CN103024888B - 接收机数字自动增益控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种接收机数字自动增益控制方法，对各个用户分别进行控制，首先计算用户解调参考信号实部与虚部绝对值之和的平均值，根据该平均值大小选定经验位置，根据该平均值最高有效位相对经验位置的方向和比特距离来确定移位方向和移位比特，再按照所确定的移位方向和移位比特对该用户的IQ数据进行移位处理，对移位后溢出的IQ数据进行限幅操作后再输出。由于确定如何移位的过程所涉及的运算方法只有有限次的加减运算、移位和一次除法运算，计算简单，又由于对每个用户的数据分别进行相适应的处理，减小了不同用户之间数据的差异。本发明实施例还公开了一种与上述方法对应的装置，将方法和装置结合使用，既可实现数字自动增益的控制。

Description

接收机数字自动增益控制方法与装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及接收机数字自动增益控制方法与装置。

背景技术

如图1所示为LTE上行接收机的内部结构示意图，图2所示是空口数据处理模块的内部结构示意图，空口数据依次经过模数转换后量化(AD量化)、去循环前缀CP、去7.5KHz频偏、FFT和物理资源解映射处理后，成为频域上的16比特IQ数据，再经过最后一个环节数字自动增益控制(DAGC)的移位操作后输出。数字自动增益控制的过程就是移位的过程，其中，确定如何移位的过程是衡量数字自动增益控制方法的关键所在。传统的DAGC根据信噪比或功率等来确定如何移位，计算方法复杂，效率低下，且对所有用户的数据均采用同一种移位方法来处理，致使由其输出的数据两极分化严重，即原本数值较大的数据变得更大，原本数值较小的数据变得更小。

发明内容

本发明实施例提供了一种接收机数字自动增益控制方法与装置，以提高DAGC的效率，并减小数据两极分化的程度，增大数字自动增益控制的动态范围。

本发明实施例接收机数字自动增益控制方法，用户空口数据依次经过AD量化、去CP、频偏去除、FFT运算和物理资源解映射处理后，得到每个用户的IQ数据，还包括以下步骤：

步骤1、确定该用户所占用所有资源块包含的解调参考信号r_dmrs，j的I路和Q路绝对值之和的总和S；

步骤2、确定步骤1所得结果S的算术平均值T；

步骤3、确定步骤2所得T的最高有效位；

步骤4、查询系统预设的经验位置，以经验位置为移位目标，计算步骤3所得最高有效位的移位方向和移位比特数；

步骤5、按照步骤4所确定的移位方向和移位比特数，对IQ数据进行移位操作；

步骤6、输出移位后IQ数据。

优选地，经过所述FFT处理后输出的是32比特全精度的IQ数据，在步骤5之后还包括步骤：

判断移位后的IQ数据是否溢出，若未溢出则步骤6输出该IQ数据最低16比特，若溢出则对该IQ数据进行限幅操作，是否溢出的判断依据为移位后的IQ数据的有效比特数是否大于15，若小于等于15则未溢出，若大于15则溢出，若数据溢出则进行如下限幅操作：若移位前该IQ数据最高位是1，则步骤6输出与负32767等值的二进制数，若移位前该IQ数据最高位为0，则步骤6输出与32768等值的二进制数。

优选地，以每个天线为对象计算所述S，再计算所有天线对应的S的平均值，以该平均值作为最终的S。

优选地，采用定点DSP中的内联指令_norm来实施步骤3。

优选地，采用下式计算所述S：

$S=\underset{j=0}{\overset{12*n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|\mathrm{Re}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}|+|\mathrm{Im}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}\left|\right)$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数，j表示解调参考信号序列的序号。

优选地，采用下式计算所述T：

$T=\frac{1}{12*n}S$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数。

本发明实施例接收机数字自动增益控制装置，包括以下模块：

求和模块，用于计算每个用户所占用所有资源块包含的解调参考信号r_dmrs，j的I路和Q路绝对值之和的总和S；

均值模块，用于计算所述求和模块所得结果S的算术平均值T；

最高有效位查找模块，用于找出所述均值模块所得T的最高有效位；

移位方向与比特数计算模块，用于以预设的经验位置为移位目标，计算所述最高有效位查找模块所得最高有效位的移位方向和移位比特数；

移位模块，用于按照移位方向与比特数计算模块所确定的移位方向和移位比特数，对IQ数据进行移位操作；

输出模块，用于输出移位后IQ数据。

优选地，所述求和模块接收的是频域上32比特全精度IQ数据，

还包括限幅模块，用于判断移位后的IQ数据是否溢出，若溢出则所述输出模块输出该IQ数据的最低16比特，若溢出则对IQ数据进行限幅操作，是否溢出的判断依据为移位后的IQ数据的有效比特数是否大于15，若小于等于15则未溢出，若大于15则溢出，若数据溢出则进行如下限幅操作：若移位前该IQ数据最高位是1，则所述输出模块输出与负32767等值的二进制数，若移位前该IQ数据最高位为0，则所述输出模块输出与32768等值的二进制数。

优选地，所述求和模块用于以每个天线为对象计算所述S，再计算所有天线对应的S的平均值，以该平均值作为最终的S。

优选地，所述最高有效位查找模块采用定点DSP中的内联指令_norm来查找所述T除符号位外的最高有效位。

优选地，所述求和模块采用下式计算所述S：

$S=\underset{j=0}{\overset{12*n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|\mathrm{Re}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}|+|\mathrm{Im}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}\left|\right)$

上式中，n为该用户占用的所有资源块的个数，j表示解调参考信号序列的序号。

优选地，所述均值模块采用下式计算所述T：

$T=\frac{1}{12*n}S$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数。

本发明实施例LTE上行接收机数字自动增益控制方法，首先根据用户的解调参考信号和经验位置来确定该如何移位，再对该用户的数据进行相适应的移位处理。确定如何移位的过程所涉及的运算方法只有有限次的加减运算、移位和一次除法运算，计算方法简单，因此，效率得以提高。又由于对每个用户的数据分别进行相适应的处理，减小了不同用户之间数据的差异，提高了数字自动增益控制的动态范围。本发明实施例接收机数字自动增益控制装置是与上述方法相对应的装置，其有益效果不再赘述。

附图说明

图1是LTE上行接收机内部结构示意图；

图2是LTE上行接收机中空口数据处理模块的内部结构示意图；

图3是本发明LTE上行接收机数字自动增益控制方法实施例一的流程示意图；

图4是本发明LTE上行接收机数字自动增益控制方法实施例二的流程示意图；

图5是本发明LTE上行接收机数字自动增益控制装置实施例一的结构示意图；

图6是本发明LTE上行接收机数字自动增益控制装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例数字自动增益控制方法，首先根据每个用户的解调参考信号和经验位置来确定该如何移位，再对该用户的数据进行相适应的移位处理。下面结合附图与实施例详细解释本发明。

实施例一

本实施例以LTE上行接收机说明如下，用户空口数据依次经过AD量化、去循环前缀CP、去7.5KHz频偏、FFT和物理资源解映射处理，变为频域上的IQ数据，I为同相位(In-phase)分量；Q为90度正交(Quadrate)分量；IQ是正交的。如图3所示，本实施例针对每个用户频域上的IQ数据，分别进行下述步骤：

步骤1、确定该用户所占用所有资源块包含的解调参考信号(r_dmrs，j)的I路(实部)和Q路(虚部)绝对值之和的总和S，S的计算公式可以是：

$S=\underset{j=0}{\overset{12*n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|\mathrm{Re}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}|+|\mathrm{Im}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}\left|\right)$

其中，n为该用户占用的所有资源块(RB)的个数，每个资源块包含12个子载波，频域上占用180KHz，12*n表示所有资源块包含子载波的个数。相应地，解调参考信号包含12*n个序列，上式中的信号r_dmrs，j，其下标dmrs是解调参考信号的英文缩写，意为该信号表示的是解调参考信号，下标j表示解调参考信号序列的序号。

步骤2、确定步骤1所得结果S的算术平均值T，T的计算公式可以是：

$T=\frac{1}{12*n}S$

步骤3、确定步骤2所得T的最高有效位；

步骤4、查询系统预设的经验位置，以经验位置为移位目标，确定步骤3所得最高有效位的移位方向和移位比特数；可以理解，该经验位置可以是在理想状态下根据上述1-3步骤所确定的系统性能较好的最高有效位；或者是经过前期不断的实验得出的系统性能较好(如信噪比高)时的移位目标位置所确定的最高有效位。该最高有效位可以预设在系统中，可以为确定的参数。

步骤5、按照步骤4所确定的移位方向和移位比特数，对IQ数据进行移位操作；

步骤6、输出移位后IQ数据。

上述步骤1-4的计算都是为了确定如何移位，步骤1-2首先计算出所有解调参考信号实部虚部绝对值之和的平均值，根据该平均值的大小来确定经验位置，此处所述的经验位置为经过不断的实验得出的效果最优的移位目标位置。平均值的大小不同，该经验位置也不同，因此需要选取相适应的经验位置。经验位置确定后，算出平均值最高有效位(从高位到低位第一个有效的1，符号位不计算在内)相对该经验位置的方向和距离，则所需移位方向和比特数也就确定了。如最高有效位在经验位置的左侧，距其两个比特的差距，则步骤4所确定的结果为向右移2个比特，相当于将该数据除以4，使数值变小。相应地，若最高有效位在经验位置的右侧，则步骤4所确定的结果为向左移，使其数值变大。这样经过步骤5的移位处理后，数据之间的差异就缩小了，也就增大了DAGC的动态范围。

实施例二

为了提高数据精度，本实施例对FFT做了进一步限定，经其处理后输出的是32比特全精度的IQ数据，则步骤1-6处理的都是32比特的IQ数据，在步骤6输出前，IQ数据有可能溢出，因此，本实施例增加了对溢出的判断和处理。

如图4所示，步骤5之后还包括步骤7：

判断移位后的IQ数据是否溢出，若未溢出则步骤6输出该IQ数据的最低16比特，若溢出则对该IQ数据进行限幅操作。是否溢出的判断依据为移位后的IQ数据的有效比特数是否大于15(有效数据长度最高15bit，最高位为符号位，不计入有效数据长度内)，若小于等于15则未溢出，直接进行步骤6；若大于15则溢出，若数据溢出则进行如下限幅操作：若移位前该IQ数据最高位是1，则步骤6输出与负32767等值的二进制数，若移位前该IQ数据最高位为0，则步骤6输出与32768等值的二进制数。当数据比特数超出将要输出的16比特时，该数据就溢出了。如果不对溢出数据进行限幅操作直接截取最低16比特输出的话，输出的数据与原始数据差异较大，甚至符号发生变化。如步骤7所述，限幅就是在不改变数据符号并保留比特数为16比特的基础上，使该数据数值最大。

本实施例的其他技术特征与实施例一相同，在此不予赘述。

实施例三

LTE接收机端包括不止一个天线，每个天线的硬件配置等情况不同，对应的解调参考信号也不同。本实施例考虑到这种情况，对步骤1进行了改进。以每个天线为对象计算所述S，再计算所有天线对应的S的平均值，以该平均值作为最终的S，这样所得的S更具有代表性。

另外，还可以采用定点DSP中的内联指令_norm来完成步骤3。

本实施例的其他技术特征与实施例二相同，在此不予赘述。

本发明实施例LTE上行接收机数字自动增益控制装置是与本发明实施例LTE上行接收机数字自动增益方法相对应的一种装置，下面结合附图与实施例详细解释本装置。

实施例一

本实施例LTE上行接收机数字自动增益控制装置，如图5所示，包括以下模块：

求和模块，用于计算每个用户所占用所有资源块包含的解调参考信号(r_dmrs，j)I路和Q路绝对值之和的总和S，S的计算公式可以是：

$S=\underset{j=0}{\overset{12*n-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(\right|\mathrm{Re}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}|+|\mathrm{Im}\left\{r_{\mathrm{dmrs},j}\right\}\left|\right)$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数；

均值模块，用于计算所述求和模块所得结果S的算术平均值T，T的计算公式可以是：

$T=\frac{1}{12*n}S$

最高有效位查找模块，用于找出所述均值模块所得T除符号位外的最高有效位；

移位方向与比特数计算模块，用于以预设的经验位置为移位目标，计算所述最高有效位查找模块所得最高有效位的移位方向和移位比特数；可以理解，该经验位置可以是在理想状态下根据上述1-3步骤所确定的系统性能较好的最高有效位；或者是经过前期不断的实验得出的系统性能较好(如信噪比高)时的移位目标位置所确定的最高有效位。

移位模块，用于按照移位方向与比特数计算模块所确定的移位方向和移位比特数，对IQ数据进行移位操作；

输出模块，用于输出移位后IQ数据。

上述各模块按先后顺序依次相连，求和模块、均值模块、最高有效位查找模块及移位方向和比特数计算模块用来确定该如何移位，移位模块则按照所确定的移位方法对IQ数据进行移位，可选的，通过输出模块输出移位后IQ数据的最低16比特。

实施例二

本实施例的求和模块接收的是频域上32比特全精度IQ数据，为此，如图6所示，本实施例的装置还包括限幅模块，用于判断移位后的IQ数据是否溢出，若未溢出则输出模块输出该IQ数据的最低16比特，若溢出则对该IQ数据进行限幅操作，是否溢出的判断依据为移位后的IQ数据的有效比特数是否大于15，若小于等于15则未溢出，若大于15则溢出，若数据溢出则进行如下限幅操作：若移位前该IQ数据最高位是1，则所述输出模块输出与负32767等值的二进制数，若移位前该IQ数据最高位为0，则所述输出模块输出与32768等值的二进制数。

本实施例的其他技术特征与实施例一相同，在此不予赘述。

实施例三

本实施例的求和模块还用于以每个天线为对象计算所述S，再计算所有天线对应的S的平均值，以该平均值作为最终的S。

本实施例的最高有效位查找模块采用定点DSP中的内联指令_norm来查找所述T除符号位外的最高有效位。

本实施例的其他技术特征与实施例二相同，在此不予赘述。

将本发明实施例LTE上行接收机数字自动增益控制方法应用到本发明实施例LTE上行接收机数字自动增益控制装置上，即可实现本发明的目的。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种接收机数字自动增益控制方法，用户空口数据依次经过AD量化、去CP、频偏去除、FFT运算和物理资源解映射处理后，得到每个用户的IQ数据，其特征在于：还包括以下步骤：

步骤1、确定该用户所占用所有资源块包含的解调参考信号r_dmrs,j的I路和Q路绝对值之和的总和S；

步骤2、确定步骤1所得结果S的算术平均值T；

步骤3、确定步骤2所得T的最高有效位；

步骤4、查询系统预设的经验位置，以经验位置为移位目标，计算步骤3所得最高有效位的移位方向和移位比特数；

步骤5、按照步骤4所确定的移位方向和移位比特数，对IQ数据进行移位操作；

步骤6、输出移位后IQ数据；

经过所述FFT处理后输出的是32比特全精度的IQ数据，在步骤5之后还包括步骤：

判断移位后的IQ数据是否溢出，若未溢出则步骤6输出该IQ数据最低16比特，若溢出则对该IQ数据进行限幅操作，是否溢出的判断依据为移位后的IQ数据的有效比特数是否大于15，若小于等于15则未溢出，若大于15则溢出，若数据溢出则进行如下限幅操作：若移位前该IQ数据最高位是1，则步骤6输出与负32767等值的二进制数，若移位前该IQ数据最高位为0，则步骤6输出与32768等值的二进制数。

2.根据权利要求1所述的接收机数字自动增益控制方法，其特征在于，以每个天线为对象计算所述S，再计算所有天线对应的S的平均值，以该平均值作为最终的S。

3.根据权利要求1所述的接收机数字自动增益控制方法，其特征在于，

采用定点DSP中的内联指令_norm来实施步骤3。

4.根据权利要求1所述的接收机数字自动增益控制方法，其特征在于，采用下式计算所述S：

$S=\underset{j=0}{\overset{12*n-1}{\Σ}}\left(\right|\mathrm{Re}\left\{r_{dmrs,j}\right\}|+|\mathrm{Im}\left\{r_{dmrs,j}\right\}\left|\right)$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数，j表示解调参考信号序列的序号。

5.根据权利要求1所述的接收机数字自动增益控制方法，其特征在于，采用下式计算所述T：

$T=\frac{1}{12*n}S$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数。

6.一种接收机数字自动增益控制装置，其特征在于，包括以下模块：

求和模块，用于计算每个用户所占用所有资源块包含的解调参考信号r_dmrs,j的I路和Q路绝对值之和的总和S；

均值模块，用于计算所述求和模块所得结果S的算术平均值T；

最高有效位查找模块，用于找出所述均值模块所得T的最高有效位；

移位方向与比特数计算模块，用于以预设的经验位置为移位目标，计算所述最高有效位查找模块所得最高有效位的移位方向和移位比特数；

移位模块，用于按照移位方向与比特数计算模块所确定的移位方向和移位比特数，对IQ数据进行移位操作；

输出模块，用于输出移位后IQ数据；

所述求和模块接收的是频域上32比特全精度IQ数据，

还包括限幅模块，用于判断移位后的IQ数据是否溢出，若溢出则所述输出模块输出该IQ数据的最低16比特，若溢出则对IQ数据进行限幅操作，是否溢出的判断依据为移位后的IQ数据的有效比特数是否大于15，若小于等于15则未溢出，若大于15则溢出，若数据溢出则进行如下限幅操作：若移位前该IQ数据最高位是1，则所述输出模块输出与负32767等值的二进制数，若移位前该IQ数据最高位为0，则所述输出模块输出与32768等值的二进制数。

7.根据权利要求6所述的接收机数字自动增益控制装置，其特征在于，所述求和模块用于以每个天线为对象计算所述S，再计算所有天线对应的S的平均值，以该平均值作为最终的S。

8.根据权利要求6所述的接收机数字自动增益控制装置，其特征在于，

所述最高有效位查找模块采用定点DSP中的内联指令_norm来查找所述T除符号位外的最高有效位。

9.根据权利要求6所述的接收机数字自动增益控制装置，其特征在于，所述求和模块采用下式计算所述S：

$S=\underset{j=0}{\overset{12*n-1}{\Σ}}\left(\right|\mathrm{Re}\left\{r_{dmrs,j}\right\}|+|\mathrm{Im}\left\{r_{dmrs,j}\right\}\left|\right)$

上式中，n为该用户占用的所有资源块的个数，j表示解调参考信号序列的序号。

10.根据权利要求6所述的接收机数字自动增益控制装置，其特征在于，所述均值模块采用下式计算所述T：

$T=\frac{1}{12*n}S$

其中，n为该用户占用的所有资源块的个数。