专利名称：全数字自动增益控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及无线信号传输领域，特别是涉及一种全数字自动增益控制装置。本发 明还涉及一种全数字自动增益控制的实现方法。
背景技术：
全数字自动增益控制是指对数字信号以数字方式(例如用乘法器)进行自动增益 调整。常见的全数字自动增益控制有两种方式前馈式全数字自动增益控制和反馈式全数 字自动增益控制。前馈式全数字自动增益控制装置的结构如图1所示，当前的输入数字信号Iiin，经 过功率或峰值检测器检测出其功率或峰值，再根据功率或者峰值从查找表模块中找到一个 合适的常数K，经乘法器将输入数字信号Rin与常数K相乘，使得到的输出信号R。ut = K*Rin 的大小符合需要。反馈式全数字自动增益控制装置的结构如图2所示，输出信号R。ut经过功率或峰 值检测器检测出其功率或峰值，该功率或峰值信号由环路滤波器滤波，根据滤波后的功率 或者峰值从查找表模块中找到一个合适的常数K，乘法器将输入数字信号Iiin与常数K相乘， 使得到的输出信号R。ut = K*Rin的大小符合需要。前馈式全数字自动增益控制比较简单，鲁棒性好；反馈式全数字自动增益控制响 应比较快，但鲁棒性不容易控制。如图3所示，在国标数字电视地面广播接收系统中，有两路数字信号(分别记作r 和h)都需要处理，而这两路数字信号又各自通过一个FFT (快速傅立叶变换)模块变换后 得到数字信号R和H，使最后的R和H大小符合需要。参见图4所示，为了能使数字信号R 和H都能满足要求，有人设计了一种直接的全数字自动增益控制装置，总共需要4个自动增 益控制装置A-D，实现的复杂度较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全数字自动增益控制装置，能够同时对输入 的r、h两路数字信号进行调整，并且鲁棒性好，实现的复杂度低；为此，本发明还要提供一 种全数字自动增益控制的实现方法。为解决上述技术问题，本发明的全数字自动增益控制装置包括最大比特检测器，用于检测输入数字信号h的最高有效位，并根据该最高有效位 与参考值B的差值N确定输入数字信号r、h的移位方向及位数；移N位寄存器，与最大比特检测器的输出端相连接，在最大比特检测器的控制下 对输入数字信号h移位N位；移N-P位寄存器，与最大比特检测器的输出端相连接，在最大比特检测器的控制 下对输入数字信号r移位N-p位；第一快速傅立叶变换模块，与移N-p位寄存器相连接，将移位后的数字信号r从时域变换到频域，得到频域数字信号FFT (r)；第二快速傅立叶变换模块，与移N位寄存器相连接，将移位后的数字信号h从时域 变换到频域，得到频域数字信号FFT (h)；检测峰值模块，与第二快速傅立叶变换模块相连接，检测频域数字信号|FFT(h) 的最大值；查找表模块，与检测峰值模块相连接，根据频域数字信号|FFT(h) I的最大值查表 得到对应的增益系数K;第一乘法器，与第一快速傅立叶变换模块和查找表模块相连接，将频域数字信号 FFT (r)与增益系数K相乘，得到输出数字信号R ；第二乘法器，与第二快速傅立叶变换模块和查找表模块相连接，将频域数字信号 FFT (h)与增益系数K相乘，得到输出的数字信号H。本发明的全数字自动增益控制方法包括如下步骤步骤一、检测输入数字信号h的最高有效位W，根据最高有效位W和参考值B的差 值N决定移位操作的方向及位数；步骤二、对输入数字信号h进行移N位的操作，对输入数字信号r进行移N-p的操 作；其中P为大于等于0的正整数；步骤三、对移位后的输入数字信号r和h分别进行快速傅立叶变换，分别得到频域 数字信号 FFT (r)、FFT (h)；步骤四、检测频域数字信号FFT(h)的最大值，以该最大值作为地址，经查表得到 增益系数K;步骤五、将频域数字信号FFT(r)、FFT(h)分别与增益系数K相乘，得到需要的输出 数字信号R和H。本发明根据一路输入数字信号h来同时调整两路输入数字信号h和r，简化了控制 过程；此外，功率检测用简单的检测最高有效位实现，乘法器用简单的移位操作来实现，这 样就降低了实现的复杂度。为了不降低增益控制精度，本发明采用乘法器和查找表等相对复杂的装置，但是 仍然只根据其中一路信号来同时调整两路信号，通过复用资源降低了复杂度，而且鲁棒性 较高。本发明的全数字自动增益控制方案用低复杂度的方式实现了两路信号的同时调 整，且精度较高。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是前馈式全数字自动增益控制装置结构图；图2是反馈式全数字自动增益控制装置结构图；图3是两路数字信号的示意图；图4是直接的全数字自动增益控制装置结构图；图5是本发明的全数字自动增益控制装置一实施例结构图(一)；图6是本发明的全数字自动增益控制装置一实施例结构图(二)。
具体实施例方式结合图5、6所示，在本发明的一实施例中，所述全数字自动增益控制装置粗调和 细调相结合的技术实施方案。粗调部分包括最大比特检测器，用于检测输入数字信号h的最高有效位，并根据该最高有效位 与参考值B的差值N确定输入数字信号r、h的移位方向及位数。由于输入数字信号h是用 2进制数来表示的，因此最大比特检测器具体实现时是很简单的，只要找“1”所在的最高有 效位即可；例如h = 5，其2进制表示为“101”，其中“1”所在的最高有效位为3，所以最高 有效位 Max_BW(h) = 3。参考值B是大于0的正整数，并且B越大精度越好但实现也复杂；在本实施例中B 等于10。因此，在本实施例中N = Max_BW(h)-10, N的值可能是正整数、负整数或零。所述最大比特检测器由一检测输入数字信号h的最高有效位检测模块及与其输 出端连接的减法器组成；最高有效位检测模块，用于检测输入数字信号h的最高有效位W ； 所述减法器将最高有效位W与参考值B相减，得到的差值N用于决定移位操作的方向及位 数。移N位寄存器，与最大比特检测器的输出端相连接，在最大比特检测器的控制下 对输入数字信号h移位N位。当N小于0时，所述移N位寄存器进行左移|N|位操作且末尾 补上INI个零；当N大于0时，所述移N位寄存器进行右移N位操作，即将最低的N位去掉； 当N等于0时，所述移N位寄存器不做任何移位操作。例如h = 5，其2进制表示为‘ 101’， 左移1位操作的结果为‘1010’，右移1位操作的结果为‘10’。移N-p位寄存器，与最大比特检测器的输出端相连接，在最大比特检测器的控制 下对输入数字信号r移位N-p位。当N-p小于0时，所述移N-p位寄存器进行左移| N-p |位 操作且末尾补上|N-p|个零；当N-p大于0时，所述移N-p位寄存器进行右移N-p位操作， 即将最低的N-p位去掉；当N-p等于0时，所述移N-p位寄存器不做任何移位操作；其中，ρ 为大于等于0的正整数。在本实施例中ρ等于2。因为r支路输入数字信号是根据找到的 h支路输入数字信号而不是r支路输入数字信号的最高有效位来调整的，为了防止r支路输 入数字信号溢出，留出P位作为安全保护。经过粗调后即移位后的数字信号r、h，需要进行快速傅立叶变换。第一快速傅立叶变换模块，与移N-p位寄存器相连接，将移位后的数字信号r从时 域变换到频域，得到频域数字信号FFT (r)。第二快速傅立叶变换模块，与移N位寄存器相连接，将移位后的数字信号h从时域 变换到频域，得到频域数字信号FFT (h)。细调部分是为了在FFT (快速傅立叶变换)之后能更充分的利用数据的比特宽度。 细调阶段与粗调阶段相比并不是简单的进行移位操作，而是先根据当前数据大小得到一个 查找表地址Adress，然后根据这个地址从一张查找表格中选出对应的增益系数。细调部分 目的是保证增益调整后，数据尽量将比特位宽度占满。所述细调部分包括检测峰值模块，查找表模块，第一乘法器，第二乘法器。检测峰值模块，与第二快速傅立叶变换模块相连接，检测频域数字信号I FFT (h)的最大值。查找表模块，与检测峰值模块相连接，根据频域数字信号I FFT (h) I的最大值查表 得到对应的增益系数K。检测峰值模块的作用相当于地址生成器，将检测的频域数字信号|FFT(h) I的最 大值作为地址，根据该地址从查找表模块查找到增益系数K。第一乘法器，与第一快速傅立叶变换模块和查找表模块相连接，将频域数字信号 FFT (r)与增益系数K相乘，得到输出数字信号R ；第二乘法器，与第二快速傅立叶变换模块和查找表模块相连接，将频域数字信号 FFT (h)与增益系数K相乘，得到输出的数字信号H。 所述检测峰值模块包括最大比特检测单元，用于检测频域数字信号|FFT(h)|的最大比特位数Max_ Bff{| FFT (h) }。最大值检测器，用于检测频域数字信号|FFT(h) I的最大值Val。移M位寄存器，与最大比特检测单元和最大值检测器相连接，根据所述最大比特 位数 Max_BW {IFFT (h) |}，对所述最大值 Val 移位 M 位；其中，M = 1 l_Max_BW {| FFT (h) |}。减法器，与移M位寄存器相连接，从移位M位后的最大值Val中减去常数2Fra，其 中，Frac为大于0的正整数；在本实施例中Frac等于10。移S位寄存器，对减法器输出的差值进行左移Isl位的操作，且末尾补上Isl个 零。S为小于0的负整数，在本实施例中S为-7。根据以上描述可以得到查找表地址Adress = (Val X 2n"{|FFT(h) |}-210) X 2_7。本发明的全数字自动增益控制方法，在一实施例中包括如下步骤步骤一、检测输入数字信号h的最高有效位W，根据最高有效位W和参考值B的差 值N决定移位操作的方向及位数。步骤二、对输入数字信号h进行移N位的操作，对输入数字信号r进行移N-p的操 作；其中P为大于等于0的正整数。当ν小于ο时，对输入数字信号h进行左移|N|位操作且末尾补上|N|个零；当Ν 大于0时，对输入数字信号h进行右移N位操作；当N等于0时，对输入数字信号h不进行 移位操作。当N-p小于0时，对输入数字信号r进行左移| N-p |位操作且末尾补上| N-p |个 零；当N-p大于0时，对输入数字信号r进行右移N-p位操作；当N-p等于0时，对输入数字信号r不进行移位操作；其中，ρ为大于等于0的正 整数。步骤三、对移位后的输入数字信号r和h分别进行快速傅立叶变换，分别得到频域 数字信号 FFT (r)、FFT (h)。步骤四、检测频域数字信号FFT(h)的最大值，以该最大值作为地址，经查表得到 增益系数K。步骤五、将频域数字信号FFT(r)、FFT(h)分别与增益系数K相乘，得到需要的输出 数字信号R和H。在上述方法中，步骤一和步骤二是粗调阶段；随后的步骤四和五是细调阶段(实际上完成了图4中的自动增益控制C和D的功能)，使用了乘法器和查找表等相对复杂的装 置，但是仍然只根据其中一路信号来同时调整两路信号，通过复用资源也能够降低硬件实 现的复杂度。此外，由图5可以看出，无论是在粗调阶段，还是在随后的细调阶段，都采用了图1 的前馈式结构，因此鲁棒性较高。查找表的内容是预先确定好的，其中存储了 h经过快速傅立叶变换FFT后的每种 最大值所对应的因子一增益系数K，使得输入数字信号乘以K以后能够得到所需大小的R和 H0以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种全数字自动增益控制装置，其特征在于，包括最大比特检测器，用于检测输入数字信号h的最高有效位，并根据该最高有效位与参 考值B的差值N确定输入数字信号r、h的移位方向及位数；移N位寄存器，与最大比特检测器的输出端相连接，在最大比特检测器的控制下对输 入数字信号h移位N位；移N-p位寄存器，与最大比特检测器的输出端相连接，在最大比特检测器的控制下对 输入数字信号r移位N-p位；第一快速傅立叶变换模块，与移N-p位寄存器相连接，将移位后的数字信号r从时域变 换到频域，得到频域数字信号FFT (r)；第二快速傅立叶变换模块，与移N位寄存器相连接，将移位后的数字信号h从时域变换 到频域，得到频域数字信号FFT (h)；检测峰值模块，与第二快速傅立叶变换模块相连接，检测频域数字信号IFFT (h) I的最 大值；查找表模块，与检测峰值模块相连接，根据频域数字信号IFFT (h) I的最大值查表得到 对应的增益系数K;第一乘法器，与第一快速傅立叶变换模块和查找表模块相连接，将频域数字信号 FFT (r)与增益系数K相乘，得到输出数字信号R ；第二乘法器，与第二快速傅立叶变换模块和查找表模块相连接，将频域数字信号 FFT (h)与增益系数K相乘，得到输出的数字信号H。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于当N小于0时，所述移N位寄存器进行左移 |n|位操作且末尾补上|N|个零；当Ν大于ο时，所述移Ν位寄存器进行右移Ν位操作；当 N等于O时，所述移N位寄存器不做任何移位操作。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于当N-p小于O时，所述移N-p位寄存器进行 左移IN-P I位操作且末尾补上ι N-P I个零；当N-P大于O时，所述移N-P位寄存器进行右移 N-p位操作；当N-p等于O时，所述移N-p位寄存器不做任何移位操作；其中，ρ为大于等于 O的正整数。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述最大比特检测器由一检测输入数字信 号h的最高有效位检测模块及与其输出端连接的减法器组成；最高有效位检测模块，用于 检测输入数字信号h的最高有效位W ；所述减法器将最高有效位W与参考值B相减，得到的 差值N用于决定移位操作的方向及位数。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测峰值模块包括最大比特检测单元，用于检测频域数字信号|FFT(h) I的最大比特位数Max_ Bff{|FFT (h) }；最大值检测器，用于检测频域数字信号|FFT(h) I的最大值Val ； 移M位寄存器，与最大比特检测单元和最大值检测器相连接，根据所述最大比特位数 Max_BW {IFFT (h) |}，对所述最大值 Val 移位 M 位；其中，M = 1 l_Max_BW {| FFT (h) |}；减法器，与移M位寄存器相连接，从移位M位后的最大值Val中减去常数2Fra，其中， Frac为大于O的正整数；移S位寄存器，对减法器输出的差值进行左移|S|位的操作，且末尾补上|S|个零，S为小于0的负整数。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述Frac等于10。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述S为-7。
8.—种全数字自动增益控制的实现方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一、检测输入数字信号h的最高有效位W，根据最高有效位W和参考值B的差值N 决定移位操作的方向及位数；步骤二、对输入数字信号h进行移N位的操作，对输入数字信号r进行移N-p的操作； 其中P为大于等于0的正整数；步骤三、对移位后的输入数字信号r和h分别进行快速傅立叶变换，分别得到频域数字 信号 FFT (r)、FFT (h)；步骤四、检测频域数字信号FFT(h)的最大值，以该最大值作为地址，经查表得到增益 系数K;步骤五、将频域数字信号FFT(r)、FFT(h)分别与增益系数K相乘，得到需要的输出数字 信号R和H。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于步骤二所述的移位操作按如下方法进行，当 ν小于ο时，对输入数字信号h进行左移|N|位操作且末尾补上|N|个零；当Ν大于ο时， 对输入数字信号h进行右移ν位操作；当Ν等于ο时，对输入数字信号h不进行移位操作； 当N-P小于O时，对输入数字信号r进行左移ι N-P I位操作且末尾补上ι N-P |个零；当N_p 大于O时，对输入数字信号r进行右移N-p位操作；当N-p等于O时，对输入数字信号r不 进行移位操作；其中，P为大于等于O的正整数。
全文摘要
本发明公开了一种全数字自动增益控制装置以及一种全数字自动增益控制的实现方法。检测输入数字信号h的最高有效位W，根据最高有效位W和参考值B的差值N决定移位操作的方向及位数；对输入数字信号h进行移N位的操作，对输入数字信号r进行移N-p的操作；其中p为大于等于0的正整数；对移位后的输入数字信号r和h分别进行快速傅立叶变换，分别得到频域数字信号FFT(r)、FFT(h)；检测频域数字信号FFT(h)的最大值，以该最大值作为地址，经查表得到增益系数K；将频域数字信号FFT(r)、FFT(h)分别与增益系数K相乘，得到需要的输出数字信号R和H。本发明能够同时对输入的r、h两路数字信号进行调整，且鲁棒性好，实现的复杂度低。
文档编号H04B7/005GK102123118SQ20101002723
公开日2011年7月13日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者张帆, 李庆军, 汪涛, 蒋朱成 申请人:卓胜微电子(上海)有限公司