一種用于數(shù)字通信的新型自動(dòng)增益控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，涉及一種用于數(shù)字通信的新型自動(dòng)增益控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在某種新型通信系統(tǒng)中，由于設(shè)備距離、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備本身信號(hào)質(zhì)量等一系列原 因，系統(tǒng)接收到的信號(hào)功率變化范圍很大。當(dāng)信號(hào)輸入系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即經(jīng)過(guò)ADC之 后，功率小的信號(hào)所占用的數(shù)字量化位數(shù)很低。然而，該新型通信系統(tǒng)中使用了李仝昀等人 在專利《有線通信鏈路上的RF信號(hào)發(fā)送》(GB1206751. 8)中發(fā)明的壓縮算法，壓縮算法需要 充分利用量化位數(shù)來(lái)提高動(dòng)態(tài)范圍，即要求算法的輸入信號(hào)在ADC位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)的表示 范圍內(nèi)且足夠大；同時(shí)要求算法輸入信號(hào)應(yīng)保持系統(tǒng)輸入信號(hào)的原始特性（如峰均比）不 變。因此系統(tǒng)在ADC模塊與算法模塊之間需要一個(gè)新型的自動(dòng)增益控制（AutomaticGain Control，AGC)單元完成上述功能。具體地說(shuō)，需要該AGC使輸出信號(hào)足夠大、同時(shí)避免輸 出信號(hào)超出ADC位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)的表示范圍即過(guò)飽和現(xiàn)象、并且保持輸入信號(hào)的峰均比不 變。
[0003] 同時(shí)，該新型通信系統(tǒng)為L(zhǎng)TE系統(tǒng)，因此需要該AGC能夠處理LTE，主要是TM2和 TM3信號(hào)?，F(xiàn)有的AGC控制方法不能滿足該新型通信系統(tǒng)的需求。首先，傳統(tǒng)的AGC是一個(gè) 反饋系統(tǒng)，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)平均濾波器得到輸出信號(hào)的平均功率；將輸出信號(hào)的平均功 率與AGC的目標(biāo)功率進(jìn)行比較，得到誤差信號(hào)；再根據(jù)當(dāng)前增益值與誤差信號(hào)對(duì)下一時(shí)刻 的增益值進(jìn)行調(diào)整，最終使輸出功率逐漸收斂至目標(biāo)功率。傳統(tǒng)AGC控制方法會(huì)出現(xiàn)輸出 信號(hào)功率大于目標(biāo)功率的現(xiàn)象，使用在本系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)過(guò)飽和，輸出信號(hào)將產(chǎn)生失真；傳統(tǒng) AGC控制方法將輸出功率向目標(biāo)功率調(diào)整，使得輸出信號(hào)功率經(jīng)常處于發(fā)生變化的狀態(tài)，不 利于保持信號(hào)的峰均比。
[0004] 其次，現(xiàn)有的針對(duì)LTE系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制技術(shù)，如黃維等人在專利《一種LTE終 端接收機(jī)自動(dòng)增益控制實(shí)現(xiàn)方法》（申請(qǐng)?zhí)朇N201510214549)、以及唐凱等人在專利《一種 TD-LTE自動(dòng)增益控制方法及設(shè)備》（申請(qǐng)?zhí)朇N201210490955)、以及張國(guó)松等人在專利《LTE 系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制方法及設(shè)備》（申請(qǐng)?zhí)朇N201110166143)中發(fā)明的AGC技術(shù)及系統(tǒng)，都 是以傳統(tǒng)的AGC控制方法為基礎(chǔ)，無(wú)法避免過(guò)飽和現(xiàn)象，不利于保持信號(hào)的峰均比，因此不 能滿足本新型通信系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于數(shù)字通信的新 型自動(dòng)增益控制方法，解決了充分利用ADC量化位數(shù)的同時(shí)避免過(guò)飽和現(xiàn)象的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0007] -種用于數(shù)字通信的新型自動(dòng)增益控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)根據(jù)輸入信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)均方根值和前一時(shí)刻的動(dòng)態(tài)均方根 值/i/VfS,,,1判斷當(dāng)前輸入信號(hào)是功率穩(wěn)定狀態(tài)還是處于功率變化狀態(tài)，同時(shí)給出增益補(bǔ)償信 號(hào)cpst;所述一段時(shí)間的長(zhǎng)度為TD;
[0009] (2)根據(jù)步驟（1)中輸出的增益補(bǔ)償信號(hào)cpst計(jì)算當(dāng)前增益的補(bǔ)償值cv;
[0010] (3)根據(jù)步驟⑵中得到的當(dāng)前增益的補(bǔ)償值CV計(jì)算當(dāng)前理論增益值gaincal;
[0011] (4)根據(jù)步驟（1)中輸出的增益補(bǔ)償信號(hào)cpst和步驟（3)中得到的當(dāng)前理論增益 值gaineal，計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)際增益值gainact;
[0013] 其中，識(shí)為上一時(shí)刻的實(shí)際增益值；
[0014] (5)通過(guò)公式gain=max(gaina(：t，gainmin)進(jìn)行增益校正，得到校正之后的增益值 gain，即為AGC輸出的增益，從而完成自動(dòng)增益的控制；其中，gain_為理論最小增益值。
[0015] 所述步驟⑴具體為：
[0019] 其中，
[0020] Upper:功率判斷閾值上限；Lower:功率判斷閾值下限。
[0021] 所述步驟（2)計(jì)算當(dāng)前增益的補(bǔ)償值cv具體為：
[0023] 其中，init為初始補(bǔ)償因子；p為正向補(bǔ)償系數(shù);m為反向補(bǔ)償系數(shù)。
[0024] 所述步驟（3)計(jì)算當(dāng)前理論增益值gaineal具體為：
[0026] 其中，dcdp為增益決定因子。
[0027] 增益決定因子dcdp通過(guò)如下方式計(jì)算得到：
[0028]
，其中k為ADC的位數(shù)；i為對(duì)量化位數(shù)利用率的 容忍量；PAR為無(wú)衰減LTE信號(hào)的峰均比，其中PARTM2STM2信號(hào)的峰均比，PARTM3STM3信 號(hào)的峰均比。
[0029] 理論最小增益值gainmin通過(guò)如下方式計(jì)算得到：
[0030]
，PEAK為無(wú)衰減LTE信號(hào)的峰值，其中PEAKTM2STM2信號(hào)的峰值，PEAK"3為TM3信號(hào)的峰值。
[0031] 功率判斷閾值上限Upper取值為0. 9 ;功率判斷閾值下限Lower取值為1. 1。
[0032] 初始補(bǔ)償因子init的取值為1. 0 ;正向補(bǔ)償系數(shù)p的取值為1. 1 ;反向補(bǔ)償系數(shù)m 的取值為0.3。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0034] (1)本發(fā)明中88；[11(：!11與增益決定因子dcdp的計(jì)算方法和取值，保證了能夠在充分 利用ADC量化位數(shù)的同時(shí)避免過(guò)飽和現(xiàn)象；
[0035]
與Upper和Lower的比較，連同Upper和Lower的取值，保 證了本發(fā)明能夠準(zhǔn)確判斷輸入信號(hào)處于功率穩(wěn)定狀態(tài)還是功率變化狀態(tài)；
[0036] (3)對(duì)輸入信號(hào)功率情況的準(zhǔn)確判斷，連同基于cpst的gainact的取值方法，保證 了本發(fā)明對(duì)于穩(wěn)定輸入功率的信號(hào)輸出恒定的增益，因而保證了增益控制前后信號(hào)的峰均 比不變；
[0037] (4)Lower，Upper，init，p，m，dcdp，gainmin的取值權(quán)衡了LTE的TM2 和TM3 信號(hào) 特征，因而本發(fā)明能夠同時(shí)適用于LTE的TM2和TM3信號(hào)；
[0038] (5)cpst，cv的設(shè)計(jì)以及init，p，m的設(shè)置以及gainmin的設(shè)計(jì)補(bǔ)充保證了在充分 利用ADC量化位數(shù)的同時(shí)避免過(guò)飽和現(xiàn)象；
[0039] (6)階躍式的gainaet的變化方式保證了本發(fā)明能夠迅速調(diào)整增益。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明對(duì)輸入信號(hào)為L(zhǎng)TE的TM2信號(hào)時(shí)方法效果仿真圖；其中，圖2 (a)是 AGC的輸入信號(hào)，圖2 (b)是AGC的輸出信號(hào)，圖2 (c)是AGC輸出的增益，圖2 (d)是AGC輸 出是否出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象的監(jiān)控圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明對(duì)輸入信號(hào)為L(zhǎng)TE的TM3信號(hào)時(shí)方法效果仿真圖，其中，圖3 (a)是 AGC的輸入信號(hào)，圖3 (b)是AGC的輸出信號(hào)，圖3 (c)是AGC輸出的增益，圖3 (d)是AGC輸 出是否出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象的監(jiān)控圖；
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于數(shù)字通信的新型自動(dòng)增益控制方法，包括以 下步驟：
[0045] (1)根據(jù)輸入信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)均方根值夂和前一時(shí)刻的動(dòng)態(tài)均方根 值判斷當(dāng)前輸入信號(hào)是功率穩(wěn)定狀態(tài)還是處于功率變化狀態(tài)，同時(shí)給出增益補(bǔ)償信 號(hào)cpst;所述一段時(shí)間的長(zhǎng)度為TD;
[0049]其中，
[0050]Upper:功率判斷閾值上限，取值為L(zhǎng)1;Lower:功率判斷閾值下限，取值為(λ9,TD 取值為100。
[0051] TD的取值根據(jù)如下原則確定：繪制的曲線與信號(hào)的RMS曲線進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)Td 取值較小時(shí)（如50)，不能準(zhǔn)確表征信號(hào)的平均值；而TD取較大值時(shí)（如200)，并不能比100 更準(zhǔn)確地描述信號(hào)的平均值，卻加大了系統(tǒng)的延遲，因此TD取值為100 ;
[0052]Upper和Lower的取值根據(jù)如下方法確定：首先，Upper和Lower代表信號(hào)功率瞬 時(shí)變化的幅度，因此應(yīng)具有相對(duì)于1的對(duì)稱性；當(dāng)Upper較大（Lower較?。r(shí)，較小幅度的 功率變化會(huì)被判定為穩(wěn)定功率而無(wú)法檢測(cè)到；當(dāng)Upper較?。↙ower較大）時(shí)，穩(wěn)定功率信 號(hào)中功率波動(dòng)的部分則會(huì)被檢測(cè)為功率變化，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)取得Upper= 1. 1，Lower= 0. 9 為合適的取值。
[0053] (2)根據(jù)步驟（1)中輸出的增益補(bǔ)償信號(hào)cpst計(jì)算當(dāng)前增益的補(bǔ)償值cv;
[0054] 計(jì)算當(dāng)前增益的補(bǔ)償值cv具體為
其中，init為初 始補(bǔ)償因子，取值為1. 〇;P為正向補(bǔ)償系數(shù)，取值為1. 1;m為反向補(bǔ)償系數(shù)，取值為0. 3。
[0055] init，p，m的取值根據(jù)如下原則確定：從整體上看，本方法判斷出信號(hào)功率發(fā)生變 化的時(shí)刻，并在較小的延遲內(nèi)計(jì)算出信號(hào)功率發(fā)生變化后系統(tǒng)應(yīng)具有的增益，而增益應(yīng)保 證信號(hào)的峰值經(jīng)放大后仍在有效區(qū)間內(nèi)，即增益與信號(hào)峰值成反比。而本系統(tǒng)可保證信號(hào) 峰均比不變，即增益與信號(hào)均值應(yīng)成反比；當(dāng)信號(hào)功率未發(fā)生變化或信號(hào)均值計(jì)算準(zhǔn)確的 情況下，不需對(duì)增益進(jìn)行補(bǔ)償，init= 1 ;當(dāng)信號(hào)功率從小變大時(shí)（cpst= 1)，夂受到 之前信號(hào)的影響，小于當(dāng)前信號(hào)的實(shí)際RMS，計(jì)算所得的增益將大于理論增益值，需要降低 增益，即對(duì)增益進(jìn)行反向補(bǔ)償；反之，當(dāng)信號(hào)功率從大變小時(shí)（cpst= -1)，應(yīng)對(duì)增益進(jìn)行正 向補(bǔ)償；補(bǔ)償?shù)姆扰c信號(hào)功率的變化幅度以