CN103957019A - 数字接收机的增益控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字接收机的增益控制装置，它包括一个接收基带信号的模数转换器(110)，一个与模数转换器(110)的输出端连接的外部AGC(120)，一个与外部AGC(120)的一个输出端连接的内部AGC(130)；所述外部AGC(120)还向外部输出中频VGA控制信号，所述内部AGC(130)的信号输出端与解调器连接。本发明还公开了一种数字接收机的增益控制方法，它采用了内外自动增益控制器的两级调整方法。本发明提出的数字接收机的增益控制装置和方法能有效对抗直流和邻频信号的影响。
Description
技术领域
本发明属于无线通信***中数字接收机的信号处理，具体涉及一种数字接收机的增益控制装置和方法。
背景技术
无线电的频谱资源是有限的，位于保护频带外的相邻频带一般会被其它载波占用。通常情况下，邻频信号应由模拟滤波器在模数转换(ADC)之前基本消除。专利CN101132183A就是在此前提下，提供了一种避免增益放大器饱和的自动增益控制(AGC)的方法。同样是在此前提下，专利CN1774080A利用内外AGC的方法扩大了接收器的有效输入范围。
但是在某些不能利用模拟滤波器消除邻频信号的场景中，比如多路信号的同时接收，或者有用信号为窄带信号且无法减小模拟滤波器带宽时，邻频信号将伴随有用信号进入数字接收机，专利CN1774080A的方法不再适用。
仅使用外部AGC控制中频可变增益放大器(VGA)，显然无法应对邻频信号的影响。这是因为若将AGC放置在ADC后，邻频信号功率的变化会导致滤波选择后有用信号的功率不断变化，降低解调器的性能。若将AGC放置在滤波选择后，此时虽然有用信号的功率可以保持恒定，但是邻频信号极易导致ADC被调节进入饱和状态。
发明内容
本发明针对无法由模拟滤波器滤除邻频信号的情况，提出了一种能够消除直流和邻频信号影响的数字接收机的增益控制装置和方法，将有用信号的功率最终调整至解调器标准值。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种数字接收机的增益控制装置，它包括顺次连接的模数转换器、外部AGC、内部AGC，模数转换器的信号输入端接收模拟基带信号，内部AGC的信号输出端与解调器连接。
其中：
所述外部AGC包括顺次连接的去直流模块和中频VGA控制模块；
所述内部AGC包括顺次连接的信号选择模块和数字AGC模块；
去直流模块的信号输出端与信号选择模块的信号输入端连接；中频VGA控制模块向外输出中频VGA控制信号。
更具体的，所述去直流模块包括依次连接的直流计算单元、IIR单元和去直流单元：
所述直流计算单元：用于分段计算输入信号平均值；
所述IIR单元：用于进行无限脉冲响应滤波或直接输出；
所述去直流单元：用于将IIR单元的输出值从输入信号中减去；
更具体的，所述中频VGA控制模块包括与上述去直流单元连接的错误检测单元、与错误检测单元连接的环路滤波单元、以及连接在错误检测单元和前述IIR单元之间的突发检测单元：
所述错误检测单元：用于检测增益错误；
所述环路滤波单元：用于积分上述增益错误值，输出中频VGA控制信号；
所述突发检测单元：用于对增益错误值进行判断，产生突发信号到达标识去控制IIR单元是否进行无限脉冲响应滤波。
更具体的，所述信号选择模块包括干扰消除单元、与干扰消除单元连接的匹配滤波单元、以及对干扰消除单元输出的有用信号进行频偏估计并将估计值反馈回干扰消除单元的频率捕获单元：
所述干扰消除单元：用于滤除外部AGC输出信号中的邻频信号，并根据有用信号频率位置和频率同步单元的结果，将有用信号频谱搬移至基带；
所述匹配滤波单元：用于对上述干扰消除单元输出的有用信号进行匹配滤波；
所述频率捕获单元：用于对上述干扰消除单元输出的有用信号进行频偏估计；
更具体的，所述数字AGC模块包括AGC错误检测单元、与AGC错误检测单元连接的环路滤波单元、接收环路滤波单元反馈的比例放大单元：
所述AGC错误检测单元：用于检测增益错误；
所述环路滤波单元：用于积分上述增益错误值，输出数字AGC增益修正值；
所述比例放大单元：用于将上述增益修正值与上述匹配滤波单元输出的有用信号相乘，修正有用信号增益。
本发明还包括一种数字接收机的增益控制方法，它采用了内外AGC的两级调整方法，其步骤为：
步骤1：模拟基带信号通过模数转换器转换为包含直流和邻频成份的数字基带信号；
步骤2：将数字基带信号输入外部AGC去除直流成份并产生中频VGA控制信号；
步骤3：将去除直流成份的信号输入内部AGC滤除邻频信号，纠正有用信号频偏并调整有用信号增益。
更具体的，步骤2中去除直流成份并产生中频VGA控制信号的具体步骤为：
步骤201：分段计算输入数字基带信号的平均值；
步骤202：对步骤201中计算得到的直流值进行无限脉冲响应滤波或直接输出；
步骤203：数字基带信号减去步骤202中的输出值；
步骤204：对步骤203输出信号计算增益，并输出增益错误值；
步骤205：对增益错误值进行判断，生成突发信号到达标识并反馈给步骤202；
步骤206：对增益错误值进行积分，输出中频VGA控制信号。
更具体的，步骤3中纠正有用信号频偏并调整有用信号增益的具体步骤为：
步骤301：输入步骤2中的已去除直流的信号，滤除其中的邻频信号，并根据有用信号频率位置和频率同步单元的结果，将有用信号频谱搬移至基带；
步骤302：对步骤301输出的有用信号进行频偏估计，并将估计值反馈给步骤301；
步骤303：对步骤301输出的有用信号进行匹配滤波；
步骤304：将步骤303输出的信号和步骤306反馈的增益修正值相乘，输出增益修正的有用信号；
步骤305：对步骤304输出的信号计算增益，并输出增益错误值；
步骤306：对增益错误值进行积分，输出增益修正值反馈给步骤304。
有益效果：本发明提出的数字接收机的增益控制装置和方法，能有效对抗直流和邻频信号的影响。首先，内外AGC的两级调整方法可以保证在增益控制过程中，即使存在大功率邻频信号，ADC也不会最终被调节进入饱和状态，虽然此时进入ADC的有用信号的功率减小了，但最终仍能被调整至解调器标准值。其次，外部AGC利用突发信号到达标识，对分段计算的直流值是否平滑滤波进行控制，减少了突发信号模式时增益控制过程的调节时间。再次，内部AGC的信号电平放大功能可以扩大微弱电平信号的有效接收范围。最后，设置内部AGC选择不同的信号，单个外部AGC加多个内部AGC的组合方式，可同时接收不同频率的多路信号，减小了多路信号接收的硬件复杂度。
附图说明
附图用于进一步解释本发明，不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提出的数字接收机的增益控制装置的结构框图。
图2是图1中的外部AGC的结构框图。
图3是图1中的内部AGC的结构框图。
图4是根据本发明实施例的信号频谱示意图。
图4A是模数转换器的输入端的信号频谱示意图(模拟滤波器的带宽和有用信号的带宽相当时)。
图4B是模数转换器的输入端的信号频谱示意图(模拟滤波器的带宽较大时)。
图4C是信号选择模块的输出端的信号频谱示意图。
图4D是数字AGC模块的输出端的信号频谱示意图。
图中标记说明：
100-数字接收机的增益控制装置；
110-模数转换器；120-外部AGC；130-内部AGC；
141-去直流模块；142-中频VGA控制模块；
121-直流计算单元；122-IIR单元；123-去直流单元；124-AGC错误检测单元；
125-环路滤波单元；126-突发信号到达检测单元；
151-信号选择模块；152-数字AGC模块；
131-干扰消除单元；132-频率捕获单元；133-匹配滤波单元；134-AGC错误检测单元；135-环路滤波单元；136-比例放大单元；
201-有用信号；202-邻频信号。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
本发明采用了外部AGC120和内部AGC130的两级调整方法，用以对抗直流和邻频信号对增益控制的影响。如图1所示，本发明的数字接收机的增益控制装置100包括如下部分：把模拟信号转换为数字信号的模数转换器110；输入上述经模数转换后包含直流和邻频成份的数字基带信号，进行去直流处理并产生中频VGA控制值的外部AGC120；输入上述已去除直流的信号，进行滤除邻频信号、纠正有用信号频偏并调整有用信号增益的内部AGC130。
外部AGC120的作用是通过控制中频VGA，将模数转换器110输入端的模拟信号的幅度调整至接近最大动态范围的位置。外部AGC120紧跟在模数转换器110之后，根据模数转换器110输出信号的全部功率来控制中频VGA，即在模数转换器110和外部AGC120之间不能对邻频信号作滤波处理；否则只根据有用信号的功率来控制中频VGA，则模数转换器110极易进入饱和状态。又考虑到直流信号对外部AGC120是不利的，甚至是致命的，故外部AGC120中包含了去直流处理。
内部AGC130位于外部AGC120之后，其作用是将有用信号的功率调整至解调器标准值。考虑到经外部AGC120处理后的信号中可能存在邻频信号等干扰，故内部AGC130中包含了对有用信号的滤波选择与比例放大等处理。
如图2所示，外部AGC120包括如下部分：输入经模数转换后的数字基带信号，进行去直流处理的去直流模块141；检测上述去直流后信号的功率，产生中频VGA控制值的中频VGA控制模块142。
上述去直流模块141包括如下部分：分段计算输入信号平均值的直流计算单元121；对上述直流值进行无限脉冲响应滤波(IIR)或直接输出的IIR单元122；将IIR单元122的输出值从输入信号中减去的去直流单元123。
上述中频VGA控制模块142包括如下部分：检测增益错误的AGC错误检测单元124；积分上述增益错误值，输出中频VGA控制值的环路滤波单元125；以及对上述增益错误值进行判断的突发信号到达检测单元126。
考虑到模数转换器110的模拟输入中若出现突发信号，外部AGC120来不及响应，必然会导致模数转换器110输出信号功率的突然增加，外部AGC120显然可以将此信号功率的突然变化作为突发信号到达标识。无论该突发信号是有用信号还是邻频信号，都有可能导致直流信号大小的突变。本发明的外部AGC方法，利用中频VGA控制模块142产生的突发信号到达标识，对去直流模块141中直流计算单元121分段计算的直流值，是否经过IIR单元122的平滑滤波进行控制。
如图3所示，内部AGC130包括如下部分：输入上述已去除直流的信号，进行滤除邻频信号并纠正有用信号频偏的信号选择模块151；输入上述已纠正频偏的有用信号，进行调整有用信号增益的数字AGC模块152。
上述信号选择模块151包括如下部分：输入上述已去除直流的信号，进行滤除其中的邻频信号，并根据有用信号频率位置和频率同步单元的结果，将有用信号频谱搬移至基带的干扰消除单元131；对上述干扰消除单元输出的有用信号进行频偏估计的频率捕获单元132；对上述干扰消除单元输出的有用信号进行滤波的匹配滤波单元133。
上述数字AGC模块152包括如下部分：检测增益错误的AGC错误检测单元134；积分上述增益错误值，输出数字AGC增益修正值的环路滤波单元135；将上述增益修正值与上述匹配滤波输出的有用信号相乘，修正有用信号增益的比例放大单元136。
本发明的内部AGC方法，通过数字信号处理(DSP)，基本滤除带外信号后，仅仅检测有用信号的功率，并将有用信号的功率最终调整至解调器标准值。
图4是根据本发明实施例的信号频谱示意图。
如果模拟滤波器的带宽与有用信号201的带宽相当，如图4A所示，模数转换器110的输入端的频谱示意图。邻频信号202能够被基本滤除，则只有有用信号201进入模数转换器110的输入端。通过外部AGC120的调节，有用信号的幅度将接近模数转换器110最大动态范围，其功率对应解调器标准值。
如果模拟滤波器的带宽较大，如图4B所示，模数转换器110的输入端的频谱示意图，邻频信号202将伴随有用信号201进入模数转换器110的输入端。通过外部AGC120的调节，二者合成信号的幅度将接近模数转换器110最大动态范围。由于邻频信号202的存在，此时有用信号201的功率小于解调器标准值对应的功率。需要说明的是，直流信号的频谱在图4中未画出。
显然，如果有用信号是微弱电平信号，即使中频VGA的增益最大，进入模数转换器110的有用信号的功率也可能会偏小，达不到解调器标准值对应的功率。
外部AGC120中的去直流处理完成后，信号频谱与图4A、4B相似，不另画出。
如图4C所示信号选择模块151的输出端的频谱示意图，信号选择模块151在完成滤除邻频信号，频谱搬移和匹配滤波的处理后，信号选择模块151的输出端处的有用信号201的功率一般小于解调器标准值。
如图4D所示数字AGC模块152的输出端的频谱示意图，信号选择模块151输出的有用信号再经过数字AGC模块152的比例放大处理后，数字AGC模块152的输出端处的有用信号201的功率才最终被调整至解调器标准值。
Claims (6)
1.一种数字接收机的增益控制装置，其特征在于它包括顺次连接的模数转换器(110)、外部AGC(120)、内部AGC(130)，模数转换器(110)的信号输入端接收模拟基带信号，内部AGC(130)的信号输出端与解调器连接；
其中：
所述外部AGC(120)包括顺次连接的去直流模块(141)和中频VGA控制模块(142)；
所述内部AGC(130)包括顺次连接的信号选择模块(151)和数字AGC模块(152)；
去直流模块(141)的信号输出端与信号选择模块(151)的信号输入端连接；中频VGA控制模块(142)向外输出中频VGA控制信号。
2.根据权利要求1所述的一种数字接收机的增益控制装置，其特征在于：
所述去直流模块(141)包括依次连接的直流计算单元(121)、IIR单元(122)和去直流单元(123)：
所述直流计算单元(121)：用于分段计算输入信号平均值；
所述IIR单元(122)：用于进行无限脉冲响应滤波或直接输出；
所述去直流单元(123)：用于将IIR单元的输出值从输入信号中减去；
所述中频VGA控制模块(142)包括与上述去直流单元(123)连接的错误检测单元(124)、与错误检测单元(124)连接的环路滤波单元(125)、以及连接在错误检测单元(124)和前述IIR单元(122)之间的突发检测单元(126)：
所述错误检测单元(124)：用于检测增益错误；
所述环路滤波单元(125)：用于积分上述增益错误值，输出中频VGA控制信号；
所述突发检测单元(126)：用于对上述增益错误值进行判断，产生突发信号到达标识去控制IIR单元(122)是否进行无限脉冲响应滤波。
3.根据权利要求1所述的一种数字接收机的增益控制装置，其特征在于：
所述信号选择模块(151)包括干扰消除单元(131)、与干扰消除单元(131)连接的匹配滤波单元(133)、以及对干扰消除单元(131)输出的有用信号进行频偏估计并将估计值反馈回干扰消除单元(131)的频率捕获单元(132)：
所述干扰消除单元：用于滤除外部AGC输出信号中的邻频信号，并根据有用信号频率位置和频率同步单元的结果，将有用信号频谱搬移至基带；
所述匹配滤波单元：用于对上述干扰消除单元输出的有用信号进行匹配滤波；
所述频率捕获单元：用于对上述干扰消除单元输出的有用信号进行频偏估计；
所述数字AGC模块(152)包括AGC错误检测单元(134)、与AGC错误检测单元(134)连接的环路滤波单元(135)、接收环路滤波单元(135)反馈的比例放大单元(136)：
所述AGC错误检测单元：用于检测增益错误；
所述环路滤波单元：用于积分上述增益错误值，输出数字AGC增益修正值；
所述比例放大单元：用于将上述增益修正值与上述匹配滤波单元输出的有用信号相乘，修正有用信号增益。
4.一种数字接收机的增益控制方法，其特征在于采用了内外自动增益控制器的两级调整方法，其步骤为：
步骤1：模拟基带信号通过模数转换器(110)转换为包含直流和邻频成份的数字基带信号；
步骤2：将数字基带信号输入外部AGC(120)去除直流成份并产生中频VGA控制信号；
步骤3：将去除直流成份的信号输入内部AGC(130)滤除邻频信号，纠正有用信号频偏并调整有用信号增益。
5.根据权利要求4所述的一种数字接收机的增益控制方法，其特征在于步骤2中去除直流成份并产生中频VGA控制信号的具体步骤为：
步骤201：分段计算输入数字基带信号的平均值；
步骤202：对步骤201中计算得到的直流值进行无限脉冲响应滤波或直接输出；
步骤203：数字基带信号减去步骤202中的输出值；
步骤204：对步骤203输出的信号计算增益，并输出增益错误值；
步骤205：对增益错误值进行判断，生成突发信号到达标识并反馈给步骤202；
步骤206：对增益错误值进行积分，输出中频VGA控制信号。
6.根据权利要求4所述的一种数字接收机的增益控制方法，其特征在于步骤3中纠正有用信号频偏并调整有用信号增益的具体步骤为：
步骤301：输入步骤2中的已去除直流的信号，滤除其中的邻频信号，并根据有用信号频率位置和频率同步单元的结果，将有用信号频谱搬移至基带；
步骤302：对步骤301输出的有用信号进行频偏估计，并将估计值反馈给步骤301；
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