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

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，接收機輸入端接收到的信號強度有很大的變化，其變化范圍可能高達60～80db。面對大動態(tài)范圍的接收信號，高分辨率的adc固然可以獲得較大的動態(tài)范圍，但是在信號比較小的情況下接收機的性能仍然會受到很大的影響，因此，自動增益控制(automaticgaincontrol，agc)系統(tǒng)是提升接收機解調(diào)性能的一個重要途徑。

agc系統(tǒng)由可變增益放大器、檢測器和增益控制電路三部分組成，檢測器從可變增益放大器的輸出中提取信號強度信息，增益控制電路據(jù)此自動調(diào)節(jié)可變增益放大器的增益，以保證待解調(diào)信號的強度處于一個穩(wěn)定水平來提高接收機的解調(diào)性能。衛(wèi)星定位通信接收機的接收靈敏度通常在噪聲水平以下，利用信號的相關(guān)性實現(xiàn)解調(diào)，這就要求接收機鏈路實現(xiàn)較大的增益以把信號(包括噪聲)放大到顯著功率水平以進行量化。此外，近年來零中頻架構(gòu)的接收機由于其系統(tǒng)集成度高，電路結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點使得其應(yīng)用逐步取代了超外差接收機。

agc系統(tǒng)又可以分為模擬agc、數(shù)字agc和數(shù)?；旌蟖gc。模擬agc系統(tǒng)的可變增益放大器、檢測器和增益控制電路都是在模擬域?qū)崿F(xiàn)的，當(dāng)輸入信號變化時，輸出(輸入)信號的強度經(jīng)平方律器件檢測信號強度后，反饋(前饋)增益控制信號到可變增益級，使信號強度鎖定到規(guī)定的范圍內(nèi)。數(shù)?；旌蟖gc系統(tǒng)的可變增益放大器采用增益可編程的放大器結(jié)構(gòu)，但是增益控制、甚至信號強度檢測都在數(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直接將高動態(tài)范圍的模擬基帶信號量化，然后在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)信號增益，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，還減少了模擬信號處理的環(huán)節(jié)，因而緩解了非線性失真對信噪比的惡化。數(shù)字agc具有更精確的增益調(diào)整步長、更強的agc控制能力，輸出信號波動可以小于1db甚至更小，模擬agc輸出信號波動通常為3～6db以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。隨著高速高精度adc設(shè)計技術(shù)和高速度、低成本的數(shù)字信號處理芯片的發(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)實現(xiàn)要素：

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

技術(shù)方案：為實現(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的數(shù)字自動增益控制電路，包括數(shù)字放大器、模值計算電路、平均值濾波器、功率計算電路、門限比較電路和誤差處理電路。

輸入信號通過數(shù)字放大器后被注入到模值計算電路中，獲取基帶信號的模值；平均值濾波器對模值計算電路的模值信號進行分段，并求取各段的平均模值；平均模值經(jīng)過功率計算電路，將平均模值變換到對數(shù)域內(nèi)，獲得基帶信號的功率值；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)整電路和反對數(shù)運算電路；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)機制，得到一個在對數(shù)域內(nèi)的增益系數(shù)；反對數(shù)運算電路將對數(shù)域內(nèi)的增益系數(shù)變換到線性域中，用來驅(qū)動數(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和增益系數(shù)相乘，實現(xiàn)輸入信號的放大和縮小，使輸出信號維持在一個恒定的功率范圍內(nèi)；峰值檢測電路和誤差檢測電路快速檢測突變信號，重新調(diào)節(jié)數(shù)字agc電路，實現(xiàn)數(shù)字agc的快速鎖定。

峰值檢測電路通過判斷信號的平均估計模值和增益系數(shù)信號相乘的結(jié)果是否超出信號允許的最大值，來控制增益系數(shù)。其工作方法為取一段時間內(nèi)信號的平均估計模值，與增益系數(shù)相乘，判斷是否超出正常信號的最大閾值，超出范圍，則產(chǎn)生一個標(biāo)志位，對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不準(zhǔn)確，選擇器輸出未經(jīng)過放大電路調(diào)整的信號；輸入信號沒有超出最大閾值，表示放大電路調(diào)節(jié)的信號有效，選擇器輸出經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號。

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

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的影響，保證接收機正常工作。本發(fā)明具有一個寬動態(tài)范圍，當(dāng)輸入信號在寬動態(tài)范圍變化時，agc輸出裝置輸出信號的平均功率大致保持恒定，使得信號大小維持在一個適合的范圍，以改善接收機的解調(diào)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路所處接收機的位置圖；

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

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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

本發(fā)明的電路所處接收機的位置如圖1所示，接收到的射頻信號經(jīng)過零中頻接收機的射頻前端和adc采樣后變?yōu)榛鶐У膇、q兩路信號?；鶐У膇、q兩路信號經(jīng)過數(shù)字agc電路，實現(xiàn)輸出信號的功率基本恒定。最后，完成自動增益控制后的信號送給數(shù)字接收機進行解調(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、模值計算電路、平均值濾波器、功率計算電路、誤差處理電路中的增益系數(shù)調(diào)整電路和反對數(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，信號經(jīng)過零中頻接收機后，通過sigma-deltaa/d轉(zhuǎn)換器后，得到i、q兩路復(fù)信號，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)信號與增益系數(shù)相乘后，得到一個調(diào)整后的復(fù)信號，表示為yi+j*yq，其表達式可寫為：

yi+j*yq＝(xi+j*xq)*factor

同時，峰值檢測電路主要是通過判斷信號的平均估計模值和增益系數(shù)信號相乘的結(jié)果是否超出信號允許的最大值，來控制增益系數(shù)。如圖4所示，其工作方法為：取一段時間內(nèi)信號的平均估計模值，與增益系數(shù)相乘，判斷其是否超出正常信號的最大閾值，一旦其超出范圍，則產(chǎn)生一個標(biāo)志位，對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，則表示信號正常。

經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號和原始的輸入信號被同時注入到如圖5所示的誤差檢測電路的數(shù)據(jù)選擇器中，同時，經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號流入比較控制電路后的輸出信號被作為數(shù)據(jù)選擇器的控制信號。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；如果輸入信號沒有超出最大閾值，表明此次調(diào)節(jié)的信號有效，則選擇器輸出經(jīng)過放大電路調(diào)整后的信號。

將數(shù)字放大器的輸出信號注入模值計算電路，得到此時復(fù)信號的模值a，其表達式可以寫為：

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式為：

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

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

上述增益系數(shù)控制過程中，需要仔細確定增益步進，增益步進太大則環(huán)路容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，增益步進太小則容易導(dǎo)致系統(tǒng)收斂時間過長。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進行調(diào)整，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下盡可能快速的收斂。

首先，輸入信號的功率和閾值thr進行減法操作，其所得的差值記為e，表示為輸入信號相對于參考功率的大小。然后，對e的符號進行判斷，如果為正，表明需要對輸入信號進行衰減控制；如果為負，表明需要對輸入信號進行放大控制。為了實現(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，實現(xiàn)數(shù)字agc的分段控制，即在判決端設(shè)置多個不同的閾值，并根據(jù)這些不同的閾值設(shè)定對應(yīng)每個閾值的增益調(diào)節(jié)步進。將差值e的絕對值與閾值進行比較，選擇合適的增益控制步進，并根據(jù)差值e的符號，確定數(shù)字agc進行放大控制還是衰減控制，以實現(xiàn)信號功率調(diào)節(jié)的目的。這里，設(shè)置4個閾值(thr1＞thr2＞thr3＞thr4)以其對應(yīng)每個閾值的增益調(diào)節(jié)步進(coef1＞coef2＞coef3＞coef4)。

其基本判決流程如下：

如果|e|≥thr1，那么說明輸入信號的功率與參考功率相差較大，則采用第一增益步進coef1；如果thr2≤|e|＜thr1，那么說明輸入信號的功率與參考功率相差相對較大，則采用第二較大增益步進coef2；如果thr3≤|e|＜thr2，那么說明輸入信號的功率與參考功率相差相對較小，則采用第三增益步進coefs；如果thr4≤|e|＜thr3，那么說明輸入信號的功率與參考功率相差較小，則采用第四增益步進coef4；如果|e|＜thr4，則說明輸入信號的功率與參考功率相差很小，則保持增益系數(shù)不變。在選擇增益步進的同時，根據(jù)差值e的符號確定數(shù)字agc進行放大控制還是衰減控制，如果為正，表明需要對輸入信號進行衰減控制；如果為負，表明需要對輸入信號進行放大控制。通過這樣的方式既可以快速調(diào)節(jié)信號的功率，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)明能夠很快地對輸入信號的變化作出響應(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)確的檢測信號強度，更精確地控制增益步進。在輸入信號變化較大時，仍能夠使輸出信號的波動較小。采用數(shù)字式agc，建立時間短、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。