大动态快速数字AGC控制方法技术

本发明专利技术公开的一种大动态快速数字自动增益控制AGC方法，收敛速度快、动态范围大，响应时间短。本发明专利技术通过下述技术方案实现：数字AGC控制电路将接收机的信道链路分为射频部分和中频部分两段，在射频部分信道链路中，射频信号通过前端第一跳频滤波器放大电路，经第一数控衰减器实现衰减的第一步进或叠加衰减后，经过两次混频，数字AGC射频检测模块根据ADC输出，实时调整射频衰减和中频衰减，对链路增益进行粗略调整；第二并联AGC反馈式环路通过中频增益控制模块，利用中频检波及AD采样结果对中频AGC进行控制，对链路进行精细调整，调整中频输出信号强度，控制数字自动增益控制环路的输出功率，完成整个数字自动增益控制。完成整个数字自动增益控制。完成整个数字自动增益控制。

【技术实现步骤摘要】
大动态快速数字AGC控制方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，涉及一种测控、无线短波通信系统中大动态快速数字自动增益控制方法，可以对接收机宽范围射频输入信号进行精确增益控制，输出符合要求的信号。

技术介绍

[0002]在无线通信中，通信系统受发射功率、收发距离、电波传播衰落、电磁环境干扰等因素影响，接收机收到的信号电平动态大，范围有些超过了一百多dB。而接收机能处理的信号电平范围有限，过强的信号将造成链路饱和或阻塞；而信号太弱时，载噪比过低导致A/D无法采样到有用信号。接收机接收电台信号时，由于各发射台功率有大有小，发射台离接收机的距离远近不一，无线电波传播过程中的多径效应和衰落等原因，使接收天线上感生的有用信号强度相差非常悬殊，而且往往有很大的起伏变化，有可能在接收微弱信号时造成某些电路(例如检波器)不能正常工作而丢失信号，而在接收强信号时造成放大电路的阻塞(非线性失真)。为了保证接收机输出中频信号幅度和信号质量和系统后续模块能够正常工作，在接收设备中几乎无例外的都必须采用自动增益控制电路压缩有用信号强度的变化范围，在链路中加入自动增益控制(AGC)电路来解决接收信号的大范围起伏。自动增益控制(AGC)电路是无线电接收设备中用来保证接收幅度的稳定的重要电路。自动增益控制电路广泛应用于接收机中，是接收机模块中的关键控制电路之一，其作用是改善接收机的动态范围。AGC电路主要由控制电路和被控电路两部分组成。控制电路就是AGC直流电压的产生部分，被控电路的功能是按照控制电路所产生的变化着的控制电压来改变接收机的增益。一般由电平检测器(峰值检波电路)、低通滤波器、直流放大器、电压比较器、控制电压产生器和可控增益放大器组成，在输入信号幅度变化很大的情况下，通过在接收机射频环路和中频环路设置检波电路，再通过数字AGC电路来快速控制数控衰减器，自动保持输出信号幅度在很小范围内变化。自动增益控制的作用是将不同档位的信号加以放大/衰减，并将各档输入信号范围均“映射”到ADC器件最佳工作范围内。自动增益控制(AGC)电路能根据输入信号的电压的大小，自动调整放大器的增益和中频输出信号强度，使中频输出信号幅度控制在AD动态范围内，在输入信号电平发生变化时，使得放大器的输出电压在一定范围内变化，接收机输出几乎恒定幅度的中频信号。接收机的增益随着信号的强弱进行调整，其性能的好坏直接影响着接收机能否高质量稳定接收。传统的AGC电路大都采用模拟电路,但由于模拟AGC缺乏智能性，难以实现复杂的控制算法，且精度不高，调试复杂。
[0003]接收机距辐射源的距离可以有很大的变化；电波在空间传播有明显的衰落现象；以及其他一些干扰因素，使得作用在接收机输入端的信号强度有很大变化和起伏。但是，接收机的终端设备一般只能处理幅度变化不大的信号，信号过强过弱或忽大忽小都会使终端设备失效。因此，接收机中非常强调自动增益控制，来保证接收机输出信号幅度的平稳性。在无线通信领域，传统接收机常用控制增益的方法有模拟方法和数字方法。模拟方法利用改变晶体管的直流工作状态的方法控制增益。当Ic变化时，正向传输导纳也随之变化增益
也改变。正向AGC用增加Ic来实现增益控制，反向AGC用减小Ic来实现增益控制，两者都使增益下降，但通常可控的动态范围不大。同时随着工作温度上升，增益稳定范围也会发生变化。模拟AGC方法所采用的电路相对较为复杂，占用信道电路较大空间的，由于其硬件实现复杂，需要占用大量的硬件资源，电路成本较高，AGC释放时间较慢，对于信号幅度快速变化的不能快速回到基准控制量，AGC稳定时间不能灵活调整，不能兼顾各种波形对AGC响应时间产异化需求，只能折中设计，信道的控制量不能准确实现，这种传统模拟AGC很难快速精确控制输入射频信号的宽范围，不能准确预估，不能通过AGC的状态预估天线输入的信号强度，进而评估通信环境。总之，传统的模拟AGC方法难以在大动态范围、响应时间、控制精度和硬件资源消耗等方面达到均衡，在信号大动态、中频幅度稳定输出的情况下，传统的模拟AGC方法已不能满足大动态快速数字AGC需求。传统模拟AGC主要存在以下缺点：AGC建立和释放时间不够，不能在规定时间内快速建立和释放，下一次信号变化时不能从基准增益控制量开始起控，导致通信质量不好，对抗干扰性能也有一定影响；在固定的波形下AGC建立、释放和稳定时间不能调整，模拟器件固化的AGC时间不一定是最优的时间，灵活性差，不易兼顾各种波形对AGC时间差异需求；模拟AGC电路较为复杂，占用较大的模块的体积、重量，成本也相对较高；信道的增益控制量无法准确实现，也不能准确预估。
[0004]数字AGC技术可以解决以上模拟AGC的问题，使AGC建立和释放时间实现在可控制规定范围内，链路增益控制明确，以提高通信可靠性，并作为技术储备，为新一代通信设备研制作支撑。通过设备AGC状态，还可大致判断有用信号的强度，为外界通信条件做评估，对基带信号处理相关功能，如静噪的处理，也有一定的帮助。与模拟AGC相比，数控AGC由于反馈部分的主要功能由数字部分实现，故其AGC控制可以更加容易地得到实现。数字实现方法通常利用查找表映射的方法，根据优先级判断，利用A/D器件和可编程器件结合，将输入信号采样，量化后根据换算关系查表实现增益的稳定，具有控制范围广，稳定精准等特点。实现数字AGC的方法是在DSP或FPGA中实现。数字AGC环的一般方法是通过匹配滤波器输出与用户定义的参考电平值比较产生误差信号，误差信号经环路滤波生成调整信号，调整信号被送往乘法器以控制跟踪缓冲器的输出。实现中，I、Q两路的均方值由FPGA中乘法器DSP48求取，累加器完成均方值的累加，而累加样本点的个数直接决定了控制调整的相应速度，累加长度太长会使相应速度变慢，无法跟上信号的变化；但长度太短又会使估计的功率值不准，起伏太大从而引起控制精度的下降。
[0005]现有技术有两种AGC环，一种是基于接收信号与参考值的线性关系，另一种是基于两者的对数关系。基于码元幅度线性关系的AGC算法在AGC环路滤波的线性实现，该环路计算AGC输出的电平值并与一个固定的门限值比较产生误差信号，误差信号乘以小于1的加权因子α控制电路的稳态响应。这种传统方法的一个根本问题是：如果AGC环的稳态响应不是由α控制,而是由输入信号的电平变化控制，则将造成不稳定的冲击与释放时间,导致接收机性能的恶化。传统数字AGC在幅度估计和增益系数调整部分需要指数和对数运算，并不便于硬件实现。往往需要利用查表法来近似实现对数和指数运算，而查表法中使用的ROM的大小会限制AGC的动态范围。
[0006]在实际通信中，射频控制的主要目的是保证射频前端电路到中频数控衰减之前电路的线性度，其次是调整电路增益分配的合理性。由于输入信号的动态范围很大，并且射频检波器的检测动态范围有限，不易对射频信号进行准确检测，且容易受干扰信号的影响，造
成误检测。所以只能进行大致范围的大步进调整，信号的小幅变化不做调整。除此外，需要接受以下现实：当有大信号或有较强干扰信号输入时，射频电路进行较大步进衰减，电台降灵；但必须保证信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大动态快速数字自动增益控制AGC方法，其特征在于：数字AGC控制电路将接收机的信道链路分为射频部分和中频部分两段，在射频部分信道链路中，接收机接收的射频信号通过前端第一跳频滤波器放大电路，经第一数控衰减器Gain按需实现衰减的第一步进或叠加衰减后，经过两次混频输出中频信号，中频信号经过经第二跳频滤波器放大电路进行增益放大，实现衰减的第二步进或叠加衰减后，通过耦合检波运算放大器转化为模拟电压，再由模数转换器AD将此模拟信号转换为送入FPGA的数字信号，数字AGC射频检测模块根据ADC输出，实时调整射频衰减和中频衰减输出射频检波，利用射频检波结果初步确定控制衰减量，对链路增益进行粗略调整；同时将控制衰减量送入射频峰值检测模块和峰值锁存模块进入射频增益控制模块构成对射频电路进行控制的第一并联射频反馈式环路，并经二级变频器完成二级变频后送入中频滤波器进行中频滤波，通过顺次串联的第三级数控衰减器，第四级数控衰减器、第一视频图形阵列VGA、第二视频图形阵列VGA和模数转换器ADC，通过1^2+Q^2模块送入中频峰值检测模块和平均功率检测模块，进入中频增益控制模块构成中频增益控制的第二并联AGC环路，并将射频检波结果联合中频AD的检测结果，判断射频检波结果是干扰信号还是有用信号；射频检波部分第一并联射频反馈式环路进行射频链路的增益控制，对链路增益进行粗略调整和双环分别进行调整；第二并联AGC反馈式环路通过中频增益控制模块，利用中频检波及AD采样结果对中频AGC进行控制，对链路进行精细调整，通过中频AD检测，快速控制后端数控衰减器，调整中频输出信号强度在AD动态范围内，控制数字自动增益控制环路的输出功率，完成整个数字自动增益控制。2.根据权利要求所述的大动态快速数字自动增益控制AGC方法，其特征在于：当检波器输入功率处于非线性区域，数字AGC射频检测模块首先将功率调节到线性区域，然后根据ADC采样，实时监测链路增益。3.根据权利要求1所述的大动态快速数字自动增益控制AGC方法，其特征在于：中频峰值检测模块和平均功率检测模块采用双环分别进行调整，射频检波部分进行射频链路的增益控制，对链路进行粗调。4.根据权利要求1所述的大动态快速数字自动增益控制AGC方法，其特征在于：所述的第一级数控衰减器和第二级数控衰减器的型号为SX361EE，用于控制射频信号的衰减；第三级数控衰减器和第四级数控衰减器的型号为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨新宇，甘杰，孔良，赵霞，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：