CN101192862B - 用于无线通信系统的自动增益控制方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种使用自适应参考和阈值的自动增益控制(AGC)的系统和方法。自适应参考允许根据操作参数和条件的变化,如要求不同信噪比(SNR)以维持性能的调制方案变化,来调节目标功率。增益调节阈值允许快速AGC响应,同时减小迟滞的潜在影响。AGC水平可以在符号前缀或后缀期间被改变,并在信号的数据部分期间避免变化。给出的实施例允许在OFDM、OFDMA和TDD系统中逐个符号的AGC变化。
Description
技术领域
本发明一般地涉及无线通信,更具体地说,涉及无线系统的自动增益控制(AGC)。
背景技术
对于基于符号的无线系统,例如正交频分多路复用(OFDM)、正交频分多址接入(OFDMA)和具有基于帧的AGC的时分双工(TDD)系统,快衰落信道可以给出动态范围的难题。问题存在的原因是因为在含有多个符号的一帧期间信号强度可能明显波动,导致在这些符号中产生不同的信噪比(SNR)。进一步结合的难题是对于各种常用的调制方案有不同的SNR要求。
例如,对于给定的SNR,16正交振幅调制(16 QAM)比正交相移键控(QPSK)有更差的比特差错率(BER)性能。为了补偿这种差异,对16QAM的SNR要求比对QPSK的SNR要求更高。对于使用多调制方案的系统,满足最小性能水平可能要求显著的动态范围,以便适应多个衰落信道的不同SNR要求。
为了在系统的动态范围内保持可以接受的SNR,接收机常常采用AGC。传统上,AGC电路控制可变增益放大器的增益,以便将放大后的信号保持在目标功率范围内。通过将放大后的信号功率与参考信号比较,可以决定是否应当调节放大器来提供更多的增益或更少的增益。控制信号然后导致增益调节。由于反馈回路具有时间延迟,所以如果功率调节进行太快,则反馈回路可能变成振荡器,其可能在功率电平上产生乒乓(ping-pang)效应。为了对抗这一效应,针对不同信号SNR的上述问题,TDD-OFDM系统常常在较慢的、逐帧的基础上调节增益。
发明内容
在某种类型的信号上运行时,自适应AGC参考允许基于系统需求调节信号功率。例如,在可能是由于将调制方案改变成需要更高SNR的调制方案而需要更高的信号功率时,可以增大自适应参考。相反,当系统性能允许时,例如在使用更强的调制方案时,可以降低自适应参考。
防止放大器增益的小变化的增益调节阈值引入AGC反馈回路中的非线性。这减小了反馈诱导的振荡或乒乓效应的可能性,允许基于符号的AGC,其提供了更一致的符号SNR。通过仅在符号前缀或后缀期间调节增益,增益级在数据范围内不变,导致产生更一致的解调。本发明的实施例通过确定功率电平、将功率电平与自适应参考比较以确定目标增益变化、将目标增益变化与阈值比较、并且只有在目标增益变化超过所述阈值时调节信号增益,提供了基于符号的AGC。
为了更好地理解下面的本发明详细描述,上面已经相当宽泛地概括了本发明的特征和技术优点。本发明的附加特征和优点将在下文中描述,其构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解,所公开的概念和具体实施例可以容易地用作改进或设计实现本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到,这样的等同构造不背离如权利要求所阐述的本发明的实质和范围。在结合附图考虑时,由以下的描述可以更好地理解被认为是本发明特征的、关于其组织和操作方法的新技术特征以及其他目的和优点。但是,应当明确地理解,仅仅为了说明和描述的目的提供了各个附图,它们不能被用作本发明的限定。
附图说明
图1示出使用传统实施方案的现有技术的AGC电路;
图2示出根据本发明的AGC电路的实施例;
图3示出根据本发明的用于AGC的方法的实施例。
具体实施方式
图1示出使用传统实施方案的现有技术AGC电路10。AGC 10控制施加到到达输入101的信号上的增益,以保持输出102处的目标功率电平。模数转换器(ADC)104将放大后的信号数字化,并且将该数字信号提供到输出102和功率测量单元105。然后通过目标功率比较子系统106将所测得的功率与目标功率电平比较。然后将该比较的结果反馈到可变放大器103作为增益调节信号。通常,增益可以逐帧调节。
图2示出根据本发明的实施例的AGC电路20。AGC 20控制施加到到达输入101的信号上的增益,以保持输出102处的目标功率电平。具体地,根据来自自适应功率比较子系统201的反馈来调节可变放大器103的增益。任选的模数转换器(ADC)104将放大后的信号数字化,并将该信号提供到输出102和功率测量单元105。功率测量单元105的功能可以由确定功率电平的任何已知方法(例如包括估计)来提供。自适应参考202可以根据所用的调制方案而变化,或者它可以根据影响系统性能的操作参数或条件(如噪声水平)而变化。例如,从QPSK到16 QAM的变化可能要求自适应参考202增大4至6dB。然后在阈值触发器203中将比较的结果、即目标增益变化与阈值204比较。如果在比较单元201中识别的目标增益变化超过所述阈值,则调节可变放大器103的增益。
阈值204可以为增加增益和减小增益提供单独的值,并且可以根据比率或绝对差来定义。阈值是为了一个事件发生而必须满足的条件。阈值204被选择以允许增益级的变化,所述增益级的变化被确定足够显著以允许变化,同时可以防止出现低于阈值204的不显著的增益级变化。可以基于工程决策或历史性能数据来设定阈值204。由于反馈系统常常在识别对变化的需求与变化生效之间引入延迟,所以它们的风险是产生具有与延迟周期相关的频率的不希望的振荡。一般来说,阈值触发器203是非线性装置,其可以减少输出功率的振荡。阈值204本身可以根据是否在输出信号中可以检测到迟滞(hysterisis)来调节。例如,如果由于AGC延迟时间产生的功率振荡是可以识别的,则阈值204中的值可以向上或向下调节,以干扰反馈周期。此外,阈值204可以根据输入信号的条件来调节,例如它可以变化得多快或者多明显。
AGC 20可以逐个符号地来调节增益,与逐帧调节相比,其提供了更一致的信号功率电平。用快衰落信道和逐帧调节,含有多个符号的帧可以具有比其它符号的信号功率更高的一些符号,导致对于这些符号的不同SNR以及潜在的宽动态范围。然而,调节增益太频繁,如在符号期间调节,可能导致解调过程中的模糊性。因此,AGC 20可以将增益调节的时间-帧限制到符号前缀或循环后缀(CP),使得在信号的数据部分期间增益是恒定的。例如,在OFDM系统中,CP可以为至少10微秒(μs)并且在可以持续100μs的数据部分之前。对于OFDMA,CP在信号的数据部分之后。
图3示出一种方法30,它是用于提供根据本发明的实施例的AGC的一个实施例。输入信号在过程301期间被接收,其功率在过程302中确定。该功率电平可以通过测量或估计来确定。然后通过过程303将该信号功率电平与自适应参考比较。自适应参考可以响应于所识别的或预期的系统性能需要或参数变化(如调制方案、估计的干扰水平或调节SNR的任何其他需要)而变化。
过程304将过程303的结果与阈值比较。阈值本身可以根据增益是否可以安全地更频繁调节或者在输出信号中是否出现乒乓效应而变化。在过程305中确定是否超过阈值。如果不超过阈值,过程306不工作。如果超过阈值,则过程307调节增益。增益可以在符号前缀或CP期间逐个符号地调节,但是在信号的数据部分期间保持恒定。
因此,本发明的实施例提供了具有自适应参考的基于符号的AGC。自适应参考可以基于所使用的调制方案,使得当所述调制变化到需要更高信号功率以保持特定的性能水平(例如最小的BER)的调制时,使用更高的功率参考。相反,当调制变化到不要求这样的信号功率以保持特定性能水平的调制时,可以降低功率参考。由于增益调节的更迅速响应,对于快衰落信道,基于符号的AGC可以比基于帧的AGC提供更一致的SNR水平。
本发明的实施例还提供了AGC调节阈值,使得当增益变化的大小低于阈值时不调节AGC水平。如果允许AGC变化太迅速,微小的功率波动可能迅速发生,可能产生乒乓效应或功率电平振荡。阈值限制防止了在微小波动期间的AGC水平调节,将AGC水平调节限制到更严重的功率波动。增益的调节可以在符号前缀或后缀期间实现,使得增益级被建立并且对于该数据不变化。本发明的实施例可以同时提供具有自适应参考的基于符号的AGC和阈值。
尽管已经详细描述了本发明及其优点,但是应当理解,这里可以进行各种改变、替代和变化,而不背离由所附权利要求限定的本发明的实质和范围。而且,本发明的范围不限于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员从本发明的公开容易理解,目前存在的或以后将开发的进行与本文所述的相应实施例基本相同功能或取得基本相同结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤都可以根据本发明进行利用。相应地,所附的权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。
Claims (20)
1.一种用于信号的自动增益控制AGC方法,其包含:
确定所述信号的功率电平;
将所述功率电平与自适应参考比较,以确定目标增益变化,其中所述自适应参考响应于所识别或预期的调制变化而变化;
将所述目标增益变化与阈值比较;和
如果所述目标增益变化超过所述阈值,则根据所述目标增益变化调节所述信号的放大。
2.权利要求1的方法,其中所述阈值是增大增益或减小增益的阈值。
3.权利要求1的方法,其还包含:
响应于操作参数或条件的变化调节所述自适应参考。
4.权利要求3的方法,其中所述操作参数或条件的所述变化是调制方案的变化。
5.权利要求1的方法,其中所述调节所述信号的所述放大发生在所述信号的数据部分之外。
6.权利要求1的方法,其中所述调节所述信号的所述放大逐个符号地发生。
7.权利要求1的方法,其中所述信号选自:TDD、OFDM和OFDMA信号。
8.一种自动增益控制AGC系统,其包含:
可变增益放大器;
耦合到所述可变增益放大器的输出的功率确定单元;
自适应参考,其中所述自适应参考响应于所识别或预期的调制变化而变化;
比较单元,其可操作来将所述功率确定单元与所述自适应参考比较并产生比较信号;和
耦合到所述比较单元的输出的阈值触发器,所述阈值触发器可操作来防止当所述比较信号的大小低于阈值时调节所述可变增益放大器的增益。
9.权利要求8的系统,其还包括:
自适应参考调节单元,其可操作以响应于操作参数或条件的变化来调节所述自适应参考。
10.权利要求9的系统,其中所述操作参数或条件的变化是调制方案的变化。
11.权利要求8的系统,其中所述增益的所述调节逐个符号地发生。
12.权利要求8的系统,其中所述可变增益放大器的输出信号的编码选自:TDD,OFDM和OFDMA信号。
13.权利要求8的系统,其中所述增益的所述调节仅针对所述可变增益放大器的输出信号的前缀或后缀或者所述前缀和所述后缀两者发生。
14.一种自动增益控制AGC系统,其包含:
用于可变地放大信号的装置;
用于确定所述可变地放大的信号的功率电平的装置;
用于调节功率电平参考的装置,其中所述用于调节所述功率电平参考的装置响应于所识别或预期的调制变化而变化;
用于将所述确定后的功率电平与所述功率电平参考比较的装置;和
用于选择性控制所述用于可变地放大所述信号的装置的增益的装置,使得当所述增益调节的幅度超过阈值时调节所述增益。
15.权利要求14的系统,其中所述用于调节所述功率电平参考的装置响应于操作参数或条件的变化来改变所述功率电平参考。
16.权利要求15的系统,其中所述操作参数或条件的所述变化是调制方案的变化。
17.权利要求14的系统,其还包含:
用于调节所述阈值的装置。
18.权利要求14的系统,其中所述可变地放大的信号的编码选自:TDD,OFDM和OFDMA信号。
19.权利要求14的系统,其中所述用于可变地放大所述信号的装置的所述增益的所述调节仅针对所述信号的前缀或后缀或者所述前缀和所述后缀两者发生。
20.权利要求18的系统,其中所述用于可变地放大所述信号的所述装置的所述增益的所述调节逐个符号地发生。
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