CN102215556A

CN102215556A - 一种收发信单元、无线接收系统自动增益控制方法及装置

Info

Publication number: CN102215556A
Application number: CN2010101374780A
Authority: CN
Inventors: 刘玉芬
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: Nantong Kai Wunong Products Co. Ltd.
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: CN102215556B

Abstract

本发明公开了一种无线接收系统的自动增益控制方法，包括步骤：A、在时隙头部判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态，是则执行步骤B，否则直接执行步骤C；B、在时隙头部降低接收通道的增益，使所述当前时隙处于不饱和状态，然后执行步骤C；C、根据所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度，并按照预设的条件对接收通道的增益进行控制。本发明方法能够保证突发大信号输入时接收通道不会饱和，且能够实现实时的自动增益控制。本发明还提供了一种相应的无线接收系统的自动增益控制装置，以及采用该装置的收发信单元。本发明尤其适用于多载波GSM系统的自动增益控制，具有广阔的产业应用前景。

Description

一种收发信单元、无线接收系统自动增益控制方法及装置

技术领域

本发明属于移动通信系统无线接入技术领域，涉及一种收发信单元、无线接收系统尤其是多载波的自动增益控制方法和装置。

背景技术

在无线通讯领域，由于终端的发射功率及路径损耗的不同，导致了基站接收到的信号强弱不同。此外，当终端位置移动时，也会导致基站接收信号的强弱发生变化。如果基站接收信号太强，可能会超出射频接收机的线性放大范围；而基站接收信号较弱时，又有可能无法对有用信号进行恢复，这就要求基站的射频接收机有较大的动态范围和接收灵敏度。于是提出了自动增益控制(Automatic Gain Control，简称AGC)方法。

AGC能够提高链路的动态范围，当上行信号过大时，AGC减小上行通道的增益，使得接收通道工作在线性区，确保ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)不会饱和，当上行输入小信号时，AGC增大上行通道增益，保证接收链路的ADC保持在较高的信噪比下工作。

专利CN 101335546A(专利名称为“射频自动增益控制系统和方法”，2008年12月31日公开)提出了在射频或数字中频部分不外加功率检测电路的条件下，如何利用基带计算出的射频放大器的增益值，去实现射频自动增益控制的问题。该专利实现简单，成本低，但由于在基带部分进行功率检测控制，处理时延过大，难以实现实时的自动增益控制，且在当前时隙有大信号出现，不能及时采取增益衰减措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种收发信单元、无线接收系统的自动增益控制方法及装置，能够保证突发大信号输入时接收通道不会饱和，且能够实现实时的自动增益控制。

为解决上述技术问题，本发明无线接收系统的自动增益控制方法包括如下步骤：

步骤A、在时隙头部爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态，是则执行步骤B，否则直接执行步骤C；

步骤B、在时隙头部降低接收通道的增益，使所述当前时隙处于不饱和状态，然后执行步骤C；

步骤C、根据所述当前时隙在非ramp(斜坡)区域的接收信号强度，并按照预设的条件对接收通道的增益进行控制。

进一步地，步骤A中所述在时隙头部爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态的方法包括：

在所述时隙头部爬坡区域的若干时间点分别检测接收信号强度，并判断接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数是否大于预设的饱和时间点个数阀值；是则认为所述当前时隙的接收信号处于饱和状态，否则认为所述当前时隙的接收信号处于不饱和状态。

进一步地，步骤B中所述降低接收通道的增益的方法可以为：

将接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数分为若干等级，每个等级分别对应一个增益下降值，并且接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数越多，则接收通道的增益降低越多。

进一步地，步骤C中所述预设的条件为：

所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度高于预设的接收信号强度高门限值，则将接收通道增益降低一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号处于不饱和状态。

若所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度低于预设的接收信号强度低门限值，则将接收通道增益增加一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号强度处于不饱和状态。

进一步地，步骤C中所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度指在所述当前时隙的非ramp区域中的一段特定时间内的若干个时间点测得的接收信号即时强度的平均值。所述当前时隙在非ramp区域中的一段特定时间，指在所述当前时隙的非ramp区域中截取的一段特定长度的时间。

进一步地，步骤C中所述按照预设的条件对接收通道的增益进行控制，采用的方案可以是对所述当前时隙的增益进行调整，也可以是对下一帧的对应时隙的增益进行调整。

为解决上述技术问题，本发明无线接收系统的自动增益控制装置包括饱和判断模块、时隙头部增益控制模块、信号强度判断模块和非ramp区域增益控制模块；

其中，所述饱和判断模块用于在时隙头部爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态；

所述时隙头部增益控制模块用于，若当前时隙的接收信号处于饱和状态，则在时隙头部降低接收通道的增益，使所述当前时隙的接收信号处于不饱和状态；

所述信号强度判断模块用于判断所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度；

所述非ramp区域增益控制模块用于，根据所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度，并按照预设的条件对增益进行控制。

进一步地，所述饱和判断模块在时隙头部爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态所采用的方案包括：

在所述时隙头部爬坡区域的若干时间点分别检测接收信号强度，并判断接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数是否大于预设的饱和时间点个数阀值；是则认为所述当前时隙的接收信号处于饱和状态，否则认为其处于不饱和状态。

进一步地，所述预设的条件为：

若所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度低于预设的接收信号强度低门限值，则将接收通道增益增加一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号处于不饱和状态。

更进一步地，所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度指在所述当前时隙的非ramp区域中的一段时间内的若干个时间点测得的接收信号即时强度的平均值。所述当前时隙在非ramp区域中的一段时间，指在所述当前时隙的非ramp区域中截取的一段时间。

为解决上述技术问题，本发明收发信单元包括功率检测模块、自动增益控制装置和可调增益放大器；所述功率检测模块用于完成中频信号的实时功率值检测；所述自动增益控制装置用于根据所述检测得到的中频信号的功率决定增益控制方案；所述可调增益放大器用于执行所述自动增益控制装置决定的所述增益控制方案；所述自动增益控制装置为上述本发明无线接收系统的自动增益控制装置。

本发明的有益效果为：

本发明将快速增益控制和慢速增益控制方法相结合，当突发的大信号出现的时候，及时对本帧的增益值采取大步进的衰减，保证本帧的数据不饱和，接收机工作在线性区。同时还根据当前帧的非ramp区域内的一段时间内的平均信号强度对增益进行小步进的慢速控制。这样本发明能够满足GSM TDMA系统业务以及阻塞信号的随机性要求，保证大信号输入时通道不会饱和，同时满足阻塞的要求。并且本发明采取的方案能够将突发大信号控制和正常使用时小步进控制分开，互不影响。

附图说明

图1是本发明无线接收系统自动增益控制方法流程图；

图2是本发明方法中的AGC决策条件示意图；

图3是本发明方法中的AGC控制流程示意图；

图4是GSM无线帧帧结构图；

图5是基带增益补偿示意图；

图6是本发明无线接收系统自动增益控制装置结构示意图；

图7是一个具体实施例的本发明收发信单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明无线接收系统自动增益控制方法流程图，如图所示，本发明无线接收系统自动增益控制方法具体包括如下步骤：

步骤1、对数字中频信号进行功率检测，可以是即时信号功率或即时信号幅度；

步骤2、根据功率检测模块得到的值，完成AGC控制的判决条件。

AGC控制的判决条件如图2所示，在时隙头爬坡区域T1时间内取若干时间点检测数字中频信号的功率，然后对功率检测值进行饱和统计。若检测得到的功率值大于预设的阈值Saturation_Threshold，则计数器加1，在T1期间，当计数器大于预设的计数阀值Saturation_CNT时，即检测到的功率值大于预设的阀值的时间点的个数大于预设的计数阀值时，认为当前时隙为突发大信号时隙，需要在时隙头对增益进行大步进衰减，此时输出快速增益控制的使能信号。

其中时隙头是在GSM系统定义的RAMP曲线低部，在时隙头开始位置，会对饱和计数器进行清零操作。

在时隙的非ramp区域(即图2中曲线中间的非坡面区)取一个时间段，例如图3中的T2时间段，任意取若干个时间点检测数字中频信号的功率，然后求这些检测功率的平均值Average_Power。

其中T2时间长度参考协议要求并根据实际测试的经验值来确定，过长导致时延大，会造成一部分数据因饱和而解调失败，过短则会因为功率波动而导致增益控制的波动，同样引起链路的不稳定。

步骤3、根据AGC控制的判决条件，完成AGC控制。AGC控制的流程如图3所示，具体控制流程如下：

步骤31、若快速增益控制使能信号有效，则对输出的增益进行大步进衰减。

可将检测到的功率值大于预设的阀值的时间点的个数分为若干等级，每个等级分别对应一个增益下降值，并且检测到的功率值大于预设的阀值的时间点的个数越多，则输出的增益降低越多。

步骤32、若快速增益控制使能信号无效，则在T2时刻利用计算得到的平均功率值Average_Power，进行AGC慢速控制，当Average_Power大于高门限值Average_Threshold_H时，则在上一帧增益的基础上将增益值减小MdB，若Average_Power小于低门限值Average_Threshold_L，则在上一帧增益的基础上将增益值增加NdB，否则增益值保持上一帧的值不变。其中M与N可以相等，也可以不等。

其中，GSM系统中一帧包含8个时隙，如图4所示，每个时隙都是独立的，8时隙的增益值存在存储表里。AGC慢速控制可以在当前帧即实施，也可以根据上述AGC慢速控制条件对下一帧的增益进行调整，即当前帧时隙0增益值是参考上一帧时隙0的增益值，时隙1参考上一帧的时隙1的增益值，依次类推。

步骤4、根据AGC控制的结果，对数字下变频DDC下变频后得到的基带数据进行增益补偿，保证功率值和射频输入电平一致。图5为基带增益补偿示意图。该步骤具体包括如下流程：

步骤41、将可调增益放大器的衰减值各等级预存储在存储器里，利用AGC控制器输出的衰减值，作为存储器的地址查表，找出各自对应的增益补偿值。查表时需要考虑数字下变频的时延值，即AGC控制器输出的增益衰减值需要延时数字下变频固定时延后，再进行查表。

步骤42、乘法器将基带数据和增益补偿值相乘，得到补偿后的基带数据。

图6是本发明无线接收系统的自动增益控制装置结构示意图，如图所示，本发明无线接收系统的自动增益控制装置包括饱和判断模块、时隙头部增益控制模块、信号强度判断模块和非ramp区域增益控制模块。

其中，饱和判断模块用于在时隙头部爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态，其采用的方案包括：

在时隙头部爬坡区域的若干时间点分别检测接收信号强度，并判断接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数是否大于预设的饱和时间点个数阀值；是则认为当前时隙的接收信号处于饱和状态，否则认为其处于不饱和状态。若干个时间点的具体个数根据实际情况设定。

时隙头部增益控制模块用于，若当前时隙的接收信号是否处于饱和状态，则在时隙头部降低接收通道的增益，使当前时隙处于不饱和状态。

信号强度判断模块用于判断当前时隙在非ramp区域的接收信号强度。当前时隙在非ramp区域的接收信号强度指在当前时隙的非ramp区域中的一段时间T2内的若干个时间点测得的接收信号即时强度的平均值。当前时隙在非ramp区域中的一段时间T2，指在当前时隙的非ramp区域中截取的一段时间T2。

非ramp区域增益控制模块用于，根据当前时隙在非ramp区域的接收信号强度，并按照预设的条件对增益进行控制。该预设的条件为：

当前时隙在非ramp区域的接收信号强度高于预设的接收信号强度高门限值，则将接收通道增益降低一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号处于不饱和状态。

若当前时隙在非ramp区域的接收信号强度低于预设的接收信号强度低门限值，则将接收通道增益增加一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号处于不饱和状态。

图7为一个具体实施例的本发明收发信单元结构示意图，在该实施例中，本发明收发信单元应用于多载波GSM系统。如图所示，本发明收发信单元包括射频信号输入装置、可调增益放大器、A/D转换器、功率检测模块、自动增益控制装置和基带增益补偿模块。

其中，功率检测模块用于完成中频信号的实时功率值检测；自动增益控制装置用于根据检测得到的中频信号的功率决定增益控制方案，自动增益控制装置即为上述本发明无线接收系统的自动增益控制装置，即图6所示装置；可调增益放大器用于执行自动增益控制装置决定的增益控制方案。

射频信号经过射频信号输入装置，包括信号滤波和上行信号低噪放大器LNA后进行放大后，经过可调增益放大器完成增益控制，确保接收通道以及A/D输入不会饱和，可调增益放大器的输出端和A/D转换器的输入端相连，A/D转换器将模拟信号变换为数字信号，其输出端与数字下变频模块的输入端相接以及与功率检测模块输入端相连，功率检测模块完成中频信号的实时功率值检测，其输出和自动增益控制装置输入相连，自动增益控制装置根据功率检测模块检测得到的实时功率值，完成时隙头输入信号是否饱和的判断以及在当前时隙非ramp区域功率平均值的计算，并实现快速增益衰减或者慢速的增益控制，其输出端与可调增益放大器以及基带增益补偿模块相连。基带增益补偿模块将自动增益控制装置输出的增益值对应的增益补偿值存入到存储器里，FPGA通过查表的方式得到补偿值，完成基带信号的补偿，保证功率值和射频输入电平一致。

本发明在FPGA内部实现对中频数字信号的实时信号的幅度进行检测，根据检测得到的值，作为AGC控制的判决条件，AGC控制根据判决条件完成增益控制，并在下变频后，通过控制得到的增益控制值作为预存增益补偿映射表的地址，查找对应的增益补偿值，完成对基带数据的补偿，保证基带信号的功率值和射频输入的电平值一致。本发明通过FPGA完成AGC控制，其优点是实现灵活，成本低。

本发明综合考虑了突发大信号和阻塞的控制策略，利用快速增益控制和慢速增益控制相结合的方法，能满足突发性业务的随机性接入需求。本发明尤其适用于多载波GSM系统的自动增益控制。由于GSM系统是最严格的系统，因此AGC控制方案仍然适用于其它的如WCDMA，CDMA等宽带系统，在这些系统中只需要根据各自系统的帧格式修改时间参数值即可。

当然，本发明还可有其它多种实施例，还可以利用CPLD、DSP等可编程器件或者专用的芯片来完成。在不背离本发明精神实质与原理的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变、组合、简化均应视为等同的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无线接收系统自动增益控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤A、在时隙头部ramp爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态，是则执行步骤B，否则直接执行步骤C；

步骤C、根据所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度，并按照预设的条件对接收通道的增益进行控制。

2.根据权利要求1所述的无线接收系统自动增益控制方法，其特征在于，步骤A中所述在时隙头部ramp爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态的方法包括：

在所述时隙头部的若干时间点分别检测接收信号强度，并判断接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数是否大于预设的饱和时间点个数阀值；是，则认为所述当前时隙的接收信号处于饱和状态，否则认为所述当前时隙的接收信号处于不饱和状态。

3.根据权利要求2所述的无线接收系统自动增益控制方法，其特征在于，步骤B中所述降低接收通道的增益的方法为：

4.根据权利要求1所述的无线接收系统自动增益控制方法，其特征在于，步骤C中所述预设的条件为：

若所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度高于预设的接收信号强度高门限值，则将接收通道增益降低一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号处于不饱和状态；

5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线接收系统自动增益控制方法，其特征在于：

步骤C中所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度指在所述当前时隙的非ramp区域中的一段特定时间内的若干个时间点测得的接收信号即时强度的平均值。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的无线接收系统自动增益控制方法，其特征在于：

步骤C中所述按照预设的条件对接收通道的增益进行控制，采用的方案为对当前时隙的接收通道增益进行调整或下一帧的对应时隙的接收通道增益进行调整。

7.一种无线接收系统的自动增益控制装置，其特征在于包括饱和判断模块、时隙头部增益控制模块、信号强度判断模块和非ramp区域增益控制模块；

其中，所述饱和判断模块用于在时隙头部ramp爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态；

8.根据权利要求7所述的无线接收系统的自动增益控制装置，其特征在于，所述饱和判断模块在时隙头部ramp爬坡区域判断当前时隙的接收信号是否处于饱和状态所采用的方案包括：

在所述时隙头部的若干时间点分别检测接收信号强度，并判断接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数是否大于预设的饱和时间点个数阀值；是则认为所述当前时隙的接收信号处于饱和状态，否则认为其处于不饱和状态。

9.根据权利要求8所述的无线接收系统的自动增益控制装置，其特征在于：

所述时隙头部增益控制模块用于在当前时隙处于饱和时，降低接收通道的增益，具体为：将接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的时间点的个数分为若干等级，每个等级分别对应一个增益下降值，并且接收信号强度大于预设的接收信号强度阀值的所述时间点的个数越多，则接收通道的增益降低越多。

10.根据权利要求7或8或9所述的无线接收系统的自动增益控制装置，其特征在于：

所述预设的条件为：

所述当前时隙在非ramp区域的接收信号强度高于预设的接收信号强度高门限值，则将接收通道增益降低一个预设的固定值；该固定值的选取应保证调整后的接收信号处于不饱和状态；

11.一种收发信单元，其特征在于，包括功率检测模块、自动增益控制装置和可调增益放大器；所述功率检测模块用于完成中频信号的实时功率值检测；所述自动增益控制装置用于根据所述检测得到的中频信号的功率决定增益控制方案；所述可调增益放大器用于执行所述自动增益控制装置决定的所述增益控制方案；所述自动增益控制装置为权利要求7至10任一项。