针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，包含：计算当前数据帧平均功率与参考功率差值，根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整；将调整后的功率增益系数转化为幅度增益值，并根据上一帧数据的增益系数进行乘积计算，得到最终信号输出。本发明专利技术方法简单，易于实现，计算功率差值，对步进功率增益系数采用类抛物线式非线性方法进行阶梯式修正；将功率系数转化为增益值并通过上一帧数据的信号增益系数进行乘积计算，有效解决浮点向转换定点的量化误差问题并改善信号的听辨效果，易于实现、可靠性高，具有较强的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法
本专利技术属于数字式自动增益控制
，特别是针对宽带系统信道化以后窄带信号的增益控制问题，提供一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法。
技术介绍
随着信号处理技术的快速发展，宽带信号处理系统已广泛用于通信信号侦察、电子信息对抗、无线电监测、遥测与导航等诸多领域。在实际宽带系统中，为满足前端A/D处理动态范围的要求，常利用模拟自动增益或数字自动增益电路调整信号幅度。模拟自动增益控制通常由可变增益的放大器或可变衰减器组成，根据最佳的动态范围完成增益控制，但该方法受到硬件限制难以实现灵活、复杂的增益控制。数字增益控制的原理和模拟相似，但不同在于数字采用了通用数字集成电路设计，灵活性高、易于实现相对复杂增益控制方法。但在一些场合，如宽带短波信号处理系统，由于窄带、时变、衰落(时间、频率选择性)的电离层信道，导致通带内信号密集且同一时刻不同信号之间、不同时刻同一信号的能量差最大可达数十dB。即便高性能的数字AGC电路难以完成每个频点和每个时刻的信号幅度调整。根据软件无线电思想，宽带信道化是一种常用的处理方法，其思想是在频域将宽带系统信道化成许多个窄带信号，再对每个信道化后的窄带信号进行运算、解调等处理。信道化后的每个窄带范围内一般只存在单个或有限个信号，此时，同一时刻不同信号之间能量差别较小，而同一信号在不同时刻的能量可能仍有较大衰落。信号能量随时间的变化会对信号的听辩和解调产生影响。前者体现在音量的起伏，后者体现在定点解调时浮点数向定点数转换时的量化误差。
技术实现思路
针对现有宽带信号处理系统信道化后窄带信号能量随时间起伏对听辨和基于定点格式数据解调的影响问题，本专利技术提供一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，有效改善浮点转换定点的量化误差。按照本专利技术所提供的设计方案，一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，包含如下步骤：步骤1、计算当前数据帧平均功率与参考功率差值，根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整；步骤2、将调整后的功率增益系数转化为幅度增益值，并根据上一帧数据的增益系数进行乘积计算，得到最终信号输出。上述的，所述的步骤1包含如下内容：步骤11、假设当前接收信号数据的帧长度为N，对N点样本进行基2-FFT运算，得到当前接收信号的频域数据；步骤12、利用频域数据计算信号能量，并通过上一帧数据的增益系数G，得到信号平均功率；步骤13、将信号平均功率转化为分贝值，并与参考功率做差得到两者功率差值；步骤14、根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整。优选的，所述的步骤2包含内容如下：将幅度调整后的功率增益系数换算为幅度增益系数，对幅度增益系数进行M阶等分并乘以上一帧数据的增益系数G，将每阶幅度增益系数与对应段数据相乘，得到平滑信号输出。优选的，所述的步骤11中对N点样本进行基2-FFT运算，包含如下内容：通过计算公式完成时域至频域的转换，公式如下：其中，X(k)是当前接收信号的频域数据；N为数据点数，取值为2的整次幂。优选的，所述的步骤12中信号平均功率计算公式如下：优选的，所述的步骤13中功率差值计算内容如下：通过借助公式：Avap＝20×log(10Avap)，将平均功率转换为分贝值，将转换后的平均功率与参考功率作差Δ＝Xref-Avap，得到功率差值，Xref为参考功率。优选的，所述的步骤14中阶梯式修正调整采用类抛物线式非线性方法进行实现。优选的，阶梯式修正调整，包含如下内容为：设定多个阶梯式的判断范围，判断功率差值大小所属的判断范围，对功率增益系数进行阶梯式修正。上述的，所述的参考功率根据系统自身动态范围决定，并通过标准信号校准确定具体数值。上述的，所述的步骤2中的幅度增益系数换算公式为：，其中，i为阶次，从1～M取值；Gs为幅度调整后的功率增益系数，G是前一帧数据计算出的增益系数，Gi是第i阶增益值；将该数据帧分割为M段，每段和对应段的增益Gi相乘，计算式为：yi(n)＝xi(n)×Gi，其中，xi(n)为第i段数据，yi(n)为第i段平滑信号输出数据。本专利技术的有益效果：本专利技术方法简单，首先计算出当前数据帧的平均功率与功率基准之间的差值，根据该差值对步进功率增益系数采用类抛物线式的非线性方法进行调整；将功率系数转化为增益值，并采用“阶梯式”修正方法对信号增益系数进行调整，以实现信号的自动增益控制，有效解决浮点向转换定点的量化误差问题并改善信号的听辨效果，易于实现、可靠性高，具有较强的实际应用价值。附图说明：图1为本专利技术的流程示意图；图2为本专利技术的算法实现流程图；图3为仿真实验中通过固定增益控制MGC和本专利技术的数字自动增益控制两者处理后的信号时域波形对比图。具体实施方式：下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本专利技术的实施方式，但本专利技术的实施方式并不限于此。实施例一，参见图1所示，一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，包含如下步骤：步骤1、计算当前数据帧平均功率与参考功率差值，根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整；步骤2、将调整后的功率增益系数转化为幅度增益值，并根据上一帧数据的增益系数进行乘积计算，得到最终信号输出。本专利技术通过首先计算出当前数据帧的平均功率与功率基准之间的差值，根据该差值对步进功率增益系数采用类抛物线式的非线性方法进行调整；将功率系数转化为增益值，并采用“阶梯式”修正方法对信号增益系数进行调整，以实现信号的自动增益控制，有效解决浮点向转换定点的量化误差问题并改善信号的听辨效果，易于实现、可靠性高，具有较强的实际应用价值。实施例二，参见图1～3所示，一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，包含如下内容：一)计算当前数据帧平均功率与参考功率差值，根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整，包含如下内容：1)假设当前接收信号数据的帧长度为N，对N点样本进行基2-FFT运算，得到当前接收信号的频域数据；对N点样本进行基2-FFT运算，包含如下内容：通过计算公式完成时域至频域的转换，公式如下：其中，X(k)是当前接收信号的频域数据；N为数据点数，取值为2的整次幂。2)利用频域数据计算信号能量，并通过上一帧数据的增益系数G，得到信号平均功率，其中，信号平均功率计算公式如下：3)将信号平均功率转化为分贝值，并与参考功率做差得到两者功率差值，功率差值计算内容如下：通过借助公式：Avap＝20×log(10Avap)，将平均功率转换为分贝值，将转换后的平均功率与参考功率作差Δ＝Xref-Avap，得到功率差值，Xref为参考功率。4)根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整，采用类抛物线式非线性方法进行实现，具体实现过程为：设定多个阶梯式的判断范围，判断功率差值大小所属的判断范围，对功率增益系数进行阶梯式修正。根据信号的强弱来预先设定功率差值的阶梯性判断条件，即确定功率差值大小的判断范围，进一步通过对增益系数进行阶梯式修正，若信号当前功率小于参考功率，则较大幅度调整；当两者接近时则较小幅度调整，并采用较大幅度系数对大于参考功率的信号进行衰减，有效防止信号饱和影响；其中，当信号当前功率与参考功率的功率差值越接近零点则系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，其特征在于，包含如下内容：步骤1、计算当前数据帧平均功率与参考功率差值，根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整；步骤2、将调整后的功率增益系数转化为幅度增益值，并根据上一帧数据的增益系数进行乘积计算，得到最终信号输出。

【技术特征摘要】
1.一种针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，其特征在于，包含如下内容：步骤1、计算当前数据帧平均功率与参考功率差值，根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整；步骤2、将调整后的功率增益系数转化为幅度增益值，并根据上一帧数据的增益系数进行乘积计算，得到最终信号输出。2.根据权利要求1所述的针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述的步骤1包含如下内容：步骤11、假设当前接收信号数据的帧长度为N，对N点样本进行基2-FFT运算，得到当前接收信号的频域数据；步骤12、利用频域数据计算信号能量，并通过上一帧数据的增益系数G，得到信号平均功率；步骤13、将信号平均功率转化为分贝值，并与参考功率做差得到两者功率差值；步骤14、根据差值对功率增益系数进行阶梯式修正调整。3.根据权利要求2所述的针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述的步骤2包含内容如下：将幅度调整后的功率增益系数换算为幅度增益系数，对幅度增益系数进行M阶等分并乘以上一帧数据的增益系数G，将每阶幅度增益系数与对应段数据相乘，得到平滑信号输出。4.根据权利要求2所述的针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益控制方法，其特征在于，所述的步骤11中对N点样本进行基2-FFT运算，包含如下内容：通过计算公式完成时域至频域的转换，公式如下：其中，X(k)是当前接收信号的频域数据；N为数据点数，取值为2的整次幂。5.根据权利要求4所述的针对宽带系统信道化后窄带信号的数字自动增益...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志东，杨宾，吴瑛，张莉，唐涛，吴江，王鼎，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41