專利名稱：通道狀態(tài)輔助的自動增益控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文涉及用于通道接收機的自動增益控制(AGC)，尤其涉及利用先驗通道狀態(tài)信息的AGC。
背景技術(shù)：
在許多通信系統(tǒng)中，所接收的信號振幅變動范圍很大。例如，在磁記錄通道中，由于頭、介質(zhì)和前置放大器的組合特性，重放信號電平的變動可能在20dB以上。在這類情形中，普遍采用自動增益控制(AGC)來限制信號變動。AGC之后的信號電平變得更符合小得多的動態(tài)范圍，這便于進一步的信號處理。
根據(jù)關(guān)于所發(fā)送的碼元的決策是否被利用，主要有兩種不同的自動增益控制方法——非數(shù)據(jù)輔助(NDA)方法或數(shù)據(jù)輔助(DA)方法。通常，數(shù)據(jù)輔助AGC比非數(shù)據(jù)輔助AGC更有效，因而在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中更常采用數(shù)據(jù)輔助AGC。
雖然已知許多類型的AGC，但仍需要一種能利用數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的特定特征來提供改善的性能的自動增益控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種裝置，包括用于生成通道增益控制信號的電路；以及用于響應(yīng)于通道增益控制信號放大感興趣的信號的放大器，其中通道增益控制信號是從并非來源于該感興趣的信號的通道狀態(tài)信號生成的。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括生成通道增益控制信號，以及響應(yīng)于該通道增益控制信號來放大感興趣的信號，其中通道增益控制信號是從并非來源于該感興趣的信號的通道狀態(tài)信號生成的。
本發(fā)明還包括用于生成環(huán)路增益信號的第一電路；用于生成通道增益信號的第二電路；以及其中包含一用于響應(yīng)于增益控制信號放大感興趣的信號的放大器的裝置，其中增益控制信號包括環(huán)路增益信號和通道增益信號的組合。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括生成環(huán)路增益信號，生成通道增益信號，以及響應(yīng)于增益控制信號放大感興趣的信號，其中增益控制信號包括環(huán)路增益信號和通道增益信號的組合。
在又一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，包括鐵電存儲介質(zhì)；用于從該鐵電存儲介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)的探針陣列；用于生成環(huán)路增益信號的第一電路；用于生成通道增益信號的第二電路；以及用于響應(yīng)于增益控制信號放大來自探針的所讀信號的放大器，其中增益控制信號包括環(huán)路增益信號和通道增益信號的組合。


圖1是具有數(shù)據(jù)輔助AGC的通信系統(tǒng)的示意圖。
圖2是數(shù)據(jù)輔助AGC所用的最小均方誤差(MMSE)處理的示意圖。
圖3是探針式數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的立體圖。
圖4是示出通道狀態(tài)輔助的自動增益控制的一般架構(gòu)的示意圖。
圖5是通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的示意圖。
圖6是用于探針存儲設(shè)備的通道狀態(tài)輔助的MMSE自動增益控制的示意圖。
圖7是用于探針存儲設(shè)備的通道狀態(tài)輔助的NDA MMSE自動增益控制的示意圖。
圖8是開環(huán)的非數(shù)據(jù)輔助AGC的示意圖。
圖9a、9b、9c和9d示出常規(guī)的MMSE AGC的仿真結(jié)果。
圖10a、10b、10c和10d示出通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的仿真結(jié)果。
圖11是用于探針存儲設(shè)備的通道狀態(tài)輔助的MMSE自動增益控制的示意圖。
圖12a是常規(guī)的MMSE AGC的誤差功率的標(biāo)繪圖。
圖12b是通道狀態(tài)輔助的AGC的誤差功率的標(biāo)繪圖。
圖13a是MMSE AGC的簡化模型。
圖13b是明示增益失配的MMSE AGC進一步簡化的模型。
圖14a是通道狀態(tài)輔助的(CSA)MMSE AGC的簡化模型。
圖14b是明示增益失配的通道狀態(tài)輔助的(CSA)MMSE AGC進一步簡化的模型。
圖15是包括根據(jù)本發(fā)明的AGC的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
參見附圖，圖1是具有數(shù)據(jù)輔助AGC 12的通信系統(tǒng)10的示意圖。感興趣的信號αk在具有可變增益λ、通道響應(yīng)hc和加性噪聲n的傳輸通道14上傳送。這將感興趣的信號轉(zhuǎn)變成由具有增益系數(shù)g的可控放大器電路16接收的信號r。增益受控的信號d由放大器輸出并被傳遞給檢測器18，檢測器18產(chǎn)生感興趣的信號的估計k。該估計通過具有響應(yīng)hc的反饋電路20以產(chǎn)生一估計的理想信號 該估計的理想信號 和信號d在求和點22被組合以產(chǎn)生用于控制AGC放大器的誤差信號e。自動增益控制單元利用該誤差信號e，即理想信號 與增益受控信號d之差來適應(yīng)放大器的增益系數(shù)g。理論上，一旦環(huán)路穩(wěn)定，則增益g應(yīng)收斂于1/λ。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的最小均方誤差(MMSE)數(shù)據(jù)輔助AGC 24的示意圖。所接收的信號r被輸入到乘法器26和28。乘法器26的輸出是增益受控信號d。此信號被傳遞給檢測器以及產(chǎn)生估計的理想信號 的反饋電路30。在求和點32，估計的理想信號 和增益受控的信號d被組合以產(chǎn)生誤差信號e。將誤差信號e乘以所接收的信號r以產(chǎn)生中間變量η。在乘法器34中將此變量η乘以一自適應(yīng)常數(shù)μ以在線路36上產(chǎn)生一信號，該信號被如框38中所示地積分以在線路40上產(chǎn)生一增益系數(shù)g，乘法器26將該系數(shù)g乘以所接收的信號。如下所述，環(huán)路特性可以由自適應(yīng)常數(shù)μ來控制，并且其值是由所期望的環(huán)路行為所決定的。
MMSE AGC的原理是適應(yīng)增益系數(shù)g以使得均方誤差E{e2}最小化。自適應(yīng)可以通過梯度下降(又稱為最速下降)算法來實現(xiàn)。梯度下降是通過采取與函數(shù)在當(dāng)前點處的負梯度(或梯度，如果期望最大值)成比例的步長來逼近該函數(shù)的局部極小值(或局部極大值)。實際上，常常通過即時計算的值來估計梯度，這被稱為最小均方(LMS)算法。步長是由在自適應(yīng)過程中可能會變化的自適應(yīng)參數(shù)μ決定的。參數(shù)μ被選擇成足夠小以確保迭代過程收斂。使用LMS算法，由gk表示的時刻k的增益系數(shù)g可以計算如下gk＝gk+1+μr·e(1)其中μ是自適應(yīng)步長，一個小正數(shù)。
貫穿本說明書，假定放大器是將所接收的信號r放大g倍的線性可變增益放大器。很明顯非線性可變增益放大器也可適用于本文中給出的所有例子。特別地，放大增益給定為eg的指數(shù)增益放大器是自動增益控制應(yīng)用的常見選擇。
在設(shè)計諸如MMSE AGC等常規(guī)的數(shù)據(jù)輔助AGC時，需要進行收斂速度與總均方誤差E{e2}之間仔細的權(quán)衡。一般而言，較快的收斂速度(對應(yīng)于較大的步長μ)意味著較大的均方誤差；相反，較小的均方誤差意味著較小的步長以及較慢的收斂。這部分歸因于AGC算法不擁有任何關(guān)于通道的先驗信息、以及所有的增益自適應(yīng)均基于后驗的接收信號這一事實。
然而，在某些通信系統(tǒng)中，影響信號振幅(或功率)的相關(guān)通道信息對接收機可用。這一先驗通道狀態(tài)信息可以被接收機用于提高AGC的性能。能提供這類通道狀態(tài)信息的設(shè)備的一個例子是基于鐵電介質(zhì)的探針存儲設(shè)備。
圖3是基于鐵電介質(zhì)的探針存儲設(shè)備50的立體圖，它示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的存儲系統(tǒng)的一種實現(xiàn)。在圖3的基于鐵電的探針存儲設(shè)備50中，鐵電頭54的陣列52設(shè)置成與存儲介質(zhì)56相鄰。在圖3中所示的構(gòu)成中，陣列54和介質(zhì)56是平面的并且大致相互平行地延展。陣列54包括多個電極，它們與連接器58可操作地耦合。存儲介質(zhì)56與被構(gòu)造成相對于陣列52移動介質(zhì)56的至少一個致動器60耦合。此移動使探頭相對于介質(zhì)56上個體的鐵電疇移動。每個頭可包括一個或多個電極。
在這類設(shè)備中，頭與介質(zhì)之間的相對移動可以通過嵌入的位置傳感器62來獲得。因為頭與介質(zhì)的相對速度直接影響回讀信號振幅，所以位置信號對接收機變成先驗知識并且可以被如下所述地利用。
如果有任何通道狀態(tài)信息以及通道狀態(tài)信息中的變化對接收機可靠地可用，而不是等待AGC環(huán)路以通過自適應(yīng)來跟蹤包含在所接收的信號中所包含的最終變化，則能對增益系數(shù)g進行顯式調(diào)節(jié)來更高效地跟蹤變化。另一方面，常規(guī)的增益控制環(huán)路同樣需要跟蹤通道的其它變化因素，因為可用通道狀態(tài)信息通常是有噪而且不完整的。
圖4是示出通道狀態(tài)輔助的自動增益控制70的一般架構(gòu)的示意圖。感興趣的信號αk在具有可變增益λ、通道響應(yīng)hc和加性噪聲n的傳輸通道72上傳送。這將感興趣的信號轉(zhuǎn)變成由具有增益g的可控放大器電路74接收的信號r。增益受控的信號d由放大器輸出并被傳遞給檢測器76，檢測器76產(chǎn)生感興趣的信號的估計k。該估計通過具有響應(yīng)hc的反饋電路78以產(chǎn)生一估計的理想信號 該估計的理想信號 和信號d在求和點80被組合以產(chǎn)生用于控制AGC放大器的誤差信號e。自動增益控制單元利用該誤差信號e，即理想信號 與增益受控信號d之差來適應(yīng)增益系數(shù)g。理論上，一旦環(huán)路穩(wěn)定，則增益g應(yīng)收斂于1/λ。
圖4中所示的架構(gòu)與常規(guī)AGC的不同之處在于如由箭頭82所示的對可用通道狀態(tài)信息的直接使用。此通道狀態(tài)信息并非來源于感興趣的信號。根據(jù)具體的實現(xiàn)，可以用各種方式來利用通道狀態(tài)信息。
圖5是本發(fā)明的示例AGC 90的示意圖，其中由基于MMSE的增益控制電路顯式地使用通道增益觀測值形式的通道狀態(tài)信息 通道增益觀測值可以是例如探針存儲設(shè)備中頭與介質(zhì)的相對速度。
所接收的信號r被輸入到乘法器92和94。乘法器92的輸出是增益受控的信號d。此信號被傳遞給檢測器以及產(chǎn)生估計的理想信號 的反饋電路96。在求和點98，估計的理想信號 和信號d被組合以產(chǎn)生誤差信號e。將誤差信號e乘以所接收的信號以產(chǎn)生梯度估計η，在乘法器100中將此梯度估計η乘以一自適應(yīng)步長μ以在線路102上產(chǎn)生一信號，該信號被如框104中所示地積分以在線路106上產(chǎn)生一增益系數(shù)gl。實際通道增益λ的(可能)有噪觀測值 由低通濾波器(LPF)108濾波以減少噪聲。 的已濾波版本隨后由求倒器10求倒數(shù)以生成增益倍乘因數(shù)gc，因為所期望的放大器增益應(yīng)與實際通道增益成反比。
然后在求和點112將增益因數(shù)gc與MMSE AGC環(huán)路增益gl相加，達到總增益g＝gc+gl，它被乘法器92用于如圖所示地與所接收的信號相乘。
圖5的電路與圖2的電路相比提供兩個優(yōu)點。第一，它在通道狀態(tài)特別是通道增益快速波動時提供更快的獲取。與實際通道增益λ成比例地直接調(diào)節(jié)增益g能顯著地縮短增益環(huán)路跟上通道所用的時間。
第二，圖5的電路能具有較低的均方誤差。當(dāng)通過直接適應(yīng)增益g來捕捉大部分通道增益變動時，環(huán)路帶寬可以被設(shè)置得小以解決殘余振幅變動。具體而言，對于基于MMSE的通道狀態(tài)輔助的AGC，可以減小步長μ，只要殘余變動可以被閉環(huán)跟蹤到即可。因此，與常規(guī)的AGC相比，能獲得較小的均方誤差。這等效于有兩個單獨的環(huán)路參數(shù)用于增益適應(yīng)，它們分別跟蹤先驗已知(通常大)和殘余未知(通常小得多)的振幅變動。
對于探針存儲設(shè)備，介質(zhì)與頭的相對速度是影響信號振幅的主要因素。另外，此信息通常可用于讀通道。當(dāng)圖1的系統(tǒng)被應(yīng)用于探針存儲設(shè)備時，通道增益λ與頭和介質(zhì)的相對速度成比例，即λ∝vk=Δxk-xk-1T---(2)]]>其中xk和xk-1分別為在時刻k和k-1的位置信號；T為第k與第k-1位置測量之間的間隔；而vk是在時刻k測得的相對速度。圖5提示如圖6中所示的通道狀態(tài)輔助的AGC。
圖6是本發(fā)明的示例AGC 120的示意圖，其中通道增益觀測值 由基于MMSE的增益控制電路顯式地利用。所接收的信號r被輸入到乘法器122和124。乘法器122的輸出是增益受控的信號d。此信號被傳遞給檢測器以及產(chǎn)生估計的理想信號 的反饋電路126。在求和點128估計的理想信號 和信號d被組合以產(chǎn)生誤差信號e。將誤差信號e乘以所接收的信號以產(chǎn)生梯度估計η。在乘法器130中將此梯度估計乘以一自適應(yīng)步長μ以在線路132上產(chǎn)生一信號，該信號被如框134中所示地積分以在線路136上產(chǎn)生一增益系數(shù)gl。在此例中，對頭/介質(zhì)位置信號138進行相對速度計算140以產(chǎn)生(可能的)有噪觀測值，該觀測值由低通濾波器(LPF)142濾波以減少噪聲。 的已濾波版本隨后由求倒器144求倒數(shù)以生成增益倍乘因數(shù)gc。然后在求和點146將該增益因數(shù)gc與MMSE AGC環(huán)路增益gl相加，達到總增益g＝gc+gl，它被乘法器122用于如圖所示地與所接收的信號相乘。
圖6中所示的AGC可用簡單直接的方式擴展成在圖7中示例的的非數(shù)據(jù)輔助自動增益控制。圖7是本發(fā)明的示例AGC 150的示意電路，其中通道增益觀測值 被基于MMSE的增益控制電路顯式地利用。在非數(shù)據(jù)輔助自動增益控制系統(tǒng)中，常常為了實現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)性能而預(yù)設(shè)所期望的信號功率Pd。所接收的信號r被輸入到乘法器152，并且步長信號被輸入乘法器154。乘法器152的輸出是增益受控信號d。此信號被傳遞給檢測器電路156。增益受控信號d如框158中所示地被處理以產(chǎn)生平均信號功率估計 在求和點160中從所期望的信號功率Pd減去平均信號功率估計 以產(chǎn)生誤差信號e。將該誤差信號e乘以步長信號以在線路162上產(chǎn)生一信號。線路162上的信號被如框164中所示地積分以在線路166上產(chǎn)生一增益系數(shù)gl。對頭/介質(zhì)位置信號168進行相對速度計算170以產(chǎn)生(可能的)有噪觀測值，該觀測值由低通濾波器(LPF)172濾波以減少噪聲。隨后，該觀測值的已濾波版本由求倒器174求倒數(shù)以生成增益倍乘因數(shù)gc。然后在求和點176將此增益因數(shù)gc與MMSE AGC環(huán)路增益gl相加，達到總增益g＝gc+gl，它被乘法器152用于如圖所示地與所接收的信號相乘。
在此方案中，誤差信號e是通過從所期望的信號功率Pd減去估計的平均信號功率 來產(chǎn)生的，且增益適應(yīng)是在梯度下降算法的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。
另外，本發(fā)明還可以被無技術(shù)難度地擴展至開環(huán)的非數(shù)據(jù)輔助自動增益控制電路的情形。這一例子在圖8中示出。在圖8中，頭/介質(zhì)位置信號270被如框272中所示地處理以在線路274上產(chǎn)生一相對速度信號。該相對速度信號被如框276中所示地低通濾波并且被如框278中所示地求倒數(shù)以產(chǎn)生增益因數(shù)gc?；刈x信號r首先被如框280所示地延遲τ1，以補償在控制路徑中產(chǎn)生的延遲(本質(zhì)上是由LPF引起的)。然后將線路282上的延遲的信號放大284如上所述的從位置信號計算出的增益gc以產(chǎn)生一中間信號rd。然后對此中間信號rd進行第二級增益控制286。在第二級增益控制中，如框288中所示地估計rd的平均信號功率 如框290所示地將此估計的平均信號功率與所期望的信號功率Pd相比較，并獲得 與Pd之比。然后對該比值求平方根(框292)以獲得第二級增益因數(shù)g。然后當(dāng)在控制路徑中引入τ2的延遲296(主要因為在估計平均功率時產(chǎn)生的延遲)之后，如圖所示地由乘法器294將中間信號rd乘以增益g。
本發(fā)明的性能已被仿真以驗證通道狀態(tài)輔助的AGC這一發(fā)明的有效性。假設(shè)記錄通道在系統(tǒng)中只出現(xiàn)加性高斯白噪聲(AWGN)的情況下具有誤差函數(shù)瞬態(tài)響應(yīng)。
圖9a、9b、9c和9d示出常規(guī)的MMSE AGC的仿真結(jié)果。圖10a、10b、10c和10d示出通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的仿真結(jié)果。圖9a和圖10a示出來自通道的原始回讀信號。過采樣比為10。由于頭/介質(zhì)掃描速度步進，因此對于兩個信號在時刻(就信號樣本的意義而言)2048左右(等于第2048個碼元周期)信號振幅大約有從±0.6至±0.9的突變。圖9a、9b、9c和9d標(biāo)繪出數(shù)據(jù)輔助MMSE AGC的仿真結(jié)果。數(shù)據(jù)檢測通過簡單的閾值檢測器來實現(xiàn)。增益自適應(yīng)步長被設(shè)置成0.02。圖9b中示出增益因數(shù)g。從圖中顯然可看出該自適應(yīng)是成功的，雖然花了超過一百個碼元周期才讓AGC環(huán)路穩(wěn)定。圖9c和9d還清楚地示出收斂過程，它們分別示出仿真的經(jīng)AGC調(diào)節(jié)信號和誤差信號(相對于理想信號電平)。
圖10a、10b、10c和10d示出根據(jù)本發(fā)明的通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC算法的仿真結(jié)果。假設(shè)經(jīng)由具有加性高斯白噪聲(AWGN)惡化(以及0.002的標(biāo)準(zhǔn)偏差)的有噪設(shè)備由讀通道來觀測頭/介質(zhì)掃描速度的步進。通過采用圖6中所示的方案并使一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為0.8/(1-0.2D)，其中D是延遲算子，增益控制環(huán)路就能非常好地跟上信號振幅的突變。延遲算子D將傳入信號延遲單位時間(由采樣率決定)并且常被用于構(gòu)造數(shù)字濾波器。
這從其中示出經(jīng)AGC調(diào)節(jié)信號和誤差信號功率軌跡的圖10c和10d中可尤其明顯地看出。與圖9c和9d對比，對于通道狀態(tài)輔助的方案，增益收斂于所期望的值要快得多。誤差功率軌跡中的尖鋒是由于通道狀態(tài)變化與可變增益放大器(VGA)的增益更新之間的延遲以及位置信號的低通濾波效因。如圖11中所示，通過在信號路徑中插入合適的延遲以補償在控制路徑中發(fā)生的延遲，這類尖鋒可以被減輕或甚至完全消除。除了如框300所示的在接收信號路徑中增加了延遲之外，圖11與圖6相同。
如上所述，如果可以通過可用通道狀態(tài)信息來捕捉通道增益中變動的主要部分，則可以對通道狀態(tài)AGC方案進一步縮小環(huán)路帶寬以減少均方誤差。比較起來，縮小環(huán)路帶寬導(dǎo)致常規(guī)的數(shù)據(jù)輔助AGC收斂顯著變慢。圖12a和圖12b分別示出當(dāng)自適應(yīng)步長被設(shè)置為0.002時常規(guī)的MMSE AGC和通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的仿真誤差功率軌跡。從圖12a中顯而易見常規(guī)的MMSE算法收斂較慢。
下面說明CSA MMSE AGC算法的穩(wěn)定性和收斂性分析。特別地，已基于圖5中所示的MMSE反饋環(huán)路對CSA AGC算法的穩(wěn)定性和收斂性行為進行了調(diào)查。
假定接收機可用的通道狀態(tài)信息是不完整的。換言之，如果實際通道碼元響應(yīng)可以由以下式表征p(t)＝(λc+λl)h(t)(3)其中，λc和λl可以是時變的，且h(t)是AGC算法的目標(biāo)通道響應(yīng)，則可用通道狀態(tài)信息是λc的有噪觀測值。此分析限于其中λc≠0的非退化情形。λc的有噪觀測值被低通濾波并被求倒數(shù)以生成由 表示的λc的估計。時刻k的估計由 表示，且其倒數(shù)由g^c(k)=Δ1λ^c(k)]]>表示。因此，g^c(k)=gc(k)+μc(k)---(4)]]>其中，不失一般性，gc(k)=1λc(k)]]>和uc(k)被假定為零均值隨機變量。在以下穩(wěn)定性分析中，假定limk→∞E{uc(k)}=0---(5)]]>如果λc為常數(shù)或緩慢時變。
圖5顯示r(k)=(λc+λl)d^(k)+n(k)---(6)]]>以及d(k)＝(gc(k-1)+gl(k-1))r(k)(7)其中，n(k)為通道噪聲，且被假定為零均值。
現(xiàn)在，用下式更新增益系數(shù)gl(k)gl(k)=gl(k-1)+μr(k)·e(k)=gl(k-1)+μr(k)·[d^(k)-d(k)].---(8)]]>將式(6)和(7)代入(8)得到gl(k)=gl(k-1)+μ[d^(k)2λ(1-g(k-1)λ)+n(k)(1-g(k-1)λ)d^(k)]]>-λd^(k)g(k-1)n(k)-g(k-1)n(k)2].---(9)]]>
意識到g(k)＝gl(k)+gc(k)并對兩邊取期望，則E{gl(k)}＝E{gl(k-1)}(1-μPdλ2-μPn)+μPdλ-μ(Pdλ2+Pn)E{gc(k-1)}＝E{gl(k-1)(1-μPr)+μPdλ-μPrE{gc(k-1)}.(10)在式(10)中，假定噪聲n(k)為零均值的并且與信號 不相關(guān)。另外，Pd=ΔE{d^(k)2},Pn=ΔE{n(k)2}andPr=ΔE{r(k)2},]]>已被定義以分別表示所期望的平均信號功率、通道噪聲功率和所接收的信號功率。
為了使算法穩(wěn)定，式(10)的右手側(cè)中的第一項的大小應(yīng)隨時間減小。這得到μ(Pdλ2+Pn)＝μPr＜2.(11)從而，穩(wěn)態(tài)跟蹤速度等于20log10(1-μPr)dB/輪，它指示以下環(huán)路增益Kt≈μPr.(12)另外，根據(jù)式(10)，gl的穩(wěn)態(tài)解由下式給出limk→∞E{gl(k)}=Pdλ-(Pdλ2+Pn)/λcPdλ2+Pn=PdλPr-1λc.---(13)]]>從以上分析，觀測到對于反饋環(huán)路本身，CSA AGC的穩(wěn)定性和收斂速度與常規(guī)的MMSE AGC相似。然而，注意到反饋環(huán)路本質(zhì)上是在跟蹤殘余通道增益波動λl，而不是如在常規(guī)的MMSE AGC架構(gòu)的情形中那樣在跟蹤總增益λc+λl。CSAAGC的自適應(yīng)時間常數(shù)τ由下式界定τ≤τl+τc(14)其中，τl和τc分別表示如圖5中所指示的通道狀態(tài)信息分支的MMSE反饋環(huán)路和LPF的時間常數(shù)。在仿真中，τc＜＜1而τl＝1/Kt＞＞1。因此，τ可以由下式近似τ≈τl.(15)當(dāng)λc捕捉到通道增益波動的主要部分時，不難看出通道狀態(tài)輔助的AGC收斂比常規(guī)的MMSE AGC快得多，因為在自適應(yīng)時間常數(shù)相似的情況下，常規(guī)的MMSE AGC需要跟蹤λc以及λl中的變動，而CSA AGC只跟蹤λl。
對于均方誤差分析，以圖2中所示的常規(guī)MMSE AGC算法開始。誤差信號e的方差為E{e2}=E{(d^-d)2}---(16)]]>=E{(d^-g·r)2}.]]>將g~=λPd/Pr]]>的穩(wěn)定解代入式(16)，誤差方差可以被簡化成ϵmin=ΔE{e2}|g=g~=PdPnPr,---(17)]]>它是環(huán)路能實現(xiàn)的最小均方誤差εmin。隨后，它支持E{η2}=E{r2(d^-d)2}]]>=E{r2}E{(d^-d)2}---(18)]]>=PrE{e2}]]>其中該環(huán)路消除了r與e之間的任何關(guān)聯(lián)。
圖13a是常規(guī)MMSE AGC的簡化模型180。在乘法器182中將信號r2乘以增益g。這在線路184上產(chǎn)生一信號，在求和點186從信號 減去該信號以在線路188上產(chǎn)生一信號，該信號在乘法器190中被乘以步長μ。在線路192上所得的信號被如由框194所示地積分以產(chǎn)生增益信號g。
圖13b是顯式地示出增益失配的常規(guī)MMSE AGC的進一步簡化的模型。在圖13b中，在求和點200從信號 減去增益g以在線路202上產(chǎn)生一信號，該信號在乘法器204中被乘以Prμ以在線路206上產(chǎn)生一信號，所得的信號被如由框208所示地積分以產(chǎn)生增益g。
現(xiàn)在因為η=r(d^-gr)=rd^-gr2,---(19)]]>所以圖2能被簡化成圖13a中所示的模型。如果r2和 將由它們各自的確定性均值Pr和λPd代替，則可以由如圖13b中所示的單個隨機變量z來捕捉由噪聲引起的變動，其中從環(huán)路中移出Pr的公因數(shù)。不難示出z的方差變成
σ22=E{(ηPr)2}=E{r2}E{e2}Pr2≈ϵminPr=PdPnPr2---(20)]]>考慮從z到g的環(huán)路傳遞函數(shù)。則Z變換由下式給出Gc(z)=KtKt+z-1,---(21)]]>其中Kt＝μPr。增益失配為σv2=σz2Bl---(22)]]>其中Bl=∫-0.50.5|Gc(ej2πw)|2dw=Kt2-Kt.---(23)]]>可見對于Kt＜＜1，增益g的均方誤差與自適應(yīng)步長μ和噪聲功率Pn成比例。
對于通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC，還考慮經(jīng)由通道狀態(tài)信息引入的噪聲。圖14a中示出了圖6中的環(huán)路模型的簡化形式。在求和點210將信號gc與環(huán)路增益gl相加以產(chǎn)生增益信號g。在乘法器212中將信號r2乘以增益g。這在線路214上產(chǎn)生一信號，在求和點216從信號 減去該信號以在線路218上產(chǎn)生一信號，該信號由乘法器220乘以步長μ。在線路222上所得的信號被如由框224所示地積分以產(chǎn)生增益信號gl。
在圖14b中，在求和點230將環(huán)路增益gl與通道增益λc的倒數(shù)相加以產(chǎn)生增益g。在求和點232從信號 減去增益g以在線路234上產(chǎn)生一信號，該信號在乘法器236中被乘以Prμ以產(chǎn)生一信號，該信號被如框240所示地積分以產(chǎn)生環(huán)路增益gl。
根據(jù)式(10)，gl的穩(wěn)態(tài)解等于E{gl}=PdλPr-1λc.---(24)]]>如果通道狀態(tài)觀測值無偏，即E{gc}＝1/λc，則g0可定義為go=ΔE{g}=E{gl}+E{gc}=Pd(λl+λc)Pr.---(25)]]>
這導(dǎo)致誤差方差ϵmin=E{e2}|g=go=E{(d^-d)2}=PdPnPr---(26)]]>以及E{η2}|g=go=PdPn.---(27)]]>類似于圖13b，由噪聲引起的在理想值g0附近的波動可由z捕捉，而由于觀測噪聲gc引起的變動可由w表征，w被定義為通道狀態(tài)觀測噪聲。根據(jù)式(27)，z的方差為E{z2}=E{(η/Pr)2}=PdPnPr2,---(28)]]>而w的方差僅僅是觀測誤差功率E{Uc2}。由此，環(huán)路均方誤差為E{v2}＝{εmin/Pr+Pnc}Bl(29)其中，Bl，在式(23)定義且Pnc=E{Uc2}.]]>實際上，當(dāng)自適應(yīng)步長μ小時，Bl≈μPr/2成立。如果下式成立則CSA MMSEAGC算法實現(xiàn)更小的誤差方差(PdPnPr2+Pnc)μ1Pr2≤PdPnPr2μ2Pr2---(30)]]>其中μ1和μ2分別是CSA MMSE AGC和常規(guī)MMSE AGC環(huán)路的步長。因此，如果下式成立Pnc≤(μ2μ1-1)PdPnPr2---(31)]]>則通道狀態(tài)AGC算法能實現(xiàn)比常規(guī)MMSE AGC算法更小的跟蹤誤差(在穩(wěn)態(tài)下)。這在通道增益變動的主要部分已由λc捕捉的情形中是可能的。因此，與常規(guī)AGC的λl+λc對比，可以將μ1設(shè)置得比μ2小得多，因為對CSA AGC算法只需跟蹤λl中的殘余變動。
現(xiàn)在應(yīng)很顯然，與常規(guī)的AGC方法相比，本發(fā)明能實現(xiàn)更快的增益獲取以及潛在地可能實現(xiàn)更小的均方跟蹤誤差。作為一個應(yīng)用例子，本方法被應(yīng)用于探針存儲設(shè)備以進行自動增益控制，其中諸如介質(zhì)/頭相對速度的通道狀態(tài)信息對讀通道已知。
圖15是包括作為讀/寫設(shè)備250示出的鐵電存儲裝置的系統(tǒng)的框圖。從這些設(shè)備讀取的數(shù)據(jù)被如由框252所示地解多路分解并通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的自動增益控制254。自動增益控制的輸出由模數(shù)轉(zhuǎn)換器256轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并由檢測器258檢測。定時環(huán)路260獲得來自檢測器258的檢測到的數(shù)據(jù)的訪問，并計算采樣率，該采樣率被提供給向模數(shù)轉(zhuǎn)換器256。在一替換實施例中，數(shù)據(jù)序列由已知數(shù)據(jù)提供。歸納和演繹定時恢復(fù)方法均可用于定時恢復(fù)。換言之，在不制導(dǎo)檢測到的數(shù)據(jù)序列的情況下定時環(huán)路260也可以工作。所檢測到的信號由糾錯碼解碼器262解碼并向用戶發(fā)送。糾錯碼的例子包括但不限于Reed-Solomon碼、Reed-Muller碼或更一般地有BCH碼。經(jīng)解碼的信號還被發(fā)送至緩沖器264并在被重寫到存儲介質(zhì)之前進行如由框266所示的糾錯編碼。在一個替換實施例中，根據(jù)通道的原始誤碼率可以間歇地跳過糾錯編碼。換言之，可以間歇地不經(jīng)過糾錯解碼和編碼將數(shù)據(jù)寫回介質(zhì)。
在本說明書中，為了便于說明，討論集中在數(shù)據(jù)輔助的和閉環(huán)的AGC，但所提出的方法也可以用簡單直接的方式擴展至非數(shù)據(jù)輔助的和/或開環(huán)的情形。圖8中示出了利用通道狀態(tài)信息的開環(huán)AGC。
雖然以幾個例子的形式說明了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是可以對所公開的例子進行各種修改而不會背離在所附權(quán)利要求書中闡明的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括用于產(chǎn)生通道增益控制信號的電路；放大器，用于響應(yīng)于所述通道增益控制信號放大感興趣的信號；并且其中所述通道增益控制信號是從通道狀態(tài)信號生成的，所述通道狀態(tài)信號不是從所述感興趣的信號導(dǎo)出的。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于產(chǎn)生通道增益控制信號的電路包括傳感器，用于測量對所述感興趣的信號的振幅有影響的通道特性；以及處理器，用于將所測得的通道特性轉(zhuǎn)換成所述通道增益控制信號。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于產(chǎn)生通道增益信號的電路包括傳感器，用于產(chǎn)生頭/介質(zhì)位置信號；以及處理器，用于響應(yīng)于所述頭/介質(zhì)位置信號產(chǎn)生相對速度信號，其中所述頭/介質(zhì)位置信號被用于產(chǎn)生所述通道增益信號。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括第二級可變增益放大器，用于響應(yīng)于環(huán)路增益控制信號放大所述感興趣的信號。
5.一種裝置，包括第一電路，用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號；第二電路，用于產(chǎn)生通道增益信號；以及放大器，用于響應(yīng)于增益控制信號放大感興趣的信號；其中所述增益控制信號包括所述環(huán)路增益信號和所述通道增益信號的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述放大器產(chǎn)生增益受控信號，并且所述用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號的第一電路包括檢測器，用于產(chǎn)生估計的理想信號；用于將所述增益受控信號與所述估計的理想信號組合以產(chǎn)生誤差信號的組件；以及第三電路，用于處理所述誤差信號以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述用于將增益受控信號與所述估計的理想信號組合以產(chǎn)生誤差信號的組件包括求和點。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第三電路包括第二放大器，用于將所述誤差信號乘以所述感興趣的信號以產(chǎn)生中間變量信號；以及第三放大器，用于將所述中間變量信號乘以一自適應(yīng)常數(shù)。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述放大器產(chǎn)生增益受控信號，并且所述用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號的第一電路包括處理器，用于確定所述增益受控信號的平均信號功率；用于將所述平均信號功率與所期望的信號功率組合以產(chǎn)生誤差信號的組件；以及第三電路，用于處理所述誤差信號以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述用于將平均信號功率與所期望的信號功率組合以產(chǎn)生誤差信號的組件包括求和點。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第三電路包括第二放大器，用于將所述誤差信號乘以所述感興趣的信號以產(chǎn)生中間變量信號；以及第三放大器，用于將所述中間變量信號乘以一自適應(yīng)常數(shù)。
12.一種方法，包括產(chǎn)生通道增益控制信號；以及響應(yīng)于所述通道增益控制信號放大感興趣的信號；其中所述通道增益控制信號是通道狀態(tài)信號生成的，所述通道狀態(tài)信號不是從所述感興趣的信號導(dǎo)出的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生通道增益控制信號的步驟包括測量對所述感興趣的信號的振幅有影響的通道特性；以及將所測得的通道特性轉(zhuǎn)換成所述通道增益控制信號。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述用于產(chǎn)生通道增益信號的步驟包括產(chǎn)生頭/介質(zhì)位置信號；以及響應(yīng)于所述頭/介質(zhì)位置信號產(chǎn)生相對速度信號，其中所述頭/介質(zhì)位置信號被用于產(chǎn)生所述通道增益信號。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括使用第二級放大器響應(yīng)于環(huán)路增益控制信號放大所述感興趣的信號。
16.一種方法，包括產(chǎn)生環(huán)路增益信號；產(chǎn)生通道增益信號；以及響應(yīng)于增益控制信號放大感興趣的信號，其中所述增益控制信號包括所述環(huán)路增益信號和所述通道增益信號的組合。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生通道增益信號的步驟包括產(chǎn)生頭/介質(zhì)位置信號；以及響應(yīng)于所述頭/介質(zhì)位置信號產(chǎn)生相對速度信號。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生增益受控信號；產(chǎn)生估計的理想信號；將所述增益受控信號與所述估計的理想信號組合以產(chǎn)生誤差信號；以及處理所述誤差信號以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生增益受控信號；確定所述增益受控信號的平均信號功率；將所述平均信號功率與所期望的信號功率組合以產(chǎn)生誤差信號；以及處理所述誤差信號以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號。
20.一種裝置，包括鐵電存儲介質(zhì)；探針陣列，用于從所述鐵電存儲介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)；第一電路，用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號；第二電路，用于產(chǎn)生通道增益信號；以及放大器，用于響應(yīng)于增益控制信號放大所讀取的信號；其中所述增益控制信號包括所述環(huán)路增益信號和所述通道增益信號的組合。
全文摘要
一種包括用于生成通道增益控制信號的電路、和用于響應(yīng)于該通道增益控制信號放大感興趣的信號的放大器的裝置，其中該通道增益控制信號是從并非來源于該感興趣的信號的通道狀態(tài)信號生成的。
文檔編號H04B7/005GK101087162SQ20071012643
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者楊學(xué)士 申請人:希捷科技有限公司