CN108966338A

CN108966338A - 一种ofdm系统的时域频域联合自动增益控制方法

Info

Publication number: CN108966338A
Application number: CN201810764776.9A
Authority: CN
Inventors: 周升国; 陈文攀; 张晗; 倪磊; 顾苏; 黄鏐
Original assignee: 724th Research Institute of CSIC
Current assignee: 724th Research Institute of CSIC
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2018-12-07

Abstract

本发明涉及一种OFDM系统的时域频域联合自动增益控制方法，包括：使用预置增益对接收信号进行缩放；根据训练符号相关性进行OFDM时间同步；根据训练序列计算OFDM时域AGC参数；根据时域AGC参数在第一个OFDM符号循环前缀处开始缩放；根据时间同步结果进行FFT变换；根据导频子载波计算OFDM频域AGC参数；根据前一个OFDM符号计算得到的频域AGC参数在当前OFDM符号循环前缀处开始缩放。采用本发明，可以提高OFDM系统AGC精度，缩短AGC收敛时间，增强OFDM信号对快衰落信道的适应性。

Description

一种OFDM系统的时域频域联合自动增益控制方法

技术领域

本发明属于通信技术领域。

背景技术

OFDM通信技术是一种多载波通信方式，其原理是将高速串行数据信号转换成低速的并行信号，在相互正交的子载波上进行传输。对于在无线信道中传输的OFDM通信系统，为了保证输入电平稳定在接收机的动态范围之内，使ADC输入不产生限幅现象，减小数字域的位宽，需要根据接收信号幅度进行AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)。

目前OFDM系统主要使用以下几种AGC方法：

使用训练符号功率作为反馈的AGC方法，根据训练符号功率估算出信号的幅度，每帧只调整一次AGC参数。这种方法采用已知信号作为反馈，具有较高的精度，但是对于快衰落系统，由于后续OFDM符号增益与训练符号不一致，不能对所有的OFDM符号做出准确的调整，此方法具有对快衰落系统适应性差的缺点。

使用循环前缀功率作为反馈的AGC方法，根据循环前缀功率计算出信号幅度，每个OFDM符号均调整AGC参数。这种方法对快衰落系统具有较好的适应性，但是由于循环前缀是一组随机数，不能准确的估算信号幅度，此方法具有精度不高的缺点；且此类方法需要反复调整AGC参数，具有收敛时间较长的缺点。

使用频域信号功率作为反馈的AGC方法，对信号经过FFT之后计算出频域信号的幅度，每个OFDM符号均调整AGC参数。这种方法同样采用不确定的具有统计意义的信号功率作为反馈，同样具有精度不高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种OFDM系统的时域频域联合AGC技术，克服传统AGC方法精度差、收敛时间长且对快衰落信道适应能力不足的缺点。

本发明对应的OFDM系统必须包含图1中训练符号和图2中导频子载波。OFDM系统帧结构须与图1类似，OFDM帧最前端传输训练符号，训练符号后面是包含循环前缀的有效符号。训练符号是一组自相关性较强的特定序列，不包含有效信息。OFDM符号子载波分布须与图2相似，每个符号中均包含有效子载波和导频子载波。

实现本发明目的的技术解决方案为：计算OFDM训练符号的功率，根据训练符号的功率计算出时域AGC参数；使用时域AGC参数作为第一个OFDM符号的AGC参数，在循环前缀处将第一个OFDM符号调整到合理幅度；使用FFT变换将OFDM符号从时域变换到频域，提取频域OFDM符号中的导频信号；计算导频信号的功率，根据导频信号的功率计算频域AGC参数；在OFDM符号循环前缀处使用频域AGC参数调整OFDM信号幅度；重复计算频域AGC参数并进行增益调整直至OFDM帧结束。

本发明的有益效果：采用本发明所述的方法，可以将输入信号增益自动控制为最佳值，避免发生ADC限幅现象，减小了数字域的位宽。使用训练符号和导频等确定信号作为反馈，明显提高了AGC的精度；计算出AGC参数之后，每次AGC只进行一次调整，缩短了AGC收敛时间；每个OFDM符号均做AGC调整，增强了OFDM系统对快衰落信道的适应能力。

附图说明

图1是OFDM时域频域联合AGC方法示意图；

图2是OFDM符号频域子载波图；

图3是本发明中公开的自动增益控制框图；

图4是本发明中公开的自动增益控制流程图。

具体实施方式

本发明中公开的自动增益控制方法框图如图3所示，前端处理模块对天线接收进来的信号进行处理并传输至增益控制模块，AGC参数产生单元根据时间同步模块同步结果选择AGC参数，增益控制单元根据AGC参数产生单元产生的AGC参数对该信号进行缩放并将信号传输至时域参数产生模块；AGC采样单元将模拟信号转换为数字信号，时域参数产生模块根据OFDM时间同步模块同步信号计算出训练符号功率和时域AGC参数；频域参数生成模块根据OFDM时间同步模块进行FFT变换，提取出导频子载波并计算导频子载波功率，计算出频域AGC参数并传输至AGC参数产生单元。

下面详细介绍训练符号功率计算、时域AGC参数的计算、导频子载波功率的计算、频域AGC参数的计算以及AGC参数产生单元中AGC参数切换。

1)训练符号功率计算：

图3中训练符号功率计算单元使用接收信号与接收信号的共轭相乘，得到接收信号的功率；根据OFDM时间同步结果，对整个训练符号的功率进行累加，得到训练符号的总功率P_t。

2)时域AGC参数的计算：

在图3时域AGC参数计算单元中，假设当前模拟信号幅度为A，预置增益为B₀，训练符号目标功率为P₀。AGC时域参数B_t＝(P₀/P_t)^1/2×B₀，式中P₀和B₀已知常数，式中除法器使用查找表实现，即预先计算好P_t与B_t的一一对应值存在ROM中，每输入一个P_t值输出对应的B_t值。

3)导频子载波功率的计算：

FFT变换之后根据导频子载波的位置提取出导频子载波，使用导频子载波本身与它的共轭进行复数相乘得到导频子载波的功率，若有多个导频子载波对其取平均，得到导频子载波功率为P_f。

4)频域AGC参数的计算：

在图3中频域AGC参数计算单元中，假设当前模拟信号幅度为A，当前增益为B_f0，导频子载波目标功率为P₁。频域AGC参数B_f＝(P₁/P_f)^1/2×B_f0，式中P₁和B_f0已知常数，与时域AGC参数计算一致，除法器使用查找表法实现。即预先计算好P_f与B_f的一一对应值存在ROM中，每输入一个P_f值都输出对应的B_f值。

5)AGC参数切换方法：

图3中AGC参数产生单元根据OFDM时间同步信号选择对应的AGC参数，当OFDM时间同步模块未检测到OFDM有效信号时，使用预置增益B₀缩放信号；当检测到第一个OFDM符号循环前缀出现时，使用时域AGC参数B_t进行缩放；当检测到其他OFDM符号循环前缀时，使用前一个符号产生的频域AGC参数B_f进行缩放；当检测到帧结束时，使用预置增益B₀缩放信号。

图4是本发明中自动增益控制方法流程图，具体步骤如下：

1)使用预置增益对接收信号进行缩放；

2)根据训练符号相关性进行OFDM时间同步；

3)计算OFDM时域AGC参数；

4)根据时域AGC参数在第一个OFDM符号循环前缀处开始缩放；

5)根据时间同步结果进行FFT变换；

6)计算OFDM频域AGC参数；

7)根据由前一个OFDM符号计算得到的频域AGC参数在当前OFDM符号循环前缀处开始缩放。

综上所示，本发明中提出的AGC方法与现有AGC方法相比，在具备训练符号和导频子载波的OFDM系统可以实现较高的精度和较快的收敛速度；由于每一个符号都使用导频子载波计算AGC参数并调整增益，信号对快衰落系统有较好的适应性。

Claims

1.一种OFDM系统的时域频域联合自动增益控制方法，其特征在于：

1)使用训练符号计算接收信号幅度；

2)使用导频子载波计算接收信号幅度；

3)使用时域AGC参数调整第一个OFDM符号AGC增益；

4)使用当前OFDM符号计算出的频域AGC参数调整下一个OFDM符号增益；

5)在OFDM符号循环前缀处调整该符号增益；

6)每个OFDM符号只调整一次增益；

7)每个OFDM符号都进行增益调整。

2.根据权利要求1所述的一种OFDM系统的时域频域联合自动增益控制方法，其特征在于：

1)使用OFDM时间同步信号辅助计算训练符号功率；

2)使用训练符号功率作为计算时域AGC参数输入；

3)使用预置期望训练符号功率作为计算时域AGC参数输入。

3.根据权利要求1或2所述的一种OFDM系统的时域频域联合自动增益控制方法，其特征在于：

1)使用导频符号功率作为计算频域AGC参数输入；

2)使用预置期望导频符号功率计算作为频域AGC参数输入。

4.根据权利要求1或2所述的一种OFDM系统的时域频域联合自动增益控制方法，其特征在于：

1)OFDM时间同步模块未检测到OFDM有效信号时，使用预置增益缩放信号；

2)OFDM时间同步模块检测到第一个OFDM符号循环前缀出现时，使用时域AGC参数进行缩放；

3)OFDM时间同步模块检测到其他OFDM符号循环前缀出现时，使用前一个符号产生的频域AGC参数进行缩放；

4)OFDM时间同步模块检测到帧结束时，使用预置增益缩放信号。