专利名称：宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动增益控制装置，尤其是涉及一种宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制(AGC)的装置。
背景技术：
宽带无线接入系统采用点对多点无线传输方式，实现用户网络与骨干网络之间的固定无线综合业务接入。宽带无线接入系统由基站和终端站组成，终端站分为室内单元和室外单元两部分。如图1所示，终端室内单元与室外单元之间通过中频电缆实现上/下行数据的中频连接、协议监控，以及远程供电。对于TDMA方式的系统接收机，其动态范围应优于40dB，对于DS-CDMA方式(直扩码分多址)的系统接收机，其动态范围应优于60dB。考虑到终端室内单元与室外单元之间中频电缆插损的差异性和室外单元接收增益的波动，宽带无线接入系统对终端室内接收机的动态范围提出了很高的期望。一般需优于50dB。终端站室内接收机的宽广的动态范围一般通过终端站室内接收机电路中自动增益控制装置的设计来实现。
在现有的接收机电路的自动增益控制装置中，比较常用的有两种装置。一种装置是采用一级AGC，在该装置中，接收机电路末端的解调器根据输入的信号产生增益控制信号AGC，AGC信号经过简单的LC滤波后去控制和调节TUNNER(调谐器)之前的AGC放大器增益，即接收机高中频链路的增益，使得输入到解调器的信号功率被调整到设定值。这种自动增益控制装置由于采用一级AGC，其控制范围往往有限，很难满足宽带无线接入系统对终端室内接收机宽广的动态范围的要求。
另一种装置则采用两级AGC，在该装置中，接收机电路末端的解调器根据输入信号的功率产生两路增益控制信号AGCA和AGCB，两路AGC信号经过简单的LC滤波后去控制和调节TUNNER(调谐器)前后两级AGC放大器的增益，即接收机高中频链路和低中频链路的增益，使得输入到解调器的信号功率被调整到设定值。由于这种自动增益控制装置采用了两级AGC电路，宽广的AGC范围不难实现。但要使解调器直接产生两路具有期望控制响应的AGC控制信号，并非易事。为了控制两路AGC具有不同的控制响应(斜率，起控点，饱和点等)，需要设置两路AGC信号不同的门限值。门限值设置不合理，很容易引起自动增益控制功能的失效。即使门限值设置合理，实现了自动增益控制功能，两级AGC切换点附近仍会很不稳定。出现小幅的振荡，影响控制精度和接收机电路性能的一致性。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，使用本发明能灵活方便地将输入到解调器的信号功率调整到设定值，保证终端室内接收机具有宽广的动态范围，并且可根据实际应用要求，灵活方便地设定和调整自动增益控制信号的控制响应。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，包括有调谐器、解调器自动增益控制模块、前级模拟控制增益放大器和后级模拟控制增益放大器，调谐器位于前级模拟控制增益放大器和后级模拟控制增益放大器之间，后级模拟控制增益放大器位于解调器自动增益控制模块之前，该解调器自动增益控制模块用于估计输入信号的功率，并与设定功率值相比较后输出脉宽调制信号；所述装置还包括有增益控制信号产生单元，该增益控制信号产生单元可根据接收到的解调器自动增益控制模块的输出信号，产生用于控制前、后级模拟控制增益放大器增益的增益控制信号。
进一步地，本发明还具有如下特点所述增益控制信号产生单元包括有滤波网络、运放跟随器、前级放大器自动增益控制信号产生电路和后级放大器自动增益控制信号产生电路，其中，滤波网络用于接收解调器自动增益控制模块的输出信号，并对该信号进行滤波后输出至运放跟随器，信号经过运放跟随器后分为两路，分别送至前级放大器自动增益控制信号产生电路和后级放大器自动增益控制信号产生电路，产生相应的前级放大器自动增益控制信号和后级放大器自动增益控制信号。
进一步地，本发明还具有如下特点所述前级放大器自动增益控制信号产生电路包括有运放正比例放大饱和限幅电路和用于前级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络，其中运放正比例放大饱和限幅电路接收来自于运放跟随器的输出信号，并将该信号放大及上限幅后，输出至电阻分压网络进行幅度调整后生成前级放大器自动增益控制信号。
进一步地，本发明还具有如下特点所述后级放大器自动增益控制信号产生电路包括有偏置产生电路、运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路和用于后级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络，其中，偏置产生电路和运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路相连，运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路接收来自于运放跟随器的输出信号，并将该信号放大及负偏置补偿后，输出至电阻分压网络进行幅度调整后生成后级放大器自动增益控制信号。
进一步地，本发明还具有如下特点所述滤波网络为由滤波电阻与滤波电容组成LC滤波网络。
进一步地，本发明还具有如下特点所述运放正比例放大饱和限幅电路包括集成运放、连接在该集成运放的反向输入端与输出端之间的反馈电阻和与该集成运放反向输入端相连的接地电阻，其中反馈电阻和接地电阻的阻值均可调。
进一步地，本发明还具有如下特点所述用于前级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络包括信号输出电阻与信号分压电阻，其中信号分压电阻一端接地，一端接输出端；信号输出电阻与信号分压电阻的阻值均可调。
进一步地，本发明还具有如下特点所述偏置产生电路包括偏置电路集成运放、偏置输入电阻和偏置电路接地电阻，其中，该偏置输入电阻的一端接5V的电源，另一端与集成运放正向输入端的相连；该偏置电路接地电阻一端接地，另一端与集成运放正向输入端的相连，偏置输入电阻和偏置电路接地电阻的阻值均可调。
进一步地，本发明还具有如下特点所述运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路包括集成运放、正向输入电阻、正向输入接地电阻、反馈电阻和下限电路反向输入电阻，其中，该正向输入电阻一端与该集成运放的正向输入端相连，另一端连接运放跟随器；正向输入接地电阻的一端也与该集成运放的正向输入端相连，另一端则接地；反馈电阻连接在集成运放的反向输入端与输出端之间；反向输入电阻的一端与偏置产生电路的输出端相连，另一端连接集成运放的反向输入端；反馈电阻和下限电路反向输入电阻的阻值均可调。
进一步地，本发明还具有如下特点所述用于后级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络包括信号输出电阻与信号分压电阻，其中信号分压电阻一端接地，一端接输出端；信号输出电阻与信号分压电阻的阻值均可调。
与现有技术相比，本发明具有以下优点A，由于本装置包括有增益控制信号产生单元，该增益控制信号产生单元能根据解调器自动增益控制模块的输出信号产生两路不同的增益控制信号，分别控制前、后级模拟控制增益放大器增益，从而将输入到解调器的信号功率调整到设定值，保证终端室内接收机具有宽广的动态范围，并且使解调器各性能指标能处于最优的状态；B，线路简单，容易实现，并且可以根据实际应用要求，灵活方便地设定和调整自动增益控制信号的控制响应。
图1是宽带无线接入系统终端站的总体框架图；图2是包含有本发明宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置的接收机电路的结构框图；图3是图2所示装置中增益控制信号产生单元的原理框图；图4是图2所示装置中增益控制信号产生单元的实例图；图5是图2所示装置中增益控制信号产生单元的实例仿真图。
具体实施例方式
为深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，宽带无线接入系统终端站分为室内单元和室外单元两部分。室内单元由220V市电供电，包括有网络接口模块、主控模块、MAC(介质访问控制)控制模块和基带中频模块，能提供E1标准(欧洲数据传输通用标准)的N×64kbit/s接口和10Base_T网络接口，实现网络接口处理、基带处理、网管远程登录等功能，其中基带中频模块包括有发射机电路和接收机电路。而室外单元实现射频收发、变频和滤波等功能。室内单元与室外单元之间通过中频电缆实现上/下行数据的中频连接、协议监控及远程供电。终端站提供1个E1标准的N×64kbit/s接口和1个10Base_T接口与用户网络连接。
如图2所示，接收机电路由滤波装置、宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置和解调器组成。而本发明宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置包括有TUNNER调谐器104、解调器自动增益控制模块101、增益控制信号产生单元102、前级模拟控制增益放大器1031和后级模拟控制增益放大器1032，其中，TUNNER调谐器104位于前级模拟控制增益放大器1031和后级模拟控制增益放大器1032之间；后级模拟控制增益放大器1032位于解调器自动增益控制模块101之前；解调器自动增益控制模块101输出AGC信号至增益控制信号产生单元102，而增益控制信号产生单元102输出AGCA，AGCB信号分别与前、后级模拟控制增益放大器的控制端相连接。
从终端室外单元经中频电缆来的下行信号首先经过滤波装置，实现同上行信号和监控信号的分离，并经前级模拟控制增益放大器1031进行高频信号的幅度调整。TUNNER调谐器104实现下行信号的下变频，下行低频信号经后级模拟控制增益放大器1032进行幅度调整后进入解调器；位于解调器中的解调器自动增益控制模块101用于估计输入信号的功率，并与设定功率值相比较后输出脉宽调制信号(即为AGC信号)；该增益控制信号产生单元102根据解调器自动增益控制模块101输出的AGC信号，产生用于控制前、后级模拟控制增益放大器增益的增益控制信号AGCA和AGCB。
如图3、图4所示，本发明中增益控制信号产生单元102包括有滤波网络1021、运放跟随器1022、前级放大器自动增益控制信号产生电路和后级放大器自动增益控制信号产生电路，其中，滤波网络由滤波电阻R1与滤波电容C1组成LC滤波网络，用于接收解调器自动增益控制模块输出的AGC信号，并对该AGC信号进行滤波后输出至运放跟随器1022，输出AGC信号经运放跟随器1022后实现同前级电路的隔离；该AGC信号经过运放跟随器1022后分为两路，分别送至前级放大器自动增益控制信号产生电路和后级放大器自动增益控制信号产生电路，产生相应的前级放大器自动增益控制信号AGCA和后级放大器自动增益控制信号AGCB。
前级放大器自动增益控制信号产生电路由运放正比例放大饱和限幅电路1023和用于前级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络1024组成，其中运放正比例放大饱和限幅电路1023由集成运放、连接在该集成运放的反向输入端与输出端之间的电路反馈电阻R3和与该集成运放反向输入端相连的接地电阻R4组成；电阻分压网络1024则由信号输出电阻R14与信号分压电阻R13组成，该信号分压电阻R13一端接地，一端接输出端；信号输出电阻R14与信号分压电阻的阻值均可调。
运放正比例放大饱和限幅电路1023接收来自于运放跟随器1022的输出信号，将该信号进行比例放大，并利用运放的饱和特性实现信号的上限幅，然后输出至电阻分压网络1024，进行幅度调整后生成前级放大器自动增益控制信号AGCA。
根据图4所示的电路图，可得到前级放大器自动增益控制信号AGCA与输入的AGC信号之间的关系，如下式所示VAGCA＝((R3+R4)/R4*VAGC)*R13/(R13+R14)VAGCAmax＝Vsat*R13/(R13+R14)其中，VAGC为AGC经过LC滤波后信号的电压，VAGCA为AGCA信号电压，VAGCAmax为VAGCA的上限幅，Vsat为集成运放的饱和电压。从式中可知，通过调整R13、R14的阻值可调整VAGCAmax的值，通过调整R3、R4的值可调整VAGCA的响应斜率。
后级放大器自动增益控制信号产生电路由偏置产生电路1026、运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路1025和用于后级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络1027组成。
其中，偏置产生电路1026由偏置电路集成运放、偏置输入电阻R5和偏置电路接地电阻R6组成，偏置输入电阻R5的一端接5V的电源，另一端与集成运放正向输入端的相连；该偏置电路接地电阻R6一端接地，另一端与集成运放正向输入端的相连，该偏置输入电阻R5和偏置电路接地电阻R6的阻值均可调；运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路1025包括集成运放、正向输入电阻R7、正向输入接地电阻R8、反馈电阻R10和反向输入电阻R9，其中，该正向输入电阻R7的一端与该集成运放的正向输入端相连，另一端连接运放跟随器1022的输出端；正向输入接地电阻R8的一端也与该集成运放的正向输入端相连，另一端则接地；下限电路反馈电阻R10连接在集成运放的反向输入端与输出端之间；下限电路反向输入电阻R9的一端与偏置产生电路1026的输出端相连，另一端连接集成运放的反向输入端；下限电路反馈电阻R10和下限电路反向输入电阻R9的阻值均可调。
电阻分压网络1027由信号输出电阻R11与信号分压电阻R12，其中信号分压电阻R12一端接地，一端接输出端；信号输出电阻R11与信号分压电阻R12的阻值均可调。
运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路1025接收来自于运放跟随器1022的输出信号，并将该信号比例放大及负偏置补偿后，利用运放的单极性特性实现信号的下限幅，并输出至电阻分压网络1027生成后级放大器自动增益控制信号AGCB。
根据图4所示的电路图，可得到后级放大器自动增益控制信号AGCB与输入的AGC信号之间的关系，如下式所示VAGCB＝((R8/(R7+R8)*VAGC)*(R9+R10)/R9-(R6/(R5+R6)*VCC)*R10/R9)*R12/(R11+R12)VAGCBmax＝Vsat*R12/(R11+R12)其中，VAGC为AGC经过LC滤波后信号的电压，VAGCB为AGCB信号电压，VAGCBmax为VAGCB的上限幅，Vsat为集成运放的饱和电压。从式中可知，通过调整R11、R12的阻值可调整VAGCBmax的值，通过调整R5、R6、R9、R10的值可调整VAGCB的响应斜率。
从图5所示的仿真图上看出，在本实例所处的应用中，模拟控制增益放大器单元由用于高中频链路增益衰减的前级模拟控制增益放大器1031和用于低中频链路增益放大的后级模拟控制增益放大器1032组成，前级模拟控制增益放大器1031的衰减量同模拟控制电压AGCA成反比，后级模拟控制增益放大器1032的增益同模拟控制电压AGCA成正比，此外，解调器中自动增益控制模块101输出的AGC信号电压同输入信号功率成反比。
如图5所示，当输入功率为正常电平时，VAGC等于Vch，此时VAGCA输出最大，VAGCB输出最小，整个链路处于正常增益。输入信号经自动增益控制装置后功率被调整到解调器要求设定电平。
当输入功率从正常电平增加时，VAGC降低，VAGCA开始降低，VAGCB维持最小不变。前级模拟控制增益放大器1031开始起控，其衰减变大，接收机链路增益变小，输入信号电压经接收机电路后被衰减到解调器要求设定电平；当输出功率从正常电平减少时，VAGC增加，VAGCB开始增加，VAGCA维持最大不变。后级模拟控制增益放大器1032开始起控，其增益变大，接收机链路增益变大，输入信号电压经接收机电路后被放大到解调器要求设定电平。
当输入功率处于最大功率时，前级模拟控制增益放大器1031的增益处于最小(衰减最大)，后级模拟控制增益放大器1032增益处于最小，整个接收机电路处于最小增益(衰减最大)。当输入功率从最大功率向最小功率减少时，前级模拟控制增益放大器1031先起控，其增益增大(衰减减少)，整个接收机电路增益增大(衰减减少)。当功率减至正常电平时，前级模拟控制增益放大器1031的增益达最大(衰减最小)，整个接收机电路处于正常增益。功率进一步减少时，后级模拟控制增益放大器1032起控，其增益增大，整个接收机电路增益增大。当功率减至最小电平时，后级模拟控制增益放大器1032的增益达到最大，整个接收机电路处于最大增益。
本发明位于终端站室内单元基带中频模块的接收机电路中，在工作过程中，来自终端室外单元并经中频电缆输入进室内单元的下行信号，经过滤波装置和本发明宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，最后输入到解调器的信号功率处于一个合适设定值，在该信号功率值下，解调器各性能指标均能处于最优的状态，并且AGC的控制响应(响应曲线斜率，输出上限幅，两级AGC切换点)还可根据实际应用要求方便灵活地设定和调整。
权利要求
1.一种宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，包括有调谐器、解调器自动增益控制模块、前级模拟控制增益放大器和后级模拟控制增益放大器，调谐器位于前级模拟控制增益放大器和后级模拟控制增益放大器之间，后级模拟控制增益放大器位于解调器自动增益控制模块之前，该解调器自动增益控制模块用于估计输入信号的功率，并与设定功率值相比较后输出脉宽调制信号，其特征在于所述装置还包括有增益控制信号产生单元，该增益控制信号产生单元可根据接收到的解调器自动增益控制模块的输出信号，产生用于控制前、后级模拟控制增益放大器增益的增益控制信号。
2.根据权利要求1所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述增益控制信号产生单元包括有滤波网络、运放跟随器、前级放大器自动增益控制信号产生电路和后级放大器自动增益控制信号产生电路，其中，滤波网络用于接收解调器自动增益控制模块的输出信号，并对该信号进行滤波后输出至运放跟随器，信号经过运放跟随器后分为两路，分别送至前级放大器自动增益控制信号产生电路和后级放大器自动增益控制信号产生电路，产生相应的前级放大器自动增益控制信号和后级放大器自动增益控制信号。
3.根据权利要求2所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述前级放大器自动增益控制信号产生电路包括有运放正比例放大饱和限幅电路和用于前级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络，其中运放正比例放大饱和限幅电路接收来自于运放跟随器的输出信号，并将该信号放大及上限幅后，输出至电阻分压网络进行幅度调整，最后生成前级放大器自动增益控制信号。
4.根据权利要求2所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述后级放大器自动增益控制信号产生电路包括有偏置产生电路、运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路和用于后级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络，其中，偏置产生电路和运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路相连，运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路接收来自于运放跟随器的输出信号，并将该信号放大及负偏置补偿后，输出至电阻分压网络进行幅度调整，最后生成后级放大器自动增益控制信号。
5.根据权利要求2所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述滤波网络为由滤波电阻与滤波电容组成LC滤波网络。
6.根据权利要求3所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述运放正比例放大饱和限幅电路包括集成运放、连接在该集成运放的反向输入端与输出端之间的限幅电路反馈电阻和与该集成运放反向输入端相连的接地电阻，其中反馈电阻和接地电阻的阻值均可调。
7.根据权利要求3所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述用于前级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络包括信号输出电阻与信号分压电阻，其中信号分压电阻一端接地，一端接输出端；信号输出电阻与前级信号分压电阻的阻值均可调。
8.根据权利要求4所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述偏置产生电路包括偏置电路集成运放、偏置输入电阻和偏置电路接地电阻，其中，该偏置输入电阻的一端接5V的电源，另一端与集成运放正向输入端的相连；该偏置电路接地电阻一端接地，另一端与集成运放正向输入端的相连，偏置输入电阻和偏置电路接地电阻的阻值均可调。
9.根据权利要求8所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述运放正比例放大负偏置补偿输出下限幅电路包括集成运放、正向输入电阻、正向输入接地电阻、反馈电阻和反向输入电阻，其中，该正向输入电阻一端与该集成运放的正向输入端相连，另一端连接运放跟随器；正向输入接地电阻的一端也与该集成运放的正向输入端相连，另一端则接地；反馈电阻连接在集成运放的反向输入端与输出端之间；反向输入电阻的一端与偏置产生电路的输出端相连，另一端连接集成运放的反向输入端；反馈电阻和下限电路反向输入电阻的阻值均可调。
10.根据权利要求9所述的宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，其特征在于所述用于后级放大器自动增益控制信号输出幅度调整的电阻分压网络包括信号输出电阻与信号分压电阻，其中信号分压电阻一端接地，一端接输出端；信号输出电阻与后级信号分压电阻的阻值均可调。
全文摘要
本发明公开了一种宽带无线接入系统终端站中实现自动增益控制的装置，包括有调谐器、解调器自动增益控制模块、增益控制信号产生单元、前级模拟控制增益放大器和后级模拟控制增益放大器，调谐器位于前级模拟控制增益放大器和后级模拟控制增益放大器之间，后级模拟控制增益放大器位于解调器自动增益控制模块之前，该增益控制信号产生单元可根据解调器自动增益控制模块的输出信号，产生用于控制前、后级模拟控制增益放大器增益的增益控制信号。使用本发明能灵活方便地将输入到解调器的信号功率调整到设定值，保证终端室内接收机具有宽广的动态范围，并且可根据实际应用要求，灵活方便地设定和调整自动增益控制信号的控制响应。
文档编号H04L27/00GK1812384SQ200510002908
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月26日 优先权日2005年1月26日
发明者余苏胜, 陈工羽 申请人:中兴通讯股份有限公司