CN109714012B - 一种可配置agc硬件实现系统及方法 - Google Patents
一种可配置agc硬件实现系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可配置AGC硬件实现系统及方法，构建包括：波门控制模块、能量计算模块、能量最大值筛选模块、能量对应累加模块、能量求平均模块、能量增益控制模块的基于滑窗算法的AGC硬件实现系统；波门控制模块产生信号单周期信号使能波门和窗口使能波门，窗口使能波门从前端输入的连续信号中选取一段有效信号；能量计算模块将前端输入的I\Q两路信号能量求平均和，能量最大值筛选模块从窗口使能波门包络的多个周期内的信号能量中，选取单周期信号能量最大值；能量对应累加模块根据单周期信号能量位置一一对应累加；本发明即可以根据实际应用场景选取相适应的算法，又可以通过配置硬件调整算法中的算子实现精确增益控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种可配置AGC硬件实现系统及方法。
背景技术
目前，AGC作为信号处理中常用的自动增益控制模块，在雷达信号处理等系统中有着广泛应用，AGC模块可将按照算法设计计算求得当前输入信号的能量范围，然后通过与门限比较，判断当前输入信号能量是否在合理值范围内，若不在合理值范围，则自动调整前端增益，实现自动控制输入能量增益的功能，但目前的AGC硬件实现系统中存在如下几个问题：
首先，AGC增益控制中的判断能量算法多样，单一的算法仅适用于部分场景，通用设计中无法实现算法的多样性。
其次，算法中由于应用场景的不同，算子多需要根据实际场景调整，固定算子不适用于多样的系统环境。
再次，不同的应用场景，输入信号能量的合理阈值门限、增益变化速率要求等也不相同，所以固定系统参数不具有通用性。
发明内容
本发明目的在于提供一种可配置AGC硬件实现方法，解决AGC算法单一、算子不可配置、应用场景多样性的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可配置AGC硬件实现方法，其具体步骤为：
第一步构建可配置AGC硬件系统
可配置AGC硬件系统包括波门控制模块(1)、能量计算模块(2)、能量最大值筛选模块(3)、能量对应累加模块(4)、能量求平均模块(5)、能量增益控制模块(6)的基于滑窗算法的AGC硬件实现系统；波门控制模块(1)生成信号有效标志信号，能量计算模块(2)计算输入信号能量值，能量最大值筛选模块(3)选取要求周期内所有信号能量中的最大值，能量对应累加模块(4)将多个窗口使能波门下的信号对应累加，能量求平均模块(5)将多个能量值累加求平均，能量增益控制模块(6)自动控制输入信号能量增益。
第二步波门控制模块生成信号有效标志信号
波门控制模块产生波门信号，与前端配置，生成信号使能波门，作为信号单周期有效标志，并生成窗口使能波门，在连续的输入信号中，标志一段有效地输入信号。以此标志指导其余模块采集有效输入信号值。
第三步能量计算模块计算输入信号能量值
能量计算模块将输入系统的I\Q两路信号，进行能量值计算。为了保证传输信号质量，信号系统中多以I\Q两路的形式传递信号，所以需要能量计算模块将输入信号转化为真实能量值形式。
第四步能量最大值筛选模块选取要求周期内所有信号能量中的最大值
能量最大值筛选模块可以在可配置周期内选取输入模块的所有信号中的能量最大值信号。在最大值算法和滑窗算法的AGC系统中，该模块选取每个窗口使能波门下输入信号中的能量最大值信号。在累加算法的AGC系统中，该模块从多个窗口使能波门下能量对应累加后的结果中选取能量最大值信号。
第五步能量对应累加模块将多个窗口使能波门下的信号对应累加
能量对应累加模块根据配置的窗口数量，将对应数量的窗口使能波门下的信号相累加，根据窗口使能波门下的信号位置，对应位置的信号能量值相累加。该模块仅在累加算法模式下工作。
第六步能量求平均模块将多个能量值累加求平均
能量求平均模块根据配置，将多个窗口使能波门下的能量最大值进行累加并求平均值。窗口使能波门下的能量最大值通过能量最大值筛选模块获得。该模块仅在滑窗算法模式下工作。
第七步能量增益控制模块自动控制输入信号能量增益
能量增益控制模块根据不同算法配置，输入对应算法的通路的能量计算结果，并与对应应用场景下的能量阈值范围进行比较，如果输入能量较大，则按照可配置的衰减速率降低输入信号增益，反之，则按照可配置的增加速率增大输入信号增益，以此实现增益自动控制，确保输入能量在可配置的阈值范围内。
至此，实现了可配置AGC硬件实现方法。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，系统包括：波门控制模块、能量计算模块、能量最大值筛选模块、能量对应累加模块、能量求平均模块、能量增益控制模块；所述波门控制模块用于生成信号有效标志信号，能量计算模块用于计算输入信号能量值，能量最大值筛选模块用于选取要求周期内所有信号能量中的最大值，能量对应累加模块用于将多个窗口使能波门下的信号对应累加，能量求平均模块用于将多个能量值累加求平均，能量增益控制模块用于自动控制输入信号能量增益。实现的AGC硬件系统支持三种能量计算算法，且不同算法的算子都可根据不同应用场景配置，能量判决过程中，能量阈值范围、自动增益变化速率也可根据不同应用进行配置，更全面灵活的实现了AGC硬件系统。
附图说明
图1为本发明的一种可配置AGC硬件实现系统示意图。
附图标记示意
1.波门控制模块 2.能量计算模块 3.能量最大值筛选模块 4.能量对应累加模块5.能量求平均模块 6.能量增益控制模块
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。
虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元器件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。
请参照图1，本发明公开了一种可配置AGC硬件实现系统，包括：波门控制模块1、能量计算模块2、能量最大值筛选模块3、能量对应累加模块4、能量求平均模块5、能量增益控制模块6；所述波门控制模块1用于生成信号有效标志信号，能量计算模块2用于计算输入信号能量值，能量最大值筛选模块3用于选取要求周期内所有信号能量中的最大值，能量对应累加模块4用于将多个窗口使能波门下的信号对应累加，能量求平均模块5用于将多个能量值累加求平均，能量增益控制模块6用于自动控制输入信号能量增益。
本发明还公开了一种可配置AGC硬件实现方法，包括：
波门控制模块1生成信号有效标志信号；
能量计算模块2基于所述有效标志信号计算输入信号能量值；
能量最大值筛选模块3选取要求周期内所有所述信号能量值中的最大值；
能量对应累加模块4将多个窗口使能波门下的信号对应累加；
能量求平均模块5将多个能量值累加求平均；
能量增益控制模块6自动控制输入信号能量增益。
在一个实施例中，所述波门控制模块生成信号有效标志信号包括：与前端配置，生成信号使能波门，作为信号单周期有效标志，并生成窗口使能波门，在连续的输入信号中，标志一段有效地输入信号。
在一个实施例中，所述能量计算模块计算输入信号能量值包括：能量计算模块将输入系统的I\Q两路信号。
在一个实施例中，所述能量最大值筛选模块选取要求周期内所有信号能量中的最大值包括：在最大值算法和滑窗算法的AGC系统中，该模块选取每个窗口使能波门下输入信号中的能量最大值信号。
在一个实施例中，所述能量最大值筛选模块选取要求周期内所有信号能量中的最大值包括：在累加算法的AGC系统中，该模块从多个窗口使能波门下能量对应累加后的结果中选取能量最大值信号。
在一个实施例中，所述能量对应累加模块将多个窗口使能波门下的信号对应累加包括：根据配置的窗口数量，将对应数量的窗口使能波门下的信号相累加。
在一个实施例中，所述能量对应累加模块将多个窗口使能波门下的信号对应累加包括：根据窗口使能波门下的信号位置，对应位置的信号能量值相累加。
在一个实施例中，所述能量求平均模块将多个能量值累加求平均包括：将多个窗口使能波门下的能量最大值进行累加并求平均值。
在一个实施例中，所述能量增益控制模块自动控制输入信号能量增益包括：能量增益控制模块根据不同算法配置，输入对应算法的通路的能量计算结果，并与对应应用场景下的能量阈值范围进行比较，如果输入能量较大，则按照可配置的衰减速率降低输入信号增益，反之，则按照可配置的增加速率增大输入信号增益，以此实现增益自动控制，确保输入能量在可配置的阈值范围内。
在一个实施例中，种可配置AGC硬件实现方法，算法包括最大值算法、滑窗算法、累加算法，其具体步骤为：构建包括：波门控制模块1、能量计算模块2、能量最大值筛选模块3、能量对应累加模块4、能量求平均模块5、能量增益控制模块6的基于滑窗算法的AGC硬件实现系统；波门控制模块1产生信号单周期信号使能波门和窗口使能波门，窗口使能波门从前端输入的连续信号中选取一段有效信号；能量计算模块2将前端输入的I\Q两路信号能量求平均和，以此获取单周期内输入信号能量值；能量最大值筛选模块3从窗口使能波门包络的多个周期内的信号能量中，通过比较器选取单周期信号能量最大值；能量对应累加模块4将多个窗口使能波门包络下的能量，根据单周期信号能量位置一一对应累加；能量求平均模块5将多个窗口波门内的能量最大值累加并求平均值；能量增益控制模块6将计算的能量平均值与配置的能量阈值范围比较确定当前增益控制是否合理，并作出相应调整；至此，实现了基于三种算法的AGC硬件实现方法。本发明即可以根据实际应用场景选取相适应的算法，又可以通过配置硬件调整算法中的算子实现精确增益控制。
能量最大值算法是直接从单个窗口(窗口即帧，同一窗口下的信号为一组完整的信号。不同窗口内的信号即为多帧信号)使能波门包络的多个时钟周期内的信号能量中，选取单周期信号能量最大值作为后级增益控制模块的控制标准。例如，单个窗口使能波门包络N个周期的信号，信号能量以此为M1,M2…MN。最大值存储器中复位存储为0，由于输入信号为串行输入，所以通过二选一比较器，若输入信号大于最大值存储器中的值，则将该信号能量值存期最大值存储器中，以此信号输入比较，选取N个输入信号中的最大值输出。
滑窗算法是在最大值算法的基础上，根据应用方向及场景的不同配置的相应的窗口数量，将多组窗口使能波门包络的信号能量最大值累加并求平均值，进一步，当接收到新的窗口使能包络中的信号能量最大值后，将最早接收的窗口能量最大值舍弃，以此组成新的一组窗口能量最大值，再次求平均值作为后级增益控制模块的控制标准。例如，窗口使能波门数量配置为N，单个窗口使能波门下的信号周期数为X，首先通过上述最大值算法的模式，分别选取N个窗口使能波门下X个周期信号中对应的的最大值M1MAX，M2MAX…MNMAX,然后将M1MAX，M2MAX…MNMAX累加后求平均值，进一步，当输入新的一组窗口使能波门包络的信号，计算该窗口包络的信号最大值为M(N+1)MAX，然后舍弃M1MAX，M2MAX，M3MAX…M(N+1)MAX中累加后求平均值，以此随着新的窗口信号输入完成运算输出。
累加算法是根据配置的窗口数量，将每个窗口使能波门包络的多时钟周期信号，根据信号出现的先后顺序定义位置，将相同位置的单时钟周期信号能量一一对应累加，最后在累加后的多个信号能量中选取最大值输出作为后级增益控制模块的控制标准。例如，窗口使能波门数量配置为N，单个窗口使能波门下的信号周期数为X，每组窗口使能波门下的单周期信号能量为Mi_j(i＝1～N,j＝1～X),当输入N个窗口包络信号后，求取M1_1+M2_1+…MN_1,M1_2+M2_2+…MN_2,…,M1_X+M2_X+…MN_X中的最大值作为输出。
本发明实现了以下显著的有益效果：
实现简单，系统包括：波门控制模块、能量计算模块、能量最大值筛选模块、能量对应累加模块、能量求平均模块、能量增益控制模块；所述波门控制模块用于生成信号有效标志信号，能量计算模块用于计算输入信号能量值，能量最大值筛选模块用于选取要求周期内所有信号能量中的最大值，能量对应累加模块用于将多个窗口使能波门下的信号对应累加，能量求平均模块用于将多个能量值累加求平均，能量增益控制模块用于自动控制输入信号能量增益。实现的AGC硬件系统支持三种能量计算算法，且不同算法的算子都可根据不同应用场景配置，能量判决过程中，能量阈值范围、自动增益变化速率也可根据不同应用进行配置，更全面灵活的实现了AGC硬件系统。
根据本发明技术方案和构思，还可以有其他任何合适的改动。对于本领域普通技术人员来说，所有这些替换、调整和改进都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种可配置AGC硬件实现系统，其特征在于，包括：波门控制模块(1)、能量计算模块(2)、能量最大值筛选模块(3)、能量对应累加模块(4)、能量求平均模块(5)、能量增益控制模块(6)；
所述能量计算模块(2)的第一端与第一能量最大值筛选模块(3)连接，第二端与第二能量最大值筛选模块(3)连接，所述第二能量最大值筛选模块(3)与所述能量求平均模块(5)连接，所述能量求平均模块(5)与所述能量增益控制模块(6)连接，所述能量计算模块(2)的第三端与所述能量对应累加模块(4)连接；所述能量对应累加模块(4)与第三能量最大值筛选模块(3)连接，所述第三能量最大值筛选模块(3)与所述能量增益控制模块(6)连接；
所述波门控制模块(1)用于生成信号有效标志信号，能量计算模块(2)用于计算输入信号能量值，能量最大值筛选模块(3)用于选取要求周期内所有信号能量中的最大值：具体包括：在最大值算法和滑窗算法的AGC系统中，该模块选取每个窗口使能波门下输入信号中的能量最大值信号；在累加算法的AGC系统中，该模块从多个窗口使能波门下能量对应累加后的结果中选取能量最大值信号；
能量对应累加模块(4)用于将多个窗口使能波门下的信号对应累加，能量求平均模块(5)用于将多个能量值累加求平均，能量增益控制模块(6)用于自动控制输入信号能量增益；
所述能量求平均模块(5)还用于：将多个窗口使能波门下的能量最大值进行累加并求平均值；
所述能量增益控制模块(6)还用于：能量增益控制模块根据不同算法配置，输入对应算法的通路的能量计算结果，并与对应应用场景下的能量阈值范围进行比较，如果输入能量较大，则按照可配置的衰减速率降低输入信号增益，反之，则按照可配置的增加速率增大输入信号增益，以此实现增益自动控制，确保输入能量在可配置的阈值范围内。
2.根据权利要求1所述的可配置AGC硬件实现方法，其特征在于，所述波门控制模块生成信号有效标志信号包括：与前端配置，生成信号使能波门，作为信号单周期有效标志，并生成窗口使能波门，在连续的输入信号中，标志一段有效地输入信号。
3.根据权利要求2所述的可配置AGC硬件实现方法，其特征在于，所述能量计算模块计算输入信号能量值包括：能量计算模块将输入系统的I\Q两路信号。
4.根据权利要求1所述的可配置AGC硬件实现方法，其特征在于，所述能量最大值筛选模块选取要求周期内所有信号能量中的最大值包括：在最大值算法和滑窗算法的AGC系统中，该模块选取每个窗口使能波门下输入信号中的能量最大值信号。
5.根据权利要求1所述的可配置AGC硬件实现方法，其特征在于，所述能量最大值筛选模块选取要求周期内所有信号能量中的最大值包括：在累加算法的AGC系统中，该模块从多个窗口使能波门下能量对应累加后的结果中选取能量最大值信号。
6.根据权利要求4或5所述的可配置AGC硬件实现方法，其特征在于，所述能量对应累加模块将多个窗口使能波门下的信号对应累加包括：根据配置的窗口数量，将对应数量的窗口使能波门下的信号相累加。
7.根据权利要求4或5所述的可配置AGC硬件实现方法，其特征在于，所述能量对应累加模块将多个窗口使能波门下的信号对应累加包括：根据窗口使能波门下的信号位置，对应位置的信号能量值相累加。
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