专利名称：正交信号能量计算电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及能量计算领域，尤其涉及正交信号能量计算电路。
背景技术：
在现代通信中信号能量的计算是一个重要的研究方向。信号能量的计算结果会影响到很多后续算法的进行，例如，在自动增益控制(Automatic GainControl，AGC)中就需要求取输入信号的能量，再根据其能量的大小对输入信号的幅值进行调整，使后继电路实际接收到的信号的能量能收敛于一定的范围内，以便于运算或接收。其中，正交信号是通信中常用的方法，相互正交的信号对彼此的干扰最小，而包含的信息量则较大。
在模拟系统中，信号能量计算通常采用平方检波，其结构模型框图如图1所示，其具体过程为对输入信号求平方，后对其进行低通滤波以得到信号能量。
从理论上讲，数字系统中的信号能量计算也可以采用模拟系统的能量计算方法。但由于这种方法需要乘法器，即需要完成信号的平方操作，而该乘法器正好处于整个数字系统中数据速率最高的阶段，所以在实现时会浪费大量的ASIC(Application Specific Integrated Circuit)资源，但如果为了减少资源却又会降低处理速度，从而增加整个数字系统的响应时间，比如输入的信号为10位的数字信号，那么在计算之后的能量信号就会为21位，此后数字系统中的所有与此相关的计算都要用21位数字信号进行运算，非常浪费资源。
因此，对于采用正交信号的数字系统来说，其中正交信号分别用I、Q来表示，更常见的是采取 来代替原能量。然而对于硬件电路而言，进行开方运算非常困难。
现有技术中有一些方法可以进一步的简化信号能量的计算，比如假设一组正交信号I、Q，用|I|+|Q|来近似 具体的硬件电路图如图2所示，设I、Q都是n位带符号定点数，其中I[n-1]和Q[n-1]分别为I[n-1:0]和Q[n-1:0]的符号位，则其运算结果只有n+1位，而且在电路上也很容易实现，使用的资源很少，但是其运算结果与 计算出来的结果有在精确度上还有较大的差距。
发明内容
本发明提供了一种正交信号能量计算电路，其硬件实现简单且计算精确度高。
为达到上述目的，本发明提供的正交信号能量计算电路包括第一求绝对值单元、第二求绝对值单元、第一右移单元、第二右移单元、第一加法器、第二加法器、比较器及选择器。其中第一求绝对值单元用于求取正交信号I的绝对值|I|，第二求绝对值单元用于求取正交信号Q的绝对值|Q|，所述第一右移单元将正交信号I的绝对值|I|右移1位得到|I|/2，所述第二右移单元将正交信号Q的绝对值|Q|右移1位得到|Q|/2。所述第一加法器将第一右移单元得到的|I|/2加上第二求绝对值单元得到的正交信号Q的绝对值|Q|得到|I|/2+|Q|，所述第二加法器将第二右移单元得到的|Q|/2加上第一求绝对值单元得到的正交信号I的绝对值|I|得到|Q|/2+|I|，所述比较器比较正交信号I的绝对值|I|与正交信号Q的绝对值|Q|的大小，在绝对值|I|大于绝对值|Q|时，控制所述选择器选择所述第二加法器得到的|Q|/2+|I|作为输出能量值，在绝对值|I|小于绝对值|Q|时，控制所述选择器选择所述第一加法器得到的|I|2+|Q|作为输出能量值。
本方案与现有的方案相比，采用了更为合理的方法在取得较高精确度的同时保证硬件电路的简单实现，从而使本发明提出的正交信号能量计算电路可以使用相对较少的资源来完成了高精度的能量计算。
图1为现有模拟系统中的能量计算方法的结构框图；图2为现有正交信号能量计算电路；和图3为本发明正交信号能量计算电路的一个实施例。
具体实施例方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式
。
总体来说，本发明针对|I|+|Q|近似不够精确的缺点，采用了更为合理的方法在取得较高精确度的同时保证硬件电路的简单实现，从而使本发明提出的正交信号能量计算电路可以使用相对较少的资源来完成了高精度的能量计算。
这里介绍一下本发明正交信号能量计算电路的算法推倒过程，这里用I和Q来代表正交信号。
由于开方运算对于硬件而言过于复杂，因此，利用幂级数泰勒展开式可以推算出 的近似公式。
···(1+x)a=1+ax+a(a-1)2!x2+···+a(a-1)···(a-n)(n-1)!xn-1+o(xn),]]>-1＜x＜1，其中o(xn)为Peano余项。
当|I|＞|Q|时，|Q||I|<1,]]>···I2+Q2=|I|2+|Q|2=|I|1+(|Q||I|)2]]>符合上述公式的要求，取其二次展开式，忽略高次的Peano余项，认为(|Q||I|)2≈|Q||I|,]]>则I2+Q2=|I|1+(|Q||I|)2≈|I|(1+12|Q||I|)=|I|+|Q|2.]]>同理当|Q|＞|I|，I2+Q2≈|I|2+|Q|.]]>若取其三次展开式则
I2+Q2=|I|1+(|Q||I|)2≈|I|[1+12|Q||I|-18(|Q||I|)2]=|I|+|Q|2-18|Q|2|I|]]>在硬件电路中除法也不容易实现，因此三次展开式尽管精确度更高，但是硬件实现也更复杂。故仅取二次展开式作为本算法推导的结果进行硬件实现。
请参阅图3所示，其示出了本发明正交信号能量计算电路的一个实施例，所述正交信号能量计算电路用于计算出正交信号I和Q的能量之和，其中设I和Q都是n位带符号定点数，其中I[n-1]和Q[n-1]分别为I[n-1:0]和Q[n-1:0]的符号位。
所述正交信号能量计算电路包括第一求绝对值单元10、第二求绝对值单元20、第一右移单元30、第二右移单元40、第一加法器50、第二加法器60、比较器70及选择器80。其中第一求绝对值单元10用于求取正交信号I的绝对值|I|，第一右移单元30用于将正交信号I的绝对值|I|右移1位得到|I|/2，第二求绝对值单元20用于求取正交信号Q的绝对值|Q|，第二右移单元40用于将正交信号Q的绝对值|Q|右移1位得到|Q|/2，其中右移一位相当于除以2，右移时前边去掉符号位并在空出的位置上补0，所述第一加法器50将第一右移单元30得到的|I|/2加上第二求绝对值单元20得到的正交信号Q的绝对值|Q|以得到|I|/2+|Q|，所述第二加法器60将第二右移单元40得到的|Q|/2加上第一求绝对值单元20得到的正交信号I的绝对值|I|以得到|Q|/2+|I|，所述选择器80用于选择所述第一加法器50得到的|I|2+|Q|或所述第二加法器60得到的|Q|/2+|I|作为输出能量值，所述比较器70比较正交信号I的绝对值|I|与正交信号Q的绝对值|Q|的大小，在绝对值|I|大于绝对值|Q|时，控制所述选择器80选择所述第二加法器60得到的|Q|/2+|I|作为输出能量值，在绝对值|I|于绝对值|Q|时，控制所述选择器80选择所述第一加法器50得到的|I|2+|Q|作为输出能量值。
其中，所述第一、第二加法器为无符号的n位加法器。所述比较器70用一个减法器来实现，可以用正交信号I的绝对值|I|减去正交信号Q的绝对值|Q|，在结果为正时，认为正交信号I的绝对值|I|大于正交信号Q的绝对值|Q|，在结果为负时，认为正交信号I的绝对值|I|于正交信号Q的绝对值|Q|。
所述第一求绝对值单元10包括一选择器，在输入正交信号I的符号位I[n-1]为正时，将正交信号I直接选通，在输入正交信号I的符号位I[n-1]为负时，将正交信号I求反加1后选通，同样，所述第二求绝对值单元20包括一选择器，在输入正交信号Q的符号位Q[n-1]为正时，将正交信号Q直接选通，在输入正交信号Q的符号位Q[n-1]为负时，将正交信号Q求反加1后选通。
这样，本发明采用了可以使用相对较少的资源来完成了高精度的能量计算。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种正交信号能量计算电路，其包括第一求绝对值单元、第二求绝对值单元、第一右移单元、第二右移单元、第一加法器、第二加法器、比较器及选择器，其中第一求绝对值单元用于求取正交信号I的绝对值|I|，第二求绝对值单元用于求取正交信号Q的绝对值|Q|，其特征在于所述第一右移单元将正交信号I的绝对值|I|右移1位得到|I|/2；所述第二右移单元将正交信号Q的绝对值|Q|右移1位得到|Q|/2；所述第一加法器将第一右移单元得到的|I|/2加上第二求绝对值单元得到的正交信号Q的绝对值|Q|得到|I|/2+|Q|；所述第二加法器将第二右移单元得到的|Q|/2加上第一求绝对值单元得到的正交信号I的绝对值|I|得到|Q|/2+|I|；所述比较器比较正交信号I的绝对值|I|与正交信号Q的绝对值|Q|的大小，在绝对值|I|大于绝对值|Q|时，控制所述选择器选择所述第二加法器得到的|Q|/2+|I|作为输出能量值，在绝对值|I|于绝对值|Q|时，控制所述选择器选择所述第一加法器得到的|I|/2+|Q|作为输出能量值。
2.如权利要求1所述的正交信号能量计算电路，其特征在于，右移时前边去掉符号位并在空出的位置上补0。
3.如权利要求1所述的正交信号能量计算电路，其特征在于，正交信号I和Q都是n位带符号定点数，其中I[n-1]和Q[n-1]分别为I[n-1:0]和Q[n-1:0]的符号位。
4.如权利要求3所述的正交信号能量计算电路，其特征在于，所述第一、第二加法器为无符号的n位加法器。
5.如权利要求1所述的正交信号能量计算电路，其特征在于，所述比较器用一个减法器来实现，可以用正交信号I的绝对值|I|减去正交信号Q的绝对值|Q|，在结果为正时，认为正交信号I的绝对值|I|大于正交信号Q的绝对值|Q|，在结果为负时，认为正交信号I的绝对值|I|小于正交信号Q的绝对值|Q|。
6.如权利要求3所述的正交信号能量计算电路，其特征在于，所述第一求绝对值单元包括一选择器，在输入正交信号I的符号位I[n-1]为正时，将正交信号I直接选通，在输入正交信号I的符号位I[n-1]为负时，将正交信号I求反加1后选通，所述第二求绝对值单元包括一选择器，在输入正交信号Q的符号位Q[n-1]为正时，将正交信号Q直接选通，在输入正交信号Q的符号位Q[n-1]为负时，将正交信号Q求反加1后选通。
全文摘要
本发明公开了一种正交信号能量计算电路，其中求绝对值单元用于求取正交信号I的绝对值|I|及正交信号Q的绝对值|Q|，所述右移单元将正交信号I的绝对值|I|右移1位得到|I|/2及将正交信号Q的绝对值|Q|右移1位得到|Q|/2，所述第一加法器将右移单元得到的|I|/2加上求绝对值单元得到的正交信号Q的绝对值|Q|得到|I|2+|Q|，所述第二加法器将第二右移单元得到的|Q|/2加上第一求绝对值单元得到的正交信号I的绝对值|I|得到|Q|/2+|I|，所述比较器比较正交信号I的绝对值|I|与正交信号Q的绝对值|Q|的大小，并据此控制所述选择器选择|Q|/2+|I|或|I|/2+|Q|作为输出能量值。
文档编号H04J11/00GK101094039SQ20071011950
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者邹杨 申请人:北京中星微电子有限公司