CN103297072B - 无线通信接收器及其自动增益控制方法 - Google Patents

Abstract

一种无线通信接收器及其自动增益控制方法。无线通信接收器包括射频电路、模数转换器及处理电路。射频电路接收无线信号并根据无线信号及增益索引值输出模拟信号，而模数转换器将模拟信号转换为数字信号。处理电路包括寄存器及自动增益控制电路。寄存器记录模数转换器的截波次数。自动增益控制电路根据截波次数调整增益索引值。本发明通过自动增益控制将无线信号做适度的放大或缩小，以能够满足模数转换器和处理电路的处理范围。

Description

无线通信接收器及其自动增益控制方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统，且特别涉及一种无线通信接收器及其自动增益控制方法。

背景技术

请参照图1，图1所示为传统无线通信接收器的示意图。传统无线通信接收器1包括天线11、低噪声放大器(LowNoiseAmplifier,LNA)121、降频电路123、滤波器124及可变增益放大器(VariableGainAmplifier,VGA)125、模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC)13、处理电路14及接收信号强度(ReceivedSignalStrengthIndicator,RSSI)指示电路15。处理电路14包括自动增益控制(AutoGainControl,AGC)电路142，且自动增益控制电路142还包括存储单元1421。存储单元1421用以存储接收信号强度对照表。

由于模数转换器13及处理电路14皆有其处理的能量范围，如果没有对信号能量作适当控制的话，即会导致当接收到的信号强度较微弱时，没有办法有效运用模数转换器13的处理范围。反之，当收到的信号强度过强，也会导致信号被切掉，而影响到后续模数转换器13和处理电路14的解调。

所以，必须通过自动增益控制电路142将无线信号做适度的放大或缩小，以能够满足模数转换器13和处理电路14的处理范围。然而，传统作法必须搭配接收信号强度指示电路15及接收信号强度对照表方可实现。而存储接收信号强度对照表的存储单元1421及接收信号强度指示电路15将会造成芯片设计成本的增加。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种无线通信接收器及其自动增益控制方法。

根据本发明，提出一种无线通信接收器。该无线通信接收器包括射频电路、模数转换器及处理电路。射频电路接收无线信号并根据无线信号及增益索引值输出模拟信号，而模数转换器将模拟信号转换为数字信号。处理电路包括寄存器及自动增益控制电路。寄存器记录模数转换器的截波次数。自动增益控制电路根据截波次数调整增益索引值。

根据本发明，提出一种无线通信接收器的自动增益控制方法。该无线通信接收器包括射频电路及模数转换器，该自动增益控制方法包括步骤：接收无线信号；根据增益索引值，将无线信号进行转换以输出模拟信号；将模拟信号转换为数字信号，并记录模数转换器的截波次数；以及根据截波次数调整增益索引值。

本发明的有益效果在于，本发明通过自动增益控制将无线信号做适度的放大或缩小，以能够满足模数转换器和处理电路的处理范围。且不需要搭配接收信号强度指示电路及接收信号强度对照表即可实现，降低了芯片设计成本。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为传统无线通信接收器的示意图。

图2为依照本发明的一种无线通信接收器的示意图。

图3为本发明的一种无线通信接收器的自动控制方法的流程图。

图4为模数转换器截去模拟信号的示意图。

图5为图3中步骤33的第一种细部流程图。

图6为图5中步骤330b的细部流程图。

图7为一种自动增益控制的时序图。

图8A及图8B为图3中步骤33的第二种细部流程图。

图9为本发明实施例的自动控制方法中步骤342的细部流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：传统无线通信接收器

2：依照本发明实施例的无线通信接收器

11：天线

13、23：模数转换器

14、24：处理电路

15：接收信号强度指示电路

21a：预设天线

21b：选择天线

22：集成电路

31～33、330～342、330a～330b、332a～332c、342a～342f、3301～3305：步骤

121：低噪声放大器

123、223：降频电路

124、224：滤波器

125、225：可变增益放大器

142、242：自动增益控制电路

221a：第一低噪声放大器

221b：第一低噪声放大器

222：低噪声放大器开关

241：寄存器

1421：存储单元

W1：无线信号

W2：模拟信号

W3：无线信号

antenna_sw：切换信号

Mp_gain_idx：增益索引值

L+：输入上限

L-：输入下限

M1～M8、M10：自动增益控制模式

A、B、C：节点

具体实施方式

请参照图2及图3，图2为依照本发明的一种无线通信接收器的示意图，图3为本发明实施例的一种无线通信接收器的自动控制方法的流程图。无线通信接收器2包括预设天线21a、选择天线21b、射频电路22、模数转换器(ADC)23及处理电路24。射频电路22例如为射频集成电路，而处理电路24例如为数字信号处理(DSP)电路或基带(Baseband,BB)电路。

射频电路22包括第一低噪声放大器(LNA)221a、第二低噪声放大器221b、低噪声放大器开关222、降频电路223、滤波器224及可变增益放大器(VGA)225，而处理电路24包括截波次数(ClippingNumber)寄存器241及自动增益控制(AGC)电路242。

第一低噪声放大器221a及第二低噪声放大器221b分别与预设天线21a及选择天线21b电性连接，并受控于增益索引值。开关222用以切换至第一低噪声放大器221a或第二低噪声放大器221b。降频电路223电性连接至低噪声放大器开关222，而滤波器224电性连接至降频电路223。可变增益放大器225电性连接至滤波器224及模数转换器23。当然，依据电路设计需求，有不同的电路设计。例如，该选择天线21b、第二低噪声放大器221b、与开关222可省略不用。换言之，控制该开关222的控制信号与其控制机制也被省略。

无线通信接收器2的自动控制方法包括如下步骤：首先如步骤31所示，射频电路22接收无线信号W1并根据无线信号W1及增益索引值Mp_gain_idex输出模拟信号W2。接着如步骤32所示，模数转换器23将模拟信号W2转换为数字信号W3，且寄存器241记录在一预定时间间隔内的模数转换器23的截波次数(ClippingNumber)。跟着如步骤33所示，自动增益控制电路242根据数字信号W3计算信号强度AGC_Pk_dB并根据信号强度AGC_Pk_dB及截波次数调整增益索引值Mp_gain_idex。

请同时参照图2及图4，图4为模数转换器截去模拟信号的示意图。模数转换器23具有一量化工作区间，量化工作区间介于输入上限L+及输入下限L-之间。当模拟信号W2超出量化工作区间时，即会造成数字信号W3饱和在模数转换器23的最大输出值或最小输出值。所以，截波次数(ClippingNumber)可视为模拟信号W2超出量化工作区间的次数。

当截波次数为0时，表示模拟信号W2未超出量化工作区间(也就是“不饱和”)。当截波次数不为0且截波次数与预设次数的比例大于截波比例(ClippingRate)时，表示模拟信号W2经模数转换器23转换后的饱和程度很严重。前述预设次数例如为16，而截波比例例如为1/2，当然，预定时间间隔、预设次数与截波比例为可调的、或依其需求而改变。当截波次数不为0且截波次数与预设次数的比例不大于截波比例(ClippingRate)时，表示模拟信号W2仍然超出量化工作区间，只是模拟信号W2经模数转换器23转换后的饱和程度较轻微(也就是“轻微饱和”)。当截波次数与预设次数的比例大于截波比例时，表示模拟信号W2经模数转换器23转换后的饱和程度严重(也就是“严重饱和”。当然，由于截波次数与模数转换器23的饱和程度是相对应的，所以，亦可用截波次数作为模数转换器23的饱和程度的判定，而无须使用截波比例。

在本发明中，利用截波次数来作为模拟信号W2经模数转换器23转换后的饱和程度的依据，依据该截波次数便可适当的将无线信号做适度的放大或缩小。当然，模数转换器23的饱和程度可依据电路设计的需求，可区分成更多种饱和程度(上述范例区分为三种饱和程度)，例如是：不饱和、极轻微饱和、轻微饱和、中度饱和、严重饱和、极严重饱和、…等不同饱和程度。在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与调整。

以下多个实施例说明仅是让本发明所属技术领域中的技术人员更容易明了本发明的精神和范围，并非用以限定本发明。

第一实施例

请同时参照图2、图5及图6，图5为图3中步骤33的第一种细部流程图，图6为图5中步骤330b的细部流程图。前述步骤33进一步包括步骤330至339。步骤330至339分别表示进入自动增益控制模式M0、自动增益控制模式M1、自动增益控制模式M2、自动增益控制模式M3、自动增益控制模式M4、自动增益控制模式M5、自动增益控制模式M6、自动增益控制模式M7、自动增益控制模式M8及自动增益控制模式M10。

自动增益控制模式M0则是预留给自动增益控制电路242判断信号强度AGC_Pk_dB是否收敛及决定增益索引值的时间。自动增益控制模式M1、自动增益控制模式M3、自动增益控制模式M5及自动增益控制模式M7预留给第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225做增益调整的时间，而自动增益控制模式M2、自动增益控制模式M4及自动增益控制模式M6则是预留给自动增益控制电路242计算信号强度AGC_Pk_dB、判断信号强度AGC_Pk_dB是否收敛及决定增益索引值的时间。

前述步骤330进一步包括步骤330a及步骤330b。如步骤330a所示，自动增益控制电路242判断信号强度AGC_Pk_dB的绝对值是否小于自动增益控制临界值agc_th，若信号强度AGC_Pk_dB的绝对值小于自动增益控制临界值agc_th表示信号强度AGC_Pk_dB收敛。若信号强度AGC_Pk_dB的绝对值小于自动增益控制临界值agc_th则执行步骤337。接着执行步骤338，进入自动增益控制模式M8。自动增益模式M8为预留给滤波器由高截止频率切换到低截止频率的时间。接着如步骤339所示，进入自动增益控制模式M10。自动增益控制模式M10表示自动增益控制已完成。

若信号强度AGC_Pk_dB的绝对值不小于自动增益控制临界值agc_th则执行步骤330b。步骤330b为决定增益索引值Mp_gain_idex，且步骤330b进一步包括步骤3301至3305。如步骤3301所示，自动增益控制电路242判断截波次数clip_num是否为0。当截波次数clip_num等于0时，则如步骤3302所示，自动增益控制电路242根据信号强度AGC_Pk_dB调整增益索引值Mp_gain_idex。

相反地，当截波次数clip_num不等于0时，则如步骤3303所示，自动增益控制电路242进一步判断截波次数clip_num与预设次数的比例是否大于截波比例(ClippingRatio)。预设次数于第一实施例是以16为例说明，而截波比例于第一实施例是以1/2为例说明。

当截波次数clip_num不等于0且截波次数clip_num与预设次数的比例大于截波比例，则如步骤3305所示，自动增益控制电路242根据第一增益调整量gain_big_jump调整增益索引值Mp_gain_idx。

当截波次数clip_num不等于0且截波次数clip_num与预设次数的比例不大于截波比例，则如步骤3304所示，自动增益控制电路242根据第二增益调整量gain_small_jump调整增益索引值Mp_gain_idx，第一增益调整量gain_big_jump大于第二增益调整量gain_small_jump。

在前述自动增益控制模式M0决定完的增益索引值Mp_gain_idx会由自动增益控制电路242发给射频电路22的第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225做增益调整的动作。接着如步骤331所示，进入自动增益控制模式M1。进入自动增益控制模式M1后，第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225将增益调整至稳态。

跟着如步骤332所示，进入自动增益控制模式M2。步骤332进一步包括步骤332a、步骤332b及步骤332c。步骤332b及步骤332c分别与步骤330a及步骤330b相同。如步骤332a所示，自动增益控制电路242计算调整完增益之后的信号强度AGC_Pk_dB。

接着如步骤332b所示，步骤332b与前述步骤330a相似。自动增益控制电路242判断调整完增益之后的信号强度AGC_Pk_dB的绝对值是否小于自动增益控制临界值agc_th，若调整完增益之后的信号强度AGC_Pk_dB的绝对值小于自动增益控制临界值agc_th表示调整完增益之后的信号强度AGC_Pk_dB收敛。若调整完增益之后的信号强度AGC_Pk_dB的绝对值小于自动增益控制临界值agc_th则执行步骤337。接着执行步骤338，进入自动增益控制模式M8。

若信号强度AGC_Pk_dB的绝对值不小于自动增益控制临界值agc_th则执行步骤332c。步骤332c与前述步骤330b相似，自动增益控制电路242决定增益索引值Mp_gain_idex。由于步骤332c的细部流程与步骤3301至3305相同，在此不另行赘述。

在前述自动增益控制模式M2决定完的增益索引值Mp_gain_idx会由自动增益控制电路242发给射频电路22的第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225做增益调整的动作。接着如步骤333所示，进入自动增益控制模式M3。进入自动增益控制模式M3后，第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225将增益调整至稳态。

自动增益控制模式M5及自动增益控制模式M7与前述自动增益控制模式M5相同，在此不另行赘述。相似地，自动增益控制模式M4及自动增益控制模式M6与前述自动增益控制模式M2相同，在此亦不另行赘述。

自动增益控制调整的最差状况(worstcase)是需要调整四次增益。以目前射频终端(RadioFrequencyEnd,RFE)技术来说，预留给第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225调整增益的时间约300ns以内就可调至稳态。所以自动增益控制电路242计算最差状况(worstcase)的所需时间就是4次增益调整时间、3次计算信号强度的时间及切换截止频率的时间。亦即，自动增益控制电路242计算最差状况(worstcase)的所需时间＝300×4+800×3+200＝3.8us<4us。所以，剩余的时间还足够处理电路24用剩余的短前置(shortpreamble)分组做频率误差估测(carrierfrequencyoffset；CFO)及边际估测(symbolboundarydetection；SBD)。

请参照图2、图4及图7，图7为一种自动增益控制的时序图。为使前述内容更为清晰易懂，下述的起始增益及无线信号W1的信号强度分别以-78dBm及-10dBm为例说明，而-78dBm所对应的增益索引值Mp_gain_idx以0x10为例说明。当无线通信接收器2检测到分组时会先进入自动增益控制模式M0，并于自动增益控制模式M0根据第一增益调整量gain_big_jump决定增益索引值Mp_gain_idx由0x10调整为0x29。此时第一增益调整量gain_big_jump例如为50dBm。之后进入自动增益控制模式M1，第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225将增益由-78dBm调整至-28dBm。

跟着进入自动增益控制模式M2，由于-28dBm相对于-10dBm仍然过大，所以模数转换器23的饱和还是很严重。于自动增益控制模式M2根据第一增益调整量gain_big_jump决定增益索引值Mp_gain_idx由0x29调整为0x38。需说明的是，在前述自动增益控制模式M0，由于是第一次改变增益索引值Mp_gain_idx，因此第一增益调整量gain_big_jump可设为较大的50dBm。而之后改变增益索引值Mp_gain_idx时，第一增益调整量gain_big_jump可改设为较小的30dBm。接着进入自动增益控制模式M3，第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225将增益由-28dBm调整至2dBm。

跟着进入自动增益控制模式M4，由于截波次数clip_num等于0，自动增益控制电路242根据信号强度AGC_Pk_dB决定增益索引值Mp_gain_idx由0x38调整为0x32。接着进入自动增益控制模式M5，第一低噪声放大器221a、第二低噪声放大器221b及可变增益放大器225将增益由2dBm调整至-10dBm，也就是目标增益。

跟着进入自动增益控制模式M6，由于到达目标增益-10dBm所以直接进入自动增益控制模式M7。接着在自动增益控制模式M8将滤波器由高截止频率切换到低截止频率。最后进入自动增益控制模式M10完成自动增益控制。

第二实施例

请同时参照图2、图8A、图8B及图9，图8A及图8B为依照前述步骤33的第二种细部流程图，图9为步骤342的细部流程图。第二实施例与第一实施例主要不同之处在于：第二种细部流程图还包括步骤340至342。如步骤340所示，判断信号强度AGC_Pk_dB是否小于切换临界值LNAsw_pwdB_th。由于使用的天线一开始是预设为预设天线21a，所以此时信号强度AGC_Pk_dB即为使用预设天线21a时的预设信号强度AGC_Pk_dB0。当使用预设天线21a时的信号强度AGC_Pk_dB0不小于切换临界值LNAsw_pwdB_th，表示预设天线21a的收讯品质良好，接着执行步骤330。

相反地，当使用预设天线21a时的信号强度AGC_Pk_dB0小于切换临界值LNAsw_pwdB_th，表示预设天线21a的收讯品质不佳，接着执行步骤341。如步骤341所示，自动增益控制电路242设定切换信号antenna_sw为第二电平，以切换至选择天线21b。即自动增益控制电路242控制开关222切换至第二低噪声放大器332b。接着如步骤342所示，进入低噪声放大器切换模式。

前述步骤342进一步包括步骤342a至342f。如步骤342a所述，自动增益控制电路242记录使用预设天线21a时的信号强度AGC_Pk_dB0及增益索引值mp_gain_idx0。接着如步骤342b所示，等待低噪声放大器221b由关闭改为开启。跟着如步骤342c所示，自动增益控制电路242计算使用选择天线21b时的信号强度AGC_Pk_dB1。然后如步骤342d所示，自动增益控制电路242判断使用选择天线21b时的信号强度AGC_Pk_dB1是否小于使用预设天线21a时的信号强度AGC_Pk_dB0与信号强度偏移量LNAsw_pwdB_bias的总和。亦即判断预设天线21a与选择天线21b哪支收讯品质较佳。

当使用选择天线21b时的信号强度AGC_Pk_dB1小于使用预设天线21a时的信号强度AGC_Pk_dB0与信号强度偏移量LNAsw_pwdB_bias的总和，则如步骤324f所示，自动增益控制电路242设定切换信号antenna_sw为第一电平，以切换回预设天线21a。即自动增益控制电路242控制开关222切换至第一低噪声放大器221a。而增益索引值mp_gain_idx等于使用预设天线21a时的增益索引值mp_gain_idx0。相反地，当使用选择天线21b时的信号强度AGC_Pk_dB1不小于使用预设天线21a时的信号强度AGC_Pk_dB0与信号强度偏移量LNAsw_pwdB_bias的总和，则如步骤324e所示，自动增益控制电路242仍设定切换信号antenna_sw维持为第二电平，以继续使用选择天线21b。即自动增益控制电路242仍控制开关222切换至第二低噪声放大器221b。自动增益控制电路242根据信号强度AGC_Pk_dB1调整增益索引值Mp_gain_idex。

换言之，信号强度AGC_Pk_dB1必须比信号强度AGC_Pk_dB0再大上信号强度偏移量LNAsw_pwdB_bias。才会选择选择天线21b。否则，就会切换回预设天线21a。如此一来，当预设天线21a收讯不佳时，能通过切换至选择天线21b以获得较佳的收讯效果。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (13)

1.一种无线通信接收器，包括：

一射频电路，接收一无线信号，以及根据该无线信号及一增益索引值输出一模拟信号；

一模数转换器，将该模拟信号转换为一数字信号；以及

一处理电路，包括：

一寄存器，记录在一预定时间间隔内的该模数转换器的一截波次数；及

一自动增益控制电路，根据该截波次数调整该增益索引值；

其中若该截波次数等于0时，该自动增益控制电路根据一信号强度调整该增益索引值。

2.如权利要求1所述的无线通信接收器，其中该自动增益控制电路依据该截波次数以决定以一第一增益调整量或一第二增益调整量调整该增益索引值。

3.如权利要求1所述的无线通信接收器，还包括：

一预设天线；以及

一第一低噪声放大器，与该预设天线电性连接，并受控于该增益索引值。

4.如权利要求3所述的无线通信接收器，还包括：

一选择天线；

一第二低噪声放大器，与该选择天线电性连接，并受控于该增益索引值；以及

一开关，受控于该自动增益控制电路输出的一切换信号以切换至该第一低噪声放大器或该第二低噪声放大器。

5.如权利要求4所述的无线通信接收器，其中该自动增益控制电路判断使用该预设天线时的信号强度是否小于一切换临界值，当使用该预设天线时的信号强度小于该切换临界值，该自动增益控制电路控制该开关切换至该第二低噪声放大器。

6.如权利要求5所述的无线通信接收器，其中该自动增益控制电路记录使用该预设天线时的该信号强度及该预设增益索引值，并于该第二低噪声放大器由关闭改为开启后，计算使用该选择天线时的信号强度，当使用该选择天线时的信号强度小于使用该预设天线时的信号强度与一信号强度偏移量的总和，该自动增益控制电路控制该开关切换至该第一低噪声放大器。

7.如权利要求6所述的无线通信接收器，其中当使用该选择天线时的信号强度不小于使用该预设天线时的信号强度与该信号强度偏移量的总和，该自动增益控制电路控制该开关切换至该第二低噪声放大器。

8.一种无线通信接收器的自动增益控制方法，该无线通信接收器包括一射频电路及一模数转换器，该自动增益控制方法包括步骤：

接收一无线信号；

根据一增益索引值，将一无线信号进行转换以输出一模拟信号；

将该模拟信号转换为一数字信号，并记录在一预定时间间隔内的该模数转换器的一截波次数；以及

根据该截波次数调整该增益索引值；

其中该调整步骤包括：

判断该截波次数是否等于0；以及

当该截波次数等于0，根据该信号强度调整该增益索引值。

9.如权利要求8所述的自动增益控制方法，其中根据该截波次数调整该增益索引值的步骤包括：

依据该截波次数以决定以一第一增益调整量或一第二增益调整量调整该增益索引值。

10.如权利要求8所述的自动增益控制方法，其中该无线通信接收器还包括：

一预设天线；

一选择天线；

一第一低噪声放大器，与该预设天线电性连接，并受控于该增益索引值；

一第二低噪声放大器，与该选择天线电性连接，并受控于该增益索引值；以及

一开关，受控于该自动增益控制电路输出的一切换信号以切换至该第一低噪声放大器或该第二低噪声放大器。

11.如权利要求10所述的自动增益控制方法，还包括步骤：

判断使用该预设天线时的该信号强度是否小于一切换临界值；

当使用该预设天线时的信号强度小于该切换临界值，控制该开关切换至该第二低噪声放大器。

12.如权利要求11所述的自动增益控制方法，还包括步骤：

记录使用该预设天线时的信号强度及该预设增益索引值，并于该第二低低噪声放大器由关闭改为开启后，计算使用该选择天线时的信号强度；

判断使用该选择天线时的信号强度是否小于使用该预设天线时的信号强度与一信号强度偏移量的总和；以及

当使用该选择天线时的信号强度小于使用该预设天线时的信号强度与该信号强度偏移量的总和，控制该开关切换至该第一低噪声放大器。

13.如权利要求12所述的自动增益控制方法，还包括步骤：

当使用该选择天线时的该信号强度不小于使用该预设天线时的该信号强度与该信号强度偏移量的总和，控制该开关切换至该第二低噪声放大器。