CN102413087B - 适用于mb-ofdm系统的模拟自适应增益控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于MB-OFDM系统的模拟自适应增益控制方法，包括：接收信号；在第一时间段内对所述接收到的信号执行暂态出饱和操作，以使所述信号从饱和区脱离；以及经过所述第一时间段后执行暂态捕获操作，以锁定所需设定的接收增益，其中，所述暂态出饱和操作和所述暂态捕获操作中不使用所述系统的同步信息。本发明可以大幅优化无线通信系统的接收机的性能。

Description

适用于MB-OFDM系统的模拟自适应增益控制方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统接收机性能优化技术，尤其涉及一种新颖的适用于MB-OFDM系统的模拟自适应增益控制(AAGC)方法。

背景技术

无线通信系统接收机在接收信号时，由于信道的变化、衰落和接收信号条件等不同，其输入端信号电平会在很大范围内变化。这种信号电平不稳定的特性会严重影响接收机性能的稳定性，极端情况下，甚至导致接收机无法正常工作。

模拟自适应增益控制(AAGC)电路是一种在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的自动控制电路。AAGC的基本原理是产生一个随输入电平而变化的直流AAGC电压，利用AAGC电压去控制某些射频电路功率放大部件(如中放)的增益，使接收机总增益按照一定规律而变化。

通常，AAGC在无线通信系统中的位置如框图1所示。如图1所示，AAGC模块104采集经天线101、模拟增益电路102和模数转换器(A/D)103的信号后对模拟增益电路102实施操作。

目前，AAGC模块是各种无线通信系统中的基本功能模块。传统的AAGC算法利用同步信息，计算某部分信号的信号功率，反馈给模拟端。但此种算法存在先利用同步信息的缺点，假如初始信号接收功率过大，则同步失败，从而也就不能准确的计算信号功率。

此外，MB-OFDM系统采用跳频技术，传统的AAGC算法针对该系统进一步存在如下缺陷：

MB-OFDM系统相邻符号可能位于不同频点，该特性会导致同步无法准确定位完整干净的信号符号，从而引发AAGC错误计算当前信号功率，AAGC的增益也随之发生错误调整。此外，传统的AAGC算法在接收同步信息时，干扰或噪声可能导致同步误检。对于MB-OFDM系统，需要采用特殊算法来规避同步误检引发的AAGC控制增益的失控问题。

发明内容

针对现有技术的上述不足以及MB-OFDM系统的技术特性，本发明提出了完整的AAGC方案来处理接收机中的增益控制问题。

主要的技术创新如下所述：

1)将AAGC模块的状态分为暂态与稳态两个部分。暂态主要考虑收敛时延特性，稳态主要考虑增益稳定度特性。

2)在暂态时，利用新颖的同步算法来捕获完整的信号以度量信号功率。该算法无需利用系统的同步信息，降低了系统的耦合性。同时，采用特有的同步保护算法来规避同步误检问题。暂态捕获将接收信号功率调整到系统的目标功率左右。

3)在稳态时，利用系统同步信息实时跟踪信号功率，并调整信号功率至目标功率。该阶段将利用MB-OFDM系统特有的HCS-CRC来监控系统同步信息的正确性，以规避同步误检引发的AAGC控制增益的失控问题。

具体地，本发明提出了一种适用于MB-OFDM系统的模拟自适应增益控制方法，包括：接收信号；在第一时间段内对所述接收到的信号执行暂态出饱和操作，以使所述信号从饱和区脱离；以及经过所述第一时间段后执行暂态捕获操作，以锁定所需设定的接收增益，其中，所述暂态出饱和操作和所述暂态捕获操作中不使用所述系统的同步信息。

根据一较佳实施例，在上述模拟自适应增益控制方法中，所述暂态出饱和操作包括：将接收增益设置为最大增益；计算一窗长内的所述信号的信号功率；将所述信号功率与一目标功率进行比较；如果所述信号功率大于所述目标功率，则降低所述接收增益，然后经一第二时间段后重复所述计算步骤和所述比较步骤，其中所述第二时间段小于所述第一时间段；如果所述信号功率小于所述目标功率，则不改变接收增益。

根据一较佳实施例，在上述模拟自适应增益控制方法中，所述暂态捕获操作包括：从一预设起点起依次计算每一点的互相关和、能量和、尾符号128点能量、尾符号前64点能量、尾符号后64点能量，以确定所需设定的接收增益。

根据一较佳实施例，在上述模拟自适应增益控制方法中，所述确定所需设定的接收增益的步骤包括：将第一个所述互相关和同能量和之比大于一阈值的点作为第一点，在所述第一点后的128点的范围内，找出相关和能量最大的点作为第二点，如果所述第二点的尾符号前64点能量与尾符号后64点能量相差在两倍之内且该第二点的互相关和同能量和之比大于所述阈值，则基于所述第二点的尾符号128点能量和所述目标功率确定所需设定的接收增益。

根据一较佳实施例，在上述模拟自适应增益控制方法中，所述预设起点是6个符号之后的第128点。

根据一较佳实施例，在上述模拟自适应增益控制方法中，在所述暂态捕获操作之后，进一步执行基于所述系统的同步信息的稳态跟踪操作。

根据一较佳实施例，在上述模拟自适应增益控制方法中，所述稳态跟踪操作利用所述MB-OFDM系统的HCS-CRC(头校验序列-循环冗余检验，Header CheckSequence-Cycle Redundancy Check)来监控所述系统的同步信息的正确性。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1示出了AAGC模块在系统中的位置的示意性框图。

图2示出了根据本发明的方法的示意性框图。

图3示意性地示出了暂态出饱和操作的流程图。

图4示出了MB-OFDM系统中的帧结构。

图5示出了标准前序的结构。

图6示出了暂态AAGC仿真图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。

如上所述，本发明将AAGC模块的状态分为暂态与稳态两个部分。暂态主要考虑收敛时延特性，稳态主要考虑增益稳定度特性。

本发明的模拟自适应增益控制方法依次可以包括三步：暂态出饱和操作、暂态捕获操作和稳态跟踪操作。例如，如图2所示，本发明的方法可以接收信号(步骤201)；在第一时间段内对接收到的信号执行暂态出饱和操作(步骤202)，以使信号从饱和区脱离；以及经过第一时间段后执行暂态捕获操作(步骤203)，以在暂态下更准确的锁定此时所需要设置的接收增益。特别是，根据本发明，在暂态中不需要使用系统的同步信息。

图3示意性地示出了暂态出饱和操作的主要步骤：将接收增益设置为最大增益(步骤301)；计算一窗长内的所述信号的信号功率(302)；将所述信号功率与一目标功率进行比较(步骤303)；如果所述信号功率大于所述目标功率，则降低所述接收增益，然后经一第二时间段后重复所述计算步骤和所述比较步骤，其中所述第二时间段小于所述第一时间段(步骤304)；如果所述信号功率小于所述目标功率，则不改变接收增益(步骤305)。经过固定的出饱和时间后，此暂态出饱和操作结束。可见，本发明直接计算一窗长内的信号功率，而不需要如现有技术那样使用系统的同步信息。根据一优选实施例，上述窗长取64点。由于设置的出饱和时间下，在对方有信号发送时，可以覆盖到该信号。因此经过此阶段，可保证接收信号脱离信号饱和区。

接着，根据本发明的暂态捕获操作包括从一预设起点起依次计算每一点的互相关和、能量和、尾符号128点能量、尾符号前64点能量、尾符号后64点能量，以确定所需设定的接收增益。特别是，确定所需设定的接收增益的步骤可以包括：将第一个所述互相关和同能量和之比大于一阈值的点作为第一点，在所述第一点后的128点的范围内，找出相关和能量最大的点作为第二点，如果所述第二点的尾符号前64点能量与尾符号后64点能量相差在两倍之内且该第二点的互相关和同能量和之比大于所述阈值，则基于所述第二点的尾符号128点能量和所述目标功率确定所需设定的接收增益。

以下结合本发明的一个具体实施例来详细描述该暂态捕获操作在MB-OFDM系统中的一应用实施例。该实施例利用MB-OFDM信号中前序(preamble)部分至少隔6个符号处于同一频带(band)的特性来设计。MB-OFDM信号的相关结构请参考图4和图5所示。例如，如图4所示，在MB-OFDM系统中，一个帧由PLCP(物理层汇聚协议，Physical Layer Convergence Procedure)前序、PLCP首部和PSDU(物理层服务数据单元，Physical Layer service data unit)构成。

在该实施例中，每个符号为128点，相邻符号之间有37个点的空隙作为ZP(零值填充，Zero-Padded)用以减少多径干扰。从第165×6+128个点开始，计算下列参数。

a.互相关和(互相关：在信号处理领域中，互相关(有时也称为“互协方差”，或“滑动点积”)是用来表示两个信号之间相似性的一个度量。互相关和：因为每个符号128点，则两个符号的互相关是128点的互相关值之和。)

${\mathrm{Corr}}_i=\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{i-990-k}\×\mathrm{conj}\left(r_{i-k}\right)$

b.能量和(在信号处理领域，离散数据符号的能量为该符号采样点的幅度平方和。能量和：对两个符号的能量求和。)

${\mathrm{Energy}}_i=\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|r_{i-990-k}{|}^2+\left|r_{i-k}{|}^2\right)$

c.尾符号前64点能量(含义：每个符号共有165个采样点，该处求取前64个采样点的幅度平方和。)

$\mathrm{first}64\_\mathrm{energ}{y}_i=\underset{k=0}{\overset{64}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|r_{i-k}{|}^2)$

d.尾符号后64点能量(含义：每个符号共有165个采样点，该处求取符号的96点至159点(0点为第一个索引)，共64个采样点的幅度平方和。)

$\mathrm{last}64\_\mathrm{energ}{y}_i=\underset{k=96}{\overset{159}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|r_{i-k}{|}^2)$

e.尾符号128点能量(含义：对尾符号的0点至127点，共128个采样点求取幅度平方和。)

$\mathrm{last}128\_\mathrm{energ}{y}_i=\underset{k=0}{\overset{127}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|r_{i-k}{|}^2)$

在上述各式中，r表示接收的符号，i为当前采样点索引。如本领域的技术人员所熟知的，点的含义是采样点数据，每个采样点数据可以用多个位(bit)来表示。

后面每滑动一个点，上面5个值都要进行更新。

(1)从第990+128点开始，判断下式：

$\frac{|{\mathrm{Corr}}_i/128{|}^2}{{({\mathrm{Energy}}_i/256)}^2}>\mathrm{hold}1$

捕捉到第一个超过预设的阈值(holdl)的点，记该点索引值为Maxindex。相关和能量|Corr_i/128|²保存为。

Maxenergy。

(2)在该索引值后的128点范围内，比较下式：

|Corr_i/128|²＞Maxenergy

找到最大值后，记下该最大值时的索引值，表示为Maxindex。以及该索引值的last128_energy_i，first64_energy_i，last64_energy_i，Energy_i。

P_curr＝last128_energy/128

P₁＝first64_energy

P₂＝last64_energy

(3)如果P₁和P₂功率相差在2倍以内(例如，3db差异)且则将P_curr和一目标功率相比，计算出功率差db_diff，然后确定所需设定的接收增益用于进行相应的功率调整。

重复以上步骤。如果出现连续两次db_diff＝0，则捕获阶段完成；否则执行固定的捕获时间。

最后，在上述暂态捕获操作之后，进一步执行基于系统的同步信息的稳态跟踪操作。该稳态跟踪操作利用系统同步信息，截取完整信号计算有用信号功率，进行相应的功率调整。特别地，该稳态跟踪操作利用所述MB-OFDM系统的HCS-CRC(头校验序列-循环冗余检验，Header Check Sequence-Cycle RedundancyCheck)来监控所述系统的同步信息的正确性。

例如，针对以上描述的具体实施例，假设某个频带上某个符号的时域信号表示为：

a_i    (i从1到165)

(1)每四个点求一个平均功率。(只对前128点进行)

$E_i=\frac{\underset{k=i*4-3}{\overset{k=i*4}{\mathrm{\Σ}}}|a_k{|}^2}{4}$

(2)计算滑动平均功率(在整个包内都需要进行)

P_i＝P_i-1*(1-alpha2)+E_i*alpha2 P₀为前面状态所保存的功率，alpha2为滑动平均因子，取值为0与1之间，优选取值0.25。

(3)在包头处，取此时的功率P_curr和目标功率相比，计算出db_diff。

(4)若HCS-CRC为正确，则利用db_diff调整AAGC的控制增益；

(5)若HCS-CRC为错误，则维持AAGC的控制增益为前一状态，并将相关寄存器复原为之前状态。即当前所有状态都抛弃。

图6为暂态AAGC的仿真图。从仿真效果可以看成，通过暂态AAGC，可以达到在业务开展前增益因子调到目标功率的目的。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (5)

1.一种适用于MB-OFDM系统的模拟自适应增益控制方法，包括：

接收信号；

在第一时间段内对所述接收到的信号执行暂态出饱和操作，以使所述信号从饱和区脱离；以及

经过所述第一时间段后执行暂态捕获操作，以锁定所需设定的接收增益，

其中，所述暂态出饱和操作和所述暂态捕获操作中不使用所述系统的同步信息，

其中，所述暂态捕获操作包括：从一预设起点起依次计算每一点的互相关和、能量和、尾符号128点能量、尾符号前64点能量、尾符号后64点能量，以确定所需设定的接收增益，

其中，所述确定所需设定的接收增益的步骤包括：将第一个所述互相关和同能量和之比大于一阈值的点作为第一点，在所述第一点后的128点的范围内，找出相关和能量最大的点作为第二点，如果所述第二点的尾符号前64点能量与尾符号后64点能量相差在两倍之内且该第二点的互相关和同能量和之比大于所述阈值，则基于所述第二点的尾符号128点能量和目标功率确定所需设定的接收增益。

2.如权利要求1所述的模拟自适应增益控制方法，其特征在于，所述暂态出饱和操作包括：

将接收增益设置为最大增益；

计算一窗长内的所述信号的信号功率；

将所述信号功率与所述目标功率进行比较；

如果所述信号功率大于所述目标功率，则降低所述接收增益，然后经一第二时间段后重复所述计算步骤和所述比较步骤，其中所述第二时间段小于所述第一时间段；

如果所述信号功率小于所述目标功率，则不改变接收增益。

3.如权利要求1所述的模拟自适应增益控制方法，其特征在于，所述预设起点是6个符号之后的第128点。

4.如权利要求1所述的模拟自适应增益控制方法，其特征在于，在所述暂态捕获操作之后，进一步执行基于所述系统的同步信息的稳态跟踪操作。

5.如权利要求4所述的模拟自适应增益控制方法，其特征在于，所述稳态跟踪操作利用所述MB-OFDM系统的HCS-CRC来监控所述系统的同步信息的正确性。