专利名称：自动滤波器控制的制作方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及无线接收器，更具体来说，涉及根据性能要求和当前操作条 件来控制无线接收器的功率消耗。
背景技术：
无线接收器设计成接收和处理无线信号，使得接收器满足由控制通信标准所定义 并且与操作条件的已知范围关联的性能要求，例如误比特率、数据速率等等。当无线接收器 具有固定设计(例如采用固定参数来设计)时，接收器可设计成适应最坏情况操作条件，以 便确保对于所有操作条件均满足性能要求。例如，接收器可设计成在最坏情况操作条件下、 即当带外阻塞信号强烈干扰带内预期信号时满足误比特率要求。由于最坏情况操作条件很 少出现，所以具有固定设计的接收器在操作条件优于最坏情况时浪费功率。备选地，无线接收器可具有动态设计(例如，可采用动态可调整参数来设计)。例 如，美国专利No. 7010330描述根据所接收信号的质量动态修改接收器中的电路元件的增 益、偏置点或阻抗级。例如，如果所接收信号具有良好质量，则可减小接收器增益，以便减小 接收器的总功率消耗。如果所接收信号具有不良信号质量，则可增加接收器增益，以便以较 高功率消耗为代价来提供预期性能。
发明内容
本发明提供一种用于基于当前操作条件来控制接收器的功率消耗的备选解决方 案。一般来说，根据本发明的接收器接收信号，并且将所接收信号施加到可变滤波器。所接 收信号包括预期带内信号。根据当前操作条件，所接收信号还可包括一个或多个不希望的 带外信号，本文中称作阻塞信号。本发明控制可变滤波器的一个或多个参数，以便在滤波器 输出处保持一个或多个阻塞信号功率电平与预期信号功率电平之间的当前比率，使得当前 比率相对于预期比率等级满足预定标准。例如，本发明可控制可变滤波器的一个或多个参 数，以便在滤波器输出处将一个或多个阻塞信号功率电平与预期信号功率电平的当前比率 保持为处于或者低于预期比率等级。这样做的时候，本发明限制接收器功率消耗，同时仍然 提供预期接收器性能。根据一个示范实施例，无线接收器包括可变滤波器、功率测量元件和控制器。可变 滤波器对所接收信号滤波。功率测量元件测量经滤波信号的总功率和带内功率。控制器将 总功率与带内功率进行比较，并且基于比较来控制可变滤波器的一个或多个操作参数，以 便实现预期接收器性能，同时使接收器功率消耗为最小。在一个实施例中，控制器可通过对 总功率和带内功率进行减法运算，来比较总功率和带内功率。在另一个实施例中，控制器可 通过确定总功率与带内功率之间的比率，来比较总功率和带内功率。例如，如果基于比较所计算的误差值指明阻塞信号相对于预期信号过强，则控制 器可相对于通带来增加滤波器的带外衰减，以便进一步对阻塞信号进行滤波，因此提供阻 塞信号与预期信号之间的预期比率。通过调整滤波器参数以实现预期比率等级，控制器以接收器功率消耗的增加为代价来提供所需接收器性能。但是，如果所计算误差值指明阻塞 信号经过比所需更多的滤波，则控制器可减小带外衰减。这种减小降低接收器功率消耗，而 没有不利地影响接收器性能。
图1示出根据本发明的一个示范实施例的接收器的框图。图2示出所接收信号的滤波过程。图3示出根据本发明的一个示范实施例的接收器的数字处理器的框图。图4示出用于控制滤波器参数以便控制接收器的功率消耗的一个示范过程。图5示出滤波器输入信号的三维图。图6示出对图5的滤波器输入信号的随时间的滤波器控制的一个示例。图7示出产生于图5的滤波器输入信号和图6的滤波器控制的滤波器输出信号的 三维图。图8示出根据本发明的另一个示范实施例的接收器的框图。
具体实施例方式无线接收器设计成接收和处理无线信号，使得接收器满足由控制通信标准所定义 的预定性能要求，例如误比特率、数据速率等等。由于接收器性能可随操作条件变化而变 化，所以接收器必须还设计成适应各种操作条件。固定无线接收器设计通常配置用于最坏 情况操作条件。由于这类最坏情况操作条件很少出现，所以具有固定设计的无线接收器通 常不必要地消耗大量功率。本发明提供一种动态接收器设计，它通过基于影响所接收信号 中的带外阻塞信号的强度和存在的当前操作条件控制应用于所接收信号的可变滤波器的 参数，来控制接收器性能。滤波器按照滤波器传递函数使带内信号通过而使阻塞信号衰减。 每当阻塞信号相对于预期带内信号具有充分低的功率电平时，可减小滤波器的带外衰减以 节省功率。换言之，通过基于当前操作条件、例如阻塞信号的强度来控制滤波器，本发明提 供一种接收器，它实现预期性能，而无需消耗不必要的功率。图1示出根据本发明的一个实施例的示范接收器10。接收器10包括天线12、接 收器前端13、可变滤波器14、可选放大器16、模数转换器(ADC) 18、数字处理器20和滤波控 制器22。接收器前端13包括放大器、混频器等来按照任何已知方式来处理由天线12所接 收的信号，以便生成输入信号SIN。滤波器14按照当前滤波器传递函数对Sin进行滤波，以便 生成经滤波信号S·。在被包含时，放大器16将经滤波信号Sot放大预期量，以便降低ADC 18的动态范围要求。大家会理解，放大器16不影响本发明的滤波器控制。ADC 18按照任 何已知方式将经滤波信号Sott转换成数字信号。例如，ADC 18可包括任何类型的ADC，例如 delta-sigma ADC、直接转换ADC (例如闪速ADC (flash ADC))、连续近似ADC等等。处理器 20包括任何已知的数字处理电路，该数字处理电路数字地处理所接收信号以生成接收器输 出信号。示范处理器20可在单个处理器或者多个处理器中实现，并且包括但不限于通用和 /或专用微处理器和数字信号处理器。在一个示范实施例中，处理器20还测量经滤波信号 Sout的总功率P。ut和带内功率Ps，并且将结果提供给滤波控制器22。滤波控制器22生成一 个或多个控制信号U，以便基于所提供信号功率P。ut、Ps之间的比较来控制滤波器14的一个或多个操作参数。例如，控制信号U可控制滤波器的阶数、滤波器的通带增益和/或滤波器 传递函数。控制信号U可包括连续地或者通过离散步骤来控制滤波器14的模拟和/或数 字信号，取决于滤波器14的实现。图2示出滤波器14对输入信号Sin的作用的一个示例。包含一个带内信号和一个 阻塞信号的输入信号Sin的总功率PIN(参见图2的左图表)可表示为PIN = Ps+Pb.(1)如图2所示，滤波器14基于当前滤波器操作参数对输入信号Sin进行滤波，以便使 在频率fs的预期带内信号通过，而使在频率fb的阻塞信号衰减。所得输出信号Stm的总功 率Ρ。υτ可表示为Pout = G2Ps+A2(fb)Pb,(2)其中，G表示滤波器通带的增益，以及A(fb)表示滤波器14对于阻塞信号频率的传 递函数。通过按照A(fb)使阻塞信号衰减，滤波器14控制带内信号功率Ps与阻塞信号功率 Pb之间的功率比。本发明设法保持经滤波的输出信号Sott的阻塞信号功率Pb与带内信号功率Ps之 间的预期功率比使得预期功率比相对预期值满足预定标准。例如，当功率比Δ^表示 为下式时Ar = A2l{b]Pb ,(3)
G2Ps本发明设法将功率比呆持为处于或者低于预期值。如图2和等式(3)所示，控 制滤波器14的例如通带增益、滤波器传递函数、滤波器的阶数等操作参数控制由滤波器14 所实现的功率比Δ—为了简洁起见，下面根据由等式(3)所定义的功率比来描述本发明。 但是，大家会理解，功率比Δ^备选地可表达为带内信号功率Ps与阻塞信号功率Pb的比率 的函数，其中本发明将这种比率保持为处于或者保持为高于预期值。由于处理器20从经滤波信号Squt提取预期带内信号，所以处理器20可按照任何 已知方式来测量带内信号的功率Ps。此外，处理器20可测量经滤波信号Sott的总功率PQUT。 但是，阻塞信号Pb的功率不是这么容易得到。要克服这个问题，等式(2)可重新排列并代入 等式⑶，以便定义在带内信号功率Ps与总输出功率Ptm方面的比率Δ”由等式⑷给出。Ar 二乂(4)
r G2PsG2Ps G2Ps大家会理解，Δ^可根据基于总输出功率Pot与带内信号功率&之间的比率的功率 差异来表达(例如，当Ps和Pott根据线性功率比例来表达时)，如等式(4)所示。大家会理 解，虽然等式(4)将Δ ^表达为Pot与Ps的比率的函数，但是Δ ^备选地可表达为Ps与Pott 的比率的函数。此外，当&和Ptm根据对数功率比例来表达时，Δ^可表达为基于总输出功 率Ptm与带内信号功率Ps之间的差所计算的功率差异的函数，例如作为Pott-Ps的函数。无 论如何，处理器20可确定带内信号功率Ps和总输出功率Ρ·，并且将其提供给滤波控制器 22，以便支持本发明的滤波器控制过程。图3示出图1的接收器10的一个示范数字处理器20。处理器20包括接收信号 处理元件24、抽取器(decimator) 26、信道选择滤波器28和数字功率检测器30。抽取器26 减小输入数字信号的取样率，并且将抽取信号提供给数字功率检测器30以及提供给信道选择滤波器28。信道选择滤波器28包括锐截止滤波器，它对经抽取信号进行滤波以得到预 期带内信号。接收信号处理元件24按照任何已知方式对带内信号进行解调、解码和其它处 理，以便来生成接收器输出信号。功率检测器30测量由抽取器26所输出的经抽取信号以 及由信道选择滤波器28所输出的带内信号的功率，以便分别确定总输出功率Pott和带内信 号功率Ps。在一个示例中，数字功率检测器30可包括滑动窗口检测器，它计算信号随时间 的平均功率。在任何情况下，处理器20将总输出功率Pott和带内信号功率Ps输出到滤波控 制器22。对于这个实施例，在基于总输出功率Ptm和带内信号功率Ps来确定当前功率差异 时，滤波控制器22将考虑信道选择滤波器28的增益/衰减。图4示出根据本发明的一个实施例、由滤波控制器22所实现的一个示范滤波器控 制过程100。接收器10确定带内信号功率Ps和总输出功率Pqut (框110)，并且将结果提供 给滤波控制器22。滤波控制器22基于所提供的带内功率和总功率Ps、Pout来计算误差值 ε (框120)。更具体来说，滤波控制器22按照等式(4)来计算当前比率Δ 〃并且将当前比 率Δ ^与可接受接收器性能所需的限制功率比Δ。进行比较，以便确定误差值ε。当功率比 Ar由等式⑷给出时，限制功率比Δ。表示最大功率比，并且误差值ε例如可由等式(5)
全A屮
口 QQ οε (Ps，Pout) = A0-Ar (5)大家会理解，各定义通信标准的限制功率比Δ。可基于带内和阻塞信号功率的特 定于标准的要求、按照等式(3)预先确定，并且存储在存储器(未示出)中。这些要求可以 是静态或动态的，因而限制功率比△。也可以是静态或动态的。误差ε表示滤波器14的带外衰减的充分或不充分的程度。当误差ε为负时(框 130)，滤波控制器22生成控制信号U，以便增加滤波器14的带外衰减，从而以增加的接收器 功率消耗为代价来减小阻塞信号与带内信号的功率比(框140)。当误差ε为正(框130) 但大于某个预定阈值T (框150)时，滤波控制器22生成控制信号U,以便减小滤波器14的 带外衰减，从而降低滤波器的功率消耗(框160)，而无需损害阻塞信号与带内信号的现有 功率比。当误差ε为正(框130)并且小于阈值T(框150)时，滤波控制器22生成保持滤 波器14的当前操作参数的控制信号U。框150的阈值T提供相对于误差ε的可选滞后控 制。负误差ε指明阻塞信号与带内信号之间的功率比Δ^过大。因此，对于负误差ε，可 无条件地增加带外衰减的量。但是，正误差ε指明阻塞信号与带内信号之间的功率比K 小于可接受接收器性能所需。因此，对于正误差ε，滤波控制器22可保持当前滤波器配置 或者可减小带外衰减。阈值T可用于提供滞后，以便避免围绕最佳衰减设定的振荡。大家 会理解，当阈值T设置为0时，图4的过程100消除框150。滤波控制器22可通过以下来修改带外衰减修改带外信号的滤波器传递函数 A(fb)，修改滤波器14的阶数，重新排列滤波器14中的极点和/或零点，和/或修改相对于 带外衰减的滤波器14的通带增益。考虑其中滤波器14包括巴特沃思滤波器并且滤波控制 器22将误差信号ε直接转换成又对应于巴特沃思滤波器14的阶数的控制信号U的示例。 这个示例中的滤波器14的最坏情况的情形可由在-74dBm的最小等级的5MHz带内信号(Ps) 和在-52dBm的20MHz阻塞信号(Pb)来定义。滤波器14的带宽(f。)为10MHz。实际上，最 坏情况滤波器的情形可从滤波器14的性能要求得出。在这些条件下，控制标准可要求阻塞信号被衰减30dB。将这个信息与等式(3)配合使用并且假定通带增益(G)为1V/V，限制所 需功率比Δ。可按照下式来确定
-30
、2-52
,.、 IO15" IO-3IOir
_5] Αο= ^μΛ J ^ =0.14(6)
sI2IO-3IO10 在20MHz的30dB衰减对于最坏情况要求第5阶巴特沃思滤波器，因而设置U的上 限。下限为0，这表示滤波器14被旁路。图5示出四种不同输入信号情形，其中全部四种情 形均具有相同的带内信号功率电平(Ps)而具有不同的阻塞信号功率电平(Pb)。不同情形的 功率电平根据情形编号为1、2、3或4。第一种情形表示最坏情况的情形，并且持续10 μ S。 在10 μ s与20 μ s之间，阻塞信号具有相同的功率电平，但从20MHz移动到40MHz。在20 μ s 与30 μ s之间，阻塞信号停留在40MHz，但功率从-52dBm减小到_62dBm。在30 μ s与40 μ s 之间，阻塞信号完全消失。第一种情形(t = 0)要求第5阶巴特沃思滤波器。但是，对于其余三种情形，滤波 器要求可变宽松，以便降低滤波器14、因而降低接收器10的功率消耗。改变滤波器14的阶 数所用的方式可以简单到基于误差ε的符号将阶数减小以及增加固定量(参见图4的过 程100)。例如，在时间η的滤波器阶数N可按照下式来计算Nn = Νη_「Δ Ν · s i gn ( ε η)，(7)其中，Nn表示新的滤波器阶数，Nlri表示前一个滤波器阶数，以及ΔΝ表示阶数步 长。Sign(X)函数可由下式定义
Ηογλ:>0
-ηογλ:<0.(8)
Oforx = O实际上，滤波器阶数可由滤波器14中实现的范围来限制，因此等式(7)所得到的 结果可限制到这个范围。在这个第一示例中，滤波器阶数与ε η的绝对值无关地改变，并且 可要求图4的过程100的若干迭代来得出最佳解。备选地，用于计算在时间η的滤波器阶数N的更详细表达可表示为
κΝ =5~ν +ιε ·(9)滤波器阶数上舍入为最接近整数，以便确信一直满足控制通信标准。对于这个示 例，Nn限制到范围
。通过改变滤波器阶数来增加/减小阻塞信号的衰减与当前和所计算的滤波器14 的阶数密切相关。渐进地，任何滤波器具有与//成反比的振幅函数。这是任何滤波器的很 粗略近似，但依然可提供关于如何补偿对滤波器阶数的衰减相关性的指导。这种相关性由 等式(9)通过将误差信号％除以前一个滤波器阶数Nn_i+1来部分地解决。因此，滤波器阶 数变化的步长在前一个滤波器阶数Nlri高时较小，而在前一个滤波器阶数Nlri低时较大。此 外，等式(9)引入增益因子K，作为以类似于等式(7)的ΔΝ的方式来控制步长的附加方式。 较高增益因子K转换成朝向最佳解的较大步长(因此更快收敛)，而较低增益因子转换成较 小步长(因此更慢收敛)。如果增益因子K过大，则滤波器阶数可能过度补偿，并且可能错 sign(x) =
8过最佳滤波器阶数。因此，实际使用的滤波器14的特性将确定最佳增益因子K。假定这种 情况，增益因子K 一般可通过模拟根据经验确定。图6示出当等式(9)的增益因子K设置为60时滤波器阶数对于上述示例如何改 变。图7示出对于四种不同情形所得到的经滤波信号S·。如图7所示，基于阻塞信号与带 内信号之间的功率比△ ^来控制滤波器阶数提供所需接收器性能，而无需接收器10在最坏 情况条件下连续操作。本发明并不局限于图1和图3的数字功率检测。例如，图8示出备 选接收器10，它测量模拟域中的总输出功率Pott并且测量数字域中的带内信号功率Ps。对 于这个实施例，信道选择滤波器28处理数字化信号，以便得到预期带内信号，并且数字功 率检测器(DPD)30测量信道选择滤波器输出的功率，以便确定带内信号功率Ps。此外，模拟 功率检测器32测量模拟滤波器输出信号Sott的总功率，以便确定总输出功率POT，例如使用 滑动窗口检测器来得到模拟滤波器输出信号的平均总功率。例如，模拟功率检测器32可实 现跨导线性电路技术，或者可包括基本乘法电路，以便得到总输出功率Ptm的线性表示。如 果滤波控制器22要求总输出功率Pott的对数表示，则接收器10还可包括对数放大器(未 示出)，以便将线性功率值转换成对数功率值。对于图8的实施例，在基于总输出功率Pot和带内信号功率&来确定当前功率差 异时，滤波控制器22考虑放大器16、ADC 18和信道选择滤波器28的增益/衰减。信道选 择滤波器28的衰减是已知的，但估计放大器16和ADC 18的增益/衰减。因此，对于这个 实施例，滤波器控制精度取决于放大器16和ADC 18的增益/衰减估计的精度。本发明的滤波控制器22可与数字处理器20同步或异步运行，取决于接收器要求。 例如，如果控制标准要求滤波控制器22例如在所接收信号块之间的时隙中快速适配滤波 器参数以适应输入信号质量的快速变化，则滤波控制器22可与处理器20同步运行。如果 滤波器参数的变化足够小，使得滤波器特性在时间上对于各接收信号块一般是恒定的，并 且滤波器参数可被看作信道变化，则滤波控制器22可与处理器20异步运行。本发明当然可通过不同于本文具体提出的那些方式的其它方式来执行，而没有背 离本发明的本质特性。本发明的实施例在所有方面被认为是说明性而不是限制性的，并且 落入所附权利要求书的含意和等效范围之内的所有变更均要包含在其中。
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权利要求
一种控制接收器的功率消耗的方法，包括使用可变滤波器对所接收信号进行滤波，以便在滤波器输出处生成经滤波信号；以及通过以下来控制所述接收器的功率消耗控制所述可变滤波器的一个或多个性质，以便在所述滤波器输出处保持一个或多个阻塞信号功率电平与预期信号功率电平之间的当前比率，使得所述当前比率相对于预期比率等级满足预定标准。
2.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述接收器的功率消耗包括控制所述可变滤 波器的一个或多个性质，以便在所述滤波器输出处将所述一个或多个阻塞 信号功率电平与 所述预期信号功率电平的当前比率保持为处于或者低于所述预期比率等级。
3.如权利要求1所述的方法，还包括测量所述经滤波信号的总功率和带内功率；以及比较所述总功率与所述带内功率，以便确定当前功率差异。
4.如权利要求3所述的方法，其中，控制所述可变滤波器的一个或多个性质包括控制 所述可变滤波器的一个或多个性质，使得所述当前功率差异相对于预期差异等级满足所述 预定标准。
5.如权利要求3所述的方法，其中，测量所述总功率和所述带内功率包括数字地测量 所述经滤波信号的总功率和带内功率。
6.如权利要求3所述的方法，其中，测量所述总功率和所述带内功率包括数字地测量 所述经滤波信号的带内功率，并且得到所述经滤波信号的总功率的模拟测量。
7.如权利要求3所述的方法，其中，比较所述总功率与所述带内功率包括基于所述总 功率与所述带内功率之间的比率来确定所述当前功率差异。
8.如权利要求3所述的方法，其中，比较所述总功率与所述带内功率包括基于所述总 功率与所述带内功率之间的差来确定所述当前功率差异。
9.如权利要求3所述的方法，还包括基于控制通信标准的要求来确定限制功率差异；以及比较所述限制功率差异与所述当前功率差异，以便确定误差信号；其中，控制所述可变滤波器的一个或多个性质包括基于所述误差信号来控制所述可 变滤波器的一个或多个性质。
10.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述可变滤波器的一个或多个性质包括控 制所述可变滤波器的阶数。
11.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述可变滤波器的一个或多个性质包括控 制所述可变滤波器的传递函数。
12.如权利要求1所述的方法，其中，控制所述可变滤波器的一个或多个性质包括相 对于所述滤波器的带外衰减来控制所述可变滤波器的通带增益。
13.—种配置成控制接收器的功率消耗的滤波器系统，所述滤波器系统包括可变滤波器，配置成对所接收信号进行滤波，以便在滤波器输出处生成经滤波信号；以及控制器，配置成通过以下来控制所述接收器的功率消耗控制所述可变滤波器的一个 或多个性质，以便保持在所述滤波器输出处的一个或多个阻塞信号功率电平与在所述滤波 器输出处的预期信号功率电平之间的当前比率，使得所述当前比率相对于预期比率等级满足预定标准，。
14.如权利要求13所述的滤波器系统，其中，所述控制器通过以下来控制所述接收器 的功率消耗控制所述可变滤波器的一个或多个性质，以便将所述滤波器输出处的所述一 个或多个阻塞信号功率电平与所述滤波器输出处的所述预期信号功率电平的当前比率保 持为处于或者低于预期比率等级。
15.如权利要求13所述的滤波器系统，还包括一个或多个功率测量元件，配置成测量 所述经滤波信号的总功率和带内功率，其中所述控制器还配置成基于所述总功率与所述带 内功率之间的比较来确定当前功率差异。
16.如权利要求15所述的滤波器系统，其中，所述控制器通过以下来控制所述可变滤 波器的一个或多个性质控制所述可变滤波器的一个或多个性质，使得所述当前功率差异 相对于预期差异等级满足所述预定标准。
17.如权利要求15所述的滤波器系统，其中，所述功率测量元件包括配置成数字地测 量所述经滤波信号的总功率和带内功率的一个或多个数字功率检测器。
18.如权利要求15所述的滤波器系统，其中，所述功率测量元件包括数字功率检测器，配置成数字地测量所述经滤波信号的带内功率；以及模拟功率检测器，配置成得到所述经滤波信号的总功率的模拟测量。
19.如权利要求15所述的滤波器系统，其中，所述控制器配置成基于所述总功率与所 述带内功率之间的比率来确定所述当前功率差异。
20.如权利要求15所述的滤波器系统，其中，所述控制器配置成基于所述总功率与所 述带内功率之间的差来确定所述当前功率差异。
21.如权利要求15所述的滤波器系统，其中，所述控制器还配置成基于控制通信标准的要求来确定限制功率差异；以及比较所述限制功率差异与所述当前功率差异，以便确定误差信号；其中，所述控制器通过基于所述误差信号控制所述可变滤波器的一个或多个性质，来 控制所述可变滤波器的性质。
22.如权利要求13所述的滤波器系统，其中，所述控制器配置成控制所述可变滤波器 的阶数。
23.如权利要求13所述的滤波器系统，其中，所述控制器配置成控制所述可变滤波器 的传递函数。
24.如权利要求13所述的滤波器系统，其中，所述控制器配置成相对于所述滤波器的 带外衰减来控制所述可变滤波器的通带增益。
全文摘要
本文描述用于根据当前操作条件来控制接收器的功率消耗的方法和设备。根据本发明的接收器将所接收信号施加到可变滤波器。所接收信号包括预期带内信号。根据当前操作条件，所接收信号还可包括一个或多个不希望的带外阻塞信号。滤波控制器控制可变滤波器的一个或多个操作参数，以便在滤波器输出处将阻塞信号的功率与带内信号的功率的比率保持为处于或者低于预期等级。这样做的时候，本发明控制接收器功率消耗，同时仍然提供预期接收器性能。
文档编号H04B1/16GK101981814SQ200980112367
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月28日
发明者F·奥雷德松, L·孙德斯特龙, T·彼得松 申请人:爱立信电话股份有限公司