測量的量是信號的能量，而不是信號的幅度，而在量化時需要量化的量是接收信號的幅度，因此在該濾波器38中，還要把接收信號的能量估值轉換為信號的幅度估值，并且把接收信號的最大幅度發(fā)送到AGC動態(tài)量化表模塊311，其中幅度值等于能量值開平方。
5、濾波器38的輸出信號39輸入到動態(tài)AGC量化表模塊311。AGC量化表模塊的分辨率由所采用的信道模型來確定，因為這樣可以降低量化噪聲和降低誤碼率。濾波器38的輸出信號39與已有量化表的最大幅度進行對比，如果接收信號的最大幅度大于已有量化表的最大幅度，則增加已有量化表的最大幅度，增加的幅度可以調節(jié)；如果小于已有量化表的幅度，則減小已有量化表的最大幅度，改變的量值也可以調節(jié)；因此整個AGC動態(tài)量化表的生成過程是根據AGC分辨率控制信號310和濾波器輸出的信號來共同確定的。由于在量化表的生成過程中全部是按照輸入信號的頻率處理，并不涉及信號的高速采樣，因而量化表的精度可以做的非常高。
6、由動態(tài)AGC量化表生成模塊的輸出信號312即生成的量化表送入AGC量化模塊313，同時經過AGC隔直濾波器34處理后的數據信號35也輸入到AGC量化模塊313，根據輸入的數據信號的幅度，用量化表采用映射方式直接得到最終的輸出信號，從而避免了對信號作乘除運算。最終的輸出信號的比特數目并不一定為4比特，可以根據硬件的要求以及對精度的要求來共同確定。
AGC控制信號的檢測點是在數字基帶，整個AGC的量化過程也是在基帶進行。
上述方法解決了現有數字AGC的問題，使得數字AGC調節(jié)精度更高，反應時間更短，實時性更強。
再請參見圖3所示，實現上述數字基帶自動增益控制方法的裝置至少包括模數變換、AGC隔直濾波、接收信號強度指示、濾波、動態(tài)AGC量化表、AGC量化以及AGC分辨率控制信號等模塊。
該裝置的具體處理過程是這樣的一基帶模擬信號經模數變換模塊轉換為數字信號后輸出到AGC隔直濾波模塊，由AGC隔直濾波模塊做隔離直流分量處理后，同時送至接收信號強度指示模塊和AGC量化模塊，接收信號強度指示模塊用于計算該數字信號的能量，并將能量值輸出到濾波模塊，濾波模塊對信號作一個加權運算，同時將信號的能量估值轉化為幅度估值，以便量化時使用，最后把信號的最大幅度發(fā)送給動態(tài)AGC量化表模塊，動態(tài)AGC量化表模塊根據信號幅度值動態(tài)地生成最新的動態(tài)AGC量化表，AGC量化模塊將動態(tài)AGC量化表模塊送來的信號和AGC隔直濾波模塊送來的信號采用映射方式直接得出最終的輸出信號。另外，AGC分辨率控制信號模塊主要是在系統(tǒng)建立時，測試周圍的環(huán)境狀況，經過處理后得到控制信號的情況。該控制信號是存放在FPGA的寄存器之中，作為參數以備動態(tài)AGC量化表使用。
該裝置的具體實現可以采用多種方式其一，裝置中的模數變換模塊直接用模數變換器完成，AGC隔直濾波模塊采用一AGC隔直濾波器，而其它模塊全部由一可編程邏輯器件(FPGA)來實現。其二，裝置中的模數變換、AGC隔直濾波以及濾波模塊直接由模數變換器、AGC隔直濾波器和濾波器實現，而其它模塊由FPGA實現。第三種方式就是該裝置完全由一個FPGA來實現其全部功能。上述三種方式對信號的處理過程都是一致的，只是在處理時間快慢以及實現的方便程度上有所不同，可以根據用戶需要采用不同的方式。
綜上所述，本發(fā)明不僅適用于數字蜂窩無線通信系統(tǒng)等各種數字無線通信接收機的數字解調，其概念和方法同時適用于一切有線和無線通信中高速信號采集中的信號處理。上述實例僅為本發(fā)明的一較佳實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種數字基帶自動增益控制方法，其特征在于該方法的實現由以下幾個步驟組成(1)通過模數變換器的模/數變換處理，將接收到的經過基帶脈沖整形濾波器處理的基帶模擬信號轉換為數字信號；(2)將該數字信號同時傳送給AGC量化模塊和接收信號強度指示模塊(RSSI)，由接收信號強度指示模塊計算接收到的基帶數字信號的能量，作為RSSI模塊的輸出信號輸送給一濾波器；(3)濾波器對接收到的信號能量作一個加權運算；同時，把接收信號的能量估值轉換為信號的幅度估值，并把接收信號的最大幅度發(fā)送到動態(tài)AGC量化表模塊；(4)將濾波器的輸出信號與已有的動態(tài)AGC量化表中最大幅度進行對比，如果接收信號的最大幅度大于已有量化表的最大幅度，則增加已有量化表的最大幅度，增加的幅度可以調節(jié)；如果小于已有量化表的幅度，則減小已有量化表的最大幅度，改變的量值也可以調節(jié)；(5)由動態(tài)AGC量化表生成的輸出信號與經過AGC隔直濾波器處理后的數據信號用量化表采用映射方式直接得到最終的輸出信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于該方法還進一步包括以下步驟用一自動增益控制(AGC)隔直濾波器將模數變換后的數字信號中的直流分量去除，并將處理后的數字信號同時傳給AGC量化模塊和接收信號強度指示模塊(RSSI)。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的AGC控制信號的檢測點是在數字基帶，整個AGC的量化過程也是在數字基帶進行。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟2中所述的信號能量的計算方法根據所采用的調制方式的不同而發(fā)生相應的變化。
5.根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于所述的信號能量計算在4相移相鍵控調制系統(tǒng)中，RSSI模塊的輸出信號生成的方式是同相分量的平方(I2)加上正交分量的平方(Q2)。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟4中所述的動態(tài)AGC量化表的生成過程是根據AGC分辨率控制信號和濾波器輸出的信號共同確定的。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于所述的動態(tài)AGC量化表模塊的分辨率由所采用的信道模型來確定。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟5中所述的最終輸出信號的比特數目根據硬件的要求以及對精度的要求共同確定。
9.一種實現權利要求1所述方法的信號處理裝置，至少包括一模數變換模塊，其特征在于還進一步包括一AGC隔直濾波模塊、一接收信號強度指示模塊、一濾波模塊、一動態(tài)AGC量化表模塊、一AGC量化模塊以及一AGC分辨率控制信號模塊；一基帶模擬信號經模數變換模塊轉換為數字信號后輸出到AGC隔直濾波模塊，經過AGC隔直濾波模塊隔離直流分量的處理，將輸出信號同時送至接收信號強度指示模塊和AGC量化模塊，接收信號強度指示模塊計算該數字信號的能量，并作為輸出信號輸出到濾波模塊，濾波模塊對信號作一個加權運算，同時將信號的能量估值轉化為幅度估值，并把信號的最大幅度發(fā)送給動態(tài)AGC量化表模塊，動態(tài)AGC量化表模塊根據信號幅度值動態(tài)地生成最新的動態(tài)AGC量化表，AGC量化模塊將動態(tài)AGC量化表模塊送來的信號和AGC隔直濾波模塊送來的信號采用映射方式直接得出最終的輸出信號；其中，動態(tài)AGC量化表地生成過程是根據AGC分辨率控制模塊的輸出信號和濾波模塊的輸出信號共同確定的。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于所述的模數變換模塊可為一模數變換器，其采用的比特數大于AGC的輸出比特數，且比特數的選取由硬件實現的復雜度所決定。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于所述的模數變換器可采用12比特甚至更多比特。
12.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于所述的AGC隔直濾波模塊可為一AGC隔直濾波器，是一用來隔離掉信號中直流分量的數字濾波器。
13.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于所述的濾波模塊可為一濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數字基帶自動增益控制方法,其特征在于它由以下幾個步驟具體完成:(1)接收到的信號數字化;(2)計算接收信號的能量;(3)對接收到的信號能量做處理,并進行信號能量和信號幅度的轉換;(4)根據信道情況和接收信號幅度生成動態(tài)自動增益控制量化表;(5)用量化表采用映射的方式一次完成自動增益控制的量化并輸出。上述方法中還可包括一隔離數字信號中直流分量的步驟。該方法調節(jié)精度高,反應時間短,分辨率也可根據信道模型實時調節(jié)。
文檔編號H04B1/16GK1330456SQ0010942
公開日2002年1月9日 申請日期2000年6月23日 優(yōu)先權日2000年6月23日
發(fā)明者李澤憲 申請人:華為技術有限公司