用於寬帶通信的組合的雙前饋和反饋模擬及數字自動增益控制的製作方法

2023-06-04 22:40:46

專利名稱：用於寬帶通信的組合的雙前饋和反饋模擬及數字自動增益控制的製作方法
技術領域：
本公開的實施例針對通信領域，並且更具體地針對電力線通信。
背景技術：
電力線通信(PLC)是在用於電功率傳輸的電介質(例如導線)上承載數據的通信技 術。典型地，電功率通過高壓傳輸線傳輸、通過中壓配電、並且在商業或住宅建築物內以低 壓被使用。由於電力線網絡通過與用於承載電功率到商業或住宅建築物相同的電力網傳輸 數據信號，所以電導線和插口同時用於電傳輸和數據傳輸，而不會對任一個造成破壞。寬帶技術提供高速數據傳輸。然而，當前在PLC中應用寬帶技術是有問題的。一 些問題包括如下能力高效解碼有噪信道中的信號、實現時間和頻率分集、移除信號幹擾、 將接收的信號維持在預定電平、測量高傳輸速率的信道質量、向寬帶和窄帶符號同步提供 魯棒性。

發明內容
實施例的一個公開特徵是一種用於處理輸入信號的方法和設備。模擬自動增益控 制(AGC)處理器使用反饋機構來控制輸入信號的模擬可調整增益。模擬AGC處理器產生第 一信號。處理電路將第一信號變換為第二信號。數字AGC處理器使用前饋機構來控制第二 信號的數字可調整增益。


通過參考以下描述和用於示出各個實施例的附圖，可以最好地理解實施例。在附 圖中
圖1是示出根據一個實施例的用於數據傳輸以及用於FCC、ARIB和CENELEC A頻帶的 數據幀結構的圖。圖2是示出根據一個實施例的數據符號的符號持續時間的圖。圖3是示出根據一個實施例的用於CENELEC B、C和BC的數據傳輸的數據幀結構 的圖。圖4是示出根據一個實施例的用於CENELC B和C的數據符號的符號持續時間的 圖。圖5是示出根據一個實施例的用於FCC、ARIB和CENELEC A的ACK信號的圖。
圖6是示出根據一個實施例的用於CENELEC B、C和BC的ACK信號的圖。圖7是示出根據一個實施例的基帶發射器的圖。圖8是示出根據一個實施例的FEC編碼單元的圖。圖9A是示出根據一個實施例的數據加擾器的圖。圖9B是示出根據一個實施例的卷積編碼器的圖。圖10是示出根據一個實施例的調製器的圖。圖IlA是示出根據一個實施例的DBPSK調製器的圖。圖IlB是示出根據一個實施例的載波索引號的圖。圖IlC是示出根據一個實施例的輸入/輸出配置的圖。圖12是根據一個實施例的PSD整形模塊的圖。圖13A是示出根據一個實施例的升餘弦函數的圖。圖13B是示出根據一個實施例的重疊和相加操作的圖。圖14是示出根據一個實施例的前導信號的圖。圖15是示出根據一個實施例的預加重濾波器的圖。圖16是示出根據一個實施例的預加重濾波器的圖。圖17A是示出根據一個實施例的在發射器數據路徑上的數據縮放器的圖。圖17B是示出根據一個實施例的在發射器數據路徑上的P和M縮放器的圖。圖17C是示出根據一個實施例的用於頻域P和M信號的縮放器的圖。圖18是示出根據一個實施例的接收器的圖。圖19是示出根據一個實施例的解調器的圖。圖20是示出根據一個實施例的FEC解調單元的圖。圖21是示出根據一個實施例的與接收器中的事件相關聯的時序的圖。圖22是示出根據一個實施例的DC阻斷器的圖。圖23是示出根據一個實施例的FFT的圖。圖M是示出根據一個實施例的DBPI解調器的圖。圖25是示出根據一個實施例的ROBO組合器/解碼器的圖。圖沈是示出根據一個實施例的RS解碼器的圖。圖27是示出根據一個實施例的組合的模擬和數字AGC的圖。圖觀是示出根據一個實施例的模擬AGC處理器的圖。圖四是示出根據一個實施例的模擬增益調整器的圖。圖30是示出根據一個實施例的數字AGC處理器的圖。圖31是示出根據一個實施例的數字增益調整器的圖。圖32A是示出根據一個實施例的用於狀態控制的第一設計的過程的圖。圖32B是示出根據一個實施例的用於狀態控制的第二設計的過程的圖。圖33是示出根據一個實施例的濾波器的圖。圖34是示出根據一個實施例的RMS模塊的圖。圖35是示出根據一個實施例的RMS模塊的自由運行模式的圖。圖36是示出根據一個實施例的RMS模塊的數據能量測量模式的圖。圖37是示出根據一個實施例的數字AGC處理器的過程的圖。
圖38是示出根據一個實施例的增益調整的過程的圖。
具體實施例方式實施例的一個公開特徵是一種用於處理輸入信號的方法和設備。模擬自動增益控 制(AGC)處理器使用反饋機構來控制輸入信號的模擬可調整增益。模擬AGC處理器產生第 一信號。處理電路將第一信號變換為第二信號。數字AGC處理器使用前饋機構來控制第二 信號的數字可調整增益。實施例的一個公開特徵可以被描述為一種通常被描繪為流程表、流程圖、結構圖 或框圖的過程。雖然流程表可以將操作描述為順序過程，但是許多操作可以並行或同時執 行。此外，操作的次序可以重新排列。當其操作完成時過程終止。過程可以對應於方法、程 序、規程、製造或製作的方法等。一個實施例可以由描繪物理結構的示意圖來描述。要理解 的是，示意圖示出基本概念並且可能不按確切的比例縮放或描繪結構。實施例的一個公開特徵是通過電力線介質來實施用於聯邦通信委員會(FCC)、無 線電工商協會(ARIB)和歐洲電子技術標準委員會(CENELEC)頻帶的數據通信數據機。 系統可以包括高度集成的PHY (物理層)和MAC (介質訪問控制)數字收發器和模擬前端處 理電路。系統基於正交頻分復用(OFDM)。因為OFDM在頻率選擇性信道面前的固有適應性、 OFDM對擾亂信號的彈性(resilience)以及OFDM對脈衝噪聲的魯棒性，OFDM已被選擇為調 制技術。OFDM系統可以將Nss個均勻間隔的載波放置到指定頻帶(例如從DC到1. 2MHz) 中。在一個實施例中，NSS=U8。在以下描述中，值Nss=US將被用於說明性目的。設想 到Nsas可以是任何適當的數目。取決於頻帶選擇，參與傳輸數據的載波數目改變。每個載 波可以用差分二進位相移鍵控(DBPSK)進行調製。系統可以支持兩個操作模式，即Normal (正常)和ROBO (魯棒OFDM)。ROBO調製就其可以藉助於重複碼來提供四倍的額外冗餘奇偶 校驗(parity)比特並且因此系統可以在嚴峻的信道條件下可靠地遞送數據而言是魯棒的。系統參數包括信號頻帶、調製方案、採樣頻率和物理層幀結構等。系統支持各種 CELENEC、FCC和ARIB頻帶。與每個標準相關聯的頻帶在表1中給出。表 1 :FCC、ARIB 和 CENELEC 頻帶
具有每載波DBPSK調製方案的OFDM可以被選擇。OFDM調製技術對於信道衰落、窄帶幹擾和尖峰噪聲是非常魯棒的。對每個載波的DBPSK調製可以使得接收器設計相當簡單，因 為在接收器處不需要跟蹤電路來相干地檢測每個載波的相位。在DBPSK解調器中，相鄰符 號中的載波的相位可以被視為用於檢測當前符號中的載波的相位的參考。相鄰OFDM符號 中的對應載波的相位可以預期是固定的，因為在時間上信道和時鐘頻率變化相比兩個相鄰 符號的持續時間是非常緩慢的。假設信號的最大頻譜含量是480KHZ，則在發射器和接收器處的採樣頻率可以被選 擇為1. 2MHz，其比奈奎斯特(Nyquist)速率高大約240KHz以為發射器中的信號濾波(用於 PSD整形以移除信號圖像)和接收器處的信號濾波(用於頻帶選擇和信號增強)提供足夠 的裕度。頻率倉(bin)(FFT點)的數目可以是任何適當的數目。在一個實施例中，該數目被 選擇為N=256。這導致OFDM載波的頻率解析度等於4. 6875KHz (Fs/N)。注意，諸如採樣時 鍾頻率變化的缺陷可能導致載波間幹擾(ICI)。在實踐中，由大約為頻率解析度的1的典 型採樣頻率變化導致的ICI是可忽略的。換言之，考慮到發射器和接收器時鐘中的士20ppm 採樣頻率，載波漂移可能近似等於48Hz，其近似為所選頻率解析度的1. 26%。考慮到這些選 擇，可以獲得每個標準的可用載波的數目，如表2中給出的。
權利要求
1.一種設備，包括模擬自動增益控制(AGC)處理器，用於使用反饋機構來控制輸入信號的模擬可調整增 益，模擬AGC處理器產生第一信號；耦合到AGC處理器的處理單元，用於將第一信號變換為第二信號；以及 耦合到處理電路的數字AGC處理器，用於使用前饋機構來控制第二信號的數字可調整增益。
2.權利要求1的設備，其中模擬AGC處理器包括模擬可編程增益放大器(PGA)，用於使用模擬可調整增益根據輸入信號來產生放大的 信號；耦合到模擬PGA的直流(DC)阻斷器，用於阻斷來自放大的信號的DC分量以提供第一信號；耦合到DC阻斷器的模擬增益調整器，用於根據第一信號產生到模擬PGA的模擬可調整增益。
3.權利要求2的設備，其中模擬增益調整器包括 輸入能量計算器，用於計算第一信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用於縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用於產生平均能量信號； 更新計數器，用於對用於更新的樣本數目進行計數；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用於縮放平均的能量信號以提供當前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用於計算模擬可調整增益和衰減指示符。
4.權利要求3的設備，其中增益計算器包括差處理器，用於計算希望的能量值和表示當前能量信號的當前能量值之間的差值； 耦合到差處理器的捨入元件，用於將差值捨入到最近的2Ρ，其中P是非負整數，Ρ/2的 值用於指定表示模擬可調整增益的左移或右移的量。
5.權利要求1的設備，其中處理電路包括噪聲拒絕濾波器，用於拒絕來自第一信號的噪聲。
6.權利要求5的設備，其中噪聲拒絕濾波器包括數字帶通雙二階無限脈衝響應(nR) 濾波器。
7.權利要求2的設備，其中處理電路包括 擾亂消除器，用於移除來自第一信號的幹擾。
8.8.權利要求5的設備，其中處理電路還包括耦合到噪聲拒絕濾波器的擾亂消除器，用於移除來自噪聲拒絕的第一信號的幹擾。
9.9.權利要求1的設備，其中處理電路包括 能量計算器，用於計算第一信號的能量信號。
10.權利要求1的設備，其中數字AGC處理器包括增益處理器，用於基於數字可調整增益來放大或衰減第二信號；以及耦合到增益處理器的數字增益調整器，用於產生到增益處理器的數字可調整增益。
11.權利要求10的設備，其中數字增益調整器包括輸入能量計算器，用於計算第二信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用於縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用於產生平均的能量信號； 更新計數器，用於對用於更新的樣本數目進行計數；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用於縮放平均的能量信號以提供當前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用於計算數字可調整增益和衰減指示符。
12.權利要求11的設備，其中增益計算器包括差處理器，用於計算希望的能量值和表示當前能量信號的當前能量值之間的差值； 耦合到差處理器的捨入元件，用於將差值捨入到最近的2P，其中P是非負整數，P的值 用於指定表示數字可調整增益的左移或右移的量。
13.權利要求1的設備，還包括耦合到模擬AGC處理器的模擬狀態控制器，用於控制模擬AGC處理器的狀態，所述模擬 狀態控制器產生模擬控制信號來凍結和解凍模擬AGC處理器；耦合到處理電路的處理狀態控制器，用於控制處理電路的狀態；以及 耦合到數字AGC處理器的數字狀態控制器，用於控制數字AGC處理器的狀態，所述數字 狀態控制器產生數字控制信號來凍結和解凍數字AGC處理器，所述數字控制信號獨立於模 擬控制信號來產生。
14.一種方法，包括使用模擬自動增益控制(AGC)處理器，使用反饋機構來控制輸入信號的模擬可調整增益以產生第一信號；將第一信號變換為第二信號；以及使用數字AGC處理器，使用前饋機構來控制第二信號的數字可調整增益。
15.權利要求14的方法，其中控制模擬可調整增益包括 使用模擬可調整增益根據輸入信號來產生放大的信號； 阻斷來自放大的信號的DC分量以提供第一信號；根據第一信號來產生模擬可調整增益。
16.權利要求15的方法，其中產生模擬可調整增益包括 計算第一信號的能量信號；縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 根據縮放的能量信號來產生平均的能量信號； 對用於更新的樣本數目進行計數； 縮放平均的能量信號以提供當前能量信號；以及 根據當前能量信號來計算模擬可調整增益和衰減指示符。
17.權利要求16的方法，其中計算模擬可調整增益包括計算希望的能量值和表示當前能量信號的當前能量值之間的差值； 將差值捨入到最近的2P，其中P是非負整數，P/2的值用於指定表示模擬可調整增益的 左移或右移的量。
18.權利要求14的方法，其中變換第一信號包括使用噪聲拒絕濾波器來拒絕來自第一信號的噪聲。
19.權利要求18的方法，其中噪聲拒絕濾波器包括數字帶通雙二階無限脈衝響應 (IIR)濾波器。
20.權利要求15的方法，其中變換第一信號包括 移除來自第一信號的幹擾。
21.21.權利要求18的方法，其中變換第一信號還包括 移除來自噪聲拒絕的第一信號的幹擾。
22.22.權利要求14的的方法，其中變換第一信號包括 計算第一信號的能量信號。
23.權利要求14的方法，其中控制數字可調整增益包括 基於數字可調整增益來放大或衰減第二信號；以及 產生到增益處理器的數字可調整增益。
24.權利要求23的方法，其中產生數字可調整增益包括 計算第二信號的能量信號；縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 根據縮放的能量信號來產生平均的能量信號； 對用於更新的樣本數目進行計數； 縮放平均的能量信號以提供當前能量信號；以及 根據當前能量信號來計算數字可調整增益和衰減指示符。
25.權利要求M的方法，其中計算數字可調整增益包括計算希望的能量值和表示當前能量信號的當前能量值之間的差值； 將差值捨入到最近的2P，其中P是非負整數，P的值用於指定表示數字可調整增益的左 移或右移的量。
26.權利要求14的方法，還包括控制模擬AGC處理器的狀態，包括產生模擬控制信號來凍結和解凍模擬AGC處理器； 控制處理電路的狀態；以及控制數字AGC處理器的狀態，包括產生數字控制信號來凍結和解凍數字AGC處理器，所 述數字控制信號獨立於所述模擬控制信號來產生。
27.27. —種系統，包括一前端處理模塊，用於處理輸入信號，所述前端處理模塊包括 一一模擬自動增益控制(AGC)處理器，用於使用反饋機構來控制輸入信號的模擬可調 整增益，所述模擬AGC處理器產生第一信號；一一耦合到AGC處理器的處理單元，用於將第一信號變換為第二信號；以及 一一耦合到處理電路的數字AGC處理器，用於使用前饋機構來控制第二信號的數字可 調整增益以產生輸出信號；一耦合到前端處理模塊的解調器，用於解調從輸出信號獲得的分組；以及 一耦合到解調器的解碼器，用於解碼解調的分組。
28.權利要求27的系統，其中模擬AGC處理器包括模擬可編程增益放大器(PGA)，用於使用模擬可調整增益根據輸入信號來產生放大的信號；耦合到模擬PGA的直流(DC)阻斷器，用於阻斷來自放大的信號的DC分量以提供第一信號；耦合到DC阻斷器的模擬增益調整器，用於根據第一信號來產生到模擬PGA的模擬可調整增益。
29.權利要求28的系統，其中模擬增益調整器包括 輸入能量計算器，用於計算第一信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用於縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用於產生平均的能量信號； 更新計數器，用於對用於更新的樣本數目進行計數；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用於縮放平均的能量信號以提供當前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用於計算模擬可調整增益和衰減指示符。
30.權利要求27的系統，其中數字AGC處理器包括增益處理器，用於基於數字可調整增益來放大或衰減第二信號；以及耦合到增益處理器的數字增益調整器，用於產生到增益處理器的數字可調整增益。
31.權利要求30的系統，其中數字增益調整器包括 輸入能量計算器，用於計算第二信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用於縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用於產生平均的能量信號； 更新計數器，用於對用於更新的樣本數目進行計數；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用於縮放平均的能量信號以提供當前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用於計算數字可調整增益和衰減指示符。
32.權利要求27的系統，其中前端處理模塊還包括耦合到模擬AGC處理器的模擬狀態控制器，用於控制模擬AGC處理器的狀態，所述模擬 狀態控制器產生模擬控制信號來凍結和解凍模擬AGC處理器；耦合到處理電路的處理狀態控制器，用於控制處理電路的狀態；以及 耦合到數字AGC處理器的數字狀態控制器，用於控制數字AGC處理器的狀態，所述數字 狀態控制器產生數字控制信號來凍結和解凍數字AGC處理器，所述數字控制信號獨立於所 述模擬控制信號來產生。
33.權利要求23的系統，其中解調器是正交頻分復用(OFDM)解調器。
全文摘要
實施例是一種用於處理輸入信號的一種方法和設備。模擬自動增益控制(AGC)處理器使用反饋機構來控制輸入信號的模擬可調整增益。模擬AGC處理器產生第一信號。處理電路將第一信號變換為第二信號。數字AGC處理器使用前饋機構來控制第二信號的數字可調整增益。
文檔編號H03G3/30GK102113209SQ200980129696
公開日2011年6月29日 申請日期2009年6月5日 優先權日2008年6月6日
發明者H. 卡馬利扎 A., 拉扎茲安 K., 烏馬裡 M., V. 洛吉諾夫 V. 申請人:馬克西姆綜合產品公司