專利名稱：全數(shù)字自動增益控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線信號傳輸領(lǐng)域，特別是涉及一種全數(shù)字自動增益控制裝置。本發(fā) 明還涉及一種全數(shù)字自動增益控制的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
全數(shù)字自動增益控制是指對數(shù)字信號以數(shù)字方式(例如用乘法器)進(jìn)行自動增益 調(diào)整。常見的全數(shù)字自動增益控制有兩種方式前饋式全數(shù)字自動增益控制和反饋式全數(shù) 字自動增益控制。前饋式全數(shù)字自動增益控制裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)前的輸入數(shù)字信號Iiin，經(jīng) 過功率或峰值檢測器檢測出其功率或峰值，再根據(jù)功率或者峰值從查找表模塊中找到一個 合適的常數(shù)K，經(jīng)乘法器將輸入數(shù)字信號Rin與常數(shù)K相乘，使得到的輸出信號R。ut = K*Rin 的大小符合需要。反饋式全數(shù)字自動增益控制裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，輸出信號R。ut經(jīng)過功率或峰 值檢測器檢測出其功率或峰值，該功率或峰值信號由環(huán)路濾波器濾波，根據(jù)濾波后的功率 或者峰值從查找表模塊中找到一個合適的常數(shù)K，乘法器將輸入數(shù)字信號Iiin與常數(shù)K相乘， 使得到的輸出信號R。ut = K*Rin的大小符合需要。前饋式全數(shù)字自動增益控制比較簡單，魯棒性好；反饋式全數(shù)字自動增益控制響 應(yīng)比較快，但魯棒性不容易控制。如圖3所示，在國標(biāo)數(shù)字電視地面廣播接收系統(tǒng)中，有兩路數(shù)字信號(分別記作r 和h)都需要處理，而這兩路數(shù)字信號又各自通過一個FFT (快速傅立葉變換)模塊變換后 得到數(shù)字信號R和H，使最后的R和H大小符合需要。參見圖4所示，為了能使數(shù)字信號R 和H都能滿足要求，有人設(shè)計(jì)了一種直接的全數(shù)字自動增益控制裝置，總共需要4個自動增 益控制裝置A-D，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種全數(shù)字自動增益控制裝置，能夠同時對輸入 的r、h兩路數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)整，并且魯棒性好，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度低；為此，本發(fā)明還要提供一 種全數(shù)字自動增益控制的實(shí)現(xiàn)方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的全數(shù)字自動增益控制裝置包括最大比特檢測器，用于檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位，并根據(jù)該最高有效位 與參考值B的差值N確定輸入數(shù)字信號r、h的移位方向及位數(shù)；移N位寄存器，與最大比特檢測器的輸出端相連接，在最大比特檢測器的控制下 對輸入數(shù)字信號h移位N位；移N-P位寄存器，與最大比特檢測器的輸出端相連接，在最大比特檢測器的控制 下對輸入數(shù)字信號r移位N-p位；第一快速傅立葉變換模塊，與移N-p位寄存器相連接，將移位后的數(shù)字信號r從時域變換到頻域，得到頻域數(shù)字信號FFT (r)；第二快速傅立葉變換模塊，與移N位寄存器相連接，將移位后的數(shù)字信號h從時域 變換到頻域，得到頻域數(shù)字信號FFT (h)；檢測峰值模塊，與第二快速傅立葉變換模塊相連接，檢測頻域數(shù)字信號|FFT(h) 的最大值；查找表模塊，與檢測峰值模塊相連接，根據(jù)頻域數(shù)字信號|FFT(h) I的最大值查表 得到對應(yīng)的增益系數(shù)K;第一乘法器，與第一快速傅立葉變換模塊和查找表模塊相連接，將頻域數(shù)字信號 FFT (r)與增益系數(shù)K相乘，得到輸出數(shù)字信號R ；第二乘法器，與第二快速傅立葉變換模塊和查找表模塊相連接，將頻域數(shù)字信號 FFT (h)與增益系數(shù)K相乘，得到輸出的數(shù)字信號H。本發(fā)明的全數(shù)字自動增益控制方法包括如下步驟步驟一、檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位W，根據(jù)最高有效位W和參考值B的差 值N決定移位操作的方向及位數(shù)；步驟二、對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行移N位的操作，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行移N-p的操 作；其中P為大于等于0的正整數(shù)；步驟三、對移位后的輸入數(shù)字信號r和h分別進(jìn)行快速傅立葉變換，分別得到頻域 數(shù)字信號 FFT (r)、FFT (h)；步驟四、檢測頻域數(shù)字信號FFT(h)的最大值，以該最大值作為地址，經(jīng)查表得到 增益系數(shù)K;步驟五、將頻域數(shù)字信號FFT(r)、FFT(h)分別與增益系數(shù)K相乘，得到需要的輸出 數(shù)字信號R和H。本發(fā)明根據(jù)一路輸入數(shù)字信號h來同時調(diào)整兩路輸入數(shù)字信號h和r，簡化了控制 過程；此外，功率檢測用簡單的檢測最高有效位實(shí)現(xiàn)，乘法器用簡單的移位操作來實(shí)現(xiàn)，這 樣就降低了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。為了不降低增益控制精度，本發(fā)明采用乘法器和查找表等相對復(fù)雜的裝置，但是 仍然只根據(jù)其中一路信號來同時調(diào)整兩路信號，通過復(fù)用資源降低了復(fù)雜度，而且魯棒性 較高。本發(fā)明的全數(shù)字自動增益控制方案用低復(fù)雜度的方式實(shí)現(xiàn)了兩路信號的同時調(diào) 整，且精度較高。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是前饋式全數(shù)字自動增益控制裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2是反饋式全數(shù)字自動增益控制裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3是兩路數(shù)字信號的示意圖；圖4是直接的全數(shù)字自動增益控制裝置結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明的全數(shù)字自動增益控制裝置一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖(一)；圖6是本發(fā)明的全數(shù)字自動增益控制裝置一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖(二)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖5、6所示，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述全數(shù)字自動增益控制裝置粗調(diào)和 細(xì)調(diào)相結(jié)合的技術(shù)實(shí)施方案。粗調(diào)部分包括最大比特檢測器，用于檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位，并根據(jù)該最高有效位 與參考值B的差值N確定輸入數(shù)字信號r、h的移位方向及位數(shù)。由于輸入數(shù)字信號h是用 2進(jìn)制數(shù)來表示的，因此最大比特檢測器具體實(shí)現(xiàn)時是很簡單的，只要找“1”所在的最高有 效位即可；例如h = 5，其2進(jìn)制表示為“101”，其中“1”所在的最高有效位為3，所以最高 有效位 Max_BW(h) = 3。參考值B是大于0的正整數(shù)，并且B越大精度越好但實(shí)現(xiàn)也復(fù)雜；在本實(shí)施例中B 等于10。因此，在本實(shí)施例中N = Max_BW(h)-10, N的值可能是正整數(shù)、負(fù)整數(shù)或零。所述最大比特檢測器由一檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位檢測模塊及與其輸 出端連接的減法器組成；最高有效位檢測模塊，用于檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位W ； 所述減法器將最高有效位W與參考值B相減，得到的差值N用于決定移位操作的方向及位 數(shù)。移N位寄存器，與最大比特檢測器的輸出端相連接，在最大比特檢測器的控制下 對輸入數(shù)字信號h移位N位。當(dāng)N小于0時，所述移N位寄存器進(jìn)行左移|N|位操作且末尾 補(bǔ)上INI個零；當(dāng)N大于0時，所述移N位寄存器進(jìn)行右移N位操作，即將最低的N位去掉； 當(dāng)N等于0時，所述移N位寄存器不做任何移位操作。例如h = 5，其2進(jìn)制表示為‘ 101’， 左移1位操作的結(jié)果為‘1010’，右移1位操作的結(jié)果為‘10’。移N-p位寄存器，與最大比特檢測器的輸出端相連接，在最大比特檢測器的控制 下對輸入數(shù)字信號r移位N-p位。當(dāng)N-p小于0時，所述移N-p位寄存器進(jìn)行左移| N-p |位 操作且末尾補(bǔ)上|N-p|個零；當(dāng)N-p大于0時，所述移N-p位寄存器進(jìn)行右移N-p位操作， 即將最低的N-p位去掉；當(dāng)N-p等于0時，所述移N-p位寄存器不做任何移位操作；其中，ρ 為大于等于0的正整數(shù)。在本實(shí)施例中ρ等于2。因?yàn)閞支路輸入數(shù)字信號是根據(jù)找到的 h支路輸入數(shù)字信號而不是r支路輸入數(shù)字信號的最高有效位來調(diào)整的，為了防止r支路輸 入數(shù)字信號溢出，留出P位作為安全保護(hù)。經(jīng)過粗調(diào)后即移位后的數(shù)字信號r、h，需要進(jìn)行快速傅立葉變換。第一快速傅立葉變換模塊，與移N-p位寄存器相連接，將移位后的數(shù)字信號r從時 域變換到頻域，得到頻域數(shù)字信號FFT (r)。第二快速傅立葉變換模塊，與移N位寄存器相連接，將移位后的數(shù)字信號h從時域 變換到頻域，得到頻域數(shù)字信號FFT (h)。細(xì)調(diào)部分是為了在FFT (快速傅立葉變換)之后能更充分的利用數(shù)據(jù)的比特寬度。 細(xì)調(diào)階段與粗調(diào)階段相比并不是簡單的進(jìn)行移位操作，而是先根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)大小得到一個 查找表地址Adress，然后根據(jù)這個地址從一張查找表格中選出對應(yīng)的增益系數(shù)。細(xì)調(diào)部分 目的是保證增益調(diào)整后，數(shù)據(jù)盡量將比特位寬度占滿。所述細(xì)調(diào)部分包括檢測峰值模塊，查找表模塊，第一乘法器，第二乘法器。檢測峰值模塊，與第二快速傅立葉變換模塊相連接，檢測頻域數(shù)字信號I FFT (h)的最大值。查找表模塊，與檢測峰值模塊相連接，根據(jù)頻域數(shù)字信號I FFT (h) I的最大值查表 得到對應(yīng)的增益系數(shù)K。檢測峰值模塊的作用相當(dāng)于地址生成器，將檢測的頻域數(shù)字信號|FFT(h) I的最 大值作為地址，根據(jù)該地址從查找表模塊查找到增益系數(shù)K。第一乘法器，與第一快速傅立葉變換模塊和查找表模塊相連接，將頻域數(shù)字信號 FFT (r)與增益系數(shù)K相乘，得到輸出數(shù)字信號R ；第二乘法器，與第二快速傅立葉變換模塊和查找表模塊相連接，將頻域數(shù)字信號 FFT (h)與增益系數(shù)K相乘，得到輸出的數(shù)字信號H。 所述檢測峰值模塊包括最大比特檢測單元，用于檢測頻域數(shù)字信號|FFT(h)|的最大比特位數(shù)Max_ Bff{| FFT (h) }。最大值檢測器，用于檢測頻域數(shù)字信號|FFT(h) I的最大值Val。移M位寄存器，與最大比特檢測單元和最大值檢測器相連接，根據(jù)所述最大比特 位數(shù) Max_BW {IFFT (h) |}，對所述最大值 Val 移位 M 位；其中，M = 1 l_Max_BW {| FFT (h) |}。減法器，與移M位寄存器相連接，從移位M位后的最大值Val中減去常數(shù)2Fra，其 中，F(xiàn)rac為大于0的正整數(shù)；在本實(shí)施例中Frac等于10。移S位寄存器，對減法器輸出的差值進(jìn)行左移Isl位的操作，且末尾補(bǔ)上Isl個 零。S為小于0的負(fù)整數(shù)，在本實(shí)施例中S為-7。根據(jù)以上描述可以得到查找表地址Adress = (Val X 2n"{|FFT(h) |}-210) X 2_7。本發(fā)明的全數(shù)字自動增益控制方法，在一實(shí)施例中包括如下步驟步驟一、檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位W，根據(jù)最高有效位W和參考值B的差 值N決定移位操作的方向及位數(shù)。步驟二、對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行移N位的操作，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行移N-p的操 作；其中P為大于等于0的正整數(shù)。當(dāng)ν小于ο時，對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行左移|N|位操作且末尾補(bǔ)上|N|個零；當(dāng)Ν 大于0時，對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行右移N位操作；當(dāng)N等于0時，對輸入數(shù)字信號h不進(jìn)行 移位操作。當(dāng)N-p小于0時，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行左移| N-p |位操作且末尾補(bǔ)上| N-p |個 零；當(dāng)N-p大于0時，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行右移N-p位操作；當(dāng)N-p等于0時，對輸入數(shù)字信號r不進(jìn)行移位操作；其中，ρ為大于等于0的正 整數(shù)。步驟三、對移位后的輸入數(shù)字信號r和h分別進(jìn)行快速傅立葉變換，分別得到頻域 數(shù)字信號 FFT (r)、FFT (h)。步驟四、檢測頻域數(shù)字信號FFT(h)的最大值，以該最大值作為地址，經(jīng)查表得到 增益系數(shù)K。步驟五、將頻域數(shù)字信號FFT(r)、FFT(h)分別與增益系數(shù)K相乘，得到需要的輸出 數(shù)字信號R和H。在上述方法中，步驟一和步驟二是粗調(diào)階段；隨后的步驟四和五是細(xì)調(diào)階段(實(shí)際上完成了圖4中的自動增益控制C和D的功能)，使用了乘法器和查找表等相對復(fù)雜的裝 置，但是仍然只根據(jù)其中一路信號來同時調(diào)整兩路信號，通過復(fù)用資源也能夠降低硬件實(shí) 現(xiàn)的復(fù)雜度。此外，由圖5可以看出，無論是在粗調(diào)階段，還是在隨后的細(xì)調(diào)階段，都采用了圖1 的前饋式結(jié)構(gòu)，因此魯棒性較高。查找表的內(nèi)容是預(yù)先確定好的，其中存儲了 h經(jīng)過快速傅立葉變換FFT后的每種 最大值所對應(yīng)的因子一增益系數(shù)K，使得輸入數(shù)字信號乘以K以后能夠得到所需大小的R和 H0以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限 制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種全數(shù)字自動增益控制裝置，其特征在于，包括最大比特檢測器，用于檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位，并根據(jù)該最高有效位與參 考值B的差值N確定輸入數(shù)字信號r、h的移位方向及位數(shù)；移N位寄存器，與最大比特檢測器的輸出端相連接，在最大比特檢測器的控制下對輸 入數(shù)字信號h移位N位；移N-p位寄存器，與最大比特檢測器的輸出端相連接，在最大比特檢測器的控制下對 輸入數(shù)字信號r移位N-p位；第一快速傅立葉變換模塊，與移N-p位寄存器相連接，將移位后的數(shù)字信號r從時域變 換到頻域，得到頻域數(shù)字信號FFT (r)；第二快速傅立葉變換模塊，與移N位寄存器相連接，將移位后的數(shù)字信號h從時域變換 到頻域，得到頻域數(shù)字信號FFT (h)；檢測峰值模塊，與第二快速傅立葉變換模塊相連接，檢測頻域數(shù)字信號IFFT (h) I的最 大值；查找表模塊，與檢測峰值模塊相連接，根據(jù)頻域數(shù)字信號IFFT (h) I的最大值查表得到 對應(yīng)的增益系數(shù)K;第一乘法器，與第一快速傅立葉變換模塊和查找表模塊相連接，將頻域數(shù)字信號 FFT (r)與增益系數(shù)K相乘，得到輸出數(shù)字信號R ；第二乘法器，與第二快速傅立葉變換模塊和查找表模塊相連接，將頻域數(shù)字信號 FFT (h)與增益系數(shù)K相乘，得到輸出的數(shù)字信號H。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當(dāng)N小于0時，所述移N位寄存器進(jìn)行左移 |n|位操作且末尾補(bǔ)上|N|個零；當(dāng)Ν大于ο時，所述移Ν位寄存器進(jìn)行右移Ν位操作；當(dāng) N等于O時，所述移N位寄存器不做任何移位操作。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當(dāng)N-p小于O時，所述移N-p位寄存器進(jìn)行 左移IN-P I位操作且末尾補(bǔ)上ι N-P I個零；當(dāng)N-P大于O時，所述移N-P位寄存器進(jìn)行右移 N-p位操作；當(dāng)N-p等于O時，所述移N-p位寄存器不做任何移位操作；其中，ρ為大于等于 O的正整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述最大比特檢測器由一檢測輸入數(shù)字信 號h的最高有效位檢測模塊及與其輸出端連接的減法器組成；最高有效位檢測模塊，用于 檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位W ；所述減法器將最高有效位W與參考值B相減，得到的 差值N用于決定移位操作的方向及位數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測峰值模塊包括最大比特檢測單元，用于檢測頻域數(shù)字信號|FFT(h) I的最大比特位數(shù)Max_ Bff{|FFT (h) }；最大值檢測器，用于檢測頻域數(shù)字信號|FFT(h) I的最大值Val ； 移M位寄存器，與最大比特檢測單元和最大值檢測器相連接，根據(jù)所述最大比特位數(shù) Max_BW {IFFT (h) |}，對所述最大值 Val 移位 M 位；其中，M = 1 l_Max_BW {| FFT (h) |}；減法器，與移M位寄存器相連接，從移位M位后的最大值Val中減去常數(shù)2Fra，其中， Frac為大于O的正整數(shù)；移S位寄存器，對減法器輸出的差值進(jìn)行左移|S|位的操作，且末尾補(bǔ)上|S|個零，S為小于0的負(fù)整數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述Frac等于10。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述S為-7。
8.—種全數(shù)字自動增益控制的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位W，根據(jù)最高有效位W和參考值B的差值N 決定移位操作的方向及位數(shù)；步驟二、對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行移N位的操作，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行移N-p的操作； 其中P為大于等于0的正整數(shù)；步驟三、對移位后的輸入數(shù)字信號r和h分別進(jìn)行快速傅立葉變換，分別得到頻域數(shù)字 信號 FFT (r)、FFT (h)；步驟四、檢測頻域數(shù)字信號FFT(h)的最大值，以該最大值作為地址，經(jīng)查表得到增益 系數(shù)K;步驟五、將頻域數(shù)字信號FFT(r)、FFT(h)分別與增益系數(shù)K相乘，得到需要的輸出數(shù)字 信號R和H。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于步驟二所述的移位操作按如下方法進(jìn)行，當(dāng) ν小于ο時，對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行左移|N|位操作且末尾補(bǔ)上|N|個零；當(dāng)Ν大于ο時， 對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行右移ν位操作；當(dāng)Ν等于ο時，對輸入數(shù)字信號h不進(jìn)行移位操作； 當(dāng)N-P小于O時，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行左移ι N-P I位操作且末尾補(bǔ)上ι N-P |個零；當(dāng)N_p 大于O時，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行右移N-p位操作；當(dāng)N-p等于O時，對輸入數(shù)字信號r不 進(jìn)行移位操作；其中，P為大于等于O的正整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全數(shù)字自動增益控制裝置以及一種全數(shù)字自動增益控制的實(shí)現(xiàn)方法。檢測輸入數(shù)字信號h的最高有效位W，根據(jù)最高有效位W和參考值B的差值N決定移位操作的方向及位數(shù)；對輸入數(shù)字信號h進(jìn)行移N位的操作，對輸入數(shù)字信號r進(jìn)行移N-p的操作；其中p為大于等于0的正整數(shù)；對移位后的輸入數(shù)字信號r和h分別進(jìn)行快速傅立葉變換，分別得到頻域數(shù)字信號FFT(r)、FFT(h)；檢測頻域數(shù)字信號FFT(h)的最大值，以該最大值作為地址，經(jīng)查表得到增益系數(shù)K；將頻域數(shù)字信號FFT(r)、FFT(h)分別與增益系數(shù)K相乘，得到需要的輸出數(shù)字信號R和H。本發(fā)明能夠同時對輸入的r、h兩路數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)整，且魯棒性好，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度低。
文檔編號H04B7/005GK102123118SQ20101002723
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者張帆, 李慶軍, 汪濤, 蔣朱成 申請人:卓勝微電子(上海)有限公司