CN104618039A - 一种依据通信条件实时调整接收机性能的算法和接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态调整射频接收机各模块性能的算法和与其对应的接收机。此种算法依据接收机检测的表示接收质量的性能值，如误差向量幅度EVM、误码率SER或误比特率等，实时调整接收机各级模块的功耗，使接收机的接收质量恰好满足通信协议的要求，从而降低系统平均功耗，延长移动终端的续航时间。与算法对应的接收机的组成模块的线性、噪声和增益等性能应与该模块的功耗为单调关系，此外接收机还应包括自动增益控制模块保证在调整过程中接收机的输出幅度接近恒定。接收机电源输出电压如果可动态调整，应保证包括电源在内的接收机系统的效率在电压下降时得到改善。

Description

一种依据通信条件实时调整接收机性能的算法和接收机
技术领域：
本发明专利涉及一种实时调整接收机系统性能的算法和与这种算法对应的接收机。接收机性能调整的依据可以是接收机的输出的误差向量幅度EVM、误码率SER或误比特率BER等指标。按照这种算法实时调整接收机各模块的性能可以使得接收机的性能处于规定区间内，使平均功耗最小。
背景技术：
随着通信技术的不断发展，无线移动设备已经渗透到人们的日常生活的各个方面，如何提高移动设备的效率、延长续航时间是亟待解决的问题。射频接收电路是无线移动设备中非常重要的一部分，降低这部分电路的功耗非常有利于延长设备的续航时间。射频接收机的结构多种多样，但都是由一些基本器件级联而成，简单的射频接收机的系统级模型如附图1所示，整个系统由标号1所指的低噪声放大器(LNA)、标号2所指的混频器(Mixer)、标号3所指的滤波器(Channel filter)和标号4所指的自动增益控制电路(AGC)组成，输出信号将作为模数转换器(ADC)的输入。对于移动设备，射频接收电路的输入信号的强弱变化很大，同时可能还伴有或强或弱的相邻和相间信道干扰。为了满足通信协议或者信号解调的要求，接收机必须在所有规定的输入信号强度和通信条件下都可以正常工作。为了达到上述目标，设计者通常按照最苛刻的通信条件来设计系统的性能指标。然而，接收机的增益、噪声和线性等性能都与功耗有关系，性能指标的提高通常意味着消耗更多的功耗。为了方便说明，本发明专利将以附图2所示的源极电感负反馈结构低噪声放大器为例加以说明，附图2中的放大器的工作频段为2.45GHz，使用的工艺是CSMC0.18μm。对此放大器的电源电压和工作电流进行扫描，电源电压变化范围为1.6～3.2V，工作电流的变化范围为800～1600μA。扫描后可以得到如附图3所示的输出三阶交调点变化曲线，图中等高线的单位为dBm，输出三阶交调点随电压和电流的改变在5～10dBm间变化，且随功耗增加而单调上升。同时得到噪声系数变化曲线如附图4所示，图中等高线的单位为dB，噪声系数在2.4～2.7dB间变化，且随着电流的增加而单调减小。增益变化曲线如附图5所示，图中的等高线单位为dB，增益在13.6～15.7dB间变化，且随着电流的增加而单调增加。
对于射频接收机而言，有用信号的解调只需要满足一定的信噪比就可以满足通信协议规定的误码率要求。信道在多数情况下不是处于最坏条件，这时按最坏信道条件设计的接收机的性能会处于过设计状态，从而消耗额外的功耗，降低了效率和续航时间。
发明内容：
本发明专利的目的是提出一种根据信道情况实时调整接收机性能的算法和与该算法对应的接收机，使接收机的性能恰好满足当前信道的要求，从而提高接收机平均效率。这种调整算法将根据接收机当前输出的性能值按规则实时地调整接收机各模块的电压与电流，改变其各种性能指标，进而使得接收机的输出信噪比处于符合解调要求的区间内，从而降低射频接收机系统的平均功耗。接收机性能调整的依据可以是接收机的输出误差向量幅度EVM、误码率SER或误比特率BER等指标，它们都与信噪比有一一对应的换算关系，其中EVM所需要的测量时间更短，更便于实时地调整接收机性能。下文具体实施方式中用“性能值”表示EVM、SER或BER等表示性能的参数，作为性能调整依据。
与本算法对应的接收机应满足每个模块的噪声、线性等性能以及放大模块的增益与电压和电流(及功耗)呈单调关系。同时，接收机还应包含自动增益控制模块，使输出信号幅度恒定。算法中还包含了对电源电压的调整，此时要求电源的供电效率不受其输出电压的影响，这意味着用开关电源供电。如果采用传统的线性稳压源供电，则可跳过算法中电源电压调整的步骤。此外，本发明中的算法和其对应接收机不仅限于无线设备中的射频接收机，对于任何满足上述要求的接收机拓扑结构，都可以使用附图6中的调整算法，使得接收机在满足系统要求的同时消耗最少的功耗。
附图说明：
附图1射频接收机系统模型
附图2源极电感负反馈结构低噪声放大器原理图
附图3输出三阶交调点变化曲线
附图4噪声系数变化曲线
附图5增益变化曲线
附图6实时调整接收机性能算法主流程图
附图7增加功耗减小性能值算法流程图
附图8逐级细调每一级功耗算法流程图
附图9减小功耗增大性能值算法流程图
具体实施方式：
算法部分
1.算法主流程采用以下步骤(见附图6)：
a)初始化电源电压和各级电流，预置系统可以接受的性能值的上下限；
b)检测接收机的当前性能值；
c)若当前性能值大于规定上限值，则增大模块功耗来减小当前性能值；
d)若当前性能值小于规定下限值，则减小模块功耗来增加当前性能值。
2.对于主流程步骤c中“增大模块功耗来减小当前性能值”，算法采用以下步骤(见附图7)：
a)提高系统的电源电压，直至当前性能值小于上限值、当前性能值不再减小、或者电压达到最大值三种情况之一；若当前性能值小于上限值，则进入逐级细调过程c，否则进入步骤b；
b)接收机各个模块电流同时或逐级增大，直至当前性能值小于上限值、当前性能值不再减小、或者所有模块的电流达到最大值三种情况之一；若当前性能小于上限值，则进入逐级细调过程c；若所有模块的电流达到最大值，电源电压也处于最大值，并且当前性能值仍大于规定上限，则说明数据超出了处理能力，结束算法；其它情况返还步骤a；
c)当前性能值小于规定上限值后，逐级细调每一级的功耗。
3.上述的算法中的步骤c“逐级细调每一级功耗”，采用以下步骤(见附图8)：
a)从第一级开始，逐级减小每一级电流，直至当前性能值开始增加或该级电流达到最小值；
b)若某一级电流减小导致当前性能值增加并且超出上限值，则该级电流回退一步；
c)电流调整完毕后，减小电源电压，直至当前性能值增加或电压达到最小值；
d)若电源电压减小导致当前性能值增加并且超出上限值，则电源电压回退一步。
4.对于主流程步骤d中“减小模块功耗来增加当前性能值”，算法采用以下步骤(见附图9)：
a)从第一级开始，逐级减小每一级的电流，直至当前性能值增加至超过下限值，或该级电流达到最小值；若某一级电流变化前当前性能值已经在上、下限值之间，则减小该级的电流直到当前性能值开始增加，或该级电流达到最小值；
b)若某一级电流减小导致前当前性能值超过上限值，该级电流值回退一步；
c)减小电源电压，直至当前性能值增加至超过下限值，或电源电压达到最小值；若电源电压变化前当前性能值已经在上、下限值之间，则减小电源电压直到当前性能值开始增加，或电压达到最小值；
d)若电源电压减小导致当前性能值超过上限值，则电源电压回退一步。
5.在接收机工作期间，对于调整算法主流程步骤b至d定期不断循环。
与以上算法对应的接收机实现方式为：
1.选择每个模块的拓扑结构，使模块的噪声、线性等性能以及放大模块的增益与电压和电流(及功耗)呈单调关系，并且模块的工作电流可按一定步长进行调整。
2.接收机系统中包含自动增益控制模块，保证自动增益控制模块输出信号幅度的变化不影响后级的接收质量。
3.接收机可以实时检测输出代表接收质量的性能值，性能值用误差向量幅度EVM、误码率SER、或误比特率BER等参数值表示。
4.接收机部分或全部组成模块的工作电流可以按一定步长进行调整，调整可以针对可调模块中的某一个或几个进行，而其它模块保持不变。
5.接收机电源的电压可以按一定步长进行调整，并且包括电源在内的接收机系统的效率在电压下降时得到改善。

Claims (10)

1.一种依据通信条件实时调整接收机模块性能的算法，其特征在于采用以下步骤：
a)初始化电源电压和各级电流，预置系统可以接受的性能值的上下限；
b)检测接收机的当前性能值；
c)若当前性能值大于规定上限值，则增大模块功耗来减小当前性能值；
d)若当前性能值小于规定下限值，则减小模块功耗来增大当前性能值。
2.对于权利要求1所述的调整算法中的步骤c，其特征在于采用以下步骤：
a)提高系统的电源电压，直至当前性能值小于上限值、当前性能值不再减小、或者电压达到最大值三种情况之一；若当前性能值小于上限值，则进入逐级细调过程c，否则进入步骤b；
b)接收机各个模块电流同时或逐级增大，直至当前性能值小于上限值、当前性能值不再减小、或者所有模块的电流达到最大值三种情况之一；若当前性能小于上限值，则进入逐级细调过程c；若所有模块的电流达到最大值，电源电压也处于最大值，并且当前性能值仍大于规定上限，则说明数据超出了处理能力，结束算法；其它情况返还步骤a；
c)当前性能值小于规定上限值后，逐级细调每一级的功耗。
3.对于权利要求2所述的算法中的逐级细调步骤c，其特征在于采用以下步骤：
a)从第一级开始，逐级减小每一级电流，直至当前性能值开始增加或该级电流达到最小值；
b)若某一级电流减小导致当前性能值增加并且超出上限值，则该级电流回退一步；
c)电流调整完毕后，减小电源电压，直至当前性能值增加或电压达到最小值；
d)若电源电压减小导致当前性能值增加并且超出上限值，则电源电压回退一步。
4.对于权利要求1所述的调整算法中的步骤d，其特征在于采用以下步骤：
a)从第一级开始，逐级减小每一级的电流，直至当前性能值增加至超过下限值，或该级电流达到最小值；若某一级电流变化前当前性能值已经在上、下限值之间，则减小该级的电流直到当前性能值开始增加，或该级电流达到最小值；
b)若某一级电流减小导致前当前性能值超过上限值，该级电流值回退一步；
c)减小电源电压，直至当前性能值增加至超过下限值，或电源电压达到最小值；若电源电压变化前当前性能值已经在上、下限值之间，则减小电源电压直到当前性能值开始增加，或电压达到最小值；
d)若电源电压减小导致当前性能值超过上限值，则电源电压回退一步。
5.对于权利要求1所述的调整算法，其特征在于在接收机工作期间，步骤b至d定期不断循环。
6.对于权利要求1所述的算法所对应的接收机，其特征为接收机中有源模块满足线性度随功耗的增加而单调增加，噪声系数随功耗的增加而单调减小的条件；放大模块满足增益随功耗的增加而单调增加的条件。
7.对于权利要求5所述的接收机系统，其特征在于接收机系统中包含自动增益控制模块，并保证自动增益控制模块输出信号幅度的变化不影响后级的接收质量。
8.对于权利要求5所述的接收机，其特征为接收机可以实时检测输出代表接收质量的性能值，性能值用误差向量幅度EVM、误码率SER、或误比特率BER等参数值表示。
9.对于权利要求5所述的接收机系统，其特征是部分或全部组成模块的工作电流可以按一定步长进行调整，调整可以针对可调模块中的某一个或几个进行，而其它模块保持不变。
10.对于权利要求5所述的接收机系统，其特征是电源电压是可调的，并且包括电源在内的接收机系统的效率在电压下降时得到改善。
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