本發(fā)明屬于自動(dòng)增益控制設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于積分判定的低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)自動(dòng)增益控制方法，可應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域、高速DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)領(lǐng)域等。

背景技術(shù)：

在無(wú)線通信系統(tǒng)中，隨著傳輸距離的變化以及其他一些因素的影響，電波在空間傳播過(guò)程中存在明顯衰落，在接收機(jī)輸入端的信號(hào)強(qiáng)度有很大的變化。因此在接收機(jī)前端必須加上一個(gè)幅度控制系統(tǒng)，即自動(dòng)增益控制(Automatic Gain Control)環(huán)路，從而保證接收機(jī)在接收信號(hào)強(qiáng)弱十分懸殊的情況下，輸出功率保持恒定，從而使后面的調(diào)制解調(diào)器和信號(hào)處理單元穩(wěn)定地工作而不致飽和或電平不夠。AGC環(huán)路有兩種，分別為模擬AGC和數(shù)字AGC。前者多用于射頻或中頻，而后者更多地用于中頻或基帶。所以在低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)中，一般采用數(shù)字AGC，數(shù)字AGC相對(duì)于模擬AGC具有測(cè)量更準(zhǔn)確、增益控制能力更強(qiáng)、使用更靈活等優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)的自動(dòng)增益控制很難做到實(shí)現(xiàn)速度快，資源消耗少，同時(shí)精度又高，因此不適合低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)中只有8個(gè)前導(dǎo)碼的情況。因而設(shè)計(jì)一種既快速，精度又高，消耗資源又少的新型AGC是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于積分判定的低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)自動(dòng)增益控制方法，該方法具有計(jì)算低延遲、消耗資源少、抗干擾能力強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)中前導(dǎo)碼比較短的情況，且過(guò)程簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)成本低。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于積分判定的低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)自動(dòng)增益控制方法，該方法包括以下過(guò)程：接收機(jī)接收傳輸?shù)男盘?hào)并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；對(duì)接收轉(zhuǎn)換后的信號(hào)按設(shè)定周期進(jìn)行能量積分，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)的能量積分值增大時(shí)，就判定這段能量積分值增大的信號(hào)之后，即將接收到低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼序列(10101010或01010101序列)；從數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼序列開(kāi)始對(duì)信號(hào)進(jìn)行能量計(jì)算；將計(jì)算出的能量值與理想值比較得出差值，進(jìn)而通過(guò)差值補(bǔ)償來(lái)調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA(Variable Gain Amplifier)的增益值，實(shí)現(xiàn)低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)的自動(dòng)增益控制。

優(yōu)選的，該方法包括以下過(guò)程模塊：

(a)判定模塊：在前導(dǎo)碼序列被接收之前，接收機(jī)會(huì)先接收到一段載波，這段載波的絕對(duì)值比前導(dǎo)碼序列的絕對(duì)值?。灰虼嗣扛鬘個(gè)時(shí)間單位對(duì)接收信號(hào)的能量進(jìn)行一次積分，如果后一次的能量積分值U_k為前一次能量積分值U_k-1的factor倍，則判定t_k時(shí)刻后即將接收到低功耗藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼序列，并延時(shí)delay_time來(lái)等待信號(hào)穩(wěn)定，即t_k+delay_time時(shí)刻進(jìn)入能量計(jì)算模塊(b)；否則繼續(xù)進(jìn)行能量積分。

(b)能量計(jì)算模塊：計(jì)算t_k+delay_time時(shí)刻之后每個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)能量均值A(chǔ)_q，將計(jì)算出的能量均值A(chǔ)_q轉(zhuǎn)化成dB(分貝)值B_q，并逐個(gè)傳遞給差值補(bǔ)償模塊(c)。

(c)差值補(bǔ)償模塊：根據(jù)模塊(b)生成的dB值B_q進(jìn)行可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA參數(shù)的調(diào)節(jié)：如果生成的dB值B_q與理想值C相等，則產(chǎn)生VGA參數(shù)正確信號(hào)，進(jìn)入誤判模塊(d)；否則通過(guò)公式(2)進(jìn)行VGA參數(shù)值D_q即VGA增益值的調(diào)整，調(diào)整后產(chǎn)生配置使能信號(hào)，進(jìn)入串行外設(shè)接口SPI配置模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)VGA增益值的配置；公式(2)為

VGA參數(shù)值D_q＝VGA寄存器中參數(shù)值D_q-1+(理想值C-dB值B_q) (2)。

(d)誤判模塊：模塊(a)所述的判定機(jī)制出現(xiàn)誤判情況的概率很小，但還是難免會(huì)發(fā)生，比如有時(shí)會(huì)出現(xiàn)類似于信號(hào)到來(lái)的噪聲。此時(shí)因?yàn)榍岸说呐卸ㄏ到y(tǒng)誤將VGA寄存器中的參數(shù)值調(diào)節(jié)成了理想的dB值，所以如果不及時(shí)對(duì)VGA寄存器中的參數(shù)值進(jìn)行重配置，有效包到來(lái)后不一定能正確接收解調(diào)。

為了確認(rèn)模塊(a)所述的判定機(jī)制沒(méi)有產(chǎn)生誤判，根據(jù)低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)中8個(gè)前導(dǎo)碼之后緊接著的是32位接入地址這一事實(shí)，檢測(cè)在設(shè)定時(shí)間(即接收前導(dǎo)碼與接入地址的時(shí)間)內(nèi)接收到的32位接入地址信號(hào)是否有效，如果設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收到的32位接入地址信號(hào)有效，則認(rèn)為沒(méi)有發(fā)生誤判，產(chǎn)生判斷正確信號(hào)，進(jìn)入空閑狀態(tài)(即繼續(xù)進(jìn)行差值補(bǔ)償模塊)；如果超出設(shè)定時(shí)間一直無(wú)效，則認(rèn)為產(chǎn)生誤判，產(chǎn)生判斷錯(cuò)誤信號(hào)，重新生成誤判前的VGA參數(shù)值(上一次配置的VGA參數(shù)存儲(chǔ)在寄存器中，用以誤判發(fā)生時(shí)重新讀取配置)并將其重新置入VGA寄存器中，結(jié)束后產(chǎn)生重新配置完成信號(hào)，重新進(jìn)入判定模塊(a)檢測(cè)數(shù)據(jù)包的到來(lái)。

優(yōu)選的，接收信號(hào)的能量值通過(guò)平方公式I²+Q²來(lái)估算，其中I為同相分量，Q為正交分量。這種計(jì)算方法既快速，精度又高，消耗資源又少。

優(yōu)選的，所述判定模塊(a)中N的值由公式(1)確定，其中，1Mbps為低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)的碼率；factor為寄存器配置值，需要上層芯片出廠后進(jìn)行測(cè)試并在使用中由軟件配置相關(guān)寄存器；delay_time為寄存器配置值，理論上，delay_time越長(zhǎng)，所計(jì)算得出的能量平均值越穩(wěn)定；公式(1)為：

N＝AD采樣率/1Mbps (1)。

有益效果：本發(fā)明提供的一種基于積分判定的低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)自動(dòng)增益控制方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明基于積分方法判定有效信號(hào)的到來(lái)，利用平方公式估算信號(hào)的能量值，實(shí)現(xiàn)速度快，準(zhǔn)確度高，開(kāi)發(fā)成本低；2、本發(fā)明設(shè)計(jì)了可重配置的誤差補(bǔ)償電路，實(shí)現(xiàn)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，消耗資源少；3、本發(fā)明通過(guò)差值補(bǔ)償來(lái)調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA寄存器中的增益值，能量補(bǔ)償一步到位，反應(yīng)快，延遲低，消耗資源少。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種基于積分判定的低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)自動(dòng)增益控制方法的原理框圖；

圖2為無(wú)線通信系統(tǒng)中自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路的原理框圖；

圖3為典型數(shù)字自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路結(jié)構(gòu)模型；

圖4為本發(fā)明在前導(dǎo)碼到來(lái)時(shí)的宏觀信號(hào)圖；

圖5為本發(fā)明在前導(dǎo)碼到來(lái)時(shí)的微觀信號(hào)圖；

圖6為本發(fā)明的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；

圖7為本發(fā)明產(chǎn)生誤判時(shí)的信號(hào)圖；

圖8為本發(fā)明在仿真軟件modelsim上的仿真結(jié)果；

圖9為本發(fā)明在FPGA在線邏輯分析儀上的測(cè)試結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示為一種基于積分判定的低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)自動(dòng)增益控制方法，該方法包括以下過(guò)程：接收機(jī)接收傳輸?shù)男盘?hào)并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；對(duì)接收轉(zhuǎn)換后的信號(hào)按設(shè)定周期進(jìn)行能量積分，當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)的能量積分值增大時(shí)，就判定，這段能量積分值增大的信號(hào)之后即將接收到低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼序列；從數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼序列開(kāi)始對(duì)信號(hào)進(jìn)行能量計(jì)算；將計(jì)算出的能量值與理想值比較得出差值，進(jìn)而通過(guò)差值補(bǔ)償來(lái)調(diào)節(jié)可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA的增益值，實(shí)現(xiàn)低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)接收機(jī)的自動(dòng)增益控制。

本實(shí)施例中，具體實(shí)施過(guò)程如下：

(a)判定模塊：在前導(dǎo)碼序列被接收之前，接收機(jī)會(huì)先接收到一段載波，這段載波的絕對(duì)值比前導(dǎo)碼序列的絕對(duì)值小；因此每隔8個(gè)時(shí)間單位(ADC采樣率一般為8Mbps)對(duì)接收信號(hào)的能量即I²+Q²進(jìn)行一次積分，如果后一次的能量積分值U_k為前一次能量積分值U_k-1的factor倍，則判定t_k時(shí)刻后即將接收到低功耗藍(lán)牙數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼序列，并延時(shí)2μs來(lái)等待信號(hào)穩(wěn)定，即t_k+2μs時(shí)刻進(jìn)入能量計(jì)算模塊(b)；否則繼續(xù)進(jìn)行能量積分。

(b)能量計(jì)算模塊：計(jì)算t_k+2μs時(shí)刻之后每個(gè)時(shí)間單位的信號(hào)能量均值A(chǔ)_q，信號(hào)能量值通過(guò)平方公式I²+Q²來(lái)估算，并將計(jì)算出的能量均值A(chǔ)_q轉(zhuǎn)化成dB值B_q，逐個(gè)傳遞給差值補(bǔ)償模塊(c)。

(c)差值補(bǔ)償模塊：根據(jù)模塊(b)生成的dB值B_q進(jìn)行可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA參數(shù)的調(diào)節(jié)：如果dB值B_q與理想值C相等，則產(chǎn)生VGA參數(shù)正確信號(hào)，進(jìn)入誤判模塊(d)；否則通過(guò)公式(2)進(jìn)行VGA參數(shù)值D_q即VGA增益值的調(diào)整，調(diào)整后產(chǎn)生配置使能信號(hào)，進(jìn)入串行外設(shè)接口SPI配置模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)VGA增益值的配置；公式(2)為

VGA參數(shù)值D_q＝VGA寄存器中參數(shù)值D_q-1+(理想值C-dB值B_q) (2)。

(d)誤判模塊：為了確認(rèn)模塊(a)所述的判定機(jī)制沒(méi)有產(chǎn)生誤判，根據(jù)低功耗藍(lán)牙系統(tǒng)中8個(gè)前導(dǎo)碼之后緊接著的是32位接入地址這一事實(shí)，檢測(cè)在設(shè)定時(shí)間40us內(nèi)接收到的32位接入地址信號(hào)是否有效(通過(guò)比對(duì)接入地址和規(guī)定的接入地址是否一致來(lái)判斷)，如果設(shè)定時(shí)間內(nèi)接收到的32位接入地址信號(hào)有效，則認(rèn)為沒(méi)有發(fā)生誤判，產(chǎn)生判斷正確信號(hào)，進(jìn)入空閑狀態(tài)(即繼續(xù)進(jìn)行差值補(bǔ)償模塊)；如果超出設(shè)定時(shí)間一直無(wú)效，則認(rèn)為產(chǎn)生誤判，產(chǎn)生判斷錯(cuò)誤信號(hào)，重新生成誤判前的VGA參數(shù)值并將其重新置入VGA寄存器中，結(jié)束后產(chǎn)生重新配置完成信號(hào)，重新進(jìn)入判定模塊(a)檢測(cè)數(shù)據(jù)包的到來(lái)。

判定模塊(a)何時(shí)開(kāi)始和結(jié)束判定、各個(gè)模塊的承接轉(zhuǎn)換都由狀態(tài)機(jī)模塊來(lái)控制。

圖2所示為無(wú)線通信系統(tǒng)中自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路的原理框圖，其中LNA代表低噪聲放大器，VGA代表可變?cè)鲆娣糯笃鳌GC環(huán)路為通過(guò)可變?cè)鲆娣糯笃鱒GA實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其輸出經(jīng)檢波器和低噪聲放大器處理后與參考電壓通過(guò)比較器進(jìn)行比較，由此產(chǎn)生對(duì)VGA的控制電壓控制其輸出。

圖3所示為典型數(shù)字自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路結(jié)構(gòu)模型，detector檢測(cè)到輸出信號(hào)y后，和參考信號(hào)Pref之間比較。由比較結(jié)果可知增益需要調(diào)整的值，去控制VGA的增益實(shí)現(xiàn)可變?cè)鲆娣糯?。其中x為輸入信號(hào)。

圖4所示為本實(shí)施例在前導(dǎo)碼到來(lái)時(shí)的宏觀信號(hào)圖，圖上兩個(gè)波形為接收到的I，Q兩路信號(hào)；圖5所示為本實(shí)施例在前導(dǎo)碼到來(lái)時(shí)的微觀信號(hào)圖，圖上兩個(gè)波形為接收到的I，Q兩路信號(hào)。

圖6所示為本實(shí)施例的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。復(fù)位時(shí)為IDLE空閑態(tài)，當(dāng)rx_on接收信號(hào)使能時(shí)進(jìn)入ENERGY_COMPUTING能量計(jì)算狀態(tài)。再接收到energy_avg_vld信號(hào)，即檢測(cè)到包到來(lái)后進(jìn)入DB_COMPUTING分貝計(jì)算狀態(tài)，分貝值計(jì)算完之后置位db_valid信號(hào)。當(dāng)db_valid置位之后進(jìn)入VGA_RAPA_GENERATING狀態(tài)計(jì)算VGA可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬷?，?jì)算完之后置位vga_set_en信號(hào)，進(jìn)去VGA_SETING增益設(shè)置狀態(tài)。增益設(shè)置完之后進(jìn)入SIGNAL_JUDGING信號(hào)判斷狀態(tài)，信號(hào)判斷正確置位judge_right信號(hào)，信號(hào)判斷錯(cuò)誤置位judge_wrong信號(hào)。Judge_right信號(hào)置位時(shí)，進(jìn)入IDLE狀態(tài)。Judge_wrong信號(hào)置位時(shí)，進(jìn)入VGA_RESETING狀態(tài)，重新將VGA配置為誤判前的值，結(jié)束后產(chǎn)生重新配置完成信號(hào)vga_reset_done。

圖7所示為本實(shí)施例產(chǎn)生誤判時(shí)的信號(hào)圖，如圖可以看到j(luò)udge_wrong信號(hào)有一個(gè)高脈沖。

圖8所示為本發(fā)明在仿真軟件modelsim上的仿真結(jié)果，adc_mod模擬了載波信號(hào)發(fā)出來(lái)后的I、Q的平方和，即信號(hào)能量大小。由圖可知計(jì)算出的dB值大小為33。由于理想dB值被設(shè)為31，所以能量值VGA_para從31被調(diào)節(jié)至29，并且隨后的judge_right信號(hào)顯示了調(diào)節(jié)的正確。

圖9所示為本發(fā)明在FPGA在線邏輯分析儀上的測(cè)試效果，由圖可知當(dāng)信號(hào)能量上升時(shí)幅值被調(diào)節(jié)適中，開(kāi)始信號(hào)的振幅較小，在上升之后AGC的作用下，信號(hào)的振幅增大，大到了一個(gè)適中的程度，而能量下方的判斷正確信號(hào)judge_right隨后出現(xiàn)的高脈沖說(shuō)明了沒(méi)有發(fā)生誤判，調(diào)節(jié)合適，可以正確解調(diào)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。