專利名稱：一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的自動增益控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短程低速無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的自動增益控制方法，屬于無線通信的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自動增益控制是現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信中必備的部分，它是一種根據(jù)接收信號的特性自動調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的裝置，使得接收機在同相、正交兩路放大后，模擬信號的最大值可以接近模/數(shù)轉(zhuǎn)換動態(tài)范圍的滿量程，從而最小化模/數(shù)轉(zhuǎn)換的量化誤差。自動增益控制算法的調(diào)節(jié)精度決定了模擬接收信號是否可以以很小的失真轉(zhuǎn)化為數(shù)字接收信號，它是后續(xù)數(shù)字信號處理的先決條件。
現(xiàn)代的無線網(wǎng)絡(luò)通信多是分組傳輸?shù)模词瞻l(fā)機之間每次只傳輸一個數(shù)據(jù)包，在每一次數(shù)據(jù)接收之前接收機都要進行自動增益控制的增益調(diào)節(jié)。由于在每一次數(shù)據(jù)傳輸開始之前收發(fā)機之間還要進行時間和頻率同步等步驟，所以可以用于自動增益控制增益調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)非常有限。且自動增益控制增益調(diào)節(jié)的速度越快，后續(xù)數(shù)字處理的相對時間越長，這對提高通信系統(tǒng)的性能很有幫助。因此，為了滿足現(xiàn)代無線網(wǎng)絡(luò)通信的需要，自動增益控制必須同時滿足其對調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)精度的要求。
對于基于無線包傳輸標準的接收機而言，在將很大動態(tài)范圍內(nèi)的接收信號幅度調(diào)整到合適范圍的要求下，只有幾個碼元周期的數(shù)據(jù)可用于自動增益控制，這給自動增益控制算法的調(diào)節(jié)速度和精度提出了非常高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的快速自動增益控制方法，以解決在很短的調(diào)節(jié)時間內(nèi)完成自動增益控制增益調(diào)節(jié)的問題。在自動增益控制方法中，利用接收數(shù)據(jù)幅度與目標幅度之間的相對關(guān)系，確定幅度放大的增益值。
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中的自動增益控制方法，包括以下各步驟(1)以任意時刻T0為起始時刻，設(shè)每次自動增益控制的信號長度為ΔT，對接收時間T0到T0+ΔT內(nèi)短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進行下變頻處理后，得到基帶接收信號x1；(2)按設(shè)定的增益值win對x1進行幅度放大，令當前增益值w1＝win，并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到基帶接收數(shù)字信號，記為x2；(3)根據(jù)上述基帶接收數(shù)字信號x2對當前增益值w1進行非線性調(diào)整，得到系統(tǒng)增益值w2，保存第一次增益變化值Δw(k)＝w2-w1；
(4)將上述系統(tǒng)增益值w2反饋至上述幅度放大，對T0+kΔT到T0+(k+1)ΔT接收到的下一組短程無線網(wǎng)絡(luò)中的基帶接收信號進行幅度放大，并用w2更新當前增益值w1；(5)將時間(k+1)ΔT與設(shè)定的用于自動增益控制的信號最大長度TAGC進行比較，若(k+1)ΔT大于TAGC，自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，反饋給上述幅度放大，使增益固定為w2，若小于或等于TAGC，則進行以下步驟；(6)重復步驟(3)～(5)，得到各次增益變化值，將連續(xù)兩次增益變化值的絕對值與設(shè)定的停止自動增益控制的變化增益門限Δwstop比較，若小于Δwstop，自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，反饋給上述幅度放大，使增益固定為w2；若大于或等于Δwstop，重復步驟(3)～(6)。
上述方法中，根據(jù)基帶接收數(shù)字信號x2對當前增益值w1進行非線性調(diào)整，得到經(jīng)過調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2的過程，包括以下步驟(1)將基帶接收數(shù)字信號x2中每一個采樣點的幅度值與設(shè)定的目標幅度值A(chǔ)0進行比較，統(tǒng)計其中幅度值大于目標幅度值的采樣點個數(shù)，記為n；(2)當采樣點個數(shù)n大于設(shè)定的取值范圍上限Bup或小于取值范圍下限Bdown時，使當前增益值w1與設(shè)定的固定增益值w0相加或相減，得到調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2；(3)當采樣點個數(shù)n介于設(shè)定的取值范圍上限Bup和下限Bdown之間時，根據(jù)n與設(shè)定的采樣點個數(shù)門限n0的差值Δn，以及設(shè)定的α確定一個指數(shù)函數(shù)y=e-α|Δn|,]]>若Δn大于零，則Δw(k)＝-y·|Δw(k-1)|；若Δn小于零，則Δw(k)＝y(tǒng)·|Δw(k-1)|；若Δn等于零，則Δw(k)＝0；使當前增益值w1與Δw(k)相加，得到調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2，其中0＜α≤10。
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的快速自動增益控制方法，具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明方法中根據(jù)接收信號幅度與目標幅度的關(guān)系，將自動增益控制的增益調(diào)節(jié)分為大幅度調(diào)節(jié)和小幅度調(diào)節(jié)兩部分，在接收信號幅度與目標幅度相差較遠時進行大幅度調(diào)節(jié)，從而有效減少調(diào)節(jié)時間，提高了調(diào)節(jié)速度；在接收信號幅度與目標幅度較接近時進行小幅度調(diào)節(jié)，保證了調(diào)節(jié)精度；
(2)本發(fā)明方法中的小幅度調(diào)節(jié)由接收信號中幅度值大于目標幅度的采樣點個數(shù)與一個給定值的差值確定的函數(shù)控制，該差值定量的反應(yīng)出了本組接收信號幅度與目標幅度的差距，從而使得每次調(diào)節(jié)的增益更準確；(3)本發(fā)明方法中，接收信號中幅度值大于目標幅度的采樣點個數(shù)與采樣點個數(shù)門限的差值確定的非線性函數(shù)取值范圍為
，且本次增益的變化值由該函數(shù)值與上一次增益的變化值相乘得到，保證增益的變化越來越小，加快了調(diào)節(jié)速度；(4)本發(fā)明方法得到的增益可使信號幅度與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器滿量程非常接近，使一部分較大的隨機噪聲在量化時由于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器已飽和而被去掉；(5)本發(fā)明方法可以工作的信噪比范圍很大，可以應(yīng)用于接收信號幅度動態(tài)范圍很大的情況。


圖1是本發(fā)明方法在實際應(yīng)用中的流程圖。
圖2是本發(fā)明方法的流程框圖。
圖3是本發(fā)明方法中對當前增益值進行大幅度非線性調(diào)整的流程框圖。
圖4是本發(fā)明方法中對當前增益值進行小幅度非線性調(diào)整的流程框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的快速自動增益控制方法，包括以下各步驟(1)以任意時刻T0為起始時刻，設(shè)每次自動增益控制的信號長度為ΔT，對接收時間T0到T0+ΔT內(nèi)短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進行下變頻處理后，得到基帶接收信號x1；(2)按設(shè)定的增益值win對x1進行幅度放大，令當前增益值w1＝win，并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到基帶接收數(shù)字信號，記為x2；(3)根據(jù)上述基帶接收數(shù)字信號x2對當前增益值w1進行非線性調(diào)整，得到系統(tǒng)增益值w2，保存第一次增益變化值Δw(k)＝w2-w1；(4)將上述系統(tǒng)增益值w2反饋至上述幅度放大，對T0+kΔT到T0+(k+1)ΔT接收到的下一組短程無線網(wǎng)絡(luò)中的基帶接收信號進行幅度放大，并用w2更新當前增益值w1；(5)將時間(k+1)ΔT與設(shè)定的用于自動增益控制的信號最大長度TAGC進行比較，若(k+1)ΔT大于TAGC，自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，反饋給上述幅度放大，使增益固定為w2，若小于或等于TAGC，則進行以下步驟；(6)重復步驟(3)～(5)，得到各次增益變化值，將連續(xù)兩次增益變化值的絕對值與設(shè)定的停止自動增益控制的變化增益門限Δwstop比較，若小于Δwstop，自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，反饋給上述幅度放大，使增益固定為w2；若大于或等于Δwstop，重復步驟(3)～(6)。
上述的根據(jù)基帶接收數(shù)字信號x2對當前增益值w1進行非線性調(diào)整，得到經(jīng)過調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2的過程是首先將基帶接收數(shù)字信號x2中每一個采樣點的幅度值與設(shè)定的目標幅度值A(chǔ)0進行比較，統(tǒng)計其中幅度值大于目標幅度值的采樣點個數(shù)，記為n；當采樣點個數(shù)n大于設(shè)定的取值范圍上限Bup或小于取值范圍下限Bdown時，使當前增益值w1與設(shè)定的固定增益值w0相加或相減，得到調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2；當采樣點個數(shù)n介于設(shè)定的取值范圍上限Bup和下限Bdown之間時，根據(jù)n與設(shè)定的采樣點個數(shù)門限n0的差值Δn，以及設(shè)定的α確定一個指數(shù)函數(shù)y=e-α|Δn|,]]>若Δn大于零，則Δw(k)＝-y·|Δw(k-1)|；若Δn小于零，則Δw(k)＝y(tǒng)·|Δw(k-1)|；若Δn等于零，則Δw(k)＝0；使當前增益值w1與Δw(k)相加，得到調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2，其中0＜α≤10。。
以下結(jié)合附圖本發(fā)明的一個實施例本發(fā)明的短程無線網(wǎng)絡(luò)中的自動增益控制方法首先要給定自動增益控制方法中的一些固定參數(shù)的值。參數(shù)包括每次自動增益控制的信號長度ΔT；自動增益控制的初始增益值win；每個采樣點的目標幅度值A(chǔ)0；采樣點個數(shù)的理想取值范圍，其上限Bup，下限Bdown；自動增益控制的固定增益值w0；采樣點個數(shù)門限n0；用于自動增益控制的信號最大長度TAGC；停止自動增益控制的變化增益門限Δwstop；以x為自變量，α為固定值的指數(shù)函數(shù)y=e-αx.]]>α表示了每次調(diào)節(jié)增益的大小與變量x的關(guān)系，它能夠有效地控制自動增益控制的收斂速度。在本實施例中，α取值為2。
在接收中首先以任意時刻T0為起始時刻，根據(jù)設(shè)定的每次自動增益控制的信號長度ΔT，接收時間T0到T0+ΔT內(nèi)短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進行下變頻處理后，得到基帶接收模擬信號x1。
按設(shè)定的增益值win對x1進行幅度放大，令當前增益值w1＝win，并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換得到基帶接收數(shù)字信號，記為x2，并通過自動增益控制得到系統(tǒng)增益值w2，如圖1所示。
自動增益控制過程如圖2所示，首先使一組基帶接收數(shù)字信號x2中每個采樣點的幅度與目標幅度值A(chǔ)0進行比較，統(tǒng)計該組接收序列中幅度值大于目標幅度值的采樣點個數(shù)n。
求得一組接收序列中幅度值大于目標幅度值的采樣點個數(shù)n后，將n與理想取值范圍上、下限分別進行比較。
當采樣點個數(shù)n大于理想取值范圍上限或小于理想取值范圍下限時，對增益值w1進行第一種調(diào)節(jié)，如圖3所示。
若采樣點個數(shù)n大于理想取值范圍上限，本次增益變化的絕對值|Δw(k)|等于設(shè)定的w0，符號為負，即可用公式表示為Δw(k)＝-w0；若采樣點個數(shù)n小于理想取值范圍下限，本次增益變化的絕對值|Δw(k)|等于w0，符號為正，即可用公式表示為Δw(k)＝w0；當采樣點個數(shù)n介于理想取值范圍上限和下限之間時，對增益值w1進行第二種調(diào)節(jié)，如圖4所示。將采樣點個數(shù)n與設(shè)定的理想點數(shù)值n0相減，得到差值Δn。此差值Δn的絕對值將決定本次自動增益調(diào)節(jié)的增益變化的絕對值，其符號將決定自動增益調(diào)節(jié)后的增益變大或變小。
設(shè)x＝|Δn|，代入指定參數(shù)α的指數(shù)函數(shù)得到y(tǒng)=e-α|Δn|,]]>則本次增益變化的絕對值|Δw(k)|由函數(shù)值y與上次增益變化的絕對值相乘得到，用公式可表示為|Δw(k)|＝y(tǒng)·|Δw(k-1)|其中k表示正在進行第k次自動增益調(diào)節(jié)，|Δw(k-1)|表示上一次增益變化的絕對值。
Δw(k)的符號由Δn決定當Δn＞0時，Δw(k)＝|Δw(k)|；
當Δn＜0時，Δw(k)＝-|Δw(k)|；當Δn＝0時，Δw(k)＝0。
結(jié)束采樣點個數(shù)n與理想取值范圍的上、下限的比較，得到調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)增益值w2＝w1+Δw(k)，并存儲本次增益的變化值Δw(k)。
接收時間T0+kΔT到T0+(k+1)ΔT內(nèi)短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進行下變頻處理后，得到下一組基帶接收模擬信號，替換x1中的基帶接收模擬信號。
按系統(tǒng)增益值w2對x1進行幅度放大，并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到下一組基帶接收數(shù)字信號，替換x2中的基帶接收數(shù)字信號，并用系統(tǒng)增益值w2代替w1的值。
將時間(k+1)ΔT與設(shè)定的TAGC進行比較，若(k+1)ΔT大于TAGC，則自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，使增益固定為w2；否則，在得到本次增益的變化值Δw(k)后，將連續(xù)兩次變化增益的絕對值即|Δw(k)|和|Δw(k-1)|與設(shè)定的Δwstop比較，若|Δw(k)|和|Δw(k-1)|均小于Δwstop，則自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，使增益固定為w2；否則，循環(huán)進行圖2所示的自動增益控制過程。
權(quán)利要求
1.一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中的接收數(shù)據(jù)的自動增益控制方法，其特征在于該方法包括以下各步驟(1)以任意時刻T0為起始時刻，設(shè)每次自動增益控制的信號長度為ΔT，對接收時間T0到T0+ΔT內(nèi)短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進行下變頻處理后，得到基帶接收信號x1；(2)按設(shè)定的增益值win對x1進行幅度放大，令當前增益值w1＝win，并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到基帶接收數(shù)字信號，記為x2；(3)根據(jù)上述基帶接收數(shù)字信號x2對當前增益值w1進行非線性調(diào)整，得到系統(tǒng)增益值w2，保存第一次增益變化值Δw(k)＝w2-w1；(4)將上述系統(tǒng)增益值w2反饋至上述幅度放大，對T0+kΔT到T0+(k+1)ΔT接收到的下一組短程無線網(wǎng)絡(luò)中的基帶接收信號進行幅度放大，并用w2更新當前增益值w1；(5)將時間(k+1)ΔT與設(shè)定的用于自動增益控制的信號最大長度TAGC進行比較，若(k+1)ΔT大于TAGC，自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，反饋給上述幅度放大，使增益固定為w2，若小于或等于TAGC，則進行以下步驟；(6)重復步驟(3)～(5)，得到各次增益變化值，將連續(xù)兩次增益變化值的絕對值與設(shè)定的停止自動增益控制的變化增益門限Δwstop比較，若小于Δwstop，自動增益調(diào)節(jié)結(jié)束，反饋給上述幅度放大，使增益固定為w2；若大于或等于Δwstop，重復步驟(3)～(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的根據(jù)基帶接收數(shù)字信號x2對當前增益值w1進行非線性調(diào)整，得到經(jīng)過調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2的方法，包括以下步驟(1)將基帶接收數(shù)字信號x2中每一個采樣點的幅度值與設(shè)定的目標幅度值A(chǔ)0進行比較，統(tǒng)計其中幅度值大于目標幅度值的采樣點個數(shù)，記為n；(2)當采樣點個數(shù)n大于設(shè)定的取值范圍上限Bup或小于取值范圍下限Bdown時，使當前增益值w1與設(shè)定的固定增益值w0相加或相減，得到調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2；(3)當采樣點個數(shù)n介于設(shè)定的取值范圍上限Bup和下限Bdown之間時，根據(jù)n與設(shè)定的采樣點個數(shù)門限n0的差值Δn，以及設(shè)定的α確定一個指數(shù)函數(shù)y=e-α|Δn|,]]>若Δn大于零，則Δw(k)＝-y·|Δw(k-1)|；若Δn小于零，則Δw(k)＝y(tǒng)·|Δw(k-1)|；若Δn等于零，則Δw(k)＝0；使當前增益值w1與Δw(k)相加，得到調(diào)整后的系統(tǒng)增益w2，其中0＜α≤10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短程無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的快速自動增益控制方法，屬于無線通信的技術(shù)領(lǐng)域。首先接收對一個時間段內(nèi)短程無線網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送端發(fā)出的射頻信號，進行下變頻處理后得到一組基帶接收數(shù)字信號，并根據(jù)當前增益值對一組基帶接收數(shù)字信號的幅度進行放大。統(tǒng)計此基帶接收數(shù)字信號中幅度大于目標幅度值的采樣點個數(shù)，根據(jù)此采樣點個數(shù)與一個理想取值范圍的比較，對增益值進行大幅度調(diào)整或小幅度調(diào)整；通過對連續(xù)若干時間段內(nèi)的信號循環(huán)進行上述增益調(diào)整過程，達到自動增益調(diào)整結(jié)束時的信號增益值可以使接收信號的幅度接近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器滿量程的目的。本發(fā)明提出的短程無線網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的自動增益控制方法，減少了調(diào)節(jié)時間并保證了調(diào)節(jié)精度。
文檔編號H04L25/03GK1822575SQ20061006645
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者周思源, 張良, 楊晨陽, 胡志建, 酈亮 申請人:北京威訊紫晶科技有限公司