专利名称：射频自动增益控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及射频自动增益控制系统和方法。
技术背景在无线通讯领域，由于不同手4几的发射功率及路径损肆毛的不同， 导致了基站接收的不同手机信号的强弱不同。此外，当手才几位置移 动时，也会导致基站接收信号的强弱发生变化。如果基站接收信号太大，可能超出了射频接收机的线性放大范围；而基站接收信号较 弱时，又有可能无法对有用信号进行检测，这就要求基站的射频接 收机有较大的动态范围和接收灵敏度。射频自动增益控制是通过调节射频接收^^内的放大器的增益值 来实现对接收射频信号大小的自动调节。当射频接收信号较大时， 减少接收机放大器的增益，避免放大器饱和；当接收信号较小时， 增加射频接收机放大器的增益，放大接收信号。可见，通过射频自 动增益控制能够有效实现射频接收机动态范围和接收灵敏度的提 高。传统的射频自动增益控制方法为在射频放大器后加功率检测电 路，如果检测到接收信号太大，则将放大器增益值调低；如果检测 到接收信号太小，则将放大器增益值调高。传统的射频自动增益控 制方法所外加的功率4企测电路既增加了接收4几的体积，又增加了接 t]丈才几的成本。申请号为CN200610109348的中国专利申请《一种接收机及接 收无线信号的方法》，公开了一种在数字中频中检测出包络信号功 率，再一艮据;险测的包络信号功率来调整射频增益的自动增益控制方 法。申请号为CN200510137588的中国专利申请《实施自动增益控 制的无线装置及增益控制方法》，公开了 一种采用接收信号强度检测 装置检测出天线口的接收信号强度，由反馈数据转换装置计算出增 益控制反馈电路的反馈数据，作为自动增益控制电路的增益控制值。 这两篇专利的核心思想都是在数字中频或射频部分外加功率冲企测电 路，根据功率检测结果反馈自动增益控制值，控制效果不理想。发明内容针对以上一个或多个问题，本发明提供了 一种射频自动增益控 制系统和方法，不需要外加功率才企测电3各，可以直4妄才艮据基带所计 算出的接收信号功率来判断信号的强弱。本发明的射频自动增益控制系统包括天线，用于接收和发送 射频信号；可变增益放大器，用于对天线接收到的信号进行自动增 益控制；射频接收机，连接至可变增益放大器，用于将接收到的射 频信号混频为模拟基带信号；模数转换模块，用于将模拟基带信号 转换为数字信号，并将数字信号发送至基带处理模块；基带处理模 块，用于进行基带处理，计算并设置可变增益放大器的增益值，并 通过反馈控制模块将增益值反馈给可变增益放大器；以及反馈控制 模块，用于在基带处理模块的控制下进行反馈控制。基带处理模块包括增益等级设置单元，根据接收机的静态灵 敏度指标要求和不同射频增益值对应的灵壽文度范围，将可变增益放 大器的射频增益值-没置为N级可调增益，并初始默i人增益值；以及 增益值计算单元，用于计算天线接收信号功率，根据信号功率和当前设置的增益值计算当前增益值，并通过反馈控制模块将当前增益 值发送至射频放大器。N级可调增益的设定原则包括N级增益对应的增益值通过可 调射频增益级别能够使接收机灵敏度满足静态灵敏度指标要求。可以根据基站的应用场景设定默认增益值，其中，在为室外覆 盖型宏基站的情况下设置的默认增益值高于在为室内覆盖型微基站 的情况下设置的默认增益值。在当前增益值为最小增益值且最小增益值向高一级增益切换的 门限值为Th!，2的情况下如果当前帧的当前时隙功率小于等于 Th1>2，则将当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如 果当前帧的当前时隙功率大于Thu，则保持当前增益值作为下一帧 的增益^直。在当前增益值为最大增益值且最小增益值向低一 级增益切换的 门限^IL为ThN,N-i的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于 ThN,N—"则将当前增益值调小一个等级作为下一帧的增益值；以及 如果当前帧的当前时隙功率小于ThN，w，则保持当前增益值作为下 一帧的增益值。在当前增益值大于最小增益值小于最大增益值且当前增益值向 高一级增益切换的门限值为Thn,n+1,其中l<n<N，以及当前增益值 向低一级增益切换的门限值为Thn,w,其中KiKN的情况下如果 当前帧的当前时隙功率大于等于TVw ，则将当前增益值调小一个 等级作为下一帧的增益值；如果当前帧的当前时隙功率小于等于 Thn,n+1,则将当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及 如果当前帧的当前时隙功率大于Thn,n+1小于Thn,n+1，其中Thn，w大 于Thn,n+1，则保持当前增益值作为下一帧的增益值。才艮据本发明的射频自动增益控制方法包括以下步骤步骤 S202 ，基带处理模块根据接收机的静态灵敏度指标要求和不同射频 增益值对应的灵敏度范围，将可变增益放大器的射频增益值设置为 N级可调增益；步骤S204，在上电初始化时为可变增益it大器配置 初始默认增益值，在接收机工作正常后，基带处理模块计算天线接 收信号功率；步骤S206，基带处理模块根据信号功率和当前设置的 增益值计算下一帧增益值，并通过反馈控制模块将下一帧增益值发 送至射频放大器。N级可调增益的i殳定原则包纟舌N级增益对应的增益^直通过可 调射频增益级别能够使接收机灵敏度满足静态灵敏度指标要求。可以根据基站的应用场景设定默认增益值，其中，在为室外覆 盖型宏基站的情况下设置的默认增益值高于在为室内覆盖型微基站 的情况下设置的默认增益值。在当前增益值为最小增益值且最小增益值向高一级增益切换的 门限值为Thi,2的情况下如果当前帧的当前时隙功率小于等于 Thu，则将当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如 果当前帧的当前时隙功率大于Tin，2,则保持当前增益值作为下一帧 的增益值。在当前增益值为最大增益值且最小增益值向低一级增益切换的 门限值为ThN，N-i的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于 ThN,N-!，则将当前增益值调小一个等级作为下一帧的增益值；以及 如果当前帧的当前时隙功率小于ThN，w，则保持当前增益值作为下 一帧的增益j直。在当前增益值大于最小增益值小于最大增益值且当前增益值向 高一级增益切换的门限值为Thn,n+1,其中l<n<N，以及当前增益值向低一级增益切换的门限值为Thn,w，其中l<n<N，的情况下如 果当前帧的当前时隙功率大于等于Thn,w,则将当前增益值调d、一 个等级作为下一帧的增益值；如果当前帧的当前时隙功率小于等于 Thn,n+1，则将当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及 如果当前帧的当前时隙功率大于Thn,n+1小于Thn，w,其中Thn,w大 于Thn,n+1 ，则保持当前增益值作为下 一 帧的增益值。本发明所提出的新的射频自动增益控制方法并不需要外加功率 检测电路，直接根据基带所计算出的接收信号功率来判断信号的强 弱，如果接收信号大于门限值，则将放大器增益值调低；如果接收 信号小于门限值，则将^:大器增益值调高。该方法实现简单，既减 小了接收机的体积，又降低了接收机成本，能够有效地提高接收机 动态范围和接收灵敏度。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其i兌明用于解释本发明，并 不构成对本发明的不当限定。在附图中图1是本发明的实施例的射频自动增益控制系统相关模块图。图2是本发明的实施例的射频自动增益控制方法流程图。图3是本发明的实施例的GSM系统无线帧结构图。
具体实施方式
下面参考附图，详细i兌明本发明的具体实施方式
。图1是本发明的实施例的射频自动增益控制系统相关模块图。本发明所述的射频自动增益控制系统由以下几部分组成接收天线 102,可变增益》丈大器104，射频4妄收才几106，才莫凄t转换单元(ADC ) 108，基带处理单元110,以及反4贵控制单元112。天线用于接收和发送射频信号。可变增益放大器用于对天线接 收到的信号进行自动增益控制、射频接收机，连接至可变增益放大 器，用于将接收到的射频信号混频为模拟基带信号。模数转换模块 用于将模拟基带信号转换为数字信号，并将数字信号发送至基带处 理模块。基带处理模块用于进行基带处理，计算并设置可变增益放 大器的增益值，并通过反馈控制模块将增益值反馈给可变增益放大 器。反馈控制模块用于在基带处理模块的控制下进行反馈控制。基带处理模块110包括增益等级设置单元，根据射频接收机的静态灵敏度指标要求和不同射频增益值对应的灵敏度范围，将可 变增益力文大器的射频增益值i殳置为N级可调增益，并初始默i人增益 值；以及增益值计算单元，用于计算天线接收信号功率，根据信号 功率和当前设置的增益值计算当前增益值，并通过反馈控制模块将 当前增益值发送至射频放大器。N级可调增益的i殳定原则包括N级增益对应的增益值通过可 调射频增益级别能够使射频接收机灵敏度满足静态灵敏度指标要求。可以根据基站的应用场景设定默认增益值，其中，在为室外覆 盖型宏基站的情况下设置的默认增益值高于在为室内覆盖型微基站 的情况下i殳置的默i人增益^f直。在当前增益值为最小增益值且最小增益值向高一级增益切换的 门限值为Th^的情况下如果当前帧的当前时隙功率小于等于Th,，2，则将当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如 果当前帧的当前时隙功率大于Th^，则保持当前增益值作为下一帧 的增益^直。在当前增益值为最大增益值且最大增益值向低一级增益切换的 门限值为ThN，TsM的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于 ThN，w，则将当前增益值调d、一个等级作为下一帧的增益值；以及 如果当前帧的当前时隙功率小于ThN,w，则保持当前增益值作为下 一帧的增益值。在当前增益值大于最小增益值小于最大增益值且当前增益值向 高一级增益切换的门限值为Thn，n+1, l<n<N,以及当前增益值向低 一级增益切换的门限值为Thn,w, l<n<N,的情况下如果当前帧 的当前时隙功率大于等于Thn,w,则将当前增益值调d、一个等级作 为下一帧的增益值；如果当前帧的当前时隙功率小于等于Thn,n+1， 则将当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率大于Thn，nw小于TV",其中Thn,"大于Thn,n+1 , 则保持当前增益值作为下一帧的增益值。图2是本发明的实施例的射频自动增益控制方法流程图。本发明所述的射频自动增益控制的方法如下步骤S202，根据射频接收机的静态灵敏度指标要求及不同射频 增益值对应的灵敏度范围，将射频增益设定为N级可调增益。步骤S204，在上电初始化时给可变增益放大器配置一个初始默 认增益值，射频接收机工作正常后，在基带计算出天线口接收信号 功率。步骤S206，根据上一步得到的天线口接收信号功率、结合当前 配置的射频增益值，计算出应该修改的射频增益值，并将计算出的 射频增益值，由反馈控制单元配置到射频放大器中。如果通话未结束，重复步骤S204和步骤206;如果通话结束， 则终止自动增益控制流程。下面就3寻以GSM系统为例，GSM系统无线帧的帧结构如图3 所示，将本发明所涉及的射频自动增益控制的方法描述如下第一步，基带处理模块根据射频接收机的静态灵敏度指标要求 及不同射频增益值对应的灵敏度范围，将射频增益设定为N级可调 增益N级可调增益的i殳定原则为，只十于N级增益对应的增益^f直 g"&，…，gw 、 & < <gw ，通过调整射频增益级别能够使射频接收 机灵敏度满足静态灵敏度指标要求。例如，射频接收机静态灵敏度指标要求为[4^^)，L,"2)]，射 频增益&对应的灵敏度范围为[ 2(必附),尸臓(必附)],射频增益&对应的灵敏度范围为[K必附)^(必附)],且户"《，则就可以将射频增益设定 为2级可调，通过调整增益gi和&就能够使灵敏度满足指标要求。第二步，基带处理模块在上电初始化时给可变增益放大器配置 一个初始,默i人增益<直对于默认增益值的设置应该才艮据基站的应用场景而设定，如果 是室外覆盖型宏基站，应该设置为较高的射频增益值；如果是室内 覆盖型微基站，应该设置为较低的射频增益值。第三步，射频接收机工作正常后，基带处理模块计算出天线口接收信号功率该步骤的具体实施步骤为i殳当前处理的上4亍帧号为i，时隙号为j，则当前时隙的基带4妄M22(/(")(m)2+e(',力(w)2) 收信号IQ功率平均值为^ M2-M1+l其中，Mi 、碼为进行平均的起始IQ索引和终止IQ索引，戶'力(附) 和e("VO分别为符号m的实部和虚部。基带处理模块结合当前配置的射频增益值，根据基带接收信号 功率和天线口 4妾收4言号功率固定的对应关系(该》寸应关系可以测i式得出)计算出的基带接收信号功率&^换算出天线口接收信号功率、"f如果是常规时隙处理、且同一用户的上行信号在不同帧的同一 时隙中连续发送，采用如下递归平均7>式对天线口接收信号功率进行平滑，得到平滑后的天线口接收信号功率其中，ae(0，l]为递归平均因子，《，)为上一帧的相同时隙的天 线口接收信号功率平滑结果。则当前帧的当前时隙的天线口接收信号功率尸—尸。vg 。如果是随积4妾入时隙处理、或同一用户的上刊-信号在不同帧的 同一时隙中不连续发送的常^见时隙处理，无需对天线口"^妄收信号功率C进行平滑，当前帧的当前时隙的天线口接收信号功率一 ""'o第四步，基带处理模块根据上一步得到的天线口接收信号功率、结合当前配置的射频增益值，计算出应该^f奮改的射频增益值 该步骤的具体实施步骤为假设当前射频增益值设定的为最小值增益& ，从最小增益& 向高一级增益&切换的门限值为巧,2 。分如下两种处理情况处理如果当前帧的当前时隙功率P(") ^巧，2 ，即信号变小且超出增益 g'对应的输入信号范围，将射频增益调大一个等级，则下一帧应该配置的增益^f ) = &。如果当前帧的当前时隙功率> W.2,即4言号仍然在增益&对 应的^餘入信号范围，则下一帧应该配置的增益保持不变= & 。布l/没当前射频增益值g^ i殳定的为最大值增益^ ，,人最大增益gW向低一级增益gAM切换的门限值为^W，W-!。分如下两种处理情况处 理如果当前帧的当前时隙功率^';)》，即信号变大且超过增 益gw对应的输入信号范围，将射频增益调'j、一个等级，则下一帧应该配置的增益=1 。如果当前帧的当前时隙功率P<") < ',即^f言号仍然在增益&对应的输入信号范围，则下一帧应该配置的增益保持不变g^'" =^ <假设当前射频增益值设定的为增益g"，1 < " < ^ ,从当前增益g"向低一级增益'切换的门限值为化，"-'；从当前增益&向高一级增 益g^切换的门限值为代,"+',其中M",一W"."+'。分如下三种处理情况 处理如果当前帧的当前时隙功率p(") ^ ,即信号变大且超过增益 ^"对应的输入信号范围，将射频增益调小一个等级，则下一帧应该配置的》曾益g-'"-g"-1。如果当前帧的当前时隙功率^ ^"+',即信号变小且超过增益 g"对应的输入信号范围，将射频增益调大一个等级，则下一帧应该配置的增益g^""g""。如果当前帧的当前时隙功率7\ +' <7\ —,,即信号仍然在增益g"对应的4叙入4言号范围，则下一帧应该配置的增益j呆持不变g魂 —g" o第五步，基带处理模块将上一步计算出的射频增益值，由反馈控制单元配置到射频放大器中:没由上一步计算出的第i帧的第j个时隙应该配置的增益^"直为，该步骤的具体实施步骤为如果是常^见时隙处理、且同 一用户的上行信号在不同帧的同一时隙中连续发送，将g^"值在第(i+l)帧的时隙j到达之前由反^t贵控 制单元配置到射频放大器中。如果是常规时隙处理、且同一用户的上行信号在不同帧的同一时隙中不连续发送，将g^)值在该用户的下一个上行接入帧的时隙 j到达之前由反馈控制单元配置到射频放大器中。如果是随机接入时隙处理，设当前帧帧号与上一次在该时隙改 变射频增益的帧号差值为AF"、随枳4妄入信道AGC改变的门限值为 M跳//，则该步骤又分为以下两种情况处理a) 如果A""〉77^ ，即当前帧与上一次在该时隙改变AGC的帧 号差值超过门限值77^^,则将gf )值在(i+l)帧的时隙j到达之前由 反馈控制单元配置到射频放大器中。b) 如果A"^77^^/,即当前帧与上一次在该时隙改变AGC的帧 号差值未超过门限值^"c// ,则在(i+i)帧的时隙j不改变射频增益值。门限值T、cH根据随机接入信道的重新接入次数和接入间隔设定。第六步，如果通话未结束，重复第三步、第四步和第五步；如 果通话结束，则结束自动增益控制流程。本发明以GSM基站的射频自动增益控制方法为例进行阐述， 但本发明不限于仅在GSM系统应用，仍然适用其他通信系统。以上所述^f又为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种射频自动增益控制系统，其特征在于包括天线，用于接收和发送射频信号；可变增益放大器，用于对所述天线接收到的信号进行自动增益控制；射频接收机，连接至所述可变增益放大器，用于将接收到的射频信号混频为模拟基带信号；模数转换模块，用于将所述模拟基带信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送至基带处理模块；以及所述基带处理模块，用于进行基带处理，计算并设置所述可变增益放大器的增益值，并通过反馈控制模块将所述增益值反馈给所述可变增益放大器；以及所述反馈控制模块，用于在所述基带处理模块的控制下进行反馈控制。
2. 根据权利要求1所述的射频自动增益控制系统，其特征在于， 所述基带处理^t块包括增益等级设置单元，根据射频接收机的静态灵敏度指标要 求和不同射频增益值对应的灵敏度范围，将所述可变增益放大 器的射频增益值设置为N级可调增益，并初始默认增益值， 其中，N为正整凄t;以及增益值计算单元，用于计算所述天线接收信号功率，根据 所述信号功率和当前设置的增益值计算当前增益值，并通过所 述反馈控制模块将所述当前增益值发送至所述射频放大器。
3. 根据权利要求2所述的射频自动增益控制系统，其特征在于， 所述N级可调增益的i殳定原则包括所述N级增益对应的增 益值通过可调射频增益级别能够使射频4妾收才几灵每t度满足所 述静态灵敏度指标要求。
4. 根据权利要求2所述的射频自动增益控制系统，其特征在于， 根据基站的应用场景设定所述默认增益值，其中，在为室外覆 盖型宏基站的情况下设置的所述默认增益值高于在为室内覆 盖型微基站的情况下设置的所述默认增益值。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的射频自动增益控制系统， 其特征在于，在当前增益值为最小增益值且所述最小增益值向 高一级增益切换的门限值为Thw的情况下如果当前帧的当前时隙功率小于等于Thi，2，则将当前增 益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率大于Th1;2,则4呆持所述当前 增益值作为下一帧的增益值。
6. 根据权利要求1至4中任一项所述的射频自动增益控制系统， 其特征在于，在当前增益值为最大增益值且所述最小增益值向 低一级增益切换的门限值为ThN，w的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于Thw,w ，则将当前增 益值调小一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率小于ThN,w,则保持所述当前 增益值作为下一帧的增益值。
7. 根据权利要求1至4中任一项所述的射频自动增益控制系统， 其特征在于，在当前增益值大于所述最小增益值小于所述最大 增益值且所述当前增益值向高一级增益切换的门限值为Thn,n+1，其中l<n<N,以及所述当前增益值向4氐一级增益切换 的门限值为TV",其中l<n<N,的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于所述Thn,n.,,则^!寻所 述当前增益值调小 一 个等级作为下 一 帧的增益值；如果当前帧的当前时隙功率小于等于所述Thn,n+1 ，则将所 述当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率大于Thn,n+1小于Thn,w，其中 TV"大于Thn，n+1,则保持当前增益值作为下 一 帧的增益值。
8. —种采用权利要求1至7中任一项所述的射频自动增益控制系 统的射频自动增益控制方法，其特4正在于包^:以下步骤步骤一，基带处理模块根据射频接收机的静态灵敏度指标 要求和不同射频增益值对应的灵敏度范围，将可变增益放大器 的射频增益值设置为N级可调增益；步骤二，在上电初始化时为所述可变增益i文大器配置初始 默认增益值，在射频接收机工作正常后，所述基带处理模块计 算天线接收信号功率；以及步骤三，所述基带处理模块根据所述信号功率和当前设置 的增益值计算下一帧增益值，并通过所述反馈控制模块将所述 下一帧增益值发送至所述射频放大器。
9. 根据权利要求8所述的射频自动增益控制方法，其特征在于， 所述N级可调增益的i殳定原则包4舌所述N级增益7寸应的增 益值通过可调射频增益级别能够使射频接收机灵敏度满足所 述静态灵敏度指标要求。
10. 根据权利要求8或9所述的射频自动增益控制方法，其特征在 于，在当前增益值为最小增益值且所述最小增益值向高一级增 益切换的门限值为Th^的情况下如果当前帧的当前时隙功率小于等于Th^，则将当前增 益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率大于Th^，则{呆持所述当前 增益值作为下一帧的增益值。
11. 根据权利要求8或9所述的射频自动增益控制方法，其特征在 于，在当前增益值为最大增益值且所述最小增益值向低一级增 益切换的门限值为ThN,w的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于ThN,^ ,则将当前增 益值调小一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率小于ThN,N^则保持所述当前 增益值作为下一帧的增益值。
12. 根据权利要求8或9所述的射频自动增益控制方法，其特征在 于，在当前增益值大于所述最小增益值小于所述最大增益值且 所述当前增益值向高一级增益切换的门限值为Thn,n+1，其中 l<n<N,以及所述当前增益值向低一级增益切换的门限值为 Thn,n.,，其中l<n<N，的情况下如果当前帧的当前时隙功率大于等于所述Thn,w,则将所 述当前增益值调,J、一个等级作为下一帧的增益值；如果当前帧的当前时隙功率小于等于所述Thn,n+!，则将所 述当前增益值调大一个等级作为下一帧的增益值；以及如果当前帧的当前时隙功率大于Thn,nW小于Thn,n—!，其中 Thn，M大于Thn,n+1,则保持当前增益值作为下一帧的增益值。
全文摘要
本发明所述的射频自动增益控制的方法如下步骤S202，根据射频接收机的静态灵敏度指标要求及不同射频增益值对应的灵敏度范围，将射频增益设定为N级可调增益；步骤S204，在上电初始化时给可变增益放大器配置一个初始默认增益值，射频接收机工作正常后，在基带计算出天线口接收信号功率；步骤S206，根据上一步得到的天线口接收信号功率、结合当前配置的射频增益值，计算出应该修改的射频增益值，并将上一步计算出的射频增益值，由反馈控制单元配置到射频放大器中。本发明在射频或数字中频部分不外加功率检测电路的条件下，如何在基带计算出射频放大器的增益值，从而实现射频自动增益控制的问题。
文档编号H04B7/005GK101335546SQ20071014571
公开日2008年12月31日 申请日期2007年8月31日 优先权日2007年6月26日
发明者卢勤博, 李东川, 锋 杨, 杭靠文, 铭 许 申请人:中兴通讯股份有限公司