一种快速数字AGC结构的分析与设计

一种快速数字AGC结构的分析与设计
摘要 本文提出一种起控时间短、控制信号效果好的数字AGC的实现方法，并通过仿真对其进行了验证。 关键字 数字AGC；数字信号处理 1 引言 卫星信号在空间传播中存在衰落现象，在接收机输入端的信号强度会有很大的变化和起伏。为保证后续解调和处
摘要 本文提出一种起控时间短、控制信号效果好的数字AGC的实现方法，并通过仿真对其进行了验证。 关键字 数字AGC；数字信号处理

　 1 引言 卫星信号在空间传播中存在衰落现象，在接收机输入端的信号强度会有很大的变化和起伏。为保证后续解调和处理的正常进行，一般要在接收机前端加上一个模拟信号的自动增益控制(AGC)系统，使接收机自动适应输入信号的变化，确保通信系统正常工作。但是前端模拟AGC只是将信号电平控制在AD的接入范围内，要使数字信号得到正常的处理，后端需要数字AGC将不同的信号保持在一定的功率上，本文先介绍一般实现数字AGC的方法，然后提出在DSP或FPGA中的一种设计实现。 2 数字AGC环的一般方法 AGC通过匹配滤波器输出与用户定义的参考电平值比较产生误差信号，误差信号经环路滤波生成调整信号，调整信号被送往乘法器以控制跟踪缓冲器的输出。有两种AGC环，一种是基于接收信号与参考值的线性关系，另一种是基于两者的对数关系。下面通过计算机仿真分别介绍这两种AGC环路及其不同之处。 3 基于码元幅度线性关系的 AGC 算法

图1 AGC 环路滤波的线性实现

　　基于码元幅度线性关系的 AGC 如图1所示。该环路计算AGC输出的电平值并与一个固定的门限值比较产生误差信号，误差信号乘以加权因子a（小于1）控制电路的稳态响应。 这种传统方法的一个根本问题是：如果AGC环的稳态响应不是由a控制, 而是由输入信号的电平变化控制，则将造成不稳定的冲击与释放时间, 导致接收机性能的恶化。图1所示的AGC环的输出信号由下式给出： （1） 其中A(n)为AGC控制信号。 （2） 展开合并可得： （3） 看看接收信号电平是如果突跳的：假设输入信号是幅度为C的阶跃信号， 即：，则控制信号为： （4） 使用标准差分方程表示，环路的稳态响应为： （5） 其稳态时间响应为： （6） 此响应具有我们期望的稳态值。但不足的是环路时常数与成正比, 是信号振幅量阶的函数。这表明如果信号有小幅度的跳变，则AGC环具有很大的时常数，从而需要很长时间才能到达稳定状态；这种现象可从图2看出。在样值数为1800到2200的跳变时，可清晰地看到系统响应很慢；而在样值为3600 到 4200时, 我们看到环路具有较小的时常数而导致过冲的发生。仿真环境是利用matlab中的Simulink工具完成的，构造的输入信号样点速率为250sps，带宽为600Hz的QPSK信号。 图2 QPSK且a=0.1的线性 AGC 环的仿真结果

　 4 基于码元幅值对数的 AGC 算法 图2的固有问题可以通过对误差修正信号进行对数加权的方法予以克服。图3是用输出电平的对数函数修正图1所示的AGC环的情形。 图3 基于对数幅度的AGC 环

　　在这里的输出增益信号为： （7） 展开上式可得： 于是有： 同样，设x(n) 为单位阶跃函数，其振幅为C, 或者x(n) =cu(n) , 则增益信号为： （8） 进一步简化可得： （9） 这表明稳态值是，而正是我们所期望的。图3所示的环路的最终稳态值与成正比，故