[发明专利]一种适用于WiFi接收机的自动增益控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于接收机自动增益控制技术领域，特别涉及一种适用于WiFi接收机的自动增益控制系统及方法。

背景技术

自21世纪以来，无线通信技术有着长足的发展。无线信号的传输过程中，总是受到各种因素的衰减，使得接收机收到的信号动态范围较大。自动增益控制是为了稳定信号大小而设计的一种环路系统，对接收机的正确解调起到了至关重要的作用。WiFi是一种常见的无线通信的方式，无线信号的传输常常采用数据帧的形式，并且数据帧传输的时间点并没有固定的时刻，这就需要自动增益控制在信号接收时立即做出增益的调整。然而OFDM与QAM调制技术的广泛使用使得WiFi信号具有较高的峰均比，同时IEEE 802.11系列标准要求自动增益控制需要在短训练序列的前5.6us的时间内完成，所以自动增益控制需要有较高的调整速度和稳定性。

WiFi接收机自动增益控制通常采用数字后置式环路的结构，其中包括幅值估计环节和增益调整环节。幅值估计环节通常采用IQ两路的平方和估计方式，当IQ两路信号失配时会产生估计结果的误差，造成增益调整输出偏差较大。同时，增益调整环节的步长设定又需要兼顾环路的调整速度和稳定性，而传统固定式调整步长无法满足WiFi接收机的要求，则需要进行相关的改进。

发明内容

本发明的技术解决问题：

本发明的目的在于解决上述现有WiFi接收机自动增益控制技术中存在的问题，自动增益控制中采用了反馈型数字滤波器和PID增益调节算法，可在训练序列的前5us内完成WiFi基带信号的自动增益控制，有效提高自动增益控制的速度并减少增益控制的误差，符合IEEE802.11系列协议标准的要求。

本发明的技术解决方案：

一种适用于WiFi接收机的自动增益控制系统，结构上采用数字闭环的结构进行增益的调整，包括：

基带ADC，采集WiFi基带信号；

功率估计环节,对WiFi信号进行功率的估计；

增益调整环节，根据功率电平估计环节输出的功率估计的幅值来对可变增益模块做出增益的调整，产生增益控制信号；

可变增益控制模块，增益控制信号直接作用于可变增益控制模块，使调整后的信号有效幅值稳定在目标值附近。

优选的，所述功率电平估计环节采用数字递归型滤波器，直接对一路WiFi基带信号直接进行幅值的预估，在进行功率电平估计滤波前首先进行了绝对值的运算，使得采样的信号都为正值。

优选的，所述增益控制环节采用了数字增量式PID算法，经过分析和化简后的调整过程只与三次ADC的采样值有关，使得PID调整算法易于用硬件描述语言实现。

优选的，所述增益调整的过程采用了有限状态机结构，将整体的控制过程分成三个状态：

初始状态下，系统处于复位状态。

当ADC数据采集到的多个连续电压Volts值持续大于阈值Th_on时，系统将从复位状态切换到增益调整状态。在增益调整状态，将进行增益的调节，并启动定时器，定时的数值为5us；

当定时器时间到达时，系统进入增益保持状态，此状态下增益为固定值；每次时钟触发时，都将检测缓存中的Volts是否连续小于阈值Th_off；当满足切换条件时，则认为一帧数据的传输的结束，系统切换到复位状态。

一种适用于WiFi接收机的自动增益控制方法，包括如下步骤：

1)基带ADC采集的到的WiFi信号保存到FPGA的ADC数据缓存中，缓存数量为10；

2)ADC数据转换模块对采集到的数据进行转化和补偿，得到真实的电压值，以毫伏为单位进行处理；

3)功率电平估计模块根据本次ADC采集的电压数据进行功率的估计，并将输出结果保存到滤波器的缓存寄存器中；

4)状态机切换模块根据缓存中的数值进行状态的识别和切换；

5)每次时钟触发时，缓存寄存器的数据进行移位和更新，并将新数据保存到寄存器的低位；

6)PID增益调节模块根据功率电平估计缓存寄存器的数值进行增益调节值的计算，最后计算得到5位的控制信号；

7)状态判断模块检查此时的状态是否为调整状态，只有在调整状态才会进行增益的调节；

8)再次执行步骤1，重复上述步骤1-7的过程。

优选的，其中采用简化的数字增量式PID算法，先计算出增益调整的增量值，再进行最后增益的计算：

u(k)＝u(k-1)+Δu(k)

u(k)为最终的增益输出值，Δu(k)为每次调整的增量值。