自动找台接收机（共3篇）
自动找台接收机 篇1
数字化接收机中重要的组成部分之一是AGC——自动增益控制, 它所具有的基本功能主要是伴随着接收机收到不同的输入信号自动的调整放大器的增益, 使输入信号在变化时, 输出信号基本不变。, 在无线通信系统中, 不同用户通信的距离和受信道衰落等影响, 接收到的信号波动范围就会很大 (通常超过70d B) , 所以需要采用AGC技术对接收信号进行统一化, 然后处理以确保后续数字信号处理的精确。AGC技术主要采用模拟射频AGC技术或“基带信号处理+数控衰减器”方式实现, 射频模拟AGC电路利用充放电式电路把接收信号波动范围降低到1d B以内, 但可能存在反调制问题, 基带信号处理+数控衰减器”方式由于可以采用全数字化处理且不存在反调制问题, 是目前全数字接收机常用方案。同时, 为了降低前级AGC的处理压力, 会在全数字接收机中采用数字AGC实现信号电平的进一步控制, 因些在AD采样后的数据进行数字AGC处理对于降低模拟AGC部分的压力, 保证DSP处理理精度具有重要意义。
1 数字AGC算法原理框图
数字AGC的设计思路是基于对接收信号去除噪声影响的功率估计, 控制接收信号的增益, 以保持信号幅度恒定, 其实现方法主要有三种:前馈式数字AGC, 反馈式数字AGC, 前馈+反馈式数字。本文只针对前面两种方法。
2 前馈AGC算法能量估计
在前馈数字AGC平均能量估计, 了保证增益的精度, 即对通过对数据N个样点的幅度进行累加并取得平均值, 在进行对前N (假设N=64) 个样点幅度累加时, 利用了以下累加算法, 然后再将所得到的y (n)
除以64就计算出了平均幅度。
通过计算可得到其传递函数:
通过数学上的处理, 采用这种方法在估计信号的平均能量, 数字化实现时, 节省了资源, 可直接利用移位寄存器来实现, 降低了计算复杂度。
3 计算机仿真分析
以QPSK调制信号为例, 对数字AGC前馈和反馈算法进行设计与仿真。对于前馈数字AGC, 其基本思想是:对输入信号的前N个样点幅度值进行估计, 求取平均值, 利用输入信号与平均值对应关系来实现自动增益控制的一种算法;而反馈数字AGC基本思想是:输入信号与反馈后的增益因子相乘, 对输出信号的幅度进行平方后, 再与理想参考电平比较, 产生误差信号, 误差信号经过时间平均确定乘积因子的大小。由分析波形可以看出:经过数字AGC输出后, 信号输出幅度基本保持不变。
经过对前馈和反馈式AGC电路的波形对比中可以看出前馈式数字AGC比反馈式的收敛速度要快, 但在幅度变化时刻存在畸变现象。由于时分通信系统数据帧在转换点数据为保护比特, 不携带有用信息, 因此不会损失输入信号, 但为避免转换毛刺带来的能量浪费, 可通过限幅方式克服这种现象;而反馈式AGC电路输出波形平滑, 但是响应速度比较慢, 而且可能会出现不稳定现象。
4 结束语
本文设计了数字接收机中前馈和反馈式数字AGC电路, 并对算法进行仿真和性能分析, 对比了两种方案的优缺点, 最后将程序下载到芯片上, 完成了算法的数字化FPGA实现。数字AGC在一定程度上克服传统AGC系统存在的缺陷, 响应速度和收敛速度更快, 系统性能更稳定。方案实现简单, 占用硬件资源少, 适合于工程应用。
摘要：随着我国经济社会的不断发展, 计算机网络技术也得到了快速发展。本文运用计算机技术设计了前馈式和反馈式数字AGC (自动增益控制) 算法。通过仿真和研究分析, 得出两种算法均能有效的实现信号的自动增益控制的结论。其次, 基于前馈数字AGC的仿真模型, 不仅完成了算法的数字化硬件设计, 同时也初步完成了调试, 验证了这种算法可以参加正常的工作。为了降低硬件计算复杂度, 在沿用传统实现方案时, 采用不同的模值估计方法和数字AGC电路的设计。通过仿真与实现, 证明在实际工程中简化方案可以使用。
关键词：数字接收机,自动增益,技术设计
参考文献
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自动找台接收机 篇2
雷达接收机具有变频、滤波、放大和解调的功能作用。 雷达接收机滤波的主要功能是排除杂波的干扰信号, 将目标回波信号保留下来;放大和解调的作用是从保留下来的目标回波信号中将目标的距离、高度以及速度等信息提取出来, 然后将最后的目标信息传输给显示器或者计算机等终端设备。 雷达接收机在信号接收的过程中不仅受到接收机内部的干扰, 还会受到接收机外部的噪声干扰。 而雷达接收机收到的外部干扰除了鸟群、雨雪、河湖、植被反射的杂波干扰, 还包括了一些电子移动通信设备的信号干扰以及敌方施放的各种信号杂波干扰。
2 关于雷达接收机自动探测系统的设计新思考
2.1 增强雷达接收机在自动探测方面的信号性能
2.1.1 增强雷达接收机的选择性的功能
雷达接收机具有选择所需信号和滤除邻频干扰的能力。 在雷达接受站基地通过实时监控信号波的波形, 然后通过增强接收机输出信号波形对其输入高频信号包络波形失真的程度, 常用脉冲前沿上升时间、后沿下降时间以及顶部降落等参数的记录, 从而对于目标信号数据进行完整的记录分析。 通过对目标信号的完整分析, 然后将数据结果进行筛选, 更加快速的进行选择排除无用的杂波信号, 提升雷达接收机在信号和信号源的选择辨别能力, 对于雷达接收机的内部噪声干扰和外部噪音及时应变处理, 从而增强雷达接收机在信号选择和探测系统方面的选择性功能。
2.1.2 增强雷达接收机自动探测系统的可靠性
雷达接收机在长期工作过程中, 通过增强雷达自动探测系统的可靠性, 提升其自动探测信号的稳定性能。 同时, 增强雷达接收机的自动探测系统能够稳定雷达接收机工作的时间所占的比例。 所谓稳定工作, 就是指雷达接收机在工作过程中不产生自激, 也就是在增益、带宽等接收机的数据参数方面的变化不超出允许范围。 而雷达接收机规定范围每小时参数变化不超过1%, 根据雷达接收机的工作原理和科学研究, 雷达接收机的可靠性能应该大于99%才能充分保障雷达接收机的工作效率。 所以科学技术研究可以通过增强雷达接收机自动探测系统的可靠性, 增加信号的稳定性能。
2.1.3 增强雷达接收机自动探测系统的抗干扰性
雷达接收机的自动探测系统应该具有对抗各种干扰的能力。 干扰包括杂波干扰、邻站干扰和敌方施放的各种干扰。 增强雷达接收机自动探测系统的抗干扰性能, 缩短雷达接收机在受到干扰或者是敌方信号释放的杂波干扰的时间。 通过技术研发, 进行雷达接收机自动探测信号干扰的能力, 不断缩短雷达接收机从不能正常工作到恢复正常工作所需要的时间。 不断增强雷达接收机的处理增益, 对于海浪、鸟群、植被地物等释放的信号增强抗干扰。
2.2 通过开发超宽带雷达接收机增强其自动探测的性能
2.2.1 根据超宽带雷达设计超宽带雷达接收机系统, 增强其信号探测性能
超宽带雷达就是指超宽带雷达发射信号的分数带宽大于0.25 的雷达。 超宽带技术就是通过对非常短的单脉冲进行一系列的加工和处理, 包括产生、传输、接收和处理等, 实现通信、探测和遥感等功能。 在超宽带雷达方面的研发已经取得了重大的进展, 所以可以通过开发超宽带雷达自动接收机来增强雷达接收机的自动探测的性能。 同时, 在研发雷达接收机的基础上, 通过借鉴脉冲雷达、无线电接收机载波技术的经验, 生产研发具有高科技性能的雷达接收机, 增强雷达接收机的信号探测功能, 实现技术的跨越升级, 突出雷达接收机自动探测的性能。
2.2.2宽带雷达接收机在自动测试系统中所具有的优势设想应用
1) 宽带雷达接收机的抗干扰能力增强
宽带雷达接收机在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中, 输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。 雷达接收机将信号能量还原出来, 在解扩过程中产生扩频增益, 与常规雷达接收机探测系统相比较具有更强的抗干扰性能。 与此同时, 宽带雷达接收机在抗干扰性能方面更加快速。
2) 超宽带雷达接收机兼有低频和宽频的特点
超宽带雷达接收机在自动探测性能方面, 其兼容性能更加增强, 兼具有低频和高频的融合特点, 对信号的探测和选择更加快速, 在信号兼容和处理方面也更加便捷。 同时兼具高频和低频的宽度雷达接收机对地表和树叶具有较强的穿透能力, 不仅可以快速侦察到附近的目标信号源, 还可以探测树林中的隐藏目标, 这就增强了其在自动探测方面的性能, 特别是在实战中对于敌方在隐蔽地域的信号目标能够及时发现, 增强了雷达接收机在军事行动中的作用。
2.2.3 宽带雷达接收机的探测信号具有极高的距离分辨力
由于超宽带雷达接收机的相对带宽大, 可以分辨目标的许多散射点, 将这些散射点的回波信号积累, 可以改善信噪比, 其分辨力可以达到厘米量级。 因此, 随着宽带雷达接收机距离分辨力的提高, 不断扩大雷达接收机在信号探测方面的功能, 提升雷达接收机自动探测信号的辨别力。
2.2.4 宽带雷达接收机的探测信号具有良好的目标识别能力
由于雷达发射脉冲的时间短, 可以使目标不同区域的响应分离, 使目标的特性突出, 从而进行目标的识别。 而设计和研发宽带雷达接收机, 就可以不断的借助信号的宽谱特性, 在系统探测信号的过程当中可以进行目标信号数据分析, 增加了雷达接收机在自动探测方面的的目标识别能力。
2.2.5 宽带雷达接收机的探测信号超近程探测能力提升
传统的雷达在探测近程目标时存在盲区, 而超宽带雷达在最小探测距离与距离分辨力方面具有高度的一致性, 超宽带雷达的此功能使得超宽带雷达具有超近程探测能力。 因此, 研发和设计超宽带雷达接收机在超近距离方面的性能, 对于辨别各种信号和处理各种信号波具有重要的借鉴。 对于敌方释放的一些干扰源能够近距离或远距快速的进行探测分析, 然后将目标信息快速反馈, 增强了雷达接收机在实际侦查工作中的效用。
3 雷达接收机自动探测系统在未来的设想应用
雷达自动探测系统目前在国内外的研发已经取得了重大的进展, 但是在雷达接收机的自动探测系统的研发方面还处于空白状态。 本文在雷达接收机系统的科学设计上, 通过对未来雷达接收机自动探测系统的设想研发, 增强雷达接收机自动探测信号的能力, 增强雷达接收机在未来军事力量竞争和国防工程中的竞争力。 未来的科学技术创新将会带来更快的技术更新, 雷达接收机自动探测系统的研发和设计设想随着科技进步和军事创新将会在不远的将来投入到实际应用中, 对于增强我国的军事实力和国防建设具有不可估量的作用。
摘要：雷达在现代化国防工程建设和军事力量对比中起着重要的作用, 是衡量一个国家现代化军事程度以及国防工程水平的标志。雷达接收机是雷达信号接收的重要仪器, 雷达接收机自动探测系统的研发对于提升雷达的快速信息处理能力以及增强国防信息安全具有重要的作用。阐述雷达接受机内涵定义的基础上, 重点探析了雷达接受机自动探测系统的设计研发思考以及现状以及雷达接收机在现代化科技中的应用, 对于研究雷达接受机相关内容具有重要的现实意义。
关键词：雷达接收机,自动探测系统,系统设计
参考文献
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自动找台接收机 篇3
关键词：自动增益控制,WLAN,接收机
0 引言
随着无线局域网技术的应用日渐广泛,用户对数据传输速率的要求越来越高。基于IEEE 802.11a的WLAN利用正交频分复用技术(OFDM)实现用户之间的宽带无线高速通信[1]。OFDM是一种无线环境下的高速多载波传输技术,在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输,从而有效抑制无线信道时间弥散所带来的ISI。由于各个子信道的载波相互正交,因此它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,而且提高了频谱利用率。因此,OFDM技术被广泛地应用于各种宽带无线通信系统中。
OFDM接收机设计与其目标通信环境密切相关。在无线通信链路中,随着传输距离的变化以及其他一些因素的影响,电波在空间传播过程中存在明显的衰减,接收机天线馈入信号强度变化很大。为此,接收机前端必须进行自动增益控制。目前,自动增益控制电路主要分为模拟自动增益控制电路和数字自动增益控制电路,由于数字AGC精确度高、调整速度快、配置方便且灵活等特点,被广泛应用于各种数字通信接收机中。
采用数字式可选增益补偿系数的自适应增益控制结构,包括两个不同的增益补偿系数控制环路。通过论证分析,该结构一方面能够保证AGC系统的收敛速度和稳定性;另一方面实现了灵活的多步长增益补偿。此外,从降低接收机功耗的角度出发,AGC系统给出了增益调整成功的标志信号。该算法具有良好的扩展性,能够适用于MIMO-OFDM系统中。
1 零中频OFDM接收机结构
传统的无线通信接收机射频前端包括二次降频过程。首先将接收到的RF信号通过一次降频变换为IF信号,然后再经过一次降频,输出模拟基带信号。而笔者所采用的是零中频OFDM接收机,直接将接收到的RF信号降频为基带信号,经高速ADC采样之后送往后续数字信号处理单元。图1为OFDM接收机结构框图。
在图1中AGC模块利用ADC采样之后的数据,调整接收链路的增益,而接收链路的总增益由低噪声放大器(LNA)和可变增益放大器(VGA)得到,并且LNA工作在RF频段,决定了系统的噪声系数(NF),VGA工作在基带信号频段。AGC模块不仅要完成增益的自动调整和跟踪,而且还要提供后续基带信号处理单元的启动信号。也就是说,当AGC模块增益调整基本稳定之后,通过给出增益调整成功的标志信号,开启基带解调处理单元,从而保证了数字解调输入的较高质量,同时也降低了接收机的功耗。
2 适应AGC算法设计
2.1 典型的AGC电路结构[2]
目前,AGC的实现方法多种多样,随着数字信号处理技术发展的日益成熟,全数字AGC和数模混合AGC得到了广泛的应用。典型的数字接收机自动增益控制器结构主要由能量估计、绝对能量误差计算、环路增益调节和线性放大等4部分组成。其结构框图如图2所示。
能量估计部分主要作用是对输入的正交I,Q两路信号进行能量估计,得到采样一端时间内的数据信号的平均能量pest。假设s(i)表示第i个ADC变换之后的样值信号,Nagc表示AGC控制周期长度,那么在Nagc个样值的时间内估计的信号能量pest为
其中,
对于硬件实现而言,开方操作比较困难,通常使用近似操作
如果G代表放大器的当前总增益(G在Nagc个样值期间内保持不变),ptarget表示期望的信号能量值,那么在下一个Nagc期间的放大器的总增益G′为
其中参数Nagc的选择对于AGC性能好坏很重要,一方面Nagc应选得足够大以便得到信号能量的可靠估计;另一方面Nagc应选得足够小,以保证在Nagc期间信号不会有明显的变化,这样可以使控制能发挥最大作用。
绝对能量误差模块主要作用是利用估计出的平均输入信号能量pest与参考信号能量pref做相减运算,得出当前Nagc期间的绝对能量误差,pref的大小与ADC的线性区域范围和转换精度相关,其计算公式为
环路增益调节模块利用当前增益和绝对能量误差通过环路滤波得到下一个Nagc期间放大器输入信号的增益,其迭代计算公式为
式中,α称为增益补偿系数,其值的选择对于整个AGC系统的收敛速度和稳定性有非常显著的影响。较大的增益补偿系数可以使收敛速度加快,但是增益的稳定性较差,甚至当α足够大时,系统不可用;小的增益补偿系数收敛虽然较慢,但是其增益调整过程中出现的抖动非常小。因此,增益补偿系数的选择是收敛速度和系统稳定性的一个折中。经过环路滤波之后,增益控制信号通过DAC传输给可变增益放大器,改变输入信号的能量,使其逐渐接近于参考信号,从而改善基带处理单元的性能。
2.2 改进型电路结构及算法设计[3]
典型的AGC电路结构模型采用单一增益补偿系数,不能够根据输入信号的特征,自适应地调整收敛步长。为此,对传统的AGC电路结构进行了改进,采用可选增益补偿系数(α1>α2)的方案,电路结构模型如图3所示。
在增益调整过程中,通过能量误差参考门限,自适应选择增益补偿系数,当Δp>Δpref采用α1作为环路的增益补偿系数,当Δp<Δpref采用α2作为环路的增益补偿系数,α1和α2的切换由标志信号flag决定。自适应AGC电路工作状态转换图如图4所示。
1)在OFDM接收机处于接收状态时,开启AGC电路,计算在调整周期Nagc内输入样值信号的平均功率pest。
2)计算当前周期内样值信号平均功率和参考信号功率的误差信号Δp。
3)将绝对能量误差信号和误差门限信号Δpref进行比较,选取与当前输入信号相适应的增益补偿系数。
4)对增益补偿之后的绝对能量误差信号进行环路滤波,得出下一个调整周期Nagc内输入样值信号的增益。
显然,改进后的AGC系统可以根据具体应用环境选择合适的增益补偿系数,实现更灵活的多步长增益补偿,达到快速调整和稳定跟踪的目的。
在实际的零中频OFDM接收机中AGC的调整包括VGA调整和LNA调整,其中LNA为粗调整,VGA为细调整,VGA必须在LNA为确定增益时才进入细调整阶段。当接收信号进入时,AGC启动,以最大增益值设置增益,然后将平均样值信号功率pest与参考信号功率pref进行比较,如果不大于pref则进入细调整过程,否则进入LNA高档粗调整过程。调整后,再将pest与pref比较,不大于则进行VGA细调整,否则进行LNA中档粗调整,依此类推,直到pest不大于pref,达到基带I/Q要求的信号幅度,结束AGC调整。算法调整流程如图5所示。
3 算法性能分析及实现
3.1 算法性能仿真
采用不同增益补偿系数和典型结构方案时,AGC系统性能对比如图6所示。
由图6可知,增益补偿系数越大,AGC系统收敛速度越快,但稳定性越差;增益补偿系数越小,AGC系统收敛速度越慢,但稳定性越好。
采用可选增益补偿系数和改进型结构方案时,AGC系统性能如图7所示。
由图7可知,在满足AGC系统性能的条件下,采用多增益补偿系数,可以达到系统收敛速度和稳定性的良好折中。
在Matlab环境中,按照设计的AGC算法,搭建AGC系统仿真平台,并且输入信号为经过ADC采样的I,Q两路数据,当参考信号能量较小时,系统性能如图8所示。
当参考信号能量较大时,系统性能如图9所示。
在WLAN零中频OFDM接收机中,采用设计的自适应AGC调整算法。发送信号经过64QAM和IFFT调制后,经过瑞利衰落信道加信噪比为10 dB的AWGN信道,信号经过信道后的动态范围为100 dB。由示波器测得接收机接收到的经过自适应调整后的输出信号如图10所示。
当AGC电路处于稳定状态时,接收机ADC采样之后的基带信号经过64QAM和FFT解调后信号星座图如图11所示,基带信号EVM满足WLAN系统要求。
由硬件实现的测量结果可知,本文所设计的AGC能够在WLAN的前4个短训练序列之内完成接收信号的调整过程,在此基础之上,后续基带信号处理单元能够完全正确地实现信号的处理和接收。相比较传统的算法和结构,系统稳定的时间提高了将近30%左右,满足了WLAN系统快速稳定的要求,应用价值较高[4]。
3.2 ASIC实现
设计的数字AGC电路采用Verilog语言编码,Modelsim完成RTL功能仿真和FPGA网表的前仿后仿,Synopsys Design Complier在HJTC 0.18μm CMOS工艺库下完成逻辑综合,Synopsys Astro完成布局布线,Prime Time完成静态时序分析,Prime Power完成功耗分析,VCS完成ASIC网表的前仿真和后仿真[5]。芯片面积为1.5 mm×1.5 mm,Core面积为0.65 mm2。电路版图如图12所示。
经过验证,该AGC电路的功能和性能满足设计指标要求。
4 小结
OFDM技术是宽带无线移动通信关键技术,而快速、稳定的自动增益控制是零中频OFDM接收机中必不可少的部分。本文采用自适应自动增益控制算法,通过可选增益补偿系数和可配置的绝对能量误差参考门限实现增益的快速调整和稳定跟踪,确保基带信号处理单元输入的高质量。同时,增益补偿系数转换标志信号即AGC调整成功标志的设置符合低功耗设计的要求。此外,该算法具有良好的灵活性和扩展性,只需要将能量估计模块稍微改动,就可以方便地应用于MIMO-OFDM系统中。
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