專利名稱：一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的agc實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AGC(自動增益控制)實(shí)現(xiàn)方法。更確切地說，本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于0FDM(正交頻分復(fù)用)或者DSSS(直接序列擴(kuò)頻)通信體制下的數(shù)字自動增益控制實(shí)現(xiàn)方法。屬于無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、傳感器技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀(jì) 90年代末研究學(xué)者們提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(WSN，WireleSS Sensor Network)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，它綜合了傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、感知各種環(huán)境的信息，然后通過嵌入式系統(tǒng)對其進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織多跳無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩艚K端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的聯(lián)通。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)療、城市管理、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實(shí)用價值。然而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于其應(yīng)用場景的特性，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有能量、通信、計算、存儲四大受限的特點(diǎn)。因此應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)中的通信技術(shù)特別需要考慮資源受限的特點(diǎn)。自動增益控制(AGC)調(diào)整是任何應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)通信中不可缺少的技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信往往是突發(fā)模式通信，而在這種突發(fā)情況下，信號幅度的變化很大，變化也很快，為了減少前導(dǎo)訓(xùn)練序列的開銷，要求AGC能盡快的將幅度調(diào)整穩(wěn)定。針對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接收信號的幅度，根據(jù)探測到的幅度自動生成對應(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，檢測數(shù)字信號幅值，通過數(shù)字算法計算相應(yīng)需要調(diào)整的幅度差值，計算出反饋電壓的數(shù)字值，經(jīng)DA轉(zhuǎn)化后控制VGA，改變射頻電路電壓增益，使得接收信號幅度滿足解調(diào)要求。由于數(shù)字AGC實(shí)現(xiàn)簡單，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，將能在較短的時間內(nèi)穩(wěn)定接收信號幅度，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，將會引起較大波動，較小的噪聲都可能引起誤調(diào)整，穩(wěn)定性差。反之亦然。因此，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AGC方法，提出穩(wěn)定性較高、資源消耗較少的AGC 實(shí)現(xiàn)方法已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。從而引導(dǎo)出本發(fā)明的構(gòu)思。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AGC實(shí)現(xiàn)方法，所提供的方法具有較高的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)資源開銷較少，減少由于信號幅度變化所引起的性能衰落。本發(fā)明提供的一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AGC實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟
1)計算估計接收信號的包絡(luò)幅值；2)根據(jù)當(dāng)前包絡(luò)幅值與理想幅值的要求，按照三段調(diào)整方法分別進(jìn)行實(shí)現(xiàn)計算出反饋調(diào)整增益值。3)輸出由步驟2)提供的反饋調(diào)整增益，經(jīng)DA轉(zhuǎn)化后輸出給射頻VGA。優(yōu)選地，步驟1)中的接收信號的包絡(luò)幅值估計方法為采用每8個數(shù)值取最大值的方法，得到接收信號的包絡(luò)幅值。所述步驟幻中的計算方式按照調(diào)整的流程分別進(jìn)行第一段，第二段，第三段調(diào)整。第一段為最粗調(diào)整，主要判斷信號是否過載，若信號過載，則直接降低增益10dB，第一段的調(diào)整速度最快，調(diào)整精度最低；第二段為較粗調(diào)整，將信號調(diào)整到比較適合的范圍內(nèi)， 調(diào)整速度較快，精度較高，這一段調(diào)整實(shí)現(xiàn)是采用直線擬合的方法，根據(jù)經(jīng)過對數(shù)變化的曲線，同時根據(jù)調(diào)整的最小靈敏度(此靈敏度由系統(tǒng)硬件決定)，取整之后獲得與實(shí)際調(diào)整曲線近似的直線擬合曲線；第三段為細(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， 這一段調(diào)整采用查表法，預(yù)先將調(diào)整值存儲在表格中，按照當(dāng)前的幅值查表得到調(diào)整增益值。只有在第一段調(diào)整完成結(jié)束后才能進(jìn)入第二段調(diào)整，只有在第二段調(diào)整結(jié)束后才能進(jìn)行第三段調(diào)整。
.ideal value ,所述反饋調(diào)整因子的表達(dá)式為A —= ^-=-^4 —〃ω，其中k new為當(dāng)
R(n)-
前時刻獲得的反饋調(diào)整增益值，k_old為上一時刻的反饋調(diào)整增益值，idealvalue是理想的幅值值，R(η)為當(dāng)前時刻估計出的接收信號幅值。經(jīng)對數(shù)變化后的反饋因子增益為 10*lg(k_new) = 10*lg(ideal_value)_10*lg(R(n))+10*lg(k_old)。結(jié)合實(shí)際實(shí)現(xiàn)時調(diào)整增益的靈敏度為M dB/格，則得到調(diào)整的數(shù)字格數(shù)值為10*lg(k_new)/M = 10*lg(ideal_ value)/M-10*lg(R(η))/M+10*lg(k_old)/Μ。綜上所述，本發(fā)明涉及一種適用于于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的自動增益控制實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于整個AGC的實(shí)現(xiàn)方法采用直線擬合法和查表法兩種，針對信號幅度很小的情況，信號調(diào)整等級較多，采用直線擬合方法，減少用于查表的資源存儲消耗；針對信號幅度較為合適的情況，信號調(diào)整等級較少，采用查表法。AGC實(shí)現(xiàn)流程采用三段調(diào)整方法，第一段為最粗調(diào)整，判斷信號是否過載，調(diào)整速度最快，調(diào)整精度最低；第二段為較粗調(diào)整，將信號調(diào)整到比較適合的范圍內(nèi)，調(diào)整速度較快，精度較高；第三段為細(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)束后才能進(jìn)入第二段調(diào)整，只有在第二段調(diào)整結(jié)束后才能進(jìn)行第三段調(diào)整。由此可見，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于①本發(fā)明利用估計信號包絡(luò)幅值來作為參考調(diào)整的幅值大小，更能真實(shí)的反應(yīng)接收信號的幅值和功率值。②本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)中通過三段調(diào)整方法，適應(yīng)動態(tài)范圍很大，具有較高的調(diào)整穩(wěn)定性。③本發(fā)明采用直線擬合法和查表法相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方法，使運(yùn)算量和資源開銷都較少。④本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)方法適應(yīng)于突發(fā)模式通信應(yīng)用環(huán)境下采用OFDM或DSSS通信方式，具有資源消耗較少，調(diào)整速度較快，穩(wěn)定性較高，適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景。


圖1為本發(fā)明的適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中AGC實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。圖2接收信號量程范圍對數(shù)變化對應(yīng)的反饋調(diào)整格數(shù)。圖3直線擬合段對數(shù)變化對應(yīng)的反饋調(diào)整格數(shù)。圖4直線擬合段反饋調(diào)整格數(shù)性能對應(yīng)比較圖。圖5查表法反饋調(diào)整格數(shù)圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是本發(fā)明的全部?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。首先，請參閱圖1，它是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法的流程圖首先參照系統(tǒng)的硬件設(shè)計確定AGC反饋調(diào)整增益靈敏度。這里給出的一個具體實(shí)例為按照射頻端的接口要求，AGC反饋控制信號為8bit，調(diào)整增益的精度為0. 6445dB(由實(shí)際硬件系統(tǒng)決定)，最大動態(tài)范圍為50dB，且反饋信號的8，h00代表最低增益?；鶐Ыo出的增益是對數(shù)形式的，且這種對數(shù)形式的增益在一定的范圍內(nèi)是線性的。因此Sbit的AGC反饋信號每一格代表0.6445dB?；鶐Х答佉蜃拥膶?shí)現(xiàn)采用分段直線擬合和查表相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。仿真程序中的反饋調(diào)整因子是用于調(diào)整信號幅度的，
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AGC實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述的方法采用直線擬合法和查表法兩種，包括以下步驟1)計算估計接收信號的包絡(luò)幅值；2)根據(jù)當(dāng)前包絡(luò)幅值與理想幅值的要求，按照三段調(diào)整方法分別進(jìn)行實(shí)現(xiàn)計算出反饋調(diào)整因子增益值；3)輸出當(dāng)前計算出的反饋調(diào)整因子的增益，經(jīng)DA轉(zhuǎn)化后輸出給射頻VGA。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)中的接收信號的包絡(luò)幅值估計方法為采用每8個數(shù)值取最大值的方法，得到接收信號的包絡(luò)幅值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟幻中的所述三段調(diào)整為第一段為最粗調(diào)整，判斷信號是否過載，若信號過載，則直接降低增益10dB，該段的調(diào)整速度最快， 調(diào)整精度最低；第二段為較粗調(diào)整，將信號調(diào)整到比較適合的范圍內(nèi)，調(diào)整速度較快，精度較高，這一段調(diào)整實(shí)現(xiàn)采用直線擬合的方法，根據(jù)經(jīng)過對數(shù)變化的曲線，同時根據(jù)調(diào)整的最小靈敏度，取整之后獲得與實(shí)際調(diào)整曲線近似的直線擬合曲線；第三段為細(xì)調(diào)整，調(diào)整速度慢，調(diào)整精度高，將信息調(diào)整恒定，這一段調(diào)整采用查表法，預(yù)先將調(diào)整值存儲在表格中，按照當(dāng)前的幅值查表得到調(diào)整增益值；只有在第一段調(diào)整完成結(jié)束后才能進(jìn)入第二段調(diào)整， 只有在第二段調(diào)整結(jié)束后才能進(jìn)行第三段調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的反饋調(diào)整因子用于調(diào)整信號幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于反饋調(diào)整因子的表達(dá)式為 .ideal value ,k_new = ^^^4 — W，其中當(dāng)前時刻獲得的反饋調(diào)整增益值，k_old為上一時刻的反饋調(diào)整增益值，idealvalue是理想的幅值值，R(η)為當(dāng)前時刻估計出的接收信號幅值。經(jīng)對數(shù)變化后的反饋因子增益為10*lg(k_new) = 10*lg(ideal_ value)-10*lg(R(η)) +10*lg(k_old) 0結(jié)合實(shí)際實(shí)現(xiàn)時調(diào)整增益的靈敏度為M dB/格， 則得到調(diào)整的數(shù)字格數(shù)值為 10*lg(k_new)/M = 10*lg(ideal_value)/M-10*lg(R(n))/ M+10*lg(k_old)/Mo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于①第一段信號過載時，即R(n)>飽和情況下，反饋調(diào)整因子調(diào)整格數(shù)為減少 10/0. 6445 = 16 格；②進(jìn)入第二段調(diào)整時，為直線擬合段，R(η)取值處于較小范圍，反饋調(diào)整格數(shù)為 10*lg(R(n))/0. 6445 ；③第三段調(diào)整實(shí)現(xiàn)方法為查表法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的方法適應(yīng)于突發(fā)模式通信應(yīng)用環(huán)境下采用OFDM或DSSS通信方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AGC實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于整個AGC的實(shí)現(xiàn)方法采用直線擬合法和查表法兩種，所述的AGC實(shí)現(xiàn)方法采用三段調(diào)整方法，第一段為最粗調(diào)整，判斷信號是否過載，調(diào)整速度最快，調(diào)整精度最低；第二段為較粗調(diào)整，將信號調(diào)整到比較適合的范圍內(nèi)，調(diào)整速度較快，精度較高；第三段為細(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)束后才能進(jìn)入第二段調(diào)整，只有在第二段調(diào)整結(jié)束后才能進(jìn)行第三段調(diào)整。本發(fā)明提供的方法適應(yīng)于突發(fā)模式通信應(yīng)用環(huán)境下采用正交頻分復(fù)用通信方式或者直接序列擴(kuò)頻通信方式。所述的方法資源消耗較少，調(diào)整速度較快，穩(wěn)定性較高，適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景。
文檔編號H04W84/18GK102421182SQ20111040437
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者占云龍, 張 誠, 羅炬鋒, 高丹 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所