CN105915240A - 基于Zynq的数字端自动增益控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Zynq的数字端自动增益控制系统及方法，该系统包括射频模块、模数转换模块，以及自动增益控制模块，还包括数字采集及信号处理模块；所述射频模块包括射频衰减模块，所述射频模块连接所述模数转换模块；所述模数转换模块连接所述数字采集及信号处理模块；所述数字采集及信号处理模块连接所述自动增益控制模块；所述模数转换模块连接所述自动增益控制模块，所述自动增益控制模块连接所述射频衰减模块。本发明够更快速的捕捉到有效信号。并且在本身信号较小的情况下，相对于从高位截取有效数据的情况，在数字信号处理中间过程以及结果的截位时进行移位能够有效提高信噪比。

Description

基于Zynq的数字端自动增益控制系统及方法

技术领域

本发明涉及数字接收机自动增益控制技术领域，具体涉及一种基于Zynq的数字端自动增益控制系统及方法。

背景技术

在接收机接收电磁信号时，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；为此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，用来压缩有用信号强度的变化范围；目前实现自动增益控制的方法主要是在射频端采用自动增益控制环电路或采用专用的控制芯片实现。无论采用以上那种方法都将导致设备的体积、功耗及成本增加；且由于射频器件的非线性性质，必然导致控制精度的下降。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，针对射频端实现自动增益带来的体积、功耗、成本增加及精度下降等问题；又因在数字信号处理时涉及多种运算，在运算过程中不可能保持全精度运算，且在运算结果的传输过程中，由于受限于数据带宽，也不可能将运算结果进行全精度的传输等问题，提供一种基于Zynq的数字端自动增益控制系统及方法。

通过在截位的过程中加入自动增益控制,可有效的提高运算结果的精度，从而提高信噪比。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于Zynq的数字端自动增益控制系统，包括射频模块、模数转换模块，实现从模拟信号到数字信号的转换，并且对转换信号是否溢出做出判断；以及自动增益控制模块，实现对射频衰减的控制，并且对信号处理结果的放大；还包括数字采集及信号处理模块；所述射频模块包括射频衰减模块，实现对输入的大信号进行衰减；所述射频模块连接所述模数转换模块；所述模数转换模块连接所述数字采集及信号处理模块；所述数字采集及信号处理模块连接所述自动增益控制模块；所述模数转换模块连接所述自动增益控制模块，所述自动增益控制模块连接所述射频衰减模块。

更进一步的技术方案是提供一种基于Zynq的数字端自动增益控制方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤一、当射频模块切换频点值时，自动增益控制模块开始设置射频衰减值；

步骤二、模数转换模块收到信号后，判断得出溢出值；

步骤三、自动增益控制模块判断溢出值，若没有溢出则重复以上步骤，并且对信号处理结果进行放大；若判断发生溢出信号则进入步骤四；

步骤四、自动增益控制模块控制衰减值，直到溢出信号消失为止，然后重复步骤一至步骤三。

更进一步的技术方案是步骤一中所述自动增益控制模块开始设置射频衰减值为：当第一次设置该频点时，则设置该射频衰减值为0；否则设置为上一次该频点的衰减值。

更进一步的技术方案是步骤四中所述自动增益控制模块采用改进的二分法控制衰减值。

更进一步的技术方案是步骤三中所述自动增益控制模块对信号处理结果进行放大包括以下步骤：自动增益控制模块在对一段数据进行比较统计后，判断出该数据的有效位宽，然后从有效位宽最高位的上两位开始截取有效数据，直到系统需要的传输位宽为止。

本发明在数字端进行自动增益控制可有效解决以上问题。在接收机中采用FPGA进行中频数据的采集，因其高速的时钟频率及并行处理能力，可实现较高的采样率。因Zynq同时集成了FPGA和ARM资源，能够同时满足高速的数据采集及多任务的调度能力，且功耗较低，故而本发明采用Zynq实现。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：由于本发明在衰减值的控制时采用了改进的二分法，所以在最差的情况下，该方法设置衰减的次数约等于log2(n)次，而采用传统方式最差的情况将设置n次，所以该方法能够更快速的捕捉到有效信号。并且在本身信号较小的情况下，相对于从高位截取有效数据的情况，在数字信号处理中间过程以及结果的截位时进行移位能够有效提高信噪比。

附图说明

图1为本发明一个实施例的系统结构原理框图。

图2为本发明一个实施例中改进的二分法控制衰减值的流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式进行详细描述。

实施例1

如图1所示，根据本发明的一个实施例，本实施例公开一种基于Zynq的数字端自动增益控制系统，它包括射频模块，所述射频模块包括射频衰减模块，实现对输入的大信号进行衰减；模数转换模块，实现从模拟信号到数字信号的转换，并且对转换信号是否溢出做出判断；以及自动增益控制模块，实现对射频衰减的控制，并且对信号处理结果的放大；还包括数字采集及信号处理模块；具体的，如图1，本实施例中所述射频模块连接所述模数转换模块；所述模数转换模块连接所述数字采集及信号处理模块；所述数字采集及信号处理模块连接所述自动增益控制模块；所述模数转换模块连接所述自动增益控制模块，所述自动增益控制模块连接所述射频衰减模块。

当自动增益控制模块收到溢出信号时，将加大对射频衰减的控制值，直到溢出信号消失为止。信号处理结果数据位宽可能很宽，但是高端有很长一段位宽可能是符号位，在对一段数据进行比较统计后，可判断出数据的有效位宽，然后从有效位宽最高位的上两位(保证一定的裕量)开始截取有效数据直到系统需要的传输位宽为止，在此过程中相当于将数据进行了向左移位操作，从而将信号进行了放大；若在此不进行该操作，而是直接从高位开始截取，那么信号将很小，再在终端进行移位操作，只能将低位补零，并不能提高信号的信噪比，若从低位开始截取，则信号很可能溢出。由于在数字前端对信号进行自动增益控制控制能够有效提高信噪比，并且可较后端软件实现衰减控制更快的反应速度。在接收机中数字前端的采集及处理采用FPGA实现，又因Zynq集成了FPGA和ARM资源，从而能够更灵活方便FPGA与ARM之间的交互，且能方便对信号处理结果进行进一步的显示或存储等，故而本发明采用Zynq架构实现，在FPGA资源中完成自动增益控制。

实施例2

根据本发明的另一个实施例，本实施例公开一种基于Zynq的数字端自动增益控制方法，所述的方法包括以下步骤：

步骤一、当射频模块切换频点值时，自动增益控制模块开始设置射频衰减值；当第一次设置该频点时，则设置该射频衰减值为0；否则设置为上一次该频点的衰减值。

步骤二、模数转换模块收到信号后，判断得出溢出值。

步骤三、自动增益控制模块判断溢出值，若没有溢出则重复以上步骤，并且对信号处理结果进行放大；若判断发生溢出信号则进入步骤四。

具体的，自动增益控制模块在对一段数据进行比较统计后，判断出该数据的有效位宽，然后从有效位宽最高位的上两位开始截取有效数据，直到系统需要的传输位宽为止。在此过程中相当于将数据进行了向左移位操作，从而将信号进行了放大。若在此不进行该操作，而是直接从高位开始截取，那么信号将很小，再在终端进行移位操作，只能将低位补零，并不能提高信号的信噪比，若从低位开始截取，则信号很可能溢出。所以采用该自动增益控制过程可有效提高信号的信噪比。

步骤四、自动增益控制模块控制衰减值，直到溢出信号消失为止，然后重复步骤一至步骤三。

优选的，如图2所示，为使信号迅速衰减到合适大小，步骤四中衰减值的产生可采用改进的二分法控制衰减值，衰减控制流程如图2所示。当射频模块切换频点值时，自动增益控制模块开始设置射频衰减值；当第一次设置该频点时，则设置该射频衰减值为0；否则设置为上一次该频点的衰减值。此时函数Mid＝最大衰减值/2，判断是否溢出，若是，设定衰减值＝衰减值+Mid,若否，则返回上一步。再次判断是否溢出，若否，则继续设定衰减值＝衰减值+Mid,若是，则判断衰减值是否达到最大，若是，则保持最大衰减值，并判断是否溢出，若否，设定Mid＝Mid/2，衰减值＝衰减值-Mid，继续判断是否溢出，若否，则返回上一步，若是，则设定Mid＝Mid/2，衰减值＝衰减值+Mid，并判断是溢出，若是，返回上一步，若否，则判断Mid是否为最小步进，若是，则维持该衰减值，并记录该频点值和衰减值，并判断是否溢出，若是，则返回设定Mid＝Mid/2，衰减值＝衰减值+Mid步骤。若否，则返回上一步。

由于本实施例在衰减值的控制时采用了改进的二分法，所以在最差的情况下，该方法设置衰减的次数约等于log2(n)次，而采用传统方式最差的情况将设置n次，所以该方法能够更快速的捕捉到有效信号。例如，采用射频模块其衰减步进最小为1dB最大衰减为30dB，采用改进的二分法实现衰减控制后，最差情况下，设置衰减次数为5次，相对于传统方法的30次已有明显的改善，较大提高了瞬时信号的捕获机会。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一个实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种基于Zynq的数字端自动增益控制系统，其特征在于：包括射频模块、模数转换模块，实现从模拟信号到数字信号的转换，并且对转换信号是否溢出做出判断；以及自动增益控制模块，实现对射频衰减的控制，并且对信号处理结果的放大；还包括数字采集及信号处理模块；所述射频模块包括射频衰减模块，实现对输入的大信号进行衰减；所述射频模块连接所述模数转换模块；所述模数转换模块连接所述数字采集及信号处理模块；所述数字采集及信号处理模块连接所述自动增益控制模块；所述模数转换模块连接所述自动增益控制模块，所述自动增益控制模块连接所述射频衰减模块。

2.一种基于Zynq的数字端自动增益控制方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：

步骤一、当射频模块切换频点值时，自动增益控制模块开始设置射频衰减值；

步骤二、模数转换模块收到信号后，判断得出溢出值；

步骤三、自动增益控制模块判断溢出值，若没有溢出则重复以上步骤，并且对信号处理结果进行放大；若判断发生溢出信号则进入步骤四；

步骤四、自动增益控制模块控制衰减值，直到溢出信号消失为止，然后重复步骤一至步骤三。

3.根据权利要求2所述的基于Zynq的数字端自动增益控制方法，其特征在于所述的步骤一中所述自动增益控制模块开始设置射频衰减值为：当第一次设置该频点时，则设置该射频衰减值为0；否则设置为上一次该频点的衰减值。

4.根据权利要求2所述的基于Zynq的数字端自动增益控制方法，其特征在于所述的步骤四中所述自动增益控制模块采用改进的二分法控制衰减值。

5.根据权利要求2所述的基于Zynq的数字端自动增益控制方法，其特征在于所述的步骤三中所述自动增益控制模块对信号处理结果进行放大包括以下步骤：自动增益控制模块在对一段数据进行比较统计后，判断出该数据的有效位宽，然后从有效位宽最高位的上两位开始截取有效数据，直到系统需要的传输位宽为止。