自动增益控制方法和系统与流程

本发明涉及自动增益控制(agc)领域，并且更具体地涉及一种采用多级判决的自动增益控制方法和系统。

背景技术：

自动增益控制(agc)系统被广泛应用于各种接收机中，使得接收机的输出信号电平保持在一定的范围内。尤其是在物联网高速发展的今天，在优先考虑低功耗、低成本的情况下，物联网通讯设备需要在有限的硬件资源下实现最优化的接收机性能。为了使接收机具有更好的接收灵敏度和动态范围，需要把信号能量控制在一个适当的范围内。为了满足越来越高速和精确的要求，需要使用agc系统，其能够根据所接收信号的实时能量值，提供反馈给射频链路放大器，以控制该放大器的增益的升高或降低，从而实现对信号的能量值的控制，提高接收器的接收动态范围。

如上所述，通常在接收机中使用agc系统对射频链路放大器的增益进行控制，从而实现在基带端的信号能量稳定。但是在实际环境中，由于距离、反射、阻挡和干扰等各种原因，信号的能量值曲线通常会有较大的波动，而传统的agc系统没有很好地针对各种波动进行处理，会导致agc系统容易误触发或频繁触发，无法很好地把信道能量值稳定在一个合适的范围内。

技术实现要素：

鉴于以上所述的问题，本发明提供了一种采用多级判决的自动增益控制方法和系统。

根据本发明的一方面，提供了一种自动增益控制方法，包括：确定信号的实时能量值是否大于预设的第一能量阈值；当确定信号的实时能量值大于预设的第一能量阈值时，进一步将经过预设的第一时间窗口时信号的实时能量值与预设的第二能量阈值进行比较，其中第二能量阈值大于第一能量阈值；并且基于经过预设的第一时间窗口时信号的实时能量值与预设的第二能量阈值的比较结果，控制对可编程放大器的增益调整的触发。

根据本发明的另一方面，提供了一种自动增益控制系统，包括可编程放大器、信号能量计算模块、以及自动增益控制判决模块，其中自动增益控制判决模块包括第一阈值比较器、第一时间窗口计数器、第二阈值比较器以及被配置为管理自动增益控制系统的自动增益控制流程的流程状态管理器，其中：第一阈值比较器被配置为将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的第一能量阈值进行比较以得到第一比较结果，并将第一比较结果输出到流程状态管理器；流程状态管理器被配置为响应于第一比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第一能量阈值，启动第一时间窗口计数器和第二阈值比较器；第一时间窗口计数器被配置为从0计数到预设的第一时间窗口计数值，并且第二阈值比较器被配置为当第一时间窗口计数器计数到预设的第一时间窗口计数值时将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的第二能量阈值进行比较以得到第二比较结果，并将第二比较结果输出到流程状态管理器，其中第二能量阈值大于第一能量阈值；并且流程状态管理器被配置为基于第二比较结果控制对可编程放大器的增益调整的触发。

根据本申请的实施例的自动增益控制方法和系统利用多级判决的信号能量值判决方式，使用多级时间窗口结合多级的能量阈值比较，从而提高自动增益控制的稳定性，避免由于信号不稳定而导致agc系统的误触发或频繁触发。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1示出了自动增益控制系统的示例性框图；

图2示出了传统的自动增益控制方法的示例性流程图；

图3示出了根据本申请的一个实施例的自动增益控制方法的示例性流程图；

图4是示出了在根据本申请的一个实施例的自动增益控制方法的控制下的信号能量值随时间变化的示例性曲线图；

图5示出了根据本申请的另一实施例的自动增益控制方法的示例性流程图；

图6是示出了在根据本申请的另一实施例的自动增益控制方法的控制下的信号能量值随时间变化的示例性曲线图；以及

图7是示出了根据本申请的一个实施例的自动增益控制系统中的agc判决模块的示例性结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

如图1所示，一般的agc系统100包括：可编程放大器(pga)101、能量计算模块102、可编程滤波器103和agc判决模块104。可编程放大器101可以根据来自agc判决模块104的不同的输入控制值来调整其放大器增益，从而实现对射频(rf)信号能量的控制。能量计算模块102根据输入的信号，计算出信号的实时能量值，该实时能量值用于后续在agc判决模块104中生成自动增益控制判决结果。可编程滤波器103可以对能量计算模块输出的计算能量值进行低通滤波，滤除高频部分，从而使得输出的信号能量值更平滑。可编程滤波器103例如可以是有限冲激响应(fir)或无限冲激响应(iir)滤波器，并且该滤波器的系数和响应可以根据不同的实际系统需求进行改变，适应各种应用场景与环境。

在agc系统100中，agc判决模块104是实现对信号能量的控制的关键部件。agc判决模块104根据可编程滤波器103的输出，基于特定的算法与结构，判断在当前的信号能量值的情况下是否需要增加或减小增益，然后将判断结果输出到可编程放大器101，从而对可编程放大器101的增益进行调整以将信号能量值稳定在一个合适的范围内。

图2示出了可供agc判决模块104使用的传统的agc判决流程200。如图2所示，该agc判决流程为：在框201处，检测输入的实时能量值是否大于系统预设的能量阈值；如果输入的实时能量值大于系统预设的能量阈值，则触发对pga101的增益调整，即在框202处，调整pga101的增益，从而降低信号能量值。

以上传统的agc判决流程采用将信号的实时能量值与简单的固定预设能量阈值或者单一可变能量阈值进行比较的方法，非常容易造成系统的误触发。而且，当信号能量值在预设的能量阈值附近波动时，会导致频繁地触发对可编程放大器的增益的调整，而放大器增益不停的改变会导致信号能量值的不稳定。

鉴于以上问题，本申请提供了一种采用多级判决的自动增益控制方法和系统。当进行信号能量值与能量阈值的比较来触发对可编程放大器的增益调整时，采用多级判决的方式。具体而言，每一级判决都具有相对应的预设的时间窗口和能量阈值。agc系统根据每一级判决的结果决定后续的agc判决流程，从而采用多级判决的方式生成控制信号，触发可编程放大器的增益调整。

图3是示出了根据本申请的一个实施例的自动增益控制方法的示例性流程图。该自动增益控制方法可以由agc系统100中的agc判决模块104执行。例如，agc判决模块104接收从可编程滤波器103输出的信号的实时能量值，然后根据该实时能量值进行如图3所示的自动增益控制方法的控制流程300。该控制流程可以包括步骤s1至s6。

自动增益控制流程300开始于步骤s1，确定信号的实时能量值是否大于预设的第一能量阈值。如果是，则继续进行步骤s2；如果否，则重复步骤s1，继续针对信号的下一实时能量值进行判决，直到确定信号的实时能量值大于预设的第一能量阈值再进行步骤s2。

在步骤s2中，确定经过预设的第一时间窗口t1时信号的实时能量值是否大于预设的第二能量阈值，其中第二能量阈值大于第一能量阈值。如果是，则继续进行步骤s3；如果否，则进行到步骤s6。

在步骤s3中，确定经过预设的第二时间窗口t2时信号的实时能量值是否大于预设的第三能量阈值，其中第三能量阈值大于第二能量阈值。如果是，则继续进行步骤s4；如果否，则进行到步骤s6。

如果基于之前的多级判决确定需要调整可编程放大器的增益，则该自动增益控制流程进入到步骤s4。在该步骤s4中，调整可编程放大器的增益，降低信号能量值。

在步骤s5中，等待滤波器窗口时间。在可编程放大器调整了增益之后后，信号能量值相应地降低或增大，但是由于agc系统通常设置有可编程滤波器，到达agc判决模块的信号能量值需要在滤波器窗口时间后才能稳定，所以在可编程放大器改变增益后，需要等待滤波器窗口时间，该滤波器窗口时间与可编程滤波器的滤波系数相关。

如果基于之前的多级判决确定不需要调整可编程放大器的增益，则该自动增益控制流程进入到步骤s6。在该步骤s6中，继续检测信号的能量值，等待信号能量值小于预设的复位阈值时，返回到步骤s1，重新开始该自动增益控制流程。

图4示出了在上述图3中所示的自动增益控制流程的控制下的信号能量值随时间变化的示例性曲线图。如图4所示，在该曲线图中的a点处，检测到信号的能量值将大于预设的第一能量阈值，此时，自动增益控制流程进入到步骤s2。经过预设的第一时间窗口t1时，信号能量值升高至曲线图中的b点处，即此时的信号能量值将大于预设的第二能量阈值，在这种情况下，继续进行步骤s3中的判决。再经过预设的第二时间窗口t2时，信号能量值进一步升高至曲线图中的c点处，即此时的信号能量值将大于预设的第三能量阈值。基于以上步骤s1、s2和s3中的多级判决的结果，可以确定需要调整可编程放大器的增益，则触发对可编程放大器的增益的调整，并且等待滤波器时间窗口，能量值稳定在合适的水平，完成这一轮的agc控制流程。之后，将继续检测信号的实时能量值，不断地进行上述agc控制流程。

这里应注意的是，步骤s2和s3中的第一时间窗口t1和第二时间窗口t2可以根据具体的物理层通信协议并结合实际情况进行设置，从而达到最优的判决效果。例如，可以根据不同的通信调制方式(例如qpsk、fsk、ask等)、不同的调制带宽(例如1mhz、2mhz、5mhz、10mhz等)、不同的数据速率、不同的帧格式等对第一时间窗口t1和第二时间窗口t2的大小进行调整。此外，这里可以根据实际使用的需要仅保留步骤s2和s3中的一个，或者再增加类似的判决步骤，以调整多级判决的级数，达到信号稳定性和判决复杂度之间的平衡。并且可以根据agc系统的具体配置，增加或减少agc控制流程中的步骤来达到满足需要的控制效果，本发明对此不做限制，只要体现进行多级判决的核心思想即可。

例如，图5示出了根据本申请的另一实施例的自动增益控制方法的示例性流程图。图5中所示的自动增益控制流程与图3中所示的自动增益控制流程的步骤s1至s6相同，不同之处仅在于增加了步骤s7。因此，下面将仅详细描述图5中的步骤s7，关于步骤s1至s6的描述将被省略，其具体内容可参考图3中的相关描述。

如图5所示，当经过步骤s2的第二级判决后确定经过预设的第一时间窗口t1时信号的实时能量值没有达到第二能量阈值时，或者当经过步骤s3的第三级判决后确定经过预设的第二时间窗口t2时信号的实时能量值没有达到第三能量阈值时，自动增益控制流程进入步骤s7。在此增加了一个预设的保护时间窗口，在步骤s7中，进一步确定经过预设的保护时间窗口时信号的实时能量值是否大于预设的第四能量阈值，该第四能量阈值大于第三能量阈值。如果是，则重新进入步骤s2，进行后续的多级判决来确定是否需要调整可编程放大器的增益；如果否，则确定不需要调整可编程放大器的增益，自动增益控制流程进入到步骤s6。在该步骤s6中，继续检测信号的能量值，等待信号能量值小于预设的复位阈值时返回到步骤s1，重新开始该自动增益控制流程。

图6示出了在上述图5中所示的自动增益控制流程的控制下的信号能量值随时间变化的示例性曲线图。如图6所示，在该曲线图中的a点处，检测到信号的能量值将大于预设的第一能量阈值，此时，自动增益控制流程进入到步骤s2。经过预设的第一时间窗口t1时，信号能量值升高至曲线图中的b点处，即此时的信号能量值将大于预设的第二能量阈值，在这种情况下，继续进行步骤s3中的判决。再经过预设的第二时间窗口t2时，信号能量值没有达到预设的第三能量阈值，此时并不是直接确定不需要调整可编程放大器的增益，而是进行步骤s7。如图6所示，经过预设的保护时间窗口时，信号的实时能量值升高至曲线图中的c点，即此时的信号能量值将大于预设的第四能量阈值。在这种情况下，自动增益控制流程将返回到步骤s2，以进行后续的多级判决来确定是否需要调整可编程放大器的增益。例如，后续再经过步骤s2和s3的判决，确定需要调整可编程放大器的增益，则触发可编程放大器的增益调整并等待滤波器时间窗口，达到稳定的信号能量值。

在该示例中，由于步骤s7中的保护时间窗口的存储，避免了由于信号能量值在第二时间窗口内的不稳定(例如，忽然下降)而没有进行agc调整从而最终导致丢失该帧信号的问题。

如上所述，相对于传统的agc流程而言，根据本申请的实施例的自动增益控制方法利用多级判决的信号能量值判决方式，使用多级时间窗口结合多级的能量阈值比较，从而提高自动增益控制的稳定性，避免由于信号不稳定而导致agc系统的误触发或频繁触发。

下面将结合图7描述基于以上自动增益控制方法的根据本申请的实施例的自动增益控制系统的硬件实现。与图1中所示的传统的自动增益控制系统类似地，根据本申请的实施例的自动增益控制系统也包括可编程放大器、信号能量计算模块、可编程滤波器以及agc判决模块，但是其中的agc判决模块与传统的自动增益控制系统中的agc判决模块的具体配置不同。

图7是示出了根据本申请的一个实施例的自动增益控制系统中的agc判决模块704的示例性结构示意图。该agc判决模块704包括第一阈值比较器710、第二阈值比较器720、第一时间窗口计数器7201、第三阈值比较器730、第二时间窗口计数器7301、第四阈值比较器740、保护时间窗口计数器7401、流程状态管理器750、滤波器时间窗口计数器760、复位阈值比较器770以及阈值/计数寄存器780。在该agc判决模块704中，流程状态管理器750被配置为管理和控制整个agc系统的状态，例如，通过接收各个阈值比较器的比较结果与各个时间窗口计数器的计数值，来实现上述根据本申请的实施例的自动增益控制流程。而阈值/计数寄存器780被配置为存储各个阈值比较器的预设阈值和各个时间窗口计数器的计数值。在agc系统初始化时，阈值/计数寄存器780将预设的各个阈值和计数值载入相应的模块，而在agc系统运行中，用户也可以根据实际需要对某个模块的预设值进行动态的修改。

以下将基于上述根据本申请的实施例的自动增益控制流程对图7中所示的agc判决模块704中的各个组件的配置进行示例性描述。

在第一示例中，第一阈值比较器710被配置为将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的第一能量阈值进行比较以得到第一比较结果，并将第一比较结果输出到流程状态管理器750；流程状态管理器750被配置为响应于第一比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第一能量阈值，启动第一时间窗口计数器7201和第二阈值比较器720；第一时间窗口计数器7201被配置为从0计数到预设的第一时间窗口计数值，并且第二阈值比较器720被配置为当第一时间窗口计数器7201计数到预设的第一时间窗口计数值时将通过信号能量计算器得到的信号的实时能量值与预设的第二能量阈值进行比较以得到第二比较结果，并将第二比较结果输出到流程状态管理器750，其中第二能量阈值大于第一能量阈值；并且流程状态管理器750被配置为基于第二比较结果控制对可编程放大器的增益调整的触发。

在第二示例中，在第一示例的基础上，流程状态管理器750被配置为响应于第二比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第二能量阈值，触发对可编程放大器的增益调整。

在第三示例中，在第一示例的基础上，流程状态管理器750被配置为响应于第二比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第二能量阈值，启动第二时间窗口计数器7301和第三阈值比较器730；第二时间窗口计数器7301被配置为从0计数到预设的第二时间窗口计数值，并且第三阈值比较器730被配置为当第二时间窗口计数器7301计数到预设的第二时间窗口计数值时将通过信号能量计算器得到的信号的实时能量值与预设的第三能量阈值进行比较以得到第三比较结果，并将第三比较结果输出到流程状态管理器750，其中第三能量阈值大于第二能量阈值；并且流程状态管理器750被配置为响应于第三比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第三能量阈值，触发对可编程放大器的增益调整。

在第四示例中，在第一示例的基础上，流程状态管理器750还被配置为响应于第二比较结果指示信号的实时能量值不大于预设的第二能量阈值，不触发对可编程放大器的增益调整，并且启动复位阈值比较器770，其中复位阈值比较器770被配置为将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的复位阈值进行比较以得到复位比较结果，并将复位比较结果输出到流程状态管理器750；并且流程状态管理器750还被配置为响应于复位比较结果指示信号的实时能量值小于预设的复位阈值，重新启动自动增益控制流程。

在第五示例中，在第一示例的基础上，流程状态管理器750还被配置为响应于第二比较结果指示信号的实时能量值不大于预设的第二能量阈值，启动保护时间窗口计数器7401和第四阈值比较器740；保护时间窗口计数器7401被配置为从0计数到预设的保护时间窗口计数值，并且第四阈值比较器740被配置为当保护时间窗口计数器7401计数到预设的保护时间窗口计数值时将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的第四能量阈值进行比较以得到第四比较结果，并将第四比较结果输出到流程状态管理器750，其中第四能量阈值大于第二能量阈值；流程状态管理器750还被配置为响应于第四比较结果指示信号的实时能量值不大于预设的第四能量阈值，不触发对可编程放大器的增益调整，并且启动复位阈值比较器770，其中复位阈值比较器770被配置为将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的复位阈值进行比较以得到复位比较结果，并将复位比较结果输出到流程状态管理器750；流程状态管理器750还被配置为响应于复位比较结果指示信号的实时能量值小于预设的复位阈值，重新启动自动增益控制流程；并且流程状态管理器750还被配置为响应于第四比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第四能量阈值，重新启动第一时间窗口计数器7201和第二阈值比较器720并且控制自动增益控制系统执行自动增益控制流程中的后续操作。

在第六示例中，在第三示例的基础上，流程状态管理器750还被配置为响应于第三比较结果指示信号的实时能量值不大于预设的第三能量阈值，不触发对可编程放大器的增益调整，并且启动复位阈值比较器770，其中复位阈值比较器770被配置为将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的复位阈值进行比较以得到复位比较结果，并将复位比较结果输出到流程状态管理器750；并且流程状态管理器750还被配置为响应于复位比较结果指示信号的实时能量值小于预设的复位阈值，重新启动自动增益控制流程。

在第七示例中，在第三示例的基础上，流程状态管理器750还被配置为响应于第三比较结果指示信号的实时能量值不大于预设的第三能量阈值，启动保护时间窗口计数器7401和第四阈值比较器740；保护时间窗口计数器7401被配置为从0计数到预设的保护时间窗口计数值，并且第四阈值比较器740被配置为当保护时间窗口计数器7401计数到预设的保护时间窗口计数值时将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的第四能量阈值进行比较以得到第四比较结果，并将第四比较结果输出到流程状态管理器750，其中第四能量阈值大于第三能量阈值；流程状态管理器750还被配置为响应于第四比较结果指示信号的实时能量值不大于预设的第四能量阈值，不触发对可编程放大器的增益调整，并且启动复位阈值比较器770，其中复位阈值比较器770被配置为将通过信号能量计算模块得到的信号的实时能量值与预设的复位阈值进行比较以得到复位比较结果，并将复位比较结果输出到流程状态管理器750；流程状态管理器750还被配置为响应于复位比较结果指示信号的实时能量值小于预设的复位阈值，重新启动自动增益控制流程；并且流程状态管理器750还被配置为响应于第四比较结果指示信号的实时能量值大于预设的第四能量阈值，重新启动第一时间窗口计数器7201和第二阈值比较器720并且控制自动增益控制系统执行自动增益控制流程中的后续操作。

在第八示例中，在前述示例的基础上，流程状态管理器750还被配置为在触发对可编程放大器的增益调整之后，启动滤波器时间窗口计数器760，以在滤波器时间窗口计数器760从0计数到滤波器窗口时间计数值之后重新启动自动增益控制流程。

应注意，与前述agc流程中的步骤相类似地，agc判决模块704中所包括的组件也可以根据实际使用的需要进行删减或合并，只要能够实现多级判决的核心技术方案即可。并且，相对于传统的agc系统而言，根据本申请的实施例的自动增益控制系统利用多级判决的信号能量值判决方式，使用多级时间窗口结合多级的能量阈值比较，从而提高自动增益控制的稳定性，避免由于信号不稳定而导致agc系统的误触发或频繁触发。

上文中提到了“一个实施例”和“另一实施例”，然而应理解，在各个实施例中提及的特征并不一定只能应用于该实施例，而是可能用于其他实施例。一个实施例中的特征可以应用于另一实施例，或者可以被包括在另一实施例中。

上文中提到了“第一”、“第二”….等序数词。然而应理解这些表述仅仅是为了叙述和引用的方便，所限定的对象并不存在次序上的先后关系。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。