CN100401642C - 包含随机电路的发送器中简化模拟处理的方法及发送器 - Google Patents

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CN100401642C CNB2005100808688A CN200510080868A CN100401642C CN 100401642 C CN100401642 C CN 100401642C CN B2005100808688 A CNB2005100808688 A CN B2005100808688A CN 200510080868 A CN200510080868 A CN 200510080868A CN 100401642 C CN100401642 C CN 100401642C
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Abstract

本系统及方法通过Δ∑调制减少数字信号中的比特数量，使模拟处理得以简化。通过使用随机电路选择所述发送器的数模转换器的电流源。

Description

包含随机电路的发送器中简化模拟处理的方法及发送器
技术领域
本发明涉及无线通信系统，更具体的说，涉及无线通信系统中模拟处理的简化。
背景技术
通信系统是用来支持无线和/或有线通信设备间的无线和有线通信。这种通信系统的范畴包括国家的和/或国际的移动电话系统、国际互联网、点对点内部无线网络。各种通信系统是根据一个或多个的通信标准创建和操作的。例如，无线通信系统可能采用一个或多个标准，这些标准包括但不仅限于：IEEE802.11，蓝牙，高级移动电话服务(AMPS)，数字AMPS，全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)。
基于各种无线通信系统，一个无线通信设备，例如移动电话、双向无线电通信机、个人数字助理(PDA)、个人电脑(PC)、膝上型电脑、家庭娱乐设备等，可以和其他无线通信设备进行直接或间接的通信。对于直接通信(即点对点通信)，多方无线通信设备调谐其接收器及发送器至相同的信道或信道对(例如无线通信系统中多个RF载波中的一个)并在该信道或信道对上进行通信。对于间接通信，每一个无线通信设备通过一个分配的信道直接和一个相关的基站(例如，对于蜂窝服务)和/或一个相关的接入点进行通信(例如，对于户内网或楼内网)。为了在无线通信设备间完成通信连接，相关的基站和/或相关的接入点间直接通信，或者通过系统控制器、公共电话交换网络、互联网和/或其它的广域网进行彼此间的通信。
对于参与无线通信的无线通信设备，其包括了一个内置无线电收发器(例如接收器和发射器)或其与一个相关的无线电收发器相连(例如户内或楼内无线通信网络，调制解调器等)。众所周知，所述接收器接收射频信号，直接地或通过一个或多个中频级移除射频载波信号，并根据特定的无线通信标准解调信号以取回发送器发送的数据。所述发送器通过调制数据到射频载波将数据转换为射频信号，具体包括首先根据特定的无线通信标准对数据进行调制然后直接或通过一个或多个中频级来产生射频信号。
当将数据由数字形式转化为模拟形式以作为射频信号传送时，为了简化数模转换器(DAC)及降低功率要求，减少数字数据的比特量是有好处的。然而，减少数字数据的比特量可能会降低信噪比，因而降低承载于射频信号内的数据的准确性。
相应地，需要有一种新的系统和方法，其比现有的发送器使用更少的硬件及消耗更小的功率，且不会减少射频信号中被承载数据的准确性。
发明内容
本发明的实施是构建一种系统和方法，通过使用Δ∑调制简化模拟处理，相应地，减少硬件的数量和所需的功率，从而降低了成本及减小了收发器的尺寸。
在本发明的一种具体实施方式中，一种射频发送器包括一个Δ∑调制器、一个数模转换器、一个混频器及一个天线。所述Δ∑调制器完成数字正交信号的Δ∑调制。所述数模转换器通讯地连接至Δ∑调制器，且采用随机选择电流源将调制信号转化为模拟信号。所述混频器通讯地连接至所述数模转换器，用于将模拟信号转化为射频信号。所述天线通讯地连接至所述混频器，用于传输射频信号。
在本发明的一种具体实施方式中，所述方法包括：对数字正交信号进行Δ∑调制；通过使用随机选择的模数转换装置的电流源将调制信号转化为模拟信号；将模拟信号转换为射频信号；发送射频信号。
根据本发明的一个方面，提供一种包含随机电路的发送器中简化模拟处理的方法，包括：
对数字正交信号进行Δ∑调制；
将经Δ∑调制的输出转换成温度计编码；
基于所述温度计编码的输出量随机地选择的模数转换装置的电流源将调制信号转化为模拟信号；
将模拟信号转换为射频信号；
发送射频信号。
优选地，所述调制减少数字正交信号的比特量。
优选地，所述减少为从10比特到4比特。
优选地，所述方法还包括在发送之前将射频信号放大。
优选地，所述Δ∑调制包括二阶Δ∑调制。
优选地，所述随机选择采用DSP算法。
优选地，采用高斯频移键控、4进制相移键控或8进制相移键控调制形成数字正交信号。
优选地，所述方法还包括在Δ∑调制前将数字正交信号执行内插滤波。
优选地，所述内插滤波将数字正交信号由12比特减小至10比特。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种射频发送器，包括：
将数字正交信号进行Δ∑调制的Δ∑调制器；
数模转化器，通讯地连接至所述Δ∑调制器，将调制信号转换成模拟信号；
混频器，与所述数模转换器通讯地相连，将所述模拟信号转化为射频信号；及
天线，与所述混频通讯地连接，可以发送射频信号；
所述射频发送器还包括：
二进制-温度计解码器，用于将经Δ∑调制的输出转换成温度计编码；
随机选择电路，基于所述温度计编码的输出量随机地选择数模转换器的电流源来将调制信号转换成模拟信号。
优选地，所述调制可减少数字正交信号的比特量。
优选地，所述减少为由10比特减少至4比特。
优选地，所述射频发送器还包括一个功率放大器，所述功率放大器与所述天线和混频器通讯地连接，能够在发送射频信号之前将射频信号放大。
优选地，所述Δ∑调制器一个二阶Δ∑调制器。
优选地，所述射频发送器还包括通过一个用温度计编码器对调制信号编码的Δ∑调制器。
优选地，所述数字正交信号由高斯频移键控、4进制相移键控或8进制相移键控调制形成。
优选地，所述射频发送器还包括一个内插滤波器，所述内插滤波器与所述Δ∑调制器相连，能够在Δ∑调制之前将数字正交信号进行内插滤波。
优选地，所述内插滤波器将数字正交信号从12比特减少到10比特。
附图说明
以下参考附图对本发明进行非局限性及非完全性描述，其中，在各幅图中同一参考标号表示相同的部件，除非另有指定。
图1为本发明的一种具体实施方式的网络系统结构图；
图2是本发明的一种具体实施方式的发送器的方框图；
图3A及图3B为量化噪声的Δ∑调制效果图；
图4是数模转换器的方框图；
图5是无线发送器中的简化模拟处理的方法的流程图；
图6A是数模转化器实际的输出电流和理想的输出电流之间的比较曲线图；
图6B是不带随机电路的数模转化器的频谱图；
图7是本发明的一种实施方式的带有随机电路的发送器的部分方框图；
图8是在发送器中采用随机电路简化模拟处理的方法的流程图；
图9是带有随机电路的数模转换的频谱图。
具体实施方式
以下的描述是对特定的需求和应用而进行的，其目的为了能让本领域的普通技术人员都能实现本发明。对本领域技术人员来说，对本发明实施方式进行各种修改是显而易见的，本文中阐述的一般原理可以应用于其它实施方式及应用中，而不脱离本发明的实质精神和范围。因此，本发明的范围不局限于所述的实施例，而是包括与本文中所公开的原理、特征及技术相一致的最大范围。
图1为本发明的一种实施方式的网络系统10的结构图。系统10包括多个基站和/或接入点12-16，多个无线通信设备18-32及一个网络硬件34。该无线通信设备18-32可以为膝上型电脑18及26，个人数字助理20及30，个人电脑24及32和/或蜂窝电话22及28。该无线通信设备的详细描述请参考图2。
基站或接入点12通过局域网连接36、38及40连接至网络硬件34。该网络硬件34可以是路由器、交换器、网桥、调制解调器及系统控制器等，其可为通信系统10提供一个广域网连接42。每一个基站和/或接入点12-16包括一个相关的天线或天线阵列，以便在其区域内与无线通信设备间进行通信。通常，无线通信设备在一个特定的基站和/或接入点12-14进行注册，以从通信系统10接收服务。对于直接连接(即点对点通信)，无线通信设备直接通过一个指定信道进行通信。
通常，基站用于蜂窝电话系统及相似类型的系统，而接入点用于户内或楼内无线网络。无论哪种特定类型的通信系统，每一个无线通信设备都包括一个内置无线电收发装置或与一个无线电收发装置相连接。该无线电收发装置包括一个发送器，该发送器可以简化模拟处理，由此，具有减少功率需求，降低成本及减小尺寸的特征。
图2为本发明的一种实施方式的发送器部分200的方框图。网络系统10的每一个无线设备包括一个将数据发送至其它无线网络节点的发送器部分200。发送器部分200包括调制器210，其与直流偏移调整引擎220a及220b通讯地连接，直流偏移调整引擎220a及220b分别与内插滤波器230a及230b通讯地连接。内插滤波器230a及230b分别与Δ∑调制器(也称为∑Δ调制器)240a及240b通讯地连接。Δ∑调制器240a及240b分别与二进制-温度计解码器245a及245b通讯地连接。该解码器245a及245b分别与数模转换器250a及250b通讯地连接，数模转换器250a及250b分别与低通滤波器260a及260b通讯地连接。低通滤波器260a及260b分别与混频器270a及270b通讯地连接，混频器270a及270b均与一个功率放大器280通讯地连接，功率放大器280与一个天线290通讯地连接。
调制器210从无线设备的处理部分接收数字数据，并对该数据进行正交振幅调制。该调制包括：如高斯频移键控(GFSK)，4进制相移键控(PSK)，和/或8进制相移键控(PSK)。调制器210提供正交输出。在本发明的这个实施方式中，抽样频率为12MHz，输出为12比特。
对于频移键控，I输出可以表示为I＝cos(2πfct+2πfd∫vdt)，Q输出可以表示为I＝sin(2πfct+2πfd∫vdt)。对于相移键控，I输出可以表示为
Figure C20051008086800101
Q输出可以表示为
Figure C20051008086800102
所述直流偏移调整引擎220a及220b在从调制器210的I及Q输出的数据域中调整直流偏移。该直流调整的字长为11比特。
内插滤波器230a及230b从12MHz到96MHz向上抽样。更高的OSR可以使接下来的Δ∑调制更简单。当中频频率小于等于1MHz，内插滤波器230a及230b输出超过80dBc的12MHz的图象。当中频频率为2MHz，内插滤波器230a及230b输出超过60dBc的12MHz的图象。内插滤波器230a及230b的输出为10比特。
Δ∑调制器240a及240b为二阶Δ∑调制器，其输入数据10比特，输出数据4比特。Δ∑调制器240a及240b还将量化噪声推出低通滤波器260a及260b带宽之外，这点将结合图3A及图3B在下面详细描述。Δ∑调制器240a及240b的抽样频率均为96MHz。输入从-2到1.75。依赖于控制位设置，输入可以从-1到+1或从-1.25到+1.25。当呈现调制时，超出的范围被保留以进行信号偏移。当输入范围从-1.25到+1.25而无调制时，输出振幅为5。二进制-温度计解码器245a及245b将从Δ∑调制器240a及240b的4比特输出转换为16比特的温度计编码。在本发明的一种实施方式中，数模转换器250a及250b合并在解码器245a及245b之中。
Δ∑ Bina M  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b  b
Out  ry   ag 1  1  1  1  1  1  9  8  7  6  5  4  3  2  1  0
put  Num     5  4  3  2  1  0
     ber
7    0111 15 0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
6    0110 14 0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
5    0101 13 0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
4    0100 12 0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
3    0011 11 0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
2    0010 10 0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
1    0001 9  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1
0    0000 8  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1
-1   1111 7  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1
-2   1110 6  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1
-3   1101 5  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  1
-4   1100 4  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1
-5   1011 3  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1
-6   1010 2  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1
-7   1001 1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  1
-8   1000 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
表1
数模转换器250a及250b使用温度计编码来最小化抽样时钟(96MHz)干扰，其将结合图5在下面详细描述。数模转换器250a及250b将数字信号转换成模拟信号。低通滤波器260a及260b接收模拟信号，并滤除所有的干扰以产生一个连续信号。混频器270a及270b将模拟信号转换成射频信号(如，对于蓝牙标准为2.4GHz的信号)，然后通过功率放大器280放大并通过天线290发送。
图3A及图3B为Δ∑调制器调制量化噪声的效果。通过Δ∑调制器执行Δ∑调制，通过将噪声320a的大部分推出信号310之外最小化量化噪声320a。如图3B所示，整形后的量化噪声320b基本上在信号310及低通滤波器260a及260b带宽的范围之外。
图4为数模转换器250a的方框图。数模转换器250b可以是与数模转换器250a相同的硬件。数模转换器250a包括15单位电流源，如电流源400。在本发明的另一实施方式中，可基于Δ∑输出设置不同数目的电流源。数模转换器250a使用从解码器245a及245b输入的温度计编码。Iunit为16μA。Idc为16*8＝128μA.Iamp为5*16＝80μA。在本发明的一种实施方式中，数模转换器250a可以有一个32μm/0.5μm的W/L(宽长比)以确保电流单元有足够的匹配并为输出提供漂移空间。
表2所示数模转换器250a的输出Iout是基于Δ∑输出及相应的温度计编码。
Δ∑输出   等效   温度计   Ip   In   Iout＝Ip-In
  Value   Out
0111   1.75   15   15*I   1*I   14*I
.   .   .   .   .
0001   0+0.25   9   9*I   7*I   2*I
0000   0   8   8*I   8*I   0*I
1111   -0.25   7   7*I   9*I   -2*I
 .   .   .   .   .   .
1000   -2   0   0*I   16*I   -16*I
表2
图5为无线发送器内的简化模拟处理的方法500的流程图。在本发明的一种实施方式中，发送器部分200可以执行方法500。首先，对接收数据进行正交振幅调制(510)以产生I及Q信号。随后对I及Q信号执行直流偏移调整(520)。之后对I及Q信号执行内插滤波(530)以产生10比特的输出。
内插滤波(530)之后，执行Δ∑调制(540)以将输出由10比特减小至4比特。Δ∑调制的执行(540)将量化噪声推出低通滤波器260a及260b的带宽范围之外。Δ∑调制(540)包括用温度计编码对调制的数据进行编码。在执行完Δ∑调制(540)之后，4比特信号被转换(570)成射频信号(RF)，然后执行放大(580)及发送(590)。步骤500结束。
相应地，本发明的实施方式可以在基本没有减小信号噪声比的情况下，通过减少数字数据的比特数量而简化模拟处理。因此，执行该模拟处理，对硬件数量的需要及对功率的需求都较低。然而，由于来自生产处理过程的DAC250a的每个电流源变化等，所述模数转换器250a可以不是完全的线性。
图6A为数模转换器250a实际输出电流和理想输出电流之间的比较曲线图600。由于所述数模转换器250a的每个电流源都是变化的，如线条610所示，其实际输出电流与线条620所示的理想输出电流不同，总之，每个电流源都不是完全相匹配的，其将导致射频信号中的调制数据的错误。
图6B为不带随机电路的数模转换器的频谱曲线图。非线性使得数模转化器的频谱为不理想的脉冲，如不理想的谐波。例如，不理想的脉冲发生于0，200，300，400，600KHz处。
图7是本发明的一种实施方式的一部分带有随机电路248的发送器200B部分的方框图，所述发送器部分200B除了包括插入在解码器246a和数模装换器250a之间以及解码器246b和数模装换器250b之间的随机电路248a和248b外，其他结构与发送器部分200相同。
在本发明的一种实施方式中，所述随机电路248a和248b可以是相同的硬件。同样地，为了简化说明，在理解随机电路时仅讨论随机电路248a，随机电路248b的作用和随机电路248a一致。
所述随机电路248a随机地选择数模装换器250a中的电流源，以至不会总是选择相同的电流源。如前所述，被选择的电流源的数量根据从所述解码器245a输出的温度计编码的输出量决定，例如如果温度计编码输出为1，则选择电流源B0，同样也会选择B15。如果温度计编码输出量为3，则不一定选择电流源B0、B1和B2，而可能随机选择三个电流源(例如，B0，B7，B9)。因此，随着时间的推移，输出电流的变化被平均，因此会使得输出电流接近理想的输出(如图6中的曲线620)。
随机选择采用DSP运算，通常DSP运算法则随机化上述表1中的对应关系。
图8是在发送器中采用随机电路简化模拟处理的方法800的流程图。在本发明的一种实施方式中，所述发送器部分200B能够执行所述方法800，首先，对接收数据进行正交振幅调制(810)以产生I及Q信号。随后对I及Q信号执行直流偏移调整(820)。之后对I及Q信号执行内插滤波(830)以产生10比特的输出。
内插滤波(830)之后，执行Δ∑调制(840)以将输出由10比特减小至4比特。Δ∑调制的执行(840)将量化噪声推出低通滤波器260a及260b带宽的范围之外。Δ∑调制(840)包括用温度计编码对调制的数据进行编码。在执行完Δ∑调制(840)之后，4比特信号被转换为模拟信号，其中随机选择数模转换器的特定电流源的数量，如以上描述的与图7相关的内容。然后所述模拟信号被过滤(860)，再转化为射频信号(870)，然后执行放大(880)及发送(890)。步骤800结束。
图9为带有随机电路248a的数模转换的频谱曲线图900。采用随机电路248a排除了曲线900中所示的数模转化器200B中的不应有的谐波，例如在0，200，300和400KHz处的脉冲。
本发明的上述具体实施例的描述只是通过举例，其它各种对上述的实施方式及方法的改进和变化都可能与上述内容的启示相关，本发明的组件可以通过使用可编程通用数字计算机，使用特定用途集成电路，或使用一个互连的传统元件及电路网络进行实施。
连接可以为有线、无线及调制解调器等。本处所述的实施方式不会是详尽的或局限性的。本发明通过权利要求进一步限制。
本申请是申请号为10/761,626的美国专利文件的续篇，其申请日为2004年1月22日，标题是“发送器中简化模拟处理的方法及系统”，发明人是潘蒙安和博吉克.马洛列夫。

Claims (9)

1.一种包含随机电路的发送器中简化模拟处理的方法，其特征在于，该方法包括：
对数字正交信号执行Δ∑调制；
将经Δ∑调制的输出转换成温度计编码；
基于所述温度计编码的输出量随机地选择数模转换器的电流源将调制的信号转换成模拟信号；
将模拟信号转换成射频信号；及
发送所述射频信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制减少数字正交信号的比特数量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述减少为由10比特减少至4比特。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括在发送前放大所述射频信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Δ∑调制包括二阶Δ∑调制。
6.一种射频发送器，包括：
Δ∑调制器，用于对数字正交信号执行Δ∑调制；
数模转换器，通讯地连接至所述Δ∑调制器，将调制信号转换成模拟信号；
混频器，通讯地连接至所述数模转换器，将所述模拟信号转换成射频信号；及
天线，通讯地连接至所述混频器，用以发送射频信号；
其特征在于，所述射频发送器还包括：
二进制-温度计解码器，用于将经Δ∑调制的输出转换成温度计编码；
随机选择电路，基于所述温度计编码的输出量随机地选择数模转换器的电流源来将调制信号转换成模拟信号。
7.根据权利要求6所述的射频发送器，其特征在于，所述调制器可减少数字正交信号的比特数量。
8.根据权利要求7所述的射频发送器，其特征在于，所述减少为由10比特减少至4比特。
9.根据权利要求6所述的射频发送器，其特征在于，该射频发送器进一步包括电源放大器，与所述天线和混频器通讯地连接，可在天线发射射频信号前能将所述射频信号进行放大。
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