一接收器以及其交互调变失真补偿方法
【专利摘要】本发明提供一种混波器偏压技术。于本发明的实施例中，于补偿二阶交互调变时，首先判断一阻隔信号是否存在于接收器。当出现阻隔信号时，一偏压差异系施加于接收器中的降频转换混波器。该偏压差异能最小化该接收器产生的一信号中彼此垂直的多个信号成分的一交互相关系数。
【专利说明】一接收器以及其交互调变失真补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明与射频接收器中的交互调变失真补偿相关。
【背景技术】
[0002] 因为具有架构简单、硬件成本低，以及可大量使用数字信号处理等优点，直接转换 接收器在行动通讯系统中被大量采用。然而，省去中频信号处理的缺点之一是二阶交互调 变（second-orderintermodulation，IM2)造成的影响会增加。举例而言，强烈干扰信号 经交互调变之后可能会被降频转换至基频，因而降低了直接转换接收器对目标信号的敏感 度。干扰信号（亦称为阻隔信号）是无所不在的，其来源可能是邻近频道的通讯信号及/ 或频段相距甚远但功率等级大到足以导致严重干扰的其他信号源。干扰信号会造成直接转 换接收器的位错误率（biterrorrate,BER)及/或信号噪声比（SNR)下降。
[0003] 为了降低二阶效应造成的问题，直接转换接收器的设计规格通常会对二阶输入截 点（secondorderinputinterceptpoint,IIP2)加以限制。二阶输入截点为二阶信号与 一阶信号（亦即目标信号）的输出功率相等时的输入信号功率理论值。因此，二阶输入截 点愈高，表示较高的干扰信号功率始能对目标信号造成严重影响。显然，二阶输入截点应尽 可能被提1?。
[0004] 二阶交互调变失真是导因于直接转换接收器和降频转换混波器中电路组件的非 线性特性。虽可利用补偿技术提高二阶输入截点，但温度及/或频率的变化往往会造成补 偿效果的下降。实务上，被设计为IOOdBm的二阶输入截点可能会因频率或温度的变化，大 幅降低为50dBm。
[0005] 综上所述，如何突破电路组件的非线性特性的限制，以提升直接转换接收器对干 扰信号的免疫力，是目前被广泛讨论研究的议题。
【发明内容】
[0006] 于补偿二阶交互调变时，决定一阻隔信号是否存在于接收器。当出现阻隔信号时， 一偏压差异系施加于接收器中的降频转换混波器。该偏压差异能最小化该接收器产生的一 信号中彼此垂直的多个信号成分的一交互相关系数。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1为根据本发明的一实施例中的接收器电路的功能区块图。
[0008] 图2呈现一种可使用于本发明的实施例中的混波器电路。
[0009] 图3为根据本发明的一实施例中的阻隔信号决定程序的流程图。
[0010] 图4为根据本发明的一实施例中的交互调变失真补偿权重决定程序的流程图。
[0011] 图5呈现一同相/正交数据交互相关系数与混波器偏压差异的对应关系。
[0012] 符号说明
[0013] 10 :射频接收器 12 :处理器
[0014] 14:存储器 100:接收器信号处理链
[0015] 105:射频信号 110:低噪声放大器
[0016] 112i:同相接收通道 112q:正交接收通道
[0017] 115 :混波器 117 :锁相回路振荡器
[0018] 119:本地振荡信号 120:模拟基频滤波器
[0019] 125 :可变增益放大器 130 :模拟-数字转换器
[0020] 135 :取样率转换滤波器 137 :同相/正交不平衡补偿器
[0021] 140:通道选择滤波器 145:基频信号
[0022] 145i:基频同相信号成分 145q:基频正交信号成分
[0023] 150 :补偿处理器 151 :数字-模拟转换器
[0024] 152 :编码器 153 :交互调变失真补偿处理器
[0025] 154:补偿权重储存单元 155 :IQ不平衡补偿处理器
[0026] 156 :相关性处理器 157 :信号强度处理器
[0027] 300:阻隔信号决定程序 305?335:流程步骤
[0028] 400 :交互调变失真补偿权重决定程序
[0029] 405?450 :流程步骤 500 :曲线
[0030] 505 :最低点 510 :偏压差异值
【具体实施方式】
[0031] 以下各实施例及其相关图式可充分说明本申请案的发明概念。各图式中相似的组 件编号系对应于相似的功能或组件。须说明的是，此处所谓本发明一辞系用以指称该等实 施例所呈现的发明概念，但其涵盖范畴并未受限于该等实施例本身。此外，本揭露书中的数 学表示式系用以说明与本发明的实施例相关的原理和逻辑，除非有特别指明的情况，否则 不对本发明的范畴构成限制。本发明所属【技术领域】中具有通常知识者可理解，有多种技术 可实现该等数学式所对应的物理表现形式。
[0032] 须说明的是，本发明的图式包含呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。 该等图式并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性组件及/或程序间 的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别组件的功能不一定要 如图式中绘示的方式分配，且分布式的区块不一定要以分布式的电子组件实现。
[0033] 本发明的技术主要系用以补偿接收器中因阻隔信号造成的交互调变失真。根据以 下说明，本发明所属【技术领域】中具有通常知识者可理解，本发明的概念能用于其他失真补 偿场合。本发明的范畴涵盖各种替代实施方式。
[0034] 图1为一射频接收器10的功能区块图，其中包含一接收器信号处理链100与一补 偿处理器150。接收器信号处理链100包含将射频信号105转换为基频信号145 (包含同相 信号成分145i、正交信号成分145q)的电路。基频信号145可被提供至接收器10中的其他 电路（未绘示）进一步处理，例如进行基频信号解码。
[0035] 在接收器处理链100中，射频信号105被提供至低噪声放大器（LNA) 110放大，随 后进入同相接收通道112i与正交接收通道112q。经放大号的射频信号被提供至混波器 115i、115q，以下统称混波器115。接收器锁相回路振荡器117产生的本地振荡信号119亦 被提供至混波器115,藉此将放大后的射频信号降频转换至基频，成为包含同相与正交信号 成分的基频信号。上述同相与正交基频信号分别被提供至模拟基频滤波器120i、120q(以 下统称模拟滤波器120)，藉此移除目标频带之外的频率成分。该等过滤后基频信号被分别 提供至可变增益放大器（VariableGainAmplifier) 125i、125q(以下统称可变增益放大器 125)，随后再被分别提供至模拟-数字转换器（ADC) 130i、130q(以下统称模拟-数字转换 器130)转换为数字数据。在某些实施例中，模拟-数字转换器130以高于后续处理组件 (例如积分三角调变）的取样率运作。在这个情况下，模拟-数字转换器130输出的高取样 率、低分辨率数字数据可被提供至相对应的取样率转换滤波器（RCF) 135i、135q(以下统称 取样率转换滤波器135)，以产生取样率相对较低、分辨率相对较高的同相与正交数据。该等 全分辨率同相与正交数字数据字语随后被提供至同相/正交不平衡补偿器137,藉此针对 两通道间的电路差异补偿同相与正交通道112中的数据。上述电路差异可能是来自于制程 的限制。接着，补偿后数据被提供至通道选择滤波器（CSF) 140i、140q(以下统称通道选择 滤波器140)，藉此将一特定传输通道之外的信号成分移除，以产生基频信号145。
[0036] 无线通信领域中具有通常知识者可理解接收器处理链100的实施细节，除了可帮 助说明本发明的概念的部分之外，无须赘述。须说明的是，本发明并未限定以于特定接收器 架构或特定电路组件实现接收器信号处理链100。无线通信领域中具有通常知识者可理解， 有多种接收器组态可实现本发明的概念。
[0037] 图2呈现一种可使用于本发明的实施例中的混波器电路200。此混波器电路可用 以实现接收器信号处理链100中的混波器115。混波器电路200仅为一说明范例，本发明并 未限定于任何特定混波器架构。无线通信领域中具有通常知识者可理解，另有多种混波器 可在不背离本发明精神的情况下实现本发明的概念。
[0038] 如绘示于图2,差动射频信号RFP/RFM(例如由低噪声放大器110产生者）被提 供至差动晶体管对Q5、Q6。此差动晶体管对构成一互导电路，藉此将射频电压转换为射频 电流。差动本地振荡信号L0P/L0M(例如由接收端的锁相回路117产生）被提供至晶体管 Q1-Q4。晶体管Q1-Q4可被视为用以开关Q5/Q6差动晶体管对产生的射频电流。此射频电 流的切换运作即达成降频转换的效果。降频转换后的差动基频信号DCP/DCM出现在晶体管 Q1-Q4的汲极。
[0039] 在某些实施例中，锁相回路117产生的本地振荡信号119为一组不重迭的方波。举 例而言，在某些实施例中，本地振荡信号119包含一组工作周期为25%的方波IP、QP、頂、 QM，且同一时间仅有一个方波处于高准位状态。本地振荡信号IP、IM可被分别提供至同相 通道混波器115i中的端点L0P、L0M，而本地振荡信号QP、QM可被分别提供至正交通道混波 器115q中的端点LOP、L0M。这个情况下的电路运作顺序为：混波器115i的晶体管Q1/Q3 导通一混波器115q的晶体管Q1/Q3导通一混波器115i的晶体管Q2/Q4导通一混波器115q 的晶体管Q2/Q4导通；上述的混波器115中的晶体管Q1-Q4若未被指出为导通，即为未导 通。理想上，混波器115中同一时间只有一对晶体管Q1/Q3或Q2/Q4处于导通状态，会产生 正确的正交数据（相位分隔90° )。当源极/栅极跨压Vgs高于晶体管的临界电压Vth， 晶体管Q1-Q4进入导通状态。由于晶体管Q1-Q4的物理结构不可避免地存在微小差异，晶 体管Q1-Q4于导通状态和未导通状态间的切换时间点通常不会平均分布。即使本地振荡信 号并未重迭，某些晶体管的导通时间仍有可能重迭。此重迭状况会造成正交接收通道112q 中出现同相信号成分，同相接收通道112i出现正交信号成分，进而令同相与正交信号通道 112中的信号间的交互相关系数不等于零。
[0040] 为说明如图2所示的混波器的非线性效应，假设射频信号105为Am⑴ C0S(C0j+cojt))，并由混波器115将射频信号105与本地振荡信号LO= cos(ω-j^in(ω混波，以进行降频转换。混波结果中的较高频率成分可利用传统方 式（例如低通滤波）排除或衰减。如此，假设在理想的本地振荡模式下，同相信号通道112i 在混波器115i的输出端的信号为：
[0041] / =-Am(t)cosa)m(t),
[0042] 而混波器115q的输出端的信号为：
[0043]Q=-Am{t)sinMm{t) a
[0044] 混波过程中的二阶非线性效应在同相与正交接收通道112中会造成输入信号的 二阶项。也就是说，混波器115i的输出信号可被表不为：
【权利要求】
1. 一种用于接收器的交互调变失真补偿方法，该接收器包含多个降频转换混波器，该 方法包含： 决定偏压差异，其根据该多个降频转换混波器的特性，使得该偏压差异能最小化该接 收器产生的信号的多个正交信号成分的交互相关系数，该信号由该接收器于阻隔信号存在 时所接收；以及 施加该偏压差异于该接收器的该多个降频转换混波器。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含： 决定该阻隔信号是否存在于该接收器； 若判定该阻隔信号存在于该接收器，一同计算目前施加于该多个降频转换混波器的该 偏压差异以及所对应的该多个正交信号成分的该交互相关系数； 若判定目前的该交互相关系数尚未被最小化，决定能最小化该交互相关系数的另一偏 压差异；以及 施加该另一偏压差异于该多个降频转换混波器。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，决定该阻隔信号是否存在于该接收器包含： 量测该接收器中信号的信号强度；以及 当该信号强度指出导因于该阻隔信号的交互调变失真状况存在时，确认该阻隔信号存 在于该接收器。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，决定该阻隔信号是否存在于该接收器包含： 当该信号强度高于信号强度门槛值时，确认该阻隔信号存在于该接收器，其中该信号 强度门槛值被设定为该交互调变失真可被量测到的水平，且在该接收器的噪声基准之上。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加该偏压差异包含： 于连续多次迭代中，改变候选偏压差异； 于各次迭代中，施加该候选偏压差异于该多个降频转换混波器； 于各次迭代中，计算施加的该候选偏压差异所对应的该交互相关系数； 若判定计算出的该交互相关系数已被最小化，停止改变该候选偏压差异；以及 施加对应于最小化的该交互相关系数的该候选偏压差异，做为该偏压差异。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，改变该候选偏压差异包含： 于各次迭代中，利用最陡下降技术调整该候选偏压差异。
7. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包含： 施加偏压差异做为第一候选偏压差异，该偏压差异能最小化另一信号的该交互相关系 数，该另一信号由该接收器于该阻隔信号不存在时所产生。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，施加该第一候选偏压差异包含： 自存储器撷取多个同相/正交不平衡校正权重；以及 根据该多个同相/正交不平衡校正权重，决定该第一候选偏压差异。
9. 一种接收器，包含： 接收器信号处理链，其中包含多个降频转换混波器； 电压产生电路，用以施加偏压差异于该多个降频转换混波器；以及 处理器，用以： 决定多个初始交互调变补偿权重；以及 提供该多个初始交互调变补偿权重至该电压产生电路以产生该偏压差异，以供使该接 收器产生的信号的多个正交信号成分的交互相关系数被最小化，该信号由该接收器于阻隔 信号存在时所接收。
10. 如权利要求9所述的接收器，其特征在于，该处理器被用以： 决定该阻隔信号是否存在于该接收器； 若判定该阻隔信号存在于该接收器，一同计算目前施加于该多个降频转换混波器的该 偏压差异以及所对应的该交互相关系数； 若判定目前的该交互相关系数尚未被最小化，决定能最小化该交互相关系数的多个另 外交互调变补偿权重；以及 提供该多个另外交互调变补偿权重，以取代该多个初始交互调变补偿权重，至该电压 产生电路。
11. 如权利要求10所述的接收器，其特征在于，进一步包含： 信号强度量测装置，用以量测该接收器中信号的信号强度； 其中当该信号强度指出导因于该阻隔信号的交互调变失真状况存在时，该处理器确认 该阻隔信号存在于该接收器。
12. 如权利要求11所述的接收器，其特征在于，当该信号强度高于信号强度门槛值时， 该处理器确认该阻隔信号存在于该接收器，其中该信号强度门槛值被设定为该交互调变失 真可被量测到的水平，且在该接收器的噪声基准之上。
13. 如权利要求10所述的接收器，其特征在于，该处理器于决定多个该另外交互调变 补偿权重时： 于连续多次迭代中，改变多个候选交互调变权重，其中当该多个候选交互调变权重被 提供至该电压产生电路，候选偏压差异施加于该多个降频转换混波器； 于各次迭代中，提供多个候选交互调变权重至该电压产生电路； 于各次迭代中，计算施加的该候选偏压差异所对应的该交互相关系数； 若判定计算出的该交互相关系数已被最小化，停止改变该多个候选交互调变权重；以 及 储存能最小化该交互相关系数的该多个候选交互调变失真权重，做为该多个另外交互 调变失真补偿权重。
14. 如权利要求13所述的接收器，其特征在于，该处理器利用最陡下降技术调整该多 个候选交互调变权重。
15. 如权利要求13所述的接收器，其特征在于，该处理器将额外多个交互调变失真补 偿权重做为多个第一候选交互调变失真权重，该额外多个交互调变失真补偿权重能最小化 另一信号的该交互相关系数，该另一信号由该接收器于该阻隔信号不存在时所产生。
16. 如权利要求15所述的接收器，其特征在于，该处理器： 自存储器撷取多个同相/正交不平衡校正权重；以及 根据该多个同相/正交不平衡校正权重，决定该多个第一候选交互调变失真权重。
【文档编号】H04B1/10GK104426563SQ201410451771
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】胡拉姆·穆罕默德 申请人:晨星半导体股份有限公司