在高频接收机中的信号处理方法以及信号调节电路转让专利
申请号 : CN200580014514.1
文献号 : CN100583657C
文献日 : 2010-01-20
发明人 : C·埃森胡特 , J·基辛 , G·利普马 , D·赛佩尔 , N·斯特瓦诺维
申请人 : 英飞凌科技股份公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于在接收机中进行信号处理的方法，该方法包括以下步 骤：-提供具有放大器(64)的第一信号路径(6)和具有增益系数 可控的放大器(74)的第二信号路径(7)；
-将信号施加到第一和第二信号路径(6，7)上；
-放大第一信号路径(6)上的信号并且对在第一信号路径(6)上 所放大的信号进行解调；
-以增益系数调整第二信号路径上的放大器(74)；
-放大第二信号路径(7)上所施加的信号
-对在第二信号路径上所放大的信号进行数字化；
-根据数字化的信号的幅度确定功率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加信号的步骤包括 以下步骤：-在将所述信号施加到第一和第二信号路径(6，7)上之前评价该 信号的幅度；
-生成表示用于调整第二信号路径上的放大器的所述增益系数 的信号。
3.如权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，用于调整在 第二信号路径上的放大器(74)的增益系数是表示放大器(74)的最低放 大率的增益系数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对第一信号路径(6) 上所施加的信号进行解调的步骤和确定第二信号路径(7)上所施加的 信号的功率的步骤同时发生。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一信号路径(7) 上进行解调的步骤包括以下步骤：-确定数据内容中的前同步码内容，该前同步码内容表示调制类 型。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：-根据所确定的前同步码内容切断第一信号路径(6)或第二信号 路径(7)。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，放大第一信号路径(6) 上的信号的步骤包括以下步骤：-以固定的增益系数放大所施加的信号。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加信号的步骤包括 以下步骤：-施加具有数据内容的脉冲信号，该信号具有至少两种不同的调 制类型。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加信号的步骤包括 以下步骤：-施加具有以两种不同的调制类型来编码的数据内容的脉冲信 号。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加信号的步骤包 括以下步骤：-施加具有根据蓝牙移动无线电标准来调节的数据内容的脉冲信 号。
11.一种信号调节电路，该信号调节电路包括：
-具有第一放大器(64)的第一信号路径(6)；
-具有增益系数可调的第二放大器(74)的、与第一信号路径并联 连接的第二信号路径(7)；
并且该信号调节电路被配置用于采用第一操作状态和至少一个第 二操作状态的集合中的一个操作状态，其中：-在第一操作状态中，第一信号路径(6)被配置用于放大存在的 信号并且用于为解调提供所放大的信号，并且第二信号路径(7)被配置 用于放大存在的信号并且用于确定存在的信号的功率；
-在至少一个第二操作状态中，第一信号路径(6)或第二信号路 径(7)被配置用于放大存在的信号并且用于为解调提供所放大的信号， 而另一信号路径被去激活以便降低其功耗。
12.如权利要求11所述的信号调节电路，其特征在于，第一信号 路径(6)的放大器(64)被配置为限幅放大器。
13.如权利要求11至12之一所述的信号调节电路，其特征在于， 在第一放大器之后是用于递送值离散和时间离散的信号的模/数转换 器(65)。
14.如权利要求11所述的信号调节电路，其特征在于，在第二信 号路径的放大器(74)之后是被配置用于递送一系列二进制值的模/数 转换器(76)。
15.如权利要求11所述的信号调节电路，其特征在于，第一信号 路径(6)的信号输出端(63)被耦合到解调设备(8)的输入端(81)。
16.如权利要求11所述的信号调节电路，其特征在于，第二信号 路径(7)的信号输出端(73)被耦合到解调设备(8)的输入端(81)。
17.如权利要求15至16之一所述的信号调节电路，其特征在于， 解调设备(8)被配置用于对在所施加的信号中所编码的调制类型进行 解调，以生成依赖于调制类型的控制信号，并将该控制信号递送到控 制信号输出端(82)。
18.如权利要求11所述的信号调节电路，其特征在于，第二信号 路径的信号输出端(73)被耦合到具有两个状态的开关(10)，这两个状 态能够被采用并且取决于信号调节电路的操作状态，其中在开关(10) 的一个状态中信号输出端(73)被耦合到用于测量信号功率的检测器 (91)。
19.如权利要求18所述的信号调节电路，其特征在于，检测器(91) 被配置用于RSSI测量。
20.如权利要求1所述的信号调节电路，其特征在于，第一信号 路径(6)和第二信号路径(7)分别包括控制输入端(62，72)，这些控制 输入端被配置用于在信号调节电路的第二操作状态中提供用于断开相 应传输路径的控制信号。
21.如权利要求20所述的信号调节电路，其特征在于，第一和第 二传输路径(6，7)的控制输入端(62，72)被耦合到解调设备(8)的控制 信号输出端(82)。
22.一种在根据蓝牙移动无线电标准的无线电信号接收机中使用 如权利要求11至21之一所述的信号调节电路的方法，其中根据无线 电信号的数据内容中表示调制类型的前同步码内容来选择信号调节电 路中的两个信号路径之一并且降低另一信号路径的功耗。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种用于特别是在接收机中进行信号处理的方法。本 发明还涉及一种信号调节电路。
背景技术
图5示出用于这种移动通信标准的接收机系统的典型框图。具有 频率fRF的接收信号在具有低噪声放大器12的射频输入级1中被放大 并借助混频器13被转换到中间频率fIF。为此目的，混频器13使用具 有频率fL0的本地振荡器信号。被转换到中间频率fIF的信号被提供给被 配置为带通滤波器的复杂的信道滤波器2。
滤波后的信号在信号调节电路3中被放大并且在下游的模/数转换 器中被数字化。在信号调节电路3中，信号被放大直到适合于随后的 模拟和数字信号处理的电平。例如，通过增益设置来利用下游的模/数 转换器的整个分辨率。在此所示的接收机路径包含多个分别具有单独 的增益系数的分布式放大级，这些增益系数导致共同的增益系数。
根据所使用的移动无线电标准，为了最佳地接收，必须不同地设 计各个级中的增益系数。例如，在使用频移键控的纯频率调制的情况 下，由于在信号幅度中不包含信息，所以使用限幅放大级就足够了。 因此，放大级能够在限幅模式中运行。然而，更高级的调制方法、诸 如所述的π/4DQPSK和8DPSK方法也使用幅度和相位信息。因此，利用 这种调制方法所调制的信号的放大要求放大级的线性传输特性。
为了进一步提高接收信号的信号/噪声比，适合于在任何复杂的信 号处理之前尽可能地大大放大信号。然而，必须注意以下事实，即也 必须线性地放大接收信号的高输入电平，以便不破坏可能存在的任何 幅度信息。为此，现代通信系统使用对放大的有效控制，其中例如确 定输入信号的电平并据此调整它的放大。称为RSSI(无线电信号强度 指示器)测量的相关功率测量允许有效控制。
在可变地在传输期间改变数据速率/调制类型的移动通信标准的 情况下出现特殊的问题。这样的例子是以分组模式工作的蓝牙移动无 线电标准的新版本。在该模式中，在数据分组中首先以低GFSK数据速 率和GFS调制传输特别是报头和分组信息，然后以与π/4DQPSK或8DPSK 调制相同的数据速率或中等或更高速率传输有效负载数据。因此，有 必要确定所接收的数据分组的接收电平并由此根据有效负载数据的调 制类型适当地调节增益系数以便因此防止任何幅度或相位误差。
发明内容
这些目的通过方法权利要求1的主题和如权利要求7所述的信号 调节电路来实现。
因此，根据本发明，设置有具有放大器的第一信号路径和具有放 大器的第二信号路径。第二信号路径的放大器具有可控增益系数。然 后，信号被施加到第一和第二信号路径上，该信号在第一信号路径上 被放大。同时，第二信号路径上的信号被放大了增益系数，并且施加 到第二信号路径上的信号的功率被确定。
所确定的功率能够优选地被用于增益系数的稍后的调整。因此， 有利地在两个不同的信号路径上执行解调和信号电平的测量。这是有 利的，因为由此避免可能由电平测量引起的在解调期间的差错。特别 地，能够在第二信号路径上找到并调整最佳增益设定值，而不会由于 放大级的稳定过程而出现解调差错。
解调被理解为根据接收信号生成数字值的信号处理。这尤其可以 包括将接收信号转换到基带中以及将其分成同相分量和正交分量。
在适当的实施例中，也可以根据解调信号的数据内容切断两个信 号路径之一，并且仅经由一个信号路径进一步放大和处理随后的接收 信号。这允许明显地降低根据该原理工作的电路的电流消耗，因为只 有信号的放大和解调所需的放大器路径是激活的。特别地，因此可以 根据调制类型来选择两个信号路径之一。
另外，借助根据本发明的方法，能够以特别简单并且节电的方式 将第一信号路径上的放大器配置为仅具有几个级的限幅放大器。
该方法可以特别有利地被用于以可变的数据速率或调制类型来接 收信号。该方法优选地被用于接收根据蓝牙移动无线电标准的信号。 在该上下文中，在第二信号路径上以增益系数放大信号、优选地蓝牙 信号，并且确定接收信号的功率。在第一信号路径上，至少部分地在 解调过程期间放大该信号并且适当地进行解调。
所确定的功率允许在信号并且优选地在蓝牙信号中所传输的有效 负载数据的稍后时间设置用于最佳放大的适当的增益系数。同时，通 过解调，能够获得关于被用于有效负载数据的信号的调制类型的信息。 在蓝牙信号中，为此有利地评价在信号开始处的信息。优选地，根据 所获得的信息切断两个信号路径之一。
在优选实施例中，通过将信号转换为值离散和时间离散的信号来 确定在第二信号路径中所施加的信号的功率。在此之后，确定所转换 的信号的幅度。
除了具有第一放大器的第一信号路径和具有增益系数可调的第二 放大器的第二信号路径外，根据本发明的信号调节电路包含能够采用 的第一和第二操作状态。在能够采用的第一操作状态中，第一信号路 径被配置用于放大存在的信号并且用于为解调提供所放大的信号。在 能够采用的第一操作状态中，第二信号路径也被配置用于放大存在的 信号并且用于确定存在的信号的功率。在信号调节电路能够采用的第 二操作状态中，第一或第二信号路径被配置用于放大存在的信号并且 用于对所放大的信号进行解调。在该操作状态中，另一信号路径被配 置用于降低电流消耗或功耗。在能够采用的第二操作状态中，适当地 不激活两个信号路径之一，而另一信号路径被配置用于放大并且用于 以适当的方式为解调提供所放大的信号。
根据本发明的信号调节电路能够有利地被用于确定接收信号的电 平并且将所测量的功率作为无线电信号强度指示器信号(RSSI)递送 到其他信号处理电路并且尤其是递送到解调设备。由于在第一操作状 态中并行放大和提供用于解调，可以赢得用于各个放大级的稳定的时 间。这避免在接收有效负载数据期间必须改变放大率并且因此避免数 据的任何可能的损失。
在优选实施例中，第一信号路径上的放大器被配置为限幅放大器。 在另一实施例中，第一信号路径包含用于所接收的并经由第一放大器 放大的信号的模/数转换的模/数转换器。例如，该模/数转换器可以被 配置为∑Δ(西格马德耳塔)调制器。
在本发明的另一实施例中，第二放大器具有调节输入端，用于提 供调节第二放大器的增益系数的信号。第二放大器因此被配置为能够 以其增益系数被编程的放大器。
在本发明的改进方案中，信号调节电路被配置用于接收并且用于 处理根据蓝牙移动无线电标准来编码的信号。作为替代方案，信号调 节电路被配置用于处理具有不同调制类型的信号。
总的来说，因此，优选地将第一信号路径配置用于以低数据速率 和GFSK调制类型接收和解调有效数据，而第二信号路径主要用于以高 数据传输速率接收有效负载数据。在有效负载数据的传输期间，因此 经常仅有一个路径是激活的。这降低电流消耗和功耗。另外，在以低 数据传输速率进行数据传输的情况下，使用第一信号路径，其中由于 其配置有简单的放大器，已经降低了其电流消耗。由于第一信号路径 不需要确定与存在的信号的功率有关的任何数据，所以可以以相应简 单的方式来配置该第一信号路径。
根据本发明的信号调节电路能够被配置为单个半导体本体中的集 成电路。
附图说明
图1示出根据本发明的信号调节电路的框图，
图2示出第一和第二信号路径的框图，
图3示出根据蓝牙移动无线电标准的信号分组的结构概观，
图4示出根据本发明的方法的一个例子，
图5示出已知的接收路径。
具体实施方式
混频器13的输出端分别被连接到第一信号路径6和第二信号路径 7的输入端61和71上。这两个信号路径6和7可以通过其输入端62 和72处的相应的激活信号被单独激活或断开。因此，信号路径6和7 可以都是激活的，都是断开的，或它们中的一个是激活的，而第二个 是断开的。
这两个信号路径6和7分别被布置用于放大在输入端处存在的信 号并用于模/数转换以及在输出端63和73处输送被放大并被数字化的 信号。为此，它们分别包含至少一个放大器和在放大器之后的模/数转 换器。
用于第二信号路径7的数字信号的信号输出端73通向开关10的 输入端。该开关能够采用至少两个可能状态中的一个，以及在第一状 态中，将输出端73转换到功率检测器9的输入端91。在第二开关状态 中，开关10将第二信号路径7的输出端73连接到解调设备8的输出 端81。此外，第一信号路径6的输出端63也被连接到解调设备8的输 入端81。
解调设备8对其输入端处存在的数字信号进行解调并且由此生成 根据调制类型所编码的数据。此外，解调设备8经由输出端82处的信 号控制信号路径6和7。如果必要，解调设备8能够因此切断两个信号 路径中的一个信号路径6或7。
功率检测器9根据其输入端91处存在的信号确定电平或功率。相 应的测量也称为RSSI测量。检测器9具有连接到解调设备8和第二信 号路径7的调节输入端上的输出端92。因此，由检测器9输送的信号 能够被用于调节第二信号路径7上以及解调设备8中的增益。因此， 解调设备能够校正误差。
图3示出如由图1中所示的信号调节电路经由天线所接收的、根 据蓝牙移动无线电标准的数据分组的结构。该标准的精确规范是开放 的并且透明的。通过新的扩展、例如在当前情况下新的调制类型，能 够提高数据传输速率。然而，数据分组的结构在所有蓝牙版本的范围 内保持不变。数据分组包含前同步码，该前同步码又被细分为存取码 AC、分组信息PH和同步段GS。利用特定的频移键控GFSK(高斯频移 键控)来调制前同步码和同步段。然后以可变的数据速率和数据长度 来传输实际的有效负载数据PL。数据速率是调制类型的结果。该调制 类型是不同的并且对于每个数据分组来说可以在GFSK、π/4DQPSK和 8DPSK之间改变。用于有效负载数据的调制类型和有效负载数据的数量 在前同步码中被编码。在一个数据分组中，有效负载数据使用相同调 制类型。
图2示出根据图1的第一和第二信号路径的示范性实施例。具有 相同功能的元件带有相同的附图标记。所使用的组合包含限幅放大器 64和增益可编程的线性放大器74。
限幅放大器64是第一信号路径6的一部分并且简单地由几级构 成。借助构成第二信号路径7的一部分的线性放大器74来执行RSSI 数据的评价或确定。在所存在的信号开始时进行RSSI测量，以便尽可 能快地确定适当的增益系数。在蓝牙信号的情况下，在前同步码的传 输期间，执行RSSI测量。同时对该信号进行解调。
为此目的，通过放大器64放大第一信号路径6上的信号并提供给 模/数转换器65。在示范性实施例中，模/数转换器被配置为∑Δ调制 器并且在其输出端上递送一系列二进制值。
以相同的方式，第二信号路径包含模/数转换器76，该模/数转换 器在示范性实施例中在输出端处递送由m位组成的并行数字信号。该 并行数字信号在根据图1的功率检测器9中被平均，然后该功率检测 器确定信号的电平。为了清楚原因而未示出的检测器经由控制电路75 处的n位值信号控制可调放大器74的增益设定值。
在非常高的输入电平的情况下，可能发生：天线处的第一低噪声 放大器12已经放大接收信号并且在该过程期间被驱动到限幅模式中。 因此，接收信号已经过激和失真。为防止这种情况发生，可以直接在 混频器13之后或与在此所建议的装置并联连接一个或多个评价电路。 可以例如由简单的比较器来配置该评价电路。
用这种方法，执行快速功率估计，并且如果必要，将信号输入端 处的低噪声放大器的增益降低到这样的程度，以致线性地放大输入信 号。在RSSI测量和随后的信号处理中，考虑经由输入放大器的放大。
并行信号处理创建用于调整接收机链的增益的特别有效的方法和 简单的实现。同时，根据本发明的信号调节电路提供射频信号的接收 和解调。由于在功率测量和解调的并行估计中所赢得的时间，也能使 用具有更大稳定时间的放大器。总的来说，在集成实现的情况下，因 此可以节省功率和面积。
图4示出在信号的RSSI测量期间提供蓝牙信号的同时信号处理的 方法的示范性实施例。为此，使用根据图1的电路并且如图3中那样 构造蓝牙信号。
在根据图4的步骤1中，在接收前同步码和同步段GS期间，第一 传输路径和第二传输路径是激活的。利用频移键控来调制包含在前同 步码和同步字中的数据。在转换到中间频率之后，将这些信号提供给 限幅信号路径6和使用线性放大的信号路径7。
在根据图4的步骤2中，在限幅路径6上前同步码的存取码AC和 分组信息PH被调节并且然后被进一步处理。详细地，该信号被放大固 定倍数。由于在前同步码的幅度中未编码任何信息，所以放大器是否 使信号失真是无关紧要的。尤其，前同步码内容指示以高还是低数据 传输速率传输随后的有效负载数据PL以及为了解调需要什么调制类 型。对于1Mbit/s的低数据传输速率来说，使用频移键控FSK，并且 2Mbit/s的数据传输速率需要π/4QPSK解调作为调制类型，以及以 8DPSK调制来实现3Mbit/s的最高数据传输速率。
在低传输速率和用于它的频移键控的情况下，不需要幅度信息用 于有效负载数据PL的无差错解调。因此，简单构造的限幅放大器足够 用于该数据传输速率。在中等或高数据速率的情况下，在放大期间必 须考虑线性以便防止数据丢失。因此，根据关于包含在前同步码中的 数据传输速率的信息，具有限幅放大器64的第一传输路径6或具有线 性放大器74的第二传输路径7被选择用于接收有效负载数据。
在根据本发明的方法的步骤2中，基本上同时经由具有线性放大 器74的第二信号路径7并行地确定接收功率。在此假定，即使在有效 负载数据信号期间平均接收功率也保持近似不变。所确定的输入信号 的电平提供增益系数，借助该增益系数，能够同时以良好的线性特性 实现足够好的信号质量。在线性放大器74的最低放大率时并在第二信 号路径7上确定信号的输入功率。这确保线性放大，并且在高输入电 平时防止串扰和互调产物的产生。
可以逐步地适当地提高第二信号路径7上的线性放大器74的放大 率。当利用在放大器74之后的模/数转换器76的整个分辨率时，实现 最佳放大。利用并行信号处理，能够在同时确定蓝牙信号的输入电平 的情况下执行前同步码的无差错解调。
在步骤3中，为了接收有效负载数据，切断未被使用的信号路径。 这节省电流，而同时可以实现接收信号的最佳放大。
由于仅仅对于更高传输速率来说所需的线性放大器比简单构造的 限幅放大器消耗更多的功率，所以利用并行信号路径来降低平均电流 消耗。在低传输速率时，简单的节电的放大器是有利的并且线性放大 器是未激活的。然而，同时，线性放大器能够被用于RSSI测量，这节 省限幅放大器中的用于RSSI测量的附加元件。
附图标记列表
1 接收部
2 信道滤波器
3 接收路径
12 低噪声放大器
13 混频器
6，7 信号路径
61，71 信号输入端
63，73 信号输出端
62，72 控制输入端
8 解调设备
9 功率检测器
82，92 信号输出端
81，91 信号输入端
10 开关
fRF 接收频率
fL0 本地振荡器频率
fIF 中间信号频率
AC 存取码
PH 分组信息
GS 同步字
PL 有效负载数据
64 限幅放大器
74 线性放大器
65，76 模/数转换器
75 控制电路