三级自动增益控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字通信电路技术领域，涉及一种数字自动增益控制的电路，尤其涉 及一种应用于扩频通信系统的三级自动增益控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 数字集成电路由于其优越的数据处理速度、良好的抗噪声能力及相对较小的面积 和低功耗而得到越来越广泛的应用，因此，大规模数据处理时通常将模拟信号进行数据采 集转换为数字信号，进行一系列处理后再转换为模拟信号输出。
[0003] 模拟/数字转换器的功能即实现模拟信号到数字信号的转换。随着数据处理精度 的提高，模拟/数字转换器要求更多的比特位宽来满足精度的要求。接收机接收到的信号 由于外界信号干扰、多径衰落以及信道噪声等因素，导致模拟/数字转换器接收到的信号 在一个较大的动态范围内变化，单纯的使用模拟/数字转换器容易导致数据丢失和失真， 甚至是模拟/数字转换器本身遭到破坏。
[0004] 自动增益控制的作用是调整信号的动态范围，以使信号充分利用模拟/数字转换 器的动态范围，同时保证最小的信噪比损失和线性失真。
[0005] 传统的自动增益控制是由模拟电路实现，通过检测模拟信号的能量实现信号的调 整，这种自动增益控制是通过前馈电路实现，其主要缺点是由于模拟电路固有的功耗和面 积因素，导致电路结构复杂、功耗大，且会造成信号的线性失真。
[0006] 近年来，基于反馈形式的数字自动增益控制也得到了广泛深入的研宄。
[0007] 申请号CN101005284A，名称为"自动增益控制装置"的中国发明专利，提供了一种 基于反馈的自动增益控制环路方法，此篇专利的自动增益控制装置1如图1所示。该自动 增益控制部分包括：可变增益放大器11，用以根据一增益放大一模拟信号；模拟/数字转换 器12,用以将放大后的模拟信号转换为一数字信号；以及反馈电路13,该反馈电路13包括 振幅位准检测器131，根据数字信号产生第一振幅位准和第二振幅位准；范围检测器132， 根据第一振幅位准及第二振幅位准产生调整信号；增益控制器133,包括增益计数器134与 数字/模拟转换器135,根据范围检测器132产生的调整信号自动调整增益，此发明可以充 分利用模拟/数字转换器的输入范围并能有效地去除直流偏移量。
[0008] 自动增益控制装置1中，增益在每个时钟周期都进行调节，这种增益控制方式对 于数据幅度变化较为稳定的信号具有较佳的调节能力，反应灵敏，但对于低信噪比信号，尤 其是信号功率远小于热噪声功率的信号，由于热噪声的随机特性，调节后会造成信号的严 重失真，而且增益波动较大，信号稳定性较差，经模拟/数字转换器后易造成较大的信噪比 损失。
[0009] 申请号为CN200610138564,名称为"基于特定查找表的数字自动增益控制装置"的 中国发明专利，提供了一种基于特定查找表方式的自动增益控制环路方法，此篇专利的自 动增益控制装置2如图2所示。该自动增益控制装置包括：天线21、带通滤波器22、可变增 益放大器23、下混频器24、模数转换器25、基带模块26和DAC 20,还包括：幅度检测器27， 对接收到的N个样点，采用时域平均的方法进行幅度检测；查找表28,将检测结果与参考电 平相比较，得到之间的误差；环路滤波器29,通过误差信号得到相应增益控制信号的序号， 将此信号作为索引输入查找表，得到增益控制信号后经过DAC反馈控制VGA的增益。
[0010] 自动增益控制装置2中，使用了查找表28,取代了传统的自动增益控制中的对数 运算和反对数运算，降低了计算复杂度，提高了启动阶段的响应速度。查找表的方式降低了 电路的运算复杂度，提高了电路的速度，但在另一方面，查找表方式计算数据有其功能的局 限性，首先，查找表中数据不能够覆盖所有的情况，如自动增益控制装置2中，查找表28若 为输入信号电平递减〇. 25dB排列的查找表，则对于信号改变精度小于0. 25dB时则不容易 得到合适的增益控制信号，其次，对于动态范围较大的信号，其查找表的规模必定导致电路 规模很大。
[0011] 因此，在数字通信电路技术领域迫切需要本领域的技术人员致力于开发一种能够 有效克服上述现有技术的缺陷，实现更为稳定和快速的调节，同时具有电路结构较为简单 的自动增益控制装置。
【发明内容】
[0012] 本发明的一个目的在于提供一种三级自动增益控制装置，实现增益更为稳定和快 速的调节，同时适用于较小的信噪比，另外电路结构较为简单。
[0013] 本发明的另一个目的在于提供一种三级自动增益控制方法。
[0014] 本发明采用三级阈值，将门限误差值分为三级处理，得到不同的下一更新周期的 增益步阶，以实现增益更为稳定和快速的调节。
[0015] 本发明将参考门限值设置为更新周期的33%，使得高幅值数据的比率为总数据的 33%左右时，达到最佳信噪比损失，适用于低信噪比数据处理。
[0016] 本发明采用查找表的方式，降低了电路运算复杂度的同时，也降低了电路结构的 复杂度，电路结构较为简单。
[0017]本发明提供一种三级自动增益控制装置，包括：
[0018] 可变增益放大器，用于根据增益控制信号调整输入模拟信号的动态范围；
[0019] 模拟/数字转换器，用于将调整后的模拟信号转换为数字信号，模拟/数字转换器 的输入与可变增益放大器的输出连接；
[0020] 反馈电路，用于产生可变增益放大器的增益控制信号，反馈电路的输入与模拟/ 数字转换器的输出连接，反馈电路的输出与可变增益放大器的一个输入连接；
[0021] 反馈电路包括：
[0022] 查找表模块，用于根据模式参数，获取更新周期、参考门限值以及增益步阶更新的 三级阈值，三级阈值包括从大到小依次排列的第一级阈值，第二级阈值和第三级阈值；
[0023] 门限估计模块，用于在每个更新周期内统计门限估计值；
[0024] 门限误差模块，用于比较门限估计值与参考门限值得到门限误差；
[0025] 增益步阶更新模块，用于将门限误差与三级阈值比较，得到下一更新周期的增益 步阶，门限误差越小，增益步阶越小，增益步阶通过算术移位获得；
[0026] 增益计数器，用于对增益步阶累计并进行数据编码，以更新当前增益控制字；
[0027] 数字/模拟转换器，用于将当前增益控制字转换为增益控制信号；
[0028]门限估计模块、门限误差模块、增益步阶更新模块、增益计数器以及数字/模拟转 换器依次连接，门限估计模块的输入为反馈电路的输入，数字/模拟转换器的输出为反馈 电路的输出；查找表模块分别与门限估计模块、门限误差模块、增益步阶更新模块连接。
[0029] 本发明提供的三级自动增益控制装置，采用三级阈值，根据门限误差值分为三级 处理，得到不同的下一更新周期的增益步阶，当门限误差大于等于第一级阈值，为第一级 增益调整阶段，增益步阶设置为第一增益步阶，该阶段由于门限误差大，第一增益步阶也较 大，从而实现增益的快速调节；当门限误差大于等于第二级阈值且小于第一级阈值，为第二 级增益调整阶段，增益步阶设置为第二增益步阶，第二增益步阶小于第一增益步阶；当门限 误差大于等于第三级阈值且小于第二级阈值，为第三级增益调整阶段，增益步阶设置为第 三增益步阶，第三增益步阶小于第二增益步阶；当门限误差小于等于第三级阈值，增益步阶 设置为〇,增益达到稳定，不产生调整信号。
[0030] 因此，门限误差越大时，下一更新周期的增益步阶设置越大，从而实现增益的快速 调节；而门限误差越小时，下一更新周期的增益步阶设置越小甚至设置为0,从而实现增益 的稳定调节。
[0031] 进一步地，参考门限值与更新周期之间的数值关系为：
[0032] 参考门限值=更新周期X33%。
[0033] 对于低信噪比数据，尤其是有用信号功率远小于热噪声功率的接收数据，有用信 号被淹没在白噪声中。由于接收数据的统计特性服从高斯分布，理论表明，在仅有白噪声干 扰的情况下，当高幅值数据的比率为总数据的33%左右时，能够达到最佳信噪比损失，解调 时能够完整恢复有用信号，其中33%的来源为高斯白噪声信号幅度大于高斯白噪声统计 标准差的比率。
[0034] 本发明提供的三级自动增益控制装置，将参考门限值设置为更新周期的33%，能 够适用于低信噪比数据处理，尤其适用于扩频通信系统中的低信噪比数据处理。
[0035] 进一步地，第一级阈值为距离参考门限值2dB的临界值，第二级阈值为距离参考 门限值ldB的临界值，第三级阈值为距离参考门限值0. 5dB的临界值。
[0036] 进一步地，模式参数包括：更快调节模式、快速调节模式、折中调节模式以及慢速 稳定调节模式。
[0037] 本发明提供的三级自动增益控制装置，可以采用不同的调节模式，以适用于不同 应用场合的需要，不同的调节模式对应于不同的更新周期。
[0038] 进一步地，门限估计模块包括计数器与累加器，计数器用于产生周期性更新信号； 累加器的输入端连接模拟/数字转换器输出的次高数据位，以在每个更新周期内统计门限 估计值，且在计数器产生的周期性更新信号有效时输出门限估计值。
[0039] 进一步地，门限误差模块为减法器，减法器的第一输入端连接门限估计模块的输 出端，第二输入端连接查表模块的参考门限值输出端，以获得门限误差值。
[0040] 进一步地，增益步阶更新模块包括：增益级别判断器与增益步阶调整器，增益级别 判断器的第一输入端连接门限误差模块的输出端，增益级别判断器的第二输入端连接查