一種反饋式的數字自動增益控制的裝置及其方法
2023-10-09 17:01:09 1
專利名稱：一種反饋式的數字自動增益控制的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及CDMA (Code Division Multiple Access)系統，特別是涉 及CDMA系統中接收機的數字中頻部分對下變頻信號的自動增益控制和 截位處理。
背景技術：
對於無線通信系統，空中信號的傳播會發生衰減，陰影，多徑效應， 這樣導致接收機接收到的信號有很大的動態變化。在CDMA的數字中頻 接收機中，寬帶中頻採樣ADC (A/D converter, A/D轉換器)輸出的 大動態數位訊號，經過數字下變頻變換為基帶信號。CDMA系統對反向 基帶信號的處理字長要求很低，如CDMA2000中，反向I， Q信號的處理 子長為4位，而通常中頻採樣ADC的輸出的處理字長為12位左右，經過 數字下變頻處理後，輸出16位字長的基帶信號，因此需要將大動態的下 變頻信號轉換為與CDMA解調所需的小動態，少處理字長的信號。現有 數字自動增益控制方式中，有前饋式，反饋式以及兩者混合的3種控制方 式。發明內容本發明所要解決的技術問題在於提供一種反饋式的數字自動增益控 制的裝置及其方法，將CDMA系統中的數字中頻接收機中數字下變頻得 到的大動態，長處理字長的採樣信號轉換為CDMA所需要的小動態，少 處理字長的採樣信號。為了解決上述問題，本發明提供了 一種反饋式的數字自動增益控制的 裝置，應用於對CDMA系統中的數字中頻接收機中的輸入採樣信號處理， 包括輸入信號增益調整模塊、輸出截位控制模塊、求能量誤差模塊和誤 差積分反饋模塊；其中，輸入信號增益調整模塊，用於接收輸入採樣信號，並結合誤差積分反 饋模塊的輸出進行能量調整，調整後輸出給輸出截位控制模塊和求能量誤 差模塊；求能量誤差模塊，用於接收輸入信號增益調整模塊調整後的信號，進 行能量誤差計算；誤差積分反饋模塊，用於接收求能量誤差模塊的誤差值，產生對輸入 採樣信號進行功率控制的參數；輸出截位控制模塊，用於接收輸入信號增益調整模塊調整後的信號進 行截位處理得到所需要的精度信號。本發明所述的裝置，其中，所述輸入信號增益調整模塊，包括由提 取模塊、粗調的移位器、第一截位模塊，精調的乘法器和第二截位模塊組 成；其中，提取模塊，對於接收的輸入採樣信號提取符號位，取絕對值；粗調的移位器，結合誤差積分反饋模塊傳遞過來的移位參數對絕對值 進行移位增益控制；第一截位模塊，根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數據 給精調的乘法器；精調的乘法器，結合誤差積分反饋模塊傳遞過來的乘法參數對數據進 行精確調整後，輸出給第二截位模塊；第二截位模塊，再根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數 據給輸出截位控制模塊和求能量誤差模塊。上述裝置，其中，所述粗調的移位器通過執行2的n次方乘法，達到 移位增益控制。本發明所述的裝置，其中，所述求能量誤差才莫塊，包括由求平均能 量模塊和求能量誤差模塊組成；其中，
求平均能量才莫塊，採用 一 階的IIR (Infinite impulse response，無限脈 沖相應)濾波來完成，通過調整，得到不同的控制時間常數；求能量誤差模塊，採用減法器，通過調整能量參考值，得到所需平均 功率的平穩的能量誤差才莫塊的誤差值。本發明所述的裝置，其中，所述誤差積分反饋才莫塊，包括由粗調反 饋積分電路、細調反饋積分電路和誤差累積門限檢測裝置組成；其中，粗調反饋電路產生粗調控制信號，用於控制輸入信號增益調整模塊中 粗調的移位器，達到步進的功率控制；細調反饋積分電路用於實現控制輸入信號增益調整模塊中精調的乘 法器的控制信號，達到高精度的功率控制；誤差累積門限檢測裝置用於監測是否出現大的動態變化的信號，如杲 大於門限thH,表示輸入信號幅值過小，移位器加l，如果小於門限thL, 表示輸入信號幅值過大，移位器減l，如果在兩者之間，就不需要粗調， 同時為了保證控制精度，細調反饋積分電路的輸出最高位始終為1。為了解決上述問題，本發明還提供了 一種反饋式的數字自動增益控制 的方法，應用於對CDMA系統中的數字中頻接收機中的輸入採樣信號處 理，包括如下步驟(1) 接收輸入採樣信號，並結合步驟(3 )功率控制的參數進行能量調整；(2) 接收調整後的信號，進行能量誤差計算；(3) 接收誤差值，產生對輸入採樣信號進行功率控制的參數；(4) 接收調整後的信號，進行截位處理得到所需要的精度信號。 本發明所述的方法，其中，所述步驟(l),包括如下步驟(11) 對於接收的輸入採樣信號提取符號位，取絕對值；(12) 結合步驟(3)傳遞過來的移位參數對絕對值進行移位增益控制；(13) 根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數據；
(14) 並結合步驟(3)傳遞過來的乘法參數對悽t據進行精確調整後輸出；(15) 再根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數據輸出；所述步驟(12)通過執行2的n次方乘法，達到移位增益控制。本發明所述的方法，其中，所述步驟(2)包括採用一階的IIR濾 波來完成，通過調整，得到不同的控制時間常數，採用減法，通過調整能 量參考值，得到所需平均功率的平穩的誤差值。本發明所述的方法，其中，所述步驟(3)包括產生步驟(l)中需 要的粗調控制信號，達到步進的功率控制；產生步驟(1)中需要的精調控制信號，達到高精度的功率控制；同時，監測是否出現大的動態變化的信號，如果大於門限thH,表示 輸入信號幅值過小，移位器加1,如果小於門限thL，表示輸入信號幅值 過大，移位寄存器減l,如果在兩者之間，就不需要粗調，同時為了保證 控制精度，精調控制信號的輸出最高位始終為1。採用本發明所述方法和裝置，與現有技術相比，簡化了複雜的計算過 程，由於使用移位控制器和乘法器相結合的增益控制方法，既能保證大的 動態範圍調整，又能保證精確的控制精度。本發明闡述的數字自動增益控制屬於反4f式方式，採用粗調和精調兩 個反饋環路進行增益控制。其顯著優點表現在使用少的計算量的情況下獲 得大的動態範圍和高的的控制精度。很適合用於CDMA中基站接收中頻 處理的自動增益和截位處理，其動態範圍、時間常數、控制精度都可根據 實際情況靈活調整。
圖1是本發明實施例所述的裝置的原理結構示意圖；圖2是本發明實施例所述的裝置中輸入信號增益調整模塊的原理機 構示意圖； 圖3是本發明實施例所述的裝置中求能量誤差模塊的原理結構示意圖；圖4是本發明實施例所述的裝置中誤差積分反饋模塊的原理機構示意圖。
具體實施方式
本發明所述實施例中，裝置應用於CDMA2000基站中的反向I, Q信 號的處理子長為4位載波數字中頻接收機，該裝置通過FPGA (Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)進行自動增益控制，將數 字下變頻得到的4位載波的16位比特基帶信號進行自動增益控制，最後 經過截位處理，產生CDMA2000反向解調所需要的4位比特採樣信號。 為了節省邏輯資源，4位載波的增益控制採用復用方式控制，節省了大量 的加減乘法器。該裝置可以調整具有40dB動態範圍的輸入信號，且控制 精度達到O.ldB。本發明實施例裝置原理，如圖l所示，來自數字下變頻處理器的4位 載波16比特I， Q基帶信號通過分時復用的方式送入輸入增益調整模塊 10中；結合如圖2所示，在輸入信號增益調整模塊10,提取模塊101部分 對I, Q信號Ito提取正負符號，運用公式Us-I Iin I ，作為後續截位輸出 的依據；在移位控制模塊102部分，運用公式13礎=1^*2\冶，對幅值信號 進行移位處理，由於移位積存器為4位比特寄存器，可以移動16位，輸 入幅值為15位比特信號Nshift，當移位寄存器為OOOO時，表示輸入信號最 大，取輸入信號的高3位比特；在第一截位模塊103部分進行第一次截位 處理輸出Unc,判斷移位處理後的幅值有效位是否為低6位，如果幅值超 過6位，表示溢出，置限幅標誌；乘法器104部分是6位比特乘以7位比 特K福t，其中7位比特K^t是反饋環路計算出的乘法器係數，用於增益 的精確調整，保證輸出信號的P2+QA2的方差為18;由於經過乘法器104 後，信號也可能溢出，在第二截位模塊105部分進行限制幅度，有用信號 為0到11位比特，輸出Igain。如圖1所示，求能量誤差模塊12,在該模塊取輸入增益調整模塊10 輸出的6到ll位比特數據，首先平方求能量。由於採用數字中頻的I, Q 解調，所以不會出現I， Q不平衡，因此在求能量時，不需要求P2 + QA2。 可以I, Q分別控制，降低分時復用的複雜度；求平方後，如圖3所示， 在求平均能量才莫塊121部分通過1階的IIR濾波來計算平均能量，運用乂> 式Y=1/(1-KZ—、該部分可以通過移位相加的算法實現；在求能量誤差模塊 122部分採用減法器，將期望能量E^減去平均能量Y,輸出能量誤差信 號E^作為控制環路中誤差積分反饋模塊13的輸入。如圖4所示，誤差積分反饋模塊13部分有兩個反饋環路，分別是細 調反饋環路131部分和粗調反饋環路132部分。運用誤差累積門限檢測裝 置的公式(sign (y (n) —thH) +sign (y (n) —thL) ) /2,在粗調反饋 環路132中，判斷細調環路131中的y (n)是否在2048到4096的取值 範圍，如果大於等於4096，說明接收信號能量太小，需要將信號放大兩 倍，反之，.則減小兩倍；在粗調變動時，細調的y(n)相應也減小或放 大2倍。如圖l所示，輸出截位控制模塊ll,該模塊從12位比特的幅值輸出 截取高3位比特，再通過符號信號，組合成CDMA2000的反相4位比特 的I, Q輸入信號。上述具體實施方式
以較佳實施例對本發明進行了說明，但這只是為了 便於理解而舉的一個形象化的實例，不應被視為對本發明範圍的限制。同 樣，根據本發明的技術方案及其較佳實施例的描述，可以做出各種可能的 等同改變或替換，而所有這些改變或替換都應屬於本發明權利要求的保護 範圍。
權利要求
1、 一種反饋式的數字自動增益控制的裝置，應用子對CDMA系統中 的數字中頻接收機中的輸入採樣信號處理，其特徵在於，包括輸入信號 增益調整模塊、輸出截位控制模塊、求能量誤差模塊和誤差積分反饋模塊； 其中，輸入信號增益調整模塊，用於接收輸入採樣信號，並結合誤差積分反 饋模塊的輸出進行能量調整，調整後輸出給輸出截位控制模塊和求能量誤 差模塊；求能量誤差模塊，用於接收輸入信號增益調整模塊調整後的信號，進 行能量誤差計算；誤差積分反饋模塊，用於接收求能量誤差模塊的誤差值，產生對輸入 採樣信號進行功率控制的參數；輸出截位控制模塊，用於接收輸入信號增益調整模塊調整後的信號進 行截位處理得到所需要的精度信號。
2、 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述輸入信號增益調整 模塊，包括由提取模塊、粗調的移位器、第一截位模塊，精調的乘法器 和第二截位模塊組成；其中，提取模塊，對於接收的輸入採樣信號提取符號位，取絕對值；粗調的移位器，結合誤差積分反饋模塊傳遞過來的移位參數對絕對值 進行移位增益控制；第一截位模塊，根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數據 給精調的乘法器；精調的乘法器，結合誤差積分反饋模塊傳遞過來的乘法參數對數據進 行精確調整後，輸出給第二截位模塊；第二截位模塊，再根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數 據給輸出截位控制模塊和求能量誤差模塊。
3、 如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述粗調的移位器通過執行2的n次方乘法，達到移位增益控制。
4、 如權利要求1所迷的裝置，其特徵在於，所述求能量誤差模塊， 包括由求平均能量模塊和求能量誤差模塊組成；其中，求平均能量模塊，採用一階的IIR濾波來完成，通過調整，得到不同 的控制時間常數；求能量誤差模塊，採用減法器，通過調整能量參考值，得到所需平均 功率的平穩的能量誤差模塊的誤差值。
5、 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，所述誤差積分反饋^f莫塊， 包括由粗調反饋積分電路、細調反饋積分電路和誤差累積門限檢測裝置 組成；其中，粗調反饋電路產生粗調控制信號，用於控制輸入信號增益調整模塊中 粗調的移位器，達到步進的功率控制；細調反饋積分電路用於實現控制輸入信號增益調整模塊中精調的乘 法器的控制信號，達到高精度的功率控制；誤差累積門限檢測裝置用於監測是否出現大的動態變化的信號，如果 大於門限thH,表示輸入信號幅值過小，移位器加l，如杲小於門限thL， 表示輸入信號幅值過大，移位器減l,如果在兩者之間，就不需要粗調， 同時為了保證控制精度，細調反饋積分電路的輸出最高位始終為1。
6、 一種反饋式的數字自動增益控制的方法，應用於對CDMA系統中 的數字中頻接收機中的輸入採樣信號處理，其特徵在於，包括如下步驟(1 )接收輸入採樣信號，並結合步驟(3 )功率控制的參數進行能量調整；(2) 接收調整後的信號，進行能量誤差計算；(3) 接收誤差值，產生對輸入採樣信號進行功率控制的參數；(4) 接收調整後的信號，進行截位處理得到所需要的精度信號。
7、 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述步驟(l),包括如下步驟(11) 對於接收的輸入採樣信號提取符號位，取絕對值；(12) 結合步驟(3)傳遞過來的移位參數對絕對值進行移位增益控制；(13) 根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數據；(14) 並結合步驟(3)傳遞過來的乘法參數對數據進行精確調整後輸出；(15) 再根據控制精度的要求限幅處理，截取一部分有效數據輸出。
8、 如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述步驟(12)通過執 行2的n次方乘法，達到移位增益控制。
9、 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述步驟(2)包括採 用一階的IIR濾波來完成，通過調整，得到不同的控制時間常數，採用減 法，通過調整能量參考值，得到所需平均功率的平穩的誤差值。
10、 如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述步驟(3)包括 產生步驟(l)中需要的粗調控制信號，達到步進的功率控制；產生步驟(l)中需要的精調控制信號，達到高精度的功率控制；同時，監測是否出現大的動態變化的信號，如果大於門限thH，表示 輸入信號幅值過小，移位器加1,如果小於門限thL,表示輸入信號幅值 過大，移位寄存器減l,如果在兩者之間，就不需要粗調，同時為了保證 控制精度，精調控制信號的輸出最高位始終為1。
全文摘要
本發明公開了一種反饋式的數字自動增益控制的裝置及其方法，應用於對CDMA系統中的數字中頻接收機中的輸入採樣信號處理，包括輸入信號增益調整模塊，用於接收輸入採樣信號，並結合誤差積分反饋模塊的輸出進行能量調整，調整後輸出給輸出截位控制模塊和求能量誤差模塊；求能量誤差模塊，用於接收輸入信號增益調整模塊調整後的信號，進行能量誤差計算；誤差積分反饋模塊，用於接收求能量誤差模塊的誤差值，產生對輸入採樣信號進行功率控制的參數；輸出截位控制模塊，用於接收輸入信號增益調整模塊調整後的信號進行截位處理得到所需要的精度信號。與現有技術相比，簡化了複雜的計算過程，既能保證大的動態範圍調整，又能保證精確的控制精度。
文檔編號H04B7/005GK101145813SQ20061014068
公開日2008年3月19日 申請日期2006年9月29日 優先權日2006年9月29日
發明者王志堅, 程三海 申請人:中興通訊股份有限公司