CN101449486A - 用于跳频ofdm的自动增益控制 - Google Patents

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CN101449486A CNA2006800338401A CN200680033840A CN101449486A CN 101449486 A CN101449486 A CN 101449486A CN A2006800338401 A CNA2006800338401 A CN A2006800338401A CN 200680033840 A CN200680033840 A CN 200680033840A CN 101449486 A CN101449486 A CN 101449486A
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Abstract

一种用于在接收器端OFDM符号的信号处理中的自动增益控制方法和系统。实施粗调和微调自动增益控制的两个级以便在接收器的模拟RF处理级中调节不同的增益。低噪声放大器和混频器的增益在第一和粗调自动增益控制级期间基于来自数字基带级的反馈被调节。在后续微调增益控制周期中，可编程增益放大器的增益基于直方图面元(bin)对于由OFDM符号所用的每个频带进行分别调节，该直方图面元计数幅值落在一定范围内的模数转换器的输出采样点个数。在每个OFDM符号后更新粗调和微调增益。

Description

用于跳频OFDM的自动增益控制
技术领域
【0001】本发明一般地涉及超宽带(UWB)通信，以及更具体地涉及在UWB通信的接收器中的自动增益控制(AGC)。
背景技术
【0002】UWB通信系统使用被认为是大部分频谱的频率进行信息通信。例如，UWB系统可以使用在3.1-10.6GHz之间的频率。这部分频谱也可以被其它通信系统使用。
【0003】许多建议的UWB系统期望使用正交频分复用(OFDM)。OFDM载波信号是多个正交子载波之和。每个子载波上的基带数据被独立调制，且每个符号可以由多个采样点组成。
【0004】OFDM UWB通信的接收器对接收的OFDM符号执行不同的信号处理操作。包括OFDM符号的信号可以在UWB通信的频谱上具有电平和强度范围。信号处理步骤或元件可以是每次给予信号一个增益并且该增益可以根据信号的每个部分的频率而变化。作为频率函数的输入信号电平的改变可以使信号失真并且削弱进一步处理的步骤。适当设定接收信号的增益由此具有一定的重要性。不幸的是，UWB发射可能是突发的或者由于潜在跳频而被当作突发，这就限制了用于执行自动增益控制(AGC)操作的时间并且也潜在地增加了执行这些操作的难度。
发明内容
【0005】本发明为诸如无线接收器之类的接收器提供了自动增益控制功能。在一个方面，本发明提供了一种用于在接收器端OFDM符号的信号处理期间执行自动增益控制的系统，该系统包括：第一级，其适合于接收来自接收器天线的信号并且被配置成将第一增益施加到接收的信号；和第二级，其包括可编程增益放大器(PGA)，所述第二级与所述第一级串联耦合，所述第二级适合于为模数转换器(ADC)提供经放大的信号，并被配置成将第二增益施加到由所述第一级产生的信号，该ADC适合于将数字化的输出提供给数字基带处理器，其中所述第一级适合于接收第一增益设置信号，所述第一级被配置成基于该第一增益系统信号调节第一增益；其中所述第二级适合于接收第二增益设置信号，所述第二级被配置成基于该第二增益设置信号调节第二增益。
【0006】在另一个方面，本发明提供一种用于调节给予在接收器端接收的信号的增益的方法，所述方法包括：将第一增益设置初始化成最大值和将第二增益信号初始化成最大值；基于所述第一增益设置和所述第二增益设置放大所接收的信号；基于接收的信号功率指示调节第一增益设置；以及基于通过数字化经放大的接收信号所提供的值调节所述第二增益设置。
【0007】在另一方面，本发明提供了一种用于在RF接收器端所接收的信号中的OFDM符号的信号处理期间执行自动增益控制的方法，所述OFDM符号根据由频率子带跳转(frequency subband hopping)的时频码(TFC)所指示的模式，以不同的频率子带到达RF接收器，该RF接收器具有连续作用在OFDM符号上的第一增益、第二增益和第三增益，该第三增益包括并行增益，并行增益的数目等于不同的频率子带的数目，每个并行增益对应于一个频率子带，每个并行增益具有对应于增益索引的增益，所述方法包括：将第一增益、第二增益和第三增益的并行增益初始化成每一个的最高值；用第一增益和第二增益放大所有频率子带中的OFDM符号，用相应的并行增益放大每个频率子带中的OFDM符号；测量接收信号的强度指示从而获得接收信号强度指示；从对应于接收信号强度指示查找表中获得第一第二增益组合；用对应于所述第一第二增益组合的值来调节所述第一增益和所述第二增益；将第三增益的结果进行数字化从而获得数字化输出；计算绝对值落在第一范围内的数字化输出的第一数量和绝对值落在所述第一范围以上的数字化输出的第二数量；如果该第一数量和第二数量超过或低于预定边界值就改变所述增益索引；以及通过将每个组分增益调节到对应于经改变的增益索引的值来调节所述第三增益。
【0008】本发明的这些或其它方面通过考虑以下内容和附图可以更充分地被理解。
附图说明
【0009】图1示出根据本发明的各方面的通信系统中的接收器的概观。
【0010】图2示出根据本发明的各方面的两级自动增益控制(AGC)系统的概观。
【0011】图3示出根据本发明的各方面的模拟RF模块的示例性结构。
【0012】图4示出根据本发明的各方面的形成PGA模块的三个组件PGA的级联，该PGA模块被用于接收信号强度指示(RSSI)测量。
【0013】图5是根据本发明的各方面执行AGC的过程的流程图。
【0014】图6是根据本发明的各方面用以执行AGC的进一步过程的流程图。
【0015】图7是示出示例性OFDM符号结构和OFDM符号的示例性跳频模式的示图。
【0016】图8示出包括OFDM符号的信号的示例性包格式。
【0017】图9A示出根据本发明的各方面的包格式的事件序列，该包格式具有信号处理期间使用的不同时频跳转模式的长前导信号(preamble)。
【0018】图9B示出根据本发明的各方面的包格式的事件序列，该包格式具有信号处理期间使用的不同时频跳转模式的短前导信号。
【0019】图10A示出根据本说明的各方面的微调AGC的2-面元(bin)直方图。
【0020】图10B示出根据本发明的各方面与时间相对比的超过某阈值的模数转换器的输出采样点个数。
【0021】图11示出根据本发明的各方面用于接收器的信号处理部分的示例性状态机表示。
具体实施方式
【0022】图1示出根据本发明的各方面用于通信系统中接收器的物理层的概观。图1的接收器包括通过模数转换(ADC)模块112耦合的模拟射频(RF)模块110和数字基带模块111。由发射器发射的和由天线101处的接收器接收的信号是模拟形式。模拟RF模块110放大信号并对该信号进行从射频到基带的下变频。ADC模块将基带模拟信号转换成数字信号。该数字基带模块111进一步处理该信号，并将处理的信号提供给MAC 141。
【0023】在一个实施例中，图1中所示的接收器可以在接收器天线端接收OFDM符号。该OFDM符号通过模拟RF处理模块110被处理。该模拟RF处理模块110可以包括放大模块和下变频模块，用于放大和从RF到基带的下变频。在用模拟RF模块110进行下变频期间，可考虑OFDM符号的跳频模式。该跳频模式可以根据时频码(TFC)号码来确定。该跳转模式由媒体访问控制器(MAC)提供给下变频处理。
【0024】在模拟RF处理后，信号由ADC模块112进行数字化。ADC模块112被耦合至数字基带处理模块111，该数字基带处理模块包括后接多个数据处理模块的信号处理模块120，这些数据处理模块在数据被提供给MAC 141之前进一步处理由该信号处理部分产生的数据。如图1所说明，该数字基带模块包括：信号处理包检测、帧同步和自动增益控制(AGC)确定模块120；零前缀移除、重叠和相加以及DC偏移补偿模块124；以及FFT、解映射和解码模块132。在许多实施例中，这些模块的每一个模块自身可以包括多个模块，例如FFT、解映射，并且每个解码模块一般在电路中可作为自身模块被实现，而且在一些实施例中可在处理器中编程实现。
【0025】在很多实施例中，接收器是用于基于包的通信系统的接收器，优选地，用于OFDM时频跳转通信。在这种接收器以及其它实施例的接收器中，AGC可以被执行以调节接收信号的放大。例如接收信号强度指示(RSSI)信号可以由模拟RF模块110产生。AGC确定电路可以使用RSSI的模数转换形式作为接收信号的RF功率的测量。合适的控制信号在处理期间可以由信号处理模块120产生，并且被反馈以供模拟RF处理模块110使用从而控制给予接收信号的增益。AGC可以包括控制几个组件的增益。在一些实施例中，AGC可以包括计算低噪声放大器(LNA)、混频器和可编程增益放大器(PGA)的增益设置。
【0026】图2是根据本发明的各方面包括两级AGC操作的接收器部分的框图。通常包括RF模拟电路的模拟处理模块200可以被视为包括粗调AGC部分210和微调AGC部分220。在许多实施例中，粗调AGC部分包括低噪声放大器(LNA)和混频器，而微调AGC部分包括由至少一个可编程放大器构成的放大器链。粗调AGC部分210接收来自天线201的输入信号并且基于粗调AGC增益信号232为信号提供增益，该粗调AGC增益信号232由如图2中图示说明的数字基带模块提供。微调AGC部分220接收来自粗调AGC部分的信号。该微调AGC部分也将增益提供给信号，该增益取决于由数字基带提供的微调AGC信号。微调AGC部分的输出由ADC模块270从模拟格式转换成数字格式。
【0027】在一些实施例中，两个增益级(粗调AGC和微调AGC)被用以控制对ADC模块的输入以便使ADC对信号幅值的限幅保持在预定电平。从而，反馈控制信号232、233可以基于由ADC提供的信号电平由数字基带来确定。然而在许多实施例中，以及如图2图示说明，RSSI信号221由模拟处理模块提供。数字基带可以使用RSSI单独或者连同比如ADC的输出的其它信号一起来确定AGC增益设置。
【0028】由天线201接收的UWB信号可以包括几个频率子带。当接收的信号包括几个频率子带时，来自数字基带级的选带信号232可以由如所描述的包括例如一个混频器或多个混频器的粗调AGC部分的电路使用，从而选择要从RF下变频到基带频率的子带。选带信号可以是基于由TFC号码指示的跳频模式。在一些实施例中，粗调AGC部分或者微调AGC部分，或者两者的增益设置可以基于由选带信号指示的子带使用不同增益设置。例如，微调AGC级可以包括对应于每个频率子带的分离组件，以便不同的增益可以针对每个子带被实施。再如，微调AGC部分可以包括并行PGA，每个并行PGA在特定的频率子带上对传输的信号进行放大或衰减。
【0029】图3示出根据本发明的各方面模拟RF模块的示例性结构。在一些实施例中，模拟RF模块被用于接收器(比如图1的接收器)。图3的模拟RF模块包括串联耦合在一起的第一级AGC部分310和第二级AGC部分320。第一级AGC部分310为接收信号提供粗调AGC增益而第二级AGC部分320为接收信号提供微调AGC增益。第一级AGC部分接收来自接收器天线的信号301。如图3图示说明，第一级AGC部分包括耦合至混频器350的LNA 340。
【0030】来自接收器天线的信号301由LNA 340进行放大，该增益取决于粗调AGC信号332。在一个实施中，放大增益可控制到10dB、21dB和27dB的水平。LNA耦合至混频器450。该混频器将接收信号下变频为基带。在大多数实施例中，混频器本质上包括增益，虽然为方便起见，该增益在图3中示作独立的放大器355。在一个实施中，混频器350的混频器增益可以被控制到-13dB、-7dB、-1dB和+5dB的水平。-13dB、-7dB、-1dB水平是衰减的，但是为方便起见，衰减或者放大(诸如+5dB的放大)通常都简称为“放大”。
【0031】如图示说明的，混频器350对不同子带执行从RF到基带的下变频。例如，如果希望在3个频率子带提供接收信号，在每种情况下使用一个特定的子带，混频器350可以包括3个混频器351、352和353，每个混频器将接收和放大的RF信号与不同频率的混频信号进行混频，并使用选带信号331选择不同混频器的输出。
【0032】例如，由接收器接收的通信可以包括在多个频率子带上传输的OFDM符号。每个符号可以占据不同的子带，并且相邻(consecutive)的OFDM符号可以根据指定TFC号码的时频码(TFC)在子带之间进行跳转。表1示出带有时间或多个TFC的示例性跳频模式。每个模式被指定一个TFC号码并且示出由相邻的OFDM符号占据的频率子带。
表1：频带范围从3.168GHz到4.752GHz的UWB通信系统的频带组1的时频码(TFC)的示例
 
TFC k＝0 k＝1 k＝2 k＝3 k＝4 k＝5
1 1 2 3 1 2 3
2 1 3 2 1 3 2
3 1 1 2 2 3 3
4 1 1 3 3 2 2
5 1 1 1 1 1 1
6 2 2 2 2 2 2
7 3 3 3 3 3 3
【0033】在表1中，最左列示出TFC号码或范围从1至7的TFC逻辑信道。后续列示出在每个标准化时间k(k＝0到k＝5)期间的传输的频率子带。每个标准化时间对应于在一个子带期间被传输的一个OFDM符号。表1中所示的7个TFC方案的每一个方案的跳转周期由此是6个OFDM符号。但在6个符号周期内，一些模式在更少符号内开始重复。例如，当TFC号码是1和2时，跳转模式在3个符号后重复。
【0034】第二级AGC部分包括比如可编程增益放大器(PGA)360之类的放大器。然而大多数实施例中，该放大器是包括多个可编程增益放大器和多个具有预置增益的放大器的放大器链。PGA接收来自混频器的基带信号，放大该信号并将放大的信号提供给ADC 370。该ADC输出371要由数字基带处理器使用。
【0035】PGA增益是基于微调AGC信号333。PGA 360可以如后面所讨论的以2dB的步长实施从6dB到30dB的放大。在一些实施例中，当接收的信号在不同频率子带时，PGA360对于每个子带具有不同的增益设置。
【0036】在一个实施例中，例如为了增强对非常弱的信号的检测，所有初始的增益都被设置到这些增益各自的最大值。例如，LNA增益被设置在27dB，混频器增益被设置在5dB，以及PGA增益被设置在30dB，以便将接收器设置到最大灵敏度。这些值此后可以被提取从而例如将ADC输出的限幅调节到希望的值。
【0037】在一个实施例中，AGC的两个级控制ADC的输入的振幅以致只有大约5％的ADC输出采样点被限幅到最大绝对值。
【0038】在一些实施例中，以及如图3所图示说明的，RSSI信号361由PGA产生。该RSSI信号通常在转换成数字形式后，被用来估计接收信号301的RF功率(PRF)。例如，接收的RF功率PRF可以基于LNA增益、混频器增益和PGA增益由数字基带处理器来计算，并且使用滑动窗对数字基带中的一个OFDM符号进行平均。此外，接收信号的功率PRSSI的估计可以使用作为阈值的当前PGA增益设置来获得，并且与RSSI测量结果的平均形式相比较从而获得从天线接收的RF功率PRF的估计，该PRF可以计算为：
【0039】PRF[dB]＝PRSSI[dB]-LNAgain[dB]-mixergain[dB]-PRSSI_BIAS[dB]
其中，PRSSI_BIAS[dB]是修正项(如果需要或有用)，并且经常根据情况实施。
【0040】接收的RF功率PRF可以用作比如查找表的索引，该查找表存储LNA和混频器的增益组合。根据PRF的当前估计，新的LNA和混频器增益可以被确定，并且被作为粗调AGC增益设置信号432反馈到模拟RF部分，并且还可以被用于实施在PGA端计算的PRF替代PRSSI。
【0041】图4示出形成PGA模块420的3个组件PGA的级联。此外，RSSI测量模块460也被示出。在图4中所示的PGA模块420可对应于图3的PGA 360。
【0042】微调AGC级的每个PGA模块420可以由3个独立的组件PGA 510、415、530的级联组成，这3个独立的组件可由一个或多个微调AGC增益设置数字基带信号分别控制。在级联电路中每个独立组件PGA具有诸如2dB、4dB、6dB、8dB或10dB的可编程增益。来自数字基带的控制信号433被用以设置每个组件PGA的增益，每个增益可分别设置。来自每个独立组件PGA中的输出被提供给RSSI测量单元460，在一些实施例中使用采样电路。RSSI信号461从RSSI测量单元460获得，以便供给数字基带级。
【0043】PGA的级联可以用作两个目的：放大接收的信号并产生RSSI 461。RSSI 461可以是对以dBm为单位的接收信号功率PRF的估计。根据关系式P[dBm]＝10log10(P[瓦/1毫瓦])，表示了以dBm为单位的功率与以瓦特为单位的功率之间的关系。使用在每个组件PGA410、420和430的输出端采样的信号x1、x2、x3和x4来获得RSSI 461。RSSI 461可以是被进行模数转换以供在数字基带中进一步处理的模拟信号。
【0044】用于3个组件PGA的每个组件的不同增益组合可以用以获得PGA模块的总增益。增益索引可以被用以确定要使用组件增益的哪种组合。将组件PGA的增益加在一起从而设定总增益。表2示出对于3个组件PGA 410、415和430的每个组件的PGA增益设置，要求达到从6dB到30dB的总PGA增益。表2可以用以产生微调AGC信号。
表2：实现不同的总PGA增益的组件PGA的增益设置
 
PGA增益索引 增益[dB]PGA1 增益[dB]PGA2 增益[dB]PGA3 总增益[dB]PGA1-3
0 2 2 2 6
1 4 2 2 8
2 6 2 2 10
3 8 2 2 12
4 10 2 2 14
5 10 4 2 16
6 10 6 2 18
7 10 8 2 20
8 10 10 2 22
9 10 10 4 24
10 10 10 6 26
11 10 10 8 28
12 10 10 10 30
【0045】如表2所示，PGA增益索引在1和12之间变化。该增益索引可以用以设置3个组件PGA的增益。每个组件PGA 410、420和430的增益以dB为单位在后继列中被示出，并且3个级联组件PGA的总增益在最右列被示出。每个组件PGA的增益可以取值为2dB、4dB、6dB、8dB或10dB。通过将3个组件的增益相加获得总增益并且该总增益以2dB的增量从6dB变化到30dB。例如，为了获得6dB的总增益，每个组件PGA可以具有2dB的增益。为了获得30dB的总增益，即在一个实施例中的最大总增益并且被用作PGA增益的初始值，每个组件PGA被设置成具有10dB的增益。
【0046】图5是执行AGC过程的流程图。优选地，AGC在包的前导部分的接收期间被执行。在模块502中是对粗调AGC增益和微调AGC增益初始化过程。在一个实施例中，增益被设置成最大值，这可通过设置粗调AGC增益信号和微调AGC增益信号来完成。例如这可以通过将到达接收器端的信号检测的灵敏度增加到最大来完成。
【0047】在模块504中该过程确定接收信号强度的指示。在一些实施例中，这可通过确定RSSI信号来完成。在一些实施例中，这可通过提取RF处理模块内的中间信号并且在提取之前从信号处理链中的组成部分/分量中减掉希望的增益来完成。例如，信号可以相继被提取到LNA和混频器，并且与这些组件相关联的增益从所提取信号的强度中被减去。
【0048】在模块506中，该过程执行粗调AGC。在许多实施例中，这包括基于接收信号强度指示选择增益水平并且将所选增益水平提供给RF处理模块中的至少一些增益组件。在许多实施例中，接收被视为粗调AGC增益水平的所选增益水平的增益组件是LNA和一个或多个混频器。
【0049】在模块508中，该过程执行微调AGC。在许多实施例中，数字基带接收ADC的输出，估计该ADC输出的电平或平均电平，并且基于该估计选择微调AGC增益水平。优选地，该增益水平被选择以使仅5％的ADC输出是在ADC输出的最大值或最小值处。该增益水平被提供给RF处理模块的增益组件，优选地被提供给放大器链的可编程增益元件。在许多实施例中，在模块508中执行的过程是在几个连续的接收符号周期上重复的循环过程。
【0050】该过程此后返回。
【0051】图6是用来执行微调AGC过程的实施例。在模块611中，该过程将ADC输出与不同的阈值作比较，这些不同的阈值可以通过比如外部寄存器来预置或可编程。在模块613中，该过程基于ADC输出是否超过(或者在某些实施例中不超过)阈值来更新计数器。在模块615中，该过程将计数器与其它阈值作比较。在模块617中，该过程基于计数器与其它阈值相比较的结果更新增益设置，优选地仅更新AGC微调增益设置。该过程此后返回。
【0052】考虑图10a和图10b的示例，可更充分地理解图6的过程。图10A示出用作计数器的2-面元直方图，而图10B示出与时间作对比的超过某些阈值的ADC输出采样点的个数。
【0053】为了微调整微调AGC级，ADC模块的输出采样点可以被检验以确定输出采样点的幅值是否满足希望的标准。如果太多输出采样点被认为具有不希望的大幅值，那么AGC的增益可以被减少。减少的AGC增益致使对ADC的模拟输入更小以及ADC输出采样点更小。如果输出采样点碰巧具有不希望的小幅值，那么对微调AGC级的反馈增加增益并且向上调节AGC级的输出。
【0054】希望的标准范围可以不超过最大值或者不低于最小值范围。估计ADC模块的输出采样点的一个方法是形成输出采样点幅值的直方图，该直方图计算落在不同范围内的输出采样点个数。那么，不同的标准可以被应用于不同的直方图范围。本发明的一个实施例使用2-面元直方图根据采样点的幅值来分类ADC模块的输出采样点。
【0055】2-面元直方图1010被用来计算优选地在一个OFDM符号的滑动窗期间，有多少ADC输出采样点具有在两个特定阈值a1，a2之间的绝对值，和有多少ADC输出采样点具有超过两个边界值的绝对值。例如，一个OFDM符号的滑动窗对应于在接收器端要被接收的图7的OFDM符号701-704之中的一个符号所占用的时间。来自ADC的输出信号的绝对值对应于复数输出信号的实部。在图10中，a1<a2。相应的计数值是c1，c2从而超过阈值a2的ADC输出采样点在面元(bin)c2中被计数，而超过阈值a1但小于a2的采样点在面元(bin)c1中被计数。阈值a1，a2可以由外部寄存器设置来提供。
【0056】在图1020中，与时间相对比描绘了ADC输出信号的值y。最大值和最小值被标记在图1020上。具有大于最大值或小于最小值的值y的ADC输出信号由ADC被限幅。由此，希望PGA增益更低以便进入ADC的符号不被限幅同时使增益保持足够高足以维持敏感度。因此，直方图1010对超过阈值a1和a2的ADC输出进行计数从而通过微调PGA增益使那些过高或过低的输出的总采样点个数保持在很少。
【0057】微调AGC级可以对每个子带分别执行。因此，对于诸如子带1、子带2和子带3的每个频率子带，各自的2-面元(bin)直方图被保持。
【0058】根据2-面元直方图1010的测量，在初始化步骤之后的后继微调AGC步骤中增加或减少增益。
【0059】根据直方图测量1010，改变表2的PGA增益索引350的一个示例性方法如下：
【0060】IF(COUNT1<c2≤2xCOUNT1)THEN gain_index＝gain_index-1；(缓慢减少)
【0061】ELSEIF(c2>2xCOUNT1)THEN gain_index＝gain_index-2；(快速减少)
【0062】IF(0.5xCOUNT2<c1≤COUNT2)THEN gain_index＝gain_index+1；(缓慢增加)
【0063】ELSE IF(c1<0.5xCOUNT2)THEN gain_index＝gain_index+2；(快速增加)
【0064】其中，COUNT1和COUNT2可以由外部寄存器来提供。COUNT1是被选作收集a1和a2之间的ADC输出的面元的界限，而COUNT2是被选作收集超过a2的ADC输出的面元的界限。
【0065】图7是示出对于OFDM符号的示例性OFDM符号结构和示例性跳频模式的图。如图7中所示，OFDM符号包括被分成几类或几组的预定数量的采样点。一些采样点组包括被传输的数据。另一些采样点组不包括任何数据或者包括前面数据的重复形式，并且被用来增加OFDM符号的处理能力。另一些采样点组被用来防止符号之间干扰的影响，这些符号经过不同的信道相继到达并且发生路径频散。图7中还示出OFDM符号的跳频模式。这些符号可以以相同频带方式存在或者可以根据跳频模式在频带之间跳转。
【0066】因而，图7的示例性绘图示出相对于归一化时间的用于传输OFDM符号701、702、703和704的频率子带。诸如图7的第三个OFDM符号703类的示例性OFDM符号包括快速傅立叶变换(FFT)窗，零前缀或者后缀(NL)，和保护间隔(GI)。在数字基带中，每个OFDM符号包括165个复数采样点。当示例性采样频率为528MHz＝1/Ts时，可用作FFT操作的采样点数量或者FFT窗大小是NFFT＝128个采样点。在OFDM符号中所示的实际上是后缀的零前缀具有在发射器端被设置成零的NNL＝32个采样点长度。保护间隔采样点具有NGI＝5个采样点长度。
【0067】所有OFDM符号可以在相同频率上发射，或者如图7所示，每个OFDM符号可以在不同频率上发射。跳频OFDM可以根据由TFC号码确定的跳频模式被实现，其中发射的OFDM符号的中心频率对于每个OFDM符号作改变。这称作时频交错。跳频在保护间隔NGI期间在靠近OFDM符号末端发生。例如在图7中跳频发生在或大约在离散归一化时间k＝160处和在保护间隔内最后5个采样点期间。由RF频率的切换引起的瞬态效应被假设发生在保护间隔期间。从而，保护间隔的NGI个采样点是无效的并且被跳过从而不在数字基带处理中进一步被使用。
【0068】在图7中，三个频率子带(子带1，子带2和子带3)在纵轴上被示出。在横轴上示出的归一化时间被取作k＝t/Ts，其中t是以秒为单位的时间，Ts是以秒为单位的采样周期，以及归一化时间k是无量纲的。第一个OFDM符号701在子带1上被传输，第二个OFDM符号702在子带2上被传输，第三个OFDM符号703在子带3上被传输，以及第四个OFDM符号704在子带1上被传输，同样相同的跳频模式此后重复发生。图7的跳频方案是子带1，子带2，子带3，再一次子带1，此后不断重复。这个方案对应于表1中的TFC号码。
【0069】图8示出包括OFDM符号的信号的示例性包格式800。OFDM符号的传输可以在包中被组织并且每个包可以包含许多OFDM符号。包可以包括前导信号(Preamble)、信头(Header)和有效负载(Payload)部分。在前导信号中，首先被传输的OFDM符号的预定数形成可以被用于包检测、帧同步和AGC的包同步序列。前导信号的剩余符号形成可以在接收器端被用作解映射的信道估计序列。有效负载部分包括数据。
【0070】在基于包的通信系统中，AGC可以典型地在接收前导信号期间被执行，其带有用来执行RF部分不同级的增益调节的专用时间窗。
【0071】示例性包800包括前导信号810、信头820和有效负载部分830。前导信号810可以长到包括30个OFDM符号或者短到包括18个OFDM符号。在前导信号810中，对于长前导信号的开始24个OFDM符号，或者对于短前导信号的开始12个OFDM符号，形成包同步序列811。包同步序列811被用于包检测、帧同步和AGC。前导信号810的剩余6个符号形成信道估计序列812，该信道估计序列812的符号被用以执行信道估计。信道估计在图1的接收器的数据处理模块120中被用作相干解映射(coherent demapping)。信头820可以包含6个OFDM符号。有效负载部分830包括数据并且包含多达与要求传送的有效负载中的字节数一样多的OFDM符号。
【0072】图9A示出对于信号处理期间所用的不同时频跳转模式具有长前导信号900的包格式的事件序列。图9B示出对于在信号处理期间所用的不同时频跳转模式具有短前导信号950的包格式事件序列。时频跳转模式由表1中所示的相应TFC号码来识别。
【0073】数据包可以具有长前导信号或者短前导信号。在一些实施例中，为了进行AGC具有长前导信号的包与具有短前导信号的包被区别对待。例如，短前导信号通常被用作数据突发的一部分，在这种情况下第一个包包括可以被用以执行粗调AGC的长前导信号。在该突发中如果跟随第一个包的那些包碰巧包括短前导信号，第一个包的粗调AGC的结果随后被应用于那些包中。从而，长前导信号的符号可以被用以首先执行粗调AGC并且然后执行微调AGC。当具有短前导信号的包到达时，仅微调AGC被执行，而在前面的包上执行的粗调AGC的结果被应用于具有短前导信号的包。
【0074】微调AGC也可以在包上起不同的作用，这些包在对应于不同的TFC号码的不同时频跳转模式上被接收。当对应于TFC1-TFC4的相继的OFDM符号从一个频带跳转到另一个频带时，则更大数量的符号可以被用来执行微调AGC操作。当对应于TFC5-TFC6的所有符号在相同频带上到达时，则更少数量的符号可以被用来执行微调AGC操作。无论符号使用是否是不同频带，粗调AGC都可使用相同数量的符号。增益在粗调AGC期间每个OFDM符号末端被更新。粗调AGC级已经确定了被用于粗调AGC部分中的组件的增益后，然后微调AGC被执行。微调AGC级微调每个子带的总增益。
【0075】图9A和图9B每一个图包括对应于表1中所示的TFC号码1～7的7个跳频方案。对于TFC号码等于1，由相继的OFDM符号所用的频带从1-2-3跳转然后返回到1。对于TFC号码等于2，由相继的OFDM符号所用的频带从1-3-2跳转然后返回到1。对于TFC号码等于3，由相继的OFDM符号所用的频带从1-1-2-2-3-3跳转然后返回到1和1，重复相同的双跳转模式。对于TFC号码等于4，由相继的OFDM符号所用的频带从1-1-3-3-2-2跳转然后返回到1，重复相同的双跳转模式。TFC号码5、6和7对应于无频带跳转情形。在TFC号码等于5时，相继的OFDM符号存在于频率子带1中。在TFC号码等于6时，相继的OFDM符号存在于频率子带2中。在TFC号码等于7时，相继的OFDM符号存在于频率子带3中。
【0076】图9A示出对于具有长前导信号900的包的粗调AGC 910方案。对于表1中列出的所有TFC值1-7，带有索引2和索引3的OFDM符号，即如图7中所示的使用频率子带2和3的那些OFDM符号被用来执行粗调AGC。这些增益在粗调AGC 910期间的每个OFDM符号末端被更新。
【0077】图9B示出对于具有短前导信号950的包的方案。对于这种类型的包不执行粗调AGC。相反，粗调AGC设置从前面的包中被阻止。短前导信号仅用于包突发部分的包，其中第一个包总是具有被用以确定粗调AGC增益设置的长前导信号。相同突发的后续包可选择地使用短前导信号以便减少开销，并反过来提高吞吐率。接收器物理层(比如图1的接收器物理层)由MAC通知是否希望下一个到达包的长前导信号或短前导信号。
【0078】在图9A和9B中，仅对应于图8中前导信号810的包同步序列811部分的那部分被示出。在每个包中第一个采样点被用作包检测901，951。在图9A中对于带有长前导信号的包，时间获取窗902接着第一个采样点而包确认窗903接着第二个采样点。但是对于带有图9B的短前导信号的包，仅包确认窗953接着第一个符号。
【0079】在粗调AGC 910后，图9A包括一个采样点的延迟911。图9B不包括粗调AGC或后续延迟。图9A和9B都包括微调AGC周期920，940，970和990，这些周期后接帧同步921，971，以及在长或短前导信号900，950采样点已经用完后，最后接信号估计922，972。
【0080】与包含实际频带跳转的TFC1-TFC4相比较，对应于无频带跳转的TFC5-TFC7跳转模式具有更短的微调AGC 940，990周期。因此，这些TFC模式的帧同步周期921，971更长。
【0081】在微调AGC级期间，每个子带的PGA增益在每个OFDM符号的末端被更新。在图9A中具有长前导信号的包900和在图9B中具有短前导信号的包950所描绘的微调AGC级920，940，970和990的计划表/时间表(schedule)考虑了对所用的具体TFC的跳频模式。
【0082】关于图9A，在粗调AGC 910之后，一个OFDM符号的延迟911允许在RF部分中的模拟电路决定由粗调AGC级获得的新LNA和混频器增益的设置。因为微调AGC9 20在每个频带被执行，取决于TFC号码的特定跳频模式需要被考虑。跳转模式的周期是如表1中表示的6个OFDM符号。对于TFC1-TFC4，微调AGC 920在6个OFDM符号上被执行，其中有2个OFDM符号具有相同子带。那么在微调AGC级920期间每个子带发生两次，而每个子带的PGA增益在微调AGC级920期间更新两次。如上面图4和下面图10A与图10B的描述中所解释的，PGA增益的更新发生。对于TFC5-TFC7，微调AGC 940在3个OFDM符号上执行且全部3个OFDM符号具有相同的子带。然后，对应于TFC组的子带在微调AGC级940期间发生3次，允许对所用的单个子带更新3次PGA增益。
【0083】例如，对于TFC6，所有OFDM符号使用相同的频率子带2。此外，在微调AGC 940期间，被使用的这些子带的PGA增益在每个OFDM符号的末端被更新。第二个频率子带(子带2)因此在微调AGC级940期间被使用3次从而传输全部3个符号。结果，PGA的增益(比如PGA 520)在微调AGC级940期间被更新3次。
【0084】关于图9B，不对短前导信号包执行粗调AGC。相反，继续进行前面的包的粗调AGC设置。在这种情况下，微调AGC 970，990的进度与长前导信号处理一致。因此，6个OFDM符号被用于TFC1-TFC4，而3个OFDM符号被用于TFC5-TFC7。因此PGA增益对于每个频率子带1至3更新3次，而在微调AGC级970，990期间对于具有短前导信号的包也一样。
【0085】图11示出信号处理部分1120和数据处理部分1130的示例性的有限状态机(FSM)的表示，其分别对应于图1的接收器的信号处理和数据处理部分。在信号处理部分1120期间，FSM控制不同组件的配合。FSM包括对应于信号处理部分1120的针对包检测1101和确认1102、粗调和微调自动增益控制1103和1105以及帧同步1106等专门状态。粗调AGC延迟状态1104也位于粗调AGC状态1103和微调AGC状态1105之间。在信号处理部分1120完成后，控制权被移交给负责FFT、解映射、去交错和维特比(Viterbi)解码等的数据处理部分1130。任何状态都可以在数据处理或信号处理操作完成之后回复到空闲状态1110。
【0086】虽然本发明已经对某些具体实施例进行描述，但是应该认识到本发明包括由本公开和其中的非实质性变化支持的权利要求及其等效权利要求。

Claims (18)

1.一种用于在接收器端OFDM符号的信号处理期间执行自动增益控制的系统，该系统包括：
第一级，其适合于接收来自接收器天线的信号并且被配置成将第一增益施加到接收信号；和
包括可编程增益放大器PGA的第二级，所述第二级与所述第一级串联耦合，所述第二级适合于将放大的信号提供给模数转换器ADC，并且被配置成将第二增益施加到由所述第一级产生的信号上，所述ADC适合于将数字化的输出提供给数字基带处理器，
其中所述第一级适合于接收第一增益设置信号，所述第一级被配置成基于所述第一增益系统信号调节所述第一增益；
其中所述第二级适合于接收第二增益设置信号，所述第二级被配置成基于所述第二增益设置信号调节所述第二增益。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一级包括被串联耦合到至少一个混频器的第一放大器，以及其中所述第二级包括至少一个可编程增益放大器PGA。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述PGA包括：
串联耦合在一起的多个组件放大器，每个放大器适合于接收所述第二增益设置信号的至少一个组分并且基于第二增益设置信号的所述组分提供增益。
4.根据权利要求3所述的系统，进一步包括：被耦合至所述组件放大器的至少一些组件放大器的输入和输出的估算单元，并且所述估算单元被配置用以在滑动时间窗期间测量接收信号的接收信号强度指示。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述数字基带处理器被配置成接收所述接收信号强度指示并且基于所述接收信号强度指示产生所述第一增益设置信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述数字基带处理器进一步被配置成计数在滑动时间窗期间在数值范围之外的ADC输出的数量内的ADC输出的数量；以及
其中所述第二增益设置信号基于所述数值范围之外的ADC输出的数量来确定。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述混频器包括：
多个混频器，每个混频器被配置成对关于不同频率的接收信号进行下变频，并且所述多个混频器的输出可使用选带信号选择。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二级包括多个放大器链，每个混频器带有所述多个放大器链的一个放大器链，并且其中所述第二增益设置信号包括对每个放大链的各自的增益设置信号。
9.一种用于调节给予在接收器端接收的信号的增益的方法，所述方法包括：
将第一增益设置初始化到最大值并且将第二增益信号初始化到最大值；
基于所述第一增益设置和所述第二增益设置放大接收信号；
基于接收信号的功率指示调节所述第一增益设置；以及
基于通过数字化经放大的接收信号所提供的值调节所述第二增益设置。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括在每个频率子带基础上调节所述第二增益设置。
11.根据权利要求8所述的方法，其中调节所述第二增益设置包括：
将通过数字化所述经放大的接收信号所提供的值与数值范围相比较；以及
基于比较结果增加或减少所述第二增益设置。
12.一种用于在RF接收器端接收的信号中的OFDM符号的信号处理期间执行自动增益控制的方法，所述OFDM符号按照由用于频率子带跳转的时频码TFC指示的模式，以不同的频率子带到达所述RF接收器端，所述RF接收器具有串行作用在所述OFDM符号上的第一增益、第二增益和第三增益，所述第三增益包括并行增益，所述并行增益的个数等于所述不同的频率子带的个数，每个并行增益对应于所述频率子带中的一个频率子带，每个并行增益具有对应于增益索引的增益，所述方法包括：
将所述第一增益、所述第二增益和所述第三增益的并行增益初始化到每个增益的最高值；
用所述第一增益和所述第二增益放大所有所述频率子带中的所述OFDM符号，
用所述相应并行增益放大每个所述频率子带中的所述OFDM符号；
测量所述接收信号的强度指示以获得接收信号强度指示；
从对应于所述接收信号强度指示的查找表中获得第一第二增益组合；
用对应于所述第一第二增益组合的值来调节所述第一增益和所述第二增益；
数字化所述第三增益的结果以获得数字化输出；
计数绝对值落在第一范围内的所述数字化输出的第一数量和绝对值落在所述第一范围以上的数字化输出的第二数量；
如果所述第一数量和所述第二数量超过或低于预定边界值就改变所述增益索引；以及
通过调节每个组分增益来将所述第三增益调节到对应于被改变的增益索引的值。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中所述第三增益的每个并行增益包括多个组分增益；
其中所述组分增益每个都具有多个离散增益值；以及
其中所述组分增益值的唯一组合与所述增益索引相联系。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述不同的频率子带由第一子带、第二子带和第三子带组成。
15.根据权利要求12所述的方法，
其中所述OFDM符号在包中到达，每个包包括多个所述OFDM符号，
每个包具有长前导信号或短前导信号，
所述短前导信号包括比所述长前导信号更少的OFDM符号，以及
首先到达的包具有所述长前导信号，
其中所述第一增益和所述第二增益在每个OFDM符号出现后仅在所述长前导信号期间被调节，
其中所述第三增益在调节所述第一增益和所述第二增益之后在所述长前导信号期间被调节，
其中所述第三增益在所述短前导信号期间被调节。
16.根据权利要求12所述的方法，
其中所述第三增益被调节以维持基本为5％或低于5％的被限幅到最大绝对值的所述数字化的输出。
17.根据权利要求12所述的方法，其中从查找表中获得第一第二增益组合包括：
通过从所述接收信号的功率中减去所述第一增益和所述第二增益来获得RF信号功率；以及
使用所述RF信号功率以从所述查找表中获得所述第一第二增益组合。
18.一种用于跳频OFDM超宽带通信的自动增益控制AGC方法，OFDM符号在多个频率子带上跳转，所述方法包括：
在第一AGC级期间执行粗调增益控制；以及
在第二AGC级期间提取所述粗调增益控制的结果；
其中所述第一AGC级确定对于在所述多个子带内的所有子带的通用低噪声放大器增益和通用混频器增益，
其中在所述第二AGC级期间，所述第一AGC级使用接收信号强度指示测量值来更新所述通用低噪声放大器增益和所述通用混频器增益，
其中所述第一AGC级在第一滑动窗范围内在一个OFDM符号上对所述通用低噪声放大器增益和所述通用混频器增益进行平均，
其中所述第二AGC级确定用于所述多个子带内的每个子带的可编程增益放大器的增益，
其中所述第二AGC级通过对所述多个子带内的每个子带使用模数转换器的输出采样点的2-面元直方图测量值来确定所述可编程增益放大器的增益，
其中所述第二AGC级在第二滑动窗范围内在一个OFDM符号上对所述直方图测量值进行平均，
其中所述第二AGC级确定所述可编程增益放大器的增益以便基本5％的所述输出采样点被限幅到最大绝对值，
其中所述OFDM符号在形成包的组中被接收，所述包具有包括多个OFDM符号的前导信号，
其中所述第一AGC级和所述第二AGC级在接收所述前导信号期间被执行，
其中在前导信号是长前导信号时执行所述第一AGC级和所述第二AGC级，所述长前导信号包括24个OFDM符号，
其中在所述前导信号是短前导信号时仅执行所述第二AGC级，所述短前导信号包括12个OFDM符号，
其中所述第一AGC级和所述第二AGC级根据所接收的所述OFDM符号的频带跳转模式被执行，
其中所述OFDM符号在多于一个天线上被接收，以及
其中所述第一AGC级和所述第二AGC级对在每个天线上接收的所述OFDM符号被分别执行。
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