專(zhuān)利名稱(chēng)：一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的大動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)增益控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于正交頻分復(fù)用(OFDM)體制的無(wú)線中程 傳感網(wǎng)絡(luò)的傳輸節(jié)點(diǎn)，尤其涉及其中的自動(dòng)增益控制(AGC)接收增益 自動(dòng)調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)的無(wú)線通信應(yīng)用環(huán)境中，兩個(gè)通信設(shè)備之間的路徑衰減都 不能認(rèn)為是靜態(tài)的，它隨著周?chē)h(huán)境的變化而變化。因此，在無(wú)線接收 機(jī)中，特別是應(yīng)用于移動(dòng)環(huán)境中的無(wú)線接收機(jī)中，需要加入自動(dòng)增益控 制(AGC)裝置，這樣可以動(dòng)態(tài)的調(diào)整接收機(jī)射頻部分的運(yùn)放增益， 跟蹤接收到信號(hào)的強(qiáng)度，并動(dòng)態(tài)的調(diào)整運(yùn)放的增益值，保證射頻解調(diào)出 的信號(hào)對(duì)于基帶處理單元來(lái)說(shuō)是穩(wěn)定的。
在己有的通信系統(tǒng)中，對(duì)于自動(dòng)增益控制(AGC)裝置的設(shè)計(jì)有 前饋和反饋的兩種。對(duì)于反饋的自動(dòng)增益控制(AGC)裝置，是在基 帶處理單元中，估計(jì)解調(diào)出的信號(hào)能量，并與參考值進(jìn)行比較，然后給 出一個(gè)控制字，由于在目前的設(shè)計(jì)中，這種自動(dòng)增益控制(AGC)的 動(dòng)態(tài)范圍較小，且不能調(diào)諧穩(wěn)定性和系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間之間的矛盾，所以 應(yīng)用范圍很受局限。對(duì)于前饋式的自動(dòng)增益控制(AGC)裝置，為了保證自動(dòng)增益控制(AGC)有足夠的調(diào)整精度，將自動(dòng)增益控制(AGC)
裝置分成模擬和數(shù)字的兩部分，分別位于射頻單元和基帶處理單元中，
見(jiàn)圖l。在射頻單元中，對(duì)數(shù)檢波器會(huì)輸出接收信道能量指示(RSSI)信
號(hào)，這個(gè)信號(hào)和接收到信號(hào)的強(qiáng)度成對(duì)數(shù)線性關(guān)系，根據(jù)這個(gè)信號(hào)的大
小，就可以直接控制解調(diào)芯片中的可變?cè)鲆孢\(yùn)放(VGA)的增益。這樣 就可以做到實(shí)時(shí)的調(diào)整可變?cè)鲆孢\(yùn)放(VGA)的增益，確保輸出信號(hào) 強(qiáng)度的穩(wěn)定性。在基帶處理單元內(nèi)，為了保證自動(dòng)增益控制(AGC) 裝置調(diào)整的精度，使信號(hào)的電平保持在對(duì)解調(diào)最合適的值附近，需要在 基帶處理單元內(nèi)設(shè)置一個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)裝置。這個(gè)自動(dòng)增益 控制(AGC)裝置也采用前饋的方式。他對(duì)AD采樣后的基帶信號(hào)進(jìn)行 自相關(guān)和對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，得到對(duì)接收信號(hào)能量強(qiáng)度的估計(jì)值，根據(jù)這個(gè)估計(jì) 值的大小來(lái)對(duì)AD采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行放大或者縮小。
在基于正交頻分復(fù)用(OFDM)通信體制的中程傳感網(wǎng)絡(luò)中，這種 方式的自動(dòng)增益控制(AGC)裝置是不合適的。因?yàn)樵撟詣?dòng)增益控制 (AGC)裝置的射頻模擬自動(dòng)增益控制(AGC)部分是實(shí)時(shí)的估算信 號(hào)能量，并對(duì)可變?cè)鲆孢\(yùn)放(VGA)的增益進(jìn)行調(diào)整的，對(duì)于正交頻 分復(fù)用(OFDM)符號(hào)來(lái)說(shuō)，不能認(rèn)為是恒包絡(luò)的，有較高的峰均比， 在一個(gè)符號(hào)的時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的能量變化是很大的。這時(shí)在模擬自動(dòng)增益 控制(AGC)的調(diào)整下， 一個(gè)符號(hào)內(nèi)部，可變?cè)鲆孢\(yùn)放(VGA)的增 益值肯定不一致，這會(huì)破壞正交頻分復(fù)用(OFDM)符號(hào)的正交性；更 嚴(yán)重的，這樣可能導(dǎo)致增益值來(lái)回振蕩，自動(dòng)增益控制(AGC)不能穩(wěn)定的狀態(tài)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)的大動(dòng)態(tài)范圍 的自動(dòng)增益控制(AGC)裝置。
本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有的自動(dòng)增益控制(AGC)裝置動(dòng)態(tài)處
理范圍小、響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定差、應(yīng)用范圍受局限的問(wèn)題。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型包括基帶處理單元和射頻接收鏈 路單元，基帶處理單元和射頻接收鏈路單元相連，基帶處理單元內(nèi)部包
括自動(dòng)增益控制(AGC)控制字計(jì)算模塊和幀檢測(cè)模塊，幀檢測(cè)模塊 和自動(dòng)增益控制(AGC)控制字計(jì)算模塊相連，射頻接收鏈路單元內(nèi) 部包括可變?cè)鲆孢\(yùn)放(VGA)模塊。自動(dòng)增益控制(AGC)控制字計(jì) 算模塊包括符號(hào)能量計(jì)算器、64周期積分器、對(duì)數(shù)計(jì)算器、減法器、 信號(hào)飽和檢測(cè)器、收斂系數(shù)選擇器、乘法器、加法器、1/2除法器、延 時(shí)器、控制字選擇器；64周期積分器和符號(hào)能量計(jì)算器相連，對(duì)數(shù)計(jì) 算器和64周期積分器相連，減法器、信號(hào)飽和檢測(cè)器和對(duì)數(shù)計(jì)算器相 連，收斂系數(shù)選擇器和減法器、乘法器相連，加法器、乘法器和延時(shí)器 相連，1/2除法器和延時(shí)器相連、延時(shí)器與控制字選擇器相連，控制字 選擇器與信號(hào)飽和檢測(cè)器、加法器、1/2除法器相連。
本實(shí)用新型具有較大的處理動(dòng)態(tài)范圍，較快的對(duì)信號(hào)強(qiáng)度變化的響 應(yīng)速度和較高的穩(wěn)定性等的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，本實(shí)用新型由于直接在基帶部分估計(jì)解調(diào)出信號(hào)能量，并給出射頻自動(dòng)增益控制(AGC)的控制字，
在射頻端就不需要加入模擬的自動(dòng)增益控制(AGC)，所以能?chē)?yán)格的控 制自動(dòng)增益控制(AGC)的工作時(shí)序，避免在正交頻分復(fù)用(OFDM) 符號(hào)內(nèi)部射頻自動(dòng)增益控制(AGC)增益的變化，削除了接收鏈路對(duì) 正交頻分復(fù)用(OFDM)符號(hào)正交性的影響。


圖l是現(xiàn)有AGC裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本實(shí)用新型的適用于OFDM系統(tǒng)的大動(dòng)態(tài)范圍AGC裝置結(jié) 構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型的AGC控制字計(jì)算模塊結(jié)構(gòu)圖。 圖4是本實(shí)用新型的AGC控制字計(jì)算模塊中的能量計(jì)算子模塊。 附圖中的AGC表示自動(dòng)增益控制，VGA表示可變?cè)鲆孢\(yùn)放，RSSI 表示接收信號(hào)能量指示，1/Q表示同相和正交信號(hào)，AD表示模擬數(shù)字轉(zhuǎn) 換器，F(xiàn)rom antenna表示天線接收信號(hào)輸入，REF表示參考信號(hào)電平， Delta表示信號(hào)能量誤差值，Scaling Factor表示收斂系數(shù)，F(xiàn)IFO表 示先入先出緩沖，Addr表示地址，ROM表示只讀存儲(chǔ)器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)用新型包括基帶處理單元和射頻接 收鏈路單元，基帶處理單元和射頻接收鏈路單元相連，基帶處理單元內(nèi)
部包括自動(dòng)增益控制(AGC)控制字計(jì)算模塊、幀檢測(cè)模塊和AD轉(zhuǎn)換 器，幀檢測(cè)模塊和自動(dòng)增益控制(AGC)控制字計(jì)算模塊相連，射頻 接收鏈路單元內(nèi)部包括可變?cè)鲆孢\(yùn)放(VGA)模塊。
所述的自動(dòng)增益控制(AGC)控制字計(jì)算模塊包括符號(hào)能量計(jì)算器、 64周期積分器、對(duì)數(shù)計(jì)算器、減法器、信號(hào)飽和檢測(cè)器、收斂系數(shù)選 擇器、乘法器、加法器、1/2除法器、延時(shí)器、控制字選擇器。收斂系 數(shù)選擇器內(nèi)部有一個(gè)絕對(duì)值計(jì)算器和兩個(gè)比較器。對(duì)數(shù)計(jì)算器由一個(gè) ROM和一個(gè)地址生成模塊組成。信號(hào)飽和檢測(cè)器由一個(gè)比較器組成。乘 法器由一個(gè)取絕對(duì)值模塊， 一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)乘法器和一個(gè)符號(hào)轉(zhuǎn)換模塊組 成。1/2除法器由一個(gè)右移的移位器組成。延時(shí)器內(nèi)部包括一個(gè)寄存器 和一個(gè)與整個(gè)AGC模塊的計(jì)算周期同步的定時(shí)器組?？刂谱诌x擇器是一 個(gè)由信號(hào)飽和檢測(cè)器控制的2選1的選擇器。符號(hào)能量計(jì)算器、64周 期積分器和對(duì)數(shù)計(jì)算器組合成一個(gè)能量計(jì)算子模塊。
本實(shí)用新型的工作原理為射頻鏈路單元中解調(diào)出的基帶信號(hào)先經(jīng) 過(guò)基帶處理單元內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供后續(xù)模塊處理，AD 轉(zhuǎn)換器是雙通道的，對(duì)解調(diào)出的I和Q路基帶信號(hào)分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出 I和Q路的數(shù)字信號(hào)。符號(hào)能量計(jì)算器和AD轉(zhuǎn)換器相連，并工作在相 同的時(shí)鐘上，對(duì)AD轉(zhuǎn)換器輸出的每對(duì)符號(hào)，進(jìn)行復(fù)數(shù)相乘。對(duì)于普通 的復(fù)數(shù)相乘，可以轉(zhuǎn)換成4個(gè)實(shí)數(shù)相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在這里的復(fù)數(shù)自身的共軛相乘，結(jié)果中的虛部為零，因此可以不做虛部計(jì)算的兩個(gè)乘法操 作。64周期積分器與符號(hào)能量計(jì)算器相連，將符號(hào)能量計(jì)算器計(jì)算出 的相鄰的64個(gè)符號(hào)能量進(jìn)行積分，積分區(qū)間的長(zhǎng)度與短訓(xùn)練符號(hào)的長(zhǎng)
度正好匹配。該64周期積分器由一個(gè)先入先出緩沖(FIFO)來(lái)實(shí)現(xiàn)64 周期的延時(shí)，通過(guò)加上輸入FIFO的值并減去FIFO輸出的值來(lái)實(shí)現(xiàn)積 分計(jì)算。對(duì)數(shù)計(jì)算器與64周期積分器相連，它由一個(gè)ROM和一個(gè)地址 生成模塊組成，預(yù)先計(jì)算出一個(gè)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換表，存入R0M中；然后地址生 成模塊與64周期積分器相連，對(duì)積分器的輸出進(jìn)行處理，得到一個(gè)ROM 表的地址，通過(guò)讀取ROM表中相應(yīng)地址上存放的值，即可得到對(duì)數(shù)計(jì)算 的結(jié)果。符號(hào)能量計(jì)算器和64周期的積分器正好實(shí)現(xiàn)了一個(gè)復(fù)數(shù)序列 自相關(guān)器的功能。信號(hào)飽和檢測(cè)器與對(duì)數(shù)計(jì)算器相連，它由一個(gè)比較器 組成，將對(duì)數(shù)計(jì)算器的結(jié)果和門(mén)限值進(jìn)行比較，當(dāng)超過(guò)門(mén)限時(shí)，則認(rèn)為 信號(hào)飽和，輸出一個(gè)高電平指示信號(hào)。這里的比較門(mén)限根據(jù)預(yù)先測(cè)量的 結(jié)果確定。減法器與對(duì)數(shù)計(jì)算器和參考電平寄存器相連，計(jì)算出當(dāng)前信 號(hào)能量與參考值之間的誤差。其中參考電平寄存器的值可以由外部寫(xiě) 入，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果，寫(xiě)入一個(gè)合適的值。收斂系數(shù)選擇器與減法器相 連，在它內(nèi)部有一個(gè)絕對(duì)值計(jì)算器和兩個(gè)比較器，絕對(duì)值計(jì)算器計(jì)算出 誤差的絕對(duì)值，比較器將誤差的絕對(duì)值與預(yù)先設(shè)定的門(mén)限進(jìn)行比較。在 收斂系數(shù)選擇器中，將誤差的絕對(duì)值分成3段，兩個(gè)比較門(mén)限分別設(shè)為 0x10和0x30，對(duì)應(yīng)的收斂系數(shù)則選為0x4000， 0x2000和0x1000 (收斂 系數(shù)采用Q15的定點(diǎn)數(shù)格式表示)。也就是說(shuō)收斂系數(shù)的選擇根據(jù)減法器計(jì)算出的誤差值大小，當(dāng)誤差值較大時(shí)，選用較大的收斂系數(shù)，這樣 自動(dòng)增益控制(AGC)可以有較快的響應(yīng)速度，當(dāng)誤差值較小時(shí)，選
用較小的收斂系數(shù)，這樣自動(dòng)增益控制(AGC)可以有較高的穩(wěn)定度。
乘法器與減法器和收斂系數(shù)選擇器相連，它是實(shí)現(xiàn)誤差值與收斂系數(shù)的 有符號(hào)相乘。它由一個(gè)取絕對(duì)值模塊， 一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)乘法器和一個(gè)符號(hào) 轉(zhuǎn)換模塊組成。對(duì)于輸入的誤差值，先由取絕對(duì)值模塊計(jì)算出誤差的絕
對(duì)值；然后由無(wú)符號(hào)數(shù)乘法器對(duì)誤差絕對(duì)值和收斂系數(shù)進(jìn)行相乘；對(duì)相 乘的結(jié)果，根據(jù)誤差的符號(hào)位進(jìn)行符號(hào)轉(zhuǎn)換，當(dāng)誤差值為正時(shí)，直接將 相乘的結(jié)果輸出，當(dāng)誤差值為負(fù)時(shí)，則將相乘的結(jié)果轉(zhuǎn)換為負(fù)值輸出。 加法器與乘法器和延時(shí)器相連，它將乘法器的輸出和延時(shí)器的輸出值進(jìn) 行相加。1/2除法器與延時(shí)器相連，它由一個(gè)右移的移位器組成。它將 延時(shí)器的輸出右移一位，并在最高位添0，這樣正好實(shí)現(xiàn)了將延時(shí)器的 輸出除以2的功能。延時(shí)器與控制字選擇器相連，它內(nèi)部包括一個(gè)寄存 器和一個(gè)與整個(gè)AGC模塊的計(jì)算周期同步的定時(shí)器組成。定時(shí)器控制著 在整個(gè)AGC控制字計(jì)算周期的結(jié)束時(shí)刻將AGC控制字的值寫(xiě)入寄存器 中，并在下一個(gè)計(jì)算周期乘法器有輸出時(shí)，輸出寄存器的值。延時(shí)器需 要延時(shí)80個(gè)時(shí)鐘。控制字選擇器與信號(hào)飽和檢測(cè)器、加法器、1/2除 法器相連，控制字選擇器是一個(gè)由信號(hào)飽和檢測(cè)器控制的2選1的選擇 器。當(dāng)信號(hào)飽和檢測(cè)器輸出低電平，即信號(hào)未飽和時(shí)，選擇加法器的結(jié) 果輸出作為AGC控制字；反之，則選擇1/2除法器的結(jié)果輸出作為AGC 控制字。幀檢測(cè)模塊用來(lái)給出一個(gè)指示捕獲到信號(hào)的一個(gè)脈沖或者電平，VGA模塊的功能是將數(shù)字的控制字轉(zhuǎn)化成運(yùn)放增益。
本實(shí)用新型中，自動(dòng)增益控制的縮寫(xiě)AGC為英文Automatic Gain Control的縮寫(xiě)；正交頻分復(fù)用的縮寫(xiě)OFDM為英文Orthogonal Frequency Division Multiplexing的縮寫(xiě)；可變?cè)鲆孢\(yùn)放的縮寫(xiě)VGA 為英文Variable Gain Amplifier的縮寫(xiě)；先入先出緩沖的縮寫(xiě)FIFO 為英文First In First Out的縮寫(xiě)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的大動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于該裝置包括基帶處理單元和射頻接收鏈路單元，基帶處理單元和射頻接收鏈路單元相連，基帶處理單元內(nèi)部包括自動(dòng)增益控制控制字計(jì)算模塊和幀檢測(cè)模塊，幀檢測(cè)模塊和自動(dòng)增益控制控制字計(jì)算模塊相連，射頻接收鏈路單元內(nèi)部包括可變?cè)鲆孢\(yùn)放模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的大動(dòng)態(tài)范圍 自動(dòng)增益控制裝置，其特征在于所述的自動(dòng)增益控制控制字計(jì)算模塊包 括符號(hào)能量計(jì)算器、64周期積分器、對(duì)數(shù)計(jì)算器、減法器、信號(hào)飽和 檢測(cè)器、收斂系數(shù)選擇器、乘法器、加法器、1/2除法器、延時(shí)器、控 制字選擇器；64周期積分器和符號(hào)能量計(jì)算器相連，對(duì)數(shù)計(jì)算器和64 周期積分器相連，減法器、信號(hào)飽和檢測(cè)器和對(duì)數(shù)計(jì)算器相連，收斂系 數(shù)選擇器和減法器、乘法器相連，加法器、乘法器和延時(shí)器相連，1/2 除法器和延時(shí)器相連、延時(shí)器與控制字選擇器相連，控制字選擇器與信 號(hào)飽和檢測(cè)器、加法器、1/2除法器相連。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于中程傳感網(wǎng)絡(luò)的大動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)增益控制裝置，包括基帶處理單元和射頻接收鏈路單元，基帶處理單元和射頻接收鏈路單元相連，基帶處理單元內(nèi)部包括自動(dòng)增益控制控制字計(jì)算模塊和幀檢測(cè)模塊，幀檢測(cè)模塊和自動(dòng)增益控制控制字計(jì)算模塊相連，射頻接收鏈路單元內(nèi)部包括可變?cè)鲆孢\(yùn)放模塊。本實(shí)用新型具有較大的處理動(dòng)態(tài)范圍，較快的對(duì)信號(hào)強(qiáng)度變化的響應(yīng)速度和較高的穩(wěn)定性等特點(diǎn)，適用于無(wú)線接收機(jī)中，特別是適用于移動(dòng)環(huán)境中的無(wú)線接收機(jī)中。
文檔編號(hào)H04B1/38GK201146507SQ200720114140
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者劉海濤, 華 姜, 建 姜, 施玉松, 朱明華, 軍 柳, 邱云周, 晨 陳, 陳曉挺 申請(qǐng)人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心