一种高动态范围轻量化接收机的信号增益控制方法及系统与流程

本发明涉及轻量化接收机，尤其是涉及一种高动态范围轻量化接收机的信号增益控制方法及系统。

背景技术：

1、现有技术中，针对redcap（reduced capability轻量化）应用的场景，射频接收机前向链路的增益控制扮演了至关重要的角色，其主要目的在于精细化调整接收到的模拟射频信号强度，以确保其恰当地落入adc（模数转换器）的理想动态量化区间，从而优化redcap终端设备在有限资源条件下的信号捕获与处理效率。redcap终端射频前端架构中，前向链路系统包含了必不可少的低噪声放大器（lna）、混频器（mixer）、中频滤波器（if filter）以及中频可变增益放大器（if vga）等核心组件。在redcap通信技术的实践中，对这些射频模块的增益配置进行精准校准和动态调节，是提升整个接收信号品质和保证接收机效能的核心环节。尤其是在资源受限的redcap应用场景下，接收机的设计诉求既要确保在微弱信号条件下的出色灵敏度，以捕捉到远程或低功耗终端发出的信号，同时也要兼顾在较强信号环境下维持良好的动态范围抑制与抗饱和性能，防止在突发大信号传输时出现过载失真现象。这样的设计原则有利于最大化redcap终端在多样化信号强度条件下的可靠性和通信性能。

2、在5g redcap应用环境中，由于其多样化的部署场景和复杂的电磁环境特性，对无线通信接收机的动态范围适应性提出了严苛的要求。为了确保在广泛信号强度下既能保持高灵敏度捕捉微弱信号，又能有效地处理强信号而不至于饱和失真，接收机内部的自动增益控制（automatic gain control, agc）设计显得尤为关键且充满挑战。

3、现行的解决方案倾向于采用数模混合型agc架构，利用数字基带算法对输入信号进行采样分析，以此估计接收信号强度指示（received signal strength indicator,rssi），然后据此动态调整射频和中频增益。尽管此类方案能够实现灵活增益控制，但也存在明显的局限性：首先，计算rssi值需要对大量采样数据进行处理，这可能导致增益控制响应时间延长，不利于对突发信号的及时捕获；其次，依赖于adc性能及易受信号直流偏移影响，实现在宽动态范围内同时兼顾微弱和强信号的高质量接收并非易事。

4、另一方面，纯模拟agc方案虽然在简化实现难度和保证小信号接收性能方面具有优势，但由于检波电路的电容充放电过程以及混频器直流分量带来的非线性效应，大信号接收时产生的显著直流偏移可能导致agc环路稳定性下降，从而严重影响接收机的整体性能表现和稳健性。因此，在5g redcap应用的背景下，设计一个既能快速适应动态范围变化、又能在多种信号强度条件下保持稳定且高效工作的agc方案，是目前亟待解决的技术难题之一。

5、现有的纯模拟agc的方案一般如附图1所示，图中，

6、agc输入1：用于采集混频后和vga之前的模拟信号；

7、agc输入2：用于采集adc之前的模拟信号；

8、agc输出1：用于控制lna增益；

9、agc输出2：用于控制vag增益；

10、纯模拟agc独立完成信号增益大小控制，包括信号检测、增益控制输出等，不需要数字基带部分参与，这也是目前大多数模拟agc实现的基本架构，主要缺点是无法同时兼顾较大信号和较小信号接收。

11、因此，现有方案无论是数模混合agc还是纯模拟agc都很难完美兼顾灵敏度和线性度性能。

技术实现思路

1、为了解决现有接收机的缺点，本发明提供一种高动态范围轻量化接收机的信号增益控制方法及系统，可以有效避免大信号接收agc环路不稳定的问题，同时也能兼顾小信号接收性能。

2、第一方面，本发明提供的一种高动态范围轻量化接收机的信号增益控制方法，采用如下的技术方案：

3、一种高动态范围轻量化接收机的信号增益控制方法，包括：

4、通过在低噪声放大器lna前端增加多挡位功率衰减器进行信号衰减；

5、通过在多挡位功率衰减器前端设置开关电路进行档位选择；

6、利用自动增益控制agc系统获取agc锁定信号、agc增益和dc offset；

7、通过微处理器进行多挡位功率衰减器的衰减值计算并控制开关电路进行档位选择。

8、进一步地，所述通过在低噪声放大器lna前端增加多挡位功率衰减器进行信号衰减，包括在低噪声放大器lna的前端设置若干个一级功率衰减器，若干个一级功率衰减器的档位通过预先设置。

9、进一步地，所述通过在多挡位功率衰减器前端设置开关电路进行档位选择，包括通过开关电路分别连接多挡位功率衰减器，通过档位选择分别连通不同的一级功率衰减器。

10、进一步地，所述通过微处理器进行多挡位功率衰减器的衰减值计算并控制开关电路进行档位选择，包括当接收微弱信号时，多挡位功率衰减器的衰减开关处于旁路状态，信号未经衰减直接流入低噪声放大器lna，自动增益控制agc系统正常运作，所述微处理器智能调节低噪声放大器lna和中频可变增益放大器vga的增益值。

11、进一步地，所述通过微处理器进行多挡位功率衰减器的衰减值计算并控制开关电路进行档位选择，还包括当接收高强度信号输入时，通过片上微处理器mpu进行信号强度判断并计算衰减量，当判断为高强度信号后，通过基带处理器激活低噪声放大器lna前端的一级功率衰减器，根据衰减量调控一级功率衰减器进行信号衰减。

12、进一步地，所述根据衰减量调控一级功率衰减器进行信号衰减，包括当一级功率衰减器进行信号衰减后，所述agc失去信号电平锁定，所述基带处理器重新进行agc信号电平锁定确认后，进入下一步动作。

13、第二方面，一种高动态范围轻量化接收机的信号增益控制系统，包括：

14、依次连接的低噪声放大器lna、混频器、可变增益放大器vga和模数转换器adc；

15、所述低噪声放大器lna前端设置有多挡位功率衰减器进行信号衰减；

16、所述低噪声放大器lna、混频器、可变增益放大器vga和模数转换器adc分别连接自动增益控制agc系统。

17、进一步地，所述自动增益控制agc系统连接至微处理器mpu，所述微处理器mpu采集自动增益控制agc系统的agc增益和直流偏置dc offset。

18、进一步地，所述多挡位功率衰减器前端设置开关电路进行档位选择，所述开关电路连接至微处理器mpu，通过微处理器mpu控制开关电路进行多挡位功率衰减器的档位选择。

19、进一步地，所述自动增益控制agc系统和微处理器mpu之间设置有第一数模转换器dac1和第二数模转换器dac2，其中，所述第一数模转换器dac1把agc增益转换成数字信号，所述第二数模转换器dac2把直流偏置dc offset转换成数字信号。

20、综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

21、本发明通过上述技术方案，针对纯模拟agc在接收大信号时因算法无法同时兼顾噪声和线性度性能而导致大信号接收出现不稳定问题进行了改进，在低噪声放大器（lna）前端增加了一级功率衰减器，该功率衰减器的主要功能对信号进行衰减，以提升整体接收链路的线性度性能，衰减值的大小可以根据不同的场景设计，如电力应用场景，可选择10db，20db或30db等。

22、基于本发明的技术方案，可以有效避免大信号接收agc环路不稳定的问题，同时也能兼顾小信号接收性能。