CN101926144A

CN101926144A - 在正交频分多址系统中实现自动增益控制的装置和方法

Info

Publication number: CN101926144A
Application number: CN2008801256164A
Authority: CN
Inventors: 张晶; 乔嘉
Original assignee: UTStarcom Telecom Co Ltd
Current assignee: UTStarcom Telecom Co Ltd
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2010-12-22
Also published as: WO2009092177A1

Abstract

本发明揭示一种在OFDMA系统中的自动增益控制装置，它包括：自动增益控制器、模数转换器和基带处理模块。本发明还揭示了一种在OFDMA系统中的自动增益控制方法，采用下述步骤：逐帧测量每个上行链路的数据突发上的载波干扰噪声比和接收功率；计算第(n-1)帧的干扰噪声功率；获取第n帧的干扰噪声接收功率以及有用信号接收功率；计算出第n帧的总接收功率；以及根据第n帧的总接收功率与AGC增益值之间的对应关系，获得所需的数字AGC增益值。采用本发明的OFDMA系统中实现自动增益控制的装置和方法，通过来自基站的功率调整量来估算当前帧的有用接收功率，可以更加准确地计算当前帧的总接收功率，并通过总接收功率与数字AGC增益之间的对应关系来实现自动增益控制。

Description

在正交频分多址系统中实现自动增益控制的装霉和方法技术领域

本发明涉及无线通信系统中控制数字自动增益控制器的装置和方法，尤其涉及一种在正交频分多址通信系统中自动增益控制的装置和方法。背景技术

在现有技术中，对于数字无线通信系统，通常利用模拟下变频，将射频信号转换到中频信号，然后再通常利用模数转换器（ ADC： Analog-Digital Converter ) 对输入端的模拟信号进行采样和量化处理，并将其转换为数字信号。具体来说，该转换过程是将模拟信号量化为 ADC所预先设定的位数的数字信号。例如，对于 8位的 ADC来说，若定义其转换量程为 0-5V，那么可以采用 1 1 1 1 1 1 1 1来表示电压幅值为 5V的模拟信号。然而，接收机所接收到的模拟信号的功率会不断变化，如果输入到模拟下变频的模拟信号功率过大或者过小，向上或者向下超出了模拟下变频的工作范围，就会使模拟下变频输出的信号饱和或者信噪比恶化。如果输入到模数转换器的模拟信号功率过大而使 ADC饱和，该 ADC就会将信号削峰（也就是通常所说的饱和失真）；如果接收机前端的模拟信号功率过低，又会产生较大的量化干扰噪声。因此，在数字无线通信系统中接收机会使用自动增益控制装置将所接收的模拟信号的幅度调整到合适的范围，以避免因模拟信号功率过大或过小而相应产生的饱和失真或信噪比恶化等问题。

尤其对于正交频分多址 ( OFDMA： Orthogonal Frequency Division Multiple Address )通信系统来说，其采用多载波并逐帧执行调度，分配给每一用户的副载波和所分配的副载波数量逐帧变化，因此，前一帧与后一帧之间的功率变化会很大。在公开号为 CN 1741519A 的中国发明专利申请中，申请人公开了一种在 OFDMA通信系统中实现自动增益控制的装置和方法，其采用如下等式获得 EL(n-1 ) 和 EL(n)，其中 EL(n-1 )表示第 n-1帧的上行链路信噪 J±( SNR： Signal Noise Ratio ) 的估算值， EL(n)表示第 n帧的上行链路 SNR的估算值：确认本

在上式中， N_buret表示将要从移动站发送的数据脉冲串的数量，即，分配在该帧中的上行链路数据脉冲串的数量； N_FFT表示副载波的总数； Ν_υτ表示每一帧的上行链路数据码元的数量； CINR(m)表示第 m个数据脉冲串的目标 CINR； N_SCH(m)表示分配给第 m个数据脉冲串的副信道的数量；以及 k表示每个副信道分配的功率。针对上述等式，由于对某一用户的上一个数据突发可能会在很多帧之前传输，而很多帧之前的噪声和干扰电平与当前帧的噪声和干扰电平可能差异很大。此外，在该申请文本中使用目标 CINR ( Carrier to Interference-plus-Noise Ratio：载波干扰噪声比床估算当前帧的有用接收功率，然而该目标 CINR与实时测量的 CINR 值并不总相符，这样也会降低估算用户有用接收功率时的准确度。发明内容

针对现有技术中正交频分多址通信系统在进行自动增益控制时所引起的上述技术缺陷，本发明提供了一种在 OFDMA通信系统中实现自动增益控制的装置和方法。

按照本发明的一个方面，提供了一种在正交频分多址通信系统中用于控制自动增益的自动增益控制装置，它包括：

自动增益控制器，用于接收来自射频端的模拟信号并对所述模拟信号进行增益调整；

模数转换器，用于将所述自动增益控制器的输出端的信号转换为数字信号；以及

基带处理模块，它包括：

载波干扰噪声比测量单元，用于接收经数字下变频的所述数字信号和逐帧测量每个上行链路的数据突发上的载波干扰噪声比；

接收功率测量单元，用于接收经数字下变频的所述数字信号和逐帧测量每个上行链路的数据突发上的接收功率；

当前帧的接收功率估算模块，用于根据所述载波干扰噪声比以及所述接收功率估算出当前帧的接收功率。

其中，所述基带处理模块还包括无线资源分配单元，用于产生功率控制信息并将其发送至所述当前帧的接收功率估算模块。

其中，所述基带处理模块还可以包括 AGC 增益计算器，用于根据所述估算的当前帧的接收功率与 AGC增益值之间的对应关系来获取 AGC增益值。

按照本发明的又一个方面，提供了一种在正交频分多址通信系统中用于控制自动增益的自动增益控制方法，它包括下述步骤：

逐帧测量每个上行链路的数据突发上的载波干扰噪声比；

逐帧测量每个上行链路的数据突发上的接收功率；

计算第 (n-1 )帧分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的干扰噪声功率；

获取第 n帧的干扰噪声接收功率以及有用信号接收功率；

将所述干扰噪声接收功率与所述有用信号接收功率相加，得出第 n 帧的总接收功率；以及

根据第 n 帧的总接收功率与 AGC增益值之间的对应关系，获得所需的数字 AGC增益值。

其中，利用基带处理模块中的无线资源分配单元，产生功率控制信息并将其发送至所述当前帧的接收功率估算模块。

其中，利用基带处理模块中的 AGC 增益计算器，基于当前帧的接收功率与 AGC增益值之间的对应关系来获取 AGC增益值。

其中，所述当前帧的接收功率与 AGC增益值之间的对应关系可以表现为公式形式，或者表格形式 '或者实验数据对应曲线等。

按照本发明的又一个方面，提供了一种用于正交频分多址通信系统的自动增益控制装置中的基带处理模块，其特征在于，所述基带处理模块具有当前帧的接收功率估算模块，并且该估算模块利用如下等式计算当前帧的接收功率：

Ρ,ο, (")

其中， N_FFT是 FFT的点数； N_symb是上行子帧的符号数； N_buret是上行无线资源的数据突发数； N_m(i)是分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发所包含的子载波与符号的数目； P_s,_m(i)表示分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的有用信号的接收功率； P_l+N,_m(i)表示分配给第 i 个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的干扰和噪声的功率；和 P_t。_t(n)表示第 n帧的总接收功率。按照本发明的再一个方面，提供了一种在正交频分多址通信系统中的接收机。该接收机包括上述用于自动增益控制装置中的基带处理模块，该基带处理模块具有当前帧的接收功率估算模块，并且该估算模块利用如下等式计算当前帧的接收功率：

^Ρ'。' (") = N I N (") ^{x P}S O (") + _{N N} ¾ 《 (" - " x ^p' 、 (" - 1) 采用本发明的正交频分多址通信系统中实现自动增益控制的装置和方法，通过来自基站的功率调整量来估算当前帧的有用接收功率，可以更加准确地计算当前帧的总接收功率，并通过总接收功率与数字 AGC增益之间的对应关系来实现自动增益控制。附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图 1示出现有技术中无线通信系统使用的数字自动增益控制装置的方框示意图；图 2示出如图 1所示的 OFDMA通信系统中控制数字 AGC增益的流程示意图；图 3示出依据本发明在无线通信系统使用的数字自动增益控制装置的方框示意图；而

图 4示出如图 3所示的 OFDMA通信系统中控制数字 AGC增益的流程示意图。具体实施方式

下面参照附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

图 1 示出了现有技术中在无线通信系统使用的数字自动增益控制装置的方框示意图。如图所示，该数字自动增益控制装置包括自动增益控制器 101、有效比特检测器 102、功率测量器 103、增益计算器 104和 SNR估算器 105。参照图 1 , 功率测量器 103逐帧测量接收信号的功率， SNR估算器 105通过使用 MAP信息 (或信道分配信息）和下一帧的 CINR来估算下一帧的 SNR数值。更详细地，增益计算器 104使用从功率测量器 103接收的接收功率测量值和从 SNR估算器 105 接收的 SNR估算值来计算自动增益控制器 101的增益值。接着，该自动增益控制器 101 将该增益值应用到接收信号上以便输出具有预期的幅度。有效比特检测器 102从由自动增益控制器 101 接收的数据流中除去不必要的 LSBs并且把形成的数字信号输出到信道插件，用于信道解调。其中，增益计算器 104 中可以单独实现或者配置 SNR估算器 105，该增益计算器 104通过使用从慢速媒体存取控制 ( LMAC: Low Media Access Control )数字信号处理器 DSP接收的数据 MAP信息来估算下一帧的 SNR数值，并通过使用该 SNR估算值和接收功率测量值来计算自动增益控制器 101的增益。

图 2示出了如图 1所示的 OFDMA通信系统中控制数字 AGC增益的流程示意图。参照图 2，该流程示意图包括以下步骤：

步骤 200：基站使用下列等式（ 1 )在第（ n-2 )帧的上行链路时间周期内估算第（ n-1 )帧的上行链路 SNR值，其中，在等式（ 1 )里 N_burst表示将要从移动站发送的数据脉冲串的数量，即，分配在该帧中的上行链路数据脉冲串的数量； N_FFT表示副载波的总数； Ν_υτ表示每一帧的上行链路数据码元的数量； CINR(m) 表示第 m个数据脉冲串的目标 CINR； N_seH(m)表示分配给第 m个数据脉冲串的副信道的数量；以及 k表示每个副信道分配的功率。

步骤 202：基站在第（ n-1 )帧的上行链路时间周期内计算第 n帧的上行链路

SNR估算值 EL(n)；

步骤 204：基站测量第（ n-1 )帧的上行链路接收功率 PM ( n-1 ) ，在第 n帧的上行链路时间周期内基于下列等式并使用 EL(n-1 )和 PM(n-1 )来估算第 n帧的上行链路噪声功率 EN(n)；

EL(n - \) = S(n - \)/ N(n - \) . _Ar ，、― PM{n - \)

PM{n - 1) = S(n - 1) + N(n - 1) EL(n - l) + l

在 OFDMA通信系统中，上行链路的噪声功率基本上恒定不变，则第 n帧的上行链路噪声功率 EN(n)可以 ¾示为：

ΕΝ、(、、 = PM(n - )≡ Ν(η—， 1) 1)―

EL(n一 1) + 1

步骤 206：基站使用第 n帧的上行链路噪声功率估算值 EN(n)或者上行链路接收功率估算值 EP(n)来计算数字 AGC的增益。其中 EP(n)与 EN(n)之间的转换关系可以表示为

EP(n) = S(n) + N(n)

= N(n) x EL(n) + N(n)

= EN(n) x [EL(n) + \]

= ^PM("— x剛 _{+ 1}]

EL(n - l) + l

其中，使用 EN(n)和 EP(n)来控制增益值可以线性标定为

或者

Gain(n) = \^P'^hreshM

EP(n)

更进一步，当使用 EN(n)线性标定时，预设定预期的噪声功率值 N^_es/)。_w 且基于 N_thres 与 EN(n)的比率来控制增益值；当使用 EP(n)线性标定时，预设定预期的信号功率值 ^^。_/£/并且基于 P_thres 与 EP(n)的比率来控制增益值。

图 3 示出了依据本发明在无线通信系统使用的数字自动增益控制装置的方框示意图。参照图 3 ,该数字自动增益控制装置主要包括低噪声放大器、自动增益控制器 300、模拟下变频 302、模数转换器 304、数字下变频 306(DDC: Digital Down Conversion)以及基带处理模块 308。更加具体地，该基带处理模块 308具有 CINR 测量单元 3081、接收功率测量单元 3082、 AGC增益计算器 3083、无线资源分配单元 3084和当前帧的接收功率估算模块 3085。

从信号流向的角度详细介绍上述图 3 的工作原理。首先，天线接收模拟信号并经过低噪声放大器进行放大，将放大后的模拟信号进入自动增益控制器 300，利用模拟下变频 302将射频信号转换到中频信号并进入到模数转换器 304中；经模数转换器 304处理后输出量化后的数字信号；数字下变频 306接收该量化数字信号并将其送至基带处理模块 308 中。对于本发明的数字自动增益控制装置来说，当前帧的接收功率估算模块 3085是关键组件。利用 CINR测量单元 3081和接收功率测量单元 3082，该基带处理模块 308中，每帧对分配给每个用户的数据突发进行接收功率测量和 CINR测量，并将测量到的接收功率和 CINR数值输送到当前帧的接收功率估算模块 3085中；与此同时，无线资源分配单元 3084产生功率控制信息并将其送给当前帧的接收功率估算模块 3085。该当前帧的接收功率估算模块 3085根据接收的所测量的接收功率和 CINR数值以及功率控制信息，估算出当前帧的接收功率。最后，利用当前帧的接收功率与 AGC增益值之间的对应关系，通过 AGC增益计算器 3083计算出 AGC增益值。如图 3所示，该 AGC增益值反馈到模数转换器 304的输入端的自动增益控制器 300中，以实现本发明的自动增益控制装置中的自动增益调节。

图 4示出了如图 3所示的 OFDMA通信系统中控制数字 AGC增益的流程示意图。在详细介绍本发明的自动增益控制装置实现自动增益控制的过程前，预先定义以下各物理参数， Pm(i)表示分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的总接收功率； CINRm(i)表示分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的信号干扰噪声比； P_s，_m 和 P_l+N,_m(i)分别表示分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的有用信号的功率以及干扰和噪声的功率。

步骤 400：测量分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的总接收功率 p_m(i)和分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的信号信号干扰噪声比 CINRm(i);

步骤 402：计算第 n-1帧分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的干扰和噪声的功率 P_l+N,_m(i)；

= 尸,《,) (" - 1) =

CINR_m{i) = P_SMi) /P_I+NMi) ― '+ C崖 _mW(" _l) + l

同样，如果预设定第 n帧分配了数据突发的用户先前的有用接收功率为 P_S (,)，第 n帧分配了数据突发的用户先前的总接收功率为，以及第 n帧分配了数据突发的用户先前的信号干扰噪声比为 C/Ni?^)，则该有用接收功率 ^^,)与信号干扰噪声比 C/N ? 之间的关系可采用如下等式得出：

pp^re - p^pre 一 p^pre rMpp ^e

^ΓΙ+ΝΜ ^^(Ο― —— ^ ppre ₌ ^JJVAm(Q _{χ p pr}e

' S,m(i) ^J JO pre i ^m(

7ΚΪΏ Ρ^Γβ ― PP^re I p ^re ^ ^Km(i) 步骤 404：计算第 n帧的干扰和噪声接收功率 P_l+N(n)；

首先，第 n-1帧的干扰和噪声接收功率 P_l+N(n-1 )可以采用下式获得： ρ_Ι+Ν (" - = N _N ∑^N (" - " x P'+NM (" - 考虑到 OFDMA通信系统中，第 n帧的干扰和噪声接收功率相对于第 n-1 帧的干扰和噪声接收功率变化量很小，则

P N (") = _{M T} ∑N_m{i) (n-l)x P_{I+N M{I)} (n - 1)

I\_FFT X J\ _SYMB

其中， N_FFT是 FFT (快速傅立叶变换）的点数； N_symb是上行子帧的符号数； N_buret是上行无线资源的数据突发数，无用子载波也看成是虚拟的数据突发； N_m(i) 是分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发所包含的子载波与符号的数 g。

步骤 406：计算第 n帧的有用信号接收功率 P_s(n)。如前所述 ' P_s,_m(i)表示分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的有用信号的接收功率。则该有用信号接收功率 P_s(n)可以用如下等式求得：

1

^Ps(^ = _N χ _Ν ∑N_m(l){n),P_SMl){n) 其中，若定义为基站对第 i个用户的功率的调整参量，则

υ") = 0 (ι+Δ_;)

步骤 408：计算第 η帧的总接收功率 P_t。_t(n)。本领域的技术人员应当理解，第 n帧的总接收功率可以表示为第 n帧的有用信号接收功率与第 n帧的干扰和噪声接收功率之和，即，

P_tot(n) = P_s{n) + P_I+N{n)

如前所述，在步骤 402和步骤 404中已分别求出了第 n帧的干扰和噪声接收功率和第 _n帧的有用信号接收功率，则第 n帧的总接收功率可用如下等式表示：

P_l0, (") = _Λ. ¹ _M ∑N_m0) (n) x P_SMl) (") + ∑N_m( ("— 1) x P_1+NMi) (n一 1) 步骤 410：根据当前帧的总接收功率与 AGC增益值之间的对应关系，得出出本发明的自动增益控制装置中的 AGC增益值。需要指出的是，该对应关系可以是公式，也可以是试验数据，还可以采用诸如上述图 2 所述的基于当前帧的上行链路噪声功率或者接收功率的线性标定方式。如果使用查找表确定 AGC的增益，可使用类似下表的结构：上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims

权利要求

1 .一种在正交频分多址通信系统中用于控制自动增益的自动增益控制装置，其特征在于，所述自动增益控制装置包括：

自动增益控制器，用于接收来自射频端的模拟信号并对所述模拟信号进行增益调整；

模数转换器，用于将所述自动增益控制器的输出端的信号转换为数字信号；以及

基带处理模块，它包括：

载波干扰噪声比测量单元，用于接收经数字下变频的所述数字信号和逐帧测量每个上行链路的数据突发上的载波干扰噪声比；

接收功率测量单元，用于接收经数字下变频的所述数字信号和逐帧测量每个上行链路的数据突发上的接收功率；

当前帧的接收功率估算模块，用于根据所述载波干扰噪声比以及所述接收功率估算出当前帧的接收功率。

2. 如权利要求 1所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述基带处理模块还包括无线资源分配单元，用于产生功率控制信息并将其发送至所述当前帧的接收功率估算模块。

3. 如权利要求 1所述的自动增益控制装置，其特征在于，所述基带处理模块还可以包括 AGC增益计算器，用于根据所述估算的当前帧的接收功率与 AGC增益值之间的对应关系来获取 AGC增益值。

4. 如权利要求 3所述的自动增益控制装置，其特征在于，所获取的 AGC增益值反馈到所述自动增益控制器。

5. 一种在正交频分多址通信系统中用于控制自动增益的自动增益控制方法，其特征在于，所述自动增益控制方法采用下述步骤：

逐帧测量每个上行链路的数据突发上的载波干扰噪声比；

逐帧测量每个上行链路的数据突发上的接收功率；

计算第 (n-1 )帧分配给第 i 个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的干扰噪声功率；

获取第 n帧的干扰噪声接收功率以及有用信号接收功率；将所述干扰噪声接收功率与所述有用信号接收功率相加，得出第 n 帧的总接收功率；以及

根据第 n 帧的总接收功率与 AGC增益值之间的对应关系，获得所需的数字 AGC增益值。

6. 如权利要求 5所述的控制方法，其特征在于，利用基带处理模块中的无线资源分配单元，产生功率控制信息并将其发送至所述当前帧的接收功率估算模块。

7. 如权利要求 5所述的控制方法，其特征在于，利用基带处理模块中的 AGC 增益计算器，基于当前帧的接收功率与 AGC增益值之间的对应关系来获取 AGC 增益值。

8. 如权利要求 7所述的控制方法其特征在于所述当前帧的接收功率与 AGC 增益值之间的对应关系可以表现为公式形式，或者表格形式，或者实验数据对应曲线等。

9. 如权利要求 5所述的控制方法，获取所述第 n帧的总接收功率是通过当前帧的接收功率估算模块实现的。

10. 一种用于正交频分多址通信系统的自动增益控制装置中的基带处理模块，其特征在于，所述基带处理模块具有当前帧的接收功率估算模块，并且该估算模块利用如下等式计算当前帧的接收功率：

1 1

P,。, (") = τ; ~~ 7—∑ N_{m 0} (") x P_{S i)} {n) + - ~~ --∑ N_m(l) (" - 1) x P_1+NMl) (" - 1)

I _FFr x i _{symb m( )=1} j _FFT x j _{symb m(i)=1}

其中， N_FFT是 FFT的点数； N_symb是上行子帧的符号数； N_{bl St}是上行无线资源的数据突发数； N_m(i)是分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发所包含的子载波与符号的数目； P_s，_m(i)表示分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的有用信号的接收功率； P_l+N,_m(i)表示分配给第 i 个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的干扰和噪声的功率；和 P_t。_t(n)表示第 n帧的总接收功率。

11. 如权利要求 10所述的基带处理模块，其特征在于，所述分配给第 i个用户的数据突发序号为 m(i)的数据突发上的有用信号的接收功率 P_s,_m(i)采用下述等式获得：

^ ") = (,) x (l + A, )

其中， P o为第 n 帧分配了数据突发的用户先前的有用接收功率； Δ ί为基站对第 i个用户的功率的调整参量。

12. 一种在正交频分多址通信系统中的接收机，其具有如权利要求 10所述的基带处理模块。