一种用于数字通信的新型自动增益控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信领域，涉及一种用于数字通信的新型自动增益控制方法。
【背景技术】
[0002] 在某种新型通信系统中，由于设备距离、设备数量、设备本身信号质量等一系列原 因，系统接收到的信号功率变化范围很大。当信号输入系统转换为数字信号，即经过ADC之 后，功率小的信号所占用的数字量化位数很低。然而，该新型通信系统中使用了李仝昀等人 在专利《有线通信链路上的RF信号发送》(GB1206751. 8)中发明的压缩算法，压缩算法需要 充分利用量化位数来提高动态范围，即要求算法的输入信号在ADC位数的二进制数的表示 范围内且足够大；同时要求算法输入信号应保持系统输入信号的原始特性（如峰均比）不 变。因此系统在ADC模块与算法模块之间需要一个新型的自动增益控制（AutomaticGain Control，AGC)单元完成上述功能。具体地说，需要该AGC使输出信号足够大、同时避免输 出信号超出ADC位数的二进制数的表示范围即过饱和现象、并且保持输入信号的峰均比不 变。
[0003] 同时，该新型通信系统为LTE系统，因此需要该AGC能够处理LTE，主要是TM2和 TM3信号。现有的AGC控制方法不能满足该新型通信系统的需求。首先，传统的AGC是一个 反馈系统，输出信号经过一个平均滤波器得到输出信号的平均功率；将输出信号的平均功 率与AGC的目标功率进行比较，得到误差信号；再根据当前增益值与误差信号对下一时刻 的增益值进行调整，最终使输出功率逐渐收敛至目标功率。传统AGC控制方法会出现输出 信号功率大于目标功率的现象，使用在本系统中会出现过饱和，输出信号将产生失真；传统 AGC控制方法将输出功率向目标功率调整，使得输出信号功率经常处于发生变化的状态，不 利于保持信号的峰均比。
[0004] 其次，现有的针对LTE系统的自动增益控制技术，如黄维等人在专利《一种LTE终 端接收机自动增益控制实现方法》（申请号CN201510214549)、以及唐凯等人在专利《一种 TD-LTE自动增益控制方法及设备》（申请号CN201210490955)、以及张国松等人在专利《LTE 系统的自动增益控制方法及设备》（申请号CN201110166143)中发明的AGC技术及系统，都 是以传统的AGC控制方法为基础，无法避免过饱和现象，不利于保持信号的峰均比，因此不 能满足本新型通信系统的需求。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供了一种用于数字通信的新 型自动增益控制方法，解决了充分利用ADC量化位数的同时避免过饱和现象的问题。
[0006] 本发明的技术解决方案是：
[0007] -种用于数字通信的新型自动增益控制方法，包括以下步骤：
[0008] (1)根据输入信号在一段时间内的动态均方根值和前一时刻的动态均方根 值/i/VfS,,,1判断当前输入信号是功率稳定状态还是处于功率变化状态，同时给出增益补偿信 号cpst;所述一段时间的长度为TD;
[0009] (2)根据步骤（1)中输出的增益补偿信号cpst计算当前增益的补偿值cv;
[0010] (3)根据步骤⑵中得到的当前增益的补偿值CV计算当前理论增益值gaincal;
[0011] (4)根据步骤（1)中输出的增益补偿信号cpst和步骤（3)中得到的当前理论增益 值gaineal，计算当前系统的实际增益值gainact;
[0013] 其中，识为上一时刻的实际增益值；
[0014] (5)通过公式gain=max(gaina(：t，gainmin)进行增益校正，得到校正之后的增益值 gain，即为AGC输出的增益，从而完成自动增益的控制；其中，gain_为理论最小增益值。
[0015] 所述步骤⑴具体为：
[0019] 其中，
[0020] Upper:功率判断阈值上限；Lower:功率判断阈值下限。
[0021] 所述步骤（2)计算当前增益的补偿值cv具体为：
[0023] 其中，init为初始补偿因子；p为正向补偿系数;m为反向补偿系数。
[0024] 所述步骤（3)计算当前理论增益值gaineal具体为：
[0026] 其中，dcdp为增益决定因子。
[0027] 增益决定因子dcdp通过如下方式计算得到：
[0028]
，其中k为ADC的位数；i为对量化位数利用率的 容忍量；PAR为无衰减LTE信号的峰均比，其中PARTM2STM2信号的峰均比，PARTM3STM3信 号的峰均比。
[0029] 理论最小增益值gainmin通过如下方式计算得到：
[0030]
，PEAK为无衰减LTE信号的峰值，其中PEAKTM2STM2信号的峰值，PEAK"3为TM3信号的峰值。
[0031] 功率判断阈值上限Upper取值为0. 9 ;功率判断阈值下限Lower取值为1. 1。
[0032] 初始补偿因子init的取值为1. 0 ;正向补偿系数p的取值为1. 1 ;反向补偿系数m 的取值为0.3。
[0033] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0034] (1)本发明中88；[11(：!11与增益决定因子dcdp的计算方法和取值，保证了能够在充分 利用ADC量化位数的同时避免过饱和现象；
[0035]
与Upper和Lower的比较，连同Upper和Lower的取值，保 证了本发明能够准确判断输入信号处于功率稳定状态还是功率变化状态；
[0036] (3)对输入信号功率情况的准确判断，连同基于cpst的gainact的取值方法，保证 了本发明对于稳定输入功率的信号输出恒定的增益，因而保证了增益控制前后信号的峰均 比不变；
[0037] (4)Lower，Upper，init，p，m，dcdp，gainmin的取值权衡了LTE的TM2 和TM3 信号 特征，因而本发明能够同时适用于LTE的TM2和TM3信号；
[0038] (5)cpst，cv的设计以及init，p，m的设置以及gainmin的设计补充保证了在充分 利用ADC量化位数的同时避免过饱和现象；
[0039] (6)阶跃式的gainaet的变化方式保证了本发明能够迅速调整增益。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的方法流程图；
[0041] 图2为本发明对输入信号为LTE的TM2信号时方法效果仿真图；其中，图2 (a)是 AGC的输入信号，图2 (b)是AGC的输出信号，图2 (c)是AGC输出的增益，图2 (d)是AGC输 出是否出现过饱和现象的监控图；
[0042] 图3为本发明对输入信号为LTE的TM3信号时方法效果仿真图，其中，图3 (a)是 AGC的输入信号，图3 (b)是AGC的输出信号，图3 (c)是AGC输出的增益，图3 (d)是AGC输 出是否出现过饱和现象的监控图；
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0044] 如图1所示，本发明提供了一种用于数字通信的新型自动增益控制方法，包括以 下步骤：
[0045] (1)根据输入信号在一段时间内的动态均方根值夂和前一时刻的动态均方根 值判断当前输入信号是功率稳定状态还是处于功率变化状态，同时给出增益补偿信 号cpst;所述一段时间的长度为TD;
[0049]其中，
[0050]Upper:功率判断阈值上限，取值为L1;Lower:功率判断阈值下限，取值为(λ9,TD 取值为100。
[0051] TD的取值根据如下原则确定：绘制的曲线与信号的RMS曲线进行对比，当Td 取值较小时（如50)，不能准确表征信号的平均值；而TD取较大值时（如200)，并不能比100 更准确地描述信号的平均值，却加大了系统的延迟，因此TD取值为100 ;
[0052]Upper和Lower的取值根据如下方法确定：首先，Upper和Lower代表信号功率瞬 时变化的幅度，因此应具有相对于1的对称性；当Upper较大（Lower较小）时，较小幅度的 功率变化会被判定为稳定功率而无法检测到；当Upper较小（Lower较大）时，稳定功率信 号中功率波动的部分则会被检测为功率变化，经多次实验取得Upper= 1. 1，Lower= 0. 9 为合适的取值。
[0053] (2)根据步骤（1)中输出的增益补偿信号cpst计算当前增益的补偿值cv;
[0054] 计算当前增益的补偿值cv具体为
其中，init为初 始补偿因子，取值为1. 〇;P为正向补偿系数，取值为1. 1;m为反向补偿系数，取值为0. 3。
[0055] init，p，m的取值根据如下原则确定：从整体上看，本方法判断出信号功率发生变 化的时刻，并在较小的延迟内计算出信号功率发生变化后系统应具有的增益，而增益应保 证信号的峰值经放大后仍在有效区间内，即增益与信号峰值成反比。而本系统可保证信号 峰均比不变，即增益与信号均值应成反比；当信号功率未发生变化或信号均值计算准确的 情况下，不需对增益进行补偿，init= 1 ;当信号功率从小变大时（cpst= 1)，夂受到 之前信号的影响，小于当前信号的实际RMS，计算所得的增益将大于理论增益值，需要降低 增益，即对增益进行反向补偿；反之，当信号功率从大变小时（cpst= -1)，应对增益进行正 向补偿；补偿的幅度与信号功率的变化幅度以