TW201444325A - 數位無線電 - Google Patents

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    • H04L27/3827—Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation, i.e. using one or more nominally phase synchronous carriers in which the carrier is recovered using only the demodulated baseband signals

Abstract

本發明係揭露一種數位無線電，包括：一第一部分，配置以接收一類比無線電信號以及由此產生數位中頻I及Q通道樣本，一第二部分，配置以轉換該I及Q通道樣本為一較低的基頻，該第二部分包括：一第一座標旋轉數位運算器模組，配置以執行該I通道樣本的複合旋轉；一第二座標旋轉數位運算器模組，配置以執行該Q通道樣本的複合旋轉；一相位累加器，配置以提供一輸出信號，該輸出信號表示施加於每一該I及Q通道樣本的複合旋轉，其中，該第二部分係配置為使得，該相位累加器輸出信號在被供應至該第一及第二座標旋轉數位運算器其中之一之前，係由一相位偏移信號所修改。

Description

數位無線電
本發明係關於數位無線電，尤指數位複合旋轉器。
數位複合旋轉模組(digital complex rotator module)係數位接收機架構中已知的部分。其中該架構包含一非零中頻(intermediate frequency,IF)，此模組扮演的其中一個角色係縮混(down-mix)(包含鏡像抑制)進來的IF正交(I&Q)樣本，使成為一較低的基頻。這樣一個模組的另一個角色係支持一致性解調變，係透過解旋轉該I&Q樣本以補償一估測之載波頻率偏移及載波相位偏移。在其中執行該載波頻率偏移及載波相位偏移估測之模組與該複合旋轉模組因此形成了用以回復該(數位)載波的電路。
這樣的複合旋轉模組可與一座標旋轉數位運算器(Coordinate-Rotation-Digital-Computer，CORDIC)一起實現。這是本身已知的三角函數計算上有效的疊代演算法。實現這種效果的一重要因素係典型地CORDIC所使用之運算僅有加法(addition)、位元平移(bit-shifts)及查找表(table lookups)。不過，在這樣的實現上，該I&Q樣本將無可避免地受到類比增益及其間之相位不匹配的干擾。該I及Q通道間的增益及相位不匹配必須要補償以確保足夠的鏡像抑制(image rejection)。這樣的補償可以達成但是需要複雜的乘法及搭配查找表，而明顯的不是很有彈性，例如當包含不同的中頻時。
本發明在尋求提供一選項，以及當從第一觀點來檢視時，本發明提供的一種數位無線電接收機，包括：一第一部分，配置以接收一類比無線電信號以及由此產生數位中頻I及Q通道樣本，一第二部分，配置以轉換該I及Q通道樣本為一較低的基頻，該第二部分包括：一第一座標旋轉數位運算器模組，配置以執行該I通道樣本的複合旋轉；一第二座標旋轉數位運算器模組，配置以執行該Q通道樣本的複合旋轉；一相位累加器，配置以提供一輸出信號，該輸出信號表示施加於每一該I及Q通道樣本的複合旋轉，其中，該第二部分係配置為使得，該相位累加器輸出信號在被供應至該第一及第二座標旋轉數位運算器其中之一之前，係由一相位偏移信號所修改。
因此熟知此技術領域之人員根據本發明的兩 個座標旋轉數位運算器模組(此後稱為CORDICs)的使用，每一個針對一正交通道，允許透過施加一適當相位偏移信號給該CORDICs之一來提供相位偏移補償。可以觀察到該相位偏移信號的結果是由兩個各別CORDICs直接提供的複合旋轉的淨差額。這可以提供比先前技術那些方法更直覺實現相位不匹配補償的方法。如此較佳地所述複合旋轉可由量測該類比無線電信號以及所述信號的一象徵相位之間的相位偏移來決定。本發明的實施例允許與該取樣率有關的中頻的選擇，也包含該IF為零的例子。
該數位無線電接收機可包含或連結至一手 段，該手段係用以量測該I及Q通道之間的一相位不匹配、以及使用該相位不匹配以產生該相位偏移信號。這將允許動態的相位不匹配補償。可替代地，於另一組實施例中，該相位不匹配可在一校準相位時量測-例如於一製造廠或測試設備的生產時。在這樣的例子中，該相位偏移信號是可以被固定。
在一組實施例中，該數位無線電接收機包含一 放大器，其係配置以施加一補償增益給該第一及第二座標旋轉數位運算器之一的輸入或輸出。根據這樣的實施例，可以補償該I及Q通道各別增益的一不匹配。理論上，一增益可施加給一個或兩者CORDICs的輸入及/或輸出，以使得他們之間的整體淨增益不同。然而，在一組實施例中，一增益只提供給該CORDICs的其中之一。合宜地，此為與該相位偏移信號所施加至之相同的CORDIC，但這是不必要 的。在一組實施例中，該補償增益係施加至該CORDIC的輸入。
較佳地，每一CORDIC的輸入之一維持在零。 如同稍後將顯示，此允許他們重建單一CORDIC的運算，但具有相位不匹配補償。此亦可簡化實現，因邏輯合成可發現每一該CORDIC輸入之一係保持為零的事實。
至於該相位不匹配補償，該數位無線電接收機 可包含或連接至一手段，該手段係用以量測該I及Q通道之間的一增益不匹配、以及使用該增益不匹配來決定該補償增益。這將允許動態的增益不匹配補償。可替代地，在另一組實施例中，該增益不匹配可在校準相位時量測-例如於製造廠或測試設備的生產時。在這樣的例子中，該補償增益是可以被固定。
該數位無線電接收機可以被實施，藉由至少部分地使用分離元件，但在一組實施例中係包含一整合電路。
1‧‧‧天線
2‧‧‧處理部分
3‧‧‧無線電接收機
4、6、10、12、16、18、24、26、32、34‧‧‧輸入
8‧‧‧複合旋轉方塊
14‧‧‧頻率偏移估測器
20‧‧‧基頻處理模組
22、40、42、44、46‧‧‧輸出
28‧‧‧相位偏移估測器
30‧‧‧信號
36、38‧‧‧座標旋轉數位運算器
48、50、56、58‧‧‧加法器
52‧‧‧相位累加器
54‧‧‧相位偏移信號
現在將根據本發明的一些實施例透過範例以及參考附圖的方式描述，其中：圖1係數位無線電接收機的基本架構的部分示意圖；圖2係先前技術複合旋轉排列的示意圖；圖3係根據本發明排列的示意圖；以及圖4係執行計算以決定相位及增益不匹配補償的更細節功能示意圖。
首先參照圖1，可看到一數位無線電接收機的 部分架構。在此圖的上半部可以看到該接收機的第一部分，包含一天線1及一處理部分2，其用來接收及放大進來的RF信號、縮混(down-mix)此信號成為一中頻(IF)信號、以及數位地取樣該信號以產生一同相通道I(n)及一與該I通道幾乎90度異相的正交通道Q(n)。熟知此領域之技術人員皆知曉此第一部分本身的操作。
該接收機的一第二部分顯示在圖1的下半部 分。該數位I及Q樣本I(n)及Q(n)形成輸入4、6至如下所述的一數位複合旋轉方塊8。他們也提供輸入10、12至載波頻率偏移估測器14。該頻率偏移估測器14估測真實載波頻率及理論象徵載波頻率之間的差異。它接著提供一信號16到該複合旋轉器8以指示其應該施加之頻率偏移補償角度於考量頻率偏移時。
該複合旋轉方塊8的I及Q輸出提供輸入16、 18給一基頻處理模組20，其執行位元回復及因此提供一數位信號於它的輸出22。該複合旋轉器輸出也提供各別輸入給一相位偏移估測器模組28。該相位偏移估測器14估測該載波相位及該理論象徵載波相位之間的差異。它接著提供一信號30給該複合旋轉方塊8以指示其應該施加的相位偏移補償角度。
該基頻處理模組20也分別提供輸入32、34給 該頻率偏移估測器模組14及該相位偏移估測器模組28。
該複合旋轉器方塊8執行該IF的I及Q樣本 的縮混至一基頻(假設該IF為非零)，以及也支援一致性解調，係透過解旋轉該I及Q樣本及根據該載波頻率及相位偏移估測器14、28所獲得的該估測載波頻率偏移及載波相位偏移信號16、30。一相位累加器係位在該複合旋轉器方塊8。
圖2顯示一典型先前技術實現的數位複合旋轉 器的示意圖。這包含一座標旋轉數位運算器(CORDIC)A及一相位累加器B。該相位累加器B接收一時鐘輸入ck及決定一解旋轉，以在縮混時施加至該複合I及Q的IF信號。 由該CORDIC所施加至該樣本的該解旋轉矩陣係顯示在該框內。因此該輸出分別為I cos(ω IF n)+Q sin(ω IF n)及-I sin(ω IF n)+Q cos(ω IF n)。
圖2顯示的配置在理論可有效執行所需要的複 合旋轉，但這是假設該I及Q通道之間沒有相位或增益不匹配的狀況。一般來說，在一實際的裝置上，相位及增益不匹配兩者在某些程度上是容易發生的。
圖3顯示對付這些問題的本發明一實施例的一 般性配置。在本發明此實施例中，該I及Q數位樣本並非由單一CORDIC處理以執行其縮混及複合旋轉，而是他們係由不同之各別CORDICs 36、38來處理，且每一CORDIC36、38的第二輸入都維持在零。該第一CORDIC36的輸出40、42使用各別加法器48、50加入對應的該第二 CORDIC38的輸出44、46。如將顯示在如下的圖4，此給出單一CORDIC所要求的複合旋轉行為。
然而，目前的實施例也允許補償該I及Q通道 間的相位不匹配及增益不匹配。如將可以看到一共用相位累加器52用在控制CORDICs 36、38兩者，但有一額外相位偏移信號54藉由一加法器56加入於由該相位累加器52輸出至該CORDICs 36其中之一的信號。這允許施加至I通道之該複合旋轉係相應於施加至Q通道之複合旋轉而改變一一等於該估測相位不匹配的量φ。
增益不匹配的補償可藉由一放大器58施加於 該輸入至該CORDICs 36之一而予以實現。這允許一補償增益因子g只施加至該I通道以補償該I及Q通道之增益間的不匹配。該增益不匹配補償碰巧施加至與本實施例中該相位不匹配補償相同的CORDICs 36，但這不是必須的。
圖4顯示由圖3所示之配置所執行的計算。該 CORDICs 36、38執行與如圖2之項目A相同的矩陣計算，儘管每一個的零輸入意味著只有一對角線為非零。因此該第一CORDIC 36(見圖3)的該第一輸出40為Ig cos(ω IF n+φ)。換句話說，該I通道係乘以該補償增益因子g以及乘以來自該相位累加器由相位不匹配補償的偏移φ修改而得之信號的餘弦。該第二CORDIC 38的第一輸出44為Q sin(ω IF n)。
其在該加法器48中一起加起來而得到 Ig cos(ω IF n+φ)+Q sin(ω IF n)。這相等於圖2中該單一CORDIC A的第一輸出，但是多了該增益及相位不匹配補償因子φ、g。
相似的，該第一CORDIC 36的第二輸出42為-Ig sin(ω IF n+φ)以及該第二CORDIC 38的第二輸出46為Q cos(ω IF n)。而由該加法器50加在一起得到的結果是-Ig sin(ω IF n+φ)+Q cos(ω IF n)。這再一次相等於圖2中該單一CORDIC A的第二輸出，但是多了增益及相位不匹配補償。
因此，熟知此技術領域之人員可看出利用本發明如上所述實施例平行的兩CORDICs能夠保持一致性解調變，係藉由允許同時I/Q相位及增益不匹配補償的複合旋轉。雖然這增加了冗餘度，但這小於一個完整的CORDIC所增加的，此係因為邏輯合成可使得每一該CORDIC輸入之一係保持為零。
相位不匹配補償係施加給該信號為該縮混複合旋轉的一部分。使用兩平行CORDICs以施加補償為該混和一部分係帶來了中頻選擇上的充分靈活性。
1‧‧‧天線
2‧‧‧處理部分
3‧‧‧無線電接收機
4、6、10、12、16、18、24、26、32、34‧‧‧輸入
8‧‧‧複合旋轉方塊
14‧‧‧頻率偏移估測器
20‧‧‧基頻處理模組
22‧‧‧輸出
28‧‧‧相位偏移估測器
30‧‧‧信號

Claims (6)

  1. 一種數位無線電接收機，包括：一第一部分，配置以接收一類比無線電信號以及由此產生數位中頻I及Q通道樣本，一第二部分，配置以轉換該I及Q通道樣本為一較低的基頻，該第二部分包括：一第一座標旋轉數位運算器模組，配置以執行該I通道樣本的複合旋轉；一第二座標旋轉數位運算器模組，配置以執行該Q通道樣本的複合旋轉；一相位累加器，配置以提供一輸出信號，該輸出信號表示施加於每一該I及Q通道樣本的複合旋轉，其中，該第二部分係配置為使得，該相位累加器輸出信號在被供應至該第一及第二座標旋轉數位運算器其中之一之前，係由一相位偏移信號所修改。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之數位無線電接收機，包括手段以量測該I及Q通道之間的一相位不匹配，以及使用該相位不匹配以產生該相位偏移信號。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之數位無線電接收機，其中該複合旋轉係由一介於該類比無線電信號及該信號的一象徵相位之間的量測相位偏移來決定。
  4. 如申請專利範圍第1、2或3項所述之數位無線電接收機，包括一放大器，配置以施加一補償增益至該第一及第二座標旋轉數位運算器其中之一的一輸入或輸出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之數位無線電接收機，包括手段以量測該I及Q通道之間的一增益不匹配，以及使用該增益不匹配來決定該補償增益。
  6. 如前述申請專利範圍任一項所述之數位無線電接收機，其中每一座標旋轉數位運算器具有兩個輸入，以及每一座標旋轉數位運算器的其中一輸入係保持為零。
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