CN102546505B - 一种自动增益控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动增益控制方法和装置，其方法为：接收正交频分复用OFDM时域信号，并将OFDM时域信号变换至基带进行处理后，将其变换至频域中，获取对应的OFDM频域信号；提取OFDM频域信号的有效子载波；计算OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值；当功率比值大于预设门限值时，对有效子载波上的数据进行左移位；反之不进行左移位。通过本发明的方法和装置不仅可以实现在虚子载波处干扰较小的情况下的自动增益控制，还可以实现在虚子载波处的干扰较大时，对有效子载波处的数据进行放大，以便于减小后续处理的精度损失，以及避免对后续解调性能和接收机整体性能的影响，达到更好的自动增益控制效果。

Description

一种自动增益控制方法和装置

技术领域

本发明涉及无线移动通信技术领域，更具体的说，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

在当前的无线移动通信技术领域中，OFDM是一种多载波调制技术，其主要通过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。

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。在现有技术中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PAR(时域峰均比)较高的特点，需要使用AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)技术，使得输入信号电平稳定在接收机的动态范围之内。

请参阅图1，为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(图1中用OFDM表示)；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RE(Resource Element，资源单元)；此外，在图1中，RS(Reference Signal，参考信号)主要是用于信道估计，通常RS总是需要发送的。(图1中的偶时隙用RT表示，奇时隙用LT表示)

由于，在现有技术中，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FFT(快速傅里叶变换)模块变换到频域，然后在频域进行数据的解调等处理。其中，FFT模块需要对每一个OFDM符号分别进行处理，而一个OFDM符号信号从频域上看如附图2所示，中间的直流子载波A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B是用来传输数据的，两端的虚子载波C主要是用来隔离带外干扰，也不用来传输数据。

在现有技术中，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。

如图3所示，为一个包含传统AGC装置的OFDM接收装置示意图。图3中的前端处理模块101主要完成将信号变换到基带的操作；AGC模块102主要是通过信号放大、模数转换、再完成对一段时间长度的时域信号功率的计算，将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实现增益的控制；而去CP(循环前缀)模块103、FFT模块104主要是将信号变换到频域供后端处理使用，有效子载波提取模块104主要是去除OFDM符号上的直流子载波和两端的虚子载波，提取有效子载波。图3中的有效子载波提取模块为105、后端模块为106。

但是，在采用现有技术的方法及装置实现增益控制的过程中，会存在如下缺点：

其一，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，这些在虚子载波上的较强干扰本应对有效子载波上的数据影响很小，但由于传统的AGC方法，使用时域信号功率进行增益调整，而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，AGC的目标是将时域信号功率调整到一个合适的范围，但由于此时计算的时域信号功率中干扰功率较大，AGC调整的结果就是将有效信号的功率调低，从而影响后面的解调性能。

其二，如果用频域信号中有效子载波处的功率去进行AGC调整，在虚子载波处存在较强干扰时，按照有效子载波的功率调整目标值，回事时域的信号功率较大(包含了较强的虚子载波处的干扰)，因此，此时进行FFT变换，会出现数据的大量饱和，这也会影响接收机性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自动增益控制方法和装置，以克服采用传统的方法和装置进行增益控制时，会影响系统的解调性能和系统中的接收机性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自动增益控制方法，包括：

接收正交频分复用OFDM时域信号，并将所述OFDM时域信号变换至基带进行处理后，将其变换至频域中，获取对应的OFDM频域信号；

提取所述OFDM频域信号的有效子载波；

计算所述OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值；

当所述功率比值大于预设门限值时，对所述有效子载波上的数据进行左移位。

优选的，当所述功率比值不大于预设门限值时，不执行对所述有效子载波上的数据的左移位。

优选的，所述当所述功率比值大于预设门限值时，所述功率比值越大，左移位的位数越大。

优选的，所述功率比值与左移位位数的关系为：

左移位位数的取值为以二为底取所述功率比值的对数值。

优选的，所述将所述OFDM时域信号变换至基带进行处理具体为：

对所述OFDM时域信号进行放大

对放大后的所述OFDM时域信号进行模数转换，并输出；

在预设时间段内对进行模数转换后的所述OFDM时域信号进行功率计算，获取所述OFDM时域信号的功率；

将所述OFDM时域信号的功率与预设的目标功率进行比较，并获取比较结果；

依据获取到的所述比较结果生成新的增益值，返回控制对所述OFDM时域信号的放大。

优选的，所述将所述OFDM时域信号变换至频域中，获取对应的OFDM频域信号具体为：

获取处理后的所述OFDM时域信号，对其进行去循环前缀CP操作；

对去CP操作后的所述OFDM时域信号进行快速傅立叶变换FFT，获取OFDM频域信号。

一种自动增益控制装置，包括：

前端处理模块，用于接收OFDM时域信号，并将所述时域信号变换至基带；

自动增益控制AGC模块，用于在基带中对所述OFDM时域信号进行处理；

去CP模块，用于对处理后的所述OFDM时域信号进行去CP操作；

快速傅立叶变换模块，用于将执行去CP操作后的所述OFDM时域信号进行快速傅立叶变换，使其变换至频域中，获取OFDM频域信号；

有效子载波提取模块，用于提取变换至频域中的所述OFDM频域信号的有效子载波；

功率比值计算模块，用于计算所述OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值；

比较模块，用于将所述功率比值与预设门限值进行比较，判断所述功率比值与预设门限值之间的大小；

数字AGC模块，用于在所述功率比值大于预设门限值时，对所述有效子载波上的数据进行左移位；在所述功率比值小于等于预设门限值时，对有效子载波进行透传；

后端处理模块，用于接收放大数据后的有效子载波或未放大数据的有效子载波。

优选的，所述在对所述有效子载波上的数据进行左移位时，所述功率比值越大，左移位的位数越大。

优选的，所述功率比值与左移位位数的关系为：

左移位位数的取值为以二为底取所述功率比值的对数值。

优选的，所述自动增益控制AGC模块中包括：

增益控制单元，用于对所述OFDM时域信号进行放大；

A/D单元，用于对放大后的所述OFDM时域信号进行模数转换，并输出；

时域功率计算单元，用于在预设时间段内对进行模数转换后的所述OFDM时域信号进行功率计算，获取所述时域信号的功率；

比较判断单元，用于将所述OFDM时域信号的功率与预设的目标功率进行比较，并获取比较结果，并将该比较结果返回至增益控制单元中。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种自动增益控制方法和装置，不仅可以实现在虚子载波处干扰较小的情况下按照时域信号功率来控制模拟AGC外，还可以实现在虚子载波处的干扰较大时，对有效子载波处的数据进行放大，并根据该比值确定放大的大小，以便于减小后续处理的精度损失，以及避免对后续解调性能和接收机整体性能的影响，达到比执行现有技术中的AGC方法更好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为OFDM频域信号的示意图；

图2为频域上的一个OFDM符号信号示意图；

图3为现有技术中的一个包含传统AGC装置的OFDM接收装置示意图；

图4为本发明实施例公开的一种自动增益控制方法的流程图；

图5为本发明实施例公开的进行时域信号处理的流程图；

图6为本发明实施例公开的一种自动增益控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用；

AGC：Automatic Gain Control，自动增益控制；

CP：Cyclic Prefix，循环前缀；

FFT：快速傅里叶变换；

RE：Resource Element，资源单元；

RS：Reference Signal，参考信号。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，一个OFDM符号信号从频域上看，主要包括：中间的直流子载波A、两侧的有效子载波B和两端的虚子载波C。其中，中间的直流子载波A和两端的虚子载波C都不是用来传输数据，只有两侧的有效子载波B是用来传输数据的。由于在虚子载波处存在较强干扰时，采用传统的自动增益控制方法使用时域信号功率进行增益调整，由于虚子载波处较强的干扰，容易使接收机的性能受到影响，以及使AGC调整的有效信号的功率调低，从而影响后面的解调性能。因此，为避免上述情况发生或改善上述情况，本发明公开了一种自动增益控制方法和装置，根据虚子载波处与有效子载波处的功率比值确定是否需要对有效子载波处的数据进行数字AGC，并在虚子载波处的干扰较大时，对有效子载波处的数据进行放大，以减少后续处理的精度损失，降低对系统的解调性能和接收机性能的影响。具体执行方案将通过以下实施例进行详细说明。

请参阅附图4，为本发明实施例公开的一种自动增益控制方法流程图，主要包括以下步骤：

步骤S101，接收OFDM时域信号，并将所述OFDM时域信号变换至基带。

步骤S102，在基带中对所述OFDM时域信号进行处理。

步骤S103，对处理后的所述OFDM时域信号进行去CP操作。

步骤S104，对执行去CP操作后的所述OFDM时域信号进行FFT处理，使其变换至频域中，获取OFDM频域信号。

步骤S105，提取变换至频域中的所述OFDM频域信号的有效子载波。

需要说明的是，OFDM系统在时间上的基本单位是OFDM符号，而在频率上的基本单位则为子载波，时间和频率上的最小单元称为RE，RS则表示参考信号，用于信道估计，OFDM频域信号的结构如附图1所示。

步骤S106，计算所述OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值δ。

步骤S107，判断所述功率比值δ是否大于预设门限值λ，如果是，则执行步骤S108；如果否，则使所述有效子载波处的数据发送至后端，供后端处理使用。

在执行步骤S106和步骤S107时，经过判断，当计算获取到的功率比值δ较小时，则说明当前接收的OFDM频域信号处于正常情况下，即虚子载波处存在较小的干扰；当计算获取到的功率比值δ较大时，则说明此时的虚子载波处存在较强的干扰，为避免该干扰对后续解调性能和接收机整体性能的影响，需要对有效子载波处的数据进行放大，即执行下面的步骤S108。

步骤S108，对所述有效子载波上的数据进行放大，即进行移位(左移)。

步骤S109，完成对系统的自动增益控制。

在执行步骤S107判断出所述功率比值比预设门限值λ大时，即δ＜λ时，执行步骤S108对有效子载波上的数据进行放大，即向左移位，需要说明的是，对有效子载波上的数据左移移位的位数可以根据功率比值δ确定，一般情况下功率比值δ越大，移位位数也就越多，如果移位位数用α表示，则根据上述的描述可知，移位位数α与功率比值δ之间的关系为：

需要说明的是，在执行步骤S102时对所述时域信号所进行的处理，请参阅附图5，主要包括以下步骤：

步骤S1021，对所述OFDM时域信号进行放大。

步骤S1022，对放大后的所述OFDM时域信号进行模数转换，并输出，同时执行步骤S1023。

步骤S1023，在预设时间段内对进行模数转换后的所述OFDM时域信号进行功率计算，获取所述OFDM时域信号的功率。

步骤S1024，将所述OFDM时域信号的功率与预设的目标功率进行比较，并获取比较结果。

步骤S1025，依据步骤S1024中获取到的所述比较结果生成新的增益值，返回执行步骤S1021，依据所述新的增益值控制对变换后的所述OFDM时域信号的放大。

上述在执行步骤S1023中的预设时间段内的进行功率计算是指：完成对一段预设时间长度的OFDM时域信号功率的计算。

在上述本发明实施例中所提到的预设门限值，以及预设时间段在本发明中并不限定，可以根据具体情况进行设置。

由上述本发明实施例的描述可知，通过本发明实施例公开的一种自动增益控制方法，不仅可以实现在虚子载波处干扰较小的情况下按照时域信号功率来控制模拟AGC外，还可以实现在虚子载波处的干扰较大时，对有效子载波处的数据进行放大，并根据该比值确定放大的大小，以便于减小后续处理的精度损失，以及避免对后续解调性能和接收机整体性能的影响，达到比执行现有技术中的AGC方法更好的效果。

上述本发明公开的实施例中详细描述了一种自动增益控制方法，对于本发明的方法可采用多种形式的装置实现，因此本发明还公开了一种自动增益控制装置，下面给出具体的实施例进行详细说明。

请参阅附图6，为本发明实施例公开的一种自动增益控制装置的结构示意图。主要包括：前端处理模块201、AGC模块202、去CP模块203、FFT模块204、有效子载波提取模块205、功率比值计算模块206、比较模块207、数字AGC模块208和后端处理模块209。

前端处理模块201，用于接收OFDM时域信号，并将所述时域信号变换至基带。

AGC模块202，用于在基带中对所述OFDM时域信号进行处理。

去CP模块203，用于对处理后的所述OFDM时域信号进行去CP操作。

FFT模块204，用于将执行去CP操作后的所述OFDM时域信号进行FFT处理，使其变换至频域中，获取OFDM频域信号。

有效子载波提取模块205，用于提取变换至频域中的所述OFDM频域信号的有效子载波。

功率比值计算模块206，用于计算所述OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值δ。

需要说明的是，正常情况下，计算获取到的功率比值δ比较小，但当虚子载波处存在较强干扰时，该功率比值δ会变大。

比较模块207，用于将所述功率比值δ与预设门限值λ进行比较，判断所述功率比值δ与预设门限值λ之间的大小。

数字AGC模块208，用于在所述功率比值δ大于预设门限值λ时，对所述有效子载波上的数据进行放大，即进行左移位；在所述功率比值δ小于等于预设门限值λ时，实现对有效子载波的透传。

后端处理模块209，用于接收放大数据后的有效子载波或未放大数据的有效子载波，进行相关处理(此处的处理与现有技术中的后端处理相同，这里不再赘述)。

需要说明的是，在比较模块207中将功率比值δ与预先设定的预设门限值λ进行比较，如果δ＞λ，则表示可以使用数字AGC模块208，如果相反，则表示不可以使用数字AGC模块208，即不需要对有效子载波中的数据进行放大。

所谓使用数字AGC模块208，是指在δ＞λ时，在该数字AGC模块208中对有效子载波上的数据进行移位(左移)；所谓不使用数字AGC模块208，是指在δ≤λ时，对有效子载波进行透传。

此外，需要说明的是，在δ＞λ时，该数字AGC模块208对有效子载波上的数据左移移位的位数可以根据功率比值δ确定，即根据上述本发明公开的方法实施例中的式(1)进行确定，通常情况下该功率比值δ越大，移位位数越多。

需要说明的是，在上述本发明公开的实施例中，AGC模块202中主要包括：增益控制单元2021、A/D单元(模数转换单元)2022、时域功率计算单元2023和比较判断单元2024。

增益控制单元2021，用于对所述OFDM时域信号进行放大。

A/D单元2022，用于对放大后的所述OFDM时域信号进行模数转换，并输出。

时域功率计算单元2023，用于在预设时间段内对进行模数转换后的所述OFDM时域信号进行功率计算，获取所述OFDM时域信号的功率。

比较判断单元2024，用于将所述OFDM时域信号的功率与预设的目标功率进行比较，并获取比较结果，并将该比较结果返回至增益控制单元2021中。

此外，上述本发明该实施例公开的装置是基于上述本发明实施例中公开的方法完成相关操作的，具体执行过程的说明以及获得的有益效果与上述本发明公开的方法实施例相类似，这里不再赘述。

综上所述：

通过本发明上述实施例公开的方法和装置，可以实现在按照时域信号功率来控制模拟AGC之外，还包括实现根据虚子载波处与有效子载波处的功率比值确定是否需要对有效子载波处的数据进行数字AGC的目的；并且，在虚子载波处干扰较小时，实现与现有技术中的AGC方法相同的效果，在虚子载波处的干扰较大时，可以对有效子载波处的信号进行放大，可以较小后续处理的精度损失，达到比现有技术中的AGC方法更好的效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种自动增益控制方法，其特征在于，包括：

接收正交频分复用OFDM时域信号，并将所述OFDM时域信号变换至基带进行处理后，将其变换至频域中，获取对应的OFDM频域信号；

提取所述OFDM频域信号的有效子载波；

计算所述OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值；

当所述功率比值大于预设门限值时，对所述有效子载波上的数据进行左移位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述功率比值不大于预设门限值时，不执行对所述有效子载波上的数据的左移位。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述功率比值大于预设门限值时，所述功率比值越大，左移位的位数越大。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率比值与左移位位数的关系为：

左移位位数的取值为以二为底取所述功率比值的对数值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述OFDM时域信号变换至基带进行处理具体为：

对所述OFDM时域信号进行放大

对放大后的所述OFDM时域信号进行模数转换，并输出；

在预设时间段内对进行模数转换后的所述OFDM时域信号进行功率计算，获取所述OFDM时域信号的功率；

将所述OFDM时域信号的功率与预设的目标功率进行比较，并获取比较结果；

依据获取到的所述比较结果生成新的增益值，返回控制对所述OFDM时域信号的放大。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述OFDM时域信号变换至频域中，获取对应的OFDM频域信号具体为：

获取处理后的所述OFDM时域信号，对其进行去循环前缀CP操作；

对去CP操作后的所述OFDM时域信号进行快速傅立叶变换FFT，获取OFDM频域信号。

7.一种自动增益控制装置，其特征在于，包括：

前端处理模块，用于接收OFDM时域信号，并将所述时域信号变换至基带；

自动增益控制AGC模块，用于在基带中对所述OFDM时域信号进行处理；

去CP模块，用于对处理后的所述OFDM时域信号进行去CP操作；

快速傅立叶变换模块，用于将执行去CP操作后的所述OFDM时域信号进行快速傅立叶变换，使其变换至频域中，获取OFDM频域信号；

有效子载波提取模块，用于提取变换至频域中的所述OFDM频域信号的有效子载波；

功率比值计算模块，用于计算所述OFDM频域信号的虚子载波处的接收功率与有效子载波处的功率比值；

比较模块，用于将所述功率比值与预设门限值进行比较，判断所述功率比值与预设门限值之间的大小；

数字AGC模块，用于在所述功率比值大于预设门限值时，对所述有效子载波上的数据进行左移位；在所述功率比值小于等于预设门限值时，对有效子载波进行透传；

后端处理模块，用于接收放大数据后的有效子载波或未放大数据的有效子载波。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述在对所述有效子载波上的数据进行左移位时，所述功率比值越大，左移位的位数越大。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述功率比值与左移位位数的关系为：

左移位位数的取值为以二为底取所述功率比值的对数值。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述自动增益控制AGC模块中包括：

增益控制单元，用于对所述OFDM时域信号进行放大；

A/D单元，用于对放大后的所述OFDM时域信号进行模数转换，并输出；

时域功率计算单元，用于在预设时间段内对进行模数转换后的所述OFDM时域信号进行功率计算，获取所述时域信号的功率；

比较判断单元，用于将所述OFDM时域信号的功率与预设的目标功率进行比较，并获取比较结果，并将该比较结果返回至增益控制单元中。

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