[发明专利]一种数字自动增益控制方法及系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于无线通信接收机系统技术领域，尤其涉及一种数字自动增益控制方法及系统。

背景技术

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-Digital Converter，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(Automatic Gain Control，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))＝lg G(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)