專利名稱：全數(shù)字增益控制的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)無線通信的領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明是有關(guān)于一種全數(shù)字增益控制架構(gòu)。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)無線通信系統(tǒng)中，接收器端的基頻信號(hào)均會(huì)由模擬格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，借以經(jīng)由一系列的數(shù)字程序，回復(fù)得到有用的信息。達(dá)成這種轉(zhuǎn)換功能的常見裝置即是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。在一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)中，最重要的規(guī)格即是輸出位的數(shù)目。一般而言，當(dāng)這個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸出位愈多時(shí)，這個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)能夠支持的輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍亦會(huì)愈大。然而，愈多的輸出位亦會(huì)導(dǎo)致愈高成本的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、及其余的接收器成分。給定輸出位的數(shù)目后，若輸入信號(hào)的功率過大，則這個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸出亦可能會(huì)飽和。另一方面，若輸入信號(hào)的功率過小，則這個(gè)輸入信號(hào)則可能會(huì)被嚴(yán)重量子化(quantized)。無論是那一種情況，接收器端欲回復(fù)得到的信息均可能會(huì)被遺失。為解決上述問題，常見的方法是在這個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)前面加入一可動(dòng)態(tài)調(diào)整的增益放大器，借以使這個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)的輸入信號(hào)能夠維持在一想要等級(jí)。通常，這個(gè)可調(diào)整的增益是利用一封閉回路機(jī)制進(jìn)行控制，如圖1所示，其亦可以稱為自動(dòng)增益控制(AGC)。
實(shí)際上，使用自動(dòng)增益控制(AGC)必須考量幾個(gè)要求。首先，自動(dòng)增益控制(AGC)應(yīng)該足夠快速以補(bǔ)償頻道損耗的變動(dòng)，但是，亦應(yīng)該足夠緩慢以使信號(hào)封囊(envelope)不會(huì)出現(xiàn)形變。其次，自動(dòng)增益控制(AGC)應(yīng)該不會(huì)改變無線電的插入相(insertion phase)，進(jìn)而不至于過載去旋轉(zhuǎn)回路(de-rotationloop)。另外，自動(dòng)增益控制(AGC)亦應(yīng)該具有一線性響應(yīng)(dB/Volt)。并且，自動(dòng)增益控制(AGC)應(yīng)該是一封閉回路控制系統(tǒng)，借以具有充分穩(wěn)定性(stability)、安定時(shí)間(settling time)、過沖(overshoot)、及其它應(yīng)該考量的設(shè)計(jì)議題。再者，自動(dòng)增益控制(AGC)應(yīng)該具有來自調(diào)制解調(diào)器(modem)及通常是來自一額外數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的控制線。在分時(shí)雙工(TDD)及分時(shí)多重存取(TDMA)模式中，自動(dòng)增益控制(AGC)必須在輸入功率發(fā)生未知的大階度(step)時(shí)，非?？焖俚刂匦抡{(diào)整無線電增益。另外，自動(dòng)增益控制(AGC)亦需要具有增益控制的特定無線電架構(gòu)，其兩者均會(huì)增加成本及功率消耗。再者，自動(dòng)增益控制(AGC)亦需要取舍于NF及IP3之間，特別是在具有一大干擾器(jammer)的時(shí)候。IP3是三階攔截點(diǎn)。NF是噪聲指數(shù)。已知，當(dāng)下轉(zhuǎn)換器(解調(diào)變器)前面的增益愈高，則噪聲指數(shù)亦會(huì)愈好(愈低)，但是，三階攔截點(diǎn)亦會(huì)愈低(愈差)。實(shí)際上，在上述要求中，有部分要求是非常難以達(dá)成的。因此，目前使用技術(shù)勢(shì)必要在各個(gè)要求之間進(jìn)行取舍，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)等級(jí)效能的一定程度損耗。

發(fā)明內(nèi)容
為解決目前使用技術(shù)所面臨的問題，本發(fā)明是提供一種方法，其是在基頻壓縮一輸入模擬信號(hào)、將這個(gè)壓縮信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式、并利用反對(duì)數(shù)技術(shù)，將這個(gè)數(shù)字信號(hào)展開至其原始線性刻度。展開數(shù)字信號(hào)的字符長度則可以利用正規(guī)化技術(shù)予以縮減。


圖1是表示現(xiàn)有技術(shù)封閉回路自動(dòng)增益控制(AGC)的方塊圖；圖2是表示利用真實(shí)對(duì)數(shù)放大器為壓縮器、及利用反對(duì)數(shù)查表(LUT)為展開器的全數(shù)字增益控制(ADGC)的方塊圖；圖3是表示模擬壓縮及數(shù)字展開的結(jié)果圖；以及圖4是利用本發(fā)明全數(shù)字增益控制(ADGC)及傳統(tǒng)自動(dòng)增益控制(AGC)間的比較圖，借以表示一通信系統(tǒng)的效能改善。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示習(xí)知技術(shù)的封閉回路自動(dòng)增益控制(AGC)電路10，其中，包括I信號(hào)及Q信號(hào)的模擬輸入會(huì)分別施加至放大器12及14。另外，放大器12及14的輸出則會(huì)經(jīng)由模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)16及18進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，如圖中所示的六位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，借以分別在輸出端16a及18a提供I輸出及Q輸出。
這些模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)16及18的輸出會(huì)施加至電路20，借以得到I信號(hào)及Q信號(hào)的平方和，I2+Q2，其隨后會(huì)在一比較電路22中與一參考等級(jí)進(jìn)行比較。這個(gè)比較電路22的輸出會(huì)經(jīng)由一累加器24施加至一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)26，并分別施加至這些增益控制放大器12及14的增益控制輸入12b及14b。
本發(fā)明的全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30可以避免習(xí)知封閉回路自動(dòng)增益控制(AGC)電路所關(guān)連的部分要求、并輕易滿足這個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)電路的其余要求。本發(fā)明是利用一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法，其是利用一模擬壓縮器(舉例來說，對(duì)數(shù)電路)壓縮一基頻輸入模擬信號(hào)，借以增加有效模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)位的數(shù)目。這個(gè)模擬壓縮器是一非線性裝置，其中，這個(gè)模擬壓縮器的增益是正比于這個(gè)模擬輸入信號(hào)。如此，這個(gè)模擬輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍便可以增加。
在這個(gè)壓縮模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一數(shù)字信號(hào)以后，一數(shù)字展開器(舉例來說，反對(duì)數(shù)程序或查表(LUT))是用以將這個(gè)數(shù)字信號(hào)回展至原始線性刻度。這個(gè)數(shù)字展開器是一非線性裝置，其中，這個(gè)數(shù)字展開器的增益是正比于這個(gè)數(shù)字信號(hào)。因于大多數(shù)展開器的功能特性，這個(gè)數(shù)字展開器的輸入字符長度可能會(huì)大于輸入字符長度。為了縮減其余接收器的數(shù)字信號(hào)的字符長度，本發(fā)明可以利用一正規(guī)化機(jī)制，其可能是一開放回路或封閉回路的自動(dòng)等級(jí)控制方塊。
圖2是表示本發(fā)明全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30的方塊圖。這個(gè)全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30是利用對(duì)數(shù)放大器32及34對(duì)數(shù)放大I信號(hào)及Q信號(hào)，其接著將傳送至六位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器36及38、接著傳送至反對(duì)數(shù)查表(LUT)40及42以展開數(shù)字信號(hào)、及接著傳送至一低通濾波器44及46(舉例來說，方根上升余弦無限脈沖響應(yīng)(RRC+IIR)濾波器，分別做為一內(nèi)插裝置)。
這些濾波器44及46的輸出是施加至電路48，借以決定這個(gè)平方和I2+Q2的平方根。這個(gè)電路48的輸出是施加至電路50，借以在縮減這個(gè)數(shù)字信號(hào)的位數(shù)目前，決定I頻道及Q頻道的平均組合功率量測(cè)。這個(gè)電路50是利用等式(1)，一個(gè)方塊接著一個(gè)方塊地決定這個(gè)平均組合功率，其可以表示成(1/n)Σi=1n[si(t)]]]>等式(1)其中，n為方塊大小；si為這個(gè)方塊內(nèi)、這個(gè)電路50的第i個(gè)輸出取樣。這些濾波器44及46的輸出會(huì)利用延遲電路52及54延遲n個(gè)取樣，借以使這些濾波器44及46的輸出時(shí)序同步，進(jìn)而完成這些電路48、50、及56的功能。因此，電路58及60的輸出可以分別表示成Ik/{(1/n)Σi=1n[si(t)]}]]>Qk/{(1/n)Σi=1n[si(t)]}]]>等式(2)其中，Ik及Qk(k＝1，…，n)分別為這些濾波器44及46延遲n個(gè)取樣的輸出。
根據(jù)本發(fā)明，70dB的動(dòng)態(tài)范圍將可以輕易達(dá)成。額外的20至30dB則可以通過低噪聲放大器(LNA)的開關(guān)加以達(dá)成。這種全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30并不需要無線電的增益控制，因此，具有低成本及容易實(shí)施的好處。另外，這種全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30亦可以支持巨大的實(shí)時(shí)功率變動(dòng)。并且，這種全數(shù)字增益控制(ADGC)亦可以支持高速下行連結(jié)及封包傳輸。再者，由于本發(fā)明的全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30是開放回路，因此，本發(fā)明亦沒有穩(wěn)定性(stability)問題、沒有安定時(shí)間(settling time)、且沒有過沖(overshoot)。另外，這種全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30并不需要了解信號(hào)時(shí)序，其亦是利用分時(shí)雙工(TDD)技術(shù)的系統(tǒng)中，執(zhí)行胞元搜尋、訊息碼取得、及頻率校正模式的重要考量。
另外，這種全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30亦可以提供快速衰減補(bǔ)償，而不致使信號(hào)封囊(envelope)變形，其可以避免高速及/或高資料率的問題、且不會(huì)改變這個(gè)系統(tǒng)的插入相。
圖3是表示模擬壓縮及數(shù)字展開的結(jié)果。在圖3中，這個(gè)階梯曲線是表示模擬壓縮器輸入及數(shù)字展開器輸出間的關(guān)系。顯而易見地，利用模擬壓縮及數(shù)字展開技術(shù)，具有小振幅的信號(hào)可以利用極小的量化階度(step)進(jìn)行量子化(quantize)。如此，產(chǎn)生的量化噪聲便可以明顯縮減，進(jìn)而改善接收器的整體效能。
為方便觀察一通信系統(tǒng)的效能提升狀況，我們是利用一分時(shí)雙工(TDD)下行連結(jié)仿真測(cè)試(其搭配有一理想多使用者偵測(cè)器、并外加一高斯噪聲(Gaussian noise)頻道)，進(jìn)行本發(fā)明全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30及習(xí)知自動(dòng)增益控制(AGC)電路間的一比較。圖4是表示這個(gè)仿真測(cè)試的結(jié)果。在這個(gè)仿真測(cè)試中，這個(gè)輸入信號(hào)的各個(gè)時(shí)槽會(huì)承受20dB的功率變動(dòng)。由圖4可知，本發(fā)明的全數(shù)字增益控制(ADGC)裝置30可以在方塊錯(cuò)誤率(BLER)為0.01的位置，改善整體系統(tǒng)效能有將近2dB。
權(quán)利要求
1.一種用以得到一輸入信號(hào)的大范圍及高分辨率模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的裝置，其包括一模擬壓縮器，用以壓縮該輸入信號(hào)；以及一展開器，用以將該壓縮信號(hào)數(shù)字展開、并將該信號(hào)回展至一原始線性刻度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該模擬壓縮器是一對(duì)數(shù)壓縮器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該展開器是一反對(duì)數(shù)裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該展開器具有一查表裝置，用以決定一壓縮信號(hào)的一反對(duì)數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，更包括一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，提供于該模擬壓縮器及該數(shù)字展開器之間。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一正規(guī)化電路，耦接至該數(shù)字展開器，借以降低數(shù)字輸出的字符長度。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該輸入信號(hào)是經(jīng)由一接收一無線通信的接收器而得到。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一接收器，接收一無線通信，借以提供該輸入信號(hào)至該模擬壓縮器。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一接收器，接收一有線通信，借以提供該輸入信號(hào)至該模擬壓縮器。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該輸入信號(hào)是一基頻信號(hào)。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括一濾波器，用以濾波該展開器的一輸出。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，該濾波器是一方根上升余弦(RRC)濾波器。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，該濾波器是一無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器。
14.一種用于一通信系統(tǒng)中借以達(dá)成一輸入信號(hào)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的方法，其步驟包括(A)在基頻對(duì)數(shù)壓縮該輸入信號(hào)；以及(B)對(duì)數(shù)展開該壓縮信號(hào)至一原始線性刻度。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括在該對(duì)數(shù)展開步驟前，將該壓縮信號(hào)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字格式。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于還包括正規(guī)化該展開的數(shù)字信號(hào)。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，包括I及Q成分的該輸入信號(hào)是在步驟(A)獨(dú)立地壓縮、及在步驟(B)獨(dú)立地展開。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該等I及Q成分是在步驟(A)后獨(dú)立地由一模擬格式轉(zhuǎn)換成一數(shù)字形式，借以做為步驟(B)的準(zhǔn)備。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該等I及Q信號(hào)是在步驟(B)后進(jìn)行濾波及正規(guī)化。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該濾波步驟包括利用一無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器進(jìn)行濾波。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該濾波步驟包括利用一方根上升余弦(RRC)濾波器進(jìn)行濾波。
全文摘要
一種模擬數(shù)字增益控制裝置，其可以避免一封閉回路自動(dòng)增益控制(AGC)電路的特性所關(guān)連的部分要求、并輕易利用一種模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換方法滿足這個(gè)自動(dòng)增益控制(AGC)電路的其余要求，該方法是利用一對(duì)數(shù)電路壓縮一基頻輸入模擬信號(hào)，借以增加有效模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)位的數(shù)目。在這個(gè)壓縮模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字信號(hào)后，一數(shù)字反對(duì)數(shù)程序或查表(LUT)用以將這個(gè)數(shù)字信號(hào)回展至原始線性刻度。由于反對(duì)數(shù)函數(shù)的特性，這個(gè)反對(duì)數(shù)程序的輸出字符長度會(huì)大于輸入字符長度。為縮減這個(gè)數(shù)字信號(hào)的字符長度，一開放回路正規(guī)化技術(shù)則可以使用。
文檔編號(hào)H03G3/20GK1669251SQ03813797
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
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