技术领域
[0001] 本
发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及射频通信中的自动增益控制技术。
背景技术
[0002] 目前，包括民用无人机、
物联网以及移动通信网接收器在内的射频通信接收器中，均需广泛使用
可变增益放大器(VGA)。设计接收器系统时，需要根据接收到的
信号强度RSSI大小适当设置VGA的增益值，以保证
输入信号经过
数模转换器(ADC)时不至于大到饱和失真，也不至于太小造成较大的量化噪声。业内常用做法是采用自动增益控制(Automatic Gain Control简称AGC)
负反馈环路：周期性地在接收时隙对信号强度RSSI(n)进行评估，评估后与目标值T比较，将差值D(n)经环路滤波(滤波系数α)后得到DG(n)补偿到VGA的增益Gain(n)上，在下一次RSSI评估时用以补偿VGA增益Gain(n+1)。其原理如图1所示。理论上，只要对RSSI评估足够频繁，收敛系数足够大，VGA增益Gain就能跟上接收信号的变化。
[0003] 然而，实际应用时，接收器通常需要在多个频点进行接收。移动通信系统，如LTE就会工作在多个频点接收信号。而暂无业界通信标准的无人机则需工作在民用2.4～2.5G频段，为了防止干扰(特别是wifi干扰和其他无人机的干扰)，无人机经常需要周期性地工作在数十个频点上进行跳频收发。而这数十个频点上的信道干扰情况往往具备一定的差异性，其路经衰落也往往互不相同。所以进行多频点接收时，为了去除不同频点之间信号强度差异及信号强度变化不一致的影响，每个频点均需设立独自的AGC负反馈环路。如图2所示，时间轴上频点f0上在Gain0(n)先进行了一次信号强度估计得到Gain0(n+1)，但下次工作在f1上时的增益值则需要根据该频点f1上次的Gain1(n)，重新进行信号强度估计才可得到Gain1(n+1)。如果下一时刻再回到频点f0上工作，那么则需使用该频点上一次的增益值Gain0(n+1)计算获取新的增益值Gain0(n+2)，如此反复。以上策略存在一个问题：如果不减少AGC计算的间隔，那么频点越多，所需AGC环路就越多，每个频点进行AGC计算的间隔就会越长。如果AGC计算时间跟不上外部信号的变化，接收信号受其影响，将无法还原出有效信息。特别针对无人机通信系统，遥控器发送控制命令对信号的可靠性要求更高，而无人机通信系统经常需要使用窄带跳频的方式进行
信号传输，一方面要求AGC快速收敛，一方面又需要快速进行频点跳转，这无疑为其AGC策略带来了巨大的挑战。而目前尚未发现能够有效解决这一矛盾的方法或
专利。
发明内容
[0004] 为了解决
现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自动增益控制快速收敛方法及装置。
[0005] 首先，为实现上述目的，提出一种自动增益控制快速收敛方法，包括以下步骤：
[0006] 第一步，对通信频段内各工作频点进行分组，记录分组编号，并分别记录各组对应的AGC环路参数；
[0007] 第二步，获取当前工作频点，查找当前工作频点所在分组的分组编号及其对应的AGC环路参数；
[0008] 第三步，按照第二步所述的AGC环路参数设置VGA模
块，然后由所述VGA模块处理当前工作频点信号，经
能量评估后，获得当前工作频点的RSSI(Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示)值；
[0009] 第四步，根据第三步中所述RSSI值计算并记录当前工作频点的RV值，再根据所述RV值确定当前工作频点的分组编号；根据第三步中所述RSSI值确定新增益值，并根据所述新增益值更新当前工作频点所在分组所对应的AGC环路参数；及
[0010] 第五步，重复所述第二步至所述第四步，直至无需要处理的新频点信号，结束。
[0011] 其中，所述AGC环路参数包括增益值Gain、目标值T、滤波系数α、滤波后增益差值DG中的一个或多个。
[0012] 上述方法中，所述第四步RV值的计算方法如下：RV值＝RSSI值-当前工作频点所在分组对应的增益值Gain。
[0013] 上述方法的第四步中，根据所述RV值确定当前工作频点的分组编号，具体步骤如下：
[0014] 步骤401，查找当前工作频点所在分组内全部工作频点的RV值中的最大值RVmax和最小值RVmin；
[0015] 步骤402，计算|RVmax-RV|和|RVmin-RV|是否均小于分组
阈值R，若是，则保持当前工作频点的分组编号，并记录当前频点的RV值；否则跳转至步骤403；
[0016] 步骤403，查找能够使当前工作频点的RV值满足|RVmax-RV|＜R且|RVmin-RV|＜R的分组(其中，RVmax、RVmin分别为当前工作频点以及该分组内RV值的最大值和最小值)，则更新当前工作频点的分组编号为该分组的分组编号；若不存在，则新产生一个分组编号，并更新当前工作频点的分组编号为新产生的分组编号
[0017] 上述方法中，所述第一步的分组编号计算步骤如下：
[0018] 按照对通信频段内各工作频点的分组顺序确定每组工作频点的分组偏移量m，再将各组内各个工作频点的组内偏移量n初始化为0，记录每一个工作频点对应的分组编号k分别为k＝m*N+n，其中，N为每组所包含工作频点数量的上限，M为分组的总数，M*N不小于工作频点总数，k、M、N、n均为自然数。
[0019] 针对这种分组编号方式，所述步骤403中，按照如下步骤产生新的分组编号，并更新当前工作频点的分组编号为新产生的分组编号：
[0020] 计算当前工作频点对应的分组偏移量m，判断该分组偏移量m下的各个组内偏移量n是否对应有其他工作频点，选取不存在对应工作频点的最小组内偏移量Pmin作为当前工作频点新的组内偏移量，
修改当前工作频点的分组编号k为k＝m*N+Pmin。
[0021] 上述方法的第一步中可以先以固定带宽间隔BS对所述通信频段内各工作频点进行分组。
[0022] 本发明还同时提供一种自动增益快速收敛装置，包括VGA模块、能量评估模块和增益生成模块，其特征在于，还包括：AGC环路参数存储单元和频点信息存储单元：
[0023] 所述频点信息存储单元的分组编号输出口与所述AGC环路参数存储单元的分组编号输入口连接；所述频点信息存储单元还包括当前频点输入
接口；所述频点信息存储单元用于根据所述当前频点输入接口的数据查找当前工作频点所在分组编号，并将分组编号输出至所述AGC环路参数存储单元；
[0024] 所述AGC环路参数存储单元同时与所述VGA模块、所述增益生成模块和所述频点信息存储单元连接；所述AGC环路参数存储单元用于根据频点信息存储单元输入的分组编号，查找该分组所对应的AGC环路参数，将所述AGC环路参数中的增益值输出至所述VGA模块，与所述增益生成模块交互，更新该分组所对应的AGC环路参数；
[0025] 所述VGA模块同时连接所述AGC环路参数存储单元和所述能量评估模块；
[0026] 所述能量评估模块同时连接所述VGA模块与所述增益生成模块；
[0027] 所述增益生成模块同时连接所述能量评估模块的输出口以及所述AGC环路参数存储单元。
[0028] 上述装置中，还可增设频点动态分组控
制模块，以根据频点特性，动态调整频点分组状态，以适应不同通信环境。具体的，
[0029] 所述频点动态分组
控制模块的第一输入接口连接所述能量评估模块的输出口，所述频点动态分组控制模块的第二输入接口连接所述AGC环路参数存储单元的增益输出口，所述频点动态分组控制模块还包括RV值接口，所述RV值接口与所述频点信息存储单元双向交互连接；
[0030] 所述频点动态分组控制模块用于根据所述能量评估模块输出的所述RSSI值计算并记录当前工作频点的RV值，再根据所述RV值确定当前工作频点的分组编号，对所述频点信息存储单元进行更新。
[0031] 上述装置中，还可包括频点预分组模块，所述频点预分组模块的两个输出口分别与所述频点信息存储单元和AGC环路参数存储单元连接，所述频点预分组模块的输入口接收初始化频点分组信息；
[0032] 所述频点预分组模块用于根据所述初始化频点分组信息对通信频段内各工作频点进行分组，并相应设置所述频点信息存储单元和所述AGC环路参数存储单元。
[0033] 有益效果
[0034] 本发明，根据通信频段特点，将频段内的各个频点进行分组，将经历相同或相似信道特性的频点分为一组，对其使用统一的增益值进行VGA处理。本发明利用同一组内频点具有较强AGC环路相关性的特点，通过同一个AGC环路处理一组内的全部频点，通过统一的增益值即可迅速完成该组全部频点的AGC环路运算。本发明因而能够有效避免针对具备相似特性频点进行重复AGC收敛运算而造成的延时，进而缩短AGC计算的时间间隔。本发明无需额外计算过程即可有效缩短AGC收敛计算的时间，适用于多频点接收系统，尤其是民用无人机、物联网或
移动通信网络。
[0035] 进一步，考虑到不同频点的信道干扰、路径衰落会随时间而变化。为避免初始的频点分组无法适应频点信道特性的变化，可增设频点动态分组控制模块，由频点动态分组控制模块根据当前工作频点VGA放大前信号强度RV判断该频点的分组编号是否需要调整。对与本组其他频点相比，RV值差别明显的频点，进行分组的调整。判断其是否可与其他频点合并共用一套AGC环路参数，还是需要针对该频点设立单独的AGC环路参数。
[0036] 更进一步，考虑到临近频点之间信道特性相似度高，临近频点之间对应的AGC环路相关性更强。本发明可以在一开始对频点进行分组时即充分考虑这一特点，将同一带宽间隔BS内的频点归为一组，再通过后续的频点动态分组过程，逐渐对频点分组进行调整。这样可以尽可能在不增加系统运算负荷的情况下，保证一定的分组准确性。避免频繁的进行频点分组更新，进一步节省系统资源开销。
[0037] 这里，本发明先根据带宽间隔BS确定频点对应的分组偏移量m，再按照各工作频点的RV值更新其组内偏移量n。由分组偏移量m和内偏移量n两个维度共同确定工作频点的分组编号。由于这种方式下，分组编号，尤其是分组偏移量m，直接与工作频点所处频段对应，因此，在更新或查询分组编号k时更加方便快捷，同时也能够节省系统的存储空间(一般并不需要占用全部M*N个分组元素)。
[0038] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
[0039] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的
实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0040] 图1为现有AGC负反馈原理图；
[0041] 图2为现有多频点AGC环路策略示意图；
[0042] 图3为本发明实施例所述自动增益控制快速收敛方法流程示意图；
[0043] 图4为本发明实施例所述根据RV值确定当前工作频点的分组编号的具体步骤
流程图；
[0044] 图5为本发明实施例所述理想分组下的自动增益控制快速收敛装置简化结构
框图；
[0045] 图6为本发明实施例所述自动增益控制快速收敛装置结构框图。
具体实施方式
[0046] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0047] 参照图3所示流程图，本发明提供的包括以下步骤：
[0048] 第一步，根据预判的各频点AGC环路特性(例如，按照固定的带宽间隔BS)，对通信频段内各工作频点进行分组，记录每一组的分组编号，并分别记录各组对应的AGC环路参数；其中AGC环路参数可以包括增益值Gain、目标值T、滤波系数α、滤波后增益差值DG；其中，增益值Gain就是VGA的增益，目标值T是信号经过VGA放大之后适用于后面
信号处理所期望达到的能量强度，滤波系数α就是AGC环路
滤波器的系数，滤波后增益差值DG是生成的新增益与当前增益之差。
[0049] 第二步，获取当前工作频点，查找当前工作频点所在分组的分组编号及其对应的AGC环路参数；
[0050] 第三步，按照第二步所述的AGC环路参数设置VGA模块，然后由所述VGA模块处理当前工作频点信号，经能量评估后，获得当前工作频点的RSSI值(Received Signal Strength Indication接收的信号强度指示)；
[0051] 第四步，根据第三步中所述RSSI值计算并记录当前工作频点的RV值(VGA放大前信号强度值)，再根据所述RV值确定当前工作频点的分组编号；根据第三步中所述RSSI值，参照图1所示AGC环路策略，确定新增益值，并根据所述新增益值更新当前工作频点所在分组所对应的AGC环路参数；
[0052] 第五步，重复所述第二步至所述第四步，直至无需要处理的新频点信号，结束。
[0053] 上述方法中，RV值的计算方法如下：RV值＝RSSI值-当前工作频点所在分组对应的增益值Gain。此处，将RSSI值减去第二步中读取到的增益，即可评估出当前RSSI未使用增益时所获取信号的大小。
[0054] 进一步地，请参阅图4，上述方法的第四步中，根据所述RV值确定当前工作频点的分组编号的具体步骤如下：
[0055] 步骤401，查找当前工作频点所在分组内全部工作频点的RV值中的最大值RVmax和最小值RVmin；
[0056] 步骤402，计算|RVmax-RV|和|RVmin-RV|是否均小于分组阈值R，若满足，则保持当前工作频点的分组编号，并记录当前频点的RV值；否则跳转至步骤403；
[0057] 步骤403，查找能够使当前工作频点的RV值满足其分组阈值R的分组，则更新当前工作频点的分组编号为该分组的分组编号；若不存在能够使当前工作频点的RV值满足其分组阈值R的分组，则新产生一个分组编号，并更新当前工作频点的分组编号为新产生的分组编号。这里，满足其分组阈值R具体指：满足|RVmax-RV|＜R且|RVmin-RV|＜R；其中，RVmax、RVmin分别为当前工作频点以及该分组内全部RV值的最大值和最小值。
[0058] 考虑到临近频点的信道特性相近，因此可以在第一步中，可以20MHz的固定带宽间隔BS对所述通信频段内各工作频点进行分组。分组之后再根据各频点的RV值调整频点所在分组，从而调整其对应的增益。具体而言，第一次分组后，将所述分组编号设计为如下形式：
[0059] 按照对通信频段内各工作频点的分组顺序确定每组工作频点的分组偏移量m，再将各组内各个工作频点的组内偏移量n初始化为0，记录每一个工作频点对应的分组编号k分别为k＝m*N+n，其中，N为每组所包含工作频点数量的上限，M为分组的总数，M*N不小于工作频点总数，k、M、N、n均为自然数。
[0060] 通过M*N个元素保存每个频点信息(每个频点信息按照
频率值从小到大在数组中按照数组索引从小到大存储，这样有利后续对分组编号进行更新。每个频点信息中都有该频点对应的分组编号，不同的频点可能对应相同的分组，但是最坏情况下，每个频点都可能对应不同的分组，那么方法最多可能用到M*N个AGC分组，但通常情况下并不是每个分组都需要用到，分组具体情况需要取决于第四步中对当前工作频点的重新分组。每个分组编号可作为数组的索引(也可以称为数组下标)，这样根据每个工作频点对应的分组编号k，即可确定该工作频点的分组信息。之所以使用M*N的形式存储工作频点的分组，主要是为了后续更新分组编号方便计算：把分组编号(取值空间0到M*N-1之间)分成2个维度，分组偏移量和组内偏移量，分组编号为k，那么分组偏移量m是k/M的整数商，组内偏移是k/M的余数。同分组内的各个工作频点，它们的分组偏移量、组内偏移量均相同。新发现的需要独立分组的工作频点则在其所处分组偏移量后按照出现顺序依次占用新的组内偏移量。采用这两种维度的方式区分分组偏移量和组内偏移量可以1、快速查询并确认工作频点的分组信息，2、快速搜索和分配新的分组编号。
[0061] 针对这种二维数组形式的频点分组方式，本方法中，原先的步骤403需要按照下述方法更新分组编号：
[0062] 计算当前工作频点对应的分组偏移量m，判断该分组偏移量m下的各个组内偏移量n是否对应有其他工作频点，选取不存在对应工作频点的最小组内偏移量Pmin作为当前工作频点新的组内偏移量，修改当前工作频点的分组编号k为k＝m*N+Pmin。
[0063] 上述分组编号方式中提供了足够多的分组空间元素能够在需要的时候让每个工作频点具有独立的分组编号，但是大多数情况下，多个工作频点共用一个分组编号即可。这种情况下，那么肯定存在没有任何工作频点使用的分组编号，这些没有对应到具体频点的分组编号可被用来根据RV值需要新增组内偏移。一旦出现RV值无法归入现有分组的工作频点时，需要新建一个分组，那么确定该分组编号的时候，需要先确定改工作频点所对应的分组偏移量m＝k/M(一个工作频点的分组编号调整时，其分组偏移量是不变的，这样便于查找工作频点)，然后在m、m+1、……、直至m+N-1中找到没有任何工作频点占用的分组编号，使用最小的值作为当前工作频点的新分组编号k＝m*N+Pmin，其中，0
[0064] 这样的二维分组方式能够充分利用前述未分配有工作频点的组内偏移量。一旦找不到满足RV条件的新分组时，确定新的分组编号的时候，先根据工作频点的频率确定其分组偏移m＝k/M(一个频点分组编号调整时分组偏移量是不变的)，然后在该分组偏移量所对应的m、m+1……m+N-1个分组编号中找到没有任何频点用到的分组编号，使用最小的那个分组编号。
[0065] 同时，本实施例还提供基于上述方法的一种自动增益快速收敛装置。在充分考量到频点信道特性的规律之后，可以直接通过图5所示的简化结构实现本发明。其中：
[0066] 所述频点信息存储单元F的分组编号输出口与所述AGC环路参数存储单元E的分组编号输入口连接；所述频点信息存储单元F还包括当前频点输入接口；所述频点信息存储单元F用于根据所述当前频点输入接口的数据查找当前工作频点所在分组编号，并将分组编号输出至所述AGC环路参数存储单元E；
[0067] 所述AGC环路参数存储单元E包括分组编号输入口、增益输出口和AGC环路参数接口；所述分组编号输入口连接所述频点信息存储单元F的分组编号输出口；所述增益输出口与所述VGA模块的增益输入口连接；所述AGC环路参数接口与所述增益生成模块B双向连接；所述AGC环路参数存储单元E用于根据频点信息存储单元F输入的分组编号，查找该分组所对应的AGC环路参数，将所述AGC环路参数中的增益值输出至所述VGA模块，与所述增益生成模块B交互，更新该分组所对应的AGC环路参数；
[0068] 所述VGA模块包括当前工作频点信号输入口、增益输入口和输出口，所述增益输入口连接所述AGC环路参数存储单元E的增益输出口；所述VGA模块的输出口连接所述能量评估模块A的输入口；所述VGA模块用于根据所述AGC环路参数存储单元(E)输出的增益值处理当前工作频点输入口的信号，并将处理结果输出至所述能量评估模块A；
[0069] 所述能量评估模块A的输入口连接所述VGA模块的输出口，所述能量评估模块A的输出口连接所述增益生成模块B的RSSI输入接口；所述能量评估模块A用于根据所述VGA的处理结果计算当前工作频点的RSSI值，并输出；能量评估模块A既可以(在经过ADC
模数转换后)通过现有数字逻辑
电路实现，也可以由现有的模拟电路实现，采用
软件、
硬件实时皆可。
[0070] 所述增益生成模块B的输入接口连接所述能量评估模块A的输出口，所述增益生成模块B的双向接口连接所述AGC环路参数存储单元E的AGC环路参数接口；所述增益生成模块B用于根据所述能量评估模块A输出的所述RSSI值计算新增益值，并根据所述新增益值生成当前工作频点所在分组所对应的AGC环路参数，输出所述AGC环路参数至所述AGC环路参数存储单元E进行更新。所述增益生成模块B的结构可参照图1设计，以便生成新增益值Gain和滤波后增益差值DG进而调整AGC环路滤波参数。
[0071] 请参阅图6，考虑到通常实际应用场景下，不同频点之间的信道特性并非恒定，且，对不同频点的信道特性的估计往往与显示情况存在差异。上述简化的装置往往还需要经过一段时间的分组调整过程才能针对应用场景实现有效的AGC收敛。否则，则有可能增加每个频点AGC收敛的时间，或仅能保证个别频点正确AGC收敛。因此，有必要在该装置中增加频点动态分组控制模块D：
[0072] 所述频点动态分组控制模块D的第一输入接口连接所述能量评估模块A的输出口，所述频点动态分组控制模块D的第二输入接口连接所述AGC环路参数存储单元E的增益输出口，所述频点动态分组控制模块D还包括RV值接口，所述RV值接口与所述频点信息存储单元F双向交互连接；
[0073] 所述频点动态分组控制模块D用于根据所述能量评估模块A输出的所述RSSI值计算并记录当前工作频点的RV值，再根据所述RV值确定当前工作频点的分组编号，对所述频点信息存储单元F进行更新。
[0074] 具体而言，频点动态分组控制模块D需要输入工作频点频率、增益Gain和RSSI，输出该频点新的RV和分组编号到F模块。实现方法为：
[0075] 1)算出当前工作频点的RV值(RV＝RSSI-Gain)。
[0076] 2)在频点信息存储单元F查到该频点所在分组编号，并搜索F模块内所有分组编号等于k的频点的接收信号强度，取其中的最大值RVmax和最小值RVmin，若满足条件①：|RV-RVmax|
[0077] 3)如果步骤2)中的所有分组编号为k的频点中的RVmax和RVmin不满足条件①，则算出该频点子带偏移m＝k/N，然后分别搜索分组编号为m*N+n(n取0，1，2……N-1)中所有频点(遍历过程中把那些没有频点存在的n值记录下来，存入集合P)，取其中的RVmax和RVmin，若满足条件①，修改F模块该频点的分组编号为满足条件的m*N+n，同时更新F模块该频点的RV值。
[0078] 4)若步骤3)没找到满足条件①的n值，则在P中找最小的值Pmin作为该频点新的组内偏移，修改F模块该频点的分组编号为m*N+Pmin，同时更新F模块该频点的RV值。
[0079] 进一步，由于临近频点之间AGC环路特性往往相关性较强，因此在初始化分组时，可以考虑按照固定的带宽间隔BS(如，BS＝20MHz)，进行频点分组。或者，在充分考虑频点特性之后按照其他规律进行预分组。在较理想的情况下，预分组可有效减小频点分组调整的范围。从而节省系统开销。
[0080] 由此，上述装置还可增设频点预分组模块C，所述频点预分组模块C的两个输出口分别与所述频点信息存储单元F和AGC环路参数存储单元E连接，所述频点预分组模块C的输入口接收初始化频点分组信息；
[0081] 所述频点预分组模块C用于根据所述初始化频点分组信息对通信频段内各工作频点进行分组，并相应设置所述频点信息存储单元F和所述AGC环路参数存储单元E。
[0082] 这里，频点信息存储单元F中，存储的是一个数组，数组大小由频点预分组模块C确定。数组中每个元素均包含频点的频率值、所在分组编号以及RV值。数组按照频率值从小到大排列，每个频点F的分组编号初始化为(F-Fmin)/BS*N(在同一组内的频点初始化分组编号相同)，RV值初始化为无效值-1，无效的RV值不参与与RVmax和RVmin的比较。
[0083] 本发明技术方案的优点主要体现在：AGC环路个数完全根据外部(不管是时间上还是频域上的随机干扰情况)自适应的。在最好情况下，若每个子带都不存在干扰或者同一组内的频点之间受干扰的强度差小于R，那么最多仅需要M个AGC环路。相比每个频点一个环路的共需M*N个环路的传统策略(如图2所示)，本发明总体收敛速度快了N倍。在最差情况下，即，每个组内的每个频点之间的受干扰强度都不同且差值大于R，那么需要M*N个环路(和传统策略无异)，但这种情况基本不会发生。所以本发明实施实例在实际使用中，能够大大提高AGC环路的收敛速度，从而减小接收信号的预收敛时间，提升信号接收的可靠性和数据吞吐率。
[0084] 本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
