CN101641927A - 用于通信系统中的初始捕获增益控制的方法和装置 - Google Patents

用于通信系统中的初始捕获增益控制的方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了用于通信系统中的初始捕获增益控制的方法和装置以及用于无线通信系统中的方法。所公开的方法包括在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量，所述信号包括多个符号。在所述规定的时间段期间，在当前测量的功率高于先前测量的功率时，可以仅降低收发机的增益，直到测量到最大功率值为止。通过重复地降低所述增益以适应最大功率值，在初始定时和频率捕获期间避免了收发机的过冲和失真，其中所述最大功率值与捕获导频符号的功率电平相同。还公开了对应的装置。

Description

用于通信系统中的初始捕获增益控制的方法和装置
技术领域
本公开一般地涉及用于通信系统中的初始捕获增益控制的方法和装置，更具体而言，涉及用于当在无线通信系统中接收初始捕获符号时对收发机的增益进行调整以防止不正确的增益设置所造成的过冲(overshoot)的方法和装置。
背景技术
在特定的通信系统(诸如正交频分复用(OFDM)通信系统)中，已知发送一个或多个特定的OFDM符号以用于帮助收发机的接收机部分进行初始的定时和频率捕获。以固定时间间隔使用全部或最大功率值对作为捕获导频符号的一个或多个特定的OFDM符号重复地进行发送。例如，当收发机加电或从休眠模式唤醒时，收发机的接收机部分使用这些符号以获取初始定时和频率捕获。
然而，在典型的收发机中，诸如自动增益控制(AGC)的增益控制用于根据所测量的接收符号的功率来设定接收机部分的增益。在特定情况下，例如，在之前的OFDM符号仅部分地载有数据的情况下，OFDM符号可以出现在一个或多个捕获导频符号之前并且可能没有使用全部功率进行发送。在这种情况下，可能将增益控制的增益设置设定在过高的范围内，使得无法适当地解析以全部功率进行发送的下一个OFDM捕获导频符号，因而导致信号放大的过冲或失真。这致使初始捕获失败，降低了收发机的接收机部分的性能。
发明内容
根据本公开的一个方案，公开了在无线通信系统中使用的方法。该方法包括以预定的时间增量在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量，所述信号包括多个符号。此外，该方法包括在当前测量的功率高于先前测量的功率时，基于在规定的时间段期间测量的信号的最大功率值来单向地调整所述收发机的增益。
根据本公开的另一个方案，公开了运行在无线通信系统中的装置。该装置包括处理器，所述处理器配置为在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量，所述信号包括多个符号。所述处理器还配置为在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地调整所述收发机的增益。所述装置还包括存储器，其耦合到所述处理器。
根据本公开的另一个方案，公开了运行在无线通信系统中的另一个装置。所述装置包括：用于在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量的模块，所述信号包括多个符号；以及用于在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地调整所述收发机的增益的模块。
根据本公开的另一个方案，公开了计算机程序产品。所述计算机程序产品包括计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：用于使至少一个计算机在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量的代码，所述信号包括多个符号。该计算机可读介质还包括：用于使所述至少一个计算机在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地调整所述收发机的增益的代码。
附图说明
通过下面结合附图给出的详细描述，本发明的特征、本质和优点将变得更加明显，在所有附图中，相同的参考符号进行相应地标识，其中：
图1是通信系统中在一段时间内接收的多个OFDM符号的功率电平的示例性图示；
图2是用于在初始定时和频率捕获期间对收发机中的增益进行调整的处理的流程图；
图3示出了用于在初始捕获期间进行增益控制的另一个示例性方法的流程图；以及
图4示出了可以实现图1和图2中图示的方法的示例性收发机装置。
具体实施方式
本公开包括用于在初始的定时和频率捕获期间确保将收发机的接收机部分中的增益设置设定地足够低以防止过冲或失真的方法和装置。所述方法和装置通过测量在与初始捕获导频符号的周期相同的时间段内出现的信号中的接收符号的功率值来设定接收机增益。对该增益进行单向调整(即，降低)以对接收到的最高功率的符号进行处理，因此，确保在放大器不造成过冲或失真的情况下，对于初始捕获导频符号的全部或最大功率能够适当地将该增益设定地足够低。
图1示出了通信系统中在一段时间内接收的多个OFDM符号的功率电平的示例性图示。从图1中可以看出，OFDM信号中多个特定符号的功率电平典型地在各个符号之间变化。以已知的功率电平和周期T对捕获导频符号进行发送，其中典型地在超帧的前导部分中对捕获导频符号进行发送。图1中的实例示出了两个相邻的捕获符号102和104，这两个捕获符号出现在每个时间段T处(如箭头106所示)。通常以预定的功率值对诸如102和104的捕获符号进行发送，在该实例中该预定的功率值是最大功率值(Pmaximal)。
如上文简要地叙述，对于介于捕获导频102和104之间的符号，诸如符号108、110、112和114，并没有以全部或最大功率进行发送。在现有的收发机中，自动增益控制(AGC)会基于其测量的功率电平对每个符号的增益进行调整。因此，在较低功率符号出现在全部功率捕获符号之前的情况下，例如，在符号116和118分别刚好出现在捕获导频102和104之前的情况下，符号116和118的增益设置与全部功率符号102和104所需的增益设置相比会高得多。因此，收发机并不能总是足够快地进行响应以向下调整增益以便避免过冲或失真，特别是在收发机唤醒或被开启之后的初始定时和频率捕获期间尤其是这样。这种过冲或失真可能导致收发机错误地对符号进行估计，引发不成功的定时和频率捕获。在之前的符号和捕获符号之间的功率电平的较大差异增大了这种错误的可能性。
图2示出了用于在初始定时和频率捕获期间对收发机中的增益进行调整的处理的流程图。如方框202所示，处理200开始于在规定的时间段内对收发机所接收信号的功率进行多次测量。在方框202的过程中，规定的时间段可以是捕获导频符号之间的时间段T。注意到，将测量时间段设定为T，这保证了将对至少一个捕获导频符号进行接收和测量。此外，对信号功率进行的多次测量或多个测量实例之间的间隔可以设定为可确保在功率测量中表示信号的每个符号的时间长度。例如，返回参考图1，可见，如果等于捕获导频周期T的规定的时间段开始和结束于捕获导频之间的某时刻处，如时间段120所示，则可以确保测量至少一个捕获导频(例如，捕获导频104)。
流程从方框202继续到方框204，在方框204中，在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地调整所述收发机的增益。还注意到，将增益单向地向下调整为最小值，以在不导致放大器的过冲和失真的情况下处理全部或最大功率符号(即，捕获符号)。应注意到，与典型的增益控制(诸如AGC)不同，处理200在一个方向上(即，单向地)对增益进行调整。因此，例如，如果测量的第一符号导致向下的增益调整，则处理200的单向调整确保了在后续测量的符号比第一符号的功率更低的情况下不会再提高增益，而在现有的AGC中将在这种情况下提高增益。
尽管处理200将对增益进行设定的处理示出为发生在多个符号的测量之后，应当理解，也可以在对每个符号进行测量之后对接收机的增益(例如，AGC增益)进行设定。因此，在收发机对捕获导频符号进行捕获以进行初始定时和频率捕获之前，可以在规定的时间段期间重复执行方框202和204中的处理。下文将结合图3对示出了该处理的另一个例子进行更全面的说明。
在方框204中对增益适当地进行了设定之后，流程进行到方框206，在方框206中，收发机尝试对捕获导频进行捕获。如判定方框208所示，在收发机尝试对捕获导频进行捕获之后，可以确定捕获是否成功。如果捕获成功，则已经对定时和频率进行了捕获，并且处理200结束。如果捕获不成功，则流程返回到方框202，其中，可以将处理重复地进行一个或多个后续的规定的时间段，直到成功地进行定时和频率捕获为止。一旦处理200以成功捕获结束，则AGC的增益控制返回到用于接收和处理接收符号的常规操作。
虽然为了简化说明的目的，将处理200示出和描述为一系列的或多个操作，应当理解所描述的这些操作不受到其顺序的限制，并且所描述的这些操作可以与其它所描述的操作以不同顺序发生或同时发生。例如，本领域的技术人员将理解可以将方法可选地呈现为例如状态图表中的一系列相互关联的状态或事件。此外，根据当前公开的方法，并非需要所有示出的操作来实现方法。还注意到，可以由一个或多个处理器、自动增益控制(AGC)模块或其结合来实现图2中示出的处理。
图3示出了用于在初始捕获期间进行增益控制的另一个示例性方法的流程图。如图所示，方法300在方框302处开始，其中，将时间t设定为等于零(0)。在对时间t进行初始化之后，流程进入到方框304，在方框304中对时间0处的信号功率(E(0))进行测量。在测量信号功率之后，流程进入到方框306，在方框306中，根据所测量功率对收发机的接收机部分的增益g进行调整(例如，g＝f(E(0)))。
在方框306中对接收机增益进行了设定之后，流程进入到方框308，在方框308中，将时间计数增加预定的时间间隔。该间隔长度的一个实例可以是符号时间间隔的1/4，以确保对信号中接收的每个符号都进行测量。在对时间t进行增加之后，流程进入到方框310，在方框310中，对经增加的时间处的接收信号功率(E(t))进行测量。在进行了方框310中的功率测量之后，流程进入判定方框312，在方框312中，确定当前测量的信号功率(E(t))是否高于最大的先前测量值。换句话说，确定当前测量的信号功率的增益函数f(E(t))是否小于当前增益设置g。如果作为当前测量功率的函数的增益小于当前设定的增益g，则表示功率电平E(t)较高并且将对应的增益设置进行降低以适应较高的功率电平。因此，如果测量信号功率不高于最大的先前测量值，则流程返回到方框308，以增加到下一个时间t并测量该时间处的信号功率。
另一方面，如果在方框312处所测量的信号功率高于最大的先前测量值，则流程进入到方框314，在方框314处，将接收机增益g设定为等于当前测量功率的增益函数(即，f(E(t)))。在方框314之后，流程进入到方框316，在方框316中，确定当前经增加的时间t是否大于规定的时间段T，T是信号之内的捕获导频符号的时间周期。如果尚未到达时间段T，则流程返回到方框308以进行对时间t的下一次增加。
如果在方框316处确定已经超过了时间段T，则流程进入到方框318，在方框318处，接收机发起定时和频率捕获。注意到，现在对增益设置g进行设定以适应接收信号的最高或最大功率电平，从而提高不会由于基于较低功率符号的增益设置而造成错误的可能性。在发起定时和频率捕获之后，流程进入到判定方框320，以确定定时和频率捕获是否成功。如果未成功，则流程返回到方框302，在方框302中，重复进行功率测量和增益设定的处理直到捕获成功为止。一旦捕获成功，则处理300结束，并且收发机的操作和增益控制返回到用于接收和处理信号的常规操作。
图4示出了可以实现图2和图3中图示的方法的收发机装置的实例。装置400包括前端处理模块402，用于接收输入的RF信号，例如OFDM信号。前端处理包括A/D转换以及如模块404所示的自动增益控制(AGC)。然后，信号依次进入到采样器406和快速傅里叶变换(FFT)模块408，采样器406设定采样窗口以解析经过的符号。FFT 408执行信号的快速傅里叶变换，例如将其从频域转换到时域。将转换的信号发送到解调器410，以根据任意数量的已知调制方案将信号进行解调。
FFT 408的输出也被传送到处理器412，处理器412例如是数字信号处理器(DSP)或者是任意其它适当的处理器。处理器可以包括对信道估计414和定时跟踪416的执行。尽管将信道估计和定时跟踪示出为处理器412中的模块，这些模块也可以由单独的硬件、软件或固件来实现。
针对实现上文中结合图2和图3所讨论的方法，处理器可以与AGC 404进行通信以实现增益控制。具体而言，如通信连接418所示，AGC 404可以配置为对进入信号的功率进行测量并将这些功率测量值传送给处理器。另外，可以将处理器412配置为确定所测量的信号功率是否小于当前的最大测量值，以及根据所测量的信号功率值高于先前的最大测量功率值来对增益进行计算或者指示AGC 404对增益进行计算。在图4中由通信链路420示出该通信。
在前文所述的规定的时间段T之后，处理器412可以接着结合FFT 408、信道估计模块414和定时跟踪模块316来对捕获导频信道进行捕获，以确定初始定时和频率。在初始捕获之后，处理器412可以指示AGC 404恢复常规的增益控制操作。
图4还示出处理器412与采样器406进行通信以设定用于FFT 408的定时窗口，并且处理器412还与解调器410进行通信以解调接收符号中的数据并随后将解码的符号发送给解码器422，以根据任意数量的适当的编码方案来进行解码。解码器422将比特流输出到收发机的其它处理元件以进行进一步的处理。注意到包括了存储器设备424以存储使处理器412进行本文公开的方法和操作的指令，其中存储器设备424可以包括任意数量的已知存储设备。
图5示出了可以用在收发机中以在初始定时和频率捕获期间对增益进行设定的装置的另一个实例。如图所示，装置500包括处理器502，用于在规定的时间段(例如，T)内对接收的信号(例如，RF信号)功率进行多次测量。注意到，举例而言，处理器500可以由AGC 404和处理器412来实现。将处理器502所确定的功率测量输出到处理器504，以便在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地调整所述收发机的增益。例如，处理器504可以由AGC 404、处理器412或其结合来实现。注意到，尽管可以进行由AGC对处理器504的实现，但是可以将AGC的操作由常规操作进行更改以用于在初始捕获时间段期间进行单向调整。
装置500还包括处理器506，用于在处理器504对增益进行设定或调整之后对捕获导频符号进行捕获。注意到，举例而言，处理器506可以通过使用采样器406、FFT 408和处理器412来实现。
应当理解，所公开的处理中的步骤的特定顺序或层级是示例性方法的实例。应当理解，可以根据设计偏好对处理中多个步骤的特定顺序或层级进行重新排列，这仍保持在本公开的范围之内。所附方法权利要求以示范性顺序示出了多个步骤的元素，但并不旨在局限于所示的特定顺序或层级。
本领域的技术人员将理解，可以使用任何多种不同技术和方式来表示信息和信号。例如，可以使用电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光粒子或其任意组合来表示上面的描述中引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片。
本领域的技术人员还将理解，可以将结合本文所公开实施例进行描述的各种说明性的逻辑方框、模块、电路和算法步骤实现为电子硬件、计算机软件或两者的结合。为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，上文已经一般地以其功能性的方式描述了多个说明性组件、方框、模块、电路和步骤。将这些功能性实现为硬件还是实现为软件取决于特定的应用以及整个系统的设计要求。本领域的技术人员可以针对各个特定应用以多种方式来实现所述功能性，但是不应将该实现决定解释为导致偏离本公开的范围。
可以利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或者设计为执行本文所描述功能的其任意组合来实现或执行结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑方框、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是可选地，该处理器可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器与DSP内核的组合、或者任何其它这种配置。
结合本文公开的实施例来描述的方法或算法的步骤可以直接地在硬件、由处理器执行的软件模块或者两者的组合中来实施。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质之中。示例性存储介质(例如，图4中的存储器424)耦合到处理器(例如，图4中的处理器412)，从而处理器可以从存储介质读取信息或者将信息写到存储介质。可选地，存储介质可以集成到处理器。处理器和存储介质可以驻留于ASIC中。ASIC可以驻留于用户终端中。可选地，处理器和存储介质可以作为分立的组件驻留在用户终端中。
上文所述的实例仅仅是示例性的，并且本领域的技术人员现在可以对上述的实例进行各种使用和引申而不背离本文公开的创造性概念。本领域的技术人员将清楚对这些实例的各种修改，并且在不背离本文所述的新颖性方案的精神或范围的情况下，可以将本文中定义的一般原理应用到其它实例，例如，应用到即时消息服务或者任何常规无线数据通信应用中。因此，本公开的范围并不旨在局限于本文中示出的实例，而应被给予与本文公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。本文将词语“示例性的”专用于意指“作为例子、实例或例证的”。不必将本文中描述为“示例性”的任何实例视为优选于或优于其它实例。因此，本文所述的新颖方案仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (36)

1、一种在无线通信系统中使用的方法，所述方法包括：
在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量，所述信号包括多个符号；以及
在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地对所述收发机的增益进行调整。
2、如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述规定的时间段结束以及已经对所述增益进行调整之后，对初始捕获符号进行捕获。
3、如权利要求2所述的方法，其中，所述初始捕获符号的功率值与在所述规定的时间段内测量的最大功率值相等。
4、如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述规定的时间段结束之后，发起所述收发机的定时和频率捕获。
5、如权利要求4所述的方法，其中，当所述收发机的所述定时和频率捕获不成功时，在一个或多个后续的规定的时间段期间重复进行对所述收发机的所述增益的调整。
6、如权利要求1所述的方法，其中，所述规定的时间段与所述信号中两个相邻的初始捕获符号之间的固定的周期性时间段相等。
7、如权利要求1所述的方法，其中，至少在初始的收发机定时和频率捕获时间段之前或期间执行所述方法。
8、如权利要求1所述的方法，其中，对所述收发机的所述增益的调整的步骤还包括：
降低所述增益，直到测量到最大的测量功率值为止。
9、如权利要求1所述的方法，其中，所述多个符号包括正交频分复用符号。
10、一种运行在无线通信系统中的装置，包括：
处理器，配置为：
在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量，所述信号包括多个符号，以及
在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地对所述收发机的增益进行调整；以及
存储器，耦合到所述处理器。
11、如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器还配置为：在所述规定的时间段结束以及已经对所述增益进行调整之后，对初始捕获符号进行捕获。
12、如权利要求11所述的装置，其中，所述初始捕获符号的功率值与在所述规定的时间段内测量的最大功率值相等。
13、如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器还配置为：在所述规定的时间段结束之后，发起所述收发机的定时和频率捕获。
14、如权利要求13所述的装置，其中，当所述收发机的所述定时和频率捕获不成功时，在一个或多个后续的规定的时间段期间重复进行对所述收发机的所述增益的调整。
15、如权利要求10所述的装置，其中，所述规定的时间段与所述信号中两个相邻的初始捕获符号之间的固定的周期性时间段相等。
16、如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器配置为：在所发起的初始的收发机定时和频率捕获时间段之前或期间确定所述增益。
17、如权利要求1所述的装置，其中，所述处理器还配置为：降低所述增益，直到测量到最大的测量功率值为止。
18、如权利要求1所述的装置，其中，所述多个符号包括正交频分复用符号。
19、一种运行在无线通信系统中的装置，所述装置包括：
用于在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量的模块，所述信号包括多个符号；以及
用于在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地对所述收发机的增益进行调整的模块。
20、如权利要求19所述的装置，还包括：
用于在所述规定的时间段结束以及已经对所述增益进行调整之后，对初始捕获符号进行捕获的模块。
21、如权利要求20所述的装置，其中，所述初始捕获符号的功率值与在所述规定的时间段内测量的最大功率值相等。
22、如权利要求19所述的装置，还包括：
用于在所述规定的时间段结束之后，发起所述收发机的定时和频率捕获的模块。
23、如权利要求22所述的装置，其中，当所述收发机的所述定时和频率捕获不成功时，在一个或多个后续的规定的时间段期间重复进行对所述收发机的所述增益的调整。
24、如权利要求19所述的装置，其中，所述规定的时间段与所述信号中两个相邻的初始捕获符号之间的固定的周期性时间段相等。
25、如权利要求19所述的装置，其中，所述用于测量和单向地捕获的模块配置为：至少在初始的收发机定时和频率捕获时间段之前或期间进行操作。
26、如权利要求19所述的装置，其中，用于对所述收发机的所述增益进行调整的模块还包括：
用于单向地对所述增益进行调整的模块包括用于降低所述增益直到测量到最大功率值为止的模块。
27、如权利要求19所述的装置，其中，所述多个符号包括正交频分复用符号。
28、一种计算机程序产品，包括：
计算机可读介质，其包括：
用于使至少一个计算机在规定的时间段内对收发机所接收的信号的功率进行多次测量的代码，所述信号包括多个符号；以及
用于使所述至少一个计算机在当前测量的功率高于先前测量的功率时，单向地对所述收发机的增益进行调整的代码。
29、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括：
用于使所述至少一个计算机在所述规定的时间段结束以及已经对所述增益进行调整之后，对初始捕获符号进行捕获的代码。
30、如权利要求29所述的计算机程序产品，其中，所述初始捕获符号的固定功率值与在所述规定的时间段内测量的最大功率值相等。
31、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括：
用于使所述至少一个计算机在所述规定的时间段结束之后，发起所述收发机的定时和频率捕获的代码。
32、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括：
用于使所述至少一个计算机当所述收发机的所述定时和频率捕获不成功时，在一个或多个后续的规定的时间段期间重复进行对所述收发机的所述增益的调整的代码。
33、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述规定的时间段与所述信号中两个相邻的初始捕获符号之间的固定的周期性时间段相等。
34、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括：
用于使所述至少一个计算机至少在初始的收发机定时和频率捕获时间段之前或期间对所述增益进行调整的代码。
35、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述计算机可读介质还包括：
用于使所述至少一个计算机降低所述增益直到测量到最大功率值为止的代码。
36、如权利要求28所述的计算机程序产品，其中，所述多个符号包括正交频分复用符号。
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