CN107231163B - 基于能量统计的模拟数字联合控制模块及自动增益控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于能量统计的模拟数字联合控制模块及自动增益控制方法，包括模拟增益控制单元和数字信号处理单元，其中，所述模拟增益控制单元依次通过第一滤波器、ADC转化单元、数字能量统计单元和数字信号处理单元相连，所述模拟增益控制单元通过第二滤波器从输入接口接收信号，经过滤波后输送到ADC转化单元，所述数字能量统计单元接收来自ADC转化单元的模拟信号，对其能量进行统计并为数字信号处理单元设定基准信号强度，所述数字信号处理单元的输出端和输出接口以及模拟增益控制单元的反馈控制端相连。本发明易于调试，精度高，具备高灵敏度和高动态范围，可用于满足海上中频数字广播系统中船载接收机的简易高效低成本的需求。

Description

基于能量统计的模拟数字联合控制模块及自动增益控制方法
技术领域
本发明涉及一种信号处理控制模块及自动增益控制方法，尤其涉及一种基于能量统计的模拟数字联合控制模块及自动增益控制方法。
背景技术
自动增益控制(Automatic Gain Control，简称AGC)使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法。自动增益控制是限幅输出的一种，它利用线性放大和压缩放大的有效组合对增益可调放大器的输出信号进行调整。当弱信号输入时，线性放大电路工作，保证输出信号的强度；当输入信号达到一定强度时，启动压缩放大电路，使输出幅度降低。也就是说，AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度。
传统AGC(Automatic Gain Control)控制一般单纯地使用模拟或数字端来控制，存在精度不高，调试复杂，动态范围不足的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于能量统计的模拟数字联合控制模块及自动增益控制方法，易于调试，精度高，具备高灵敏度和高动态范围，可用于满足海上中频数字广播系统中船载接收机的简易高效低成本的需求。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于能量统计的模拟数字联合控制模块，包括模拟增益控制单元和数字信号处理单元，其中，所述模拟增益控制单元依次通过第一滤波器、ADC转化单元、数字能量统计单元和数字信号处理单元相连，所述模拟增益控制单元通过第二滤波器从输入接口接收信号，经过滤波后输送到ADC转化单元，所述数字能量统计单元接收来自ADC转化单元的模拟信号，对其能量进行统计并为数字信号处理单元设定基准信号强度，所述数字信号处理单元的输出端和输出接口以及模拟增益控制单元的反馈控制端相连，所述模拟增益控制单元、ADC转化单元和数字能量统计单元的电源端和电源模块相连。
上述的基于能量统计的模拟数字联合控制模块，其中，所述数字能量统计单元中设置有第一查询表和第二查询表，所述第一查询表存储差值与衰减量增益的对应关系,根据模拟信号的当前能量值与目标值的差值查询衰减量增益；所述第二查询表存储衰减量增益与控制信号的对应关系,根据模拟端的衰减增益查询所需的控制信号。
上述的基于能量统计的模拟数字联合控制模块，其中，所述模拟增益控制单元包括依次相连的第一模拟增益控制单元和第二模拟增益控制单元实现两级信号放大，所述第一模拟增益控制单元和第二模拟增益控制的反馈控制端均与数字信号处理单元的输出端相连。
本发明为解决上述技术问题还提供一种船载接收机，包括主控制器，其中，所述主控制器通过数据总线连接以太网接口和/或USB接口，所述主控制器的输入端和OFDM解调器相连，所述OFDM解调器通过射频前端和中频接收天线相连，所述射频前端为上述的基于能量统计的模拟数字联合控制模块。
本发明为解决上述技术问题还提供一种基于能量统计的模拟数字联合控制模块的自动增益控制方法，包括如下步骤：S1：对接收机放大器增益进行分段,调整其性能达到最优的模拟端性能；S2：根据最优模拟端的值,经过ADC转化单元处理后,由数字能量计算单元对其能量进行统计并设定基准信号强度,由数字能量单元计算出当前的数字能量值,作为数字能量基准值；S3：设置第一查询表存储差值与衰减量增益的对应关系,根据模拟信号的当前能量值与数字能量基准值的差值查询衰减量增益；S4：设置第二查询表存储衰减量增益与控制信号的对应关系,根据模拟端的衰减增益查询所需的控制信号；S5：信号经过ADC转化单元之后，由数字能量计算单元对其能量进行统计并设定基准信号强度，同时反馈给模拟增益控制单元当前基准信号强度增益；当输入信号大于这个基准信号强度时，增益控制信号反馈模拟增益控制单元的信号使其减小增益，反之则增大信号增益。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的基于能量统计的模拟数字联合控制模块及自动增益控制方法，易于调试，精度高，具备高灵敏度和高动态范围，可用于满足海上中频数字广播系统中船载接收机的简易高效低成本的需求。
附图说明
图1为本发明基于能量统计的模拟数字联合控制模块的电路方框示意图；
图2为采用本发明模拟数字联合控制模块的船载接收机的电路方框图；
图3为本发明基于能量统计的模数联合控制模块的自动增益控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明基于能量统计的模拟数字联合控制模块的电路方框示意图。
请参见图1，本发明提供的基于能量统计的模拟数字联合控制模块，包括模拟增益控制单元和数字信号处理单元，其中，所述模拟增益控制单元依次通过第一滤波器、ADC转化单元、数字能量统计单元和数字信号处理单元相连，所述模拟增益控制单元通过第二滤波器从输入接口接收信号，经过滤波后输送到ADC转化单元，所述数字能量统计单元接收来自ADC转化单元的模拟信号，对其能量进行统计并为数字信号处理单元设定基准信号强度，所述数字信号处理单元的输出端和输出接口以及模拟增益控制单元的反馈控制端相连，所述模拟增益控制单元、ADC转化单元和数字能量统计单元的电源端和电源模块相连。
本发明提供的基于能量统计的模拟数字联合控制模块，电源模块向各个模块单元提供电源；信号从输入接口进入,分别进入滤波器,模拟增益控制单元后进入ADC转化单元,在进入数字能量统计单元后,经数字信号处理控制模拟增益控制单元,多次调解使之,达到最优的性能输出。
图2为采用本发明模拟数字联合控制模块的船载接收机的电路方框图。
请继续参见图2，本发明还提供一种船载接收机，包括主控制器，其中，所述主控制器通过数据总线连接以太网接口和/或USB接口，所述主控制器的输入端和OFDM解调器相连，所述OFDM解调器通过射频前端和中频接收天线相连，所述射频前端为前述的基于能量统计的模拟数字联合控制模块。各单元的主要功能及实现如下。
一、中频接收天线
接收频率范围覆盖495kHz～505kHz的电场或磁场的天线，宜覆盖486kHz、490kHz和518kHz，以便与NAVTEX公用天线。
二、射频前端
射频前端为本发明基于能量统计的模拟数字联合控制模块，将来自天线的RF信号进行滤波、放大和变换，以满足解调要求。具备高灵敏度和高动态范围。
三、OFDM解调器：对OFDM信号进行解调，以恢复出DS、MIS和TIS的数据流，重新创建包含有已发送的消息文件的数据流。
四、主控制器
采用文件多路分配器接收消息文件；根据最终应用的不同，消息文件可以：a)存储于可通过船舶网访问的船载服务器上；b)直接在接收机显示单元显示；c)发送给最终应用设备。
五、显示单元
为显示并检查接收参数提供一个人机接口，根据消息文件的应用分类，用于显示专用消息并通过配置使该接口与专用船载设备应用相连(例如，电子导航)，同时管理船舶的许可内容(船舶标识、加密)。此接口可能是在外部计算机运行的专门应用，接收机可以是黑匣子设备。
六、数据接口
接收外部GNSS等数据，控制器根据消息文件的应用分类，通过数据接口将消息文件提供给应用设备。设备应提供符合IEC 61162系列标准的要求的数据接口，宜提供以太网和USB接口，以便文件的高速传输和传递，设备可提供打印机接口。
请继续参见图3，本发明提供的基于能量统计的模拟数字联合控制模块的自动增益控制过程如下：
步骤S1接收机放大器增益合理分段,调整其性能达到最优的模拟端性能。
步骤S2根据最优模拟端的值,经过ADC处理后,由数字能量计算单元对其能量进行统计并设定基准信号强度,由数字能量单元计算出当前的数字能量值,作为数字能量基准值(目标值)。
步骤S3根据数字能量的基准值,设置与基准值的差值设置第一查询表,用来查询与目标值的差值。
步骤S4设置模拟端的模拟增益控制的关系,设置为第二查询表,用来查询模拟端的衰减量。
步骤S5信号经过ADC之后，由数字能量计算单元对其能量进行统计并设定基准信号强度，同时反馈给模拟增益控制单元当前基准信号强度增益；当输入信号大于这个基准信号强度时，增益控制信号反馈模拟增益控制单元的信号使其减小增益，反之则增大信号增益。通过模拟和数字两部分的控制，达到一个良好的AGC效果。
下面给出一个具体实例：
设置设备最佳的性能时候数字能量统计单元的值为X，X是接收机性能最优的时刻的一个预设值，所述预设值与选择的器件等有关系。
设置控制数字能量达到X的值得时候,需要的数字衰减量分别是多少,设置为第一查询表，例如X为100,到100的数字衰减为分别为A1、A2、A3和A4等。
将模拟增益控制单元的衰减量增益与控制信号的关系,设置为第二查询表，控制关系是器件本身的特性，不同的型号的器件是不一样的值,但是原理是一样的，该值需要实际测试；比如增益为-10时候控制信号为B1,增益为0时候控制信号为B2,增益为10时候控制信号为B3等。
任意信号从输入接口进入，经过处理到数字能量统计单元时能量为Y，(Y不等于X)计算Y与X的差值，查询表A，得到所需要的衰减量，根据得到的衰减量，查询表B，得到衰减量增益与控制信号的关系，多次调节控制信号，使之能量统计单元的最终能量统计为本发明所需要的X，即性能最优的时刻。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (2)

1.一种基于能量统计的模拟数字联合控制模块的自动增益控制方法，其特征在于，所述模拟数字联合控制模块包括模拟增益控制单元和数字信号处理单元，所述模拟增益控制单元依次通过第一滤波器、ADC转化单元、数字能量统计单元和数字信号处理单元相连，所述模拟增益控制单元通过第二滤波器从输入接口接收信号，经过滤波后输送到ADC转化单元，所述数字能量统计单元接收来自ADC转化单元的模拟信号，对其能量进行统计并为数字信号处理单元设定基准信号强度，所述数字信号处理单元的输出端和输出接口以及模拟增益控制单元的反馈控制端相连，所述模拟增益控制单元、ADC转化单元和数字能量统计单元的电源端和电源模块相连；
所述数字能量统计单元中设置有第一查询表和第二查询表；
所述自动增益控制方法包括如下步骤：
S1：对接收机放大器增益进行分段,调整其性能达到最优的模拟端性能；
S2：根据最优模拟端的值,经过ADC转化单元处理后, 由数字能量计算单元对其能量进行统计并设定基准信号强度,由数字能量单元计算出当前的数字能量值,作为数字能量基准值；
S3：设置第一查询表存储差值与衰减量增益的对应关系,根据模拟信号的当前能量值与数字能量基准值的差值查询衰减量增益；
S4：设置第二查询表存储衰减量增益与控制信号的对应关系,根据模拟端的衰减增益查询所需的控制信号；
S5：信号经过ADC转化单元之后，由数字能量计算单元对其能量进行统计并设定基准信号强度，同时反馈给模拟增益控制单元当前基准信号强度增益；当输入信号大于这个基准信号强度时，增益控制信号反馈模拟增益控制单元的信号使其减小增益，反之则增大信号增益。
2.如权利要求1所述的基于能量统计的模拟数字联合控制模块的自动增益控制方法，其特征在于，所述模拟增益控制单元包括依次相连的第一模拟增益控制单元和第二模拟增益控制单元实现两级信号放大，所述第一模拟增益控制单元和第二模拟增益控制的反馈控制端均与数字信号处理单元的输出端相连。
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