一种基于温度计编码的自动增益控制电路及控制方法与流程

本发明属于正交频分复用的高速1553总线
技术领域：
，尤其是一种基于温度计编码的自动增益控制电路及控制方法。
背景技术：
：1553b总线是一种命令响应型时分多址数据总线，其标准于1973年提出，至今仍在军事、宇航、工业等领域广泛应用。随着信息技术的日趋进步，传统1553b总线的1mbps数据传输速率已经渐渐不能满足日益增长的高速数据传输需求。o1553总线技术由于可以将传统1553b总线的数据传输速率从1mbps升至100mbps，并兼容1553b总线的网络拓扑结构，保持1553b总线的可靠性，逐渐成为国内外研究机构关注的热点。o1553总线技术的协议兼容1553b总线，采用ofdm有线传输技术进行协议信号的基带调制与解调，并利用频域多载波方式对信号进行传输，提升1553b总线的数据传输速率，并对抗1553b总线信道所具有的频率选择性衰落。o1553总线信号由o1553总线协议处理单元产生，经ofdm基带调制模块调制后送出，再经过数模转换，通过功率放大器送至1553b总线信道；在信号接收时，需要采用模数转换器(analogtodigitalconverter，adc)将接收信号转换为数字信号，再由数字处理单元进行检测和处理，完成信号的接收。由于选定型号的模数转换器器件对于输入信号电平范围是有一定要求的，为了进行有效信号接收，输入信号电平需要调节至模数转换器的有效输入信号电平范围，因此，在模数转换器的前端需要使用可变增益放大器(variablegaincontroller，vga)，根据接收信号的功率(或峰峰值)大小自适应的给出不同的增益控制值，调节模数转换器的输入信号，使得模数转换器的输入信号电平范围满足要求，以保证模数转换过程的可靠性，并确保接收信号的失真度处在可以容忍的范围。但是，对于可变增益放大器的控制通常需要基于接收信号峰值检测的结果，动态控制可变增益放大器的增益以满足模数转换器的信号输入电平要求，如果信号峰峰值较小，瞬态噪声的尖峰可能会导致峰值检测错误而引起可变增益放大器误操作，此外，由于o1553信号采用ofdm信号进行调制，可变增益放大器增益连续变化，有可能降低接收信号的线性特性，从而导致信号峰均比的下降。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于温度计编码的自动增益控制电路及控制方法。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种基于温度计编码的自动增益控制电路，包括能量检测模块、增益控制编码模块、自动增益控制模块以及帧/符号捕获模块；接收模拟前端的输出信号依次经过能量检测模块、增益控制编码模块、自动增益控制模块和帧/符号捕获模块后输出或直接经过帧/符号捕获模块后输出；其中：能量检测模块用于计算接收模拟前端送至的输入信号采样值的功率累加值；并将功率累加值与设定的高、低阈值进行比较，给出高状态标志与低状态标志；将高状态标志、低状态标志和功率累加值一起分别送至增益控制编码模块和自动增益控制模块；增益控制编码模块用于确定增益调节量的动态范围，并转换为线性功率值，再计算接收到的功率累加值与所述线性功率值的差，抽取符号位，进行温度计编码，得到增益调节编码值，送至自动增益控制模块；自动增益控制模块用于将接收的增益调节编码值转换为增益控制值，并将增益控制值反馈至接收模拟前端；帧/符号捕获模块用于自动增益控制模块和接收模拟前端的输出信号的相关峰检测，并识别有效信号起始的同步头标志信号，在检测到同步头标志信号的同时没有接收到停止信号时，产生帧有效脉冲信号。一种基于温度计编码的自动增益控制方法，当控制电路处于检测状态时包括以下步骤：步骤1：通过能量检测模块接收由模拟接收前端送至的信号并送至增益控制编码模块，同时计算信号采样值的功率累加值，并将功率累加值与设定的高、低阈值进行比较，给出高状态标志与低状态标志，然后将高状态标志、低状态标志和功率累加值一起分别送至自动增益控制模块和增益控制编码模块；步骤2：通过增益控制编码模块接收能量检测模块送至的信号，同时确定信号的增益调节量的动态范围，并转换为线性功率值，并计算功率累加值与线性功率值的差，抽取符号位，进行温度计编码，得到增益调节编码值，送至自动增益控制模块；步骤3：通过自动增益控制模块接收增益控制编码模块送至的信号并送至帧/符号捕获模块，同时将接收的增益调节编码值转换为增益控制值，并将增益控制值反馈至模拟接收前端；步骤4：通过帧/符号捕获模块检测自动增益控制模块和接收模拟前端输出的有效信号起始的同步头标志信号，当检测到一个同步头标志信号，同时在没有接收到停止信号时，将产生同步头有效脉冲信号，同时控制电路迁移至锁定状态；当控制电路处于锁定状态时，自动增益控制模块反馈至模拟接收前端的增益控制值为固定值，采用固定的增益值对当前接收信号进行调节，直至当前帧的接收处理完毕。本发明进一步的改进在于：步骤1中计算信号采样值的功率累加值，并将功率累加值与设定的高、低阈值进行比较，给出高状态标志与低状态标志的具体方法为：1)计算当前接收信号采样点的功率值；2)根据步骤1)的功率值大小，设定功率的高、低阈值；3)采用流水延迟算法，延迟深度为n＝64，利用逻辑累加模块，计算64点信号采样值的功率累加值；4)输出64个数据的功率累加值，并与设定的阈值进行比较，给出高状态标志信号和低状态标志信号。步骤2中确定信号的增益调节量的动态范围的具体方法为：根据接收模拟前端模数转换器的输入电平需求与信道的传输特性，确定增益调节量的动态范围。步骤2中进行温度计编码的具体方法为：增益控制编码模块根据增益调节量的动态范围，在增益线性化的误差小于5‰的条件下，选取16位二进制数对增益值进行插值线性化处理，起始点为65，增益步长为1db，增益值与增益倍数之间的对应关系为：增益倍数＝65×10增益值/10，将增益倍数以16进制形式存储于rom中，当接收到一个有效数据时，计算该接收信号的功率值，求从rom中读取的增益倍数与该功率值的差，提取符号位，按取值点顺序排列符号位，对每一个接收信号的功率值，找到符号位为1的第一个取值点，将其转换为二进制数，完成增益值的温度计编码。步骤3中将增益调节编码值转换为增益控制值的具体方法为：采用流水延迟算法，延迟深度为n＝32，计算长度为32的自动增益控制模块输入信号采样点的能量累加值，通过能量累加值和增益调节编码值得到映射值，将映射值作为增益控制值。步骤4中检测自动增益控制模块和接收模拟前端输出的有效信号起始的同步头标志信号的具体方法为：帧/符号捕获模块根据高、低阈值对接收到的数据的有效性进行判断，同时记录当前信号的峰值，然后将当前信号峰值与上一次记录的信号峰值进行比较，当当前信号峰值大于上一次记录的信号峰值时计数一次，当计数次数为64时，检测到一个峰值；然后清零计数次数，重新开始计数；当检测到4个峰值时，检测到一个同步头标志信号。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的自动增益控制电路，通过能量检测模块，计算接收模拟前端送至的输入信号采样值的功率累加值，并给出高状态标志与低状态标志；采用增益控制编码模块，根据接收信号功率和模数转换器的输入有效信号峰峰值电平需求，进行目标增益值与接收信号功率之差符号位的温度计编码，产生增益调节编码值；利用自动增益控制模块产生增益调节值，调节可变增益放大器的输出，使可变增益放大器的输出能够满足模数转换器的输入电平需求，并且满足帧/符号检测模块的输入需要；通过帧/符号检测模块进行峰值检测，识别出有效信号的同步头，提高信号捕获的鲁棒性，满足接收通路对于有效信号的捕获需求。本发明的自动增益控制方法，控制电路包括两个状态，第一个状态为检测状态，在该状态下，通过能量检测模块，计算接收模拟前端送至的输入信号采样值的功率累加值，并给出高状态标志与低状态标志；然后通过增益控制编码模块，进行目标增益值与接收信号功率之差符号位的温度计编码，产生增益调节编码值；接着，自动增益控制模块通过增益调节编码值和功率累加值产生增益调节值，用于调节可变增益放大器的输出，使可变增益放大器的输出能够满足模数转换器的输入电平需求，并且满足帧/符号检测模块的输入需要；通过帧/符号检测模块进行峰值检测，识别出有效信号的同步头，并将状态迁移至锁定状态；在锁定状态下，自动增益控制模块的增益控制输出为固定值，将采用固定的增益值对当前接收信号峰峰值进行调节，如果当前帧的接收处理完毕，则暂停接收。由于信号检测过程中，只根据信号同步头的大小进行增益调节，对持续时间较短的同步头之后的数据符号采用固定增益进行调节，因此，提高了信号的捕获效率，并且降低了增益动态调节所造成的数据符号线性失真。此外，通过同步头检测确定增益调节量，可以防止有效载荷由于峰峰值较小而被噪声淹没，提升了检测的可靠性。进一步的，信号的功率计算过程中，采用流水延迟算法计算输入信号功率，提高输入信号功率计算的效率。进一步的，采用温度计编码进行增益控制值的编码，提高编码可靠性，并大幅降低adc对于无用信号的转换概率。进一步的，在信号检测过程中，采用检测等间隔长度数据峰值的方法识别同步头，提高同步头检测的鲁棒性，实现信号的可靠接收。在峰值检测时，检测过程仅与接收数据及其长度相关，不需要获取信道传输函数，减少了检测过程与信道的相关性。附图说明图1为o1553总线信号的收发示意图；图2为本发明的基于温度计编码的自动增益控制电路实现框图；图3为本发明的能量检测模块的功能框图；图4为本发明的温度计编码逻辑框图；图5为自动增益控制模块的功能框图；图6为o1553信号同步头波形图；图7为本发明的帧/符号捕获功能框图；图8为本发明的同步头检测流程图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本发明做进一步详细描述：参见图1，o1553总线信号的收发示意图，信号发送过程中，由于1553b通道具有频率选择性衰落特性，因此，对o1553协议处理单元产生的o1553协议信号，采用ofdm符号调制模块进行基带调制，并通过由数模转换器(digitaltoanalogconverter，dac)和功率放大器(poweramplifier，pa)组成的发送模拟前端单元，进行数模转换和功率放大后送至1553b总线信道，以满足总线速率的提升和对抗1553b信道衰落特性的需求；在信号接收过程中，为了对信号进行数字解调，需要通过接收模拟前端实现模数转换，而模数转换器选定后，相应模数转换器器件对于输入信号的有效电平范围要求是确定的，由于o1553总线的发送信号峰峰值会受到1553b信道的衰减，而有可能无法满足模数转换器的输入信号电平要求，因此，需要采用可变增益放大器及自动增益控制电路，调节模数转换器的输入信号峰峰值，使得模数转换器能够对输入信号进行有效转换，并确保自动增益调节后的信号可以被有效检测，满足ofdm符号解调单元的解调需求，能够被o1553协议处理单元接收。参见图2，本发明基于温度计编码的自动增益控制电路，包括能量检测模块、增益控制编码模块、自动增益控制模块以及帧/符号捕获模块。其中，能量检测模块采用流水延迟算法，延迟深度为n＝64，利用逻辑累加(accumulator，acc)模块，计算64点输入信号采样值的功率累加值。算法的实现结构见图3，算法步骤如下：1)计算当前接收信号采样点的功率值；2)能量设定的初值为0，所述o1553系统所选定的模数转换器的有效信号输入峰峰值为2.25v，则高阈值设置为20log(2.25/0.2)＝21db，低阈值设置为20log(0.2/0.2)＝0db；3)采用深度为64的流水延迟，计算64个数据的功率累加值；4)输出64个数据的功率累加值，并与所设定的阈值进行比较，同时给出highflag高状态标志和lowflag低状态标志。高、低阈值与o1553传输信道的噪声特性和接收信号峰峰值相关，1553b传输信道的噪声有效峰峰值为vn，(1553b信道的噪声有效峰峰值为200mv，见《gjb5186数字式时分指令响应型多路传输数据总线测试方法》-2004)，若选取的adc器件的有效信号输入峰峰值为vval，则：高阈值即为20log(vval/vn)，而低阈值即为20log(vn/vn)＝0db。接收信号通过能量检测模块得到的功率值为p，先通过计算转换为功率10log(p/vn2)，再将该值与上述高、低阈值进行比较。如果10log(p/vn2)高于高阈值，高状态标志置位，表示信号质量好，需要负增益调节以满足模数转换器器件vval输入要求；如果10log(p/vn2)在高、低阈值之间，表示信号质量较差需要进行正增益调节以满足模数转换器vval输入要求；如果10log(p/vn2)小于低阈值，低状态标志置位，表示信号质量太差，被噪声淹没，无法正确接收。增益控制编码模块，根据接收模拟前端模数转换器的输入电平需求与1553b信道的传输特性，确定增益调节量的动态范围为0～31db。根据增益调节的动态范围，并确保增益线性化的误差小于5‰，选取16位二进制数对增益值进行插值线性化处理，起始点为65，增益步长为1db，则增益值与增益倍数之间的对应关系可以表示为：增益倍数＝65×10增益值/10，如表1所示。表1增益值线性化取值表取值点增益值(db)增益倍数10652182321034313054163652067625987326984101095161110650121181813121030141312971514163316152055171625881817325819184101201951632120650022218183232210302242312969252416327262520555272625877282732577292841012302951631313065000将表1中的增益倍数以16进制形式存储于rom中，当接收到一个有效数据时，计算该接收信号的功率值，求从rom中读取的增益倍数与该功率值的差，提取上述31个差值运算的符号位，按31至1的取值点顺序排列上述31个符号位，对于每一个接收信号的功率值，找到上述符号位为‘1’的取值点(符号位为‘0’和为‘1’相邻的为‘1’取值点)，将其转换为二进制数，即完成了接收数据增益值的温度计编码。温度计编码的逻辑框图如图4所示。自动增益控制模块，采用流水延迟算法，延迟深度为n＝32，计算长度为32的输入信号采样点的能量累加值，通过能量累加值得到映射值，并转换为agc控制增益值，将该增益控制值反馈至接收模拟前端以控制可变增益放大器的输出，功能实现框图如图5所示。帧/符号捕获模块，采用基于流水的相关序列比较法对数据进行分析和检测，识别有效信号起始的同步头标志信号。与传统1553b总线传输信号形制类似，o1553总线的有效消息帧也是以四个峰峰值较大且相同的同步头开始的，同步头之后紧跟o1553总线的有效载荷。o1553总线有效帧的同步头波形如图6所示。如图7和图8所示，帧/符号捕获模块4对接收到的数据的有效性进行判断，并将当前峰值与上一次记录的峰值进行比较，查找64个数据中的唯一一个峰值，如果检测到4个间隔为64的峰值，则认为检测到一个同步头，即捕获到1个有效的接收帧。在没有接收到停止信号stop时，该模块将产生同步头有效脉冲信号，为ofdm符号解调提供接收有效指示信号。在峰值检测时，检测过程仅与接收数据及其长度相关，不需要获取信道传输函数，减少了检测过程与信道的相关性，此外，通过同步头检测确定增益调节量，可以防止有效载荷由于峰峰值较小而被噪声淹没，提升了检测的可靠性。通过能量检测模块，采用流水延迟算法计算接收信号功率；采用增益控制编码模块，根据接收信号功率和模数转换器的输入有效信号峰峰值电平需求，进行目标增益值与接收信号功率之差符号位的温度计编码，产生增益调节编码值；利用自动增益控制模块产生增益调节值，调节可变增益放大器的输出，使可变增益放大器的输出能够满足模数转换器的输入电平需求，并且满足帧/符号检测模块的输入需要；通过帧/符号检测模块进行四个间隔为64点的等间隔峰值检测，识别出有效的o1553总线信号的同步头，提高信号捕获的鲁棒性，满足o1553总线接收通路对于有效信号的捕获需求。自动增益控制电路主要功能为检测模拟前端接收信号的能量，并根据检测结果，对增益调节量进行编码，通过自动增益控制模块产生可变增益放大器的控制值，反馈给可变增益放大器同时对接收信号进行等间隔峰峰值检测，实现帧/符号的捕获，以判断是否接收到有效信号。该电路的功能实现包括两个状态，第一个状态为检测状态，在该状态下，若当前信号功率与给定阈值或需求功率不符，并且接收信号的功率在自动增益控制模块的增益可调范围之内，该电路将调整自动增益控制模块增益控制输出，调节当前信号的峰峰值，使其满足模数转换器有效接收电平的要求，并将状态迁移至锁定状态；在锁定状态下，自动增益控制模块的增益控制输出为固定值，将采用固定的增益值对当前接收信号峰峰值进行调节，如果当前帧的接收处理完毕，则暂停接收。由于信号检测过程中，只根据信号同步头的大小进行增益调节，对持续时间较短的同步头之后的数据符号采用固定增益进行调节，因此，提高了信号的捕获效率高，并且降低了增益动态调节所造成的数据符号线性失真。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。当前第1页12