含有非对称调整速率agc控制器的无线接收前端的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信接收系统中主要用于非对称调整速率自动增益控制AGC控制的无线接收机前端电路结构。
【背景技术】
[0002]在无线通信系统中，天线接收的信号往往具有功率不稳定的特点，因此为了保证无线接收机的解调，往往需要在无线接收机前端引入无论接收信号过大或过小，都可以将信号调整到合适功率范围，以便接收机正确解调的自动增益控制(AGC)电路。从实现的方法分类，AGC控制主要可以划分为数字AGC、模拟AGC以及混和AGC。数字AGC是在数字芯片中对AD采样信号进行数字处理直接实现；模拟AGC是应用模拟电路实现；混和AGC兼具数字AGC和模拟AGC的特点，先在数字电路中计算AGC控制字，然后将其发送给模拟电路的可变增益放大器(VGA)或数控衰减器实现信号的增益控制。从传统的AGC控制器来看，不管是哪种实现方法，都是输入信号过大将其衰减，输入信号过小将其放大，而这两个方向上的收敛调整速度往往相同或相近，即便可以改变收敛调整速度，通常也只是两个方向上同时变快或变慢。如果需要在这两个方向上实现任意可控的非对称收敛调整速率，传统AGC控制器不支持或实现复杂。在一些间断式通信系统中，信号帧并不一定是连续不断的发送，所以接收机有可能长时间处于接收噪声的状态，这时传统AGC控制器则会在接受到功率较小的噪声情况下不断的调整控制量将信号放大至需要的功率范围，当一旦接收到信号帧时功率瞬间变强，此时接收机仍然基于上一时刻的AGC控制量进行信号调整，而AGC控制器将强信号衰减又需要一定的响应时间，在这段时间里就会造成信号功率过大，容易引起接收机信号饱和或解调错误。这种情况下就需要一种在将输入信号放大和衰减两个方向上收敛调整速率不对称的AGC控制器，在接受到功率较小的噪声时往信号放大的方向上收敛调整速率尽可能的缓慢，这样信号到来时基于上一时刻的AGC控制量将不会造成功率过大，然后在将信号衰减的方向上采用较快的收敛调整速率迅速的将信号调整到合适的功率范围，不影响信号的接收解调。
【发明内容】
[0003]为了克服间断式通信系统中传统AGC控制器造成的弊端，本发明提出了一种实现简单、资源占用较少，可在信号放大和衰减两个方向上实现任意可控非对称的收敛调整速率，含有非对称调整速率AGC控制器的无线接收前端。
[0004]本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种含有非对称调整速率AGC控制器的无线接收前端，包括顺次串联的低噪声放大器、数控衰减器、带有本振的下变频器和模数转换器ADC，其特征在于:模数转换器ADC的输出端串联非对称调整速率AGC控制器，其中，低噪声放大器将天线接收到射频信号进行放大后，通过数控衰减器衰减，经下变频器变频至中频信号，中频信号通过模数转换器ADC进行采样数字处理，送至非对称调整速率AGC控制器进行AGC控制字计算，控制字计算结果反馈至射频前端的数控衰减器，形成新一轮的AGC控制字循环计算环路，通过这样引入无线接收机前端的循环计算环路不断的调整信号功率大小至双门限以内；非对称调整速率AGC控制器内部采用乘法器可控系数和控制字寄存器的位宽这两个关键参数来决定AGC控制字调整速率，并通过对AGC控制字减小和加大这两个方向上采用任意可控的非对称调整速率，实现对信号的放大和衰减这两个方向上任意可控的非对称调整速率的控制。
[0005]本发明相比于现有技术相比较于传统的AGC控制器本具有如下有益效果:
实现简单，占用资源少。本发明在无线接收机前端的模数转换器ADC输出端串联非对称调整速率AGC控制器，实现信号放大和衰减两个方向上任意可控非对称的收敛调整速率，能够非常方便的在FPGA这种数字芯片中加以实现，实现简单，占用资源少，只需少量累加器、乘法器、加法器、减法器、寄存器、比较器和数据选择器等。
[0006]本发明通过非对称调整速率AGC控制器对AD采样后的中频信号进行AGC控制字计算，通过接口将其传送至射频数控衰减器进而调节输出信号的功率大小。非对称调整速率AGC控制器内部采用乘法器可控系数和控制字寄存器的位宽这两个关键参数来决定AGC控制字调整速率，这样便实现了对信号放大和衰减两个方向上的非对称收敛调整速率的控制，解决了一些特殊的间断式通信系统中，传统AGC控制器会造成信号功率过大，容易引起接收机信号饱和或解调错误的弊端。
【附图说明】
[0007]图1是无线通信系统接收前端模型示意图。
[0008]图2是非对称调整速率AGC控制器电路结构示意图。
[0009]图3是对应图2的非对称调整速率AGC控制流程图。
【具体实施方式】
[0010]在图1所示的基于无线通信系统接收前端模型中，含有非对称调整速率AGC控制器的无线接收前端，包括顺次串联的低噪声放大器、数控衰减器、带有本振的下变频器和模数转换器ADC，模数转换器ADC的输出端串联非对称调整速率AGC控制器。射频信号通过低噪声放大器、数控衰减器、下变频器变到中频信号后，经模数转换ADC采样进入非对称调整速率AGC控制器计算AGC控制字，然后将控制字通过接口反馈给数控衰减器形成环路进而调节输出信号的大小。非对称调整速率AGC控制器采用乘法器可控系数和控制字寄存器的位宽这两个关键参数来决定AGC控制字调整速率，可对信号放大和衰减两个方向上采用不同的可控速率进行调整。低噪声放大器是一个不可调节的固定的放大倍数。对信号的放大和衰减这两个方向的调节是对应于非对称调整速率AGC控制器反馈给数控衰减器的AGC控制字减小和增大来实现的。送至数控衰减器的AGC控制字越大，则对信号的衰减越大；而AGC控制字越小，则对信号的衰减越小，等同于将信号放大得越大。AGC控制字增大得越快，对信号的衰减也越快，反之对信号的衰减也越慢;AGC控制字减小得越快，对信号的放大也就越快，反之对信号的放大也就越慢。
[0011]参阅图2。根据以上描述，可以提出一种具体的非对称调整速率AGC控制器电路结构。为了方便阐述，这里设定射频数控衰减器的AGC控制字位宽K为8比特，也即对应0到255dB的衰减值，Μ比特控制字寄存器位宽为10比特，Ν比特控制字寄存器位宽为20比特。
[0012]非对称调整速率AGC控制器含有信号平均功率高于上门限的上门限支路和信号平均功率低于下门限的下门限支路，该两条支路上的乘法器可控系数和控制字寄存器的位宽这两个关键参数控制AGC控制字减小和增大的速率快慢，进而实现对信号放大和衰减两个方向上的非对称收敛调整速率的控制。非对称调整速率AGC控制器电路主要包括:串联在乘法器前后端的减法器支路、串联在乘法器前端的减法器和串联在乘法器后端的加法器支路和通过上述两条支路上乘法器前端两个减法器并联连线之间，顺次串联的直流滤波电路、固定点数平均功率计算电路、固定双门限比较器和数据选择器。其中，直流滤波电路的作用是滤除直流，以便消除这种非信号成分对AGC控制字计算的影响。固定点数平均功率计算器的作用是准确评估当前接收信号的功率大小，以便完成对信号的AGC控制。固定双门限比较器的作用是比较信号平均功率与上下门限的大小，将比较结果送数据选择器，数据选择器的作用则是根据比较器输出结果选择将对应支路的AGC控制字送数控衰减器，如果平均功率在双门限以内，则保持送数控衰减器的AGC控制字。减法器通过乘法器串联加法器，以及通过加法器输入端相连的10比特控制寄存器R1组成信号平均功率高于上门限支路；减法器通过乘法器串联减法器，以及通过减法器输入端相连的20比特控制寄存器R2组成信号平均功率低于下门限支路。10比特控制寄存器R1连接并联在加法器与数据选择器之间的拼接器。20比特控制寄存器R2连接并联在减法器与数据选择器之间的拼接器。
[0013]信号平均功率高于上门限的上门限支路主要是将AGC控制字加大使信号衰减，该支路将计算出的信号平均功率通过一个减法器减去上门限值，此差值通过一个乘法器乘上可设系数coe_l得到结果D1，D1位宽10比特，D1通过一个加法器加上10比特控制寄存器R1值得到结果add，如果结果add高8位超过255则保持为255，add位宽10比特。加法器将add的高8位送数据选择器。
[0014]信号平均功率低于下门限的下门限支路主要是将AGC控制字减小使信号放大，该支路将下门限值通过一个减法器减去计算出的信号平均功率，将此差值通过一个乘法器乘上可设系数coe_2得到结果D2，D2位宽20比特，然后将20比特控制寄存器R2值通过一个减法器减去D2得到结果sub，sub小于0则保持为0，sub位宽20比特，减法器将sub的高8位送数据选择器。
[0015]该非对称调整速率AGC控制器电路的实现要点在于其内部首先对ADC采样后的数字信号进行直流滤波，再计算滤波后数字信号的平均功率，然后将平均功率与预设的双门限(上下门限)进行比较。如果平均功率高于上门限，则进入由乘法器、控制字寄存器、加法器减法器构成的平均功率高于上门限的上门限支路；如果平均功率低于下门限，则进入由乘法器、控制字寄存器、减法器构成的平均功率低于下门限的下门限支路。两条门限支路上的乘法器可控系数对收敛调整速率进行粗调，控制字寄存器Rl、R2的位宽对收敛调整速率进行细调，