CN113839635A

CN113839635A - 基于平滑滤波的抗干扰自适应agc调整方法及装置

Info

Publication number: CN113839635A
Application number: CN202111148352.8A
Authority: CN
Inventors: 钟轶文
Original assignee: Sichuan Andi Technology Industrial Co Ltd
Current assignee: Sichuan Andi Technology Industrial Co Ltd
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: CN113839635B

Abstract

基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法及装置，方法包括：利用FPGA分别计算每个周期内正交数字基带信号I和Q的幅值，并比较I和Q的幅值大小，以幅值大者作为当前周期的功率值进行输出；在预设的时间计数窗口内，通过计数器计数，寻找该时间计数窗口内的幅值最大值；对幅值最大值进行平滑滤波处理获得均值；利用FPGA比较均值和预设目标幅值的上下门限，以得到增益控制信号的增益值；将增益控制信号的增益值通过管脚直接输入AGC芯片，进行增益调整。解决资源消耗大且无法抵御突发干扰的缺陷，将功率检测模块部署在FPGA，增益调整则利用AGC芯片自带MGC，通过对最大幅值的平滑滤波，降低邻道突发干扰的影响。

Description

基于平滑滤波的抗干扰自适应AGC调整方法及装置

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，涉及卫星通信解调器的自动增益调节技术，具体涉及一种基于平滑滤波的抗干扰自适应AGC调整方法。

背景技术

在卫星通信系统地面站接收机中，由于发射功率、信道衰落、和邻道干扰等影响，导致接收功率非常不稳定，使得ADC量化数字信号的幅值大小上下抖动。为了不影响接收机解调器的正常工作，通常会在接收机一侧设计AGC来保证信号幅值能自适应地稳定在一定的小动态范围内。

现有方案采用AD9361芯片自带的AGC功能，但实际应用过程中发现其调整周期在毫秒级，如果邻道出现突发的干扰信号或本系统的返向突发信号，会导致AGC频繁调整增益值，甚至出现功率过高或过低的风险。这并不是解调器期望的结果，因为在发射功率且收发天线方位和距离一定的情况下，信道相对稳定，即增益值应当稳定在某个值附近，而不应该频繁改变。

现有的卫星通信技术领域，已出现的相关提高自动增益控制能力的方法，主要是通过数字电路实现的方式，先计算信号功率，然后比较与目标功率的大小，再通过选取ROM存储的增益值相乘来达到最终的增益调整目的。

公告号为CN204465882U的专利文献，公开了一种时分复用模式下的自动增益控制装置，该装置具体公开了一种两级AGC调整增益的方式，前级AGC部署在数字下变频之前，用于保证AD芯片信号大小不溢出失真，后级AGC部署在数字下变频之后，通过信号功率与目标功率的比较结果，选择不同的增益值。虽然，该方法采用两级AGC，一则保证了AD信号不失真，二则数字下变频后的AGC能保证解调器的捕获峰值更稳定，但方案适用于突发通信，且信号功率与目标功率存在的除法运算和ROM存储的增益值都增加了资源消耗。

公开号为CN110034774A的专利文献，公开了一种快速自动增益控制AGC方法，该方法是一种部署在数字下变频之前且通过信号功率值与目标值的大小关系来进行增益控制的方案。虽然，该方法采用了在数字下变频之前部署AGC的方案，能稳定控制信号的功率大小，但同样存在多个乘法器和ROM存储器资源消耗，而且无法防止邻道突发干扰的影响。

发明内容

针对上述相关现有技术不足，本发明提供一种基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法及装置，解决当前技术资源消耗大且无法抵御突发干扰的缺陷，利用FPGA幅值检测与AGC芯片的MGC功能相结合的方式，将功率检测模块部署在FPGA，增益调整则利用AGC芯片自带MGC，通过对最大幅值的平滑滤波，降低邻道突发干扰的影响。

为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：

一种基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法，包括步骤：

分别计算每个周期内正交数字基带信号I和Q的幅值，并比较I和Q的幅值大小，以幅值大者作为当前周期的功率值进行输出；其中，正交数字基带信号I和Q是卫星通信信号经接收机模拟器件放大、滤波、变频、模数转换后获得的信号，I为实部，Q为虚部；

在预设的时间计数窗口内，通过计数器计数，寻找该时间计数窗口内的幅值最大值；

对幅值最大值进行平滑滤波处理获得均值；

根据预设增益调整时间周期，通过计数器计数，当达到预设增益调整时间周期后，比较均值和预设目标幅值的上下门限，以得到增益控制信号的增益值：

若均值位于预设目标幅值的上下门限内，则增益控制信号保持原增益值；

若均值位于预设目标幅值的上门限处及上门限上，则增益控制信号的增益值减1个单位；

若均值位于预设目标幅值的下门限处及下门限之下，则增益控制信号的增益值加1个单位；

将增益控制信号的增益值通过管脚直接输入AGC芯片，进行增益调整。

一种基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，包括：AGC芯片、FPGA，FPGA与AGC芯片连接，AGC芯片为AD9361芯片，具有MGC模式；

FPGA用于计算每个周期内正交数字基带信号I和Q的幅值，并比较I和Q的幅值大小，以幅值大者作为当前周期的功率值进行输出；其中，正交数字基带信号I和Q是卫星通信信号经接收机模拟器件放大、滤波、变频、模数转换后获得的信号，I为实部，Q为虚部；并用于在预设的时间计数窗口内，通过计数器计数，寻找该时间计数窗口内的幅值最大值；

FPGA还用于对幅值最大值进行平滑滤波处理获得均值；

FPGA还用于根据预设增益调整时间周期，通过计数器计数，当达到预设增益调整时间周期后，比较均值和预设目标幅值的上下门限，以得到增益控制信号的增益值：若均值位于预设目标幅值的上下门限内，则增益控制信号保持原增益值；若均值位于预设目标幅值的上门限处及上门限上，则增益控制信号的增益值减1个单位；若均值位于预设目标幅值的下门限处及下门限之下，则增益控制信号的增益值加1个单位；并用于FPGA将增益控制信号的增益值通过管脚直接输入AGC芯片；

AGC芯片用于根据FPGA通过管脚输送的增益控制信号的增益值，利用自身MGC模式调整增益。

进一步，FPGA进行平滑滤波处理时采用单极点一阶滤波器，用于基于当前输入与上一次输出进行迭代平滑。

平滑滤波通过如下公式进行：

mean(m)=mean(m-1)+(1/K)*(abs_max(m)-mean(m-1))；

其中，K为可配置的平滑滤波深度，为2的幂次方，mean(m)为得到的均值，abs_max(m)为幅值最大值。

进一步，预设目标幅值根据AGC芯片的ADC量化位宽确定，当ADC的量化位宽为M时，选择保留2个符号位，即此时的幅度目标值S0为S0=2^(M-2)，对应的，在幅度目标值S0的上下1dB处各设立一个门限Sp和Sq，Sp为上门限，Sp=S0*(10^(1/20))，Sq为下门限，Sq= S0*(10^(-1/20))。

本发明的有益效果在于：

1、方案充分利用了AD9361的MGC手动增益调整特性，且以信号幅值代替功率值，在FPGA窗口检测后直接输出判决信号并通过管脚控制AD9361增益加减，完全无任何乘法器和存储器的资源开销；

2、方案利用平滑滤波抹平了邻道突发信号的幅度峰值，且目标功率预留了两比特AD采样数字信号符号位，能有效防止邻道突发干扰的冲击，保证系统长时间稳定。

附图说明

图1为本申请实施例的方法原理示意图。

图2为本申请实施例的平滑滤波原理示意图。

图3为本申请实施例的装置结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例的一个方面提供一种基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法，原理框图如图1所示。

首先，卫星通信信号经接收机模拟器件放大、滤波、变频、模数转换后，得到正交的数字基带信号I和Q，其中I为实部，Q为虚部。

该基带信号经如下处理流程：

一、分别计算每个周期内基带信号的I和Q的幅值，比较I和Q幅值大小，以两个幅值当中最大值作为当前周期的功率值。

二、计算一定的时间窗口内的幅值最大值，时间窗口可配置，在设定的连续周期内，通过计数器计数，寻找这一段时间周期内的幅值最大值。

三、对幅值最大值进行平滑滤波，滤波深度可配置，平滑滤波采用单极点一阶滤波器，是基于当前输入与上一次输出的迭代平滑，无需存储资源。

四、根据实际需要设定增益调整时间周期，通过计数器计数，当达到时间周期后，比较信号幅值和目标幅值大小，得到增益加减控制信号。

五、增益加减控制信号通过管脚与AD9361相连，实时调整增益值，每次只增加或减少1个计量单位，直到系统达到设定的目标幅值。

具体的，本实例的方法详细步骤为：

然后，利用FPGA分别计算每个周期内正交数字基带信号I和Q的幅值，并比较I和Q的幅值大小，以幅值大者作为当前周期的功率值进行输出。

假设接收信号r(k)=i(k)+j*q(k)，首先分别求取单个时钟周期的信号I、Q两路绝对值abs(i(k))和abs(q(k))，比较两者的大小，以较大的值abs(k)作为输出：

abs(k)=max{abs(i(k)), abs(q(k))}。

然后，利用FPGA在预设的时间计数窗口内，通过计数器计数，寻找该时间计数窗口内的幅值最大值。

具体的，在得到单个周期信号幅值abs(k)后，再统计一定时间计数窗口T内的最大值abs_max(m)。时间计数窗口T可参数化配置，由计数器来实现控制。

abs_max(m)=max{abs(mk),abs(mk+1),…,abs(mk+T-1)}。

然后，为了减小突发强信号的冲击，对abs_max(m)进行平滑滤波，得到均值mean(m)：

mean(m)=mean(m-1)+(1/K)*(abs_max(m)-mean(m-1))；

其中，K为可参数化配置的平滑滤波深度，一般选择2的幂次方，则可以使用向右移位来实现除法，以节省乘法器资源。

均值mean(m)输入增益控制模块，得到增益控制信息。增益加减信息通过管脚直接控制AD9361芯片，处理延时可以忽略不计。AD9361芯片则配置为MGC模式，设定上电启动时的初始典型值，则系统能自适应地调整增益值来达到目标幅度。

然后，利用FPGA根据预设增益调整时间周期，通过计数器计数，当达到预设增益调整时间周期后，比较均值和预设目标幅值的上下门限，以得到增益控制信号的增益值：

若均值位于预设目标幅值的下门限处及下门限之下，则增益控制信号的增益值加1个单位。

具体的，幅度目标值根据ADC的量化位宽确定，当ADC的量化位宽为M时，为了防止突发的强干扰信号造成溢出，选择保留2个符号位，即此时的幅度目标值为S0=2^(M-2)。在幅度目标值S0的上下1dB处各设立一个门限Sp和Sq。在一定的时间计数窗口N（N>>T）内，当均值在两个门限内，则增益值保持原值；当均值在Sp门限上，则增益值减1；当均值在Sq门限下，则增益值加1。

幅度目标值的上下门限Sp和Sq根据目标幅度值的上下1dB来确定：

Sp=S0*(10^(1/20))；Sq= S0*(10^(-1/20))。

然后，利用FPGA将增益控制信号的增益值通过管脚直接输入AGC芯片，进行增益调整。

本申请实施例的另一个方面，提供一种基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，如图3所示，包括：AGC芯片、FPGA，FPGA与AGC芯片连接，AGC芯片为AD9361芯片，具有MGC模式。

FPGA计算每个周期内正交数字基带信号I和Q的幅值，并比较I和Q的幅值大小，以幅值大者作为当前周期的功率值进行输出；其中，正交数字基带信号I和Q是卫星通信信号经接收机模拟器件放大、滤波、变频、模数转换后获得的信号，I为实部，Q为虚部；并用于在预设的时间计数窗口内，通过计数器计数，寻找该时间计数窗口内的幅值最大值。

FPGA还用于对幅值最大值进行平滑滤波处理获得均值。

FPGA还用于根据预设增益调整时间周期，通过计数器计数，当达到预设增益调整时间周期后，比较均值和预设目标幅值的上下门限，以得到增益控制信号的增益值：若均值位于预设目标幅值的上下门限内，则增益控制信号保持原增益值；若均值位于预设目标幅值的上门限处及上门限上，则增益控制信号的增益值减1个单位；若均值位于预设目标幅值的下门限处及下门限之下，则增益控制信号的增益值加1个单位；并用于FPGA将增益控制信号的增益值通过管脚直接输入AGC芯片。

在上述本实例的方法方案及装置方案中，充分利用了AD9361芯片的MGC增益控制功能，也不涉及复杂的数据处理运算过程，不消耗乘法器和存储资源。目前此方案已经在实际工程中部署，当存在邻道干扰时，增益值和幅度值能迅速稳定，满足了抗邻道干扰的要求。

以上仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。

Claims

1.基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法，其特征在于，包括步骤：

对幅值最大值进行平滑滤波处理获得均值；

2.根据权利要求1所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法，其特征在于，平滑滤波处理时采用的是单极点一阶滤波器，用于基于当前输入与上一次输出进行迭代平滑。

3.根据权利要求1所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法，其特征在于，平滑滤波通过如下公式进行：

mean(m)=mean(m-1)+(1/K)*(abs_max(m)-mean(m-1))；

4.根据权利要求1所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整方法，其特征在于，预设目标幅值根据AGC芯片的ADC量化位宽确定，当ADC的量化位宽为M时，选择保留2个符号位，即此时的幅度目标值S0为S0=2^(M-2)，对应的，在幅度目标值S0的上下1dB处各设立一个门限Sp和Sq，Sp为上门限，Sp=S0*(10^(1/20))，Sq为下门限，Sq= S0*(10^(-1/20))。

5.基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，其特征在于，包括：AGC芯片、FPGA、FPGA与AGC芯片连接，AGC芯片具有MGC模式；

FPGA还用于对幅值最大值进行平滑滤波处理获得均值；

6.根据权利要求5所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，其特征在于，FPGA进行平滑滤波处理时采用的是单极点一阶滤波器，用于基于当前输入与上一次输出进行迭代平滑。

7.根据权利要求5所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，其特征在于，通过如下公式进行平滑滤波处理：

mean(m)=mean(m-1)+(1/K)*(abs_max(m)-mean(m-1))；

8.根据权利要求5所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，其特征在于，预设目标幅值根据AGC芯片的ADC量化位宽确定，当ADC的量化位宽为M时，选择保留2个符号位，即此时的幅度目标值S0为S0=2^(M-2)，对应的，在幅度目标值S0的上下1dB处各设立一个门限Sp和Sq，Sp为上门限，Sp=S0*(10^(1/20))，Sq为下门限，Sq= S0*(10^(-1/20))。

9.根据权利要求5所述的基于平滑滤波的卫星通信信号抗干扰自适应AGC调整装置，其特征在于，AGC芯片为AD9361芯片。