包含隨機電路的發送器中簡化模擬處理的方法及系統的製作方法
2023-06-04 06:09:36 1
專利名稱：包含隨機電路的發送器中簡化模擬處理的方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統，更具體的說，涉及無線通信系統中模擬處理的簡化。
背景技術：
通信系統是用來支持無線和/或有線通信設備間的無線和有線通信。這種通信系統的範疇包括國家的和/或國際的行動電話系統、國際網際網路、點對點內部無線網絡。各種通信系統是根據一個或多個的通信標準創建和操作的。例如，無線通信系統可能採用一個或多個標準，這些標準包括但不僅限於IEEE802.11，藍牙，高級行動電話服務(AMPS)，數字AMPS，全球移動通信系統(GSM)、碼分多址(CDMA)。
基於各種無線通信系統，一個無線通信設備，例如行動電話、雙向無線電通信機、個人數字助理(PDA)、個人電腦(PC)、膝上型電腦、家庭娛樂設備等，可以和其他無線通信設備進行直接或間接的通信。對於直接通信(即點對點通信)，多方無線通信設備調諧其接收器及發送器至相同的信道或信道對(例如無線通信系統中多個RF載波中的一個)並在該信道或信道對上進行通信。對於間接通信，每一個無線通信設備通過一個分配的信道直接和一個相關的基站(例如，對於蜂窩服務)和/或一個相關的接入點進行通信(例如，對於戶內網或樓內網)。為了在無線通信設備間完成通信連接，相關的基站和/或相關的接入點間直接通信，或者通過系統控制器、公共電話交換網絡、網際網路和/或其它的廣域網進行彼此間的通信。
對於參與無線通信的無線通信設備，其包括了一個內置無線電收發器(例如接收器和發射器)或其與一個相關的無線電收發器相連(例如戶內或樓內無線通信網絡，數據機等)。眾所周知，所述接收器接收射頻信號，直接地或通過一個或多個中頻級移除射頻載波信號，並根據特定的無線通信標準解調信號以取回發送器發送的數據。所述發送器通過調製數據到射頻載波將數據轉換為射頻信號，具體包括首先根據特定的無線通信標準對數據進行調製然後直接或通過一個或多個中頻級來產生射頻信號。
當將數據由數字形式轉化為模擬形式以作為射頻信號傳送時，為了簡化數模轉換器(DAC)及降低功率要求，減少數字數據的比特量是有好處的。然而，減少數字數據的比特量可能會降低信噪比，因而降低承載於射頻信號內的數據的準確性。
相應地，需要有一種新的系統和方法，其比現有的發送器使用更少的硬體及消耗更小的功率，且不會減少射頻信號中被承載數據的準確性。
發明內容
本發明的實施是構建一種系統和方法，通過使用Δ∑調製簡化模擬處理，相應地，減少硬體的數量和所需的功率，從而降低了成本及減小了收發器的尺寸。
在本發明的一種具體實施方式
中，一種射頻發送器包括一個Δ∑調製器、一個數模轉換器、一個混頻器及一個天線。所述Δ∑調製器完成數字正交信號的Δ∑調製。所述數模轉換器通訊地連接至Δ∑調製器，且採用隨機選擇電流源將調製信號轉化為模擬信號。所述混頻器通訊地連接至所述數模轉換器，用於將模擬信號轉化為射頻信號。所述天線通訊地連接至所述混頻器，用於傳輸射頻信號。
在本發明的一種具體實施方式
中，所述方法包括對數字正交信號進行Δ∑調製；通過使用隨機選擇的模數轉換裝置的電流源將調製信號轉化為模擬信號；將模擬信號轉換為射頻信號；發送射頻信號。
根據本發明的一個方面，提供一種方法，其包括對數字正交信號進行Δ∑調製；通過使用隨機選擇的模數轉換裝置的電流源將調製信號轉化為模擬信號；將模擬信號轉換為射頻信號；發送射頻信號。
優選地，所述調製減少數字正交信號的比特量。
優選地，所述減少為從10比特到4比特。
優選地，所述方法還包括在發送之前將射頻信號放大。
優選地，所述Δ∑調製包括二階Δ∑調製。
優選地，所述方法還包括採用溫度計編碼器將調製信號進行編碼。
優選地，採用高斯頻移鍵控、4進位相移鍵控或8進位相移鍵控調製形成數字正交信號。
優選地，所述方法還包括在Δ∑調製前將數字正交信號執行內插濾波。
優選地，所述內插濾波將數字正交信號由12比特減小至10比特。
根據本發明的另一個方面，提供一種系統，其包括用於對數字正交信號進行Δ∑調製的裝置；通過採用隨機選擇電流源將調製信號轉化為模擬信號的數模轉化裝置；將模擬信號轉化為射頻信號的裝置；和用於發送射頻信號的裝置；根據本發明的另一個方面，所述射頻發送器包括將數字正交信號進行Δ∑調製的Δ∑調製器；數模轉化器，通訊地連接至所述Δ∑調製器，通過使用隨機選擇電流源將調製信號轉換成模擬信號；混頻器，與所述數模轉換器通訊地相連，將所述模擬信號轉化為射頻信號；及天線，與所述混頻通訊地連接，可以發送射頻信號。
優選地，所述調製可減少數字正交信號的比特量。
優選地，所述減少為由10比特減少至4比特。
優選地，所述射頻發送器還包括一個功率放大器，所述功率放大器與所述天線和混頻器通訊地連接，能夠在發送射頻信號之前將射頻信號放大。
優選地，所述Δ∑調製器一個二階Δ∑調製器。
優選地，所述射頻發送器還包括通過一個用溫度計編碼器對調製信號編碼的Δ∑調製器。
優選地，所述數字正交信號由高斯頻移鍵控、4進位相移鍵控或8進位相移鍵控調製形成。
優選地，所述射頻發送器還包括一個內插濾波器，所述內插濾波器與所述Δ∑調製器相連，能夠在Δ∑調製之前將數字正交信號進行內插濾波。
優選地，所述內插濾波器將數字正交信號從12比特減少到10比特。
以下參考附圖對本發明進行非局限性及非完全性描述，其中，在各幅圖中同一參考標號表示相同的部件，除非另有指定。
圖1為本發明的一種具體實施方式
的網絡系統結構圖；圖2是本發明的一種具體實施方式
的發送器的方框圖；圖3A及圖3B為量化噪聲的Δ∑調製效果圖；圖4是數模轉換器的方框圖；圖5是無線發送器中的簡化模擬處理的方法的流程圖；圖6A是數模轉化器實際的輸出電流和理想的輸出電流之間的比較曲線圖；圖6B是不帶隨機電路的數模轉化器的頻譜圖；圖7是本發明的一種實施方式的帶有隨機電路的發送器的部分方框圖；圖8是在發送器中採用隨機電路簡化模擬處理的方法的流程圖；圖9是帶有隨機電路的數模轉換的頻譜圖。
具體實施例方式
以下的描述是對特定的需求和應用而進行的，其目的為了能讓本領域的普通技術人員都能實現本發明。對本領域技術人員來說，對本發明實施方式進行各種修改是顯而易見的，本文中闡述的一般原理可以應用於其它實施方式及應用中，而不脫離本發明的實質精神和範圍。因此，本發明的範圍不局限於所述的實施例，而是包括與本文中所公開的原理、特徵及技術相一致的最大範圍。
圖1為本發明的一種實施方式的網絡系統10的結構圖。系統10包括多個基站和/或接入點12-16，多個無線通信設備18-32及一個網絡硬體34。該無線通信設備18-32可以為膝上型電腦18及26，個人數字助理20及30，個人電腦24及32和/或蜂窩電話22及28。該無線通信設備的詳細描述請參考圖2。
基站或接入點12通過區域網連接36、38及40連接至網絡硬體34。該網絡硬體34可以是路由器、交換器、網橋、數據機及系統控制器等，其可為通信系統10提供一個廣域網連接42。每一個基站和/或接入點12-16包括一個相關的天線或天線陣列，以便在其區域內與無線通信設備間進行通信。通常，無線通信設備在一個特定的基站和/或接入點12-14進行註冊，以從通信系統10接收服務。對於直接連接(即點對點通信)，無線通信設備直接通過一個指定信道進行通信。
通常，基站用於蜂窩電話系統及相似類型的系統，而接入點用於戶內或樓內無線網絡。無論哪種特定類型的通信系統，每一個無線通信設備都包括一個內置無線電收發裝置或與一個無線電收發裝置相連接。該無線電收發裝置包括一個發送器，該發送器可以簡化模擬處理，由此，具有減少功率需求，降低成本及減小尺寸的特徵。
圖2為本發明的一種實施方式的發送器部分200的方框圖。網絡系統10的每一個無線設備包括一個將數據發送至其它無線網絡節點的發送器部分200。發送器部分200包括調製器210，其與直流偏移調整引擎220a及220b通訊地連接，直流偏移調整引擎220a及220b分別與內插濾波器230a及230b通訊地連接。內插濾波器230a及230b分別與Δ∑調製器(也稱為∑Δ調製器)240a及240b通訊地連接。Δ∑調製器240a及240b分別與二進位—溫度計解碼器245a及245b通訊地連接。該解碼器245a及245b分別與數模轉換器250a及250b通訊地連接，數模轉換器250a及250b分別與低通濾波器260a及260b通訊地連接。低通濾波器260a及260b分別與混頻器270a及270b通訊地連接，混頻器270a及270b均與一個功率放大器280通訊地連接，功率放大器280與一個天線290通訊地連接。
調製器210從無線設備的處理部分接收數字數據，並對該數據進行正交振幅調製。該調製包括如高斯頻移鍵控(GFSK)，4進位相移鍵控(PSK)，和/或8進位相移鍵控(PSK)。調製器210提供正交輸出。在本發明的這個實施方式中，抽樣頻率為12MHz，輸出為12比特。
對於頻移鍵控，I輸出可以表示為I＝cos(2πfct+2πfd∫vdt)，Q輸出可以表示為I=sin(2fct+2fdvdt).]]>對於相移鍵控，I輸出可以表示為 Q輸出可以表示為 所述直流偏移調整引擎220a及220b在從調製器210的I及Q輸出的數據域中調整直流偏移。該直流調整的字長為11比特。
內插濾波器230a及230b從12MHz到96MHz向上抽樣。更高的OSR可以使接下來的Δ∑調製更簡單。當中頻頻率小於等於1MHz，內插濾波器230a及230b輸出超過80dBc的12MHz的圖象。當中頻頻率為2MHz，內插濾波器230a及230b輸出超過60dBc的12MHz的圖象。內插濾波器230a及230b的輸出為10比特。
Δ∑調製器240a及240b為二階Δ∑調製器，其輸入數據10比特，輸出數據4比特。Δ∑調製器240a及240b還將量化噪聲推出低通濾波器260a及260b帶寬之外，這點將結合圖3A及圖3B在下面詳細描述。Δ∑調製器240a及240b的抽樣頻率均為96MHz。輸入從-2到1.75。依賴於控制位設置，輸入可以從-1到+1或從-1.25到+1.25。當呈現調製時，超出的範圍被保留以進行信號偏移。當輸入範圍從-1.25到+1.25而無調製時，輸出振幅為5。二進位—溫度計解碼器245a及245b將從Δ∑調製器240a及240b的4比特輸出轉換為16比特的溫度計編碼。在本發明的一種實施方式中，數模轉換器250a及250b合併在解碼器245a及245b之中。
Δ∑ Bjua M b b b b b b b b b b b b b b b bOut ry ag 1 1 1 1 1 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0put Num 5 4 3 2 1 0ber70111 15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 160110 14 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 150101 13 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 140100 12 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 130011 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 120010 10 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 110001 9 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 100000 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1-1 1111 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1-2 1110 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1-3 1101 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1-4 1100 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1-5 1011 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1-6 1010 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1-7 1001 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1-8 1000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0表1數模轉換器250a及250b使用溫度計編碼來最小化抽樣時鐘(96MHz)幹擾，其將結合圖5在下面詳細描述。數模轉換器250a及250b將數位訊號轉換成模擬信號。低通濾波器260a及260b接收模擬信號，並濾除所有的幹擾以產生一個連續信號。混頻器270a及270b將模擬信號轉換成射頻信號(如，對於藍牙標準為2.4GHz的信號)，然後通過功率放大器280放大並通過天線290發送。
圖3A及圖3B為Δ∑調製器調製量化噪聲的效果。通過Δ∑調製器執行Δ∑調製，通過將噪聲320a的大部分推出信號310之外最小化量化噪聲320a。如圖3B所示，整形後的量化噪聲320b基本上在信號310及低通濾波器260a及260b帶寬的範圍之外。
圖4為數模轉換器250a的方框圖。數模轉換器250b可以是與數模轉換器250a相同的硬體。數模轉換器250a包括15單位電流源，如電流源400。在本發明的另一實施方式中，可基於Δ∑輸出設置不同數目的電流源。數模轉換器250a使用從解碼器245a及245b輸入的溫度計編碼。Iunit為16μA。Idc為16*8＝128μA.Iamp為5*16＝80μA。在本發明的一種實施方式中，數模轉換器250a可以有一個32μm/0.5μm的W/L(寬長比)以確保電流單元有足夠的匹配並為輸出提供漂移空間。
表2所示數模轉換器250a的輸出Iout是基於Δ∑輸出及相應的溫度計編碼。
表2
圖5為無線發送器內的簡化模擬處理的方法500的流程圖。在本發明的一種實施方式中，發送器部分200可以執行方法500。首先，對接收數據進行正交振幅調製(510)以產生I及Q信號。隨後對I及Q信號執行直流偏移調整(520)。之後對I及Q信號執行內插濾波(530)以產生10比特的輸出。
內插濾波(530)之後，執行Δ∑調製(540)以將輸出由10比特減小至4比特。Δ∑調製的執行(540)將量化噪聲推出低通濾波器260a及260b的帶寬範圍之外。Δ∑調製(540)包括用溫度計編碼對調製的數據進行編碼。在執行完Δ∑調製(540)之後，4比特信號被轉換(570)成射頻信號(RF)，然後執行放大(580)及發送(590)。步驟500結束。
相應地，本發明的實施方式可以在基本沒有減小信號噪聲比的情況下，通過減少數字數據的比特數量而簡化模擬處理。因此，執行該模擬處理，對硬體數量的需要及對功率的需求都較低。然而，由於來自生產處理過程的DAC250a的每個電流源變化等，所述模數轉換器250a可以不是完全的線性。
圖6A為數模轉換器250a實際輸出電流和理想輸出電流之間的比較曲線圖600。由於所述數模轉換器250a的每個電流源都是變化的，如線條610所示，其實際輸出電流與線條620所示的理想輸出電流不同，總之，每個電流源都不是完全相匹配的，其將導致射頻信號中的調製數據的錯誤。
圖6B為不帶隨機電路的數模轉換器的頻譜曲線圖。非線性使得數模轉化器的頻譜為不理想的脈衝，如不理想的諧波。例如，不理想的脈衝發生於0，200，300，400，600KHz處。
圖7是本發明的一種實施方式的一部分帶有隨機電路248的發送器200B部分的方框圖，所述發送器部分200B除了包括插入在解碼器246a和數模裝換器250a之間以及解碼器246b和數模裝換器250b之間的隨機電路248a和248b外，其他結構與發送器部分200相同。
在本發明的一種實施方式中，所述隨機電路248a和248b可以是相同的硬體。同樣地，為了簡化說明，在理解隨機電路時僅討論隨機電路248a，隨機電路248b的作用和隨機電路248a一致。
所述隨機電路248a隨機地選擇數模裝換器250a中的電流源，以至不會總是選擇相同的電流源。如前所述，被選擇的電流源的數量根據從所述解碼器245a輸出的溫度計編碼的輸出量決定，例如如果溫度計編碼輸出為1，則選擇電流源B0，同樣也會選擇B15。如果溫度計編碼輸出量為3，則不一定選擇電流源B0、B1和B2，而可能隨機選擇三個電流源(例如，B0，B7，B9)。因此，隨著時間的推移，輸出電流的變化被平均，因此會使得輸出電流接近理想的輸出(如圖6中的曲線620)。
隨機選擇採用DSP運算，通常DSP運算法則隨機化上述表1中的對應關係。
圖8是在發送器中採用隨機電路簡化模擬處理的方法800的流程圖。在本發明的一種實施方式中，所述發送器部分200B能夠執行所述方法800，首先，對接收數據進行正交振幅調製(810)以產生I及Q信號。隨後對I及Q信號執行直流偏移調整(820)。之後對I及Q信號執行內插濾波(830)以產生10比特的輸出。
內插濾波(830)之後，執行Δ∑調製(840)以將輸出由10比特減小至4比特。Δ∑調製的執行(840)將量化噪聲推出低通濾波器260a及260b帶寬的範圍之外。Δ∑調製(840)包括用溫度計編碼對調製的數據進行編碼。在執行完Δ∑調製(840)之後，4比特信號被轉換為模擬信號，其中隨機選擇數模轉換器的特定電流源的數量，如以上描述的與圖7相關的內容。然後所述模擬信號被過濾(860)，再轉化為射頻信號(870)，然後執行放大(880)及發送(890)。步驟800結束。
圖9為帶有隨機電路248a的數模轉換的頻譜曲線圖900。採用隨機電路248a排除了曲線900中所示的數模轉化器200B中的不應有的諧波，例如在0，200，300和400KHz處的脈衝。
本發明的上述具體實施例的描述只是通過舉例，其它各種對上述的實施方式及方法的改進和變化都可能與上述內容的啟示相關，本發明的組件可以通過使用可編程通用數字計算機，使用特定用途集成電路，或使用一個互連的傳統元件及電路網絡進行實施。
連接可以為有線、無線及數據機等。本處所述的實施方式不會是詳盡的或局限性的。本發明通過權利要求進一步限制。
本申請是申請號為10/761,626的美國專利文件的續篇，其申請日為2004年1月22日，標題是「發送器中簡化模擬處理的方法及系統」，發明人是潘蒙安和博吉克.馬洛列夫。
權利要求
1.一種包含隨機電路的發送器中簡化模擬處理的方法，其特徵在於，該方法包括對數字正交信號執行△∑調製；採用隨機選擇數模轉換器的電流源將調製的信號轉換成模擬信號；將模擬信號轉換成射頻信號；及發送所述射頻信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述調製減少數字正交信號的比特數量。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述減少為由10比特減少至4比特。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法進一步包括在發送前放大所述射頻信號。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，△∑調製包括二階△∑調製。
6.一種包含隨機電路的發送器中簡化模擬處理的系統，其特徵在於，該系統包括對數字正交信號執行△∑調製的裝置；採用隨機選擇數模轉換器的電流源將調製的信號轉換成模擬信號的裝置；將模擬信號轉換成射頻信號的裝置；及發送所述射頻信號的裝置。
7.一種射頻發送器，其特徵在於，該射頻發送器包括△∑調製器，用於對數字正交信號執行△∑調製；數模轉換器，通訊地連接至所述△∑調製器，採用隨機選擇數模轉換器的電流源將調製信號轉換成模擬信號；混頻器，通訊地連接至所述數模轉換器，將所述模擬信號轉換成射頻信號；及天線，通訊地連接至所述混頻器，可以發送射頻信號。
8.根據權利要求7所述的射頻發送器，其特徵在於，所述調製器可減少數字正交信號的比特數量。
9.根據權利要求8所述的射頻發送器，其特徵在於，所述減少為由10比特減少至4比特。
10.根據權利要求7所述的射頻發送器，其特徵在於，該射頻發送器進一步包括電源放大器，與所述天線和混頻器通訊地連接，可在天線發射射頻信號前能將所述射頻信號進行放大。
全文摘要
本系統及方法通過Δ∑調製減少數位訊號中的比特數量，使模擬處理得以簡化。通過使用隨機電路選擇所述發送器的數模轉換器的電流源。
文檔編號H04L27/20GK1716787SQ200510080868
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月28日 優先權日2004年6月29日
發明者潘蒙安 申請人:美國博通公司