專利名稱：一種應(yīng)用于ofdm中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡(jiǎn)稱“WSN”)是由具有無線通信、感知及計(jì)算能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的“智能”網(wǎng)絡(luò)，它涉及多學(xué)科高度交叉、知識(shí)高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)、智能交通等各種領(lǐng)域。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用推廣，對(duì)通信的距離增大，對(duì)通信的速率增加，目前普遍采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，簡(jiǎn)稱“OFDM，，) 通信體制用于中高速無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。OFDM技術(shù)是于上個(gè)世紀(jì)50 60年代提出來的。它將整個(gè)傳輸帶寬劃分為一系列相互正交的子載波，只要單個(gè)子載波所占用的帶寬足夠窄，其上的信道頻率響應(yīng)就可以看作是平坦的。這樣頻率選擇性衰落信道即被轉(zhuǎn)化為一系列平坦衰落子載波信道。每個(gè)時(shí)域OFDM符號(hào)被送至信道傳輸前，添加大于信道最大時(shí)延擴(kuò)展的循環(huán)前綴，即可消除無線通信中，由于信道多徑衰落造成的嚴(yán)重碼間干擾(Inter-Symbol Interference，簡(jiǎn)稱“ ISI ”)。 然而OFDM接收機(jī)性能受信號(hào)幅度大小影響較大，接收到的信號(hào)幅度過大或者過小都會(huì)對(duì)接收性能產(chǎn)生較大影響，引起較大誤碼率甚至丟幀。因此需要在接收機(jī)進(jìn)行自動(dòng)增益控制 (Automatic Gain Control，簡(jiǎn)稱“AGC”)，能將信號(hào)幅度自動(dòng)調(diào)整到適合解調(diào)的范圍，不會(huì)發(fā)生由于信號(hào)過大、過小影響接收性能。AGC調(diào)整方法主要分為兩類，第一類是模擬AGC，第二類是數(shù)字AGC。模擬AGC為射頻端通過模擬電路探測(cè)接收信號(hào)的幅度，根據(jù)探測(cè)到的幅度自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的反饋調(diào)整電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)射頻VGA的電壓，改變射頻電路電壓增益，使得接收信號(hào)幅度滿足解調(diào)要求； 數(shù)字AGC為基帶模塊通過接收到的數(shù)字信號(hào)，檢測(cè)數(shù)字信號(hào)幅值，通過數(shù)字算法計(jì)算相應(yīng)需要調(diào)整的幅度差值，計(jì)算出反饋電壓的數(shù)字值，經(jīng)DA轉(zhuǎn)化后控制VGA，改變射頻電路電壓增益，使得接收信號(hào)幅度滿足解調(diào)要求。由于數(shù)字AGC實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，調(diào)整速度快，得到了越來越多的應(yīng)用，特別適合資源受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。AGC方法調(diào)整速度和穩(wěn)定性是雙刃劍，調(diào)整速度快，將能在較短的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定接收信號(hào)幅度，可以減少AGC調(diào)整開銷，提高數(shù)據(jù)利用率，但是調(diào)整速度快，將會(huì)引起較大波動(dòng)，較小的噪聲都可能引起誤調(diào)整，穩(wěn)定性差。 反之亦然。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，能偶找到AGC調(diào)整的穩(wěn)定度和調(diào)整速度的折中，減少由于信號(hào)幅度變化所引起的性能衰落。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，包括以下步驟(1)利用HR和nR相結(jié)合的方式計(jì)算接收信號(hào)的功率；(2)將接收信號(hào)功率轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)形式p_dB (n)；(3)比較當(dāng)前信號(hào)的功率與信號(hào)的理想功率差值，根據(jù)差值計(jì)算相應(yīng)的調(diào)整増益 值，進(jìn)行反饋調(diào)整。所述步驟(1)中由幅值量代替信號(hào)的功率，所述信號(hào)的功率為p (n) = (l-p) p(n-l) + pZ(n)，其中，P為加權(quán)因子，0< P < l,z(n)為單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度值量。所述加權(quán)因子P = 0. 125。
M-I所述單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度值量 hZdReLKめ]|2+lIm[>^)]|2}/M，M*M_
M=O
平均數(shù)，與調(diào)整速度有關(guān)，M彡0 ；y(n)為接收信號(hào)。所述接收信號(hào)y(n)為復(fù)數(shù)信號(hào)，由I，Q兩路組成，則所述單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度 值量 ) = Z{max(|/|,|0|) + |min(|/|,|0|)}/M。
M=OL所述步驟O)中通過對(duì)數(shù)的形式p_dB (n) = Iog10 (p (n))。所述步驟(3)中第n+1時(shí)刻的反饋調(diào)整增益輸出值為A(n+1)，A(n+1) = (1-a) A(n) + aは- _(^(11)]，其中，ム(11)為第n時(shí)刻輸出的増益值，a為加權(quán)因子，0< a < 1，R 為信號(hào)的理想功率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)值。所述步驟(3)中反饋調(diào)整為兩段調(diào)整法，第一段為粗調(diào)整，判斷信號(hào)是否過載、過 大或過??；第二段為細(xì)調(diào)整，在第一段調(diào)整完成結(jié)束后進(jìn)行。有益效果由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果本發(fā)明采用HR和nR相結(jié)合的方式計(jì)算接收信號(hào)的功率，能在調(diào)整速度和調(diào)整穩(wěn)定度 之間找到一個(gè)較好的折中。本發(fā)明利用信號(hào)的幅度量代替功率量，通過采用泰勒展開近似 逼近，能在滿足性能的同時(shí)大大減少了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。本發(fā)明采用兩段調(diào)整方法，適應(yīng)動(dòng)態(tài) 范圍大，調(diào)整速度快，同時(shí)能較快穩(wěn)定。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。本發(fā)明涉及ー種應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，下面對(duì)在無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中本發(fā)明的ー個(gè)具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是數(shù)字自動(dòng)調(diào)整增益控制的結(jié)構(gòu)示意圖，其采用OFDM進(jìn)行通信，該數(shù)字自動(dòng)增益控制方法為負(fù)反饋。圖2所示的是本發(fā)明的方法流程首先估算出接收信號(hào)的功率，本實(shí)施例中采用幅度值代替功率量，以減少計(jì)算的復(fù)雜度。信號(hào)功率是通過得到單個(gè)采樣點(diǎn)的幅值后，再通過IIR方法得到經(jīng)過一定濾波消除高頻脈沖噪聲干擾的幅值信號(hào)P (η)，用該幅值信號(hào)代替信號(hào)的功率。信號(hào)的功率為P (η) =(1-ρ)ρ(η-1) + ρζ(η)，其中，P 為加權(quán)因子，0 < P < 1，特定設(shè)值 P=O. 125，ζ (η)
M-I
為單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度值量，其計(jì)算公式為咖片刀取辦⑷擴(kuò)+丨呵少⑷力/似，其中，
M=O
y(n)為經(jīng)過AD轉(zhuǎn)化的接收信號(hào)，請(qǐng)說明Re[]代表取實(shí)部和Im[]代表取需部。本實(shí)施例中的接收信號(hào)y(n)為復(fù)數(shù)信號(hào)，由I，Q兩路組成，因此其計(jì)算公式利用FIR方法可變?yōu)?br> M-Iι
z( ) = ^{max(|/|,|0|) + -min(|/|,|0|)}/M，其中，M為累加平均數(shù)，與調(diào)整速度有關(guān)，M > 0，
M=OL
并且隨著調(diào)整段數(shù)的不同而不同，在第一段調(diào)整中，M值較小，使得能更快速度調(diào)整，具體的取值范圍根據(jù)采樣速率的不同而不同，在本實(shí)施例中設(shè)定的采樣速率為20MHz的系統(tǒng)中， 第一段調(diào)整值M取值為2，4，8，16，32，...；第二段調(diào)整中，M取值較大，大于第一段的調(diào)整取值，使得調(diào)整具有較高的穩(wěn)定性。由此可見，本發(fā)明采用FIR和IIR相結(jié)合的方式計(jì)算接收信號(hào)的功率，能在調(diào)整速度和調(diào)整穩(wěn)定度之間找到一個(gè)較好的折中。本發(fā)明利用信號(hào)的幅度量代替功率量，通過采用泰勒展開近似逼近，能在滿足性能的同時(shí)大大減少了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。針對(duì)調(diào)整段數(shù)的不同，等待不同時(shí)間后將信號(hào)的幅值量轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)分量，第一段等待的時(shí)間較短，第二段等待時(shí)間大于第一段，等待時(shí)間與M值得設(shè)置類似。經(jīng)過對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化后，得到的對(duì)數(shù)形式P_dB(n) = Iog10 (ρ (η))。獲得當(dāng)前一段區(qū)域的信號(hào)幅度值后，則通過比較當(dāng)前幅值量與理想要求的幅值分量差距，相應(yīng)的獲得反饋的調(diào)整增益值。第η+1時(shí)刻的反饋調(diào)整增益輸出值為Α(η+1)， Α(η+1) = (1-α)Α(η) + α [R-p_dB (η)]，其中A (η)為第η時(shí)刻輸出的增益值，α為加權(quán)因子，0 < α < 1，R為信號(hào)的理想幅度對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)值，R的取值與AD轉(zhuǎn)換器的分辨率有關(guān)， OFDM中要求的信號(hào)幅度可以設(shè)置為R= log1(l(0.75*2N)，其中N為AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。在反饋調(diào)整過程中，采用兩段調(diào)整法進(jìn)行調(diào)整，第一段為粗調(diào)整，調(diào)整速度快，調(diào)整精度低，主要判斷信號(hào)是否過載、過大或過??；第二段為細(xì)調(diào)整，調(diào)整速度慢，調(diào)整精度高，基本將信息調(diào)整恒定，只有在第一段調(diào)整完成結(jié)束后再進(jìn)入第二段調(diào)整。不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用兩段調(diào)整方法，適應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍大，調(diào)整速度快，同時(shí)能較快穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟(1)利用FIR和IIR相結(jié)合的方式計(jì)算接收信號(hào)的功率；(2)將接收信號(hào)功率轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)形式p_dB(η)；(3)比較當(dāng)前信號(hào)的功率與信號(hào)的理想功率差值，根據(jù)差值計(jì)算相應(yīng)的調(diào)整增益值，進(jìn)行反饋調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟(1)中由幅值量代替信號(hào)的功率，所述信號(hào)的功率為P(n) = (I-P) ρ(η-1) + ρΖ(η)，其中，P為加權(quán)因子，0< P < Ι,ζ (η)為單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度值量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，所述加權(quán)因子P=O. 125。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征M-I在于，所述單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度值量ζ⑷= Σ{|ΜΧ )]|2 + ΝΧ )]|2}/Μ，M為累加平均M=O數(shù)，與調(diào)整速度有關(guān)，M彡0;y (η)為接收信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，所述接收信號(hào)y(n)為復(fù)數(shù)信號(hào)，由I，Q兩路組成，則所述單個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)的幅度值量M-Iιζ⑷= Z{maX(|/|,|0|) + 7min(|/|,|0|)}/M。M=OL
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟(2)中通過對(duì)數(shù)的形式p_dB(n) = Iog10 (ρ (η))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟(3)中第η+1時(shí)刻的反饋調(diào)整增益輸出值為Α(η+1)，Α(η+1) = (1-α) A(η)+ α [1 - _(^(11)]，其中^(11)為第η時(shí)刻輸出的增益值，α為加權(quán)因子，O < α < 1，R 為信號(hào)的理想功率對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，其特征在于，所述步驟(3)中反饋調(diào)整為兩段調(diào)整法，第一段為粗調(diào)整，判斷信號(hào)是否過載、過大或過??；第二段為細(xì)調(diào)整，在第一段調(diào)整完成結(jié)束后進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于OFDM中的數(shù)字自動(dòng)增益控制快速調(diào)整方法，包括以下步驟(1)利用FIR和IIR相結(jié)合的方式計(jì)算接收信號(hào)的功率；(2)將接收信號(hào)功率轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)形式p_dB(n)；(3)比較當(dāng)前信號(hào)的功率與信號(hào)的理想功率差值，根據(jù)差值計(jì)算相應(yīng)的調(diào)整增益值，進(jìn)行反饋調(diào)整。本發(fā)明采用FIR和IIR相結(jié)合的方式計(jì)算接收信號(hào)的功率，能在調(diào)整速度和調(diào)整穩(wěn)定度之間找到一個(gè)較好的折中。
文檔編號(hào)H04W52/52GK102387113SQ20111032635
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者占云龍, 張 誠(chéng), 羅炬鋒, 高丹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所