CN100341250C - 一种自动增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动增益控制方法，用于对数字通信系统接收机的接收信号进行动态增益调整，其特征在于，从接收信号中提取训练序列码，并分离出数据部分；对所述数据部分突发中的码片采用分段滑窗方式进行实时自动增益控制。本发明对每个码片的增益进行动态调整，避免了个别码片出现饱和或者过低的现象，有效提高了系统性能。

Description

一种自动增益控制方法

技术领域

本发明涉及数字移动通信领域，特别是涉及时分同步码分多址系统在衰落变化比较大的情况下的自动增益控制的方法。

背景技术

由于无线信道的时变性和其他多种因素的影响，接收机的接收信号瞬时能量极不平衡。如果将无线接收信号当作一个随机过程，则随机过程非平稳信号具有很大的动态范围，处理这类信号比处理平稳信号困难得多。但从较短的时间来看，接收信号近似为平稳信号，即在相当短的一段时间内可以把它看作平稳信号，但在不同的时段内它具有不同的能量。尽管不同的时间段内信号能量是变化的，但是可以通过预处理技术使接收信号能量变化为一个相对平稳的信号，通过控制因子，信号的能量都将维持在一个期望的水平附近。在接收机中，这个预处理技术便是AGC(自动增益控制，Automatic Gain Control)。

信号经过AGC后，能量会维持在一个相对稳定的范围，便于解调芯片对信号的解调。AGC本身并不会提高系统的增益，相反如果参数设置不当，反而对信号链路有畸变。

现有TD-SCDMA(时分同步码分多址，Time Division-Synchronous CodeDivision Multiple Access)系统中，采用只计算所有天线上的midamble(训练序列)码的平均幅度，根据这个平均幅度与DSP(数字信号处理，Digital SignalProcessing)处理要求的平均幅度σ_mid，req′进行比较，调整输出信号的平均幅度，使输入信号的能量维持在一个期望的水平附近。首先计算所有天线上的midamble码的平均幅度：

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{mid}}=\frac{1}{1.3}\frac{1}{{\mathrm{PK}}_a}\underset{k_a}{\mathrm{\Σ}}\underset{i=L_{\mathrm{data}}+W}{\overset{L_{\mathrm{data}}+W+P-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Re}\left(e_i^{\left(k_a\right)}\right)\right|+\left|\mathrm{Im}\left(e_i^{\left(k_a\right)}\right)\right|---\left(1\right)$

其中1.3是为了补偿因近似计算(假定相位随机分布)造成的误差。如果DSP处理要求的平均幅度为σ_mid，req′，则AGC因子为：

$\mathrm{AGC}\_\mathrm{factor}=\left\{\mathrm{round}\right\{{\log }_2\left\{\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{mid},\mathrm{req}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{mid}}}\right\}\left\}\right\}---\left(2\right)$

接收信号 e ^(ka)按比特位移，使之接近σ_mid，req′，则输出信号调整为：

${\underset{\‾}{e}}_{\mathrm{AGC}}^{\left(k_a\right)}=2^{\mathrm{AGC}\_\mathrm{factor}}{\underset{\‾}{e}}^{\left(k_a\right)}---\left(3\right)$

这种线性AGC的方法存在如下缺点：采用midamble码的平均幅度代表整个突发(burst)的平均幅度，因此，对数据部分其AGC增益会出现误差；在SNR(信噪比，Signal Noise Ratio)比较大的情况下，AGC增益出现异常调整，出现对个别信号幅度调整增益过高的现象；在SNR较小的情况下，AGC增益同样出现异常调整，出现对个别信号幅度调整增益过小的现象；由于在AGC调整上出现误差，导致在后续的计算中出现饱和或者除零，从而导致在此种AGC调整下，高SNR出现系统性能下降，误码率急剧上升的现象；在SNR较低的时候，出现乔列斯基(cholesky)分解为负数和系统算法除零的情况，破坏系统稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自动增益控制方法，用以解决现有技术中个别码片出现饱和或过低、系统性能不稳定的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自动增益控制方法，用以解决数字移动通讯领域中个别码片出现饱和或过低，降低比特误码率，提高系统性能，其特征在于，先从接收信号中提取训练序列码，并分离出数据部分；对所述数据部分突发中的码片采用分段滑窗方式进行实时自动增益控制；

其中，所述采用分段滑窗方式进行自动增益控制方法包括步骤：

步骤一，分别将数据部分最前、最后W/2的每个chip分别放置在数据部分的前后两端，使其长度为L+W，并将滑窗起始位置移到该填充后的数据部分的最前端；

步骤二，逐码片计算当前滑窗内每个码片的幅度，取均值作为该滑窗内中间chip的AGC增益；

步骤三，比较该中间码片的AGC增益与数字信号处理要求的均值，并将比值取对数后取整，得到AGC增益因子，依据该AGC增益因子调整该码片值；

步骤四，移动滑窗，使其起始位置后移一个chip，如果滑窗的起始位置大于L，则执行步骤五，否则执行步骤二；

步骤五，输出经过AGC调整后的码片数据；

上述的自动增益控制方法，其中，所述步骤五后还进一步包括一下步骤：

步骤六，用提取出来的训练序列码进行信道估计，并进行信道估计后处理；步骤七，将信道估计后处理的结果送入计算矩阵；

及步骤八，对经滑窗AGC调整后的数据和经信道估计后处理过的训练序列码分别运用匹配滤波器和计算矩阵处理后进行联合检测，并输出结果；

其中，AGC为自动增益控制，chip为码片，数据长度为L，滑窗宽度为W。

上述的自动增益控制方法，其中，所述滑窗的宽度在自动增益控制过程中保持不变。

上述的自动增益控制方法，其中，所述滑窗中间位置处chip的AGC增益随滑窗移动而变化。

上述的自动增益控制方法，其中，所述步骤八中还包括一接收信道码功率、信噪比和幅噪比计算的步骤；其中，接收信道码功率由经计算矩阵处理后的信号计算，信噪比、幅噪比由经所述联合检测处理后的信号计算。

本发明采用滑窗AGC的方法，可以对每个码片的增益进行动态调整，避免了个别码片出现饱和或者过低的现象，有效提高了系统性能。当取合适的窗长W时，相同条件下，BER(比特误码率，Bit Error Ratio)明显下降，基本可以做到对系统性能不产生负面影响；在使用滑窗AGC情况下，系统对ADC(模数转换，Analogue Digital Converter)以及对定标的要求有所降低，在分辨率较低的情况下，可以做到与高分辨率性能一致。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为滑窗设计原理图；

图2为本发明的滑窗AGC在系统中的位置框图；及

图3为本发明采用滑窗实现滑窗AGC的实施流程图。

其中，附图标记：

1        前W/2数据

2        长度为L的数据

3        后W/2数据

4        滑窗中间chip(码片)

5        宽度为W的滑窗

20       分离设置模块

21       增益控制模块

22       检测模块

23       信道处理模块

24       测量计算模块

具体实施方式

图1所示为滑窗设计原理图，图2所示本发明的滑窗AGC在系统中的位置框图。本发明提出了一种新的AGC算法，该算法采用了滑窗技术，对每个burst中的每个chip进行实时AGC调整，使接收到的信号基本保持在需要的范围内，此外，为了避免后面测量计算的要求，对接收数据进行了分流设计，其实现框图见图2。

这种滑窗AGC的使用，有效地提高了系统性能，避免了出现非正常饱和以及除零情况的发生，同时，由于采用了分流设计，因此对测量计算没有影响。

参阅图1所示，对数据统计平均采用分段滑窗的方案，实现AGC设计，该设计方案如下：

设接收到每个天线的数据2长度为L，滑窗5宽度为W，为了便于计算第一个chip的AGC增益，将接收到的数据L的前W/2的数据1进行重复，放置在L个数据的前面，同样，为了便于计算最后一个chip的AGC增益，将接收到的数据后W/2的数据3进行重复，并放置在L个数据的后面。其表达式为：

C_L+W＝{C₁，C₂…C_W/2，C₁，C₂…C_W/2…C_L-W/2，C_L-W/2+1…C_L，C_L+1…C_L+W/2} (4)

这样需要处理的单天线数据长度为L+W，每次滑窗计算出来的AGC增益作为当前滑窗中处于中间位置的那个chip(如图中4)的AGC增益。计算下一个chip时，将当前窗向后移动一个chip，但是窗长不变。

设当前窗起始位置为：W_start，则计算窗内中间chip(称为第m个chip)的AGC增益如下：

$\mathrm{\σ}\left(m\right)=\frac{1}{1.3}\frac{1}{K}\frac{1}{W}\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=W\_\mathrm{start}}{\overset{W+W\_\mathrm{start}}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{abs}\left(\mathrm{real}\left(R\left(i\right)\right)\right)+\mathrm{abs}\left(\mathrm{imag}\left(R\left(i\right)\right)\right))\right)---\left(5\right)$

其中(R(i))代表接收到的数据，用码片表示的数据。

$\mathrm{AGC}\_\mathrm{factor}\left(m\right)=\left\{\mathrm{round}\right\{{\log }_2\left\{\frac{{\mathrm{\σ}}_{m,\mathrm{req}}}{\mathrm{\σ}\left(m\right)}\right\}\left\}\right\}---\left(6\right)$

其中σ_m，req为满足DSP处理要求的平均幅度，K为天线个数，round为向上取整数。

之后，滑窗向后移动一个chip，起始位置为：W_start+1，则计算窗内中间chip(称为第m+1个chip)的AGC增益如下：

$\mathrm{\σ}(m+1)=\frac{1}{1.3}\frac{1}{K}\frac{1}{W}\underset{\mathrm{ka}=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i=W\_\mathrm{start}+1}{\overset{W+W\_\mathrm{start}+1}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{abs}\left(\mathrm{real}\left(R\left(i\right)\right)\right)+\mathrm{abs}\left(\mathrm{imag}\left(R\left(i\right)\right)\right))\right)---\left(7\right)$

其中(R(i))代表接收到的数据，用码片表示的数据。

$\mathrm{AGC}\_\mathrm{factor}(m+1)=\left\{\mathrm{round}\right\{{\log }_2\left\{\frac{{\mathrm{\σ}}_{m,\mathrm{req}}}{\mathrm{\σ}(m+1)}\right\}\left\}\right\}---\left(8\right)$

其中σ_m，req为满足DSP处理要求的平均幅度，K为天线个数，round为向上取整数。

滑窗AGC在系统中的位置框图如图2，包括分离设置模块20、增益控制模块21、检测模块22、信道处理模块23、测量计算模块24。其中，分离设置模块20用以提取midamble码，分离出信号的数据部分；增益控制模块21用以对数据部分进行滑窗自动增益控制；检测模块22，用以对经自动增益控制处理后的数据和经信道处理模块处理后的midamble码进行联合检测；信道处理模块23，用以对所述midamble码进行信道估计和信道估计后处理；测量计算模块24，用以对midamble码和信道处理模块处理后的结果进行测量计算。由于在M1测量中主要根据midamble码进行测量计算，为了避免滑窗AGC对测量带来影响，同时也为了避免在测量中需要频繁反馈滑窗AGC的增益，因此，在进行滑窗AGC前，将midamble码从接收信号中提取出来，数据部分采用滑窗AGC，而midamble码部分则不采用AGC。

图3所示为本发明采用滑窗实现滑窗AGC的实施流程图，包括如下步骤：步骤300，从输入的接收信号中提取midamble码；步骤301，从接收信号中分离出数据部分；步骤302，对数据部分按照式(4)的方式进行填充，使数据的长度为L+W；步骤303，计算当前滑窗内中间位置处chip的AGC增益；步骤304，将滑窗移动1个chip；步骤305，判断前半个burst是否结束，若是，则执行步骤306，若否，则执行步骤303；步骤306，照式(7)、(8)计算当前滑窗内中间位置处chip的AGC增益；步骤307，将滑窗移动1个chip；步骤308，判断后半个burst是否结束，若是，则执行步骤309、310，若否，则执行步骤306；步骤309，对处理后的数据进行匹配滤波(MF，Matched Filter)；步骤310，将处理后的数据构成系统矩阵B；步骤311，进行联合检测(JD，Joint Detection)；步骤312，输出结果；步骤313，midamble码压缩；步骤314，对midamble码进行信道估计；步骤315，对midamble码进行信道估计后处理；步骤316，运用测量计算对midamble码和步骤314、315处理后的结果进行测量计算；步骤317，计算接收信道码功率；步骤318，计算经联合检测处理信号的信噪比、幅噪比。

从上述仿真结果来看，滑窗AGC有两个优势：当取合适的窗长W时，相同条件下，BER明显下降，基本可以做到对系统性能不产生负面影响；在使用滑窗AGC情况下，系统对ADC以及对定标的要求有所降低，在分辨率较低的情况下，可以做到与高分辨率性能一致。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1、一种自动增益控制方法，用于对数字通信系统接收机的接收信号进行动态增益调整，其特征在于，从接收信号中提取训练序列码，并分离出数据部分；对所述数据部分突发中的码片采用分段滑窗方式进行实时自动增益控制；其中，所述采用分段滑窗方式进行实时自动增益控制包括以下步骤：

步骤一，分别将数据部分最前、最后W/2个码片分别放置在数据部分的前后两端，使其长度为L+W，并将滑窗起始位置移到该填充后的数据部分的最前端；

步骤二，逐码片计算当前滑窗内每个码片的幅度，取均值作为该滑窗内中间码片的自动增益控制增益；

步骤三，比较该中间码片的自动增益控制增益与数字信号处理要求的均值，并将比值取对数后取整，得到自动增益控制增益因子，依据该自动增益控制增益因子调整该码片值；

步骤四，移动滑窗，使其起始位置后移一个码片，如果滑窗的起始位置大于L，则执行步骤五，否则执行步骤二；

步骤五，输出经过自动增益控制调整后的码片数据；其中，L为数据部分长度，W为滑窗宽度。

2、根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤五之后包括：

步骤六，用提取出来的训练序列码进行信道估计，并进行信道估计后处理；

步骤七，将信道估计后处理的结果送入计算矩阵；及

步骤八，对经滑窗自动增益控制调整后的数据和经信道估计后处理过的训练序列码分别运用匹配滤波器和计算矩阵处理后进行联合检测，并输出结果。

3、根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述滑窗的宽度在自动增益控制过程中保持不变。

4、根据权利要求1所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述滑窗中间位置处码片的自动增益控制增益随滑窗移动而变化。

5、根据权利要求2所述的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤八中还包括一接收信道码功率、信噪比和幅噪比计算的步骤；其中，接收信道码功率由经计算矩阵处理后的信号计算，信噪比、幅噪比由经所述联合检测处理后的信号计算。

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