数字ALC技术在高速跳频通信中的应用

数字ALC技术在高速跳频通信中的应用

摘要：介绍了无线通信中的功率发射控制原理及其作用。针对模拟ALC（Automatic level control自动电平控制）

技术在高速跳频通信的局限性，提出了一种数字化的ALC功率控制方法。该方法基于大规模可编程器件（FPGA）、高速AD、大容量存储器和可编程数控衰减器，通过闭环控制算法，实现了快速可靠的大功率发射控制。应用该技术到某款宽频无线跳频通信设备中，测试结果表明数字ALC控制技术性能优于模拟ALC。

关键词：跳频通信ALC 功率发射控制可编程数控衰减器

中图分类号：TN722.7 文献标识码：A 文章编号：

1007-9416（2015）08-0000-00

Abstract：The theory of power emission control in wireless communication is introduced. In view of the limitation

of ALC technology in high speed frequency hopping communication system，a method of digital power control is proposed. The method is based on the FPGA，large capacity memory，high speed AD and programmable digital attenuator，which can achieve fast and reliable high power control. In the

application of this technology to a broadband frequency hopping communication device，the test results show that the performance of digital ALC is better than that of analog ALC technology。

Key words：hopping communication；Automatic level control；power emission control；programmable digital attenuator.

随着各种电子设备、无线通信设备的不断出现和应用，空间电磁环境愈来愈复杂，通信设备的抗电磁干扰能力要求不断提升。大功率、宽频段的跳频通信作为有效的抗干扰、抗截获无线通信方式，在军事、救援以及商用通信等方面应用日益广泛[1]。高速跳频通信系统对实时性的要求较高，每跳的信息必须在极短的时间内完成处理，而无线射频信号的输出功率闭环作为重要的功能，必须在更短的时间使得输出功率达到标准要求[2]。功率ALC（Automatic level control自动电平控制）作为无线通信设备功率闭环控制技术，能够在各种因素影响输出功率稳定时，实现系统输出功率的自我闭环，从而恒定功率。恒定的功率一方面保证功率放大器不会长时间工作在过功率状态下，造成设备可靠性降低；另一方面在满足设备通信距离要求的同时，不会产生过强的干扰信号影响其他设备的正常工作[3]。因此ALC控制技术是大功率无线通信技术的重要部分。

本文针对传统的模拟ALC闭环系统对宽带无线跳频通信系统的不足，结合目前大规模数字集成电路的成熟技术，提出了一种适应高速跳频通信应用的系统的数字ALC闭环方法。

1 模拟ALC功率控制原理及局限

1.1模拟ALC功率控制原理

ALC控制的目的是在输出信号达到设定值时，一定范围

内的增大或者减小输入信号，输出信号电平能够基本保持不变，即功率放大器的增益自动随信号输出强度调整。一般的ALC电路由两部分组成：功率增益通路和反馈控制通路。

压控衰减器位于功率放大器之前，通过压控衰减器调整功率放大器的输入激励信号来控制功率放大器的输出幅度。反馈控制电路的基本部件是检波器、低通平滑滤波器和比较器。放大器的输出信号经过耦合输出到检波器产生检波电平，并经过低通平滑滤波去除调制分量和噪声后，与设定的额定功率对应的电平值进行比较，产生用以控制压控衰减器的电压差Uc。当输入射频信号RF-IN增大或者其他因素影响，造成输出功率RF-OUT增大时，耦合检波电平Uc随之增大。作为负反馈电路，Uc增大会增加压控衰减器的衰减值，从而功率放大器的输入激励减小，输出功率随之减小。如果输出功率RF-OUT偏小则压控衰减器衰减值减小，功率随之增大，

最终达到新的平衡。

1.2模拟ALC在宽频高速跳频通信中的局限性

宽频高速跳频无线通信系统相对于一般的通信系统有

如下特点：

（1）设备工作的频段覆盖比较宽，一般在几百兆赫兹的范围内工作，需要功率放大部分有良好的动态范围和平坦度，能够在几百兆的工作范围内保持基本一致的功率输出；

（2）由于是跳频工作，工作频点在几百甚至上千个频点之间随机快速切换，需要功率闭环在极短时间内完成。国外一些跳频通信设备的跳频速率甚至可达10000跳，相当于0.1ms频率变化一次。

（3）在特殊应用场合，设备要求在-40℃～+60℃的环境温度下正常工作并保持输出功率基本不变。

传统的模拟ALC闭环系统主要适用于窄带、低速、定频通信设备，在闭环精度、闭环时间上不能很好的满足现代通信的宽频段、跳频大功率系统。模拟闭环系统由于模拟电路本身的温度特性限制及宽带频率响应特性限制，在宽温环境及宽频段大功率工作条件下，不同频率点输出同样功率的参考电平实际不同，而模拟闭环的参考电平只能保持一种，造成闭环精度低、闭环不及时等问题，造成输出功率不平坦。

2 数字ALC功率控制设计

2.1 数字ALC基本原理

数字ALC电路主要通过AD对检测电平进行采样并通过数字算法控制增益衰减实现对功率的闭环控制。主要功能部