專利名稱：通道狀態(tài)輔助的自動(dòng)增益控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文涉及用于通道接收機(jī)的自動(dòng)增益控制(AGC)，尤其涉及利用先驗(yàn)通道狀態(tài)信息的AGC。
背景技術(shù)：
在許多通信系統(tǒng)中，所接收的信號(hào)振幅變動(dòng)范圍很大。例如，在磁記錄通道中，由于頭、介質(zhì)和前置放大器的組合特性，重放信號(hào)電平的變動(dòng)可能在20dB以上。在這類情形中，普遍采用自動(dòng)增益控制(AGC)來限制信號(hào)變動(dòng)。AGC之后的信號(hào)電平變得更符合小得多的動(dòng)態(tài)范圍，這便于進(jìn)一步的信號(hào)處理。
根據(jù)關(guān)于所發(fā)送的碼元的決策是否被利用，主要有兩種不同的自動(dòng)增益控制方法——非數(shù)據(jù)輔助(NDA)方法或數(shù)據(jù)輔助(DA)方法。通常，數(shù)據(jù)輔助AGC比非數(shù)據(jù)輔助AGC更有效，因而在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中更常采用數(shù)據(jù)輔助AGC。
雖然已知許多類型的AGC，但仍需要一種能利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的特定特征來提供改善的性能的自動(dòng)增益控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種裝置，包括用于生成通道增益控制信號(hào)的電路；以及用于響應(yīng)于通道增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)的放大器，其中通道增益控制信號(hào)是從并非來源于該感興趣的信號(hào)的通道狀態(tài)信號(hào)生成的。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括生成通道增益控制信號(hào)，以及響應(yīng)于該通道增益控制信號(hào)來放大感興趣的信號(hào)，其中通道增益控制信號(hào)是從并非來源于該感興趣的信號(hào)的通道狀態(tài)信號(hào)生成的。
本發(fā)明還包括用于生成環(huán)路增益信號(hào)的第一電路；用于生成通道增益信號(hào)的第二電路；以及其中包含一用于響應(yīng)于增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)的放大器的裝置，其中增益控制信號(hào)包括環(huán)路增益信號(hào)和通道增益信號(hào)的組合。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種方法，包括生成環(huán)路增益信號(hào)，生成通道增益信號(hào)，以及響應(yīng)于增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)，其中增益控制信號(hào)包括環(huán)路增益信號(hào)和通道增益信號(hào)的組合。
在又一方面，本發(fā)明提供了一種裝置，包括鐵電存儲(chǔ)介質(zhì)；用于從該鐵電存儲(chǔ)介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)的探針陣列；用于生成環(huán)路增益信號(hào)的第一電路；用于生成通道增益信號(hào)的第二電路；以及用于響應(yīng)于增益控制信號(hào)放大來自探針的所讀信號(hào)的放大器，其中增益控制信號(hào)包括環(huán)路增益信號(hào)和通道增益信號(hào)的組合。


圖1是具有數(shù)據(jù)輔助AGC的通信系統(tǒng)的示意圖。
圖2是數(shù)據(jù)輔助AGC所用的最小均方誤差(MMSE)處理的示意圖。
圖3是探針式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的立體圖。
圖4是示出通道狀態(tài)輔助的自動(dòng)增益控制的一般架構(gòu)的示意圖。
圖5是通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的示意圖。
圖6是用于探針存儲(chǔ)設(shè)備的通道狀態(tài)輔助的MMSE自動(dòng)增益控制的示意圖。
圖7是用于探針存儲(chǔ)設(shè)備的通道狀態(tài)輔助的NDA MMSE自動(dòng)增益控制的示意圖。
圖8是開環(huán)的非數(shù)據(jù)輔助AGC的示意圖。
圖9a、9b、9c和9d示出常規(guī)的MMSE AGC的仿真結(jié)果。
圖10a、10b、10c和10d示出通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的仿真結(jié)果。
圖11是用于探針存儲(chǔ)設(shè)備的通道狀態(tài)輔助的MMSE自動(dòng)增益控制的示意圖。
圖12a是常規(guī)的MMSE AGC的誤差功率的標(biāo)繪圖。
圖12b是通道狀態(tài)輔助的AGC的誤差功率的標(biāo)繪圖。
圖13a是MMSE AGC的簡(jiǎn)化模型。
圖13b是明示增益失配的MMSE AGC進(jìn)一步簡(jiǎn)化的模型。
圖14a是通道狀態(tài)輔助的(CSA)MMSE AGC的簡(jiǎn)化模型。
圖14b是明示增益失配的通道狀態(tài)輔助的(CSA)MMSE AGC進(jìn)一步簡(jiǎn)化的模型。
圖15是包括根據(jù)本發(fā)明的AGC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖。
具體實(shí)施例方式
參見附圖，圖1是具有數(shù)據(jù)輔助AGC 12的通信系統(tǒng)10的示意圖。感興趣的信號(hào)αk在具有可變?cè)鲆姒?、通道響?yīng)hc和加性噪聲n的傳輸通道14上傳送。這將感興趣的信號(hào)轉(zhuǎn)變成由具有增益系數(shù)g的可控放大器電路16接收的信號(hào)r。增益受控的信號(hào)d由放大器輸出并被傳遞給檢測(cè)器18，檢測(cè)器18產(chǎn)生感興趣的信號(hào)的估計(jì)k。該估計(jì)通過具有響應(yīng)hc的反饋電路20以產(chǎn)生一估計(jì)的理想信號(hào) 該估計(jì)的理想信號(hào) 和信號(hào)d在求和點(diǎn)22被組合以產(chǎn)生用于控制AGC放大器的誤差信號(hào)e。自動(dòng)增益控制單元利用該誤差信號(hào)e，即理想信號(hào) 與增益受控信號(hào)d之差來適應(yīng)放大器的增益系數(shù)g。理論上，一旦環(huán)路穩(wěn)定，則增益g應(yīng)收斂于1/λ。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的最小均方誤差(MMSE)數(shù)據(jù)輔助AGC 24的示意圖。所接收的信號(hào)r被輸入到乘法器26和28。乘法器26的輸出是增益受控信號(hào)d。此信號(hào)被傳遞給檢測(cè)器以及產(chǎn)生估計(jì)的理想信號(hào) 的反饋電路30。在求和點(diǎn)32，估計(jì)的理想信號(hào) 和增益受控的信號(hào)d被組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)e。將誤差信號(hào)e乘以所接收的信號(hào)r以產(chǎn)生中間變量η。在乘法器34中將此變量η乘以一自適應(yīng)常數(shù)μ以在線路36上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)被如框38中所示地積分以在線路40上產(chǎn)生一增益系數(shù)g，乘法器26將該系數(shù)g乘以所接收的信號(hào)。如下所述，環(huán)路特性可以由自適應(yīng)常數(shù)μ來控制，并且其值是由所期望的環(huán)路行為所決定的。
MMSE AGC的原理是適應(yīng)增益系數(shù)g以使得均方誤差E{e2}最小化。自適應(yīng)可以通過梯度下降(又稱為最速下降)算法來實(shí)現(xiàn)。梯度下降是通過采取與函數(shù)在當(dāng)前點(diǎn)處的負(fù)梯度(或梯度，如果期望最大值)成比例的步長(zhǎng)來逼近該函數(shù)的局部極小值(或局部極大值)。實(shí)際上，常常通過即時(shí)計(jì)算的值來估計(jì)梯度，這被稱為最小均方(LMS)算法。步長(zhǎng)是由在自適應(yīng)過程中可能會(huì)變化的自適應(yīng)參數(shù)μ決定的。參數(shù)μ被選擇成足夠小以確保迭代過程收斂。使用LMS算法，由gk表示的時(shí)刻k的增益系數(shù)g可以計(jì)算如下gk＝gk+1+μr·e(1)其中μ是自適應(yīng)步長(zhǎng)，一個(gè)小正數(shù)。
貫穿本說明書，假定放大器是將所接收的信號(hào)r放大g倍的線性可變?cè)鲆娣糯笃鳌：苊黠@非線性可變?cè)鲆娣糯笃饕部蛇m用于本文中給出的所有例子。特別地，放大增益給定為eg的指數(shù)增益放大器是自動(dòng)增益控制應(yīng)用的常見選擇。
在設(shè)計(jì)諸如MMSE AGC等常規(guī)的數(shù)據(jù)輔助AGC時(shí)，需要進(jìn)行收斂速度與總均方誤差E{e2}之間仔細(xì)的權(quán)衡。一般而言，較快的收斂速度(對(duì)應(yīng)于較大的步長(zhǎng)μ)意味著較大的均方誤差；相反，較小的均方誤差意味著較小的步長(zhǎng)以及較慢的收斂。這部分歸因于AGC算法不擁有任何關(guān)于通道的先驗(yàn)信息、以及所有的增益自適應(yīng)均基于后驗(yàn)的接收信號(hào)這一事實(shí)。
然而，在某些通信系統(tǒng)中，影響信號(hào)振幅(或功率)的相關(guān)通道信息對(duì)接收機(jī)可用。這一先驗(yàn)通道狀態(tài)信息可以被接收機(jī)用于提高AGC的性能。能提供這類通道狀態(tài)信息的設(shè)備的一個(gè)例子是基于鐵電介質(zhì)的探針存儲(chǔ)設(shè)備。
圖3是基于鐵電介質(zhì)的探針存儲(chǔ)設(shè)備50的立體圖，它示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的存儲(chǔ)系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)。在圖3的基于鐵電的探針存儲(chǔ)設(shè)備50中，鐵電頭54的陣列52設(shè)置成與存儲(chǔ)介質(zhì)56相鄰。在圖3中所示的構(gòu)成中，陣列54和介質(zhì)56是平面的并且大致相互平行地延展。陣列54包括多個(gè)電極，它們與連接器58可操作地耦合。存儲(chǔ)介質(zhì)56與被構(gòu)造成相對(duì)于陣列52移動(dòng)介質(zhì)56的至少一個(gè)致動(dòng)器60耦合。此移動(dòng)使探頭相對(duì)于介質(zhì)56上個(gè)體的鐵電疇移動(dòng)。每個(gè)頭可包括一個(gè)或多個(gè)電極。
在這類設(shè)備中，頭與介質(zhì)之間的相對(duì)移動(dòng)可以通過嵌入的位置傳感器62來獲得。因?yàn)轭^與介質(zhì)的相對(duì)速度直接影響回讀信號(hào)振幅，所以位置信號(hào)對(duì)接收機(jī)變成先驗(yàn)知識(shí)并且可以被如下所述地利用。
如果有任何通道狀態(tài)信息以及通道狀態(tài)信息中的變化對(duì)接收機(jī)可靠地可用，而不是等待AGC環(huán)路以通過自適應(yīng)來跟蹤包含在所接收的信號(hào)中所包含的最終變化，則能對(duì)增益系數(shù)g進(jìn)行顯式調(diào)節(jié)來更高效地跟蹤變化。另一方面，常規(guī)的增益控制環(huán)路同樣需要跟蹤通道的其它變化因素，因?yàn)榭捎猛ǖ罓顟B(tài)信息通常是有噪而且不完整的。
圖4是示出通道狀態(tài)輔助的自動(dòng)增益控制70的一般架構(gòu)的示意圖。感興趣的信號(hào)αk在具有可變?cè)鲆姒?、通道響?yīng)hc和加性噪聲n的傳輸通道72上傳送。這將感興趣的信號(hào)轉(zhuǎn)變成由具有增益g的可控放大器電路74接收的信號(hào)r。增益受控的信號(hào)d由放大器輸出并被傳遞給檢測(cè)器76，檢測(cè)器76產(chǎn)生感興趣的信號(hào)的估計(jì)k。該估計(jì)通過具有響應(yīng)hc的反饋電路78以產(chǎn)生一估計(jì)的理想信號(hào) 該估計(jì)的理想信號(hào) 和信號(hào)d在求和點(diǎn)80被組合以產(chǎn)生用于控制AGC放大器的誤差信號(hào)e。自動(dòng)增益控制單元利用該誤差信號(hào)e，即理想信號(hào) 與增益受控信號(hào)d之差來適應(yīng)增益系數(shù)g。理論上，一旦環(huán)路穩(wěn)定，則增益g應(yīng)收斂于1/λ。
圖4中所示的架構(gòu)與常規(guī)AGC的不同之處在于如由箭頭82所示的對(duì)可用通道狀態(tài)信息的直接使用。此通道狀態(tài)信息并非來源于感興趣的信號(hào)。根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)，可以用各種方式來利用通道狀態(tài)信息。
圖5是本發(fā)明的示例AGC 90的示意圖，其中由基于MMSE的增益控制電路顯式地使用通道增益觀測(cè)值形式的通道狀態(tài)信息 通道增益觀測(cè)值可以是例如探針存儲(chǔ)設(shè)備中頭與介質(zhì)的相對(duì)速度。
所接收的信號(hào)r被輸入到乘法器92和94。乘法器92的輸出是增益受控的信號(hào)d。此信號(hào)被傳遞給檢測(cè)器以及產(chǎn)生估計(jì)的理想信號(hào) 的反饋電路96。在求和點(diǎn)98，估計(jì)的理想信號(hào) 和信號(hào)d被組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)e。將誤差信號(hào)e乘以所接收的信號(hào)以產(chǎn)生梯度估計(jì)η，在乘法器100中將此梯度估計(jì)η乘以一自適應(yīng)步長(zhǎng)μ以在線路102上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)被如框104中所示地積分以在線路106上產(chǎn)生一增益系數(shù)gl。實(shí)際通道增益λ的(可能)有噪觀測(cè)值 由低通濾波器(LPF)108濾波以減少噪聲。 的已濾波版本隨后由求倒器10求倒數(shù)以生成增益倍乘因數(shù)gc，因?yàn)樗谕姆糯笃髟鲆鎽?yīng)與實(shí)際通道增益成反比。
然后在求和點(diǎn)112將增益因數(shù)gc與MMSE AGC環(huán)路增益gl相加，達(dá)到總增益g＝gc+gl，它被乘法器92用于如圖所示地與所接收的信號(hào)相乘。
圖5的電路與圖2的電路相比提供兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，它在通道狀態(tài)特別是通道增益快速波動(dòng)時(shí)提供更快的獲取。與實(shí)際通道增益λ成比例地直接調(diào)節(jié)增益g能顯著地縮短增益環(huán)路跟上通道所用的時(shí)間。
第二，圖5的電路能具有較低的均方誤差。當(dāng)通過直接適應(yīng)增益g來捕捉大部分通道增益變動(dòng)時(shí)，環(huán)路帶寬可以被設(shè)置得小以解決殘余振幅變動(dòng)。具體而言，對(duì)于基于MMSE的通道狀態(tài)輔助的AGC，可以減小步長(zhǎng)μ，只要?dú)堄嘧儎?dòng)可以被閉環(huán)跟蹤到即可。因此，與常規(guī)的AGC相比，能獲得較小的均方誤差。這等效于有兩個(gè)單獨(dú)的環(huán)路參數(shù)用于增益適應(yīng)，它們分別跟蹤先驗(yàn)已知(通常大)和殘余未知(通常小得多)的振幅變動(dòng)。
對(duì)于探針存儲(chǔ)設(shè)備，介質(zhì)與頭的相對(duì)速度是影響信號(hào)振幅的主要因素。另外，此信息通?？捎糜谧x通道。當(dāng)圖1的系統(tǒng)被應(yīng)用于探針存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，通道增益λ與頭和介質(zhì)的相對(duì)速度成比例，即λ∝vk=Δxk-xk-1T---(2)]]>其中xk和xk-1分別為在時(shí)刻k和k-1的位置信號(hào)；T為第k與第k-1位置測(cè)量之間的間隔；而vk是在時(shí)刻k測(cè)得的相對(duì)速度。圖5提示如圖6中所示的通道狀態(tài)輔助的AGC。
圖6是本發(fā)明的示例AGC 120的示意圖，其中通道增益觀測(cè)值 由基于MMSE的增益控制電路顯式地利用。所接收的信號(hào)r被輸入到乘法器122和124。乘法器122的輸出是增益受控的信號(hào)d。此信號(hào)被傳遞給檢測(cè)器以及產(chǎn)生估計(jì)的理想信號(hào) 的反饋電路126。在求和點(diǎn)128估計(jì)的理想信號(hào) 和信號(hào)d被組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)e。將誤差信號(hào)e乘以所接收的信號(hào)以產(chǎn)生梯度估計(jì)η。在乘法器130中將此梯度估計(jì)乘以一自適應(yīng)步長(zhǎng)μ以在線路132上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)被如框134中所示地積分以在線路136上產(chǎn)生一增益系數(shù)gl。在此例中，對(duì)頭/介質(zhì)位置信號(hào)138進(jìn)行相對(duì)速度計(jì)算140以產(chǎn)生(可能的)有噪觀測(cè)值，該觀測(cè)值由低通濾波器(LPF)142濾波以減少噪聲。 的已濾波版本隨后由求倒器144求倒數(shù)以生成增益倍乘因數(shù)gc。然后在求和點(diǎn)146將該增益因數(shù)gc與MMSE AGC環(huán)路增益gl相加，達(dá)到總增益g＝gc+gl，它被乘法器122用于如圖所示地與所接收的信號(hào)相乘。
圖6中所示的AGC可用簡(jiǎn)單直接的方式擴(kuò)展成在圖7中示例的的非數(shù)據(jù)輔助自動(dòng)增益控制。圖7是本發(fā)明的示例AGC 150的示意電路，其中通道增益觀測(cè)值 被基于MMSE的增益控制電路顯式地利用。在非數(shù)據(jù)輔助自動(dòng)增益控制系統(tǒng)中，常常為了實(shí)現(xiàn)最優(yōu)系統(tǒng)性能而預(yù)設(shè)所期望的信號(hào)功率Pd。所接收的信號(hào)r被輸入到乘法器152，并且步長(zhǎng)信號(hào)被輸入乘法器154。乘法器152的輸出是增益受控信號(hào)d。此信號(hào)被傳遞給檢測(cè)器電路156。增益受控信號(hào)d如框158中所示地被處理以產(chǎn)生平均信號(hào)功率估計(jì) 在求和點(diǎn)160中從所期望的信號(hào)功率Pd減去平均信號(hào)功率估計(jì) 以產(chǎn)生誤差信號(hào)e。將該誤差信號(hào)e乘以步長(zhǎng)信號(hào)以在線路162上產(chǎn)生一信號(hào)。線路162上的信號(hào)被如框164中所示地積分以在線路166上產(chǎn)生一增益系數(shù)gl。對(duì)頭/介質(zhì)位置信號(hào)168進(jìn)行相對(duì)速度計(jì)算170以產(chǎn)生(可能的)有噪觀測(cè)值，該觀測(cè)值由低通濾波器(LPF)172濾波以減少噪聲。隨后，該觀測(cè)值的已濾波版本由求倒器174求倒數(shù)以生成增益倍乘因數(shù)gc。然后在求和點(diǎn)176將此增益因數(shù)gc與MMSE AGC環(huán)路增益gl相加，達(dá)到總增益g＝gc+gl，它被乘法器152用于如圖所示地與所接收的信號(hào)相乘。
在此方案中，誤差信號(hào)e是通過從所期望的信號(hào)功率Pd減去估計(jì)的平均信號(hào)功率 來產(chǎn)生的，且增益適應(yīng)是在梯度下降算法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。
另外，本發(fā)明還可以被無技術(shù)難度地?cái)U(kuò)展至開環(huán)的非數(shù)據(jù)輔助自動(dòng)增益控制電路的情形。這一例子在圖8中示出。在圖8中，頭/介質(zhì)位置信號(hào)270被如框272中所示地處理以在線路274上產(chǎn)生一相對(duì)速度信號(hào)。該相對(duì)速度信號(hào)被如框276中所示地低通濾波并且被如框278中所示地求倒數(shù)以產(chǎn)生增益因數(shù)gc?；刈x信號(hào)r首先被如框280所示地延遲τ1，以補(bǔ)償在控制路徑中產(chǎn)生的延遲(本質(zhì)上是由LPF引起的)。然后將線路282上的延遲的信號(hào)放大284如上所述的從位置信號(hào)計(jì)算出的增益gc以產(chǎn)生一中間信號(hào)rd。然后對(duì)此中間信號(hào)rd進(jìn)行第二級(jí)增益控制286。在第二級(jí)增益控制中，如框288中所示地估計(jì)rd的平均信號(hào)功率 如框290所示地將此估計(jì)的平均信號(hào)功率與所期望的信號(hào)功率Pd相比較，并獲得 與Pd之比。然后對(duì)該比值求平方根(框292)以獲得第二級(jí)增益因數(shù)g。然后當(dāng)在控制路徑中引入τ2的延遲296(主要因?yàn)樵诠烙?jì)平均功率時(shí)產(chǎn)生的延遲)之后，如圖所示地由乘法器294將中間信號(hào)rd乘以增益g。
本發(fā)明的性能已被仿真以驗(yàn)證通道狀態(tài)輔助的AGC這一發(fā)明的有效性。假設(shè)記錄通道在系統(tǒng)中只出現(xiàn)加性高斯白噪聲(AWGN)的情況下具有誤差函數(shù)瞬態(tài)響應(yīng)。
圖9a、9b、9c和9d示出常規(guī)的MMSE AGC的仿真結(jié)果。圖10a、10b、10c和10d示出通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的仿真結(jié)果。圖9a和圖10a示出來自通道的原始回讀信號(hào)。過采樣比為10。由于頭/介質(zhì)掃描速度步進(jìn)，因此對(duì)于兩個(gè)信號(hào)在時(shí)刻(就信號(hào)樣本的意義而言)2048左右(等于第2048個(gè)碼元周期)信號(hào)振幅大約有從±0.6至±0.9的突變。圖9a、9b、9c和9d標(biāo)繪出數(shù)據(jù)輔助MMSE AGC的仿真結(jié)果。數(shù)據(jù)檢測(cè)通過簡(jiǎn)單的閾值檢測(cè)器來實(shí)現(xiàn)。增益自適應(yīng)步長(zhǎng)被設(shè)置成0.02。圖9b中示出增益因數(shù)g。從圖中顯然可看出該自適應(yīng)是成功的，雖然花了超過一百個(gè)碼元周期才讓AGC環(huán)路穩(wěn)定。圖9c和9d還清楚地示出收斂過程，它們分別示出仿真的經(jīng)AGC調(diào)節(jié)信號(hào)和誤差信號(hào)(相對(duì)于理想信號(hào)電平)。
圖10a、10b、10c和10d示出根據(jù)本發(fā)明的通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC算法的仿真結(jié)果。假設(shè)經(jīng)由具有加性高斯白噪聲(AWGN)惡化(以及0.002的標(biāo)準(zhǔn)偏差)的有噪設(shè)備由讀通道來觀測(cè)頭/介質(zhì)掃描速度的步進(jìn)。通過采用圖6中所示的方案并使一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為0.8/(1-0.2D)，其中D是延遲算子，增益控制環(huán)路就能非常好地跟上信號(hào)振幅的突變。延遲算子D將傳入信號(hào)延遲單位時(shí)間(由采樣率決定)并且常被用于構(gòu)造數(shù)字濾波器。
這從其中示出經(jīng)AGC調(diào)節(jié)信號(hào)和誤差信號(hào)功率軌跡的圖10c和10d中可尤其明顯地看出。與圖9c和9d對(duì)比，對(duì)于通道狀態(tài)輔助的方案，增益收斂于所期望的值要快得多。誤差功率軌跡中的尖鋒是由于通道狀態(tài)變化與可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)的增益更新之間的延遲以及位置信號(hào)的低通濾波效因。如圖11中所示，通過在信號(hào)路徑中插入合適的延遲以補(bǔ)償在控制路徑中發(fā)生的延遲，這類尖鋒可以被減輕或甚至完全消除。除了如框300所示的在接收信號(hào)路徑中增加了延遲之外，圖11與圖6相同。
如上所述，如果可以通過可用通道狀態(tài)信息來捕捉通道增益中變動(dòng)的主要部分，則可以對(duì)通道狀態(tài)AGC方案進(jìn)一步縮小環(huán)路帶寬以減少均方誤差。比較起來，縮小環(huán)路帶寬導(dǎo)致常規(guī)的數(shù)據(jù)輔助AGC收斂顯著變慢。圖12a和圖12b分別示出當(dāng)自適應(yīng)步長(zhǎng)被設(shè)置為0.002時(shí)常規(guī)的MMSE AGC和通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC的仿真誤差功率軌跡。從圖12a中顯而易見常規(guī)的MMSE算法收斂較慢。
下面說明CSA MMSE AGC算法的穩(wěn)定性和收斂性分析。特別地，已基于圖5中所示的MMSE反饋環(huán)路對(duì)CSA AGC算法的穩(wěn)定性和收斂性行為進(jìn)行了調(diào)查。
假定接收機(jī)可用的通道狀態(tài)信息是不完整的。換言之，如果實(shí)際通道碼元響應(yīng)可以由以下式表征p(t)＝(λc+λl)h(t)(3)其中，λc和λl可以是時(shí)變的，且h(t)是AGC算法的目標(biāo)通道響應(yīng)，則可用通道狀態(tài)信息是λc的有噪觀測(cè)值。此分析限于其中λc≠0的非退化情形。λc的有噪觀測(cè)值被低通濾波并被求倒數(shù)以生成由 表示的λc的估計(jì)。時(shí)刻k的估計(jì)由 表示，且其倒數(shù)由g^c(k)=Δ1λ^c(k)]]>表示。因此，g^c(k)=gc(k)+μc(k)---(4)]]>其中，不失一般性，gc(k)=1λc(k)]]>和uc(k)被假定為零均值隨機(jī)變量。在以下穩(wěn)定性分析中，假定limk→∞E{uc(k)}=0---(5)]]>如果λc為常數(shù)或緩慢時(shí)變。
圖5顯示r(k)=(λc+λl)d^(k)+n(k)---(6)]]>以及d(k)＝(gc(k-1)+gl(k-1))r(k)(7)其中，n(k)為通道噪聲，且被假定為零均值。
現(xiàn)在，用下式更新增益系數(shù)gl(k)gl(k)=gl(k-1)+μr(k)·e(k)=gl(k-1)+μr(k)·[d^(k)-d(k)].---(8)]]>將式(6)和(7)代入(8)得到gl(k)=gl(k-1)+μ[d^(k)2λ(1-g(k-1)λ)+n(k)(1-g(k-1)λ)d^(k)]]>-λd^(k)g(k-1)n(k)-g(k-1)n(k)2].---(9)]]>
意識(shí)到g(k)＝gl(k)+gc(k)并對(duì)兩邊取期望，則E{gl(k)}＝E{gl(k-1)}(1-μPdλ2-μPn)+μPdλ-μ(Pdλ2+Pn)E{gc(k-1)}＝E{gl(k-1)(1-μPr)+μPdλ-μPrE{gc(k-1)}.(10)在式(10)中，假定噪聲n(k)為零均值的并且與信號(hào) 不相關(guān)。另外，Pd=ΔE{d^(k)2},Pn=ΔE{n(k)2}andPr=ΔE{r(k)2},]]>已被定義以分別表示所期望的平均信號(hào)功率、通道噪聲功率和所接收的信號(hào)功率。
為了使算法穩(wěn)定，式(10)的右手側(cè)中的第一項(xiàng)的大小應(yīng)隨時(shí)間減小。這得到μ(Pdλ2+Pn)＝μPr＜2.(11)從而，穩(wěn)態(tài)跟蹤速度等于20log10(1-μPr)dB/輪，它指示以下環(huán)路增益Kt≈μPr.(12)另外，根據(jù)式(10)，gl的穩(wěn)態(tài)解由下式給出limk→∞E{gl(k)}=Pdλ-(Pdλ2+Pn)/λcPdλ2+Pn=PdλPr-1λc.---(13)]]>從以上分析，觀測(cè)到對(duì)于反饋環(huán)路本身，CSA AGC的穩(wěn)定性和收斂速度與常規(guī)的MMSE AGC相似。然而，注意到反饋環(huán)路本質(zhì)上是在跟蹤殘余通道增益波動(dòng)λl，而不是如在常規(guī)的MMSE AGC架構(gòu)的情形中那樣在跟蹤總增益λc+λl。CSAAGC的自適應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ由下式界定τ≤τl+τc(14)其中，τl和τc分別表示如圖5中所指示的通道狀態(tài)信息分支的MMSE反饋環(huán)路和LPF的時(shí)間常數(shù)。在仿真中，τc＜＜1而τl＝1/Kt＞＞1。因此，τ可以由下式近似τ≈τl.(15)當(dāng)λc捕捉到通道增益波動(dòng)的主要部分時(shí)，不難看出通道狀態(tài)輔助的AGC收斂比常規(guī)的MMSE AGC快得多，因?yàn)樵谧赃m應(yīng)時(shí)間常數(shù)相似的情況下，常規(guī)的MMSE AGC需要跟蹤λc以及λl中的變動(dòng)，而CSA AGC只跟蹤λl。
對(duì)于均方誤差分析，以圖2中所示的常規(guī)MMSE AGC算法開始。誤差信號(hào)e的方差為E{e2}=E{(d^-d)2}---(16)]]>=E{(d^-g·r)2}.]]>將g~=λPd/Pr]]>的穩(wěn)定解代入式(16)，誤差方差可以被簡(jiǎn)化成ϵmin=ΔE{e2}|g=g~=PdPnPr,---(17)]]>它是環(huán)路能實(shí)現(xiàn)的最小均方誤差εmin。隨后，它支持E{η2}=E{r2(d^-d)2}]]>=E{r2}E{(d^-d)2}---(18)]]>=PrE{e2}]]>其中該環(huán)路消除了r與e之間的任何關(guān)聯(lián)。
圖13a是常規(guī)MMSE AGC的簡(jiǎn)化模型180。在乘法器182中將信號(hào)r2乘以增益g。這在線路184上產(chǎn)生一信號(hào)，在求和點(diǎn)186從信號(hào) 減去該信號(hào)以在線路188上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)在乘法器190中被乘以步長(zhǎng)μ。在線路192上所得的信號(hào)被如由框194所示地積分以產(chǎn)生增益信號(hào)g。
圖13b是顯式地示出增益失配的常規(guī)MMSE AGC的進(jìn)一步簡(jiǎn)化的模型。在圖13b中，在求和點(diǎn)200從信號(hào) 減去增益g以在線路202上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)在乘法器204中被乘以Prμ以在線路206上產(chǎn)生一信號(hào)，所得的信號(hào)被如由框208所示地積分以產(chǎn)生增益g。
現(xiàn)在因?yàn)?amp;eta;=r(d^-gr)=rd^-gr2,---(19)]]>所以圖2能被簡(jiǎn)化成圖13a中所示的模型。如果r2和 將由它們各自的確定性均值Pr和λPd代替，則可以由如圖13b中所示的單個(gè)隨機(jī)變量z來捕捉由噪聲引起的變動(dòng)，其中從環(huán)路中移出Pr的公因數(shù)。不難示出z的方差變成
σ22=E{(ηPr)2}=E{r2}E{e2}Pr2≈ϵminPr=PdPnPr2---(20)]]>考慮從z到g的環(huán)路傳遞函數(shù)。則Z變換由下式給出Gc(z)=KtKt+z-1,---(21)]]>其中Kt＝μPr。增益失配為σv2=σz2Bl---(22)]]>其中Bl=∫-0.50.5|Gc(ej2πw)|2dw=Kt2-Kt.---(23)]]>可見對(duì)于Kt＜＜1，增益g的均方誤差與自適應(yīng)步長(zhǎng)μ和噪聲功率Pn成比例。
對(duì)于通道狀態(tài)輔助的MMSE AGC，還考慮經(jīng)由通道狀態(tài)信息引入的噪聲。圖14a中示出了圖6中的環(huán)路模型的簡(jiǎn)化形式。在求和點(diǎn)210將信號(hào)gc與環(huán)路增益gl相加以產(chǎn)生增益信號(hào)g。在乘法器212中將信號(hào)r2乘以增益g。這在線路214上產(chǎn)生一信號(hào)，在求和點(diǎn)216從信號(hào) 減去該信號(hào)以在線路218上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)由乘法器220乘以步長(zhǎng)μ。在線路222上所得的信號(hào)被如由框224所示地積分以產(chǎn)生增益信號(hào)gl。
在圖14b中，在求和點(diǎn)230將環(huán)路增益gl與通道增益λc的倒數(shù)相加以產(chǎn)生增益g。在求和點(diǎn)232從信號(hào) 減去增益g以在線路234上產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)在乘法器236中被乘以Prμ以產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)被如框240所示地積分以產(chǎn)生環(huán)路增益gl。
根據(jù)式(10)，gl的穩(wěn)態(tài)解等于E{gl}=PdλPr-1λc.---(24)]]>如果通道狀態(tài)觀測(cè)值無偏，即E{gc}＝1/λc，則g0可定義為go=ΔE{g}=E{gl}+E{gc}=Pd(λl+λc)Pr.---(25)]]>
這導(dǎo)致誤差方差ϵmin=E{e2}|g=go=E{(d^-d)2}=PdPnPr---(26)]]>以及E{η2}|g=go=PdPn.---(27)]]>類似于圖13b，由噪聲引起的在理想值g0附近的波動(dòng)可由z捕捉，而由于觀測(cè)噪聲gc引起的變動(dòng)可由w表征，w被定義為通道狀態(tài)觀測(cè)噪聲。根據(jù)式(27)，z的方差為E{z2}=E{(η/Pr)2}=PdPnPr2,---(28)]]>而w的方差僅僅是觀測(cè)誤差功率E{Uc2}。由此，環(huán)路均方誤差為E{v2}＝{εmin/Pr+Pnc}Bl(29)其中，Bl，在式(23)定義且Pnc=E{Uc2}.]]>實(shí)際上，當(dāng)自適應(yīng)步長(zhǎng)μ小時(shí)，Bl≈μPr/2成立。如果下式成立則CSA MMSEAGC算法實(shí)現(xiàn)更小的誤差方差(PdPnPr2+Pnc)μ1Pr2≤PdPnPr2μ2Pr2---(30)]]>其中μ1和μ2分別是CSA MMSE AGC和常規(guī)MMSE AGC環(huán)路的步長(zhǎng)。因此，如果下式成立Pnc≤(μ2μ1-1)PdPnPr2---(31)]]>則通道狀態(tài)AGC算法能實(shí)現(xiàn)比常規(guī)MMSE AGC算法更小的跟蹤誤差(在穩(wěn)態(tài)下)。這在通道增益變動(dòng)的主要部分已由λc捕捉的情形中是可能的。因此，與常規(guī)AGC的λl+λc對(duì)比，可以將μ1設(shè)置得比μ2小得多，因?yàn)閷?duì)CSA AGC算法只需跟蹤λl中的殘余變動(dòng)。
現(xiàn)在應(yīng)很顯然，與常規(guī)的AGC方法相比，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)更快的增益獲取以及潛在地可能實(shí)現(xiàn)更小的均方跟蹤誤差。作為一個(gè)應(yīng)用例子，本方法被應(yīng)用于探針存儲(chǔ)設(shè)備以進(jìn)行自動(dòng)增益控制，其中諸如介質(zhì)/頭相對(duì)速度的通道狀態(tài)信息對(duì)讀通道已知。
圖15是包括作為讀/寫設(shè)備250示出的鐵電存儲(chǔ)裝置的系統(tǒng)的框圖。從這些設(shè)備讀取的數(shù)據(jù)被如由框252所示地解多路分解并通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的自動(dòng)增益控制254。自動(dòng)增益控制的輸出由模數(shù)轉(zhuǎn)換器256轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并由檢測(cè)器258檢測(cè)。定時(shí)環(huán)路260獲得來自檢測(cè)器258的檢測(cè)到的數(shù)據(jù)的訪問，并計(jì)算采樣率，該采樣率被提供給向模數(shù)轉(zhuǎn)換器256。在一替換實(shí)施例中，數(shù)據(jù)序列由已知數(shù)據(jù)提供。歸納和演繹定時(shí)恢復(fù)方法均可用于定時(shí)恢復(fù)。換言之，在不制導(dǎo)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)序列的情況下定時(shí)環(huán)路260也可以工作。所檢測(cè)到的信號(hào)由糾錯(cuò)碼解碼器262解碼并向用戶發(fā)送。糾錯(cuò)碼的例子包括但不限于Reed-Solomon碼、Reed-Muller碼或更一般地有BCH碼。經(jīng)解碼的信號(hào)還被發(fā)送至緩沖器264并在被重寫到存儲(chǔ)介質(zhì)之前進(jìn)行如由框266所示的糾錯(cuò)編碼。在一個(gè)替換實(shí)施例中，根據(jù)通道的原始誤碼率可以間歇地跳過糾錯(cuò)編碼。換言之，可以間歇地不經(jīng)過糾錯(cuò)解碼和編碼將數(shù)據(jù)寫回介質(zhì)。
在本說明書中，為了便于說明，討論集中在數(shù)據(jù)輔助的和閉環(huán)的AGC，但所提出的方法也可以用簡(jiǎn)單直接的方式擴(kuò)展至非數(shù)據(jù)輔助的和/或開環(huán)的情形。圖8中示出了利用通道狀態(tài)信息的開環(huán)AGC。
雖然以幾個(gè)例子的形式說明了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是可以對(duì)所公開的例子進(jìn)行各種修改而不會(huì)背離在所附權(quán)利要求書中闡明的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括用于產(chǎn)生通道增益控制信號(hào)的電路；放大器，用于響應(yīng)于所述通道增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)；并且其中所述通道增益控制信號(hào)是從通道狀態(tài)信號(hào)生成的，所述通道狀態(tài)信號(hào)不是從所述感興趣的信號(hào)導(dǎo)出的。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于產(chǎn)生通道增益控制信號(hào)的電路包括傳感器，用于測(cè)量對(duì)所述感興趣的信號(hào)的振幅有影響的通道特性；以及處理器，用于將所測(cè)得的通道特性轉(zhuǎn)換成所述通道增益控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述用于產(chǎn)生通道增益信號(hào)的電路包括傳感器，用于產(chǎn)生頭/介質(zhì)位置信號(hào)；以及處理器，用于響應(yīng)于所述頭/介質(zhì)位置信號(hào)產(chǎn)生相對(duì)速度信號(hào)，其中所述頭/介質(zhì)位置信號(hào)被用于產(chǎn)生所述通道增益信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括第二級(jí)可變?cè)鲆娣糯笃?，用于響?yīng)于環(huán)路增益控制信號(hào)放大所述感興趣的信號(hào)。
5.一種裝置，包括第一電路，用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號(hào)；第二電路，用于產(chǎn)生通道增益信號(hào)；以及放大器，用于響應(yīng)于增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)；其中所述增益控制信號(hào)包括所述環(huán)路增益信號(hào)和所述通道增益信號(hào)的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述放大器產(chǎn)生增益受控信號(hào)，并且所述用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號(hào)的第一電路包括檢測(cè)器，用于產(chǎn)生估計(jì)的理想信號(hào)；用于將所述增益受控信號(hào)與所述估計(jì)的理想信號(hào)組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)的組件；以及第三電路，用于處理所述誤差信號(hào)以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述用于將增益受控信號(hào)與所述估計(jì)的理想信號(hào)組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)的組件包括求和點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第三電路包括第二放大器，用于將所述誤差信號(hào)乘以所述感興趣的信號(hào)以產(chǎn)生中間變量信號(hào)；以及第三放大器，用于將所述中間變量信號(hào)乘以一自適應(yīng)常數(shù)。
9.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述放大器產(chǎn)生增益受控信號(hào)，并且所述用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號(hào)的第一電路包括處理器，用于確定所述增益受控信號(hào)的平均信號(hào)功率；用于將所述平均信號(hào)功率與所期望的信號(hào)功率組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)的組件；以及第三電路，用于處理所述誤差信號(hào)以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號(hào)。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述用于將平均信號(hào)功率與所期望的信號(hào)功率組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)的組件包括求和點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第三電路包括第二放大器，用于將所述誤差信號(hào)乘以所述感興趣的信號(hào)以產(chǎn)生中間變量信號(hào)；以及第三放大器，用于將所述中間變量信號(hào)乘以一自適應(yīng)常數(shù)。
12.一種方法，包括產(chǎn)生通道增益控制信號(hào)；以及響應(yīng)于所述通道增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)；其中所述通道增益控制信號(hào)是通道狀態(tài)信號(hào)生成的，所述通道狀態(tài)信號(hào)不是從所述感興趣的信號(hào)導(dǎo)出的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生通道增益控制信號(hào)的步驟包括測(cè)量對(duì)所述感興趣的信號(hào)的振幅有影響的通道特性；以及將所測(cè)得的通道特性轉(zhuǎn)換成所述通道增益控制信號(hào)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述用于產(chǎn)生通道增益信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生頭/介質(zhì)位置信號(hào)；以及響應(yīng)于所述頭/介質(zhì)位置信號(hào)產(chǎn)生相對(duì)速度信號(hào)，其中所述頭/介質(zhì)位置信號(hào)被用于產(chǎn)生所述通道增益信號(hào)。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括使用第二級(jí)放大器響應(yīng)于環(huán)路增益控制信號(hào)放大所述感興趣的信號(hào)。
16.一種方法，包括產(chǎn)生環(huán)路增益信號(hào)；產(chǎn)生通道增益信號(hào)；以及響應(yīng)于增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)，其中所述增益控制信號(hào)包括所述環(huán)路增益信號(hào)和所述通道增益信號(hào)的組合。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生通道增益信號(hào)的步驟包括產(chǎn)生頭/介質(zhì)位置信號(hào)；以及響應(yīng)于所述頭/介質(zhì)位置信號(hào)產(chǎn)生相對(duì)速度信號(hào)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生增益受控信號(hào)；產(chǎn)生估計(jì)的理想信號(hào)；將所述增益受控信號(hào)與所述估計(jì)的理想信號(hào)組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)；以及處理所述誤差信號(hào)以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號(hào)。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生增益受控信號(hào)；確定所述增益受控信號(hào)的平均信號(hào)功率；將所述平均信號(hào)功率與所期望的信號(hào)功率組合以產(chǎn)生誤差信號(hào)；以及處理所述誤差信號(hào)以產(chǎn)生所述環(huán)路增益信號(hào)。
20.一種裝置，包括鐵電存儲(chǔ)介質(zhì)；探針陣列，用于從所述鐵電存儲(chǔ)介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)；第一電路，用于產(chǎn)生環(huán)路增益信號(hào)；第二電路，用于產(chǎn)生通道增益信號(hào)；以及放大器，用于響應(yīng)于增益控制信號(hào)放大所讀取的信號(hào)；其中所述增益控制信號(hào)包括所述環(huán)路增益信號(hào)和所述通道增益信號(hào)的組合。
全文摘要
一種包括用于生成通道增益控制信號(hào)的電路、和用于響應(yīng)于該通道增益控制信號(hào)放大感興趣的信號(hào)的放大器的裝置，其中該通道增益控制信號(hào)是從并非來源于該感興趣的信號(hào)的通道狀態(tài)信號(hào)生成的。
文檔編號(hào)H04B7/005GK101087162SQ20071012643
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者楊學(xué)士 申請(qǐng)人:希捷科技有限公司