CN108471296B - 一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统 - Google Patents

一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统，包括受控放大器、模数转换模块、数字下变频模块和自动增益控制模块，所述受控放大器用于对输入系统的模拟中频信号进行增益缩放处理；所述模数转换模块用于将经增益缩放处理后的模拟中频信号转换为数字中频信号；所述数字下变频模块用于将数字中频信号转换为数字基带信号；所述自动增益控制模块用于根据数字基带信号功率控制受控放大器增益。能够有效解决突发业务包的自动增益控制响应不迅速、强干扰信号造成自动增益控制误动作的问题，具有调整速度快、调整精度高、零误动作的优点。

Description

一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统
技术领域
本发明涉及信号处理，尤其是数字自动增益控制。
背景技术
以普通信号功率作为判决依据的AGC(Automatic Gain Control自动增益控制)电路包含了一个增益由反馈电路控制的可变增益放大器，反馈电路可以由VGA(VideoGraphics Array视频图形阵列)的输入也可以由VGA的输出来计算VGA的增益。
反馈电路总的设计目标是要做到让输出信号与输入信号朝相反的方向变化。例如，输入中频信号变小会导致输出信号变小，这时反馈电路就会产生一个针对可变增益放大器的控制字，使放大器增益增大，这样输出信号就会变大。反过来，输入中频信号变大会导致输出信号变大，这时反馈电路就会产生一个针对可变增益放大器的控制字，使放大器增益变小，这样输出信号就会变小。也就是说，不管输入中频信号功率如何变化，经过反馈电路的调理之后，输出信号功率都只会小范围的变化。从反馈环路中可以看到，自动增益控制实际上是用前一时刻的数据计算得到的增益控制字来调节当前时刻的输入信号，所以输出信号功率不可能完全恒定，而是在一个中心值附近抖动。
此种设计方法的弊端就是不能适应具有突发传输包的系统，当传输的信号不是连续时，在自动增益控制的观察时间内信号不能有效的填满整个窗口，导致检波求平均功率值不能准确反映实际信号功率而出现错误的自动增益控制动作，导致系统瘫痪。
发明内容
基于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种能够适用于突发传输系统的高精度高稳度数字自动增益控制系统。
本发明能够以多种方式实现，包括方法、系统、设备、装置或计算机可读介质，在下面论述本发明的几个实施例。
一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统，包括受控放大器、模数转换模块、数字下变频模块和自动增益控制模块，所述受控放大器用于对输入系统的模拟中频信号进行增益缩放处理；所述模数转换模块用于将经增益缩放处理后的模拟中频信号转换为数字中频信号；所述数字下变频模块用于将数字中频信号转换为数字基带信号；所述自动增益控制模块用于根据数字基带信号功率控制受控放大器增益。
进一步地，所述自动增益控制模块包括功率提取模块、查找表模块和控制字生成模块，所述功率提取模块用于获取数字基带信号功率，所述查找表模块用于根据数字基带信号功率查找受控放大器的当前控制字；所述控制字生成模块用于生成受控放大器的最终控制字。
进一步地，所述功率提取模块包括正交检测模块和精确功率提取模块，所述正交检测模块用于在数字基带信号互相关函数的判决函数超过阈值时产生正交指示信号；所述精确功率提取模块用于根据正交检测模块产生的正交指示信号在预设检测窗口内查找与正交指示信号对应的数字基带信号互相关函数的判决函数，并把数字基带信号互相关函数的判决函数的最大值作为数字基带信号的功率值。
进一步地，输入系统的模拟中频信号具有三段式时帧结构，第一段为高幅度值正弦波序列，第二段为短ZC序列，第三段为空闲保护时段。
进一步地，所述数字基带信号互相关函数的判决函数：
Figure BDA0001590099220000031
其中，Ps(d)为互相关函数，Rs(d)为相关窗函数，
Figure BDA0001590099220000032
Figure BDA0001590099220000033
r(n)表示接收到的数字基带信号的第n个样值，N表示短ZC序列长度，d表示长度为N的样值窗口中第一个样值对应的时间序号。
进一步地，所述精确功率提取模块用于根据正交检测模块产生的正交指示信号在预设检测窗口内查找与正交指示信号对应的数字基带信号互相关函数的判决函数，并把数字基带信号互相关函数的判决函数的最大值作为数字基带信号的功率值。
进一步地，所述查找表模块通过查找与数字基带信号功率值所在区间对应的控制字生成受控放大器的当前控制字。
进一步地，所述控制字生成模块利用当前控制字与前一时刻控制字的和生成受控放大器的最终控制字。
本发明实施例具有的有益积极效果包括：能够有效解决突发业务包的自动增益控制响应不迅速、强干扰信号造成自动增益控制误动作的问题，通过正交检测获取数字基带信号功率值来进行自动增益控制调节，具有调整速度快、调整精度高、零误动作的优点；利用当前控制字与前一时刻控制字的和生成受控放大器的最终控制字，保证模数转换模块始终工作在最佳电平值，可以有效减少量化误差带来的不良影响，可以有效解决自动增益控制过程中容易发生的对干扰信号误动作和对突发业务响应慢的情况，可以灵活应用于自组网和点对多点的网络组网拓扑中，经实际检验具有优良性能。
本发明的其他方面和优点根据下面结合附图的详细的描述而变得明显，所述附图通过示例说明本发明的原理。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明实施例提供的数字自动增益控制系统结构框图
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。
本发明实施例提供一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统，包括受控放大器、模数转换模块、数字下变频模块和自动增益控制模块，所述受控放大器用于对输入系统的模拟中频信号进行增益缩放处理；所述模数转换模块用于将经增益缩放处理后的模拟中频信号转换为数字中频信号；所述数字下变频模块用于将数字中频信号转换为数字基带信号；所述自动增益控制模块用于根据数字基带信号功率控制受控放大器增益，自动增益控制模块的设计可以有效提高通信接收机链路的动态范围。
输入系统的模拟中频信号具有三段式时帧结构，第一段为高幅度值正弦波序列，第二段为短ZC序列或M序列，第三段为空闲保护时段。高幅度值正弦波序列用于完成空口信号溢出指示检测与自动增益控制粗调整，对应模拟中频信号输入系统经过受控放大器、模数转换模块、数字下变频模块；短ZC序列或M序列用于完成有用数据定位和空口信号功率估计，对应系统自动增益控制模块，依据空口信号功率遍历查找表来进行自动增益控制的精细调整，由于第一段正弦波已保证信号无失真，故该功率估计相当准确；第三段为空闲保护时间段，对应实际需要传输的有效数据，目的是保证在第二阶段信号检测时阈值的平稳过渡，避免阈值大起大落对自动增益控制的检测产生冲击从而产生误动作。ZC序列由Zadoff和Chu两人提出，是CAZAC序列的一种，是一种恒幅值，零自相关序列。
自动增益控制模块包括功率提取模块、查找表模块和控制字生成模块，功率提取模块用于获取数字基带信号功率，查找表模块用于根据数字基带信号功率查找对应的衰减器控制字；控制字生成模块用于生成受控放大器的最终控制字。
功率提取模块包括正交检测模块和精确功率提取模块，其中正交检测模块用于在数字基带信号互相关函数的判决函数超过设定的阈值时产生正交指示信号。数字基带信号互相关函数的判决函数：
Figure BDA0001590099220000051
其中，Ps(d)为互相关函数，Rs(d)为相关窗函数，用来对互相关函数进行归一化处理。
Figure BDA0001590099220000052
r(n)表示接收到的数字基带信号的第n个样值，N表示短ZC序列长度，d表示长度为N的样值窗口中第一个样值对应的时间序号。当接收到的采样序列r(n)与保存在本地的s(n)序列完全重合时，Ms(d)取得最大值。但在实际采样过程中，难以实现采样序列r(n)与保存在本地的s(n)序列完全重合，且在实际采样过程中难以实时判断何时r(n)序列与s(n)序列重合度最高，Ms(d)取得最大值，所以通过设置合理的阈值，当判决函数Ms(d)值超过阈值时，正交检测模块产生正交指示信号并把正交指示信号发送给精确功率提取模块。由于判决函数Ms(d)最大值的副峰也有可能超过阈值，所以此时的正交指示信号未完全准确。精确功率提取模块用于根据正交检测模块产生的正交指示信号在预设检测窗口内查找比较与正交指示信号对应的数字基带信号互相关函数的判决函数Ms(d)，并把判决函数Ms(d)的最大值作为数字基带信号的功率值，完成数字基带信号精确功率的提取。示例性地，取预设检测窗口的长度为采样序列r(n)长度值的三分之一，预设检测窗口的起始位置对应正交指示信号开始发生位置处。
查找表模块通过查找与数字基带信号功率值所在区间对应的控制字生成受控放大器的当前控制字。将00000000H～FFFFFFFFH区间划分为不同的子区间，每一子区间对应不同的数字基带信号功率值和不同的受控放大器控制字。查找表模块判断数字基带信号功率值落入哪一子区间，查找该子区间对应的控制字，并把查找到的控制字作为受控放大器的当前控制字。示例性地，将00000000H～FFFFFFFFH区间划分为00000000H～87A56D H、87A56E H～F628BC H、F628BD H～1DE6122 H、…、EB9822A H～1798A64A H、1798A64B H～5E3F83A0H、5E3F83A1 H～9745E1EC H、9745E1ED H～FFFFFFFF H和虚拟区间，共12个子区间，12个子区间对应不同的数字基带信号功率值和不同的受控放大器控制字，设定子区间4(EB9822A H～1798A64A H)为最佳功率区间，当输入的数字基带信号功率值落入子区间4时，判断此时数字基带信号功率值满足系统要求，不需要在前一时刻控制字上进行放大或衰减调整，子区间4对应的控制字为0，即查找表模块生成的受控放大器当前控制字为0，控制字生成模块利用当前控制字与前一时刻控制字的和生成受控放大器的最终控制字，所以当数字基带信号功率值落入子区间4时，受控放大器的最终控制字与前一时刻控制字相同。将数字基带信号最佳功率设置为一个区间，为抖动或干扰提供一定缓存空间，可以有效预防因抖动或干扰带来的自动增益控制频繁动作。实际可根据不同的自动增益控制设计不同的最佳功率区间。
优化地，控制字生成模块利用当前控制字与前一时刻控制字的和生成受控放大器的最终控制字，当前控制字为查找表模块根据数字基带信号功率值查找出的衰减器控制字，前一时刻控制字为系统上一次进行自动增益控制时作用于受控放大器的最终控制字。利用当前控制字与前一时刻控制字的和生成受控放大器的最终控制字，保证模数转换模块始终工作在最佳电平值，可以有效减少量化误差带来的不良影响，可以有效解决自动增益控制过程中容易发生的对干扰信号误动作和对突发业务响应慢的情况，可以灵活应用于自组网和点对多点的网络组网拓扑中，经实际检验具有优良性能。
优化地，当输入模数转换模块的模拟中频信号幅度超出其可调节幅度范围时，模数转换模块产生溢出指示信号，并将溢出指示信号传递给查找表模块。收到有效溢出指示信号后，查找表模块判断数字基带信号功率值落入特殊区间，查找与特殊区间对应的大跨度向下调节控制字，并由控制字生成模块生成最终控制字，用于调节受控放大器增益，实现对所述数字基带信号的大跨度向下调节，保证模数转换模块第一时间迅速摆脱饱和状态，此过程不必进行功率提取。
本发明的不同方面、实施例、实施方式或特征能够单独使用或任意组合使用。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种适用于短时突发传输的高精度快速自动增益控制系统，其特征在于包括受控放大器、模数转换模块、数字下变频模块和自动增益控制模块，所述受控放大器用于对输入系统的模拟中频信号进行增益缩放处理；所述模数转换模块用于将经增益缩放处理后的模拟中频信号转换为数字中频信号；所述数字下变频模块用于将数字中频信号转换为数字基带信号；所述自动增益控制模块用于根据数字基带信号功率控制受控放大器增益；
所述自动增益控制模块包括功率提取模块、查找表模块和控制字生成模块，所述功率提取模块用于获取数字基带信号功率，所述查找表模块用于根据数字基带信号功率查找受控放大器的当前控制字；所述控制字生成模块用于生成受控放大器的最终控制字；
所述功率提取模块包括正交检测模块和精确功率提取模块，所述正交检测模块用于在数字基带信号互相关函数的判决函数超过阈值时产生正交指示信号；所述精确功率提取模块用于根据正交检测模块产生的正交指示信号在预设检测窗口内查找与正交指示信号对应的数字基带信号互相关函数的判决函数，并把数字基带信号互相关函数的判决函数的最大值作为数字基带信号的功率值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，输入系统的模拟中频信号具有三段式时帧结构，第一段为高幅度值正弦波序列，第二段为短ZC序列，第三段为空闲保护时段。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字基带信号互相关函数的判决函数：
Figure FDA0003105967940000011
其中，Ps(d)为互相关函数，Rs(d)为相关窗函数，
Figure FDA0003105967940000012
Figure FDA0003105967940000021
r(n)表示接收到的数字基带信号的第n个样值，s(n)表示本地序列中第n个样值；N表示短ZC序列长度，d表示长度为N的样值窗口中第一个样值对应的时间序号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述查找表模块通过查找与数字基带信号功率值所在区间对应的控制字生成受控放大器的当前控制字。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制字生成模块利用当前控制字与前一时刻控制字的和生成受控放大器的最终控制字。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当输入模数转换模块的模拟中频信号幅度超出其可转换幅度范围时，模数转换模块产生溢出指示信号，并将溢出指示信号传递给查找表模块。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述查找表模块收到有效溢出指示信号后，判断数字基带信号功率值落入特殊区间并查找与所述特殊区间对应的大跨度向下调节控制字。
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