CN107567089A - 一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法 - Google Patents
一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，通过分段统计功率，可遍历整个脉冲周期，选出该周期内功率最大值，确保输入AGC滤波回路的是强信号功率；再对最大功率进行平均，消除地基信号深度衰落造成的功率观测量异常波动；然后通过低通平滑得到调整量，保证调整的动态不会过大或者过于频繁，造成后端环路失锁；最后比较调整量与门限值，如果超过门限值，令AGC调整输出功率。本发明能够较准确地计算出强时分信号的功率，从而使AGC输出不会过载，使强信号不会被削顶。
Description
技术领域
本发明属于无线电通信领域，尤其涉及一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法。
背景技术
由于地基信号的发射设备受到功率的限制较小，因此地基信号可以实现较高的发射功率，具有显著的信噪比优势。地基信号发射基站与用户的距离可能非常近，由于信号随着距离按指数衰减，因此对于连续信号，来自较远基站的信号可能淹没在较近的基站信号中，也即发生“远近效应”。为防止“远近效应”，地基信号系统往往采用时分结构，令各基站按一定时序发射预设时长的周期脉冲信号。各信号在时间域是正交的，可有效避免相互干扰。同时，由于地面传播的环境比较复杂，信号很容易产生深度衰落，在一定时间内，信号功率的起伏会非常大。
一般的自动增益控制模块(AGC)会对射频信号进行功率统计，通过反馈调节衰减器从而控制输入接收信号的功率大小，从而使后端的接收机保持稳定工作。传统AGC往往将接收信号视为统计周期内功率平稳的信号进行统计，且统计周期较长。
地基时分信号的脉冲周期短，同时伴有较严重的“远近效应”和深度衰落，在AGC统计周期内的各信号功率动态会非常大，如果按照一般的AGC功率统计方法进行控制，会得出偏小的统计结果，使AGC调整后让强时分信号被削顶，造成强时分信号的误码和频谱扩散，情况严重时将无法提取信息。强信号具有更高的信噪比，接收机会更关注强信号的接收，因此AGC应优先保证强信号的接收。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，通过分段统计功率，可遍历整个脉冲周期，选出该周期内功率最大值，确保输入AGC滤波回路的是强信号功率；再对最大功率进行平均，消除地基信号深度衰落造成的功率观测量异常波动；然后通过低通平滑得到调整量，保证调整的动态不会过大或者过于频繁，造成后端环路失锁；最后比较调整量与门限值，如果超过门限值，令AGC调整输出功率。本发明能够较准确地计算出强时分信号的功率，从而使AGC输出不会过载，使强信号不会被削顶。
一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在一个设定的统计时长Ts内，地基基站按预定顺序发送时分信号，所有时分信号通过自由空间传播被接收机接收，从而得到来波信号；
步骤2：将所述来波信号与正弦表相乘，得到接收机同相支路中各个时刻的功率信号；将所述来波信号与余弦表相乘，得到接收机正交支路中各个时刻的功率信号；
步骤3：根据接收机同相支路和正交支路中各个时刻的功率信号，计算统计时长Ts内，来波信号的平均功率值；
步骤4：在下一个设定的统计时长Ts内，按照步骤1-步骤3的方法计算下一段来波信号的平均功率值；以此类推，直到得到N0个来波信号的平均功率值；
步骤5：在N0个来波信号的平均功率值中选出1个功率最大值；
步骤6：从下一个统计时长Ts开始，重复步骤1-步骤5，直到得到N1个功率最大值；
步骤7：对N1个功率最大值进行平均处理得到功率观测量；
步骤8：将所述功率观测量进行IIR低通滤波，得到当前功率调整量；
步骤9：根据当前功率调整量控制接收机中自动增益模块的衰减器，从而实现功率控制，其中：
如果当前功率调整量大于设定的门限上限，则衰减器加大衰减倍数；
如果当前功率调整量小于设定的门限下限，则衰减器减小衰减倍数；
如果当前功率调整量处于设定的门限上限和门限下限之间，则衰减器倍数不作调整。
进一步地，步骤3所述的根据接收机同相支路和正交支路中各个时刻的功率信号，计算统计时长Ts内，来波信号的平均功率值，具体方法为：
其中，Pn为第n段统计时长Ts内，统计得到的该统计时长Ts内来波信号的平均功率值，T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比，cT0为一个周期内的脉冲持续时间，I(t)、Q(t)分别是接收机中同相支路和正交支路各个时刻的信号。
进一步地，步骤5所述的直到得到N0个来波信号的平均功率值，其中N0的确定方法具体为：
其中，T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比，cT0为一个周期内的脉冲持续时间。
进一步地，步骤6所述的N1，对于低动态的时分信号，其取值要满足步骤7平均处理过程中所处理的所有统计时长Ts之和为1s；对于高动态的时分信号，其取值要满足步骤7平均处理过程中所处理的所有统计时长Ts之和为0.3s。
进一步地，步骤8所述的将所述功率观测量进行IIR低通滤波，得到功率调整量，具体方法为：
其中，Gn是当前功率调整量，Gn-1是前次功率调整量，SAavg是当前功率观测量。
进一步地，步骤9所述的设定的门限上限为满量程的87.5％，设定的门限下限为满量程的62.5％，衰减器衰减和加大的倍数均为2db；其中，满量程指模数转换器转换所得最大的数，与模数转换器的位数有关。
进一步地，对于弱信噪比时分信号，所述统计时长Ts的取值范围为：Ts/cT0＝0.8～0.9，其中T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比。
进一步地，对于高信噪比时分信号，所述统计时长Ts的取值范围为：Ts/cT0＝0.5，其中T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比。
有益效果：
本发明通过分段统计功率，首先统计一组统计时长内的平均功率值，然后从这该组平均功率值中选出功率最大值，再从另外一组统计时长内选出一个功率最大值，最终得到多个功率最大值，以此确保输入AGC滤波回路的是强信号功率；然后将统计得到的多个最大功率值在进入低通滤波前进行了平均，对消除深度衰落带来的统计功率波动起到了较好的滤除作用，本发明能够保证AGC不过载，强时分信号在AGC输出后不被削峰，进一步减小了因快速衰落造成的功率抖动对AGC稳定性的影响。
附图说明
图1为本发明基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细叙述。
如图1所述，为本发明基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法流程图，具体包括：功率统计及信号遍历、功率平均、调整量低通滤波、输出调整四个部分。
基本技术方案如下所述：
(1)功率统计及信号遍历。
在一个设定的统计时长Ts内，计算来波信号的平均功率值，在N0个统计时长Ts后，得到N0个来波信号的平均功率值，然后在N0个来波信号的平均功率值中选出1个功率最大值，重复上述步骤，直到得到N1个功率最大值；其中，统计时长Ts由脉冲持续时间、占空比以及脉冲周期的时隙长度(时隙长度应小于脉冲持续时间，脉冲持续时间由脉冲周期乘以占空比得到)共同决定，最好能每段时隙尽量接近脉冲持续时间，使积分时间尽量长，消除噪声误差，同时又能得到较短的统计时长Ts，保证信号在该统计时长内平稳。
(2)功率平均。
对选出的N1个功率最大值进行平均处理得到功率观测量，一方面用平均消除深度衰落造成的功率观测量异常波动，同时也防止在接收信号信噪比降低时带入的过大噪声。
(3)调整量低通滤波。
此时输出的功率观测量不能立即用来调节AGC，AGC频率过快、调整幅度过大会造成接收信号动态变化大，令接收机环路失锁，所以加入环路IIR低通滤波，使当前功率调整量输出频率在1Hz到3Hz间，使AGC调节更加平滑，同时也降低异常值错误调节的可能性。
(4)输出调整。
比较当前功率调整量与输出各门限值，如果当前功率调整量低于设定的下门限值，则减小衰减器衰减倍数，令AGC输出变大，使当前功率调整量超过设定的门限值；如当前功率调整量高于设定的上门限值，加大衰减器衰减倍数，令AGC输出变小，使当前功率调整量低于设定的门限值；如果当前功率调整量在设定的上下门限值间，AGC不调整。
具体的技术方案，包括以下步骤：
步骤1：在一个设定的统计时长Ts内，地基基站按预定顺序发送时分信号，所有时分信号通过自由空间传播被接收机接收，从而得到来波信号；
步骤2：将所述来波信号与正弦表相乘，得到接收机同相支路中各个时刻的功率信号；将所述来波信号与余弦表相乘，得到接收机正交支路中各个时刻的功率信号；
步骤3：根据接收机同相支路和正交支路中各个时刻的功率信号，计算统计时长Ts内，来波信号的平均功率值；
步骤4：在下一个设定的统计时长Ts内，按照步骤1-步骤3的方法计算下一段来波信号的平均功率值；以此类推，直到得到N0个来波信号的平均功率值；
步骤5：在N0个来波信号的平均功率值中选出1个功率最大值；
步骤6：从下一个统计时长Ts开始，重复步骤1-步骤5，直到得到N1个功率最大值；
步骤7：对N1个功率最大值进行平均处理得到功率观测量；
步骤8：将所述功率观测量进行IIR低通滤波，得到当前功率调整量；
步骤9：根据当前功率调整量控制接收机中自动增益模块的衰减器，从而实现功率控制，其中：
如果当前功率调整量大于设定的门限上限，则衰减器加大衰减倍数；
如果当前功率调整量小于设定的门限下限，则衰减器减小衰减倍数；
如果当前功率调整量处于设定的门限上限和门限下限之间，则衰减器倍数不作调整。
进一步地，步骤1所述的时分信号格式为：
其中，Si(t)是关于时间t的函数，代表每个周期内地基基站发射的单路的时分信号，下标i是各地基基站发送的时分信号的标号，T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比，cT0为一个周期内的脉冲持续时间，同时在脉冲持续时间内，时分信号的格式为Fi(t)，且Fi(t)由具体调制方式和内容决定；在一个周期内其他时间，Si(t)无信号；
Stot(t)为来自I0个地基基站合路的来波信号，Ai是第i个时分信号的到达功率强度，τi是所述地基基站信号相对起始点的延时，*表示卷积，δ(t-kT0)表示冲激函数，k表示时分信号Si(t)的脉冲周期个数，表示脉冲周期为T0的周期信号，Stot(t)为脉冲周期为T0的周期信号。
需要注意的是，对于任意τi，(τi-τi-1)≥cT0，说明在该合路信号中，来自任意两地基基站的信号是不重叠的；说明I0个地基基站的信号都在一个脉冲周期到达接收机，隐含了条件
进一步地，步骤3所述的根据接收机同相支路和正交支路中各个时刻的功率信号，计算统计时长Ts内，来波信号的平均功率值，具体方法为：
其中，Pn为第n段统计时长Ts内，统计得到的该统计时长Ts内来波信号的平均功率值，I(t)、Q(t)分别是接收机中同相支路和正交支路各个时刻的信号。
进一步地，步骤5所述的在N0个来波信号的平均功率值中选出1个功率最大值，具体为：
其中，SAj为功率最大值，P1为N0个来波信号中第1个来波信号的平均功率值，为N0个来波信号中最后1个来波信号的平均功率值。
进一步地，步骤6所述的N1，对于低动态的时分信号，其取值要满足步骤7平均处理过程中所处理的所有统计时长Ts之和为1s；对于高动态的时分信号，其取值要满足步骤7平均处理过程中所处理的所有统计时长Ts之和为0.3s。
进一步地，步骤7对N1个功率最大值进行平均处理得到功率观测量，具体为：
其中，SAavg为当前功率观测量，SAj为第j个功率最大值。
进一步地，步骤8所述的将所述功率观测量进行IIR低通滤波，得到功率调整量，具体方法为：
其中，Gn是当前功率调整量，Gn-1是前次功率调整量，SAavg是当前功率观测量。
进一步地，步骤9所述的设定的门限上限为满量程的87.5％，设定的门限下限为62.5％，衰减器衰减和加大的倍数均为2db；其中，满量程指模数转换器转换所得最大的数，与模数转换器的位数有关。
进一步地，对于弱信噪比时分信号，所述统计时长Ts的取值范围为：Ts/cT0＝0.8～0.9。
进一步地，对于高信噪比时分信号，所述统计时长Ts的取值范围为：Ts/cT0＝0.5。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在一个设定的统计时长Ts内，地基基站按预定顺序发送时分信号，所有时分信号通过自由空间传播被接收机接收，从而得到来波信号；
步骤2：将所述来波信号与正弦表相乘，得到接收机同相支路中各个时刻的功率信号；将所述来波信号与余弦表相乘，得到接收机正交支路中各个时刻的功率信号；
步骤3：根据接收机同相支路和正交支路中各个时刻的功率信号，计算统计时长Ts内，来波信号的平均功率值；
步骤4：在下一个设定的统计时长Ts内，按照步骤1-步骤3的方法计算下一段来波信号的平均功率值；以此类推，直到得到N0个来波信号的平均功率值；
步骤5：在N0个来波信号的平均功率值中选出1个功率最大值；
步骤6：从下一个统计时长Ts开始，重复步骤1-步骤5，直到得到N1个功率最大值；
步骤7：对N1个功率最大值进行平均处理得到功率观测量；
步骤8：将所述功率观测量进行IIR低通滤波，得到当前功率调整量；
步骤9：根据当前功率调整量控制接收机中自动增益模块的衰减器，从而实现功率控制，其中：
如果当前功率调整量大于设定的门限上限，则衰减器加大衰减倍数；
如果当前功率调整量小于设定的门限下限，则衰减器减小衰减倍数；
如果当前功率调整量处于设定的门限上限和门限下限之间，则衰减器倍数不作调整。
2.如权利要求1所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，步骤3所述的根据接收机同相支路和正交支路中各个时刻的功率信号，计算统计时长Ts内，来波信号的平均功率值，具体方法为：
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Ts＜cT0,1＜n＜N0
其中，Pn为第n段统计时长Ts内，统计得到的该统计时长Ts内来波信号的平均功率值，T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比，cT0为一个周期内的脉冲持续时间，I(t)、Q(t)分别是接收机中同相支路和正交支路各个时刻的信号。
3.如权利要求1所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，步骤5所述的直到得到N0个来波信号的平均功率值，其中N0的确定方法具体为：
其中，T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比，cT0为一个周期内的脉冲持续时间。
4.如权利要求1所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，步骤6所述的N1，对于低动态的时分信号，其取值要满足步骤7平均处理过程中所处理的所有统计时长Ts之和为1s；对于高动态的时分信号，其取值要满足步骤7平均处理过程中所处理的所有统计时长Ts之和为0.3s。
5.如权利要求1所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，步骤8所述的将所述功率观测量进行IIR低通滤波，得到功率调整量，具体方法为：
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其中，Gn是当前功率调整量，Gn-1是前次功率调整量，SAavg是当前功率观测量。
6.如权利要求1所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，步骤9所述的设定的门限上限为满量程的87.5％，设定的门限下限为满量程的62.5％，衰减器衰减和加大的倍数均为2db；其中，满量程指模数转换器转换所得最大的数，与模数转换器的位数有关。
7.权利要求1-6任一权利要求所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，对于弱信噪比时分信号，所述统计时长Ts的取值范围为：Ts/cT0＝0.8～0.9，其中T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比。
8.权利要求1-6任一权利要求所述的一种基于时分信号功率统计模型的自动增益控制方法，其特征在于，对于高信噪比时分信号，所述统计时长Ts的取值范围为：Ts/cT0＝0.5，其中T0是时分信号的脉冲周期，c是占空比。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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