TW201914273A

TW201914273A - 處理訊號干擾的裝置及方法

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Publication number: TW201914273A
Application number: TW107106561A
Authority: TW
Inventors: 王晉良; 詹閔超; 王文山; 張元碩; 王吳祺; 林盈熙
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2017-09-04
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-04-01
Also published as: TWI666897B

Abstract

一種傳送裝置，用來處理訊號干擾，包含有一第一傳送電路，用來處理第一複數個基頻訊號，以產生第一複數個射頻訊號；一第二傳送電路，用來處理第二複數個基頻訊號及複數個輸入訊號，以產生第二複數個射頻訊號；一回饋電路，耦接於該第二傳送電路，用來處理該第二複數個射頻訊號及複數個洩漏訊號，以產生複數個誤差訊號；以及一控制電路，耦接於該第一傳送電路、該第二傳送電路及該回饋電路，用來根據該第一複數個基頻訊號及該複數個誤差訊號，產生該複數個輸入訊號。

Description

處理訊號干擾的裝置及方法

本發明相關於一種用於通訊系統的裝置及方法，尤指一種處理訊號干擾的裝置及方法。

根據習知技術，當不同類型的訊號（例如不同通訊標準的訊號）同時被傳送時，訊號間可能會相互干擾，不僅影響訊號的傳輸，也違反傳輸規範。雖然已有數種習知技術被提出來降低此種訊號干擾，例如數位預矯正（digital pre-distortion）或較昂貴的濾波器。但這些方法存在有干擾消除的效能不佳或成本過於昂貴的缺點。因此，如何以有效且便宜的方法降低訊號干擾是亟待解決的問題。

因此，本發明提供了一種接收裝置及接收方法，用來處理訊號干擾，以解決上述問題。

本發明揭露一種傳送裝置，用來處理訊號干擾，包含有一第一傳送電路，用來處理第一複數個基頻訊號，以產生第一複數個射頻訊號；一第二傳送電路，用來處理第二複數個基頻訊號及複數個輸入訊號，以產生第二複數個射頻訊號，其中該第一複數個射頻訊號的一第一頻率及該第二複數個射頻訊號的一第二頻率不相同；一回饋電路，耦接於該第二傳送電路，用來處理該第二複數個射頻訊號及複數個洩漏訊號，以產生複數個誤差訊號，其中該複數個洩漏訊號相關於該第一複數個射頻訊號；以及一控制電路，耦接於該第一傳送電路、該第二傳送電路及該回饋電路，用來根據該第一複數個基頻訊號及該複數個誤差訊號，產生該複數個輸入訊號。

第1圖為本發明實施例一通訊系統10的示意圖。通訊系統10可為任何使用正交分頻多工（orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM）技術（或稱為離散多頻調變（discrete multi-tone modulation，DMT）技術）的通訊系統，簡略地由一傳送端TX及一接收端RX所組成。在第1圖中，傳送端TX及接收端RX是用來說明通訊系統10之架構。舉例來說，通訊系統10可為非對稱式數位用戶迴路（asymmetric digital subscriber line，ADSL）系統、電力通訊（power line communication，PLC）系統、同軸電纜的乙太網路（Ethernet over coax，EOC）等有線通訊系統。或者，通訊系統10可為藍芽（Bluetooth，BT）、無線區域網路（wireless local area network，WLAN）、數位視訊廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）系統、長期演進（Long Term Evolution，LTE）系統及先進長期演進（LTE-advanced，LTE-A）系統、第五代（5th generation，5G）系統等無線通訊系統。此外，傳送端TX及接收端RX可設置於行動電話、筆記型電腦、個人電腦等裝置中，不限於此。

第2圖為本發明實施例一傳送裝置20的示意圖，可用於第1圖的傳送端TX中，用來消除訊號干擾（signal interference），例如不同類型的訊號的交互干擾。傳送裝置20包含有一傳送電路200、一放大器202、一傳送電路210、一放大器212、一回饋電路220及一控制電路230。詳細來說，傳送電路200用來處理基頻訊號（例如複數（complex）訊號），以產生射頻訊號。傳送電路210用來處理基頻訊號及輸入訊號，以產生射頻訊號，其中射頻訊號的頻率及射頻訊號的頻率不相同。回饋電路220耦接於傳送電路210，用來處理射頻訊號及洩漏訊號（例如其加總訊號的放大訊號），以產生誤差訊號，其中洩漏訊號相關於射頻訊號。控制電路230耦接於傳送電路200、傳送電路210及回饋電路220，用來根據基頻訊號及個誤差訊號，產生輸入訊號。放大器202耦接於傳送電路200，以及放大器212耦接於傳送電路210及回饋電路220之間。傳送裝置20可傳送經過放大器202處理射頻訊號所得的放大訊號，以及可傳送經過放大器212處理射頻訊號及洩漏訊號的加總訊號所得的放大訊號。在本實施例中，索引的範圍可介於0～之間，其中皆為正整數。此外，假設傳送電路200及傳送電路210間存在一衰減增益g，可獲得洩漏訊號。

根據習知技術，當基頻訊號及基頻訊號同時被傳送時，洩漏訊號會對射頻訊號造成干擾，不僅影響射頻訊號的傳輸，也違反傳輸規範。根據本發明，透過回饋電路220及控制電路230的使用，可在大幅消除洩漏訊號的同時，維持射頻訊號的完整性。

第3圖為本發明實施例一控制電路30的示意圖，可用於第1圖的傳送裝置20中，用來實現控制電路230。控制電路30包含有一數位移頻電路（Digital Frequency Shifting，DFS）300及一估測電路302。詳細來說，數位移頻電路300耦接於傳送電路200，用來根據頻率及頻率，處理基頻訊號，以產生移頻訊號。估測電路302，耦接於數位移頻電路300、傳送電路210及回饋電路220，處理移頻訊號及誤差訊號，以產生輸入訊號，其中誤差訊號相關於洩漏訊號及射頻訊號。

根據第3圖，在一實施例中，當傳送電路210處理移頻訊號以獲得處理的訊號時，該處理的訊號的頻率與頻率相同。在一實施例中，根據一修正的歸一化最小均方（modified normalized least mean square，modified NLMS）濾波器演算法，估測電路302處理移頻訊號及誤差訊號。在一實施例中，根據修正的歸一化最小均方濾波器演算法，誤差訊號根據以下方程式被定義：；以及（式1）

其中，為修正的歸一化最小均方濾波器演算法的輸入向量，為修正的歸一化最小均方濾波器演算法的權重向量，以及為洩漏訊號（）。

第4圖為本發明實施例一傳送電路40的示意圖，可用於第1圖的傳送裝置20中，用來實現傳送電路200或傳送電路210。傳送電路40包含有一升取樣器（upsampler）400、一低通濾波器（low-pass filter，LPF）402、一混頻器（mixer）404、一升取樣器410、一低通濾波器412及一混頻器414。詳細來說，當傳送電路40用來實現傳送電路200時，升取樣器400及410處理基頻訊號，以產生取樣訊號。低通濾波器402及410分別耦接於升取樣器400及410，用來過濾升取樣訊號，以產生過濾訊號。混頻器404及414分別耦接於低通濾波器402及410，用來根據頻率，混頻過濾訊號的，以產生射頻訊號。

相似地，當傳送電路40用來實現傳送電路210時，升取樣器400及410處理基頻訊號，以產生取樣訊號。低通濾波器402及410分別耦接於升取樣器400及410，用來過濾升取樣訊號，以產生過濾訊號。混頻器404及414分別耦接於低通濾波器402及410，用來根據頻率，混頻過濾訊號的，以產生射頻訊號。

第5圖為本發明實施例一回饋電路50的示意圖，可用於第1圖的傳送裝置20中，用來實現回饋電路220。回饋電路50包含有一降取樣器（decimator）500、一低通濾波器502、一混頻器504、一降取樣器510、一低通濾波器512及一混頻器514。詳細來說，混頻器504及514用來根據頻率，混頻射頻訊號及洩漏訊號的加總訊號（或其放大訊號），以產生混頻訊號。低通濾波器502及512分別耦接於混頻器504及514，用來過濾混頻訊號，以產生過濾訊號。降取樣器500及510分別耦接於低通濾波器502及512，用來處理過濾訊號，以產生誤差訊號。

在一實施例中，基頻訊號為藍芽訊號，以及基頻訊號為無線區域網路訊號，但不限於此。本領域具通常知識者可將本發明應用於同時傳送多種訊號的傳送端，以解決訊號干擾的問題。

根據以上所述，以下根據傳送裝置20，以藍芽及無線區域網路為例，舉例說明本發明一實施例，其中以BT及WLAN分別表示藍芽及無線區域網路以改善陳述的明確性。

首先，分別定義傳送電路200的BT基頻訊號及傳送電路210的WLAN基頻訊號如下：；以及（式2）

其中及分別為BT基頻訊號的實部訊號與虛部訊號，以及及分別為WLAN基頻訊號的實部訊號與虛部訊號。接著，BT基頻訊號及WLAN基頻訊號分別經過對應的升取樣運作（例如升取樣器及低通濾波器）後，再以分別以對應的射頻頻率（radio frequency）進行升頻運作（即調變），成為BT射頻訊號及WLAN射頻訊號，其可分別表示如下：；以及（式3）

其中及分別為BT及WLAN的（例如不同）射頻頻率（即載波頻率），以及和則分別為BT及WLAN的混頻器的（例如不同）相位。

由於BT射頻訊號會對WLAN射頻訊號造成干擾，考慮BT及WLAN間路徑的衰減增益g後，可將BT洩漏訊號表示為：

（式4）

在本發明中，假設放大器212具有三階的非線性模型，可表示經放大器212處理所得的放大訊號如下：（式5）

其中和分別為放大器212的一階係數及三階係數。根據（式5）可知，在放大器的非線性模型的影響下，WLAN射頻訊號及BT洩漏訊號的相加會產生互調的干擾訊號和。

以下以兩個部分說明本發明一控制電路實施例。首先，說明控制電路的架構及運作方式。詳細來說，控制電路包含有數位移頻電路及估測電路。舉例來說，估測電路為執行適應性演算法的適應性濾波器，其中適應性演算法可為一歸一化最小均方濾波器演算法，但不限於此。適應性演算法的相關參數及估測電路的三個運算訊號：期望訊號(desired signal)、估測電路輸出訊號及誤差訊號會在接下來段落中被定義。接著，以修正的歸一化最小均方濾波器演算法進一步改善估測電路的效能。

考慮BT的射頻頻率及WLAN的射頻頻率不相同，本發明先以數位移頻電路處理BT基頻訊號。詳細來說，根據射頻頻率及，數位移頻電路將BT基頻訊號移到頻率，以獲得移頻訊號。因此，移頻訊號經過WLAN的升頻運作後，所造成的訊號的頻率可與BT洩漏訊號的頻率相同。定義經過適應性濾波器處理移頻訊號所得的訊號為：（式6）

接著，對訊號及WLAN基頻訊號的加總訊號執行WLAN的升取樣運作及升頻運作後，可產生WLAN射頻訊號。

根據估測電路的運作，期望訊號可為BT洩漏訊號。誤差訊號（即放大器212的輸入訊號）相關於（或可被視為）期望訊號及WLAN射頻訊號的總和。

根據以上所述，放大器212的輸入訊號經過放大器212，再經過回饋路徑後，可提供給疊代運作來計算合適的估測電路參數。經由本架構之設計，估測電路對進入放大器212前的BT洩漏訊號進行消除運作，以降低放大器212所輸出的干擾訊號。

需注意的是，若估測電路所使用的適應性演算法為習知歸一化最小均方濾波器演算法，上述設計雖可大幅消除BT洩漏訊號，但也消除WLAN基頻訊號的小部分訊號，減少了效能改善的幅度。因此，本發明以一修正的歸一化最小均方濾波器演算法來改善WLAN基頻訊號的衰減。

首先，定義適應性演算法的兩個錯誤項（估測電路誤差訊號）如下：（式7）（式8）

其中為適應性演算法的輸入向量，為適應性演算法的權重向量，以及期望訊號（即BT洩漏訊號）。

接著，定義及為差異項。根據最小平均平方誤差（Minimum Mean Square Error，MMSE）的準則，考慮以下兩方程式：（式9）（式10）

為了解決上述方程式，定義，以及根據Lagrange 乘數法來定義以下的成本函數（cost function）：（式11）

其中，為複數的Lagrange 乘數。接著，對成本函數做的偏微分，以及假設結果為0，則可得到：（式12）（式13）

將（式13）代入（式10），可以導出複數的Lagrange乘數如下：（式14）

接著，將Lagrange乘數輸入（式13），新增為適應性參數（即步進參數），以及新增一個很小的正值值來避免為0所造成的演算法異常，可得到下列方程式：（式15）

需注意的是，雖然可將期望訊號視為BT洩漏訊號，但實際上，無法直接取得的真正數值，使（式15）式中無法由（式7）和（式8）來獲得。因此，本發明提供了一個解決方案，以來近似。（式14）可據以被修改如下式：（式16）

隨著疊代（iteration）次數的增加，可提高上述近似的準確度。原因為當疊代次數增加時，參數將逐漸收斂，使將越來越接近，計算結果將越來越精確。

第6圖為本發明實施例一功率頻譜密度（power spectrum density，PSD）的比較圖。第6圖繪示有歸一化最小均方濾波器演算法及修正的歸一化最小均方濾波器演算法的輸入訊號的功率頻譜密度，其中“NLMS”表示歸一化最小均方濾波器演算法的結果，以及“Modified NLMS”表示修正的歸一化最小均方濾波器演算法的結果。輸入訊號在WLAN傳輸路徑以反向（負值）的方式被加入，用於消除BT洩漏訊號。因此，此處輸出的BT訊號越相似於BT洩漏訊號，則干擾消除的結果越佳。在第6圖中，經過歸一化最小均方濾波器演算法的結果為-62.64 dBm/Hz，修正的歸一化最小均方濾波器演算法的結果為-62.62 dBm/Hz，以及實際的BT洩漏干擾訊號則為-63.63 dBm/Hz。值得注意的是中間頻率的結果，這個區域若存在有訊號，該訊號會對WLAN訊號造成干擾。根據第6圖，歸一化最小均方濾波器演算法的結果為-88.63 dBm/Hz，以及修正的歸一化最小均方濾波器演算法的結果為-113 dBm/Hz。因此，修正的歸一化最小均方濾波器演算法確實可減少干擾量的產生，使WLAN訊號的品質受到較少的影響。

第7圖為本發明實施例一功率頻譜密度的比較圖。在第7圖中，不同消除干擾方法所造成放大器212的輸入訊號（）會被比較：未消除BT洩漏訊號、使用歸一化最小均方濾波器演算法及修正的歸一化最小均方濾波器演算法。“Without Cancellation”表示未使用任何干擾消除的結果，“NLMS”表示歸一化最小均方濾波器演算法的結果，以及“Modified NLMS”表示修正的歸一化最小均方濾波器演算法的結果。上述三種方法所得到的結果分別為：-63.63 dBm/Hz、-87.87 dBm/Hz及-90.6 dBm/Hz。比較上述差異後，可得到歸一化最小均方濾波器演算法及修正的歸一化最小均方濾波器演算法分別消除了24.24 dB和26.97 dB的干擾。

第8圖為本發明實施例一功率頻譜密度的比較圖。在第8圖中，不同消除干擾方法所造成放大器212的輸出訊號（）會被比較，該結果也是最後會被量測出的實際結果：未消除BT洩漏訊號、使用歸一化最小均方濾波器演算法及修正的歸一化最小均方濾波器演算法。“Without Cancellation”表示未使用任何干擾消除的結果，“NLMS”表示歸一化最小均方濾波器演算法的結果，“Modified NLMS”表示修正的歸一化最小均方濾波器演算法的結果，“OOB”表示頻帶外（out-of-band），以及“OOB Emission”表示頻帶外發射。上述三種方法所得到的結果分別為：-62.04 dBm/Hz、-70.11 dBm/Hz及-68.65 dBm/Hz。比較上述差異後，可得到歸一化最小均方濾波器演算法及修正的歸一化最小均方濾波器演算法分別消除了8.07dB和6.61dB的干擾。

第9圖為本發明實施例一流程90的流程圖，用來說明前述傳送裝置20的運作方式，其包含有以下步驟：

步驟900：開始。

步驟902：處理第一複數個基頻訊號，以產生第一複數個射頻訊號。

步驟904：處理第二複數個基頻訊號及複數個輸入訊號，以產生第二複數個射頻訊號，其中該第一複數個射頻訊號的一第一頻率及該第二複數個射頻訊號的一第二頻率不相同。

步驟906：處理該第二複數個射頻訊號及複數個洩漏訊號，以產生複數個誤差訊號，其中該複數個洩漏訊號相關於該第一複數個射頻訊號。

步驟908：根據該第一複數個基頻訊號及該複數個誤差訊號，產生該複數個輸入訊號。

步驟910：結束。

需注意的是，可根據設計考量或系統需求，將傳送電路200、放大器202、傳送電路210、放大器212、回饋電路220及控制電路230整合為一或多個電路。此外，傳送裝置20及其中電路可以硬體、軟體、韌體、電子系統、或上述裝置的組合來實現，不限於此。

綜上所述，本發明提供了一種裝置及其方法，透過使用回饋電路及控制電路的使用，可降低同時傳送不同類型訊號時所產生的訊號間干擾。相較於習知技術，本發明不僅具有較佳的效能，也具有較低的成本。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧通訊系統

20‧‧‧傳送裝置

200、210、40‧‧‧傳送電路

202、212‧‧‧放大器

220、50‧‧‧回饋電路

230、30‧‧‧控制電路

300‧‧‧數位移頻電路

302‧‧‧估測電路

400、410‧‧‧升取樣器

404、414、504、514‧‧‧混頻器

402、412、502、512‧‧‧低通濾波器

500、510‧‧‧降取樣器

90‧‧‧流程

900、902、904、906、908、910‧‧‧步驟

TX‧‧‧傳送端

RX‧‧‧接收端

第1圖為本發明實施例一通訊系統的示意圖。第2圖為本發明實施例一傳送裝置的示意圖。第3圖為本發明實施例一控制電路的示意圖。第4圖為本發明實施例一傳送電路的示意圖。第5圖為本發明實施例一回饋電路的示意圖。第6圖為本發明實施例一功率頻譜密度的比較圖。第7圖為本發明實施例一功率頻譜密度的比較圖。第8圖為本發明實施例一功率頻譜密度的比較圖。第9圖為本發明實施例一流程的流程圖。

Claims

一種傳送裝置，用來處理訊號干擾，包含有：一第一傳送電路，用來處理第一複數個基頻訊號，以產生第一複數個射頻訊號；一第二傳送電路，用來處理第二複數個基頻訊號及複數個輸入訊號，以產生第二複數個射頻訊號，其中該第一複數個射頻訊號的一第一頻率及該第二複數個射頻訊號的一第二頻率不相同；一回饋電路，耦接於該第二傳送電路，用來處理該第二複數個射頻訊號及複數個洩漏訊號，以產生複數個誤差訊號，其中該複數個洩漏訊號相關於該第一複數個射頻訊號；以及一控制電路，耦接於該第一傳送電路、該第二傳送電路及該回饋電路，用來根據該第一複數個基頻訊號及該複數個誤差訊號，產生該複數個輸入訊號。
如請求項1所述的接收裝置，其中該控制電路包含有：一數位移頻電路，耦接於該第一傳送電路，用來根據該第一頻率及該第二頻率，處理該第一複數個基頻訊號，以產生複數個移頻訊號；以及一估測電路，耦接於該數位移頻電路、該第二傳送電路及該回饋電路，用來處理該複數個移頻訊號及該複數個誤差訊號，以產生該複數個輸入訊號，其中該複數個誤差訊號相關於該複數個洩漏訊號及該第二複數個射頻訊號。
如請求項2所述的接收裝置，其中當該第二傳送電路處理該複數個移頻訊號以獲得複數個處理的訊號時，該複數個處理的訊號的一第三頻率與該第一頻率相同。
如請求項2所述的接收裝置，其中根據一修正的歸一化最小均方（modified normalized least mean square，modified NLMS）濾波器演算法，該估測電路處理該複數個移頻訊號及該複數個誤差訊號。
如請求項4所述的接收裝置，其中根據該修正的歸一化最小均方濾波器演算法，該複數個誤差訊號根據以下方程式被定義：；以及；其中，為該修正的歸一化最小均方濾波器演算法的一輸入向量，為該修正的歸一化最小均方濾波器演算法的一權重向量，以及為該複數個洩漏訊號。
如請求項1所述的接收裝置，其中該第一傳送電路包含有：第一複數個升取樣器，用來處理該第一複數個基頻訊號，以產生第一複數個升取樣訊號；第一複數個低通濾波器，耦接於該第一複數個升取樣器，用來過濾該第一複數個升取樣訊號，以產生第一複數個過濾訊號；以及第一複數個混頻器，耦接於該第一複數個低通濾波器，用來根據該第一頻率，混頻該第一複數個過濾訊號，以產生該第一複數個射頻訊號。
如請求項1所述的接收裝置，其中該第二傳送電路包含有：第二複數個升取樣器，用來處理該第二複數個基頻訊號，以產生第二複數個升取樣訊號；第二複數個低通濾波器，耦接於該第二複數個升取樣器，用來過濾該第二複數個升取樣訊號，以產生第二複數個過濾訊號；以及第二複數個混頻器，耦接於該第二複數個低通濾波器，用來根據該第二頻率，混頻該第二複數個過濾訊號，以產生該第二複數個射頻訊號。
如請求項1所述的接收裝置，其中透過一放大器，該回饋電路耦接於該第二傳送電路。
如請求項1所述的接收裝置，其中該回饋電路包含有：第三複數個低通濾波器，用來根據該第二頻率，用來混頻該第二複數個射頻訊號及該複數個洩漏訊號，以產生複數個混頻訊號；第三複數個低通濾波器，耦接於該第三複數個低通濾波器，用來過濾該複數個混頻訊號，以產生複數個過濾訊號；以及複數個升取樣器，耦接於該第三複數個低通濾波器，用來處理該複數個過濾訊號，以產生該複數個誤差訊號。
如請求項1所述的接收裝置，其中該第一複數個基頻訊號為藍芽（Bluetooth）訊號，以及該第二複數個基頻訊號為無線區域網路（wireless local area network，WLAN）訊號。