CN117118469A - 宽带卫星接收机的自动增益控制系统及方法 - Google Patents

宽带卫星接收机的自动增益控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及卫星技术领域，具体提供一种宽带卫星接收机的自动增益控制系统及方法，旨在解决如何更好的满足卫星接收机的可变符号速率前向信道接收需求的问题。为此目的，本发明在第一自动增益控制环路中，对接收信号进行模拟自动增益控制，使得接收信号的功率电平调整至第一设置值，接收信号经过数模转换器获得宽带采样信号后，通过下变频模块进行下变频处理，获得下变频数字信号，第二自动增益控制环路将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得功率电平调整至第二设置值，将调整后的下变频数字信号送入基带解调，能够有效利用模数转换的动态范围，支持可变符号速率的前向信道接收需求，提升前向信道带宽分配的灵活性。

Description

宽带卫星接收机的自动增益控制系统及方法
技术领域
本发明涉及卫星技术领域，具体提供一种宽带卫星接收机的自动增益控制系统及方法。
背景技术
随着高通量卫星的商用，有更大的带宽资源可被使用，同时也有了更多的业务信道可以被灵活分配。宽带卫星接收机需匹配灵活带宽分配的需求，支持符号速率在较大范围内的变化，可支持十几兆到几百兆符号速率变动。这就对卫星接收机的动态范围提出了较高要求，即一方面需要ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟-数字转换器)宽带采样，并尽可能有效利用ADC的动态范围，采用宽带增益控制方式；另一方面，前向信道带宽分配是灵活的，需要根据信道带宽分配进行对应的增益控制。
相应地，本领域需要一种新的自动增益控制方案来解决上述问题。
发明内容
为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决如何更好的满足卫星接收机的可变符号速率前向信道接收需求的问题。
在第一方面，本发明提供一种宽带卫星接收机的自动增益控制系统，所述系统包括第一自动增益控制环路，模数转换器，下变频模块和第二自动增益控制环路；
所述第一自动增益控制环路，用于将对接收信号进行模拟自动增益控制，使得所述接收信号的功率电平达到预设的第一设置值；
所述模数转换器，用于对模拟增益控制后的接收信号进行模数转换，获取宽带采样数字信号；
所述下变频模块，用于将所述宽带采样数字信号进行下变频处理，获取下变频数字信号；
所述第二自动增益控制环路，用于将所述下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得所述下变频数字信号的功率电平达到预设的第二设置值，从而获得用于解调的基带信号。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述第一自动增益控制环路包括第一功率检测子模块和模拟增益调节子模块；
所述第一功率检测子模块，用于对所述宽带采样数据信号的进行功率检测，获得所述宽带采样数字信号的功率电平；
所述模拟增益调节子模块，用于基于所述功率电平和第一参考电平，获取模拟增益，以根据所述模拟增益，将所述接收信号调整至所述第一设置值；
其中，所述第一参考电平根据所述宽带采样数字信号的峰值平均功率比获得。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述模拟增益调节子模块包括第一增益获取单元，第一误差控制单元和第一增益调节单元；
所述第一增益获取单元，用于基于所述功率电平和所述第一参考电平，获取第一对数增益；
所述第一误差控制单元，用于根据所述第一对数增益进行误差控制，获得所述模拟增益；
所述第一增益调节单元，用于根据所述模拟增益，将所述接收信号调整至所述第一设置值。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述第一增益获取单元包括第一线性增益获取子单元和第一对数增益获取子单元；
所述第一线性增益获取子单元，用于将所述功率电平和所述第一参考电平相除，获取所述第一线性增益；
所述第一对数增益获取子单元，用于基于预设的对数增益范围和预设的步进，将所述第一线性增益转换为所述第一对数增益；和/或，
所述第一误差控制单元包括第一误差限制子单元和第一环路滤波器；
所述第一误差限制子单元，用于限制所述第一对数增益的范围，以减少所述第一对数增益的振荡；
所述第一环路滤波器，用于基于前一阶的第一对数增益，进行积分滤波，以获取当前阶的第一对数增益；和/或，
所述第一增益调节单元包括可变增益放大器；
所述可变增益放大器，用于根据所述模拟增益，进行可变增益调节，使得所述接收信号调整至所述第一设置值。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述第二增益控制环路包括第二功率检测子模块和数字增益调节子模块；
所述第二功率检测子模块，用于对所述下变频数字信号进行功率检测，获得所述下变频信号的功率电平；
所述数字增益调节子模块，用于根据所述功率电平和第二参考电平，获取数字增益，以根据所述数字增益，将所述下变频数字信号的功率电平调整至预设的第二设置值，以获得所述用于解调的基带信号；
其中，所述第二参考电平根据所述下变频数字信号的峰值平均功率比获得。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述数字增益调节子模块包括第二增益获取单元，第二误差控制单元和第二增益调节单元；
所述第二增益获取单元，用于基于所述功率电平和所述第二参考电平，获取第二对数增益；
所述第二误差控制单元，用于根据所述第二对数增益进行误差控制，获取所述数字增益；
所述第二增益调节单元，用于根据所述数字增益，将所述下变频数字信号的功率电平调整至所述第二设置值。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述第二增益获取单元包括第二线性增益获取子单元和第二对数增益获取子单元；
所述第二线性获取子单元，用于将所述功率电平与所述第二参考电平相除，获取所述第二线性增益；
所述第二对数增益获取子单元，用于基于预设的对数增益范围和预设的步进，将所述第二线性增益转换为所述第二对数增益；和/或，
所述第二误差控制单元包括第二误差限制子单元和第二环路滤波器；
所述第二误差限制子单元，用于限制所述第二对数增益的范围，以减少所述第二对数增益的振荡；
所述第二环路滤波器，用于基于第二对数增益和前一阶的数字增益，进行积分滤波，以获取当前阶的数字增益；和/或，
所述第二增益调节单元包括对数转线性增益子单元和第二乘法器；
所述对数转线性增益子单元，用于将所述数字增益按照所述对数增益范围和所述步进进行反向变换，获取最终线性增益；
所述第二乘法器，用于将所述最终线性增益与所述下变频数字信号相乘，从而将所述下变频数字信号的功率电平调整至所述第二设置值。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述下变频模块包括数字振荡器和数字下变频子模块；
所述数字振荡器，用于将所述宽带采样数字信号移频至基带信号频率；
所述数字下变频子模块，用于对移频后的宽带采样数字信号进行降采样滤波处理，获取所述下变频数字信号；和/或，
所述模拟自动增益控制使用开环增益控制和/或闭环增益控制；
所述数字自动增益控制使用开环增益控制和/或闭环增益控制。
在上述自动增益控制系统的一个技术方案中，所述模拟自动增益控制和/或所述数字自动增益控制进行初始控制时使用开环增益控制；
根据以下公式进行所述开环增益控制：
gain(0)＝round(errdB/step)·step
其中，gain(0)为初始开环增益，errdB为对数增益，step预设的步进；和/或，
所述模拟自动增益控制和/或所述数字自动增益控制进行初始控制之后使用闭环增益控制；
根据以下公式进行所述闭环增益控制：
gain(n+1)＝gain(n)+errdB·α
其中，gain(n+1)为第n+1阶闭环增益，gain(n)为第n阶闭环增益，α为环路的比例系数。
在第二方面，本发明提供一种宽带卫星接收机的自动增益控制方法，所述方法基于上述自动增益控制系统技术方案中任一项所述的自动增益控制系统；所述方法包括：
通过所述第一自动增益控制环路，对接收信号进行模拟自动增益控制，以将所述接收信号的功率电平调整至预设的第一设置值；
通过所述模数转换器，对所述模拟增益控制后的接收信号进行模数转换，以获得宽带采样数字信号；
通过所述下变频模块对所述宽带采样信号进行下变频处理，获得下变频数字信号；
通过所述第二自动增益控制环路将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得所述下变频数字信号的功率电平达到预设的第二设置值，从而获得用于解调的基带信号。
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
在实施本发明的技术方案中，本发明的自动增益控制系统包含两个自动增益控制环路，在第一自动增益控制环路中，对接收信号进行模拟自动增益控制，使得接收信号的功率电平调整至预设的第一设置值，接收信号经过数模转换器获得宽带采样信号后，通过下变频模块进行下变频处理，获得下变频数字信号，第二自动增益控制环路将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得下变频数字信号的功率电平调整至第二设置值，将调整后的下变频数字信号送入基带解调。通过上述配置方式，本发明能够有效利用模数转换的动态范围。同时，由于两个自动增益控制环路的功率检测点不同，样点速率不同，可以采用不同的功率检测策略以及不同的环路带宽配置，可以支持可变符号速率的前向信道接收需求，提升了前向信道带宽分配的灵活性。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的宽带卫星接收机的自动增益控制系统的主要结构框图示意图；
图2是前向通信系统的主要组成结构示意图；
图3是根据本发明实施例的一个实施方式的第一自动增益控制环路的主要组成结构示意图；
图4是根据本发明实施例的一个实施方式的对宽带采样信号进行功率检测的示意图；
图5是根据本发明实施例的一个实施方式的量化电平生成示意图；
图6是根据本发明实施例的一个实施方式的第一参考电平与量化电平对应关系示意图；
图7是根据本发明实施例的一个实施方式的第一线性增益和第一对数增益的对应关系示意图；
图8是根据本发明实施例的一个实施方式的减少第一对数增益的振荡方法示意图；
图9是根据本发明实施例的一个实施方式的第一环路滤波器的主要组成结构示意图；
图10是根据本发明实施例的一个实施方式的下变频模块的主要组成结构示意图；
图11是根据本发明实施例的一个实施方式的宽带卫星接收机的频率选择性的方法示意图；
图12是根据本发明实施例的一个实施方式的第二自动增益控制环路的主要组成结构示意图；
图13是根据本发明实施例的一个示例第一自动增益控制环路的控制仿真示意图；
图14是仅使用图13中的第一自动增益控制环路时基带信号解调示意图；
图15是根据本发明实施例的一个示例的第二自动增益控制环路的控制仿真示意图；
图16是同时使用图13中的第一自动增益控制环路和图15中的第二自动增益控制环路时基带信号解调示意图；
图17是根据本发明的一个实施例的宽带卫星接收机的自动增益控制方法的主要步骤流程示意图。
附图标记列表：
11：第一自动增益控制环路；111：第一功率检测子模块；112：模拟增益调节子模块；12：模数转换器；13：下变频模块；131：数字振荡器；132：数字下变频子模块；14：第二自动增益控制环路；141：第二功率检测子模块；142：数字增益调节子模块。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
参阅附图2，图2是前向通信系统的主要组成结构示意图。如图2所示，网络侧前向发射及通过本地网络(LAN，Local Area Network，局域网)传输高层数据，经过基带发送处理，中频发送处理和射频处理后，将无线信号从无线信道发出。接收机接收无线信号，经过射频处理送至中频，中频接收部分对信号进行增益控制将信号放大至设置参考电平，然后经过移频和滤波处理送至基带接收，基带接收处理进行数据解调，将结果传送至终端侧高层。
参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的宽带卫星接收机的自动增益控制系统的主要结构框图示意图。如图1所示，本发明实施例中的自动增益控制系统可以包括第一自动增益控制环路11、模数转换器12、下变频模块13和第二自动增益控制环路14。
在本实施例中，第一自动增益控制环路11可以用于将对接收信号进行模拟自动增益控制，使得接收信号的功率电平达到预设的第一设置值。模数转换器12可以用于对模拟增益控制后的接收信号进行模数转换，获取宽带采样数字信号。下变频模块13可以用于将宽带采样数字信号进行下变频处理，获取下变频数字信号。第二自动增益控制环路14可以用于将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得下变频数字信号的功率电平达到预设的第二设置值，从而获得用于解调的基带信号。
通过上述设置方式，本发明实施例的自动增益控制系统包含两个自动增益控制环路，在第一自动增益控制环路11中，对接收信号进行模拟自动增益控制，使得接收信号的功率电平调整至预设的第一设置值，接收信号经过数模转换器获得宽带采样信号后，通过下变频模块13进行下变频处理，获得下变频数字信号，第二自动增益控制环路14将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得下变频数字信号的功率电平调整至第二设置值，将调整后的下变频数字信号送入基带解调。通过上述配置方式，本发明实施例能够有效利用模数转换的动态范围。同时，由于两个自动增益控制环路的功率检测点不同，样点速率不同，可以采用不同的功率检测策略以及不同的环路带宽配置，可以支持可变符号速率的前向信道接收需求，提升了前向信道带宽分配的灵活性。
下面结合附图3至附图12分别对第一自动增益控制环路11，模数转换器12，下变频模块13和第二自动增益控制环路14作进一步地说明。
在本发明实施例的一个实施方式中，参阅附图3，图3是根据本发明实施例的一个实施方式的第一自动增益控制环路的主要组成结构示意图。如图3所示，第一自动增益控制环路11可以包括第一功率检测子模块111和模拟增益调节子模块112。第一功率检测子模块111可以用于对宽带采样数据信号的进行功率检测，获得宽带采样数字信号的功率电平。模拟增益调节子模块112可以用于基于功率电平和第一参考电平，获取模拟增益，以根据模拟增益，将接收信号调整至第一设置值。其中，第一参考电平根据宽带采样数字信号的峰值平均功率比获得。
在本实施方式中，针对高通量卫星，其可以支持更大的带宽，也支持灵活的信道带宽分配，宽带卫星接收机需要支持符号速率在较大范围内的变化，从十几兆到几百兆的符号速率的变动。因而，宽带卫星接收机需要通过模数转换器12进行ADC宽带采样，并充分利用ADC的动态范围，需要通过图3中的第一自动增益控制环路11控制接收信号的增益。
一个实施方式中，第一功率检测子模块111可以采用降采样的方式对宽带采样信号进行功率检测。可以参阅附图4，图4是根据本发明实施例的一个实施方式的对宽带采样信号进行功率检测的示意图。如图4所示，由于宽带采样信号的采样样点速率可达Ghz，直接进行功率检测需要的开销较大。因而，可以采用降采样的方式进行功率检测，间隔一段时间(图4中的AGC1功率检测窗)进行功率检测，可以有效减少计算开销和资源占用。其中，AGC1对应第一自动增益控制环路11，AGC为自动增益控制(Automatic Generation Control)。
一个实施方式中，可以参阅附图5和附图6，图5是根据本发明实施例的一个实施方式的量化电平生成示意图；图6是根据本发明实施例的一个实施方式的第一参考电平与量化电平对应关系示意图。第一自动增益控制环路11的不同的第一参考电平设置对应Mbit量化后不同的功率电平。如图5所示，接收信号通过AGC1(第一自动增益控制环路11)的第一参考电平控制增益幅度，之后经过M比特量化后送入基带处理。其中，M比特是宽带卫星接收机的硬件SOC使用位宽，第一自动增益控制环路11通过第一参考电平的设置与其进行匹配。如图6所示，为宽带采样数字信号峰值量化预留的比特数目a＜b，如果采用的预留比特数目a未出现量化饱和损失，那么第一参考电平1的设置比第一参考电平2的设置更为合适。实际应用中可以根据宽带采样数字信号的PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比)统计特性进行设置，通过设置合适的第一参考电平，能够保证M比特量化的信号保持较小的量化误差并可表达较高的SNR(Signal-to-Noise Ratio，信噪比)。
一个实施方式中，模拟增益调节子模块112可以包括第一增益获取单元，第一误差控制单元和第一增益调节单元。第一增益获取单元，可以用于基于功率电平和第一参考电平，获取第一对数增益。第一误差控制单元可以用于根据第一对数增益进行误差控制，获得模拟增益。第一增益调节单可以用于根据模拟增益，将接收信号调整至第一设置值。
一个实施方式中，第一增益获取单元可以包括第一线性增益获取子单元和第一对数增益获取子单元。第一线性增益获取子单元可以用于将功率电平和第一参考电平相除，获取第一线性增益。第一对数增益获取子单元可以用于基于预设的对数增益范围和预设的步进，将第一线性增益转换为第一对数增益。
在本实施方式中，如图3所示，第一线增益获取子单元即为图3中的除号对应的功能，其将功率检测获取的功率电平与AGC1参考电平(第一参考电平)相除，获得第一线性增益。
第一对数增益获取子单元对应图3中的线性转dB功能，其将第一线性增益转换为第一对数增益。
参阅附图7，图7是根据本发明实施例的一个实施方式的第一线性增益和第一对数增益的对应关系示意图。如图7所示，可以预先设定对数增益范围，如对数增益范围为-15dB到15dB，并预先设定步进，如步进为0.25dB。那么第一线性增益a0、a1、…、a120可以根据图7中所示的对应关系，转换为第一对数增益。
一个实施方式中，第一误差控制单元可以包括第一误差限制子单元和第一环路滤波器。第一误差限制子单元可以用于限制第一对数增益的范围，以减少第一对数增益的振荡。第一环路滤波器可以用于基于第一对数增益和前一阶的模拟增益，进行积分滤波，以获取当前阶的模拟增益。
在本实施方式中，如图3所示，第一误差限制对应图3中的误差限制功能，其限制第一对数增益获取子单元输出的第一对数增益(error)的范围。
可以参阅附图8，图8是根据本发明实施例的一个实施方式的减少第一对数增益的振荡方法示意图。可以通过图8中所述的方法对第一对数增益的范围进行限制。即，设置一个死区，避免第一线性增益转换为第一对数增益时，第一对数增益在-0.25dB、0dB和0.25dB三个值上频繁波动。为了避免第一对数增益的振荡，可以设置振荡死区，使得第一对数增益满足如公式(1)所示的关系：
errdB＝0,if|errdB|<0.5 (1)
其中，errdB为第一对数增益。
针对0.25dB以内的第一对数增益，可以将第一对数增益直接设置为0，不计入后续的环路累计，超出0.25dB的第一对数增益，计入后续的环路累计。
如图3所示，第一环路滤波器对应图3中的环路功能，其具体结构可以参阅附图9，图9是根据本发明实施例的一个实施方式的第一环路滤波器的主要组成结构示意图。如图9所示，可以基于第一对数增益和前一阶的模拟增益，后接一个积分环节(Z-1)，来实现积分滤波，从而获取当前阶的模拟增益。其具体表达式如公式(2)所示：
errloop(n+1)＝errloop(n)+α·err (2)
其中，errloop(n+1)为当前阶的模拟增益，errloop(n)为前一阶的模拟增益，α为比例系数，err为第一对数增益。
由于接收信号的功率变化比较平稳，因而采用上述的一阶环路滤波器，就能够使得系统具有较好的稳定性。
一个实施方式中，第一增益调节单元可以包括可变增益放大器。可变增益放大器可以用于根据模拟增益，进行可变增益调节，使得接收信号调整至第一设置值。
在本实施方式中，如图3所示，可变增益放大器为图3中的VGA(Variable GainAmplifier)，VGA基于模拟AGC增益(模拟增益)将接收信号的功率电平调整至第一设置值，从而使得送入ADC(模数转换器12)的功率电平调整至第一设置值。
在本发明实施例的一个实施方式中，下变频模块13可以包括数字振荡器131和数字下变频子模块132。数字振荡器131可以用于将宽带采样数字信号移频至基带信号频率。数字下变频子模块132可以用于对移频后的宽带采样数字信号进行降采样滤波处理，获取下变频数字信号。
在本实施方式中，可参阅附图10，图10是根据本发明实施例的一个实施方式的下变频模块的主要组成结构示意图。如图10所示，数字振荡器131(NCO，NumericallyControlled Oscillator)将中频的宽带采样信号搬移至基带，数字下变频子模块132(DDC，Digital Down Converter)将ADC采样的高样点速率降低为基带处理的2x速率。
参阅附图11，图11是根据本发明实施例的一个实施方式的宽带卫星接收机的频率选择性的方法示意图。如图11所示，在接收宽带采样信号中，通过下变频方法提取出指定信道(图11中的信道2)，送入第二自动增益控制环路14(AGC2)中。
在本发明实施例的一个实施方式中，第二增益控制环路可以包括第二功率检测子模块141和数字增益调节子模块142。第二功率检测子模块141可以用于对下变频数字信号进行功率检测，获得下变频信号的功率电平。数字增益调节子模块142可以用于根据功率电平和第二参考电平，获取数字增益，以根据数字增益，将下变频数字信号的功率电平调整至预设的第二设置值，以获得用于解调的基带信号。其中，第二参考电平根据下变频数字信号的峰值平均功率比获得。
在本实施方式中，前向信道带宽分配是灵活的，需要根据信道带宽分配对应的增益控制，对应第二自动增益控制环路14进行数字增益控制。可以参阅附图12，图12是根据本发明实施例的一个实施方式的第二自动增益控制环路的主要组成结构示意图。如图12所示，第二功率检测子模块141的输入对应于下变频模块13的输出信号，样点速率经过下变频模块13的处理后为基带符号速率的2倍，可以通过公式(3)所示的方法进行功率检测：
P(n)＝I2(n)+Q2(n) (3)
其中，P下变频信号的功率电平，I为下变频信号对应的矢量信号的实部，Q为下变频信号对应的矢量信号的虚部。
可以根据下变频数字信号的峰值平均功率比获得合适的第二参考电平。
一个实施方式中，数字增益调节子模块142可以包括第二增益获取单元，第二误差控制单元和第二增益调节单元。第二增益获取单元可以用于基于功率电平和第二参考电平，获取第二对数增益。第二误差控制单元可以用于根据第二对数增益进行误差控制，获取数字增益。第二增益调节单元可以用于根据数字增益，将下变频数字信号的功率电平调整至第二设置值。
在本实施方式中，如图12所示，第二增益获取单元包括第二线性增益获取子单元和第二对数增益获取子单元。第二线性获取子单元可以用于将功率电平与第二参考电平(图12中的AGC2参考电平)相除，获取第二线性增益，其对应于图12中的除号功能。第二对数增益获取子单元可以用于基于预设的对数增益范围和预设的步进，将第二线性增益转换为第二对数增益，其对应于图12中的线性转dB功能。其中，第二线性增益获取子单元和第二对数增益获取子单元的实现方式分别与第一线性增益获取子单元和第一对数增益获取子单元的实现方式相同，可以参照第一线性增益获取子单元和第一对数增益获取子单元的实现方式。
第二误差控制单元可以包括第二误差限制子单元和第二环路滤波器。第二误差限制子单元可以用于限制第二对数增益的范围，以减少第二对数增益的振荡,其对应于图12中的误差限制功能。第二环路滤波器可以用于基于第二对数增益和前一阶的数字增益，进行积分滤波，以获取当前阶的数字增益，其对应于图12中的环路功能。其中，第二误差限制子单元和第二环路滤波器均与第一误差限制子单元和第一环路滤波器的实现方式相同，可以参照第一误差限制子单元和第一环路滤波器的实现方式。
第二增益调节单元可以包括对数转线性增益子单元和第二乘法器。对数转线性增益子单元可以用于将数字增益按照对数增益范围和步进进行反向变换，获取最终线性增益(图12中的数字AGC增益)，其对应于图12中的dB转线性功能。第二乘法器可以用于将最终线性增益与下变频数字信号相乘，从而将下变频数字信号的功率电平调整至第二设置值，其对应于图12中的乘号功能。其中，对数转线性增益子单元可以根据图7所示的方式进行方向查表，从而根据第二对数增益获得最终线性增益。并通过图12中的第二乘法器(图12中的乘号功能)，基于数字AGC增益(最终线性增益)将下变频信号的功率电平调整至第二设置值。
一个实施方式中，模拟自动增益控制可以使用开环增益控制，也可以使用闭环增益控制；数字自动增益控制可以使用开环增益控制，也可以使用闭环增益控制。采用开环和闭环控制相结合的方式，能提高自动增益控制系统的响应速度，同时也能够保证稳态误差。
一个实施方式中，可以在初始控制时使用开环增益控制，根据以下公式(4)进行开环增益控制：
gain(0)＝round(errdB/step)·step (4)
其中，gain(0)为初始开环增益，errdB为对数增益，step预设的步进。
可以在进行初始控制之后使用闭环增益控制，根据以下公式(5)进行闭环增益控制：
gain(n+1)＝gain(n)+errdB·α (5)
其中，gain(n+1)为第n+1阶闭环增益，gain(n)为第n阶闭环增益，α为环路的比例系数。
一个实施方式中，step可以为0.25dB步进；α可以取值1/4,1/8，…。
一个示例中，参阅附图13和附图14，图13是根据本发明实施例的一个示例第一自动增益控制环路的控制仿真示意图；图14是仅使用图13中的AGC1(第一自动增益控制环路11)时基带信号解调示意图。如图13所示，在本示例中，只采用第一自动增益控制环路11，对中频信号进行增益调整，DDC(下变频模块13)后的基带信号没有使用第二自动增益控制环路14进行增益调整，导致幅度与基带信号量化不适配。
具体地，第一自动增益控制环路11的仿真参数为：
ADC采样速率：2GHz；
功率检测降采样率：8；
环路的比例系数α：0.25；
样点检测长度：1024。
当中频输入信号(接收信号)较小时，AGC1调整增益使其幅度达到设置值。如图13(a)所示，AGC1采用1/8降采样功率检测到中频输入信号的功率电平为-6dB；对应地，如图13(b)所示，AGC1控制增益补偿6dB。
如图14所示，只使用AGC1的链路仿真。当AGC1的增益调整结果和基带信号幅度不适配时，影响接收链路的解调性能。
在另一个示例中，参阅附图15和附图16，图15是根据本发明实施例的一个示例的第二自动增益控制环路的控制仿真示意图；图16是同时使用图13中的第一自动增益控制环路11和图15中的第二自动增益控制环路14时基带信号解调示意图。在本示例中，采用AGC1(第一自动增益控制环路11)和AGC2(第二自动增益控制环路14)混合增益控制。AGC1对模拟中频信号进行增益控制，AGC2对下变频后的基带信号(下变频数字信号)进行增益控制。
AGC1的仿真参数与上一个示例的设置相同。增益控制结果可以参阅附图13。
AGC2的仿真参数：
环路的比例系数α：0.5；
样点检测长度：1024。
当中频输入信号(接收信号)较小时，首先AGC1调整增益使ADC前的信号幅度达到第一设置值。同时AGC2检测下变频模块13DDC后的信号功率，如图15(a)所示，AGC2检测到DDC后的下变频数字信号的输入功率为18dB，对应地，如图15(b)所示，AGC2控制增益衰减-18dB。
如图16所示，为包括AGC1和AGC2的混合AGC的链路仿真。与图14比较，增加AGC2的-18dB衰减，使得DDC后的信号与基带信号幅度适配，结果显示包含AGC1和AGC2的双AGC环路稳态时增益调节不对接收链路解调性能产生影响。
进一步，本发明还提供了一种宽带卫星接收机的自动增益控制方法。
参阅附图17，图17是根据本发明的一个实施例的自动增益控制方法的主要步骤流程示意图。如图17所示，本发明实施例中的自动增益控制方法基于上述自动增益控制系统实施例中的自动增益控制系统。自动增益控制方法包括以下步骤S101至步骤S104：
步骤S101：通过第一自动增益控制环路，对接收信号进行模拟自动增益控制，以将接收信号的功率电平调整至预设的第一设置值。
步骤S102：通过模数转换器，对模拟增益控制后的接收信号进行模数转换，以获得宽带采样数字信号。
步骤S103：通过下变频模块对宽带采样信号进行下变频处理，获得下变频数字信号。
步骤S104：通过第二自动增益控制环路将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得下变频数字信号的功率电平达到预设的第二设置值，从而获得用于解调的基带信号。
通过上述步骤S101至步骤S104，本发明实施例能够在第一自动增益控制环路中，对接收信号进行模拟自动增益控制，使得接收信号的功率电平调整至预设的第一设置值，接收信号经过数模转换器获得宽带采样信号后，通过下变频模块进行下变频处理，获得下变频数字信号，第二自动增益控制环路将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得下变频数字信号的功率电平调整至第二设置值，将调整后的下变频数字信号送入基带解调。通过上述配置方式，本发明实施例能够有效利用模数转换的动态范围。同时，由于两个自动增益控制环路的功率检测点不同，样点速率不同，可以采用不同的功率检测策略以及不同的环路带宽配置，可以支持可变符号速率的前向信道接收需求，提升了前向信道带宽分配的灵活性。
需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。
进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带卫星接收机的自动增益控制系统，其特征在于，所述系统包括第一自动增益控制环路，模数转换器，下变频模块和第二自动增益控制环路；
所述第一自动增益控制环路，用于将对接收信号进行模拟自动增益控制，使得所述接收信号的功率电平达到预设的第一设置值；
所述模数转换器，用于对模拟增益控制后的接收信号进行模数转换，获取宽带采样数字信号；
所述下变频模块，用于将所述宽带采样数字信号进行下变频处理，获取下变频数字信号；
所述第二自动增益控制环路，用于将所述下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得所述下变频数字信号的功率电平达到预设的第二设置值，从而获得用于解调的基带信号。
2.根据权利要求1所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述第一自动增益控制环路包括第一功率检测子模块和模拟增益调节子模块；
所述第一功率检测子模块，用于对所述宽带采样数据信号的进行功率检测，获得所述宽带采样数字信号的功率电平；
所述模拟增益调节子模块，用于基于所述功率电平和第一参考电平，获取模拟增益，以根据所述模拟增益，将所述接收信号调整至所述第一设置值；
其中，所述第一参考电平根据所述宽带采样数字信号的峰值平均功率比获得。
3.根据权利要求2所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述模拟增益调节子模块包括第一增益获取单元，第一误差控制单元和第一增益调节单元；
所述第一增益获取单元，用于基于所述功率电平和所述第一参考电平，获取第一对数增益；
所述第一误差控制单元，用于根据所述第一对数增益进行误差控制，获得所述模拟增益；
所述第一增益调节单元，用于根据所述模拟增益，将所述接收信号调整至所述第一设置值。
4.根据权利要求3所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述第一增益获取单元包括第一线性增益获取子单元和第一对数增益获取子单元；
所述第一线性增益获取子单元，用于将所述功率电平和所述第一参考电平相除，获取所述第一线性增益；
所述第一对数增益获取子单元，用于基于预设的对数增益范围和预设的步进，将所述第一线性增益转换为所述第一对数增益；和/或，
所述第一误差控制单元包括第一误差限制子单元和第一环路滤波器；
所述第一误差限制子单元，用于限制所述第一对数增益的范围，以减少所述第一对数增益的振荡；
所述第一环路滤波器，用于基于第一对数增益和前一阶的模拟增益，进行积分滤波，以获取当前阶的模拟增益；和/或，
所述第一增益调节单元包括可变增益放大器；
所述可变增益放大器，用于根据所述模拟增益，进行可变增益调节，使得所述接收信号调整至所述第一设置值。
5.根据权利要求1所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述第二增益控制环路包括第二功率检测子模块和数字增益调节子模块；
所述第二功率检测子模块，用于对所述下变频数字信号进行功率检测，获得所述下变频信号的功率电平；
所述数字增益调节子模块，用于根据所述功率电平和第二参考电平，获取数字增益，以根据所述数字增益，将所述下变频数字信号的功率电平调整至预设的第二设置值，以获得所述用于解调的基带信号；
其中，所述第二参考电平根据所述下变频数字信号的峰值平均功率比获得。
6.根据权利要求5所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述数字增益调节子模块包括第二增益获取单元，第二误差控制单元和第二增益调节单元；
所述第二增益获取单元，用于基于所述功率电平和所述第二参考电平，获取第二对数增益；
所述第二误差控制单元，用于根据所述第二对数增益进行误差控制，获取所述数字增益；
所述第二增益调节单元，用于根据所述数字增益，将所述下变频数字信号的功率电平调整至所述第二设置值。
7.根据权利要求6所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述第二增益获取单元包括第二线性增益获取子单元和第二对数增益获取子单元；
所述第二线性获取子单元，用于将所述功率电平与所述第二参考电平相除，获取所述第二线性增益；
所述第二对数增益获取子单元，用于基于预设的对数增益范围和预设的步进，将所述第二线性增益转换为所述第二对数增益；和/或，
所述第二误差控制单元包括第二误差限制子单元和第二环路滤波器；
所述第二误差限制子单元，用于限制所述第二对数增益的范围，以减少所述第二对数增益的振荡；
所述第二环路滤波器，用于基于第二对数增益和前一阶的数字增益，进行积分滤波，以获取当前阶的数字增益；和/或，
所述第二增益调节单元包括对数转线性增益子单元和第二乘法器；
所述对数转线性增益子单元，用于将所述数字增益按照所述对数增益范围和所述步进进行反向变换，获取最终线性增益；
所述第二乘法器，用于将所述最终线性增益与所述下变频数字信号相乘，从而将所述下变频数字信号的功率电平调整至所述第二设置值。
8.根据权利要求1所述的自动增益控制系统，其特征在于，所述下变频模块包括数字振荡器和数字下变频子模块；
所述数字振荡器，用于将所述宽带采样数字信号移频至基带信号频率；
所述数字下变频子模块，用于对移频后的宽带采样数字信号进行降采样滤波处理，获取所述下变频数字信号；和/或，
所述模拟自动增益控制使用开环增益控制和/或闭环增益控制；
所述数字自动增益控制使用开环增益控制和/或闭环增益控制。
9.根据权利要求8所述的自动增益控制系统，其特征在于，
所述模拟自动增益控制和/或所述数字自动增益控制进行初始控制时使用开环增益控制；
根据以下公式进行所述开环增益控制：
gain(0)＝round(errdB/step)·step
其中，gain(0)为初始开环增益，errdB为对数增益，step预设的步进；和/或，
所述模拟自动增益控制和/或所述数字自动增益控制进行初始控制之后使用闭环增益控制；
根据以下公式进行所述闭环增益控制：
gain(n+1)＝gain(n)+errdB·α
其中，gain(n+1)为第n+1阶闭环增益，gain(n)为第n阶闭环增益，α为环路的比例系数。
10.一种宽带卫星接收机的自动增益控制方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1至9中任一项所述的自动增益控制系统；所述方法包括：
通过所述第一自动增益控制环路，对接收信号进行模拟自动增益控制，以将所述接收信号的功率电平调整至预设的第一设置值；
通过所述模数转换器，对所述模拟增益控制后的接收信号进行模数转换，以获得宽带采样数字信号；
通过所述下变频模块对所述宽带采样信号进行下变频处理，获得下变频数字信号；
通过所述第二自动增益控制环路将下变频数字信号进行数字自动增益控制，使得所述下变频数字信号的功率电平达到预设的第二设置值，从而获得用于解调的基带信号。
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