CN1133344C - 具有自动增益控制的宽带多载波无线基站及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
具有自动增益控制的宽带多载波无线基站及其控制方法，将多载波基带信号进行分离，再利用统计/控制模块对N个单载波基带信号进行处理，生成控制信号控制射频接收模块中的可控衰减器，调整射频接收模块输出的多载波基带信号的幅度。可实现自动增益控制的实时调整功能和调整恢复功能，扩大了基站的动态范围能力，从而解决了某些部件的动态范围能力不满足信号动态范围的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有自动增益控制的宽带多载波无线基站及其控制方法。
背景技术
现有的无线基站的一般原理结构如图1所示：包括一基带处理模块101、一基带/中频接收模块102、一基带/中频发射模块104、一射频接收模块103、一射频发射模块105。在接收方向，无线基站从天线接收射频信号A。射频信号A经过射频接收模块103的下变频，变成了信号B，该信号B可以是中频或基带模拟信号。信号B经过基带/中频接收模块102的处理，变成了数字信号C。信号C送基带处理模块101进行处理，完成解调、译码等功能。在发射方向，基带处理模块101将调试信号D送基带/中频发射模块104处理。基带/中频模块104输出中频或基带模拟信号E。模拟信号E经射频发射模块105的上变频处理形成射频信号F，信号F经天线发射到空中。
现在，无线基站的发展趋势是由窄带向宽带发展，以实现高数据率和低成本的目标。宽带多载波基站与窄带基站不同，其信号A、信号F是包含N个载波的射频信号，信号B、信号E是包含N个载波的基带或中频模拟信号，信号C、信号D是一组数字信号，可以分别命名为C1、C2、...、CN和D1、D2、...、DN。宽带多载波基站的基带/中频接收模块102将射频接收模块输出的多载波基带信号B分离成了N个信号C，基带/中频发射模块104将N个信号D合成一个信号E。这意味着N路载波共用一路射频接收模块103、射频接收模块105，大大节省了成本。
但是在宽带多载波基站的情况下，信号由于包含了多个载波，其大小取决于多个载波信号中每一个载波的大小以及它们的组合情况。由于宽带多载波基站的各个载波一般是不相关的，载波信号能量的大小也是不相关的，包含了多个载波的合信号的能量大小不能简单地代表各个载波信号的能量大小。所以简单地根据其合信号的能量大小来控制可控衰减器中的增益并不能真正照顾各个载波的各自情况。
而且由于无线用户距离无线基站远近不一，再加上空间衰落等原因，无线基站接收到的信号有大有小，具有一定的动态范围。如果信号动态范围比较大，有可能超出无线基站中的某些部件如ADC的动态范围能力。在这样的情况下，信号经过动态范围能力不足的部件如ADC的时候，会被削顶或削底，信号失真。在宽带多载波基站的情况下，信号由于包含了多个载波，其大小为多个载波信号的叠加，因而其对器件的动态范围要求更高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有基站的缺点而提出的一种具有自动增益控制的宽带多载波无线基站及其控制方法，采用该基站及方法可实现宽带多载波基站自动增益控制实时调整功能和调整恢复功能，从而解决某些部件的动态范围能力不满足信号的动态范围的问题。
实现本发明目的的技术方案是：一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，包括一基带处理模块、一基带/中频接收模块、一基带/中频发射模块、一射频接收模块、一射频发射模块；在接收方向，无线基站从天线接收多载波射频信号A，多载波射频信号A经过射频接收模块的下变频，变成了多载波基带信号B，该多载波基带信号B经过基带/中频接收模块的处理，变成了N个单载波基带信号C；N个单载波基带信号C送基带处理模块进行处理，完成解调、译码等功能；在发射方向，基带处理模块将调试信号D送基带/中频发射模块处理，基带/中频发射模块输出基带/中频模拟信号E；基带/中频模拟信号E经射频发射模块的上变频处理形成射频信号F，射频信号F经天线发射到空中；其特点是，所述的基带/中频接收模块是一个模数转换的电路；在接收方向还包括一可控衰减器和一统计/控制模块；所述的可控衰减器包含在射频接收模块中，所述的统计/控制模块的输入端与基带/中频接收模块的输出端连接，其输出端与可控衰减器的输入端连接；多载波射频信号A输入到射频接收模块的可控衰减器，经过射频接收模块的可控衰减器调整后生成多载波基带信号B，送到基带/中频接收模块，基带/中频接收模块将多载波基带信号B分离成包含N个单载波基带信号C，分成两路，一路输入到基带处理模块，另一路输入到统计/控制模块对N个单载波基带信号C进行处理，统计/控制模块生成控制信号输入到射频接收模块的可控衰减器，控制可控衰减器以调整射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度。
上述一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，其中，所述的基带/中频接收模块由一模数转换器和一与其输出信号连接的数字分离模块构成；射频接收模块输出的多载波基带信号B通过模数转换器后送到数字分离模块生成N个单载波基带信号C。
上述一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，其中，所述的基带/中频接收模块由一模拟分离模块和N个模数转换器构成；模拟分离模块输出N个载波信号，分别输入到模数转换器，转换成N个单载波基带信号C。
一种适用于宽带多载波无线基站的自动增益控制方法，其特点是，包括以下步骤：
(1)首先调节射频接收模块中可控衰减器的衰减量，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围映射在多载波射频信号A的动态范围的低端；
(2)统计/控制模块接收N个单载波基带信号C，分别统计各个单载波基带信号C的能量大小；如果发现各个单载波基带信号C中有一个被削顶，则增大可控衰减器的衰减量，将射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度调小，使其动态范围映射在多载波射频信号A的动态范围的高端，直至信号不削顶为止，实现增益调整；
(3)在完成了增益调整之后，统计/控制模块仍旧实时监测N个单载波基带信号C的能量大小，在发现信号不被削顶之后，则减小可控衰减器的衰减量，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围向多载波射频信号A的动态范围的低端移动，实现调整恢复功能。
由于本发明采用了以上的技术方案，将多载波信号进行分离，再利用统计/控制模块对N个载波信号进行处理，生成控制信号控制射频接收模块的可控衰减器，调整射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度。从而能及时了解多个载波中各个载波的能量大小是否过大或过小，及时调整可控衰减器的增益，使信号调整到部件的动态范围能力之内，具有实时调整功能；而当多个载波中有些载波的信号从超出部件的动态范围的情况变化为不超出部件动态范围的情况的时候，自动增益控制能及时发现这一情况，将增益调整回去，具有调整恢复功能。
附图说明
本发明的具体性能特征由以下的实施例及其附图进一步说明。
图1为现有的无线基站的原理结构图。
图2为本发明基站的结构示意图。
图3是本发明的基带/中频接收模块实现结构之一示意图。
图4是本发明的基带/中频接收模块实现结构之二示意图。
具体实施方式
请参阅附图2。本发明一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，包括一基带处理模块101、一基带/中频接收模块102、一基带/中频发射模块104、一射频接收模块103、一射频发射模块105。在接收方向，无线基站从天线接收射频信号A。射频信号A经过射频接收模块103的下变频，变成了信号B，该信号B可以是中频或基带模拟信号。信号B经过基带/中频接收模块102的处理，变成了数字信号C。信号C送基带处理模块101进行处理，完成解调、译码等功能。在发射方向，基带处理模块101将调试信号D送基带/中频发射模块104处理。基带/中频模块104输出中频或基带模拟信号E。模拟信号E经射频发射模块105的上变频处理形成射频信号F，信号F经天线发射到空中。本发明基站还包括一统计/控制模块204和一个可控衰减器205；可控衰减器205包含在射频接收模块103中，可以调整射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度，将其限定在一定的范围之内，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围小于射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围，并可以调整射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围对应于射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围的上端或下端。基带/中频接收模块102是一个模数转换的电路，其将包含了多个载波的基带信号B分离成了代表N个载波的数字单载波基带信号C(C1、C2、...、CN)。单载波基带信号C除了传输到基带处理模块101之外，还传输给统计/控制模块204中。统计/控制模块204接收N个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN，分别统计各个载波信号的能量大小，并对N个载波信号进行处理，生成控制信号，控制可控衰减器205，调整射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度，将其限定在一定的范围之内。这样，射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围可以小于射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围，即可解决ADC动态范围能力不足的问题，实现自动增益控制的实时调整功能和调整恢复功能。
图3是本发明的基带/中频接收模块实现结构之一示意图。所述的基带/中频接收模块由一模数转换器和一与其输出信号连接的数字分离模块构成；射频接收模块输出的多载波基带信号B通过模数转换器后送到数字分离模块生成N个载波单载波基带数字信号C。该基带/中频接收模块结构，包含多载波的射频接收模块输出的多载波基带信号B首先经模数转换器ADC302转换成包含多载波的数字信号，然后经过数字分离模块301分离成多路单载波基带数字信号C1、C2、...、CN，C1、C2、...、CN分别为各个载波的基带或中频信号。
图4是本发明的基带/中频接收模块实现结构之二的示意图。所述的基带/中频接收模块由一模拟分离模块401和N个模数转换器402构成；模拟分离模块401输出N个载波信号分别输入到模数转换器，转换成N个数字单载波基带信号C。在该基带/中频接收模块结构中，包含多载波的射频接收模块输出的多载波基带信号B首先经模拟分离模块401分离成多路信号，各路信号分别经过模数转换器ADC402转换成单载波基带数字信号C1、C2、...、CN，C1、C2、...、CN分别为各个载波的基带或中频信号。宽带多载波基站的基带/中频接收模块202有两种实现结构，其作用是一致的，即将包含了多个载波的一个射频接收模块输出的多载波基带信号B分离成了包含各个载波的N个单载波基带信号的数字信号C1、C2、...、CN。
本发明统计/控制模块204除可对单载波基带数字信号C1、C2、...、CN进行处理外，也可以对模拟单载波基带信号C1、C2、...、CN进行处理。
实现本发明自动增益的方法步骤是：
第一步，控制射频接收模块203中的可控衰减器205，使其衰减量比较小，即射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度比较大，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围映射在载波射频入多载波射频信号A的动态范围的低端。
第二步，统计/控制模块204接收N个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN，分别统计各个载波信号的能量大小。如果发现各个载波单载波基带信号C1、C2、...CN中有一个载波的信号被削顶，增大可控衰减器205的衰减量，将射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度调小，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围映射在多载波射频信号A的动态范围的高端一些的地方，直至信号不削顶为止，实现实时调整功能。
第三步，在完成了增益调整之后，统计/控制模块204仍旧实时监测N个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN的能量大小，在发现信号不被削顶之后，减小可控衰减器205的衰减量，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围向射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围的低端移动，即实现了调整恢复功能。
本发明自动增益控制是控制了射频接收模块103中的可控衰减器205，使其衰减量比较小，即射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度比较大，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围映射在射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围的低端。即如果射频接收模块输入的多载波射频信号A比较小时，射频接收模块输入的多载波射频信号A可以完整地转换成射频接收模块输出的多载波基带信号B；如果射频接收模块输入的多载波射频信号A比较大时，射频接收模块输入的多载波射频信号A因为超出了射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围，被削顶并保留成最大的射频接收模块输出的多载波基带信号B，信号失真。统计/控制模块204接收N个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN，分别统计各个载波信号的能量大小。如果发现各个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN中有一个载波的信号处于其动态范围的顶端，则认为该信号的动态范围超出的部件的动态范围，该信号被削顶，信号失真。此时，增大可控衰减器205的衰减量，将射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度调小，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围映射在射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围的高端一些的地方。这样，原来被削顶的信号就可能不被削顶了。统计/控制模块204实时监测N个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN的能量大小，调整可控衰减器205的衰减量，直至其不削项为止。这样，实现了实时调整功能。在完成了增益调整之后，统计/控制模块204仍旧实时监测N个载波单载波基带信号C1、C2、...、CN的能量大小，在发现信号没有被削顶之后，减小可控衰减器205的衰减量，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围向射频接收模块输入的多载波射频信号A的动态范围的低端移动，即实现了调整恢复功能。
本发明可以实现对宽带多载波基站的自动增益控制，改善信号的动态范围和载波接收的质量。除适用于宽带多载波无线系统外，也可以使用在其它类型的宽带多载波系统上。
Claims (4)
1、一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，包括一基带处理模块、一基带/中频接收模块、一基带/中频发射模块、一射频接收模块、一射频发射模块；在接收方向，无线基站从天线接收多载波射频信号A，多载波射频信号A经过射频接收模块的下变频，变成了多载波基带信号B，该多载波基带信号B经过基带/中频接收模块的处理，变成了N个单载波基带信号C；N个单载波基带信号C送基带处理模块进行处理，完成解调、译码等功能；在发射方向，基带处理模块将调试信号D送基带/中频发射模块处理，基带/中频发射模块输出基带/中频模拟信号E；基带/中频模拟信号E经射频发射模块的上变频处理形成射频信号F，射频信号F经天线发射到空中；其特征在于，所述的基带/中频接收模块是一个模数转换的电路；在接收方向还包括一可控衰减器和一统计/控制模块；所述的可控衰减器包含在射频接收模块中，所述的统计/控制模块的输入端与基带/中频接收模块的输出端连接，其输出端与可控衰减器的输入端连接；多载波射频信号A输入到射频接收模块的可控衰减器，经过射频接收模块的可控衰减器调整后生成多载波基带信号B，送到基带/中频接收模块，基带/中频接收模块将多载波基带信号B分离成包含N个单载波基带信号C，分成两路，一路输入到基带处理模块，另一路输入到统计/控制模块对N个单载波基带信号C进行处理，统计/控制模块生成控制信号输入到射频接收模块的可控衰减器，控制可控衰减器以调整射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度。
2、根据权利要求1的所述的一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，其特征在于，所述的基带/中频接收模块由一模数转换器和一与其输出信号连接的数字分离模块构成；射频接收模块输出的多载波基带信号B通过模数转换器后送到数字分离模块生成N个单载波基带信号C。
3、根据权利要求1的所述的一种具有自动增益控制功能的宽带多载波无线基站，其特征在于，所述的基带/中频接收模块由一模拟分离模块和N个模数转换器构成；模拟分离模块输出N个载波信号，分别输入到模数转换器，转换成N个单载波基带信号C。
4、一种适用于宽带多载波无线基站的自动增益控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先调节射频接收模块中可控衰减器的衰减量，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围映射在多载波射频信号A的动态范围的低端；
(2)统计/控制模块接收N个单载波基带信号C，分别统计各个单载波基带信号C的能量大小；如果发现各个单载波基带信号C中有一个被削顶，则增大可控衰减器的衰减量，将射频接收模块输出的多载波基带信号B的幅度调小，使其动态范围映射在多载波射频信号A的动态范围的高端，直至信号不削顶为止，实现增益调整；
(3)在完成了增益调整之后，统计/控制模块仍旧实时监测N个单载波基带信号C的能量大小，在发现信号不被削顶之后，则减小可控衰减器的衰减量，使射频接收模块输出的多载波基带信号B的动态范围向多载波射频信号A的动态范围的低端移动，实现调整恢复功能。
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