CN100527718C - 一种短程无线网络中接收数据的自动增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短程无线网络中接收数据的快速自动增益控制方法，属于无线通信的技术领域。首先接收对一个时间段内短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后得到一组基带接收数字信号，并根据当前增益值对一组基带接收数字信号的幅度进行放大。统计此基带接收数字信号中幅度大于目标幅度值的采样点个数，根据此采样点个数与一个理想取值范围的比较，对增益值进行大幅度调整或小幅度调整；通过对连续若干时间段内的信号循环进行上述增益调整过程，达到自动增益调整结束时的信号增益值可以使接收信号的幅度接近模/数转换器满量程的目的。本发明提出的短程无线网络中接收数据的自动增益控制方法，减少了调节时间并保证了调节精度。

Description

一种短程无线网络中接收数据的自动增益控制方法

技术领域

本发明涉及一种短程低速无线网络中接收数据的自动增益控制方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

自动增益控制是现代无线网络数字通信中必备的部分，它是一种根据接收信号的特性自动调节放大倍数的装置，使得接收机在同相、正交两路放大后，模拟信号的最大值可以接近模/数转换动态范围的满量程，从而最小化模/数转换的量化误差。自动增益控制算法的调节精度决定了模拟接收信号是否可以以很小的失真转化为数字接收信号，它是后续数字信号处理的先决条件。

现代的无线网络通信多是分组传输的，即收发机之间每次只传输一个数据包，在每一次数据接收之前接收机都要进行自动增益控制的增益调节。由于在每一次数据传输开始之前收发机之间还要进行时间和频率同步等步骤，所以可以用于自动增益控制增益调节的数据非常有限。且自动增益控制增益调节的速度越快，后续数字处理的相对时间越长，这对提高通信系统的性能很有帮助。因此，为了满足现代无线网络通信的需要，自动增益控制必须同时满足其对调节速度和调节精度的要求。

对于基于无线包传输标准的接收机而言，在将很大动态范围内的接收信号幅度调整到合适范围的要求下，只有几个码元周期的数据可用于自动增益控制，这给自动增益控制算法的调节速度和精度提出了非常高的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种短程无线网络中接收数据的快速自动增益控制方法，以解决在很短的调节时间内完成自动增益控制增益调节的问题。在自动增益控制方法中，利用接收数据幅度与目标幅度之间的相对关系，确定幅度放大的增益值。

本发明提出的短程无线网络中的自动增益控制方法，包括以下各步骤：

(1)以任意时刻T₀为起始时刻，设每次自动增益控制的信号长度为ΔT，对接收时间T₀到T₀+ΔT内短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，得到基带接收信号x₁；

(2)按设定的增益值w_in对x₁进行幅度放大，令当前增益值w₁＝w_in，并经过模/数转换得到基带接收数字信号，记为x₂；

(3)根据上述基带接收数字信号x₂对当前增益值w₁进行非线性调整，得到系统增益值w₂，保存第一次增益变化值Δw(k)＝w₂-w₁；

(4)将上述系统增益值w₂反馈至上述幅度放大，对T₀+kΔT到T₀+(k+1)ΔT接收到的下一组短程无线网络中的基带接收信号进行幅度放大，并用w₂更新当前增益值w₁；

(5)将时间(k+1)ΔT与设定的用于自动增益控制的信号最大长度T_AGC进行比较，若(k+1)ΔT大于T_AGC，自动增益调节结束，反馈给上述幅度放大，使增益固定为w₂，若小于或等于T_AGC，则进行以下步骤；

(6)重复步骤(3)～(5)，得到各次增益变化值，将连续两次增益变化值的绝对值与设定的停止自动增益控制的变化增益门限Δw_stop比较，若小于Δw_stop，自动增益调节结束，反馈给上述幅度放大，使增益固定为w₂；若大于或等于Δw_stop，重复步骤(3)～(6)。

上述方法中，根据基带接收数字信号x₂对当前增益值w₁进行非线性调整，得到经过调整后的系统增益w₂的过程，包括以下步骤：

(1)将基带接收数字信号x₂中每一个采样点的幅度值与设定的目标幅度值A₀进行比较，统计其中幅度值大于目标幅度值的采样点个数，记为n；

(2)当采样点个数n大于设定的取值范围上限B_up或小于取值范围下限B_down时，使当前增益值w₁与设定的固定增益值w₀相加或相减，得到调整后的系统增益w₂；

(3)当采样点个数n介于设定的取值范围上限B_up和下限B_down之间时，根据n与设定的采样点个数门限n₀的差值Δn，以及设定的α确定一个指数函数 $y=e^{-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\left|\mathrm{\&Delta;n}\right|}},$ 若Δn大于零，则Δw(k)＝-y·|Δw(k-1)|；若Δn小于零，则Δw(k)＝y·|Δw(k-1)|；若Δn等于零，则Δw(k)＝0；使当前增益值w₁与Δw(k)相加，得到调整后的系统增益w₂，其中0<α≤10。

本发明提出的短程无线网络中接收数据的快速自动增益控制方法，具有以下优点：

(1)本发明方法中根据接收信号幅度与目标幅度的关系，将自动增益控制的增益调节分为大幅度调节和小幅度调节两部分，在接收信号幅度与目标幅度相差较远时进行大幅度调节，从而有效减少调节时间，提高了调节速度；在接收信号幅度与目标幅度较接近时进行小幅度调节，保证了调节精度；

(2)本发明方法中的小幅度调节由接收信号中幅度值大于目标幅度的采样点个数与一个给定值的差值确定的函数控制，该差值定量的反应出了本组接收信号幅度与目标幅度的差距，从而使得每次调节的增益更准确；

(3)本发明方法中，接收信号中幅度值大于目标幅度的采样点个数与采样点个数门限的差值确定的非线性函数取值范围为[01]，且本次增益的变化值由该函数值与上一次增益的变化值相乘得到，保证增益的变化越来越小，加快了调节速度；

(4)本发明方法得到的增益可使信号幅度与模/数转换器满量程非常接近，使一部分较大的随机噪声在量化时由于模/数转换器已饱和而被去掉；

(5)本发明方法可以工作的信噪比范围很大，可以应用于接收信号幅度动态范围很大的情况。

附图说明

图1是本发明方法在实际应用中的流程图。

图2是本发明方法的流程框图。

图3是本发明方法中对当前增益值进行大幅度非线性调整的流程框图。

图4是本发明方法中对当前增益值进行小幅度非线性调整的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的短程无线网络中接收数据的快速自动增益控制方法，包括以下各步骤：

(1)以任意时刻T₀为起始时刻，设每次自动增益控制的信号长度为ΔT，对接收时间T₀到T₀+ΔT内短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，得到基带接收信号x₁；

(2)按设定的增益值w_in对x₁进行幅度放大，令当前增益值w₁＝w_1n，并经过模/数转换得到基带接收数字信号，记为x₂；

(3)根据上述基带接收数字信号x₂对当前增益值w₁进行非线性调整，得到系统增益值w₂，保存第一次增益变化值Δw(k)＝w₂-w₁；

(4)将上述系统增益值w₂反馈至上述幅度放大，对T₀+kΔT到T₀+(k+1)ΔT接收到的下一组短程无线网络中的基带接收信号进行幅度放大，并用w₂更新当前增益值w₁；

(5)将时间(k+1)ΔT与设定的用于自动增益控制的信号最大长度T_AGC进行比较，若(k+1)ΔT大于T_AGC，自动增益调节结束，反馈给上述幅度放大，使增益固定为w₂，若小于或等于T_AGC，则进行以下步骤；

(6)重复步骤(3)～(5)，得到各次增益变化值，将连续两次增益变化值的绝对值与设定的停止自动增益控制的变化增益门限Δw_stop比较，若小于Δw_stop，自动增益调节结束，反馈给上述幅度放大，使增益固定为w₂；若大于或等于Δw_stop，重复步骤(3)～(6)。

上述的根据基带接收数字信号x₂对当前增益值w₁进行非线性调整，得到经过调整后的系统增益w₂的过程是：首先将基带接收数字信号x₂中每一个采样点的幅度值与设定的目标幅度值A₀进行比较，统计其中幅度值大于目标幅度值的采样点个数，记为n；当采样点个数n大于设定的取值范围上限B_up或小于取值范围下限B_down时，使当前增益值w₁与设定的固定增益值w₀相加或相减，得到调整后的系统增益w₂；当采样点个数n介于设定的取值范围上限B_up和下限B_down之间时，根据n与设定的采样点个数门限n₀的差值Δn，以及设定的α确定一个指数函数 $y=e^{-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\left|\mathrm{\&Delta;n}\right|}},$ 若Δn大于零，则Δw(k)＝-y·|Δw(k-1)|；若Δn小于零，则Δw(k)＝y·|Δw(k-1)|；若Δn等于零，则Δw(k)＝0；使当前增益值w₁与Δw(k)相加，得到调整后的系统增益w₂，其中0<α≤10。。

以下结合附图本发明的一个实施例：

本发明的短程无线网络中的自动增益控制方法首先要给定自动增益控制方法中的一些固定参数的值。参数包括：每次自动增益控制的信号长度ΔT；自动增益控制的初始增益值w_in；每个采样点的目标幅度值A₀；采样点个数的理想取值范围，其上限B_up，下限B_down；自动增益控制的固定增益值w₀；采样点个数门限n₀；用于自动增益控制的信号最大长度T_AGC；停止自动增益控制的变化增益门限Δw_stop；以x为自变量，α为固定值的指数函数 $y=e^{-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{x}}.$ α表示了每次调节增益的大小与变量x的关系，它能够有效地控制自动增益控制的收敛速度。在本实施例中，α取值为2。

在接收中首先以任意时刻T₀为起始时刻，根据设定的每次自动增益控制的信号长度ΔT，接收时间T₀到T₀+ΔT内短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，得到基带接收模拟信号x₁。

按设定的增益值w_1n对x₁进行幅度放大，令当前增益值w₁＝w_in，并经过模/数转换转换得到基带接收数字信号，记为x₂，并通过自动增益控制得到系统增益值w₂，如图1所示。

自动增益控制过程如图2所示，首先使一组基带接收数字信号x₂中每个采样点的幅度与目标幅度值A₀进行比较，统计该组接收序列中幅度值大于目标幅度值的采样点个数n。

求得一组接收序列中幅度值大于目标幅度值的采样点个数n后，将n与理想取值范围上、下限分别进行比较。

当采样点个数n大于理想取值范围上限或小于理想取值范围下限时，对增益值w₁进行第一种调节，如图3所示。

若采样点个数n大于理想取值范围上限，本次增益变化的绝对值|Δw(k)|等于设定的w₀，符号为负，即可用公式表示为：

Δw(k)＝-w₀；

若采样点个数n小于理想取值范围下限，本次增益变化的绝对值|Δw(k)|等于w₀，符号为正，即可用公式表示为：

Δw(k)＝w₀；

当采样点个数n介于理想取值范围上限和下限之间时，对增益值w₁进行第二种调节，如图4所示。将采样点个数n与设定的理想点数值n₀相减，得到差值Δn。此差值Δn的绝对值将决定本次自动增益调节的增益变化的绝对值，其符号将决定自动增益调节后的增益变大或变小。

设x＝|Δn|，代入指定参数α的指数函数得到 $y=e^{-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\left|\mathrm{\&Delta;n}\right|}},$ 则本次增益变化的绝对值|Δw(k)|由函数值y与上次增益变化的绝对值相乘得到，用公式可表示为：

|Δw(k)|＝y·|Δw(k-1)|

其中k表示正在进行第k次自动增益调节，|Δw(k-1)|表示上一次增益变化的绝对值。

Δw(k)的符号由Δn决定：

当Δn>0时，Δw(k)＝|Δw(k)|；

当Δn<0时，Δw(k)＝-|Δw(k)|；

当Δn＝0时，Δw(k)＝0。

结束采样点个数n与理想取值范围的上、下限的比较，得到调节后的系统增益值w₂＝w₁+Δw(k)，并存储本次增益的变化值Δw(k)。

接收时间T₀+kΔT到T₀+(k+1)ΔT内短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，得到下一组基带接收模拟信号，替换x₁中的基带接收模拟信号。

按系统增益值w₂对x₁进行幅度放大，并经过模/数转换得到下一组基带接收数字信号，替换x₂中的基带接收数字信号，并用系统增益值w₂代替w₁的值。

将时间(k+1)ΔT与设定的T_AGC进行比较，若(k+1)ΔT大于T_AGC，则自动增益调节结束，使增益固定为w₂；否则，在得到本次增益的变化值Δw(k)后，将连续两次变化增益的绝对值即|Δw(k)|和|Δw(k-1)|与设定的Δw_stop比较，若|Δw(k)|和|Δw(k-1)|均小于Δw_stop，则自动增益调节结束，使增益固定为w₂；否则，循环进行图2所示的自动增益控制过程。

Claims (2)

1、一种短程无线网络中的接收数据的自动增益控制方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：

(1—1)以任意时刻T₀为起始时刻，设每次自动增益控制的信号长度为ΔT，令k＝1，对接收时间T₀+(k-1)ΔT到T₀+kΔT内短程无线网络中发送端发出的射频信号，进行下变频处理后，得到基带接收信号x_k；

(1—2)按设定的增益值w_m对x_k进行幅度放大，令当前增益值w₁＝w_m；

(1—3)对经过幅度放大的x_k进行模/数转换得到基带接收数字信号x_k，2，根据上述基带接收数字信号x_k，2对当前增益值w₁进行非线性调整，得到系统增益值w₂，保存当前增益变化值Δw(k)＝w₂-w₁；

(1—4)令k＝k+1，将上述系统增益值w₂反馈至上述幅度放大，对T₀+(k-1)ΔT到T₀+kΔT接收到的下一组短程无线网络中的基带接收信号x_k进行幅度放大，并将当前增益值w₁更新为w₂；

(1—5)将时间kΔT与设定的用于自动增益控制的信号最大长度T_AGC进行比较，若kΔT大于T_AGC，自动增益调节结束，反馈给上述幅度放大，使增益固定为w₂，若小于或等于T_AGC，则进行以下步骤；

(1—6)重复步骤(1—3)～(1—5)，得到各次增益变化值，将连续两次增益变化值的绝对值与设定的停止自动增益控制的变化增益门限Δw_stop比较，若小于Δw_stop，自动增益调节结束，反馈给上述幅度放大，使增益固定为w₂；若大于或者等于Δw_stop，重复步骤(1—3)～(1—6)。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的根据基带接收数字信号x_k，2对当前增益值w₁进行非线性调整，得到经过调整后的系统增益值w₂的方法，包括以下步骤：

(2—1)将基带接收数字信号x_k，2中的每一个采样点的幅度值与设定的目标幅度值A₀进行比较，统计其中幅度值大于目标幅度值的采样点个数，记为n；

(2—2)当采样点个数n大于设定的取值范围上限B_up或小于取值范围下限B_down时，使当前增益值w₁与设定的固定增益值w₀相减或相加，得到调整后的系统增益w₂；

(2—3)当采样点个数n介于设定的取值范围上限B_up和下限B_down之间时，根据n与设定的采样点个数门限n₀的差值Δn，以及设定的α确定一个指数函数 $y=e^{-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{\left|\mathrm{\&Delta;n}\right|}},$ 若Δn大于零，则Δw(k)＝-y·|Δw(k-1)|；若Δn小于零，则Δw(k)＝y·|Δw(k-1)|；若Δn等于零，则Δw(k)＝0；使当前增益值w₁与Δw(k)相加，得到调整后的系统增益w₂，其中0<α≤10。

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