CN112866162A - 基于时域和频域功率的自动增益控制方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法，包括如下步骤：步骤1：计算一段时间范围内采样信号{s_t(n)，n＝1，2，...，N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；步骤2：计算{s_t(n)，n＝1，2，...，N}的log2域频域功率P_f；步骤3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f‑P_t；步骤4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc；步骤5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc‑P_target；步骤6：根据P_err确定增益控制来调整射频器件的增益。本发明提供的一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法、系统及介质可计算时域功率，并且会计算已知调度子载波的频域功率，根据两者差异可以判断当前信号的资源调度情况。

Description

基于时域和频域功率的自动增益控制方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及无线通信的技术领域，具体地，涉及一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法、系统及介质。

背景技术

在无线通信领域，自动增益控制是接收机的重要辅助功能。它的目的是根据数字基带处理获得的增益控制字来调整射频器件的增益，如低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)或可变增益放大器(Variable Gain Amplifier，VGA)，使输入到模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)的信号强度在合适范围内，避免出现饱和或量化噪声过大的情况。

在数字基带通常计算时域功率，即时域采样信号的平均功率，与自动增益控制目标值比较，其中自动增益控制目标值是期望的信号功率。如果时域功率比自动增益控制目标值小，说明当前信号强度小，量化噪声可能较大，需要通过配置增益控制字来调高射频器件的增益，以提高后续信号强度；如果时域功率比自动增益控制目标值大，说明当前信号强度大，可能发生饱和，需要通过配置增益控制字来调低射频器件的增益，以降低后续信号强度。

在资源调度比较稳定的场景下，当前信号强度和后续信号强度之间的差异不大，通过计算时域功率进行自动增益控制，可以获得合适的增益，以调整后续信号强度。

在资源调度比较灵活的场景下，仅仅使用时域功率进行自动增益控制是不完备的。对于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)通信系统，其调制和解调分别基于离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT)和离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)实现。用户通过在频域的一些子载波上承载数据进行资源调度，剩余子载波不进行任何调度。调度子载波数目可能是未知的，但通常会有部分已知子载波来承载导频或参考信号等数据类型，用于信道估计或时频偏估计。对于某个OFDM符号，时域功率和频域上所有子载波的平均功率相同，因此调度子载波数目直接影响时域功率的大小。当某段信号的时域功率计算完成后，如果后续信号的调度子载波数目发生较大变化，用该时域功率进行自动增益控制会导致后续信号强度过大或过小，性能变差。

针对上述中的相关技术，发明人认为当信号的调度子载波数目发生较大变化时，使用时域功率进行自动增益会导致信号强度过大或过小，进而导致性能变差，因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法、系统及介质。

根据本发明提供的一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法，包括如下步骤：

步骤1：计算一段时间范围内采样信号{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；

步骤2：计算{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域频域功率P_f；

步骤3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f-P_t；

步骤4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc；

步骤5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc-P_target；

步骤6：根据P_err确定增益控制来调整射频器件的增益。

优选地，所述步骤1包括：

步骤1.1：计算线性域时域功率

步骤1.2：计算log2域时域功率

优选地，所述步骤2包括：

步骤2.1：对{s_t(n),n＝1,2,…,N}进行DFT，得到N个子载波的频域信号{S_f(k),k＝1,2,…,N}，其中S_f(k)是第k个子载波的频域信号；

步骤2.2：在N个子载波中筛选出已知调度子载波的序号{k(m),m＝1,2,…M}，其中k(m)∈{1,2,…,N}，M是已知调度子载波总数目；

步骤2.3：计算线性域频域功率

步骤2.4：计算log2域频域功率

优选地，所述步骤4包括：

步骤4.1：当P_diff<γ时，当前信号的调度子载波数目较多，令P_agc＝P_t；

步骤4.2：当P_diff≥γ时，当前信号的调度子载波数目较少，令P_agc＝αP_f+(1-α)P_t，其中α是可配置的，0≤α≤1。

本发明还提供一种基于时域和频域功率的自动增益控制系统，包括如下模块：

模块M1：计算一段时间范围内采样信号{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；

模块M2：计算{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域频域功率P_f；

模块M3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f-P_t；

模块M4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc；

模块M5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc-P_target；

模块M6：根据P_err确定增益控制来调整射频器件的增益。

优选地，所述模块M1包括：

模块M1.1：计算线性域时域功率

模块M1.2：计算log2域时域功率

优选地，所述模块M2包括：

模块M2.1：对{s_t(n),n＝1,2,…,N}进行DFT，得到N个子载波的频域信号{S_f(k),k＝1,2,…,N}，其中S_f(k)是第k个子载波的频域信号；

模块M2.2：在N个子载波中筛选出已知调度子载波的序号{k(m),m＝1,2,…M}，其中k(m)∈{1,2,…,N}，M是已知调度子载波总数目；

模块M2.3：计算线性域频域功率

模块M2.4：计算log2域频域功率

优选地，所述模块M4包括：

模块M4.1：当P_diff<γ时，当前信号的调度子载波数目较多，令P_agc＝P_t；

模块M4.2：当P_diff≥γ时，当前信号的调度子载波数目较少，令P_agc＝αP_f+(1-α)P_t，其中α是可配置的，0≤α≤1。

本发明还提供一种存储有时域和频域功率的自动增益控制方法的计算机可读存储介质，所述时域和频域功率的自动增益控制方法被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明除了计算时域功率，还会计算已知调度子载波的频域功率，根据两者差异可以判断当前信号的资源调度情况；

2.本发明考虑资源调度比较灵活的场景，实现可配置的时域功率和频域功率合并策略，可以得到更为合理的新功率进行自动增益控制，提高增益调整的鲁棒性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的技术流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

对于OFDM无线通信系统，用户通过在频域的一些子载波上承载数据进行资源调度，可以在时域和频域层面上共同处理自动增益控制问题。根据本发明提供的基于时域功率和频域功率的自动增益控制方法，包括：

步骤1：计算一个OFDM符号采样信号{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；

步骤2：计算{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域频域功率P_f；

步骤3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f-P_t；

步骤4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc：

当P_diff<γ时，当前信号的调度子载波数目较多，令P_agc＝P_t；

当P_diff≥γ时，当前信号的调度子载波数目较少，令P_agc＝αP_f+(1-α)P_t，其中α是可配置的，0≤α≤1；

步骤5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc-P_target；

步骤6：根据P_err确定增益控制字来调整射频器件的增益。

其中步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：计算线性域时域功率

步骤1.2：计算log2域时域功率

其中步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：对{s_t(n),n＝1,2,…,N}进行DFT，得到N个子载波的频域信号{S_f(k),k＝1,2,…,N}，其中S_f(k)是第k个子载波的频域信号；

步骤2.2：在N个子载波中筛选出已知调度子载波的序号{k(m),m＝1,2,…M}，其中k(m)∈{1,2,…,N}，M是已知调度子载波总数目；

步骤2.3：计算线性域频域功率

步骤2.4：计算log2域频域功率

一种基于时域和频域功率的自动增益控制系统，包括如下模块：

模块M1：计算一段时间范围内采样信号{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；

模块M2：计算{s_t(n),n＝1,2,…,N}的log2域频域功率P_f；

模块M3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f-P_t；

模块M4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc；

模块M5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc-P_target；

模块M6：根据P_err确定增益控制来调整射频器件的增益。

模块M1包括：

模块M1.1：计算线性域时域功率

模块M1.2：计算log2域时域功率

模块M2包括：

模块M2.1：对{s_t(n),n＝1,2,…,N}进行DFT，得到N个子载波的频域信号{S_f(k),k＝1,2,…,N}，其中S_f(k)是第k个子载波的频域信号；

模块M2.2：在N个子载波中筛选出已知调度子载波的序号{k(m),m＝1,2,…M}，其中k(m)∈{1,2,…,N}，M是已知调度子载波总数目；

模块M2.3：计算线性域频域功率

模块M2.4：计算log2域频域功率

模块M4包括：

模块M4.1：当P_diff<γ时，当前信号的调度子载波数目较多，令P_agc＝P_t；

模块M4.2：当P_diff≥γ时，当前信号的调度子载波数目较少，令P_agc＝αP_f+(1-α)P_t，其中α是可配置的，0≤α≤1。

一种存储有时域和频域功率的自动增益控制方法的计算机可读存储介质，时域和频域功率的自动增益控制方法被处理器执行时实现上述方法的步骤。

本发明提供一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法、系统及介质除了计算时域功率，还会计算已知调度子载波的频域功率，根据两者差异可以判断当前信号的资源调度情况；且考虑资源调度比较灵活的场景，实现可配置的时域功率和频域功率合并策略，可以得到更为合理的新功率进行自动增益控制，提高增益调整的鲁棒性。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：计算一段时间范围内采样信号{s_t(n)，n＝1，2，...，N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；

步骤2：计算{s_t(n)，n＝1，2，...，N}的log2域频域功率P_f；

步骤3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f-P_t；

步骤4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc；

步骤5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc-P_target；

步骤6：根据P_err确定增益控制来调整射频器件的增益。

2.根据权利要求1所述的一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1.1：计算线性域时域功率

步骤1.2：计算log2域时域功率

3.根据权利要求1所述的一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1：对{s_t(n)，n＝1，2，...，N}进行DFT，得到N个子载波的频域信号{S_f(k)，k＝1，2，...，N}，其中S_f(k)是第k个子载波的频域信号；

步骤2.2：在N个子载波中筛选出已知调度子载波的序号{k(m)，m＝1，2，...M}，其中k(m)∈{1，2，...，N}，M是已知调度子载波总数目；

步骤2.3：计算线性域频域功率

步骤2.4：计算log2域频域功率

4.根据权利要求1所述的一种基于时域和频域功率的自动增益控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4.1：当P_diff＜γ时，当前信号的调度子载波数目较多，令P_agc＝P_t；

步骤4.2：当P_diff≥γ时，当前信号的调度子载波数目较少，令P_agc＝αP_f+(1-α)P_t，其中α是可配置的，0≤α≤1。

5.一种基于时域和频域功率的自动增益控制系统，其特征在于，包括如下模块：

模块M1：计算一段时间范围内采样信号{s_t(n)，n＝1，2，...，N}的log2域时域功率P_t，其中s_t(n)是第n个采样信号，N是采样信号总数目；

模块M2：计算{s_t(n)，n＝1，2，...，N}的log2域频域功率P_f；

模块M3：计算频域功率和时域功率的差值P_diff＝P_f-P_t；

模块M4：设置阈值γ，根据P_diff和γ的大小关系判断当前信号的资源调度情况并计算用于自动增益控制的新功率P_agc；

模块M5：设置自动增益控制目标值P_target，计算功率差P_err＝P_agc-P_target；

模块M6：根据P_err确定增益控制来调整射频器件的增益。

6.根据权利要求5所述的一种基于时域和频域功率的自动增益控制系统，其特征在于，所述模块M1包括：

模块M1.1：计算线性域时域功率

模块M1.2：计算log2域时域功率

7.根据权利要求5所述的一种基于时域和频域功率的自动增益控制系统，其特征在于，所述模块M2包括：

模块M2.1：对{s_t(n)，n＝1，2，...，N}进行DFT，得到N个子载波的频域信号{S_f(k)，k＝1，2，...，N}，其中S_f(k)是第k个子载波的频域信号；

模块M2.2：在N个子载波中筛选出已知调度子载波的序号{k(m)，m＝1，2，...M}，其中k(m)∈{1，2，...，N}，M是已知调度子载波总数目；

模块M2.3：计算线性域频域功率

模块M2.4：计算log2域频域功率

8.根据权利要求5所述的一种基于时域和频域功率的自动增益控制系统，其特征在于，所述模块M4包括：

模块M4.1：当P_diff＜γ时，当前信号的调度子载波数目较多，令P_agc＝P_t；

模块M4.2：当P_diff≥γ时，当前信号的调度子载波数目较少，令P_agc＝αP_f+(1-α)P_t，其中α是可配置的，0≤α≤1。

9.一种存储有时域和频域功率的自动增益控制方法的计算机可读存储介质，其特征在于，所述时域和频域功率的自动增益控制方法被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述的方法的步骤。

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