一種用于數(shù)字通信的新型自動增益控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信領域，涉及一種用于數(shù)字通信的新型自動增益控制方法。
【背景技術】
[0002] 在某種新型通信系統(tǒng)中，由于設備距離、設備數(shù)量、設備本身信號質量等一系列原 因，系統(tǒng)接收到的信號功率變化范圍很大。當信號輸入系統(tǒng)轉換為數(shù)字信號，即經過ADC之 后，功率小的信號所占用的數(shù)字量化位數(shù)很低。然而，該新型通信系統(tǒng)中使用了李仝昀等人 在專利《有線通信鏈路上的RF信號發(fā)送》(GB1206751. 8)中發(fā)明的壓縮算法，壓縮算法需要 充分利用量化位數(shù)來提高動態(tài)范圍，即要求算法的輸入信號在ADC位數(shù)的二進制數(shù)的表示 范圍內且足夠大；同時要求算法輸入信號應保持系統(tǒng)輸入信號的原始特性（如峰均比）不 變。因此系統(tǒng)在ADC模塊與算法模塊之間需要一個新型的自動增益控制（AutomaticGain Control，AGC)單元完成上述功能。具體地說，需要該AGC使輸出信號足夠大、同時避免輸 出信號超出ADC位數(shù)的二進制數(shù)的表示范圍即過飽和現(xiàn)象、并且保持輸入信號的峰均比不 變。
[0003] 同時，該新型通信系統(tǒng)為LTE系統(tǒng)，因此需要該AGC能夠處理LTE，主要是TM2和 TM3信號?，F(xiàn)有的AGC控制方法不能滿足該新型通信系統(tǒng)的需求。首先，傳統(tǒng)的AGC是一個 反饋系統(tǒng)，輸出信號經過一個平均濾波器得到輸出信號的平均功率；將輸出信號的平均功 率與AGC的目標功率進行比較，得到誤差信號；再根據(jù)當前增益值與誤差信號對下一時刻 的增益值進行調整，最終使輸出功率逐漸收斂至目標功率。傳統(tǒng)AGC控制方法會出現(xiàn)輸出 信號功率大于目標功率的現(xiàn)象，使用在本系統(tǒng)中會出現(xiàn)過飽和，輸出信號將產生失真；傳統(tǒng) AGC控制方法將輸出功率向目標功率調整，使得輸出信號功率經常處于發(fā)生變化的狀態(tài)，不 利于保持信號的峰均比。
[0004] 其次，現(xiàn)有的針對LTE系統(tǒng)的自動增益控制技術，如黃維等人在專利《一種LTE終 端接收機自動增益控制實現(xiàn)方法》（申請?zhí)朇N201510214549)、以及唐凱等人在專利《一種 TD-LTE自動增益控制方法及設備》（申請?zhí)朇N201210490955)、以及張國松等人在專利《LTE 系統(tǒng)的自動增益控制方法及設備》（申請?zhí)朇N201110166143)中發(fā)明的AGC技術及系統(tǒng)，都 是以傳統(tǒng)的AGC控制方法為基礎，無法避免過飽和現(xiàn)象，不利于保持信號的峰均比，因此不 能滿足本新型通信系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術問題為：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種用于數(shù)字通信的新 型自動增益控制方法，解決了充分利用ADC量化位數(shù)的同時避免過飽和現(xiàn)象的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術解決方案是：
[0007] -種用于數(shù)字通信的新型自動增益控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)根據(jù)輸入信號在一段時間內的動態(tài)均方根值和前一時刻的動態(tài)均方根 值/i/VfS,,,1判斷當前輸入信號是功率穩(wěn)定狀態(tài)還是處于功率變化狀態(tài)，同時給出增益補償信 號cpst;所述一段時間的長度為TD;
[0009] (2)根據(jù)步驟（1)中輸出的增益補償信號cpst計算當前增益的補償值cv;
[0010] (3)根據(jù)步驟⑵中得到的當前增益的補償值CV計算當前理論增益值gaincal;
[0011] (4)根據(jù)步驟（1)中輸出的增益補償信號cpst和步驟（3)中得到的當前理論增益 值gaineal，計算當前系統(tǒng)的實際增益值gainact;
[0013] 其中，識為上一時刻的實際增益值；
[0014] (5)通過公式gain=max(gaina(：t，gainmin)進行增益校正，得到校正之后的增益值 gain，即為AGC輸出的增益，從而完成自動增益的控制；其中，gain_為理論最小增益值。
[0015] 所述步驟⑴具體為：
[0019] 其中，
[0020] Upper:功率判斷閾值上限；Lower:功率判斷閾值下限。
[0021] 所述步驟（2)計算當前增益的補償值cv具體為：
[0023] 其中，init為初始補償因子；p為正向補償系數(shù);m為反向補償系數(shù)。
[0024] 所述步驟（3)計算當前理論增益值gaineal具體為：
[0026] 其中，dcdp為增益決定因子。
[0027] 增益決定因子dcdp通過如下方式計算得到：
[0028]
，其中k為ADC的位數(shù)；i為對量化位數(shù)利用率的 容忍量；PAR為無衰減LTE信號的峰均比，其中PARTM2STM2信號的峰均比，PARTM3STM3信 號的峰均比。
[0029] 理論最小增益值gainmin通過如下方式計算得到：
[0030]
，PEAK為無衰減LTE信號的峰值，其中PEAKTM2STM2信號的峰值，PEAK"3為TM3信號的峰值。
[0031] 功率判斷閾值上限Upper取值為0. 9 ;功率判斷閾值下限Lower取值為1. 1。
[0032] 初始補償因子init的取值為1. 0 ;正向補償系數(shù)p的取值為1. 1 ;反向補償系數(shù)m 的取值為0.3。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：
[0034] (1)本發(fā)明中88；[11(：!11與增益決定因子dcdp的計算方法和取值，保證了能夠在充分 利用ADC量化位數(shù)的同時避免過飽和現(xiàn)象；
[0035]
與Upper和Lower的比較，連同Upper和Lower的取值，保 證了本發(fā)明能夠準確判斷輸入信號處于功率穩(wěn)定狀態(tài)還是功率變化狀態(tài)；
[0036] (3)對輸入信號功率情況的準確判斷，連同基于cpst的gainact的取值方法，保證 了本發(fā)明對于穩(wěn)定輸入功率的信號輸出恒定的增益，因而保證了增益控制前后信號的峰均 比不變；
[0037] (4)Lower，Upper，init，p，m，dcdp，gainmin的取值權衡了LTE的TM2 和TM3 信號 特征，因而本發(fā)明能夠同時適用于LTE的TM2和TM3信號；
[0038] (5)cpst，cv的設計以及init，p，m的設置以及gainmin的設計補充保證了在充分 利用ADC量化位數(shù)的同時避免過飽和現(xiàn)象；
[0039] (6)階躍式的gainaet的變化方式保證了本發(fā)明能夠迅速調整增益。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明對輸入信號為LTE的TM2信號時方法效果仿真圖；其中，圖2 (a)是 AGC的輸入信號，圖2 (b)是AGC的輸出信號，圖2 (c)是AGC輸出的增益，圖2 (d)是AGC輸 出是否出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象的監(jiān)控圖；
[0042] 圖3為本發(fā)明對輸入信號為LTE的TM3信號時方法效果仿真圖，其中，圖3 (a)是 AGC的輸入信號，圖3 (b)是AGC的輸出信號，圖3 (c)是AGC輸出的增益，圖3 (d)是AGC輸 出是否出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象的監(jiān)控圖；
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0044] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于數(shù)字通信的新型自動增益控制方法，包括以 下步驟：
[0045] (1)根據(jù)輸入信號在一段時間內的動態(tài)均方根值夂和前一時刻的動態(tài)均方根 值判斷當前輸入信號是功率穩(wěn)定狀態(tài)還是處于功率變化狀態(tài)，同時給出增益補償信 號cpst;所述一段時間的長度為TD;
[0049]其中，
[0050]Upper:功率判斷閾值上限，取值為L1;Lower:功率判斷閾值下限，取值為(λ9,TD 取值為100。
[0051] TD的取值根據(jù)如下原則確定：繪制的曲線與信號的RMS曲線進行對比，當Td 取值較小時（如50)，不能準確表征信號的平均值；而TD取較大值時（如200)，并不能比100 更準確地描述信號的平均值，卻加大了系統(tǒng)的延遲，因此TD取值為100 ;
[0052]Upper和Lower的取值根據(jù)如下方法確定：首先，Upper和Lower代表信號功率瞬 時變化的幅度，因此應具有相對于1的對稱性；當Upper較大（Lower較?。r，較小幅度的 功率變化會被判定為穩(wěn)定功率而無法檢測到；當Upper較?。↙ower較大）時，穩(wěn)定功率信 號中功率波動的部分則會被檢測為功率變化，經多次實驗取得Upper= 1. 1，Lower= 0. 9 為合適的取值。
[0053] (2)根據(jù)步驟（1)中輸出的增益補償信號cpst計算當前增益的補償值cv;
[0054] 計算當前增益的補償值cv具體為
其中，init為初 始補償因子，取值為1. 〇;P為正向補償系數(shù)，取值為1. 1;m為反向補償系數(shù)，取值為0. 3。
[0055] init，p，m的取值根據(jù)如下原則確定：從整體上看，本方法判斷出信號功率發(fā)生變 化的時刻，并在較小的延遲內計算出信號功率發(fā)生變化后系統(tǒng)應具有的增益，而增益應保 證信號的峰值經放大后仍在有效區(qū)間內，即增益與信號峰值成反比。而本系統(tǒng)可保證信號 峰均比不變，即增益與信號均值應成反比；當信號功率未發(fā)生變化或信號均值計算準確的 情況下，不需對增益進行補償，init= 1 ;當信號功率從小變大時（cpst= 1)，夂受到 之前信號的影響，小于當前信號的實際RMS，計算所得的增益將大于理論增益值，需要降低 增益，即對增益進行反向補償；反之，當信號功率從大變小時（cpst= -1)，應對增益進行正 向補償；補償?shù)姆扰c信號功率的變化幅度以