面向遮挡信道的信号自动增益控制装置及其方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种面向遮挡信道的信号自动增益控制装置及其方法。

背景技术

在无线通信领域中，遮挡信道对于传输信号具有衰落作用，导致接收端收到的信号电平不能进入接收机正常工作的范围。发射端与接收端之间的距离和位置是随时变化的，这将会导致接收端接收到的信号强度会随着收发两端的相对距离发生变化。同时无线电波信号在空间传输过程中会受到环境因素的影响，如雨雪天气、障碍物影响、电离层变化以及人为干扰等因素，导致接收机收到的信号电平变化范围并不能按照理论上那样保持基本稳定。遮挡信道会对信号产生一定时间的遮挡，在这段时间内信号的幅度大幅度缩小，叠加在信号上的噪声功率不变，遮挡信道对信号的遮挡恶化了遮挡时间内接收到的信号的信噪比，从而影响接收端对信号正常的处理。因此，对于面向遮挡信道的接收机来说，对接收信号进行自动增益控制和对受遮挡部分信号进行处理是面向遮挡信道的接收端要解决的主要问题。

现有的信号自动增益控制的方法是直接将接收信号进行平方来求得信号的功率，通过将瞬时的或一段时间内的信号功率的平均值与期望得到的接收信号功率值进行比较，得到需要施加在接收信号上的功率增益，将功率增益进行开方操作得到需要施加到接收信号上的幅度增益，将幅度增益施加到接收信号上。

然而上述方法硬件实现难度比较大，资源耗费比较多；其次由于遮挡信道对接收信号的遮挡作用和电磁环境的变化，如果自动增益控制装置对信号进行实时的修正因子计算将会导致得到的修正因子不准确且不稳定；另外该方法没有考虑遮挡信道的具体特点，没有对信号中受信道遮挡的部分进行处理，将恶化面向遮挡信道的信号接收端的工作性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种面向遮挡信道的信号自动增益控制装置及其方法，对遮挡信道中的接收信号进行自动增益控制，硬件实现难度小，资源消耗较少；同时对信号中受信道遮挡的部分进行检测和置零操作，减少了遮挡信道对接收机工作性能的影响。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种面向遮挡信道的信号自动增益控制装置，所述装置包括通过信号传输线相连的信号功率统计模块、信号增益模块、遮挡检测模块和信号置零模块；

所述装置的输入端与信号功率统计模块的输入端和信号增益模块的输入端相连，所述信号功率统计模块的输出端与信号增益模块的输入端相连，所述信号增益模块的输出端与遮挡检测模块的输入端和信号置零模块的输入端相连，所述遮挡检测模块的输出端与信号置零模块的输入端相连，所述信号置零模块的输出端与装置的输出端相连；

所述信号功率统计模块，用于通过计算当前时刻之前一定长度连续时间内接收信号的绝对值之和来近似计算当前时刻之前一定长度连续时间内接收信号的功率之和；

所述信号增益模块，用于根据信号功率统计模块计算得到的结果，计算需要施加在接收信号上的增益并对接收信号进行增益操作。

作为本发明的一种优选技术方案，所述遮挡检测模块，用于对增益后的信号中受信道遮挡的部分进行检测；

所述信号置零模块，用于对增益后的信号中受信道遮挡的部分信号进行置零操作。

作为本发明的一种优选技术方案，所述信号功率统计模块包括求绝对值模块一和滑动窗口求和模块一；

所述求绝对值模块一的输入端与所述装置的输入端相连，所述求绝对值模块一的输出端与所述滑动窗口求和模块一的输入端相连。

作为本发明的一种优选技术方案，所述滑动窗口求和模块一包括延时模块一、加法器和存储器一；

所述延时模块一的输入端与信号功率统计模块中的求绝对值模块一的输出端相连，滑动窗口求和模块一中的加法器的输入端与信号功率统计模块中的求绝对值模块一的输出端，滑动窗口求和模块一中的延时模块一的输出端和存储器一的输出端相连；滑动窗口求和模块一中的加法器的输出端与存储器一的输入端相连。

作为本发明的一种优选技术方案，所述求绝对值模块一，用于计算信号功率统计模块的输入信号S

所述延时模块一，用于将接收信号的绝对值S

所述加法器，用于计算当前时刻之前N

所述存储器一，用于储存当前时刻之前N

作为本发明的一种优选技术方案，所述信号增益模块包括除法器一和乘法器，所述除法器一的输入端与信号功率统计模块的输出端和预设门限值M

所述除法器一，用于将预设门限M

所述乘法器，用于将增益S

作为本发明的一种优选技术方案，所述遮挡检测模块包括求绝对值模块二、滑动窗口求和模块二、延时模块二、滑动窗口求和模块三、除法器二和判决模块；

所述求绝对值模块二的输入端与信号增益模块的输出端相连，所述求绝对值模块二的输出端与滑动窗口求和模块二的输入端和延时模块二的输入端相连，所述延时模块二的输出端与滑动窗口求和模块三的输入端相连，所述滑动窗口求和模块二的输出端和滑动窗口求和模块三的输出端与除法器二的输入端相连，所述除法器二的输出端与判决器的输入端相连，所述判决器的输出端作为遮挡检测模块的输出；

所述求绝对值模块二，用于计算信号增益模块输出的增益后的信号S

所述滑动窗口求和模块二，用于计算N

所述延时模块二，用于将增益后的信号的绝对值延时N

所述滑动窗口求和模块三，用于计算延时N

所述除法器二，用于将滑动窗口求和模块二的输出S

所述判决模块，用于根据除法器二输出的两个连续相同时间窗口内增益后的信号绝对值之和的比值S

作为本发明的一种优选技术方案，所述判决器的算法流程包括以下步骤：

S11、将判决器的输出初始化为1；

S12、判决器根据除法器二输出的两个连续相同时间窗口内增益后的信号绝对值之和的比值决定判决器的输出结果；

当除法器二的输出小于1时，判决器的输出结果为0，执行步骤S13；

当除法器二的输出大于1时，判决器的输出结果保持不变为1，继续执行步骤S12。

S13、判决器根据除法器二输出的两个连续相同时间窗口内增益后的信号绝对值之和的比值决定判决器的输出结果；

当除法器二的输出大于1时，判决器的输出结果为1，执行步骤S12；

当除法器二的输出小于1时，判决器的输出结果保持不变为0，继续执行步骤S13。

本发明还提供了一种面向遮挡信道的信号自动增益控制方法，所述方法基于以上所述的装置实现，包括以下步骤：

S21、计算一定时间长度内接收信号的绝对值之和；

S22、对接收信号进行增益控制；

S23、对增益后信号进行遮挡检测；

S24、对受遮挡部分信号进行置零操作。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用接收信号的绝对值之和来近似计算接收信号的功率值之和，节省了消耗的硬件资源，减轻了硬件实现的难度，提高了系统工作的实时性；

(2)本发明采用了将预设门限与一段时间长度内信号的绝对值之和相除而不是将预设门限与瞬时时间的信号的绝对值相除来计算施加在接收信号上的增益，使得通过计算得到的对接收信号的增益更加稳定，减轻了遮挡信道对信号的增益计算造成的影响；

(3)本发明对增益后的信号中遮挡部分进行置零操作，减轻了接收信号受遮挡信道影响造成接收端工作性能的恶化，提高了系统的工作性能和稳定性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明信号自动增益控制装置的结构示意图；

图2为本发明中信号功率统计模块的结构示意图；

图3为本发明中信号增益模块的结构示意图；

图4为本发明中遮挡检测模块的结构示意图；

图5为本发明中判决器的流程示意图；

图6为本发明中信号置零模块的结构示意图；

图7为本发明信号自动增益控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供一种面向遮挡信道的信号自动增益控制装置，如图1所示，所述装置包括通过信号传输线相连的信号功率统计模块、信号增益模块、遮挡检测模块和信号置零模块；所述信号功率统计模块和信号增益模块的输入端与装置输入端相连，所述信号功率统计模块的输出端与信号增益模块的输入端相连，信号增益模块的输出端与遮挡检测模块的输入端和信号置零模块的输入端相连，遮挡检测模块的输出端与信号置零模块的输入端相连，信号置零模块的输出端为装置的输出端。

所述信号功率统计模块，用于通过计算当前时刻之前一定长度连续时间内接收信号的绝对值之和来近似计算当前时刻之前一定长度连续时间内接收信号的功率之和。

所述信号增益模块，用于根据信号功率统计模块计算得到的结果，计算需要施加在接收信号上的增益并对接收信号进行增益操作。

所述遮挡检测模块，用于对增益后的信号中受信道遮挡的部分进行检测。

所述信号置零模块，用于对增益后的信号中受信道遮挡的部分信号进行置零操作，并将置零后的信号作为装置的输出结果。

所述信号功率统计模块包括求绝对值模块一和滑动窗口求和模块一；如图2所示，所述求绝对值模块一的输入端与装置的输入端相连，所述求绝对值模块一的输出端与所述滑动窗口求和模块一的输入端相连。

所述滑动窗口求和模块一包括延时模块一、加法器和存储器一。所述延时模块一的输入端与信号功率统计模块中的求绝对值模块一的输出端相连，滑动窗口求和模块一中的加法器的输入端与信号功率统计模块中的求绝对值模块一的输出端，滑动窗口求和模块一中的延时模块一的输出端和存储器一的输出端相连。滑动窗口求和模块一中的加法器的输出端与存储器一的输入端相连。

所述求绝对值模块一，用于计算信号功率统计模块的输入信号S

所述延时模块一，用于将接收信号的绝对值S

所述加法器，用于计算当前时刻之前N

所述存储器一，用于储存当前时刻之前N

可理解的是，所述滑动窗口求和模块一对输入的接收信号的绝对值S

需说明的是，所述延时模块一延时时间长度N

所述信号增益模块包括除法器一和乘法器，如图3所示，所述除法器一的输入端与信号功率统计模块的输出端和预设门限值M

所述除法器一，用于将预设门限M

所述乘法器，用于将除法器一输出的需要施加到接收信号之上的增益S

需说明的是，所述预设门限值M

所述遮挡检测模块包括求绝对值模块二、滑动窗口求和模块二、延时模块二、滑动窗口求和模块三、除法器二和判决模块；如图4所示，所述求绝对值模块二的输入端与信号增益模块的输出端相连，所述求绝对值模块二的输出端与滑动窗口求和模块二的输入端和延时模块二的输入端相连，所述延时模块二的输出端与滑动窗口求和模块三的输入端相连，所述滑动窗口求和模块二的输出端和滑动窗口求和模块三的输出端与除法器二的输入端相连，所述除法器二的输出端与判决器的输入端相连，所述判决器的输出端作为遮挡检测模块的输出。

所述求绝对值模块二，用于计算信号增益模块输出的增益后的信号S

所述滑动窗口求和模块二，用于计算N

所述延时模块二，用于将增益后的信号的绝对值延时N

所述滑动窗口求和模块三，用于计算延时N

所述除法器二，用于将滑动窗口求和模块二的输出S

所述判决模块，用于根据除法器二输出的两个连续相同时间窗口内增益后的信号绝对值之和的比值S

可理解的是，所述滑动窗口求和模块二对输入的增益后的信号S

所述滑动窗口求和模块三对延时N

需说明的是，所述延时模块二延时时间长度N

如图5所示，所述判决器的算法流程包括以下步骤：

S11、将判决器的输出初始化为1；

S12、判决器根据除法器二输出的两个连续相同时间窗口内增益后的信号绝对值之和的比值决定判决器的输出结果；

当除法器二的输出小于1时，判决器的输出结果为0，执行步骤S13；

当除法器二的输出大于1时，判决器的输出结果保持不变为1，继续执行步骤S12。

S13、判决器根据除法器二输出的两个连续相同时间窗口内增益后的信号绝对值之和的比值决定判决器的输出结果；

当除法器二的输出大于1时，判决器的输出结果为1，执行步骤S12；

当除法器二的输出小于1时，判决器的输出结果保持不变为0，继续执行步骤S13。

如图6所示，所述信号置零模块通过将信号增益模块输出的增益后的通信信号S

本发明中一帧的数据长度为N

实施例2

本发明还提供了一种面向遮挡信道的信号自动增益控制方法，基于以上所述的装置实现，如图7所示，包括以下步骤：

S21、计算一定时间长度内接收信号的绝对值之和：

信号功率统计模块先对接收信号进行取绝对值操作，再通过带有存储器一和延时模块一的滑动窗口求和模块一计算当前时刻之前N

S22、对接收信号进行增益控制：

信号增益模块中的除法器一将预设的门限M

S23、对增益后信号进行遮挡检测：

遮挡检测模块对增益后的信号进行取绝对值操作，带有存储器二和延时模块二的滑动窗口求和模块二对N

S24、对受遮挡部分信号进行置零操作：

信号置零模块将增益后通信信号是否受信道遮挡的判决结果与增益后的信号直接相乘，实现对增益后的信号中受信道遮挡部分置零的操作。

本发明采用接收信号的绝对值之和来近似计算接收信号的功率值之和，节省了消耗的硬件资源，减轻了硬件实现的难度，提高了系统工作的实时性；其次，将预设门限与一段时间长度内信号的绝对值之和相除而不是将预设门限与瞬时时间的信号的绝对值相除来计算施加在接收信号上的增益，使得通过计算得到的对接收信号的增益更加稳定，减轻了遮挡信道对信号的增益计算造成的影响；另外，对增益后的信号中遮挡部分进行置零操作，减轻了接收信号受遮挡信道影响造成接收端工作性能的恶化，提高了系统的工作性能和稳定性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。