有关自动增益控制AGC的若干理解

有关自动增益控制AGC的若干理解

作者：jbb0523（彬彬有礼）

自动增益控制，英文为Automatic Gain Control，简称AGC。

本文共说明以下两个问题：

一、AGC到底是怎么回事？

二、AGC为什么不会改变信号中包含的信息？

注：文中内容为个人参考很多文献后的理解，仅供参考，不保证其内容的权威性。

1、前言

图1 通信系统

如上图所示，通信系统中，对于一个由信号源发出的信号，经数模转换器DAC转换成模拟电平，由发射端发出，经过一段路径的传播后，到达接收端，数模转换器将接收端接到的信号数字化，交由后面的其它功能单元进行一系列信号处理。

然而由于传播路径的不确定的性，在传播路径上对信号的衰减也是不确定的，因此接收机接收到的信号强度也是不确定的。然而，接收机的模数转换器ADC要求输入的信号电压在一定范围之内，因此我们希望、也有必要在接收端做这样一项处理：对于信号较强的信号，放大倍数要小一些，对于较弱的信号，放大倍数要大一些。

这里有必要解释一下：一般我们将接收到的信号转换成电压信号，信号较强意味着接收到的信号转换成的电压信号幅度较大，反之则较小。但是，一般信号在传输过程中我们并不以电压幅度来说明信号的强弱，而是以功率，例如0dBm，这里的功率是相对于某一阻抗来说的，比如我们常见的50欧姆阻抗系统。功率、阻抗、电压的关系为W=U^2/R。

2、AGC环路

为了实现这项处理，我们采用了AGC，即根据接收到的信号强弱对信号提供的不同增益。

图2 AGC环路示意图

如上图所示，输入信号经过一个可变增益放大器（V ariable Gain Amplifier, VGA）后输出，同时输出信号经过功率检测单元控制VGA的放大倍数，如此形成一个环路，即构成一个AGC。功率检测单元实际上是检测输出信号电压的有效值。

3、AGC不会改变信号中包含的信息

举个例子，比如发出的是峰峰值为2*sqrt(2)V的电压信号，即有效值为1V，经过传输路径后，接收端收到的是2*sqrt(2) mV的电压信号，即有效值为1mV。我们ADC要求输入范围为峰峰值1V，则要对信号放大500倍；若经过传输路径后，接收端收到的是有效值为

0.01mV 的信号，则要对信号放大50000倍。

对于信号而言，整体改变信号的幅度是不影响信号中所包含的信息的，即使对于调幅信号来说，因为信息是信号中幅值的相对关系（即使是频率信息也包含在幅值变化之中，试想某一频率的正弦信号实际上不就是幅值周期变化的信号么），整体改变化信号的幅度这种相对关系是不变的，这就是所谓的线性变化。

例如对于一个1KHz 的正弦信号来说，无论幅值如何线性地变化，它仍是1KHz 的正弦信号这个事实是不变的。但是，如果不是线性变化，比如正弦上半部分幅度倍数变为原来的2倍，而下半部分幅度变为原来的4倍，它代表的信息将会发生改变，因为这是非线性变化。

实在理解不了的话，还可以这样理解：如果发出来的信号为a ，经过传输路径后衰减了x 倍，那么我们在接收端对其放大x 倍得到的信号b 必与信号a 相同。由于传输路径衰减的倍数x 不同，因此我们在接收端要放大的倍数也就必然是不同的。但是我们最终得到的信号仍是相同的。

也许有人会问，如果对于一个正弦信号，由于信号的幅度一直在变化，因此AGC 对不同时刻接收到的信号的放大倍数是不一样的，这不就导致信号包含的信息变了么？有这种疑问是正常的，说明你思考了AGC 的原理，但只是有一点没弄明白，AGC 环路中，功率检测单元实际上检测的是接收到的信号的有效值，AGC 环路的速度相比于信号的频率来说是很慢的（我想这也应该是最基于的前提之一），因此AGC 输出的信号从整体上看是恒定的，即有效值是恒定的，但每一时刻却是变化的，即瞬时值是变化的。有一位资深的工程师给我举了一个例子来说明AGC ：“就像我们听收音机的音量一样，音量小了我们一样可以听到里面的播放内容。AGC 只是保证输出的音量大小，并不会改变里面说什么内容”。

AGC 保证的是信号有效值恒定，并不是保证每一时刻的值恒定。