本發(fā)明屬于通信，具體涉及一種用于電網(wǎng)雙模通信的數(shù)字增益控制方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，高速電力線(xiàn)載波通信（high-power?line?carrier，hplc）和高可靠性無(wú)線(xiàn)射頻通信（high-reliability?radio?frequency，hrf）作為兩種主要的通信方式，在電網(wǎng)自動(dòng)化、用電信息采集、分布式能源接入等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。然而，電力線(xiàn)信道環(huán)境復(fù)雜，存在噪聲干擾大、衰減嚴(yán)重等問(wèn)題；無(wú)線(xiàn)通信則易受環(huán)境因素影響，存在信號(hào)衰落、多徑效應(yīng)等問(wèn)題。這些因素都會(huì)導(dǎo)致通信信號(hào)質(zhì)量下降，影響通信的可靠性和穩(wěn)定性。

2、為克服上述問(wèn)題，正交頻分復(fù)用（orthogonal?frequency?divisionmultiplexing,?ofdm）技術(shù)被引入電網(wǎng)通信領(lǐng)域。ofdm是一種多載波傳輸方案，能夠有效對(duì)抗特定頻率衰減和窄帶干擾。它將整個(gè)通信頻帶劃分為多個(gè)相互正交且重疊的子頻帶，顯著提高了頻譜利用效率，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力。在基于ofdm技術(shù)的雙模通信系統(tǒng)中，有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)具有相似的物理幀結(jié)構(gòu)，包括前導(dǎo)（preamble）、幀控制（frame?control）和幀載荷（payload）三部分，在接收端，信號(hào)處理過(guò)程通常包括以下步驟：

3、1，自動(dòng)增益控制（agc）：利用前導(dǎo)序列的時(shí)域重復(fù)特性，調(diào)整接收信號(hào)的幅度，使其能量保持適中且穩(wěn)定。

4、2，幀同步：通過(guò)延時(shí)相關(guān)或本地互相關(guān)計(jì)算，確定有效數(shù)據(jù)的起始位置。

5、3，信道估計(jì)與頻偏估計(jì)：基于前導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行信道和頻偏的估計(jì)。

6、4，解調(diào)與譯碼：對(duì)幀載荷進(jìn)行解調(diào)、解交織和譯碼，最終恢復(fù)用戶(hù)數(shù)據(jù)。

7、在上述過(guò)程中，agc作為接收機(jī)的關(guān)鍵模塊，直接影響信號(hào)同步、信道估計(jì)和頻偏估計(jì)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而決定接收機(jī)的整體性能。如果agc調(diào)節(jié)不當(dāng)，可能導(dǎo)致信號(hào)失真、同步失敗或信道估計(jì)錯(cuò)誤，嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。

8、目前，接收機(jī)中一般采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)agc結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)化和穩(wěn)定處理。該結(jié)構(gòu)包括模擬增益控制級(jí)和數(shù)字增益控制級(jí)，通過(guò)兩級(jí)增益控制的協(xié)同工作，確保接收信號(hào)在模擬域和數(shù)字域均能得到精確的增益調(diào)整，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和信號(hào)處理性能。

9、然而，傳統(tǒng)數(shù)字agc在實(shí)際應(yīng)用中仍存在以下問(wèn)題：

10、1，窗口時(shí)間長(zhǎng)：傳統(tǒng)方法通常需要較長(zhǎng)的信號(hào)窗口以覆蓋信號(hào)特性，這增加了同步的時(shí)間壓力。

11、2，數(shù)據(jù)一致性破壞：在agc穩(wěn)定前，信號(hào)數(shù)據(jù)受增益變化的影響，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)一致性被破壞，尤其是在前導(dǎo)時(shí)間較短或同步鎖定時(shí)延較大的情況下，甚至可能使數(shù)據(jù)不可用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的窗口時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)一致性破壞的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用于電網(wǎng)雙模通信的數(shù)字增益控制方法與系統(tǒng)，目的在于提高對(duì)數(shù)字增益控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于電網(wǎng)雙模通信的數(shù)字增益控制方法。

3、較優(yōu)的，接收信號(hào)經(jīng)過(guò)量化處理得到量化數(shù)字信號(hào)，然后將量化數(shù)字信號(hào)進(jìn)行增益控制計(jì)算，最后將計(jì)算得到的增益控制數(shù)據(jù)輸出到同步模塊，完成通信的數(shù)字增益控制。

4、較優(yōu)的，增益控制計(jì)算包括以下步驟：配置啟動(dòng)、輸入量化數(shù)據(jù)并讀取緩存數(shù)據(jù)、計(jì)算增益、量化數(shù)據(jù)放大及緩存數(shù)據(jù)更新、緩存數(shù)據(jù)更新并讀取緩存數(shù)據(jù)、緩存數(shù)據(jù)增益補(bǔ)償、清空緩存數(shù)據(jù)并切換數(shù)據(jù)通路。

5、較優(yōu)的，配置啟動(dòng)步驟包括：處理器對(duì)數(shù)字自動(dòng)增益控制模塊的參數(shù)進(jìn)行配置，配置完成后開(kāi)始數(shù)字自動(dòng)增益控制計(jì)算流程；所述參數(shù)包括總數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、幅度區(qū)間數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)過(guò)濾閾值和放大保留移位位數(shù)。

6、較優(yōu)的，輸入量化數(shù)據(jù)并讀取緩存數(shù)據(jù)步驟包括：數(shù)字濾波器根據(jù)輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)棧根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，將量化數(shù)據(jù)傳入控制核心。

7、較優(yōu)的，計(jì)算增益步驟包括：控制核心根據(jù)幅度區(qū)間數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)過(guò)濾閾值和放大保留移位位數(shù)，基于輸入量化和緩存數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算左移位放大位數(shù)。

8、較優(yōu)的，量化數(shù)據(jù)放大及緩存數(shù)據(jù)更新步驟包括：左移位放大器在接收控制核心的左移位放大位數(shù)并對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行放大，并將輸出數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)棧，數(shù)據(jù)棧進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。

9、較優(yōu)的，緩存數(shù)據(jù)更新并讀取緩存數(shù)據(jù)步驟包括：數(shù)據(jù)棧接收到同步鎖定信號(hào)后，數(shù)據(jù)棧更新數(shù)據(jù)的同時(shí)，將棧內(nèi)數(shù)據(jù)讀出給雙向移位放大器。

10、較優(yōu)的，緩存數(shù)據(jù)增益補(bǔ)償步驟包括：雙向移位放大器接收到同步鎖定信號(hào)后，雙向移位放大器接收控制核心輸出的左移位放大位數(shù)，對(duì)來(lái)自與數(shù)據(jù)棧的數(shù)據(jù)進(jìn)行移位放大位數(shù)補(bǔ)償。

11、較優(yōu)的，清空緩存數(shù)據(jù)并切換數(shù)據(jù)通路步驟包括：數(shù)據(jù)棧接收到同步鎖定信號(hào)后，判斷數(shù)據(jù)棧內(nèi)的數(shù)據(jù)是否為空；若為空則選擇來(lái)源于左移位放大器的第一路數(shù)據(jù)，若不為空則選擇來(lái)源于雙向移位放大器的第二路數(shù)據(jù)并進(jìn)行信道估計(jì)、頻偏計(jì)算。

12、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種用于電網(wǎng)雙模通信的數(shù)字增益控制系統(tǒng)，包括模擬前端模塊、數(shù)字系統(tǒng)模塊、同步系統(tǒng)模塊。

13、較優(yōu)的，接收信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬前端模塊處理后，將處理后得到的量化數(shù)字信號(hào)傳遞到數(shù)字系統(tǒng)模塊，最后將數(shù)字系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)輸出到同步系統(tǒng)模塊，完成通信的數(shù)字增益控制。

14、較優(yōu)的，模擬前端包括可編程增益放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

15、較優(yōu)的，數(shù)字系統(tǒng)包括數(shù)字濾波模塊、左移位放大器、數(shù)據(jù)棧、雙向移位放大器、第一數(shù)據(jù)通路選擇器、第二數(shù)據(jù)通路選擇器、核心控制模塊、處理器。

16、較優(yōu)的，可編程增益放大器采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，其增益配置來(lái)源于數(shù)字系統(tǒng)。

17、較優(yōu)的，可編程增益放大器將信號(hào)傳入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器處理得到量化數(shù)字信號(hào)。

18、較優(yōu)的，核心控制模塊的配置參數(shù)來(lái)源于處理器，所述配置參數(shù)包括：計(jì)算總數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n、輸入數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n1、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)n2、幅度區(qū)間數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)過(guò)濾閾值，放大保留移位位數(shù)r；所述配置參數(shù)滿(mǎn)足:?n=n1+n2，1<<n/(w-1)，1<r<w，w為數(shù)字量化數(shù)據(jù)位寬；數(shù)字濾波模塊和數(shù)據(jù)棧將數(shù)據(jù)傳入核心控制模塊，所述左移位放大器接收核心控制模塊輸出的放大倍數(shù)，并對(duì)數(shù)字濾波模塊傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)左移位操作。

19、較優(yōu)的，左移位放大器將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)棧，并緩存經(jīng)過(guò)左移位操作后的數(shù)據(jù)及左移位操作的位數(shù)；

20、較優(yōu)的，數(shù)據(jù)棧采用乒乓存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并在同步模塊發(fā)出同步信號(hào)之前實(shí)時(shí)存入左移位放大器輸出的數(shù)據(jù)，且每個(gè)數(shù)字增益控制周期皆向核心控制模塊提供回溯數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字增益的計(jì)算；所述數(shù)據(jù)棧的存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)地址采用單向遞增且回環(huán)方式；在同步模塊釋放同步信號(hào)之后且自身讀空信號(hào)有效之前，所述數(shù)據(jù)棧實(shí)時(shí)存入左移位放大器輸出的數(shù)據(jù)，同時(shí)將回溯數(shù)據(jù)輸出給雙向移位放大器；回溯數(shù)據(jù)包含左移放大數(shù)據(jù)和左移放大位數(shù)。

21、較優(yōu)的，雙向移位放大器的輸入數(shù)據(jù)來(lái)自數(shù)據(jù)棧，包括：左移放大數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)放大移位數(shù)；所述雙向移位放大器接收核心控制模塊鎖定的放大移位數(shù)；當(dāng)雙向移位放大器的數(shù)據(jù)通路被選通時(shí)，進(jìn)行有效放大移位數(shù)的計(jì)算：有效放大移位數(shù)等于對(duì)應(yīng)放大移位數(shù)減去核心控制模塊鎖定的放大移位數(shù)之差；當(dāng)有效放大移位數(shù)大于零時(shí)，雙向移位放大器執(zhí)行右移位縮小操作；當(dāng)有效放大移位數(shù)小于零時(shí)，雙向移位放大器執(zhí)行左移位放大操作；當(dāng)有效放大移位數(shù)等于零時(shí)，保持?jǐn)?shù)據(jù)不變。

22、較優(yōu)的，第一數(shù)據(jù)通路選擇器的第一路數(shù)據(jù)來(lái)源于左移位放大器，第二路數(shù)據(jù)來(lái)源于雙向移位放大器，當(dāng)數(shù)據(jù)棧內(nèi)數(shù)據(jù)為空時(shí)，第一數(shù)據(jù)通路選擇器選擇第一路數(shù)據(jù)，否則選擇第二路數(shù)據(jù)；所述第二數(shù)據(jù)通路選擇器的第一路數(shù)據(jù)來(lái)源于第一數(shù)據(jù)選擇器，第二路數(shù)據(jù)來(lái)源于左移位放大器，當(dāng)同步模塊鎖定信號(hào)為高并持續(xù)有效時(shí)，第二路數(shù)據(jù)選擇器選擇第一信號(hào)，否則選擇第二路信號(hào)。

23、較優(yōu)的，同步模塊發(fā)出鎖定信號(hào)，在鎖定信號(hào)鎖定后，數(shù)字增益控制過(guò)程中所使用的接收機(jī)從數(shù)據(jù)棧中回溯部分鎖定信號(hào)鎖定前的數(shù)據(jù)并進(jìn)行信道估計(jì)、頻偏計(jì)算，且此部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)雙向移位放大器后與鎖定放大移位數(shù)保持一致。

24、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)/有益效果：

25、1.?通過(guò)數(shù)據(jù)棧和雙向移位放大器的逆向補(bǔ)償機(jī)制，確保信號(hào)數(shù)據(jù)的一致性，增加可用信號(hào)數(shù)據(jù)的數(shù)量，提升系統(tǒng)整體性能。

26、2.?通過(guò)數(shù)據(jù)回溯方法檢索信號(hào)峰值，顯著降低了數(shù)字增益控制過(guò)程的穩(wěn)定時(shí)間。