AGC的电路一方面不仅可以补偿慢衰落,即一般的路径损耗、阴影效应引起的接收信号电平缓慢变化可以由模拟AGC来减小。而且可以对快衰落进行跟踪以补偿部分的快衰落,保证ADC的接入信号幅度满足其正常工作的条件,减小ADC的输出信噪比。另一方面可以确保收信机工作在合适的状态。若接收到的信号幅度过小,则噪声有可能会把信号淹没。若接收到的信号幅度过大,则电路可能因为过载而不能正常工作。所以AGC的存在有效地保证了信号的幅值文持在一个合适的动态范围。
本文首先介绍了模拟AGC基本原理,在此基础上又阐述几种数字AGC(包括前馈式、反馈式、前馈+反馈式)的基本原理, 接着介绍数字接收机的反馈式数字AGC环路的理论推导以及设计方案, 并给出用MATLAB中的simulink仿真的结果,进一步验证了理论推导的正确性与设计方案的可行性。
2 几种AGC电路的基本原理
2.1 模拟AGC算法基本原理
在模拟接收机系统中,一般通过受控放大器或受控衰减器(VGA)来实现自动增益控制。在模拟无线通信系统接收机的AGC电路中, 比较常见的是闭环延迟式自动增益控制[3]。如图2.1所示的自动增益控制电路由误差比较器、检波器、滤波器、直流放大器和受控增益放大器几部分组成。在此负反馈AGC电路中,输出信号经具有平方率特性的器件检波后,与参考电平E进行比较,得出差值,并将此差值信号进一步处理,经过检波、滤波、直流放大之后反馈到可变增益放大器,作为VGA的控制信号,不断调整VGA的增大或衰弱的系数,从而使输出信号稳定在合适的范围之内。而这在数字系统中尤为重要,它使输入信号在进行模数变换之前幅度大小满足A/D转换器的输入条件。
需要说明的是,图2.1中各点信号的量纲可能各异。就拿误差检测器来说,需要比较的量可能是输出信号与参考信号的相位,也可能是两者的电压幅度,亦可能是比较其功率。由于可控增益放大器或者衰减器在实际应用中大多采用压控实现,所以必须将控制信号转化成为电压信号。根据实际应用中不同的要求,根据对参照信号的不同要求,可以将以上模拟AGC系统分为两种。第一种是参照信号始终保持不变,即要求系统输出保持在一个恒定的电平上。第二种是参照信号不断变化,系统输出也要随参照信号不断发生变化。
这种电路结构相比纯数字AGC电路具有更高的控制精度,但其主要缺点是模拟器件的物理参数不易调整,一旦模拟AGC电路确定,则其工作范围很难调整,可移植性很差。同时模拟电路的调试也相对困难,成本较高。
图2.1 模拟AGC原理框图
随着数字处理技术的不断发展与应用,将以上方法做些改进,其原理框图如图2.2所示,从图中可以看出,该改进主要是将原来模拟的运算放大器改为数控运放,并将其置于A/D转换器之前。控制信号从ADC后的数字端引出,并进行数字处理,在ADC之前实现自动增益控制[4]。
由于应用DSP技术能够在软件平台上编码实现AGC的一些功能,因而当需要改变AGC电路的一些参数时,仅需要通过改变编码来实现。所以改进后的电路主要优点是,易于实现电路参数的调整与电路的调试,降低了成本;同时可以通过改变抽样率实现不同
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