CN101904147A

CN101904147A - 用于自动增益控制的方法和装置

Info

Publication number: CN101904147A
Application number: CN2008801231275A
Authority: CN
Inventors: N·安德加特; B·伯恩哈德森; F·诺德斯特伦; L·威廉森
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: CN101904147B; EP2235899B1; US20100272219A1; EP2235899A1; EP2073473A1; WO2009080578A1

Abstract

用于调整通***中的放大器(202)的增益的方法和设备包括：估计时域信号的功率(307)；估计从时域信号所变换的频域信号的一个或多个副载波上的功率分布(309)；以及根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号(311)。

Description

用于自动增益控制的方法和装置

技术领域

一般来说，本发明涉及通信***，并且更具体来说，涉及正交频分复用***的自动增益控制方法和设备。

背景技术

已经提出用于供卫星广播***和其它无线网络中使用的正交频分复用(OFDM)技术。在OFDM通信***中，数字信号在随后并行传送的多个副载波频率上调制。OFDM***具有易于信道均衡和有效带宽使用的优点。OFDM***的近来示例是3G长期演进(LTE)和WiMAX。

大多数通信***、特别是电池供电的移动通信***共同的是低功率低复杂度解决方案的目标。这使得需要考虑(look at)信号路径中的每一步并且适当地确定它们的范围(dimension them properly)。在许多情况下，有效地设计***意味着，当使用定点算术(fix-point arithmetic)时，信号动态范围应当占用硬件和软件中使用的信号范围的合适部分。具有与该设计相比太强的信号将意味着溢出或其它非线性的风险。另一方面，当仅使用几个模数转换器(ADC)位时，太低的信号跨度将受到例如量化噪声影响。

用于已知OFDM接收器的电子装置100在图1示出。装置100的块由放大器102、模数转换器(ADC)104、FFT(快速傅立叶变换)106和自动增益控制单元(AGC)108组成。放大器102放大所接收的模拟信号101。然后，经放大的模拟信号由ADC 104转换成数字信号。FFT 106将数字信号从时域转换成频域。AGC 108根据分析在FFT 106之前得到的时域输入信号109来控制由放大器102所使用的放大。

如上所述，基带模拟信号由ADC 104来取样。由于传输信道根据例如与基站的距离以不同方式使信号衰减，所以所接收的功率将会不同。要匹配信号动态与数字信号路径中的定点动态范围，信号幅度由AGC 108进行归一化。这将在量化之前调整幅度水平。因此，使ADC104中的量化噪声的影响为最小。

要缓解具有过多变化的信号的问题，AGC 108把时域信号109作为输入。在估计这个信号中的功率之后，AGC 108选择放大器的合适的放大水平来施加到在ADC 104之前所接收的信号。

发明内容

本发明的实施例基于如下认识：根据信号的频率分布，在采用上述AGC方案的情况下，可能存在FFT 106或者后续信号路径中的溢出的较大风险，如以下例示。

对于例如OFDM等多载波***，存在仅在所选副载波上传送数据、同时在其它副载波上保持静寂的可能性。如果使用窄频带，其中只有一小部分副载波用于传输，则时域信号中的功率可能很低，但是在所选副载波上的功率很高。根据时间信号的低平均功率，AGC 108将把信号解释为弱，并且给予高增益。但是，在通过FFT 106中的快速傅立叶变换将信号进行变换之后，所有功率被分配给该小频带的副载波。由于放大，FFT 106或后续信号路径中的溢出这时更有可能。同样的情况可在导致例如强DC偏移的接收器减损之后发生。由于FFT 106中的溢出，这可影响其它副载波。

本发明的一个目的是提供一种供OFDM接收器的电子装置中使用的自动增益控制方法，它至少限制频域中的溢出的风险。

不是仅使用时域信号作为对AGC的输入，本发明的一些实施例还使用频域信号作为对AGC的输入，由此考虑与当前用户以及其它用户对应的副载波。

根据本发明的一些实施例，公开一种用于调整通***中的放大器的增益的方法。该方法包括下列步骤：估计时域信号的功率；估计从时域信号所变换的频域信号的一个或多个副载波上的功率分布；以及根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号。生成所述增益控制信号例如可包括根据频域信号的副载波上的所述功率分布的峰值来生成所述增益控制信号。

根据其它实施例，公开一种用于OFDM接收器的装置自动增益控制。该装置可包括：用于使用增益控制信号来放大输入信号的放大器；用于将时域信号转换成频域信号的FFT；以及自动增益控制单元。自动增益控制单元适合于：估计时域信号的功率；估计频域信号的一个或多个副载波上的功率分布；以及根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号。自动增益控制单元例如可适合于根据频域信号的副载波上的所述功率分布的峰值来生成所述增益控制信号。

此外，上述装置可以是移动无线电通信装置的一部分。

根据一些实施例，一种计算机程序包括用于使计算机执行包括下列步骤的过程的程序指令：估计时域信号的功率；估计从时域信号所变换的频域信号的副载波上的功率分布；以及当所述程序在计算机上运行时，根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号。

在从属权利要求中定义了本发明的其它实施例。

应当强调，在本说明书使用中，术语“包括/包含”用来表示存在所述特征、完整物(integers)、步骤或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、完整物、步骤、组件或者它们的组。

附图说明

参照附图，通过以下具体实施方式，将会发现本发明的实施例的其它目的、特征和优点，附图包括：

图1示出已知OFDM接收器的电子装置；

图2示出OFDM接收器的电子装置的实施例；

图3是示出根据一个实施例、用于调整增益的方法的流程图；

图4是示出根据一个实施例的电子装置的操作的一组信号图表；

图5是示出根据一个实施例的电子装置的操作的一组信号图表；以及

图6是示出根据一个实施例的电子装置的操作的一组信号图表。

具体实施方式

本发明的实施例提供使用时域信号和频域信号作为输入信号来调整OFDM接收器中的放大器的增益的方法和电子装置。

OFDM接收器的自动增益控制的装置200的一个实施例的基本框图在图2示出。装置200由放大器202、模数转换器(ADC)204、FFT(快速傅立叶变换)206和自动增益控制单元(AGC)208组成。放大器202放大所接收的模拟信号201。经放大的模拟信号由ADC 204转换成数字信号。FFT 206将数字信号从时域转换成频域。AGC 208适合于根据时域信号和频域信号来控制由放大器202所使用的放大。

AGC 208具有多个输入，以便工作在窄带和宽带情况。时域信号可在ADC 204之前获取，由虚线209所示，或者可在ADC 204与FFT206之间获取，由连续线(unbroken line)209’表示，如图2的实施例所示。频域信号可从FFT 206作为完全FFT信号(completed FFT signal)来获取，由连续线210表示，或者可在FFT 206的最终输出之前作为中间FFT信号来获取，如虚线210’所示。

现在将参照图3来描述装置200的操作。在步骤301，所接收的模拟信号201在放大器202中使用所选放大值来放大。然后，在步骤303，经放大的模拟信号、即模拟时域信号209由模数转换器204转换成数字信号、即数字时域信号209’。在步骤305，数字信号则由FFT 206从时域(TD)信号转换成频域(FD)信号。时域信号和频域信号被作为AGC 208中的输入信号而接收。在步骤307估计从输入信号所得出的时域信号的功率，以及在步骤309估计频域信号的一个或多个副载波上的功率分布。虽然时域信号的功率的估计和频域信号的一个或多个副载波上的功率分布的估计在这个实施例中描述为按照特定顺序的两个分离步骤，但是该方法并不意在成为限制特征。时域信号的功率的估计和频域信号的一个或多个副载波上的分布的估计可由AGC 208按照不同顺序或者并行地执行。

然后，在步骤311，AGC 208根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号。

根据一个实施例，分别在步骤307和309，AGC 208可通过根据时域信号的所估计功率计算第一放大值以及根据频域信号的副载波上的功率分布计算第二放大值来生成增益控制信号。然后，在步骤311，AGC 208选择所计算的幅度值其中之一供放大器使用。根据本发明的一个实施例，AGC 208选择第一和第二放大值中的最低值用于放大器。根据本发明的另一个实施例，AGC选择最高放大功率，只要它低于预定阈值。

现在将参照图4-6来描述本发明的操作的说明性示例。示例中使用的数字(numbers)仅示出本发明的概念，并且本发明也可适用于其它选择，而且本发明不限于此。

在第一说明性示例中，考虑具有类似长期演进(LTE)的参数(LTE-like parameter)、取样频率为30.72MHz、可接收最大20MHz带宽的信号的接收器。首先考虑如图4所示的宽带信号(具有15kHz间距的1201个副载波)的情况。第一行示出时域和频域中的原始信号。第二行示出在时域信号作为对AGC的输入之后的信号，而第三行示出在频域信号作为对AGC的输入之后的信号。为了简化表示，作为对AGC的输入的时域信号调整信号水平(level)，使得最大时间样本匹配归一化为水平1的点线。作为对AGC的输入的频域信号调整信号水平，使得最大频率水平匹配频率平面中的点线。由于信号占用一大部分的频带，所以从时域信号所估计的功率具有与在各个副载波的功率的良好关系。当具有时域和频域两种输入时，选择应当是在这里由作为对AGC的输入的时域信号所选的较低放大水平。

对于图5所示的窄带信号，较上的行中的时域信号很弱，并且因而具有时域输入的AGC 208分配高放大。然后，在OFDM解调之后的信号可能以各个副载波上的过高值告终，如中右图所示。更好的选择将是令AGC 208对频域信号进行操作，如图5的底图所示。

图6所示的第三示例示出与前一个示例相同的情形，这时具有在较高频率上到另一个用户的传输，由右条块(right bar)所示。时域信号这时具有较高幅度，从而导致来自具有时域信号输入的AGC的增益减小。考虑当前用户频带外部的频率，具有频域信号输入的AGC将注意到新的传输，并且减小增益。

如以上参照图4-6所述的示例所示，频域信号的功率分布提供便于避免或者至少降低FFT 206或后续电路中的溢出的风险的信息。这种信息不是从例如频域信号或时域信号的平均功率值可得到的。例如，在以上参照图4-6所述的示例中，AGC 208根据频域信号的功率分布的峰值来计算上述第二放大值。由此，AGC 208可控制增益，例如以便避免或者至少降低所述峰值超过阈值水平(例如在图4-6中由点线表示)的风险。

另一种操作情况是当接收器减损在FFT之前生成高DC偏移时。如果动态范围足够宽，则这将只影响往往不会用于数据传输的DC副载波。但是，在FFT中具有溢出，信息可泄漏到其它副载波。要处理这种情况，AGC可测量FFT的DC输出，并且不需要测量整个频带，以便节省复杂度。

如果向用户分配副载波的某些块(资源块)，则可通过不查看资源块内的所有单独副载波、而仅查看一个或几个副载波，来降低复杂度。

如果在DC或另外某个点存在太高的值，则FFT内部的中间结果还可用于进行区分。FFT内部的查看可给出更快的结果，并且那个溢出可能在FFT内部发生，但在外部不可见。

感兴趣的是仍然使用对AGC 208的时域输入，但是这时添加频域输入。使用时域信号能以低复杂度来进行，并且因FFT 206中的延迟而可给出更快的结果。要处理信号中的不同峰值平均比(PAR)水平，时域输入是合适的。可使ADC饱和的高PAR水平在频域是不可见的。

当应用本发明时，可以更有效地确定例如FFT、信道估计等的频域中的信号路径的范围(The signal path in the frequency domain，such asFFT，channel estimation，etc.，can be more efficiently dimensioned whenapplying the invention)。由于这时需要更小的信号开销，这将导致溢出的更低风险或者不太复杂的解决方案。与现有解决方案相比，本发明不仅使用频域中的导频音(pilot tone)，而且可能使用相同OFDM帧中属于当前用户或其它用户的所有副载波。这种解决方案更好地处理多用户情况，其中不同的用户各具有OFDM帧内的较小频率范围。

便携或手持移动无线电通信设备或装置、移动无线电终端、移动电话、寻呼机、通信器(communicator)、电子组织器或智能电话可包括装置200。

该方法的至少某些部分、例如AGC 208的功能性和它所执行的方法步骤可嵌入允许实现本文所述的方法步骤和功能的计算机程序产品中。当计算机程序被加载并且运行于具有计算机能力的设备时，可执行本发明。当前上下文中的计算机程序、软件程序、程序产品或软件以任何编程语言、代码或符号表示指令集合的任何表达，该指令集合意在使具有处理能力的设备直接执行或者在转换为另一种语言、代码或符号之后执行特定功能。本发明还扩展到载体上或载体中适合实施本发明的程序。程序可采取源代码、对象代码或者适合用于实现根据本发明的方法的代码的形式。载体可以是能够携带程序的任何实体或装置。例如，载体可以是记录介质、计算机存储器、只读存储器或电载波信号。

以上参照具体实施例描述了本发明。但是，在本发明的范围之内，不同于以上所述的其它实施例是可能的。在本发明的范围内，可提供通过硬件或软件执行该方法、与以上所述不同的方法步骤。实施例的不同特征和步骤可结合在不同于所述的其它组合中。本发明的范围仅由所附专利权利要求书限制。

Claims

1.一种用于调整通***中的放大器的增益的方法，包括：

估计时域信号的功率(307)；

估计从时域信号所变换的频域信号的一个或多个副载波上的功率分布(309)；以及

根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号(311)。

2.如权利要求1所述的方法，其中，生成增益控制信号包括根据所述副载波上的所述功率分布的峰值来生成增益控制信号。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，时域信号是模拟时域信号。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，时域信号是经模数转换的时域信号。

5.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，频域信号是完全快速傅立叶变换信号。

6.如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，频域信号是在生成作为中间结果的快速傅立叶变换信号期间所得到的信号。

7.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，生成放大器的增益控制信号的步骤包括：

根据时域信号的所估计功率来计算第一放大值，并且根据频域信号的副载波上的功率分布来计算第二放大值。

8.如权利要求7所述的方法，其中，生成放大器的增益控制信号的步骤包括：

选择第一和第二放大值中的最低值作为放大器的增益控制信号。

9.如权利要求7所述的方法，其中，生成放大器的增益控制信号的步骤包括：

选择低于预定阈值的最高放大值作为放大器的增益控制信号。

10.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其中，估计频域信号的一个或多个副载波上的功率分布的步骤(309)包括仅估计频域信号的DC副载波上的功率。

11.一种用于OFDM接收器的自动增益控制的装置，包括：

用于使用增益控制信号来放大时域信号的放大器(202)；

用于将时域信号转换成频域信号(210；210’)的FFT(206)；以及

自动增益控制单元(208)，适合于：

-估计时域信号(209；209’)的功率；

-估计频域信号(210；210’)的一个或多个副载波上的功率分布；以及

-根据时域信号(209；209’)的所估计功率和频域信号(210；210’)的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号。

12.如权利要求11所述的装置，其中，自动增益控制单元(208)适合于根据所述副载波上的所述功率分布的峰值来生成所述增益控制信号。

13.如权利要求11或12所述的装置，其中，时域信号是模拟时域信号(209)。

14.如权利要求11或12所述的装置，其中，时域信号是经模数转换的时域信号(209’)。

15.如权利要求11-14中的任一项所述的装置，其中，频域信号是由FFT所生成的中间FFT信号(210’)。

16.如权利要求11-14中的任一项所述的装置，其中，频域信号是由FFT所生成的完全FFT信号(210)。

17.如权利要求11-16中的任一项所述的装置，其中，自动增益控制单元(208)适合于根据时域信号(209；209’)的所估计功率来计算第一放大值，以及根据频域信号(210；210’)的副载波上的功率分布来计算第二放大值。

18.如权利要求17所述的装置，其中，增益控制单元(208)适合于选择第一和第二放大值中的最低值用于放大器(202)的增益控制信号。

19.如权利要求17所述的装置，其中，自动增益控制单元(208)适合于选择低于预定阈值的最高放大值用于放大器(202)的增益控制信号。

20.如权利要求11-19中的任一项所述的装置，其中，增益控制单元(208)适合于仅估计频域信号(210；210’)的DC副载波上的功率。

21.一种移动无线电通信装置，其包括如权利要求11-20中的任一项所述的用于OFDM接收器(200)的自动增益控制的装置。

22.如权利要求21所述的移动无线电通信装置，其中，该装置是便携或手持移动无线电通信设备、移动无线电终端、移动电话、寻呼机、通信器、电子组织器或智能电话。

23.一种计算机程序，所述计算机程序包括当所述程序在计算机上运行时用于使计算机(100)执行以下过程的程序指令：

估计时域信号的功率；

估计从时域信号所变换的频域信号的副载波上的功率分布；以及

根据时域信号的所估计功率和频域信号的副载波上的功率分布来生成放大器的增益控制信号。

24.如权利要求23所述的计算机程序，其包含在记录介质上，存储在计算机存储器中，包含在只读存储器上，或者在电载波信号上携带。

25.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，其上具有：计算机程序代码部件，当所述程序被加载时，使计算机运行以下过程：

估计时域信号的功率；