本发明涉及增益跟踪捕获方法及装置，具体涉及一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法及装置。
背景技术：
ofdm多载波技术的带宽较宽，在有线载波通信中，不同载波频率的衰减存在差异，并且由于传输距离以及发射功率等因素的影响，导致接收端的输出功率有很大的差别。为了解决该问题，就需要自动增益控制来调整接收机的增益情况，将模数转换器(analogtodigitalconverter,adc)的输入信号幅度调整到适合解调的最佳门限，从而更好的利用adc的动态范围来减少采样后的量化失真，提高接收机的灵敏度。
在进行自动增益控制时最重要的是确定增益值的大小，在有线载波通信系统中，突发通信模式的存在导致帧与帧之间不一定是连续发送的，中间有时会存在空符号。如果采用持续功率检测的方法确定增益值，可能会导致对功率大小的误判，比如在没有信号存在时，错误的认为是信号的衰减，故要通过同步检测的方式确定前导序列到来之后启用自动增益控制功能。对于传输速率要求较高的系统中，搜索帧头时间较短，如果在帧搜索期间系统还在进行增益值确定，则会很大程度上增加搜索的漏帧率；因此现有的增益跟踪捕获方法及装置存在漏帧率大，从而导致增益跟踪捕获不准确的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法及装置，用以解决现有的增益跟踪捕获方法及装置存在漏帧率大，从而导致增益跟踪捕获不准确的问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法，用于获得有线载波通信信号的自适应增益值，按照以下步骤执行：
步骤1、获取有线载波通信信号，所述的有线载波通信信号为模拟信号；
步骤2、对所述的有线载波通信信号利用第一增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的模拟信号；
其中所述第一增益值的初始值为0db；
步骤3、对所述的增益补偿后的模拟信号进行滤波，获得滤波后的模拟信号；
步骤4、对所述的滤波后的模拟信号进行数字信号采样，获得数字信号；
步骤5、对所述的数字信号利用第二增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的数字信号；
其中所述第二增益值的初始值为0db；
步骤6、获得所述增益补偿后的数字信号的信号功率值p，单位为dbm；
判断所述的信号功率值是否在功率阈值范围内，若在功率阈值范围内，则执行步骤7；其中所述的功率阈值范围为接收机正常调节的最低门限功率值至最高门小功率值；
否则，调整所述的第一增益值后返回步骤2；
步骤7、计算增益调节值δ＝p-ps，ps为信号调节阈值，单位为dbm，增益调节值δ的单位为db；
步骤8、获得所述的自适应增益值，所述的自适应增益值包括新的第一增益值以及新的第二增益值，其中所述的新的第一增益值为α×δ，单位为db；获得新的第二增益值为β×δ，单位为db；其中α和β均为大于0且小于1的常数参数，且α β＝1。
进一步地，所述的步骤6中调整所述的第一增益值时，设置q＝q q，其中q表示第一增益值，单位为db；q表示第一增益值的增量，单位为db，q为常数。
进一步地，所述的步骤6中调整所述的第一增益值时，设置
进一步地，α:β＝3:7。
一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置，包括信号输入模块、模拟agc模块、滤波器模块、adc采样模块、数字agc模块、功率检测模块、增益调节值计算模块以及自适应增益值获得模块；
所述的信号输入模块用于获取有线载波通信信号，所述的有线载波通信信号为模拟信号；
所述的模拟agc模块用于对所述的有线载波通信信号利用第一增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的模拟信号；
其中所述第一增益值的初始值为0db；
所述的滤波器模块用于对所述的增益补偿后的模拟信号进行滤波，获得滤波后的模拟信号；
所述的adc采样模块用于对所述的滤波后的模拟信号进行数字信号采样，获得数字信号；
所述的数字agc模块用于对所述的数字信号利用第二增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的数字信号；其中所述第二增益值的初始值为0db；
所述的功率检测模块用于获得所述增益补偿后的数字信号的信号功率值p，单位为dbm；
所述的功率检测模块还用于判断所述的信号功率值是否在功率阈值范围内，若在功率阈值范围内，则输入增益调节值计算模块；其中所述的功率阈值范围为接收机正常调节的最低门限功率值至最高门小功率值；
否则，调整所述的第一增益值后返回模拟agc模块；
所述的增益调节值计算模块用于计算增益调节值δ＝p-ps，ps为信号调节阈值，单位为dbm，增益调节值δ的单位为db；
所述的自适应增益值获得模块用于获得所述的自适应增益值，所述的自适应增益值包括新的第一增益值以及新的第二增益值，其中所述的新的第一增益值为α×δ，单位为db；获得新的第二增益值为β×δ，单位为db；其中α和β均为大于0且小于1的常数参数，且α β＝1。
进一步地，所述的功率检测模块中调整所述的第一增益值时，设置q＝q q，其中q表示第一增益值，单位为db；q表示第一增益值的增量，单位为db，q为常数。
进一步地，所述的功率检测模块中调整所述的第一增益值时，设置
进一步地，α:β＝3:7。
本发明与现有技术相比具有以下技术效果：
1、本发明提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法及装置，通过同步检测的方式确定前导序列到来之后启用自动增益控制功能，提高帧头搜索性能，降低了低信噪比下的漏帧率；
2、本发明提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法及装置通过提供了增益自动调节方法，够通过模拟agc实现快速的功率调节，保证接收信号在最大动态范围内传输，完成对输入信号的粗捕获过程；
3、本发明提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法及装置增大了系统接收范围，能够根据模拟agc和数字agc的共同调整，快速实现稳定状态的跟踪锁定，提高接收系统的灵敏度；
4、本发明提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法及装置通过利用固定步长搜索方法调整模拟agc的第一增益值，可以确定满足解调门限范围的模拟agc的调整区间；通过利用二分法调整模拟agc的第一增益值，计算简单，方法可靠，每经过一次比较就能将搜索范围缩小一半，实现对模拟agc的快速调整。
附图说明
图1为本发明提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
以下对本发明涉及的定义或概念内涵做以说明：
增益跟踪捕获：首先对增益值进行大范围搜索，最终确定增益具体值的过程。
模拟自动增益控制(aagc)：反馈控制电路，将输出电压平均值通过检测电路变换为合适的直流电平并反馈至压控增益放大器的增益控制端。
数字自动增益控制(dagc)：反馈控制电路，其中反馈部分的主要功能由数字方法实现。
增益值：对信号放大的倍数；单位为db。
adc采样：就是在模数转换器中把随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量的过程。
接收机：在众多电磁波中，选择需要的频率成分，抑制或者滤除不需要的信号，然后经过放大、解调得到原始的有用信息。
实施例一
在本实施例中公开了一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法，用于获得模拟信号的自适应增益值。
本发明提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法针对ofdm接收系统中信号在速率较高以及不同功率下，通过模拟agc和数字agc的配合以及功率检测模块和增益自动调节算法模块的作用，来提高同步帧头的搜索能力、锁定aagc和dagc的增益调节功能进而增强系统稳定度。
方法按照以下步骤执行：
步骤1、获取有线载波通信信号，所述的有线载波通信信号为模拟信号；
在本步骤中，该输入的模拟信号在物理层是整个接收系统模块的信号输入端，表现为功率信号大小不同，波动范围大的特征，这里的信号波动范围，正是后级系统需要调整的范围，最终输出的信号为固定功率并且满足一定信号和噪声功率比值的信号。
步骤2、对所述的有线载波通信信号利用第一增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的模拟信号；
其中所述第一增益值的初始值为0db；
在本实施例中，步骤2采用aagc模块实现，选取大动态范围的集成物理器件，保证不同功率大小的中频输入信号在经过aagc输出的功率能够稳定在一个相对稳定的幅值。其主要目的是为了提升整体信号的传输质量，通过将到达adc的输入信号进行放大或缩小处理，把adc输入信号幅度调整到适合解调的最佳门限，以便利用adc的动态范围来减少采样后的量化失真，提高接收系统的灵敏度以及防止输出信号的溢出，规避误码现象的出现，很好的达到信号处理目的；
步骤3、对所述的增益补偿后的模拟信号进行滤波，获得滤波后的模拟信号；
在本实施例中，采用抗混叠滤波器模块实现步骤3，该模块是通过理论计算，采用lc搭建的低通滤波器，其主要目的是把其输出信号电平中的混叠频率分量降低到微不足道的程度，从而大致或者完全满足后级adc采样模块的采样定理，避免信号产生失真；
步骤4、对所述的滤波后的模拟信号进行数字信号采样，获得数字信号；
在本实施例中，采用adc采样模块实现步骤4，此部分选取符合要求的集成芯片，其主要目的是将模拟信号转换成数字信号，对此设计而言，方便在fpga中处理相关物理量；
在本发明的步骤1至步骤4为对模拟信号进行处理最终获得数字信号的步骤，采用aagc控制到达adc输入端的信号幅度，它有三个工作状态：放大，衰减以及0db(即不放大也不衰减)，初始状态为0db，通过调节aagc的控制电压范围，保证adc找到适合解调的最佳门限。agc输出接滤波器，将输入信号进行滤波处理，变为带限信号，例如，将滤波后的工作频率限定在fh一下，这样才能找到一个采样频率fs，使其满足奈奎斯特采样定律，即fs≥2fh，从而保证adc采样后信号频谱不发生混叠。adc采样模块在接收到滤波器输出的模拟信号后，将其转换为数字信号。
步骤5、对所述的数字信号利用第二增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的数字信号；其中所述第二增益值的初始值为0db；
在本实施例中，采用dagc模块实现步骤5，其主要目的是确保功率检测模块能够对信号进行搜索的功能，预留此模块在数字域对adc采样输出的信号进行补偿；
步骤6、获得所述增益补偿后的数字信号的信号功率值，单位为dbm；
判断所述的信号功率值是否在功率阈值范围内，若在功率阈值范围内，则执行步骤7；其中所述的功率阈值范围为接收机能够正常调节的最低门限功率值至最高门小功率值；
否则，调整所述的第一增益值后返回步骤2；
在本步骤中，dagc可以对adc输出的离散信号分量进行补偿，它有三种工作状态：放大，衰减或者0db(即不放大也不衰减)，初始状态为0db，再经过功率检测模块输出的帧同步头进行数据搜索，进而随机截取一段信号进行离散分量的触发功率计算，并将其与最佳解调门限做差处理，得到的数据记为△，将△通过自动增益调节算法模块进行处理，实现搜索和锁定的状态，最终保证△维持恒定且无趋近于0，此时可认为adc输入信号幅度已经锁定到最佳解调门限，即整个装置的接收性能达到稳定。
对dagc输出信号的同步头标准信号进行搜索，从而随机截取某段信号进行功率计算。长度序列为n的接收信号的功率计算公式如下所示：
p为长度序列为n的接收信号功率值，s(t)为dagc输出信号(即到达功率检测模块输入的短时突发信号)，re是该信号的实部，im为该信号的虚部。
在本步骤中，一个目的是完成adc采样输出信号的峰值检测。对有效信号起始的同步头标准信号进行粗搜索，从而随机截取某段信号进行触发功率计算；
在本步骤中，另外一个目的是实现增益搜索(跟踪)和锁定(捕获)。
搜索：接收系统开始接收数据，初始情况下的aagc和dagc均处于0db状态，此条件下，根据检测到的触发功率值与最佳解调门限值做比较，在增益自动调节算法模块的作用下，aagc在线性的电压控制范围内循环搜索，直到功率检测模块检测得功率值在最佳解调门限范围内，达到这种状态下，说明搜索过程已经完成。
在本实施例中，搜索过程中增益自动调节算法可以采用线性增益步进法或者二分法来实现对aagc的增益调整。
可选地，所述的步骤6中调整所述的第一增益值时，设置q＝q q，其中q表示第一增益值，单位为db；q表示第一增益值的增量，单位为db，q为常数。
在本实施例中，线性增益步进法的具体实现方法是：在aagc的线性增益调整范围内，例如以2db为增益步长进行循环步进，直至接收到的功率满足接收系统的解调门限范围要求。
可选地，所述的步骤6中调整所述的第一增益值时，设置
在本实施例中，二分法的实现思想是以二分之一的倍率缩小aagc的电压范围，不断查找aagc的线性电压范围的中间值对应的增益补偿值，若此值未能满足接收系统的解调门限范围要求，则依算法继续缩小范围并查找中间值，循环此过程，直至找到合适的增益补偿值。
步骤7、计算增益调节值δ＝p-ps，p为信号功率值，ps为信号调节阈值，单位为dbm，增益调节值δ的单位为db；
在本实施例中，完成搜索状态后，在增益自动调节模块的作用下，将功率检测得到功率值与系统要求的解调门限值做差处理，得到的数据记为△，由于△为一个动态变化的量值，将△通过算法呈固定比例分别反馈到aagc和dagc，保证△极小区间内，此时可认为adc输入信号幅度已经锁定到最佳解调门限，即整个装置的接收性能达到动态稳定。当△为负数时，则进行放大；当△为正数时，则进行衰减。
步骤8、获得所述的自适应增益值，所述的自适应增益值包括新的第一增益值以及新的第二增益值，其中所述的新的第一增益值为α×δ，单位为db；获得新的第二增益值为β×δ，单位为db；其中α和β均为大于0且小于1的常数参数，且α β＝1。
可选地，α:β＝3:7。
在本实施例中，锁定过程中涉及的算法思想是将功率检测得到功率值与系统要求的解调门限值的差值按3：7比例分配到aagc和dagc进行增益的补偿修正，此过程对aagc而言为细调过程，增益只在小范围进行微调。
采用aagc的粗搜索以及aagc和dagc的细锁定的优点是可以根据系统需求保证整个接收系统快速实现稳定状态。
实施例二
在本实施例中公开了一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置，包括信号输入模块、模拟agc模块、滤波器模块、adc采样模块、数字agc模块、功率检测模块、增益调节值计算模块以及自适应增益值获得模块；
所述的信号输入模块用于获取模拟信号；
所述的模拟agc模块用于对所述的模拟信号利用第一增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的模拟信号；
其中所述第一增益值的初始值为0db；
所述的滤波器模块用于对所述的增益补偿后的模拟信号进行滤波，获得滤波后的模拟信号；
所述的adc采样模块用于对所述的滤波后的模拟信号进行数字信号采样，获得数字信号；
所述的数字agc模块用于对所述的数字信号利用第二增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的数字信号；其中所述第二增益值的初始值为0db；
所述的功率检测模块用于获得所述增益补偿后的数字信号的信号功率值，单位为dbm；
所述的功率检测模块还用于判断所述的信号功率值是否在功率阈值范围内，若在功率阈值范围内，则输入增益调节值计算模块；其中所述的功率阈值范围为接收机能够正常调节的最低门限功率值至最高门小功率值；
否则，调整所述的第一增益值后返回模拟agc模块；
所述的增益调节值计算模块用于计算增益调节值δ＝p-ps，p为信号功率值，ps为信号调节阈值，单位为dbm，增益调节值δ的单位为db；
所述的自适应增益值获得模块用于获得所述的自适应增益值，所述的自适应增益值包括新的第一增益值以及新的第二增益值，其中所述的新的第一增益值为α×δ，单位为db；获得新的第二增益值为β×δ，单位为db；其中α和β均为大于0且小于1的常数参数，且α β＝1。
可选地，所述的功率检测模块中调整所述的第一增益值时，设置q＝q q，其中q表示第一增益值，单位为db；q表示第一增益值的增量，单位为db，q为常数。
可选地，所述的功率检测模块中调整所述的第一增益值时，设置
可选地，α:β＝3:7。
应用本实施例中提供的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置进行自适应增益跟踪捕获的过程，如图1所示，为：
步骤一：模拟信号a在信号输入模块以小信号功率到达模拟agc模块的输入端口；
步骤二：在接收系统开始工作时，模拟agc模块的第一增益值初始默认为0db，该状态下模拟agc模块的输出功率b(此时信号功率b≈a)必须经过滤波器模块进行滤波，为满足adc采样模块的采样定理，选取lc型抗混叠滤波器进行处理，输出信号功率记为c；再经过模数转换器adc模块采样输出得到输出电平d和相对应的信噪比e；
步骤三：adc采样模块输出的信号d首先经过数字agc模块，数字agc模块的第二增益值初始默认为0db，其输出电平记为f(此时信号功率f≈d)；随后通过功率检测模块中计算接收功率值p，该功率值的大小可作为启动aagc功能的依据。
当p＞pmax(接收机能够解调的最高门限)或者p＜pmin(接收机能够解调的最低门限)时，相应的模拟agc模块在功率检测模块的作用下快速的进入增益衰减或者放大状态的搜索调整过程；其中pmax和pmin分别是接收机能够正常解调的最高门限以及接收机能够正常解调的最低门限，可根据接收系统理论计算得到。
当pmin≤p≤pmax时，对搜索状态来讲，aagc和dagc均不用做出调整。
最终搜索状态完成的判定标准是pmin≤p≤pmax。
步骤四：若判定搜索状态已经实现，则接收系统可以进入到锁定的过程，否则，跳转到步骤三，继续进行搜索过程的增益调整。
进入锁定过程，增益调节值计算模块开始计算增益调节值δ，接收机系统要求达到的解调门限为一固定功率值，记为ps，由于接收机系统接收到的p是一个动态变化的功率值，故令p-ps＝δ。
根据增益自动调节算法，按照预设的比例把△进行分配，最终获得自适应增益值。
在本实施例中获得的自适应增益值最终会反馈到aagc和dagc，让二者同时在它们的线性增益区间内小范围进行增大或者衰减补偿，当接收系统达到动态稳定状态，利用获得的自适应增益值对模拟信号进行处理后，获得的输出功率p再进入后续的信号调解模块中。
1.一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法，用于获得有线载波通信信号的自适应增益值，其特征在于，按照以下步骤执行：
步骤1、获取有线载波通信信号，所述的有线载波通信信号为模拟信号；
步骤2、对所述的有线载波通信信号利用第一增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的模拟信号；
其中所述第一增益值的初始值为0db；
步骤3、对所述的增益补偿后的模拟信号进行滤波，获得滤波后的模拟信号；
步骤4、对所述的滤波后的模拟信号进行数字信号采样，获得数字信号；
步骤5、对所述的数字信号利用第二增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的数字信号；
其中所述第二增益值的初始值为0db；
步骤6、获得所述增益补偿后的数字信号的信号功率值p，单位为dbm；
判断所述的信号功率值是否在功率阈值范围内，若在功率阈值范围内，则执行步骤7；其中所述的功率阈值范围为接收机正常调节的最低门限功率值至最高门小功率值；
否则，调整所述的第一增益值后返回步骤2；
步骤7、计算增益调节值δ＝p-ps，ps为信号调节阈值，单位为dbm，增益调节值δ的单位为db；
步骤8、获得所述的自适应增益值，所述的自适应增益值包括新的第一增益值以及新的第二增益值，其中所述的新的第一增益值为α×δ，单位为db；获得新的第二增益值为β×δ，单位为db；其中α和β均为大于0且小于1的常数参数，且α β＝1。
2.如权利要求1所述的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法，其特征在于，所述的步骤6中调整所述的第一增益值时，设置q＝q q，其中q表示第一增益值，单位为db；q表示第一增益值的增量，单位为db，q为常数。
3.如权利要求1所述的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法，其特征在于，所述的步骤6中调整所述的第一增益值时，设置
4.如权利要求1所述的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获方法，其特征在于，α:β＝3:7。
5.一种有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置，其特征在于，包括信号输入模块、模拟agc模块、滤波器模块、adc采样模块、数字agc模块、功率检测模块、增益调节值计算模块以及自适应增益值获得模块；
所述的信号输入模块用于获取有线载波通信信号，所述的有线载波通信信号为模拟信号；
所述的模拟agc模块用于对所述的有线载波通信信号利用第一增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的模拟信号；
其中所述第一增益值的初始值为0db；
所述的滤波器模块用于对所述的增益补偿后的模拟信号进行滤波，获得滤波后的模拟信号；
所述的adc采样模块用于对所述的滤波后的模拟信号进行数字信号采样，获得数字信号；
所述的数字agc模块用于对所述的数字信号利用第二增益值进行增益补偿处理，获得增益补偿后的数字信号；其中所述第二增益值的初始值为0db；
所述的功率检测模块用于获得所述增益补偿后的数字信号的信号功率值p，单位为dbm；
所述的功率检测模块还用于判断所述的信号功率值是否在功率阈值范围内，若在功率阈值范围内，则输入增益调节值计算模块；其中所述的功率阈值范围为接收机正常调节的最低门限功率值至最高门小功率值；
否则，调整所述的第一增益值后返回模拟agc模块；
所述的增益调节值计算模块用于计算增益调节值δ＝p-ps，ps为信号调节阈值，单位为dbm，增益调节值δ的单位为db；
所述的自适应增益值获得模块用于获得所述的自适应增益值，所述的自适应增益值包括新的第一增益值以及新的第二增益值，其中所述的新的第一增益值为α×δ，单位为db；获得新的第二增益值为β×δ，单位为db；其中α和β均为大于0且小于1的常数参数，且α β＝1。
6.如权利要求5所述的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置，其特征在于，所述的功率检测模块中调整所述的第一增益值时，设置q＝q q，其中q表示第一增益值，单位为db；q表示第一增益值的增量，单位为db，q为常数。
7.如权利要求5所述的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置，其特征在于，所述的功率检测模块中调整所述的第一增益值时，设置
8.如权利要求5所述的有线载波通信信号自适应增益跟踪捕获装置，其特征在于，α:β＝3:7。
技术总结