CN102377718A - 自动增益控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动增益控制方法和装置，可以解决OFDM系统在虚子载波处存在较强干扰时有效信号无法得到足够增益的问题。为此，本发明所提出的一种自动增益控制方法包括以下步骤：将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号；删除频域OFDM信号中的无效子载波；计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率；将计算的频域OFDM信号功率与目标功率比较，以产生一比较结果；以及根据所述比较结果在时域调整一信号增益，以输出所述时域OFDM信号。

Description

自动增益控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种自动增益控制方法和装置，尤其是涉及一种适用于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统的自动增益控制方法和装置。

背景技术

OFDM是一种多载波调制技术，主要思想是将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，随后调制到每个正交的子载波上进行传输。理想情况下，各正交子载波上的信号没有相互干扰。每个子载波上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子载波上的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。由于其频谱效率高、能较容易的对付多径传播引起的符号间干扰，因而在无线移动通信中得到了越来越多的应用，并且被普遍认为是未来4G的核心技术。

OFDM系统发送端最终发送的是时域信号，接收机接收到的也是时域信号。在经过处理到基带信号后，需要通过快速傅里叶变换(FFT)模块变换到频域，然后在频域进行数据的解调等处理。

OFDM系统是突发传输系统，即用户产生业务时才进行传输和解码，这就要求OFDM接收机能够快速检测接收信号的功率并进行合适的增益设置和帧同步。在OFDM接收机中，接收机输出信号水平取决于输入信号电平和接收机的增益。由于各种原因，接收机的输入信号变化范围往往很大，最强信号和最弱信号之间相差甚至可达几十分贝(dB)。为克服外界各种因素对接收机输入信号的影响，及正交频分复用系统时域峰均比(PAR)较高的特点，需要使用自动增益控制(AGC)技术，使得输入信号电平稳定在接收机的动态范围之内。

图1是OFDM频域信号的示意图。OFDM系统在时间上的基本单位是OFDM符号，在频率上的基本单位是子载波，时间和频率上的最小单位成为资源单元(RE，Resource Element)。图中的RS表示参考信号(Reference Signal)，主要是用于信道估计，通常RS总是需要发送的。

FFT模块对每一个OFDM符号分别进行处理。一个OFDM符号信号从频域上看如图2所示，中间的直流子载波主要是用于去除直流分量，不用来传输数据，两侧的有效子载波是用来传输数据的，两端的虚子载波主要是用来隔离带外干扰，也不用来传输数据。

传统自动增益控制方法使用时域信号(即FFT变换之前的信号)的功率作为衡量标准来产生用于接收机放大器的增益值，图3示出一个包含传统AGC装置的OFDM接收装置示意图。图中的前端处理模块10主要完成将信号变换到基带的操作。增益控制模块20、A/D(模/数转换)模块30、时域功率计算模块40以及时域功率计算模块50组成自动增益控制装置。增益控制模块20主要是对信号进行放大，A/D模块30进行模拟到数字转换，时域功率计算模块40完成对一段时间长度的时域信号功率的计算，比较判断模块50主要是将时域功率计算模块40计算得到的功率与预设的目标功率值进行比较，并根据比较结果生成新的增益值去控制增益控制模块20。去CP(循环前缀)模块60和FFT模块70主要是将信号变换到频域供后端处理使用。

然而，发现如果在虚子载波处存在较强干扰，或者由于存在其他带外干扰，接收滤波器对该干扰的抑制不够理想，在接收机降采样后会将该残留干扰混叠到虚子载波处。这种情况下，传统的AGC方法调整的结果会将有效信号的功率调低。原因在于，时域信号功率中包含了在虚子载波上的干扰功率，当该干扰功率远大于有效信号功率时，缩小了AGC调整在不受干扰时本应达到的放大比例，其结果是降低了有效信号，从而影响后续的解调性能。

再者，由于OFDM系统资源的分配一般从时间和频率两个方向上进行，时间上有可能是突发的，频率方向上用来传输数据的子载波数目也可能变化很大，因此很可能导致在时域上计算一段时间内的信号功率波动很大，不能真正反映实际的信号功率情况，从而导致AGC调整不稳定。虽然可以通过增加计算时域信号功率的时间间隔来解决该问题，但这样带来的新的问题是导致计算量的增加，同时也增加了AGC调整的周期，有可能使接收机无法跟踪信道的快速变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动增益控制方法和装置，可以避免OFDM系统在虚子载波处存在较强干扰时，有效信号无法得到足够增益的问题。

为此，本发明的一个方面提出一种自动增益控制方法，适用于OFDM系统，该方法包括以下步骤：将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号；删除频域OFDM信号中的无效子载波；计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率；将计算的频域OFDM信号功率与目标功率比较，以产生一比较结果；以及根据所述比较结果在时域调整一信号增益，以输出所述时域OFDM信号。

在本发明的一实施例中，将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号之前还包括：将时域OFDM信号由模拟信号转为数字信号；以及去除时域OFDM信号的循环前缀。

在本发明的一实施例中，上述的无效子载波可包括虚子载波和直流子载波。

在本发明的一实施例中，计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率的步骤包括：计算频域OFDM信号的接收信号强度。

在本发明的一实施例中，计算频域OFDM信号的接收信号强度之前还包括：选取能够反映接收机信号的整体水平的OFDM符号，以使用所述OFDM符号来计算接收信号强度。

在本发明的一实施例中，所述OFDM符号为以下的其中之一：参考信号的OFDM符号、用于传输控制信道的OFDM符号。

本发明的另一方面提出一种自动增益控制装置，适用于OFDM系统，所述装置包括频域变换模块、无效子载波删除模块、功率计算模块、比较模块以及增益控制模块。频域变换模块将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号。无效子载波删除模块连接该频域变换模块，删除频域OFDM信号中的无效子载波。功率计算模块连接该无效子载波删除模块，计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率。比较模块将计算的频域OFDM信号功率与目标功率比较，以产生一比较结果。增益控制模块连接所述比较模块与一接收信号，根据所述比较结果在时域调整一信号增益，以输出所述时域OFDM信号。

在本发明的一实施例中，上述装置还包括模数转换模块和去循环前缀模块。模数转换模块连接增益控制模块，以将时域OFDM信号由模拟信号转为数字信号。去循环前缀模块连接模数转换模块，以去除时域OFDM信号的循环前缀。

在本发明的一实施例中，上述无效子载波包括虚子载波和直流子载波。

在本发明的一实施例中，上述功率计算模块是计算频域OFDM信号的接收信号强度。

在本发明的一实施例中，上述装置还可包括：OFDM符号选取模块，选取能够反映接收机信号的整体水平的OFDM符号，以传输给所述功率计算模块计算频域接收信号强度。

本发明由于使用频域有效子载波上的数据的功率作为AGC的判断准则，使之与现有技术相比，可以减小在虚子载波处存在的强干扰对信号接收的影响。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是OFDM频域信号的示意图。

图2是OFDM符号信号在频域的示意图。

图3是包含传统AGC装置的OFDM接收装置示意图。

图4是包含本发明一实施例的AGC装置的OFDM接收装置示意图。

具体实施方式

概要地说，本发明是提出一种自动增益控制方法，适用于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)系统，在该方法中，增益控制参考了OFDM频域信号的功率与一目标功率，该OFDM频域信号中已经去除了诸如虚子载波之类的无效成分，以避免在AGC(自动增益控制)调整时对增益的抑制，使得有效信号能够获得足够的增益。OFDM频域信号可通过将OFDM时域信号进行诸如FFT(快速傅立叶变换)或类似的频域变换而获得。

下面以LTE系统为例，进一步描述本发明的实施例。

图4是包含本发明一实施例的AGC装置的OFDM接收装置示意图。参照图4所示，虚框内为AGC装置。OFDM接收装置由天线接收的信号，经前端处理模块110处理后，进入AGC装置。AGC装置主要包括增益控制模块120、模数转换模块130、去循环前缀(CP)模块140、频域变换模块150、无效子载波删除模块160、OFDM符号选取模块170、频域功率计算模块180、以及比较模块190，这些模块120-190连接成一个闭环控制链路。

由前端处理模块110处理的接收信号一般会先于A/D(模数变换)模块130进行模数转换，再于去CP模块130去除循环前缀。接着经过频域变换模块150，转换成频域数据。频域变换模块150典型地使用FFT(快速傅里叶变换)。在此之后，无效子载波删除模块160可诸如虚子载波和直流子载波这样的无效子载波，以保留诸如图2中所示阴影部分的有效子载波。

之后，在一个实施例中，可直接在频域功率计算模块180进行频域功率计算。在此，典型地以频域RSSI(接收信号强度指示)作为信号功率指标。

在较优实施例中，可由OFDM符号选取模块170先选取典型的、能够反映接收机信号的整体水平的OFDM符号来参与上述的频域功率计算。这一选取操作的好处是避免因为数据的突发而急剧变化，从而导致AGC调整不稳定的问题。在本发明的实施例中，典型的OFDM符号可以是含RS的OFDM符号，也可以是用于发送控制信道(包括PCFICH(物理控制格式指示信道)、PDCCH(物理下行链路控制信道))的OFDM符号。如此选择的主要原因主要是参考信号总是在发送的，而控制信道也一般是需要发送的，因此包含RS的OFDM符号或者用于发送控制信道的OFDM符号的功率比较能反映接收机信号的整体水平，不会因为数据的突发而急剧变化，因此不会导致AGC调整不稳定的问题。

在此，设所选取的OFDM符号的索引的集合为L。

在产生OFDM符号的索引的集合为L之后，可进行RSSI的计算。设在频率方向上用于计算的子载波索引的集合为K，且设第l个OFDM符号第k个子载波上的接收数据为r_k，l，则频域RSSI计算方法如下：

$\mathrm{RSSI}=10{\log }_{10}\left(\frac{1}{L_{\mathrm{Num}}}\underset{l\∈L}{\mathrm{\Σ}}\left(\underset{k\∈K}{\mathrm{\Σ}}{\left|r_{k,l}\right|}^2\right)\right).$

在计算出频域RSSI代表的功率指标后，在比较模块190，将计算得到的频域RSSI与预设定的目标值进行比较。预设定的目标值是使接收信号的功率在一个合理的范围，也就是使后端处理性能最优的信号功率，通常在一个范围内取值，该值一般取为比信号满幅功率低20～40dB的一个值，记为RSSI_Target，比较方法的代码如下：

$\mathrm{if}(\mathrm{RSSI}>{\mathrm{RSSI}}_{T\arg \mathrm{et}}+\frac{\mathrm{\α}}{2})$

{

   Δ_AGC＝-R_step；

}

$\mathrm{else\; if}(\mathrm{RSSI}<{\mathrm{RSSI}}_{T\arg \mathrm{et}}-\frac{\mathrm{\&alpha;}}{2})$

{

   Δ_AGC＝R_step；

}

else

{

    Δ_AGC＝0；

}

在上述代码中，α表示功率增益保持不变的范围，即当测量的频域RSSI在范围内时，接收机增益控制保持不变，α取值通常可在0～6dB；R_step为AGC调整的步长，即每次增益控制的调整量，Δ_AGC为正表示对信号的增益需要增加R_step，Δ_AGC为负表示对信号的增益需要减少R_step，R_step的取值通常可在2～6dB。

由上述比较方法获得的结果Δ_AGC可作为增益控制模块120进行增益调整的控制值，从而输出合适的时域信号。

本发明上述实施例所描述的方法和装置，由于只使用有效子载波的信号功率作为AGC调整的依据，在虚子载波处存在较强干扰时可能会导致A/D转换出现饱和的现象，即在时域出现削峰的现象。但是由于时域削峰现象主要影响信号的高频部分，而虚子载波正好处于信号的高频部分，因此这一方法对有效子载波的影响很小。

综上所述，本发明所描述的实施例相比传统的基于时域的AGC调整方法，具有以下优点：

1、使用频域有效子载波上的数据的功率作为AGC的判断准则，可以减小在虚子载波处存在的强干扰对信号接收的影响；

2、选择典型的OFDM符号进行RSSI计算，可以克服由于数据突发造成的对AGC调整的剧烈波动。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (12)

1.一种自动增益控制方法，适用于OFDM系统，所述方法包括：

将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号；

删除频域OFDM信号中的无效子载波；

计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率；

将计算的频域OFDM信号功率与目标功率比较，以产生一比较结果；以及

根据所述比较结果在时域调整一信号增益，以输出所述时域OFDM信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号之前还包括：

将时域OFDM信号由模拟信号转为数字信号；以及

去除时域OFDM信号的循环前缀。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无效子载波包括虚子载波和直流子载波。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率的步骤包括：计算频域OFDM信号的接收信号强度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，计算频域OFDM信号的接收信号强度之前还包括：选取能够反映接收机信号的整体水平的OFDM符号，以使用所述OFDM符号来计算接收信号强度。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述OFDM符号为以下的其中之一：参考信号的OFDM符号、用于传输控制信道的OFDM符号。

7.一种自动增益控制装置，适用于OFDM系统，所述装置包括：

频域变换模块，将时域OFDM信号转换为频域OFDM信号；

无效子载波删除模块，连接该频域变换模块，删除频域OFDM信号中的无效子载波；

功率计算模块，连接该无效子载波删除模块，计算删除无效子载波后的频域OFDM信号功率；

比较模块，将计算的频域OFDM信号功率与目标功率比较，以产生一比较结果；以及

增益控制模块，连接所述比较模块与一接收信号，根据所述比较结果在时域调整一信号增益，以输出所述时域OFDM信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

模数转换模块，连接所述增益控制模块，以将时域OFDM信号由模拟信号转为数字信号；以及

去循环前缀模块，连接所述模数转换模块，以去除时域OFDM信号的循环前缀。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述无效子载波包括虚子载波和直流子载波。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述功率计算模块是计算频域OFDM信号的接收信号强度。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：

OFDM符号选取模块，选取能够反映接收机信号的整体水平的OFDM符号，以传输给所述功率计算模块计算频域接收信号强度。

12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述OFDM符号为以下的其中之一：参考信号的OFDM符号、用于传输控制信道的OFDM符号。

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