專利名稱：一種數(shù)字自動增益控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通信系統(tǒng)數(shù)字中頻數(shù)字處理技術(shù)，更具體地是指寬帶碼分多址(WCDMA)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)基站的一種數(shù)字自動增益控制(DAGC，DigitalAutomatic Gain Control)裝置。
在無線通信系統(tǒng)中，采用數(shù)字中頻技術(shù)的接收機(jī)處理字長是有限的，而無線信道的衰落、陰影、多徑效應(yīng)和其它因素造成接收信號極度不平穩(wěn)，具有很大的動態(tài)范圍。
對于上述大動態(tài)范圍的接收信號，可以通過以下兩種方式進(jìn)行處理一是增加接收機(jī)的處理字長，以保證大信號和小信號的處理損失不超過某一水平；二是通過自動增益控制技術(shù)，將大信號縮小至或者將小信號放大至適合的水平，這樣，在不增加處理字長的條件下，將動態(tài)范圍大的信號自動調(diào)整為動態(tài)范圍較小的信號。動態(tài)范圍小的信號對于各種濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)要求較低，從而降低了整個接收機(jī)的成本。前一種方式顯然是通過增加處理成本來保證性能，這樣限制了它的應(yīng)用。而后一種方式只需增加一個功能模塊就可以充分利用已有處理資源，并降低了各種濾波器實(shí)現(xiàn)成本，因而得到了廣泛的應(yīng)用。目前的各種自動增益(AGC)技術(shù)可以分成前饋式結(jié)構(gòu)和反饋式結(jié)構(gòu)，從目前公開的技術(shù)來看，大部分的自動增益均采用反饋式結(jié)構(gòu)，而前饋式結(jié)構(gòu)較少，美國專利號US5572452就是公開了一種前饋式的結(jié)構(gòu)，是由Ericsson公司所申請，它主要包括一DSP(Digital Signal Processign)芯片和一幅度轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成，其中數(shù)字濾波、增益控制算法和控制邏輯均由DSP完成，幅度轉(zhuǎn)換器則完成對信號幅度取對數(shù)運(yùn)算。在該專利中需要DSP的復(fù)雜處理、存在非線性運(yùn)算，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、所需的成本較高，不符合低成本要求；還會帶來波形的畸變。
本發(fā)明的目的就是提供一種實(shí)現(xiàn)成本很低的且尤其適合WCDMA中的基站接收中頻處理自動增益控制裝置，該裝置可調(diào)整具有30dB動態(tài)范圍的輸入信號。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該控制裝置采用前饋式結(jié)構(gòu)，包括一個短期能量估計(jì)器、一個低通濾波器、一個量階計(jì)算器以及一個映射器，短期能量估計(jì)器估算出輸入信號平均功率并送入至低通濾波器，低通濾波器對平均功率進(jìn)行前后平滑處理再送至量階計(jì)算器計(jì)算出量階，量階計(jì)算器的輸出送至映射器，輸入信號也同時直接輸入至映射器，映射器的輸出即為控制裝置的輸出。
由于本發(fā)明采用了上述方案中所描述的前饋式自動增益控制裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，它將自動增益(AGC)所固有的復(fù)雜運(yùn)算進(jìn)行巧妙地簡化，即，將AGC中遇到的高速乘加問題轉(zhuǎn)化為移位操作。不僅算法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，所需資源較少，而且不存在非線性失真，該裝置可適合于各種不同的場合需要，符合當(dāng)前通信發(fā)展的趨勢，具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作一詳細(xì)地說明

圖1為本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的能量估計(jì)器原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的低通濾波器原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的量階計(jì)算器原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為量階計(jì)算器的飽和操作狀態(tài)示意圖。
請參閱圖1所示，本發(fā)明的數(shù)字自動增益控制(DAGC，Digital AutomaticGain Control)裝置采用前饋式結(jié)構(gòu)，它包括一個短期能量估計(jì)器10、一個低通濾波器11、一個量階計(jì)算器12以及一個映射器13，短期能量估計(jì)器10估算出輸入信號平均功率并送入至低通濾波器11，低通濾波器11對平均功率進(jìn)行前后平滑處理再送至量階計(jì)算器12計(jì)算出量階，量階計(jì)算器12的輸出送至映射器13，兩路輸入信號I、Q也同時直接輸入至映射器13，映射器13的輸出即為控制裝置的輸出。
請見圖2，所述的短期能量估計(jì)器10進(jìn)一步包括二個絕對值器101、二個加法器102、103、一個延遲單元104、一個寄存器105以及一個移位器106，兩路輸入信號I、Q經(jīng)過絕對值器101分別取絕對值，經(jīng)過一個加法器102相加，相加的結(jié)果與寄存器105的輸出通過加法器103進(jìn)行累加，累加的結(jié)果送到延遲單元104延遲，延遲單元104的輸出送到寄存器105，寄存器105還受一清零信號和鎖存信號的控制，移位器106對寄存器105的輸出進(jìn)行移位后輸出。
請繼續(xù)見圖3和圖4所示，所述的低通濾波器11是一個一階無限沖擊響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器，它包括一加法器110、一延遲單元111以及移位器112，移位器112將加法器110的輸出經(jīng)延遲單元111延遲后通過移位器112再右移M比特后再送至加法器110。移位器112右移M比特，比特?cái)?shù)M由該數(shù)字濾波器響應(yīng)時間決定。
所述的量階計(jì)算器12由移位器121以及飽和舍入器122構(gòu)成，移位器121的右移比特?cái)?shù)由控制裝置的輸出位寬決定，飽和舍入器122決定控制裝置的最大增益和最小增益。
本發(fā)明的控制裝置原理介紹如下對于具有一定動態(tài)范圍的正交信號，首先通過短期能量估計(jì)器10估計(jì)出其在一段時間內(nèi)的平均功率。為了提高功率估計(jì)的準(zhǔn)確性，并防止數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字自動控制(DAGC)裝置后產(chǎn)生邊緣跳變等問題，將功率估計(jì)值進(jìn)行前后平滑，這由低通濾波器11來完成。得到信號的短期內(nèi)的平均能量后，根據(jù)數(shù)字自動增益控制(DAGC)裝置輸出位寬確定量階，由量階計(jì)算器12確定出量階后，就可以按照一定的比例進(jìn)行“量化”，這由映射器13完成；功率大時得到的量階就大，相應(yīng)的量化輸出就小；反之，功率小時量階小，相應(yīng)的量化輸出就大；這樣保證最后的輸出信號功率穩(wěn)定在一定水平，從而減小了信號的動態(tài)范圍。在調(diào)整過程中，“量化”的操作完全是線性的，基本沒有改變信號的特性，引入的信號畸變完全可以忽略。
在具體實(shí)現(xiàn)時，能量估計(jì)器固有的平方操作可以用絕對值取代，這樣可以節(jié)省資源，絕對值均值與方差之間相差一個常系數(shù)。最簡單而有效的低通濾波器當(dāng)屬一階無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器?？梢赃x取合適的濾波器系數(shù)將所有的常系數(shù)合并成為2的整數(shù)次冪，這樣乘法操作可以為移位取代。
I、Q兩路信號分別經(jīng)過模塊101取絕對值后，經(jīng)加法器102相加，相加結(jié)果與寄存器105進(jìn)行累加，寄存器105受一清零信號控制，定期清零。由AGC時間常數(shù)決定該清零信號的周期。寄存器105除受到清零信號控制外，還受到一個鎖存信號的控制，該信號與清零信號同步，以決定寄存器105的內(nèi)容何時輸出至下一級移位寄存器106。移位寄存器106將上一級送來的結(jié)果右移N比特。N值由輸入位寬和AGC時間常數(shù)決定。
經(jīng)過低通濾波器11后的結(jié)果送入量階計(jì)算器12。移位器121由移K比特，K值由DAGC輸出位寬決定。經(jīng)右移K比特后送入飽和舍入器122。飽和舍入器122涉及的飽和操作確定了數(shù)字自動增益控制(DAGC)的最小增益，舍入操作定義了數(shù)字自動增益控制(DAGC)的最大增益。舍入操作定義為當(dāng)量階小于一個給定的門限時，量階強(qiáng)制為該門限值。飽和操作具體如圖5所示，如果A的S1與S2之間的比特相同，則會直接舍去高位；否則S1與S2之間的比特0、1均出現(xiàn)，那么，如果A的S1為1，則B的S2位為1，其余全為0；如果A的S1為0，則B的S2位為0，其余全為1。
得到量階后，由映射器13對輸入I、Q數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，量化結(jié)果即為數(shù)字自動增益控制(DAGC)裝置的輸出。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字自動增益控制裝置，其特征在于，該控制裝置采用前饋式結(jié)構(gòu)，包括一個短期能量估計(jì)器、一個低通濾波器、一個量階計(jì)算器以及一個映射器，短期能量估計(jì)器估算出輸入信號平均功率并送入至低通濾波器，低通濾波器對平均功率進(jìn)行前后平滑處理再送至量階計(jì)算器計(jì)算出量階，量階計(jì)算器的輸出送至映射器，輸入信號也同時直接輸入至映射器，映射器的輸出即為控制裝置的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字自動增益控制裝置，其特征在于所述的短期能量估計(jì)器進(jìn)一步包括二個絕對值器、二個加法器、一個延遲單元、一個寄存器以及一個移位器，兩路輸入信號經(jīng)過絕對值器取絕對值，經(jīng)過一個加法器相加，相加的結(jié)果與寄存器的輸出進(jìn)行累加，累加的結(jié)果送到延遲單元延遲，延遲單元的輸出送到寄存器，寄存器還受一清零信號和鎖存信號的控制，移位器對寄存器的輸出進(jìn)行移位后輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字自動增益控制裝置，其特征在于所述的低通濾波器是一個一階無限沖擊響應(yīng)數(shù)字濾波器，它包括一加法器、一延遲單元以及移位器，移位器將加法器的輸出經(jīng)延遲單元延遲后再右移M比特后再送至加法器，比特?cái)?shù)M由數(shù)字濾波器的響應(yīng)時間所決定。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字自動增益控制裝置，其特征在于所述的量階計(jì)算器由移位器以及飽和舍入器構(gòu)成，移位器的右移比特?cái)?shù)由控制裝置的輸出位寬決定，飽和舍入器決定控制裝置的最大增益和最小增益。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字自動增益控制裝置,包括一個短期能量估計(jì)器、一個低通濾波器、一個量階計(jì)算器以及一個映射器,短期能量估計(jì)器該裝置所需資源較少,而且不存在非線性失真,該裝置可適合于各種不同的場合需要,符合當(dāng)前通信發(fā)展的趨勢,具有更為廣闊的應(yīng)用前景。估算出輸入信號平均功率并送入至低通濾波器,低通濾波器對平均功率進(jìn)行前后平滑處理再送至量階計(jì)算器計(jì)算出量階,量階計(jì)算器的輸出送至映射器,輸入信號也同時直接輸入至映射器。
文檔編號H04W52/52GK1331550SQ0011670
公開日2002年1月16日 申請日期2000年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月22日
發(fā)明者曹愛軍 申請人:華為技術(shù)有限公司