CN101547011A - 具有可调式补偿滤波器的通讯装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了具有可调式补偿滤波器的通讯装置及其方法。其中调整一补偿滤波器的调整方法，包含有：依据该补偿滤波器的至少一极点以产生至少一检测讯号；依据该检测讯号以产生一传送讯号；通过一回路开关接收该传送讯号；对该传送讯号进行滤波以产生一滤波后讯号；补偿该滤波后讯号以产生一接收讯号；比较该检测讯号以及该接收讯号以产生出至少一指示讯号；以及根据该指示讯号来决定是否校正该补偿滤波器的参数。

Description

具有可调式补偿滤波器的通讯装置及其方法

技术领域

本发明涉及通讯系统，特别是涉及一种对补偿滤波器进行校正的通讯装置以及其相关方法。

背景技术

近年来，由于通讯技术的蓬勃发展，通讯技术也随之发展出多种不同规格。因此，用以支持多模系统的解决方案以及其通讯装置为未来技术研发的重心所在。软件无线电(Software Defined Radio，SDR)技术，是提供一个可使用在符合多种不同规范的通讯的技术；也就是说，软件无线电(SDR)的架构可在不同的通讯频道与不同的信号调制方式中建立互通性。因此，使用者只需使用一只手机(一套硬设备)便能畅行无阻于多种不同的通讯规范之中(例如GSM，Bluetooth等等)。由于软件无线电技术所欲发展的具高弹性的软、硬件系统平台，其为提供多模系统解决方案的关键技术，可预见的是，设计出一个性能优良的软件无线电架构具有相当难度。

在已知SDR通讯系统中，须使用一可调整式滤波器(通常是一低通滤波器)以及一固定式补偿滤波器(compensation filter)，该可调整式滤波器3dB的截止频率是可调整的，其形式通常类似一个sinc函数滤波器(sinc like filter)，理想的sinc函数用数学式表示即：sinc(x)＝sin(x)/x。图1所示即为已知软件无线电滤波器(SDR filter)的频率响应示意图。如图1所示，其通带频率响应(pass band response)并非平坦的，且会产生增益陷落(gain drop)的现象。此补偿滤波器用以对不理想的频率响应作补偿，使得滤波器通带(pass band)间的增益曲线能达到设计者所期望的平坦状况。请参照图2，其为使用一倒sinc函数滤波器来作为一sinc函数滤波器的补偿滤波器的整体频率响应示意图。如图2所示，此时补偿滤波器可以使用一个频率响应为一理想倒sinc函数(1/sinc)的滤波器来加以实现，两者在频域相乘之后，整个SDR通讯装置即可得到所需的平坦增益响应(gain response)。

然而实际情况中，SDR滤波器的频率响应并不会是理想的的sinc函数形式，加上温度、工艺偏移等因素皆会导致SDR滤波器的频率响应产生变动。已知技术中，当SDR滤波器的频率响应改变时，补偿滤波器的频率响应为一定值而无法随的动态调整，因此失去了补偿前端SDR滤波器的意义。在实际电路设计中，用以预估SDR滤波器的频率响应改变的运算度不仅复杂且其精准数值难以确实估算。在这种情况下，使用已知技术补偿滤波器(通常是一1/sinc滤波器)无法达到好的补偿以得到具有平坦增益反应(gainresponse)/增益曲线的通带讯号，当然也就影响了接收端讯号后续讯号处理的效能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一即为藉由适度的调整补偿滤波器的系数，来补偿SDR滤波器的频率响应的变动，以解决上述问题。

本发明的目的之一即为设计出一个可以简单实现的补偿滤波器，此补偿滤波器的系数可随着SDR滤波器的状态来加以调整，以提升通讯系统的整体效能。

依据本发明的一实施例，其揭示了一种调整一补偿滤波器的调整方法，包含有：依据该补偿滤波器的至少一极点以产生至少一检测讯号；依据该检测讯号以产生一传送讯号；通过一回路开关接收该传送讯号；对该传送讯号进行滤波以产生一滤波后讯号；补偿该滤波后讯号以产生一接收讯号；比较该检测讯号以及该接收讯号以产生出至少一指示讯号；以及根据该指示讯号来决定是否校正该补偿滤波器的参数。

附图说明

图1为已知SDR滤波器的频率响应。

图2为已知补偿滤波器的频率响应。

图3为本发明通讯装置的一实施例的功能方块图。

图4为图3所示的通讯装置动态调整后的频率响应。

图5为补偿滤波器的Z平面示意图。

图6为补偿滤波器170的一实施例的方块图。

图7为图5的补偿滤波器170其频率以及相位响应的仿真数据图。

图8为检测讯号、接收讯号、与校正后讯号的波型示意图。

图9为调整第一极点对的参数m的示意图。

图10为调整第二极点对的参数n的示意图。

附图符号说明

100 通讯装置

110 回路开关

120 传送器

122 功率放大器

124 天线

126 低噪声放大器

128 天线

130 接收器

140 传送电路

142 第一数据处理电路

146 数字模拟转换器

150 升频转换器

160 低通滤波器(SDR滤波器)

170 补偿滤波器

180 接收电路

182 第二数据处理电路

186 模拟数字转换器

190 校正单元

210 加法单元

220 延迟单元

230 乘法单元

具体实施方式

因此，本发明提出一种可有效地在通讯装置的状态变动而导致于SDR滤波器增益响应改变时，可随之动态调整其系数的补偿滤波器，以维持SDR通讯装置其整体的频率响应。

请参照图3，图3为根据本发明第一实施例的通讯装置100的功能方块图。通讯装置100包含有一回路开关110、一传送器120以及一接收器130。根据本发明的一实施例，当通讯装置处于一测试模式时，回路开关110会导通而耦接传送器120与接收器130，以进行补偿滤波器参数校正的流程。另一方面，当通讯装置100处于一正常操作模式时，回路开关110不导通(不连结)。在正常模式下，传送器120所输出的讯号经由功率放大器122与天线124而传送出去，以及经由天线128与低噪声放大器126所接收的讯号便输入至接收器130。

在图3，传送器120包含有一传送电路140以及一升频转换器(up-converter)150。传送电路140用以产生一检测讯号Sdec，此检测讯号Sdec代表了通讯装置100于传送端(Tx)所发出的原始讯号。升频转换器150对检测讯号Sdec进行升频并产生出一传送讯号St。此外，传送电路140中包含有一第一数据处理器142(亦即一传送端Tx)，以及一数字模拟转换器146(DAC)。

如图3所示，接收器130内包含有一低通滤波器160(作为SDR滤波器)、一补偿滤波器170、一接收电路180以及一校正单元190。在一测试模式下，低通滤波器160接收来自传送器120的传送讯号St，并进行滤波(另含降频处理)以产生一滤波后讯号Sf，由于SDR滤波器的运作为业界所熟知，故于此不另赘述。补偿滤波器170将滤波后讯号Sf加以补偿并产生一接收讯号Srec。接收电路180包含有一模拟数字转换器186(ADC)186以及一第二数据处理电路182(亦即一接收端Rx)。接收电路180比对数字形式的检测讯号Sdec以及数字形式的接收讯号Srec以产生至少一指示讯号Si。校正单元190依据接收电路180所产生的指示讯号Si来调整补偿滤波器170的参数。也就是说，接收电路180根据两讯号(Sdec、Srec)之间的误差存在与否，以及误差程度来动态地调整补偿滤波器170内的参数；当SDR滤波器160的频率响应受外界影响而产生偏移时，通讯装置100即可借着校正单元190来调整补偿滤波器170的参数，使通讯装置100整体增益响应维持于近乎平坦的曲线。于其它实施例，亦可以对模拟形式的传送端讯号(检测讯号Sdec)以及接收端讯号(接收讯号Srec)加以比对。由于，不同的通讯系统中，其传送器120与接收器130包括有不同的电路以符合不同的通讯系统，所以，此技术领域的人士可轻易得知其传送器120与接收器130的各种电路变化，换言之，该传送器120与接收器130的内部结构，不应作为本发明的限制。

此校正流程是针对至少一特定极点对来加以进行测试以及校正，也就是说，倘若补偿滤波器具有多对极点对，则通讯装置100将个别针对每对极点对进行一次传送端以及接收端讯号比对、校正的动作，以逐步地调整补偿滤波器170的参数，使补偿滤波器170的增益响应与前端低通滤波器160呈现完全对应相反的特性曲线。此外，测试模式所执行的校正流程可于通讯装置100开机时、在通讯质量降低时、使用者或系统来启动此一校正流程。图4为图3所示的通讯装置100动态调整补偿滤波器170后的整体系统频率响应示意图。

当补偿滤波器170具有N对极点对时，传送电路140以及接收电路180所构成的测试回路中将有相对应的N组不同的检测讯号Sdec以及相对应的N组接收讯号Srec，而每组检测讯号Sdec以及接收讯号Srec分别在一预定的周期数(period number)内加以比较讯号误差并对其所对应的参数进行调整，且每组极点对的校正流程进行的周期数长短可随设计所需而随之动态变动。此外，当接收讯号Srec与检测讯号Sdec的误差值小于/等于一临界值时，则不对补偿滤波器内相对应的参数进行调整，反之，当接收讯号Srec与检测讯号Sdec的误差值大于一临界值时，补偿滤波器内相对应的参数会加以调整。

由于补偿滤波器170用以补偿SDR滤波器160，故其具有高频增益的特性。在一实施例，补偿滤波器170是一具有四极点(pole)与一零点(zero)的滤波器，此补偿滤波器170的Z平面示意图如图5所示。由于Z平面以及零点与极点的物理意义为业界人士所熟知，在此便不赘述。如图5所示，倘若在π/4以及π/2的位置分别具有一极点P1以及P3，由于极点具有共轭对称的特性，在负π/4(亦即)的位置会有与P1相对应的另一极点P2，极点P1以及P2构成了一第一极点对(pole pair)；而在Z平面

(亦即负π/2)位置上则有与极点P3的相对应的节点P4，极点P4与极点P3相互共轭对称并构成一第二极点对。而零点Z0则位于实数轴上。

在本实施例中，假设第一极点对(P1以及P2)与原点相距的距离为m，而第二极点对(P3以及P4)与原点的距离为n，零点Z0距离原点b0。此时补偿滤波器170的频域转换式可用下列的数学式(1)表示：

$\frac{Y\left(z\right)}{X\left(x\right)}=\frac{(z-b0)}{(z-{\mathrm{ne}}^{j\frac{\mathrm{\π}}{2}})(z-{\mathrm{ne}}^{-j\frac{\mathrm{\π}}{2}})(z-{\mathrm{me}}^{j\frac{\mathrm{\π}}{4}})(z-{\mathrm{me}}^{-j\frac{\mathrm{\π}}{4}})}$

$=\frac{(z-b0)}{(z^2+n^2)(z^2-\sqrt{2}\mathrm{mz}+m^2)}...\left(1\right)$

$=\frac{(z-b0)}{(z^4-\sqrt{2}{\mathrm{mz}}^3+(m^2+n^2)z^2-\sqrt{2}{\mathrm{mn}}^{2}z+m^2{n}^2)}$

$=\frac{z^{-3}-b0z^{-4}}{(1-\sqrt{2}{\mathrm{mz}}^{-1}+(m^2+n^2)z^{-2}-\sqrt{2}{\mathrm{mn}}^2{z}^{-3}+m^2{n}^2{z}^{-4})}$

在本实施例中，借着调整m值与n值即可调整补偿滤波器的频率响应(亦即增益响应)，而b0只限定为一不为1的值即可。在一实施例中，b0的值为-0.07。

当频域转换式为第(1)式时，补偿滤波器170的时域方程式可表示为：

y(n)＝w(1)y(n-1)+w(2)y(n-2)+w(3)y(n-3)+w(4)y(n-4)+x(n-3)-b0×x(n-4)

               ...(2)

其中

$W=\left[w\left(1\right)w\left(2\right)w\left(3\right)w\left(4\right)\right]=\left[\sqrt{2}m(m^2+n^2)\sqrt{2}{\mathrm{mn}}^2{m}^2{n}^2\right]...\left(3\right)$

图6为根据第1式所实现的补偿滤波器170的电路示意图。依据第1式中X与Y的对应关系，而补偿滤波器的实际电路即可随着其所对应的数学方程式来加以实现。在图6中包括了有加法单元210(以+号表示)、延迟单元220(以D表示)以及乘法单元230。其中m、n以及b0的意义如前所述，而参数K代表若设计需要时，可藉由对应x[n-3]以及x[n-4]的乘法单元230乘上K倍，来对补偿滤波器170加以做平移调整。请参照图7，图7为图6的补偿滤波器170的频率以及相位响应的仿真数据图。在图7中，补偿滤波器170此时的m值为0.51，而n值为0.73。若在对应x[n-3]以及x[n-4]的乘法单元230乘上K倍，则图7a中的频率响应曲线会随的上下平移。

请一并参照图8、图9与图10，图8所示为根据检测讯号以及接收讯号进行讯号校正的一实施例的示意图，图9所示为在Z平面调整第一极点对的参数m的示意图，以及图10所示为在Z平面调整第二极点对的参数n的示意图。

举一例说明：在依实施例中用来校正第一极点对(P1，P2)的周期数为二，而校正第二极点对(P3，P4)的周期数为三，当第一极点对(P1，P2)的接收讯号Srec与检测讯号Sdec的振幅不相符且其误差值大于一临界范围，则表示需调整此时第一极点对的参数(亦即m)。倘若通讯系统的取样频率为40MHz，则传送电路140的第一数据处理电路142传送一频率为π/4的单频讯号(其为离散讯号，且每8个取样点对应一个周期)来当作检测讯号Sdec_1时，则表示数字形式的检测讯号Sdec_1等同于频率为5MHz的连续讯号。通讯装置100内的由传送器120、回授开关110以及接收器180构成的回授电路发送了频率为5MHz的检测讯号Sdec_1并经由接收器120内的接收电路180接收接收讯号Srec_1，当接收讯号Sdec的振幅较检测讯号Sdec为小且两者间的误差值超过一临界值，表示滤波器的第一极点对的参数(m)需要加以校正，校正单元190控制补偿滤波器170来对补偿滤波器170的参数(m值)做调整，藉由调整m值的大小即可调整第一极点对与原点距离的远近。因此，适当地调整补偿滤波器170的m值，可使传送讯号Sdec与接收讯号Srec的讯号振幅相等。

在校正完第一极点对的参数m后，继续进行第二极点对(P3，P4)的参数校正。相似地，传送电路140的第一数据处理电路142传送一频率为π/2的单频讯号(其为离散讯号，且每4个取样点对应一个周期)，故假若通讯系统所使用的取样频率为40MHz，则表示数字形式的检测讯号Sdec_2等同于频率为10MHz的连续讯号。当接收讯号Sdec的振幅与检测讯号Sdec不相符时(过大或过小)，则校正单元190发出指示讯号Si至补偿滤波器170来调整参数(n值)，而调整n值的大小即可调整第二极点对与原点距离的远近。

在其它实施例中，若补偿滤波器170具有N对极点对，通讯装置100即针对每对极点对进行了N次的校正流程。在前述的揭示中，藉由比较检测讯号Sdec以及接收讯号Srec的电压大小来判断是否进行校正，然而，亦可使用任何可代表讯号强度的参数来进行比对。在系统的性能是可接受时，通讯装置100可只针对某几对极点对进行了校正流程，无须针对每对极点对进行了校正流程。

由于藉由前述对于本发明的通讯系统的详细揭示，可轻易推得相对应的方法，故在此便省略而不再赘述。

藉由对补偿滤波器170的参数进行调整，可使补偿滤波器170在外界温度或其它条件变动而导致SDR滤波器160的频率响应偏移时，相对应地更动其内的参数，而对补偿滤波器170的频率响应作相对应的调整，使得通讯装置100整体的频率响应维持设计者原本设定的范围。

由于本发明所揭示的可调系数的补偿滤波器的实现架构容易实现，所以在提升通讯质量的同时也平抑了制造成本。只要改变模拟数字转换器186的取样频率，通讯装置100即可接收诸如802.11 l/b/g，GSM，蓝牙等等不同无线通讯系统，因此SDR通讯装置在弹性多样化符合多种国际通讯规格的同时，仍可提供良好的通讯质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种通讯装置，包含：

一回路开关，其于一测试模式下导通，而于一正常模式下不导通；

一传送器，耦接于该回路开关的一第一端，包含有：

一传送电路，用以产生至少一检测讯号；以及

一转换器，用以转换该检测讯号以产生一传送讯号；

一接收器，耦接于该回路开关的一第二端，包含有：

一低通滤波器，用以进行滤波以产生一滤波后讯号；

一可调式补偿滤波器，用以补偿该滤波后讯号以产生一接收讯号；

一接收电路，用以比较该检测讯号与该接收讯号以产生出至少一指示讯号；以及

一校正单元，用以根据该指示讯号以调整该可调式补偿滤波器的参数。

2.如权利要求1所述的通讯装置，该传送电路包含：

一第一数据处理电路，用来产生该检测讯号；以及

一数字模拟转换器，耦接至该数据输出电路，用以将数字形式的该检测讯号转换成模拟形式；以及

该接收电路包含有：

一模拟数字转换器，耦接至该补偿滤波器，用以将该滤波后讯号由模拟形式转换成数字形式；以及

一第二数据处理电路，耦接至该补偿滤波器，用以比较该检测讯号与该接收讯号以产生该指示讯号。

3.如权利要求2所述的通讯装置，其中藉由改变该模拟数字转换器的取样频率，该通讯装置可接收不同的无线通讯信号。

4.如权利要求1所述的通讯装置，其中该补偿滤波器具有多个极点；该传送电路依据该多个极点来分别产生多个检测讯号；该接收电路分别比较对应该多个检测讯号的多个接收讯号与该多个检测讯号来产生多个指示讯号；以及该校正单元分别根据该多个指示讯号来以调整该可调式补偿滤波器的相对应参数。

5.如权利要求4所述的通讯装置，其中该多个检测讯号分别为对应该多个极点的频率的单频讯号。

6.如权利要求1所述的通讯装置，其中该通讯装置符合多种通讯规格。

7.如权利要求6所述的通讯装置，其中该通讯装置为一软件无线电通讯装置。

8.如权利要求1所述的通讯装置，其中该传送电路依据该补偿滤波器的至少一极点以产生该至少一检测讯号。

9.如权利要求8所述的通讯装置，其中该至少一检测讯号包括有一单频讯号。

10.如权利要求8所述的通讯装置，其中该至少一检测讯号包括有一频率为π/4的单频讯号与一频率为π/2的单频讯号。

11.一种调整一通讯装置内的一补偿滤波器的调整方法，包含：

于一测试模式下：

依据该补偿滤波器的至少一极点以产生至少一检测讯号；

依据该检测讯号以产生一传送讯号；

通过一回路开关接收该传送讯号；

对该传送讯号进行滤波以产生一滤波后讯号；

补偿该滤波后讯号以产生一接收讯号；

比较该检测讯号以及该接收讯号以产生出至少一指示讯号；以及

根据该指示讯号来决定是否校正该补偿率波器的参数；

其中，于一正常模式下，不导通该回路开关。

12.如权利要求11项所述的方法，其中该方法还包含有：

依据一取样频率，将该滤波后讯号由模拟形式转换成数字形式；

其中于该正常模式下藉由改变该取样频率，该通讯装置可接收不同的无线通讯信号。

13.如权利要求11所述的方法，其中该多个检测讯号分别为对应该该补偿率波器的多个极点的频率的单频讯号。

14.如权利要求11所述的方法，其中该通讯装置符合多种通讯规格。

15.如权利要求11所述的方法，其中该通讯装置为一软件无线电通讯装置。

16.如权利要求11所述的方法，其中该至少一检测讯号包括有一频率为π/4的单频讯号与一频率为π/2的单频讯号。

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