基于FPGA的大動態數控AGC系統設計

隨著軟件無線電技術和FPGA、DSP、AD 等技術的高速發展，數字接收機的應用日益廣泛。為了擴大數字接收機的ADC 動態范圍，廣泛采用了自動增益控制(AGC) ，使接收機的增益隨著信號的強弱進行調整，其性能的好壞直接影響著接收機能否高質量穩定接收。傳統的AGC 電路大都采用模擬電路,但由于模擬AGC 缺乏智能性，難以實現復雜的控制算法，且精度不高，調試復雜。這里介紹了一種基于FPGA 和數控VGA 芯片AD8370 的數字自動增益控制的實現方法，實時地調整中頻接收機的增益，大大增強了系統的動態范圍。

　　1 數控AGC 實現方法

　　數控AGC 原理框圖如圖1 所示，在信號數字化后，根據樣本估計出信號功率，與參考值比較后，反饋控制前端的數控VGA 芯片，將信號輸出調整到ADC 的滿量程附近，以獲得全程數字量化和最大輸出信噪比。

圖1 AGC 環路框圖

　　要實現AGC 控制，必須先檢測信號幅度或功率的估計值，通過正交I/Q 的均方值即I2+ Q2 精確得到AGC 信號功率，其中I、Q 為同相正交2 支路的符號峰值采樣點數據。計算機仿真表明，當信號以每符號4 采樣點進行統計平均估計時，得到的估計值與定時恢復無關，即I、Q 值不必為最佳采樣點。

　　由于輸入信號的幅度通常是緩慢變化的，故可通過一段時間樣值的累加進行一次估計，通常將累加值與參考值相比，得到AGC 需放大或縮小的倍數。在這里，將除法運算改為對數運算后的減法實現，通過與參考值的比較，直接對應需放大或縮小的dB數。再通過查表，轉化為數控VGA 芯片的控制字，反饋至前端。這與模擬AGC 相比，由于反饋部分的主要功能由數字方法實現，使得復雜的控制要求用數字信號處理技術能夠較容易的實現，且具有快速收斂和精確的穩態響應等優點。

　　2 計算機仿真

　　在Matlab 中，首先生成PN 9 的偽隨機碼作為基帶信號。進行格雷碼的預差分編碼和成型濾波，上變頻、加噪、下變頻后得到正交和同相2 路基帶信號：

　　式中,△ω為載波頻偏,θ0 為載波相位，則：

　　仿真中，設置其中信噪比為12 dB，中頻為70 MHz，符號率2 Mbps，采樣率為64MHz，抽取率為8，信號功率估計時累積長度為1 024 點，即256 個符號。