CN101379713B - 用于无线通信设备的自适应接收机 - Google Patents

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Abstract

一般而言，本公开针对用于将高性能接收机和低功率接收机组合在无线通信设备(WCD)内以降低功耗的技术。一旦接收到来自基站的信号，WCD内的控制器就检测基站与该WCD之间的射频(RF)环境的一个或多个信道状况。控制器在RF环境不利时选择高性能接收机处理收到信号，而在RF环境有利时选择低功率接收机处理收到信号。这样，WCD实现了根据RF信道状况适应性地调整其接收机结构的自适应接收机。

Description

用于无线通信设备的自适应接收机
技术领域
本公开一般涉及无线通信设备，尤其涉及用于无线通信设备的接收机。
背景
无线通信广泛使用的一种技术是码分多址(CDMA)信号调制。在CDMA系统中，在基站与无线通信设备(WCD)之间通过扩频射频(RF)环境同时传送多个通信信号。这些信号经历了基站与WCD之间RF环境内存在的各种状况。
WCD内的接收机通常被设计成处理最坏情形下的RF环境状况。这些高性能接收机是根据定义最坏情形下状况的通信标准来设计的。这样，WCD就能够从基站接收不利的信号并准确地解调该收到信号。例如，该不利信号可包括弱信号、噪声信号、以及由于强干扰而降级的信号。
尽管高性能接收机在较差的RF环境状况下能有效执行，但接收机消耗了大量功率。移动WCD中的节省功率是一极为重要的考虑因素，因为WCD通常是由有限电池资源供电的。另外，高性能接收机很少遇到如通信标准所定义的那样不利的RF状况。这对接收机的设计进行折衷，即必须同时处理罕见的最差情形的状况并且同时在功率节省上是经济的。
概要
一般而言，本公开针对用于将高性能接收机和低功率接收机组合在无线通信设备(WCD)内以降低功耗的技术。一旦接收到来自基站的信号，WCD内的控制器就检测基站与该WCD之间的射频(RF)环境的一个或多个信道状况。控制器在RF环境不利时选择高性能接收机处理收到信号，而在RF环境有利时选择低功率接收机处理收到信号。这样，WCD实现了根据RF信道状况适应性地调整其接收机结构的自适应接收机。
作为示例，在WCD内的控制器检测RF环境的状况时，可首先用WCD的高性能接收机来处理收到信号。当高性能接收机处理收到信号时，控制器可配置低功率接收机。当RF环境如一个或多个信道状况指标所确定的有利时，控制器执行从高性能接收机向低功率接收机的换手。控制器随后继续检测RF环境的状况并可在RF环境的状况变得不利的情况下执行向高性能接收机的换手。
WCD极少遇到如高性能接收机所设计成要处理的那样不利的RF环境状况。例如，WCD内的控制器可能以仅约为10％的概率选择高性能接收机处理收到信号。因此，本公开所述的技术可通过通常用低功率接收机处理收到信号来显著降低WCD内的功耗。
在一个实施例中，一种方法包括：接收无线信号，评估与该无线信号相关联的至少一个信道状况，并基于该评估选择高性能接收机和低功率接收机这两者中的一者来处理收到信号。
在另一实施例中，一种无线通信设备(WCD)包括：接收无线信号的天线，耦合至天线的高性能接收机，耦合至天线的低功率接收机；以及控制器。该控制器评估与该无线信号相关联的至少一个信道状况，并基于该评估选择高性能接收机和低功率接收机这两者中的一者来处理收到信号。
在又一实施例中，一种WCD包括：接收无线信号的天线，耦合至天线的高性能零中频(ZIF)接收机，耦合至天线的低功率低中频(LIF)接收机，耙式解调器，以及控制器。耙式解调器具有耦合至高性能ZIF接收机的输出的第一多个耙指和耦合至低功率LIF接收机的输出的第二多个耙指。控制器评估与无线信号相关联的至少一个信道状况，当信道状况有利时选择低功率LIF接收机处理收到信号，以及当信道状况不利时选择高性能ZIF接收机处理收到信号。
一个或多个实施例的详情在附图及以下说明中阐述。其它特征、目的、以及优点将可从此说明和附图、以及所附权利要求书中显见。
附图简述
图1是示出了一种示例性无线通信系统的框图。
图2是示出了包含有自适应接收机的WCD的框图。
图3A和3B是更具体地示出了来自图2的WCD的示例性实施例的框图。
图4是示出了图2的WCD的示例性操作的流程图。
具体描述
图1是示出了一种示例性无线通信系统2的框图。如图1所示，系统2包括经由天线向/从无线通信设备(WCD)6传送/接收无线通信信号的基站4。该无线信号可沿一条或多条路径12A、12B、12C通过射频(RF)环境。这些信号经历基站4与WCD 6之间RF环境内存在的各种变化的信道状况。例如，信道状况可包括导致弱信号强度或噪声的信号衰落或干扰。如将描述的，WCD6包括设计成处理不利RF环境状况——即由弱信号强度或过度噪声所表征的状况——的高性能接收机。另外，WCD 6包括设计成以降低的功耗处理有利RF环境状况的低功率接收机。
系统2可被设计成支持诸如码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、或正交频分复用(OFDM)等一种或多种无线通信技术。以上无线通信技术可根据各种无线电接入技术中的任一技术来递送。例如，CDMA可根据cdma2000或宽带CDMA(WCDMA)标准来递送。TDMA可根据全球移动通信系统(GSM)标准来递送。通用移动电信系统(UMTS)标准准许GSM或WCMA操作。另外，可使用诸如cdma20001x EV-DO等高数据率(HDR)技术。出于说明的目的可在本公开中描述对CDMA和WCDMA环境的应用。然而，本公开中描述的技术不应被理解为限于该应用，而是可用于各种无线通信环境。
WCD 6可采取移动无线电话、卫星无线电话、纳入便携式计算机内的无线通信卡、配备有无线通信能力的个人数字助理(PDA)等的形式。基站6可包括提供基站与公共交换电话网(PSTN)、数据网络等之间的接口的基站控制器(BSC)。WCD 6可经由第一路径12A接收来自基站4的信号，以及由于信号反射引起的经由路径12b、12C来自遮挡物10的信号。遮挡物10可以是诸如建筑物、桥、汽车等靠近WCD 6的任何结构、或者甚至是人。传送的信号示出了多径环境，其中多个收到信号携带相同信息，但可能具有不同的振幅、相位和时延。
WCD 6内的高性能接收机是根据限定最差情形下状况的性能要求的通信标准来设计的。这样，WCD 6就能够在不利的信道状况期间从基站4接收信号并准确地解调该收到信号。例如，该不利信号可包括弱信号、噪声信号、以及受到强干扰的存在的影响的信号。尽管高性能接收机可在较差的RF环境状况下有效执行，但高性能接收机消耗了大量功率。WCD 6中的节省功率是一极为重要的考虑因素，因为WCD 6通常是由有限电池资源供电的。另外，高性能接收机很少遇到如通信标准所定义的那样不利的RF状况。
为了显著降低WCD 6内的功耗，这里所述的技术通过开关将高性能接收机与低功率接收机耦合在一起以使得能够用任一接收机来处理接收到的通信信号。一旦接收到信号，WCD 6内的控制器就例如使用一个或多个信道状况指标来检测RF环境中的信道状况。信道状况指标可包括收到信号强度指示(RSSI)、带内噪声估计、以及干扰检测。然后控制器在RF环境不利时选择高性能接收机处理收到信号，而在RF环境有利时选择低功率接收机处理收到信号。由于不利RF状况极少遇到，通过常以低功率接收机处理收到信号可显著降低WCD内的功耗。
图2是示出了根据本公开的实施例包含有自适应接收机20的WCD 6的框图。在图2的示例中，WCD 6包括能够评估信道状况并基于信道状况来配置自适应接收机20处理天线25接收到的通信信号的控制器22。如图2所示，WCD 6还包括电源23和耦合至天线25的发射机24。电源23通常将由电池来供电，尽管这里所述的技术可适用于不是电池供电的WCD。
在一些实施例中，控制器22可形成移动站调制解调器(MSM)的部分。诸如控制器22等WCD 6的各种组件可以硬件、软件、固件、或其组合来实现。例如，各种组件可作为在一个或多个微处理器或数字信号处理器(DSP)上执行的软件进程来操作，或者可由一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、或其它等效集成或分立逻辑电路来体现。如果以软件实现，则本公开中描述的各种技术的特定方面可体现为存储在例如诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM)等随机存取存储器、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存等计算机可读介质上的指令。
发射机24和自适应接收机20经由双工器(DUX)19耦合至天线25。WCD6的自适应接收机20包括经由开关27耦合在一起的高性能接收机28和低功率接收机30。在所示实施例中，开关27在处于第一开关状态——例如关闭时提供从低噪声放大器(LNA)26到高性能接收机28的直接路径。当开关27处于第二开关状态——例如断开时，LNA 26经由阻性功率分配器31耦合至高性能接收机28和低功率接收机30这两者。因此，天线25可经由公共LAN 26选择性地耦合至高性能接收机28和低功率接收机30。
WCD 6还可包括绕过LNA 26的旁路路径。该旁路路径包括旁路开关33。当旁路开关33闭合时，天线25直接耦合至开关27或阻性功率分配器31，从而将LNA 26从接收路径中去除。当旁路开关33断开时，来自天线25的信号在施加至开关27或阻性功率分配器31之前通过LNA 26。在其它实施例中，WCD 6可包括具有单独天线的一个或多个附加的接收机以允许分集接收。例如，WCD 6可包括基本类似于低功率接收机30的一附加低功率接收机。该附加低功率接收机可以耦合至一附加天线以允许分集接收。
在图2的示例中，高性能接收机28可包括零中频(ZIF)接收机。ZIF接收机直接将传入的射频信号的频率转换至基带频率进行解调而无需中频转换。在一些情形下，高性能接收机28可不包括ZIF接收机。然而，在任一情形下，高性能接收机28优选地呈现高灵敏度——即检测弱信号的能力、和高度线性——即在存在较大有害信号的情况下检测弱信号的能力。这样，高性能接收机28可被设计成在包括较差信道状况的较广范围的信道状况下提供良好性能。然而，高性能是以高比例的功耗为代价的。
低功率接收机30可包括适于低功率操作的低中频(LIF)接收机。例如，低功率接收机30可包括类似于蓝牙接收机中常用的LIF接收机。LIF接收机将传入的射频信号的频率转换成低中频并随后将该低中频转换成基带频率以供解调。低中频使得能够以相对简单的RF实现和低电流模拟及数字电路来设计低功率接收机30。低功率接收机30可遭受较差的镜像抑制，这可通过自适应地对镜像频率进行重定位或用模拟或数字补偿来改善。
天线25通过RF环境从诸如图1的基站4等基站接收通信信号。LNA 26然后放大该收到信号。控制器22基于该收到信号的一个或多个特性检测RF环境的状况。然后控制器22基于检测到的RF环境状况选择自适应接收机20的高性能接收机28和低功率接收机30之一来处理该收到信号。
例如，控制器22可检测该收到信号的强度、包括在该收到信号中的噪声的电平、和/或与该收到信号毗邻的一个或多个干扰信号的强度来确定该RF环境是有利还是不利。在一些实施例中，控制器22可在收到信号具有小于-90dBm的强度(例如，RSSI)的收到信号时检测出不利的RF环境，并且控制器22可在收到信号具有至少-90dBm的强度时检测出有利的RF环境。dBm标示测得的以相对于1毫瓦(mW)的分贝计的绝对功率电平。
当控制器22基于检测到的状况检测出不利RF环境时，控制器22闭合开关27以将高性能接收机28耦合至LNA 26。在该情形下，高性能接收机28处理该收到信号。当控制器22基于检测到的信道状况检测出有利RF环境时，控制器22断开开关27。在该情形下，LNA 26经由阻性功率分配器31耦合至高性能接收机28和低功率接收机30两者。
在有利信道状况下，如果高性能接收机28能经得住例如收到信号强度、带内噪声估计、和/或干扰强度所决定的额外损失，则开关27被断开以使得收到信号的一部分经由功率分配器31被转移至低功率接收机30。例如，阻性功率分配器31可被配置成将收到信号功率的一部分指引至高性能接收机28而将另一部分指引至低功率接收机30。在一些情形下，阻性功率分配器31可消耗掉收到信号功率的相当一部分——例如一半，使得剩余的信号功率将最终在高性能接收机28与低功率接收机30之间分摊。
一旦信号的部分被转移至低功率接收机30，控制器22就可评估低功率接收机是否将能够可靠地处理信号的接收。例如，控制器22可监视低功率接收机30生成的信号的一个或多个特性。在评估期间，高性能接收机28继续处理信号接收。特别地，在一些实施例中，由于高性能接收机28继续处理信号接收，所以低功率接收机30的操作和性能可以被优化。低功率接收机30的评估和优化可继续一延长的时段直至确定状况是不利的或者低功率接收机30的性能不足以承担信号的处理。
例如，控制器22可用数字或模拟补偿来改善低功率接收机30中的镜像抑制。另外，LIF低功率接收机30的中频可以例如通过交换高端和低端抑制来改变。作为进一步的优化步骤，可增大关键元件提供的电压或电流以改变低功率接收机30的线性和噪声。在一些实施例中，低功率接收机30可包括位于功率分配器31与低功率接收机的输入之间的可变衰减器级。可调节该可变衰减器以改善低功率接收机30的操作和性能。
由此，如上所述，当WCD 6的控制器22检测RF环境的信道状况时，高性能接收机28可首先处理收到信号。当高性能接收机28处理收到信号时，控制器22随后可配置低功率接收机30。一旦控制器22确定RF环境有利并且低功率接收机30能够可靠地解调收到信号，则控制器22执行从高性能接收机28向低功率接收机30的换手。
控制器22可继续配置低功率接收机30直至低功率接收机30能够处理收到信号。然而，为了执行向低功率接收机30的换手，控制器22向低功率接收机30发送收到信号并关闭高性能接收机28。低功率接收机30然后处理该收到信号。低功率接收机30取代高性能接收机28的操作可显著降低WCD 6内电源23的消耗。
在低功率接收机30正在处理收到信号时，控制器22继续检测RF环境的状况。如果控制器22确定RF环境在先前检测到的有利状况基础上有所改善，则可通过闭合旁路开关33将LNA 26旁路。LNA 26随后可被关闭以进一步降低WCD 6内电源23的消耗。例如，当收到信号具有至少-80dBm的强度(例如，RSSI)时控制器22可将LNA 26旁路。
如果控制器22确定RF环境已变得不利——例如收到信号具有小于-90dBm的强度，则控制器22重新启动高性能接收机30并执行从低功率接收机30向高性能接收机28的换手。高性能接收机28然后处理该收到信号。因此，高性能接收机28根据检测出的RF环境的状况仅在必要时使用。在WCD 6正在操作时，选择性地应用高性能接收机28或是低功率接收机30的过程可在持续或反复的基础上继续。
在一些实施例中，WCD 6可被配置成例如响应于用户输入或网络控制选择不同的操作模式。例如，WCD 6可工作在其中高性能接收机28总被使用的全时高性能模式。在第二自适应模式下，WCD 6可如在本公开中所述的基于信道状况在高性能接收机28与低功率接收机30之间自适应地转换。在第三模式下，WCD 6可被配置成工作在全时低功率模式下，其中仅使用低功率接收机30以便例如在低电池状态下积极地节省功率资源。自适应模式可以在大多数状况下使用以使得WCD 6可根据RF环境中改变的状况在选择性基础上在使用高性能接收机28与使用低功率接收机30之间转换。
一旦根据控制器22检测出的RF环境的状况由高性能接收机28或低功率接收机30处理收到信号，相应的接收机将经处理的信号发送给解调器32以恢复在该收到信号内编码的数据。在一些实施例中，解调器32可包括耙式接收机。耙式接收机使用若干个被称为耙式接收机耙指的基带相关器来单独处理若干信号多径分量。相关器输出被组合以实现改善的通信可靠性和性能。例如，耙式接收机可应用等增益组合或最大率组合以产生基于该收到信号的输出数据。
可基于典型RF环境中的信道状况作出一些宽泛的观察。首先，收到信号通常具有大于约-88dBm的强度，从而使得LNA 26在高增益状态下可能并不被频繁使用(例如，10％的概率或更小)。其次，强而有效的干扰在收到信号中罕有存在，从而使得高性能接收机28常工作在“低非线性”模式下。第三，由于接受镜像频率的收到信号的合需信道附近较佳的频率，收到信号内的带内噪声的电平通常较低。基于这些观测，可假定WCD 6的自适应接收机20通常将工作在三种接收机模式中的一种模式下：高性能接收机模式(模式1)，有LNA的低功率接收机模式(模式2)，以及无LNA的低功率接收机模式(模式3)。
现在将描述自适应接收机20的操作的例示。出于说明的目的，提供了特定的电平或值，但不应将它们理解为对本公开中宽泛体现和描述的自适应接收机20的限制。根据该例示，一旦经由天线25接收到信号，当收到信号具有至少-90dBm的强度时，控制器22断开开关27并选择低功率接收机30来处理收到信号。如上所述，低于-90dBm的信号强度不常出现，概率小于约10％。因此，WCD 6仅以近似10％的概率工作在其中高性能接收机20处理收到信号的接收机模式1下。
当收到信号具有至少-80dBm的强度时控制器22可将LNA 26旁路。信号强度介于-90dBm与-80dBm之间的概率约为30％，尽管该概率可能很大程度上取决于具体情形。因此，WCD 6仅以近似30％的概率工作在其中低功率接收机30处理收到信号且LNA 26启用的接收机模式2下。WCD 6随后以约为60％的概率在信号强度优于-80dBm时工作在其中低功率接收机30处理收到信号且公共LNA 26被旁路的接收机模式3下。
下表1包括了自适应接收机20的一示例模拟的预期值。在该示例中，高性能接收机28一般对应于可从高通股份有限公司(Qualcomm Incorporated)购得的Qualcomm RFR6500芯片中提供的接收机，外加LNA旁路，其中损耗被降至1dBm以弥补功率分配器31的损耗。该示例中的低功率接收机30可与在2004年的2004IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium的第347-350页Bergveld等人的“A low-power highly-digitized receiver for2.4-GHz-band GFSK applications(用于2.4GHz频带GFSK应用的低功率高数字化接收机)”中描述的LIF接收机相类似。可在低功率接收机30中设置额外的前置放大器。特别地，可在低功率接收机30中级联两个LNA。另外，可设置可变衰减器以衰减施加到低功率接收机30的输入信号。尽管Bergveld LIF接收机被设计用于高斯频移键控(GFSK)调制，但该接收机是线性的，所以也可适用于调幅信号。
表1显示在模式1下，高性能接收机28预期消耗约213毫瓦(mW)。在模式2下，低功率接收机30和LNA 26预期消耗约62mW。在模式3下，低功率接收机28在LNA 26关闭情况下预期消耗约36mW。每种接收机模式的平均功耗可基于WCD 6工作在每种接收机模式下的概率来确定。然后将每种接收机模式的平均功耗相累加以确定在该示例中给定的预期值的情况下WCD 6的自适应接收机20消耗约为62mW。
假定电源23是85％效能的开关式电源，则总功耗总计约为来自3.6伏(V)电池的20毫安(mA)。单独的高性能接收机28在忽略用于LNA 26的电流的情况下可消耗约187mW。在电源23为85％效能的开关式电源的情况下，高性能接收机功耗总计约为来自3.6V电池的61毫安。因此，相比于传统单独的高性能接收机，这里所述的自适应接收机技术可提供约为3倍的电池电流缩减。
表1
Figure S2007800045640D00101
图3A和3B是更具体地示出了来自图2的WCD 6的示例性实施例的框图。图3A示出了经由开关27和功率分配器31彼此耦合在一起的高性能接收机28和低功率接收机30。天线25经由公共LNA 26或在旁路开关33闭合时经由旁路路径耦合至高性能接收机28和低功率接收机30。在图3A中，出于说明的简易性省略了双工器19。图3B示出了从高性能接收机28和低功率接收机30馈送至解调器32的经处理的信号。解调器32的输出然后馈送至控制器22。
解调器32可包括耙式接收机。解调器32指派解调元件——即“耙指”来跟踪收到信号的多条路径。解调器32包括指派至高性能接收机28的第一组耙指70A-70N(统称为“耙指70”)和指派给低功率接收机30的第二组耙指72A-72N(统称为“耙指72”)。耙指70和72接收并解调收到信号的数字基带版本。响应于接收自控制器22的时基信息，耙指70和72处理该收到信号的数字基带版本以产生数据位。解调器32还包括接收并组合来自耙指70和71的数据位以产生用于将收到信号解码为码元信息的聚集数据的码元组合器74。
在CDMA系统中，每个耙式耙指30可包括解扩器和根据控制器22提供的时间偏移量生成PN序列的序列生成器。耙指70和72中的每一个还可包括用于跟踪并解调所指派的路径的诸多组件(未示出)，其中包括滤波器、定标和相位旋转电路、数字混频器和Walsh序列生成器。通过提供时间偏移量，控制器指派耙指70和72中的每一个跟踪并解调收到信号的多条路径中的一条。
当天线25接收到信号时，公共LNA 26(图3A)在旁路开关33开启时放大收到信号并将收到信号发送给带通滤波器(BPF)41。收到信号随后可在控制器22检测RF环境的状况时首先被发送给高性能接收机28。当高性能接收机28单独对收到信号操作时，开关27被闭合，从而将功率分配器31旁路。然而，一旦有有利状况的指示，控制器12就可开启开关22以试图从高性能接收机28转换至低功率接收机30。
RF环境的质量的指标的三个示例包括信号强度、带内噪声和干扰强度。例如，控制器22可利用解调器32计算出的收到信号强度指标(RSSI)78来检测收到信号的强度。控制器22可利用也包括在解调器32中的带内噪声模块76来检测收到信号内的带内噪声的电平。耙指70和72中的每一个可通过首先估计并随后从预期信号中减去收到信号以找到残余的未经校正的信号来估计带内噪声。最后，控制器22可利用包括在高性能接收机28中的干扰检测器52通过将收到信号与毗邻信号相比较来检测一个或多个干扰信号的强度。
高性能接收机28的设计可基本类似于诸如Qualcomm RFR6500芯片中的ZIF接收机等常规高性能接收机。如先前所提及的，常规设计的一种变形可以是公共LNA 26的旁路模式，其中损耗从6dBm被降至1dBm以弥补开关27的损耗。高性能接收机28消耗约187mW，而公共LNA 26消耗约26mW。如果控制器22检测到不利RF环境，则高性能接收机28处理该收到信号。
在操作中，高性能接收机28将收到信号分为同相(I)分量和正交(Q)分量。特别地，混频器51A和51B将收到信号与来自频率合成器50的信号相组合以分别生成I分量和Q分量。两个分量随后被发送至低通滤波器(LPF)53，后者将其馈送至模数转换器(ADC)54。在收到信号由高性能接收机28处理之后，收到信号被转移至解调器32，这在图3B中有更具体的描述。高性能接收机28还包括干扰检测器52，它检测与收到信号毗邻的一个或多个干扰信号的强度。在其它实施例中，ADC 54可包括外置于高性能接收机28的单独组件。
如果控制器22检测到有利RF环境，则控制器22断开开关27以将收到信号的一部分经由功率分配器31发送给低功率接收机30。在该情形下，信号功率(小于功率分配器31所消耗的任意量)在高性能接收机28与低功率接收机30之间共享。控制器22然后配置低功率接收机30直至低功率接收机30能够处理收到信号。例如，为了配置低功率接收机30，控制器22可用数字或模拟补偿来改善低功率接收机30的镜像抑制。控制器22还可通过交换高侧和低侧本地振荡器注入来改变低功率接收机30的中频。另外，控制器22可改变低功率接收机30的关键元件的线性或噪声或者调节耦合至低功率接收机30的可变衰减器48。
低功率接收机30处理收到信号的能力的提升可从带内噪声模块76的噪声估计或通过与高性能接收机28的解调输出的直接比较来确定。自适应接收机20允许低功率接收机30更频繁地工作，由此比高性能接收机28节省WCD 6内更多的功率。当控制器22评估低功率接收机30的输出时，高性能接收机28继续收到信号的处理。最终，如果低功率接收机30能够可靠地接收信号，则控制器22关闭高性能接收机28以使得信号被换手至低功率接收机30。
低功率接收机30的设计可基本类似于如在上述Bergveld论文中描述的LIF接收机的蓝牙设计。作为示例，低功率接收机30可以占据约3.5mm2的硅面积的标准0.18μm CMOS来配置并且消耗约31.7mW。可沿从开关27到低功率接收机30的路径包括附加的前置放大器以进一步放大收到信号。附加前置放大器可通过如图3A所示级联在一起的LNA 46和LNA 47实现。
经组合的LNA 46、47的每一个消耗约1.1mW，并且一般可与Bergveld论文中描述的LNA一致。附加前置放大器降低了低功率接收机30内各分量的噪声影响。LNA 46、47的每一个可提供约12dBm的信号增益、约6dBm的噪声指数、以及约-16dBm的输入三阶交调(intercept)。级联的LNA 46和LNA 47随后一起产生约24dBm的增益、约6.2dBm的噪声指数、以及约-28dBm的交调。
在图3A的示例中，收到信号还通过开关27与低功率接收机30之间的路径上的可变衰减器(ATT)48。为了应对双工器和带通滤波器增益的相对较大的变化，可在出厂校准期间设置可变衰减器48。在一个示例中，可变衰减器48消耗约1.8mW，它将低功率接收机30的总功耗带至约35.7mW。根据该示例，可变衰减器48在感兴趣的频带中可具有约1dBm的最小衰减，并占据约0.29mm2的硅面积。
如果控制器22确定低功率接收机30能够处理收到信号，则控制器22执行从高性能接收机28向低功率接收机30的换手。在该情形下，控制器22可关闭高性能接收机28以显著降低功耗。低功率接收机30然后处理该收到信号。例如，低性能接收机30将收到信号分为同相(I)分量和正交(Q)分量。低功率接收机包括用于收到信号的第一支路的LNA 56和用于收到信号的第二支路的另一LNA 57。混频器55A、55B随后将收到信号与来自频率合成器60的信号相组合。混频器55A生成收到信号的同相(I)分量。混频器55B生成收到信号的正交(Q)分量。得到的I和Q分量信号被发送至ADC 62，如在图3A中进一步显示的。在收到信号由低功率接收机30处理之后，收到信号被转移至解调器32，这在图3B中有更具体的描述。低功率接收机30内的许多功能可存在于芯片上，包括LAN 56和57、ADC 62、带隙参考、以及晶体振荡器。
在低功率接收机30正在处理收到信号时，控制器22继续检测RF环境的状况。如果状况进一步改善，则控制器30可通过闭合旁路开关33将公共LNA26旁路，由此关闭公共LNA 26以节省额外功率。当WCD 6包括与低功率接收机30协作的具有单独天线的附加分集接收机时，可增大关闭高性能接收机28和公共LNA 26的机会。例如，可为等同或类似于低功率接收机30的另一接收机设置另一天线以支持分集接收。
当控制器22在低功率接收机30正处理收到信号时确定RF环境变得不利时，则控制器22执行从低功率接收机30回到高性能接收机28的换手。例如，控制器22可闭合开关27以将信号处理从低功率接收机30换手至高性能接收机28。控制器22可利用解调器32内的带内噪声模块76跟踪缓慢恶化的RF环境。对于变化迅速的环境，控制器22可监视低功率接收机30内ADC 62的输出处的功率。在边际状况下，低功率接收机30以低载波噪声比操作，其中噪声电平与收到信号相当。因此，噪声的增加将导致低功率接收机30内总功率相当程度的增大。
图4是示出了WCD 6中自适应接收机20的示例性操作的流程图。该操作将参照图2的WCD 6来描述。天线25通过RF环境接收来自基站的信号(80)。高性能接收机(RX)28首先处理该收到信号(82)。例如，可基于WCD 6的上电或者传入或传出语音或数据呼叫的发起首先选择高性能接收机28。为了高性能接收机28或低功率接收机30的选择，控制器22检测RF环境的状况(84)。
例如，控制器22可基于检测到的收到信号的强度、检测到的包括在收到信号中的噪声电平、以及检测到的与收到信号毗邻的一个或多个干扰信号的强度来检测RF环境的状况。控制器22可利用解调器32内的RSSI 78检测收到信号的强度和利用解调器32内的带内噪声模块76通过将收到信号与预期信号相比较来检测包括在收到信号中的噪声电平。另外，控制器22利用高性能接收机28内的干扰检测器通过将收到信号与毗邻信号相比较来检测一个或多个干扰信号的强度。
当控制器22例如基于RSSI、带内噪声、和/或强干扰存在而检测到不利RF环境时，高性能接收机继续处理收到信号(82)。当控制器22检测到有利RF环境时，则控制器22断开开关27并将收到信号的一部分经由功率分配器31发送给低功率接收机30。控制器22随后配置低功率接收机30(86)。例如，控制器22可改善低功率接收机30的镜像抑制、改变低功率接收机30的中频、改变低功率接收机30的关键元件的线性、或者调节耦合至低功率接收机30的可变衰减器48。控制器22可配置低功率接收机(RX)30直至低功率接收机30能够可靠地处理收到信号(88)。
控制器22可评估低功率接收机30的输出以确定是否可获得可接受的接收机性能。低功率接收机30的可靠性能可从低功率接收机产生的信号的带内噪声估计、或者通过与高性能接收机38的解调输出的直接比较、或者这两者来确定。
例如，控制器22可将低功率接收机30的带内噪声估计与一阈值电平相比较，并基于该比较确定性能是否可接受。另外，或者替换地，控制器22可将高性能接收机28与低功率接收机30的解调输出相比较以确定这两个输出之间的误差容限。如果低功率接收机30的输出在高性能接收机28的输出的可接受的误差容限内，则可判定低功率接收机30能够可靠操作。
如果低功率接收机30不能够可靠地处理收到信号(88)，则控制器22继续尝试配置低功率接收机，而同时高性能接收机28继续负责处理传入信号。然而，配置低功率接收机30的工作可服从超时或一些其它终止条件。一旦达到超时或终止条件，控制器22就可闭合开关27以返回到高性能接收机28的单独操作，直至例如检测到有利状况。
如果低功率接收机30能够处理收到信号，则控制器22执行从高性能接收机28向低功率接收机30的换手(90)。为了执行向低功率接收机30的软换手，控制器22经由功率分配器31向低功率接收机30发送收到信号并关闭高性能接收机28。低功率接收机30然后处理全部收到信号(92)。在低功率接收机30处理收到信号时，控制器22继续检测RF环境的状况(94)。
如果RF环境从先前检测出的有利状况进一步改善，则可通过闭合旁路开关33将公共LNA 26旁路(96)。旁路公共LNA 26可进一步降低WCD 6内的功耗。如果RF环境不改善，但继续有利(98的是分支)，则低功率接收机30继续处理收到信号(92)。如果RF环境未改善并且实际上变得不利(98的否分支)，则控制器22例如通过闭合开关27并关闭低功率接收机30执行从低功率接收机30向高性能接收机28的换手(100)。高性能接收机28然后处理该收到信号(82)。
高性能接收机28和低功率接收机30在图2和3的示例中使用同一天线25。然而在替换实施例中，低功率接收机30可被耦合至其自己的天线，该天线与耦合至高性能接收机28的天线分开。在该情形下，高性能接收机28和低功率接收机30被设放在不同的、平行的接收路径中并且不共享同一输入LNA26和依赖功率分配器31。相反，控制器22可通过选择性地启用和停用接收机来执行低功率接收机30与高性能接收机28之间的换手。控制器22和自适应接收机20的操作或者可与本公开中描述的操作类似。
已经描述了各种实施例。例如，描述了在RF环境不利时由高性能接收机处理收到信号而在RF环境有利时由低功率接收机处理收到信号的WCD的自适应接收机。这里所述的技术可显著降低WCD内的功耗。这些及其他实施例均落在所附权利要求的范围之内。

Claims (40)

1.一种用于通信的方法，包括：
接收无线信号；
评估与所述无线信号相关联的至少一个信道状况；以及
基于所述评估选择高性能接收机和低功率接收机这两者中的一者来处理所述收到信号，在从所述高性能接收机转换至所述低功率接收机时，在所述低功率接收机接收所述收到信号的一部分的同时继续用所述高性能接收机处理所述收到信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述信道状况不利时用所述高性能接收机处理所述收到信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括当所述信道状况有利时用所述低功率接收机处理所述收到信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评估信道状况包括检测所述收到信号的强度、包括在所述收到信号中的噪声电平、以及与所述收到信号毗邻的至少一个干扰信号的强度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评估信道状况包括生成所述收到信号的收到信号强度指示，将所述收到信号强度指示与一阈值收到信号强度指示电平相比较，并基于所述比较评估所述信道状况。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评估信道状况包括生成所述收到信号的带内噪声电平，将所述带内噪声电平与一阈值噪声电平相比较，并基于所述比较评估所述信道状况。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述评估信道状况包括生成所述收到信号的至少一个干扰信号的强度电平，将所述强度电平与一阈值强度电平相比较，并基于所述比较评估所述信道状况。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，无线通信设备内的所述高性能接收机包括零中频接收机，以及其中所述无线通信设备内的所述低功率接收机包括低中频接收机。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择高性能接收机和低功率接收机两者中的一者包括：
在所述信道状况不利时将所述收到信号馈送至所述高性能接收机；以及
经由功率分配器将所述收到信号的第一部分馈送至所述高性能接收机并将所述收到信号的第二部分馈送至所述低功率接收机并在所述信道状况有利时关闭所述高性能接收机。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述信道状况的评估期间首先用所述高性能接收机处理所述收到信号。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述信道状况的评估期间首先用所述高性能接收机处理所述收到信号；
在所述信道状况不利时将所述收到信号馈送至所述高性能接收机；以及
在所述信道状况有利时经由功率分配器将所述收到信号的第一部分馈送至所述高性能接收机并将所述收到信号的第二部分馈送至所述低功率接收机。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
一旦经由所述功率分配器将所述收到信号的所述第一部分馈送至所述高性能接收机并将所述收到信号的所述第二部分馈送至所述低功率接收机，就配置所述低功率接收机；以及
在所述低功率接收机的配置期间继续用所述高性能接收机处理所述收到信号。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述配置低功率接收机包括以下至少之一：改善所述低功率接收机的镜像抑制，改变所述低功率接收机的中频，改变所述低功率接收机的关键元件的线性，以及调节耦合至所述低功率接收机的可变衰减器。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，基于所述低功率接收机的配置，使用所述收到信号中馈送至所述低功率接收机的那一部分确定所述低功率接收机是否能够可靠地处理所述收到信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括一旦确定所述低功率接收机能够可靠地处理所述收到信号，就关闭所述高性能接收机以将信号处理从所述高性能接收机换手至所述低功率接收机。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括在用所述低功率接收机处理所述收到信号时评估所述信道状况。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述高性能接收机和所述低功率接收机利用一公共低噪声放大器，所述方法还包括当所述信道状况超过一阈值电平时将所述公共低噪声放大器旁路。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括在所述信道状况变得不利时执行从所述低功率接收机向所述高性能接收机的换手。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括经由耙式解调器中第一多个耙指来解调所述高性能接收机的输出，以及经由所述耙式解调器中的第二多个耙指来解调所述低功率接收机的输出。
20.一种无线通信设备，包括：
接收无线信号的天线；
耦合至所述天线的高性能接收机；
耦合至所述天线的低功率接收机；以及
控制器，它评估与所述无线信号相关联的至少一个信道状况，并基于所述评估选择所述高性能接收机和所述低功率接收机这两者中的一者来处理所述收到信号，在从所述高性能接收机转换至所述低功率接收机时，在所述低功率接收机接收所述收到信号的一部分的同时继续用所述高性能接收机处理所述收到信号。
21.如权利要求10所述的设备，其特征在于，当所述信道状况不利时所述控制器选择所述高性能接收机处理所述收到信号。
22.如权利要求20所述的设备，其特征在于，当所述信道状况有利时所述控制器选择所述低功率接收机处理所述收到信号。
23.如权利要求20所述的设备，其特征在于，为了评估所述信道状况，所述控制器检测所述收到信号的强度、包括在所述收到信号中的噪声电平、以及与所述收到信号毗邻的至少一个干扰信号的强度。
24.如权利要求20所述的设备，其特征在于，为了评估所述信道状况，所述控制器生成所述收到信号的收到信号强度指示，将所述收到信号强度指示与一阈值收到信号强度指示电平相比较，并基于所述比较评估所述信道状况。
25.如权利要求20所述的设备，其特征在于，为了评估所述信道状况，所述控制器生成所述收到信号的带内噪声电平，将所述带内噪声电平与一阈值噪声电平相比较，并基于所述比较评估所述信道状况。
26.如权利要求20所述的设备，其特征在于，为了评估所述信道状况，所述控制器生成所述收到信号的至少一个干扰信号的强度电平，将所述强度电平与一阈值强度电平相比较，并基于所述比较评估所述信道状况。
27.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述无线通信设备内的所述高性能接收机包括零中频接收机，以及其中所述无线通信设备内的所述低功率接收机包括低中频接收机。
28.如权利要求20所述的设备，其特征在于，进一步包括：
由所述控制器控制的开关，在所述信道状况不利时在第一开关状态下将所述收到信号馈送至所述高性能接收机；以及
功率分配器，在所述开关处于第二开关状态时将所述收到信号的第一部分馈送至所述高性能接收机并将所述收到信号的第二部分馈送至所述低功率接收机，
其中当所述信道状况有利时所述控制器关闭所述高性能接收机。
29.如权利要求20所述的设备，其特征在于，在所述信道状况的评估期间首先由所述高性能接收机处理所述收到信号。
30.如权利要求20所述的设备，其特征在于，在所述信道状况的评估期间首先由所述高性能接收机处理所述收到信号，所述设备还包括：
由所述控制器控制的开关，它在所述信道状况不利时在第一开关状态下将所述收到信号馈送至所述高性能接收机；以及
功率分配器，当所述信道状况有利时在所述开关处于第二开关状态时将所述收到信号的第一部分馈送至所述高性能接收机并馈送所述低功率接收机的第二部分。
31.如权利要求30所述的设备，其特征在于，当经由所述功率分配器使得所述收到信号的所述第一部分被馈送至所述高性能接收机而所述收到信号的所述第二部分被馈送至所述低功率接收机时，所述控制器配置所述低功率接收机，并且在所述低功率接收机的配置期间所述高性能接收机继续处理所述收到信号。
32.如权利要求31所述的设备，其特征在于，为了配置所述低功率接收机，所述控制器执行以下至少之一：改善所述低功率接收机的镜像抑制，改变所述低功率接收机的中频，改变所述低功率接收机的关键元件的线性，或者调节耦合至所述低功率接收机的可变衰减器。
33.如权利要求31所述的设备，其特征在于，基于所述低功率接收机的配置，所述控制器使用所述收到信号中馈送至所述低功率接收机的那一部分确定所述低功率接收机是否能够可靠地处理所述收到信号。
34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，一旦确定所述低功率接收机能够可靠地处理所述收到信号，所述控制器就关闭所述高性能接收机以将信号处理从所述高性能接收机换手至所述低功率接收机。
35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，在用所述低功率接收机处理所述收到信号时所述控制器评估所述信道状况。
36.如权利要求35所述的设备，其特征在于，所述高性能接收机和所述低功率接收机利用一公共低噪声放大器，所述设备还包括当所述信道状况超过一阈值电平时将所述公共低噪声放大器旁路的旁路开关。
37.如权利要求36所述的设备，其特征在于，还包括在所述信道状况变得不利时所述控制器执行从所述低功率接收机向所述高性能接收机的换手。
38.如权利要求20所述的设备，其特征在于，还包括耙式解调器，其具有耦合至所述高性能接收机的输出的第一多个耙指和耦合至所述低功率接收机的输出的第二多个耙指。
39.一种无线通信设备，包括：
接收无线信号的天线；
耦合至所述天线的高性能零中频接收机；
耦合至所述天线的低功率低中频接收机；
耙式解调器，具有耦合至所述高性能零中频接收机的输出的第一多个耙指和耦合至所述低功率低中频接收机的输出的第二多个耙指；以及
控制器，评估与所述无线信号相关联的至少一个信道状况，当所述信道状况有利时选择所述低功率低中频接收机处理所述收到信号，以及当所述信道状况不利时选择所述高性能零中频接收机处理所述收到信号。
40.如权利要求39所述的设备，其特征在于，所述至少一个信道状况包括收到信号强度、信号噪声、或干扰强度中的至少一者。
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