TWI389526B - 通信系統中處理信號的方法和系統 - Google Patents

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Description

通信系統中處理信號的方法和系統
本發明涉及通信系統，更具體地說，本發明涉及一種最小化通信系統中的功耗的方法及系統。
移動通信改變了人們的通信方式，移動電話已經從奢侈品變成了日常生活中很重要的一部分。現在可以在社交場合使用移動電話，不受地點或技術的影響。隨著語音連接滿足了通信的基本要求，移動語音連接繼續進一步滲透到日常生活中，移動通信革命的下一步就是要進行資料連接(例如移動互聯網)。移動互聯網必將成為日常資訊的公共源，並且對該公共資料的簡單多樣化移動接入將是必然的。
第三代(3G)蜂窩網路便是特別設計來滿足移動互聯網的這些未來需求的。隨著這些服務的不斷普及和廣泛使用，對網路運營商來說，各種因素例如網路容量的成本效率最優化和服務質量(Qos)與現在相比將變得更加重要。適當的網路規劃和操作、改進傳輸方法和提高接收技術，可以達到這些因素。在這點上，運營商們需要有一些能夠允許他們增強下行線路處理能力進而提供先進的Qos性能和速度的技術，能夠與數據機和/或DSL服務提供方提供的性能相競爭。在這點上，基於寬帶CDMA(WCDMA)技術的網路為現在的無線運營商提供了一種更可行的法將資料傳送給終端用戶。
WCDMA技術演進的結果就是促進了眾多無線通信技術的發展，包括通用分組無線業務(GPRS)、全球增強型資料提升率(EDGE)、通用移動電信系統(UMTS)和高速下行鏈路分組接入(HSDPA)。在這點上，利用GPRS和EDGE技術可提高目前第二代(2G)系統(如GSM)的資料處理能力。UMTS無線通信技術是GSM針對WCDMA 3G的適應性改進。HSDPA無線通信技術是基於IP的業務，面向資料通信，該技術改進WCDMA 以支援每秒10兆比特(Mbits/s)這一量級上的資料傳輸率。
移動設備(例如手機)中的電池壽命通常是消費者考慮的一個很重要的因素。對於一些消費者來說，使用較高容量電池便可解決電池壽命的問題。但是通常伴隨高容量電池的就是重量和尺寸的增加，這是其他消費者會考慮的重要因素。有一個方法可以用來最優化電池的使用，設計者就是用該方法來解決這個兩難問題的。例如，很多蜂窩協定使得間斷的RX和TX更易於實現，所以在手機未使用時，手機的接收器和發射器處於無效狀態。另外，在不需要時，處理器可關閉其他模組，甚至會關閉衆多的系統時鐘。例如，在不需要USB控制器、SIM控制器和類似器件的時候它們處於無效狀態，CPU時鐘也可關閉。
儘管這些技術已經延長了電池壽命，但是仍然需要越來越小的移動設備和越來越小的電池。因此，要求有其他的技術來進一步延長電池壽命。
將上述系統與本申請後續部分結合附圖所介紹的本發明進行比較，現有的和傳統方法的局限性和缺陷對於本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。
本發明提供了一種最小化通信系統中的功耗的系統和/或方法，結合至少一幅附圖進行了充分的展現和描述，並在權利要求中得到了更完整的闡述。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種在通信系統中處理信號的方法，所述方法包括：配置放大器的電源電壓，使得在TDM框的第一時槽中通過第一通信協定進行通信；重新配置所述放大器的所述電源電壓，使得在所述TDM框的至少第二時槽中通過第二通信協定進行通信；按與遵循所述第一和第二通信協定其中之一的基帶信號的包絡成比例調節所述放大器的所述電源電壓。
優選地，所述方法進一步包括：配置所述放大器的偏壓， 使得在TDM框的第一時槽中通過第一通信協定進行通信；重新配置所述放大器的所述偏壓，使得在所述TDM框的至少第二時槽中通過第二通信協定進行通信。
優選地，所述方法進一步包括：按與所述包絡成比例調節所述放大器的所述偏壓。
優選地，所述方法進一步包括：將所述基帶信號延遲幾個樣本。
優選地，所述方法進一步包括：通過最小化所述放大器的輸出端的互調失真量來計算所述樣本的數量。
優選地，所述方法進一步包括：通過開關調節器生成所述電源電壓。
優選地，所述方法進一步包括：通過開關調節器生成所述偏壓。
優選地，所述放大器是線性放大器。
優選地，所述第一通信協定至少符合以下協定之一：WCDMA協定、HSDPA協定、HSUDPA協定、GSM協定、GPRS協定、EDGE協定、WiMAX協定、OFDM協定、UWB協定、ZigBee協定和藍牙協定。
優選地，所述第二通信協定至少符合以下協定之一：WCDMA協定、HSDPA協定、HSUDPA協定、GSM協定、GPRS協定、EDGE協定、WiMAX協定、OFDM協定、UWB協定、ZigBee協定和藍牙協定。
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種機讀記憶體，其上存儲的電腦程式包括至少一個在通信系統中用於處理信號的代碼段，該至少一個代碼段由機器來執行用來使機器完成如下步驟：配置放大器的電源電壓，使得在TDM框的第一時槽中通過第一通信協定進行通信；重新配置所述放大器的所述電源電壓，使得在所述TDM框的至少第二時槽中通過第二通信協定進行通信；按與遵循所述第一和第二通信協定其中之一的基帶信號的包絡成比例調節所述放大器的所述電源電壓。
優選地，所述至少一個代碼段包括：用於配置所述放大器的偏壓以使得在TDM框的第一時槽中通過第一通信協定進行通信的代碼；用於重新配置所述放大器的所述偏壓以使得在所述TDM框的至少第二時槽中通過第二通信協定進行通信的代碼。
優選地，所述至少一個代碼段包括按與所述包絡成比例調節所述放大器的所述偏壓的代碼。
優選地，所述至少一個代碼段包括將所述基帶信號延遲幾個樣本的代碼。
優選地，所述至少一個代碼段包括通過最小化所述放大器的輸出端的互調失真量來計算所述樣本的數量的代碼。
優選地，所述至少一個代碼段包括通過開關調節器生成所述電源電壓的代碼。
優選地，所述至少一個代碼段包括通過開關調節器生成所述偏壓的代碼。
優選地，所述放大器是線性放大器。
優選地，所述第一通信協定至少符合以下協定之一：WCDMA協定、HSDPA協定、HSUDPA協定、GSM協定、GPRS協定、EDGE協定、WiMAX協定、OFDM協定、UWB協定、ZigBee協定和藍牙協定
優選地，所述第二通信協定至少符合以下協定之一：WCDMA協定、HSDPA協定、HSUDPA協定、GSM協定、GPRS協定、EDGE協定、WiMAX協定、OFDM協定、UWB協定、ZigBee協定和藍牙協定
根據本發明的一個方面，本發明提供了一種在通信系統中處理信號的系統，所述系統包括：用於配置放大器的電源電壓以使得在TDM框的第一時槽中通過第一通信協定進行通信的一個或多個電路；所述一個或多個電路實現重新配置所述放大器的所述電源電壓以使得在所述TDM框的至少第二時槽中通過第二通信協定進行通信；所述一個或多個電路按與遵循所述 第一和第二通信協定其中之一的基帶信號的包絡成比例調節所述放大器的所述電源電壓。
優選地，所述的一個或多個電路用於：配置所述放大器的偏壓，使得在TDM框的第一時槽中通過第一通信協定進行通信；重新配置所述放大器的所述偏壓，使得在所述TDM框的至少第二時槽中通過第二通信協定進行通信。
優選地，所述一個或多個電路按與所述包絡成比例調節所述放大器的所述偏壓。
優選地，所述一個或多個電路將所述基帶信號延遲幾個樣本。
優選地，所述一個或多個電路通過最小化所述放大器的輸出端的互調失真量來計算所述樣本的數量。
優選地，所述一個或多個電路通過開關調節器生成所述電源電壓。
優選地，所述一個或多個電路通過開關調節器生成所述偏壓。
優選地，所述放大器是線性放大器。
優選地，所述第一通信協定至少符合以下協定之一：WCDMA協定、HSDPA協定、HSUDPA協定、GSM協定、GPRS協定、EDGE協定、WiMAX協定、OFDM協定、UWB協定、ZigBee協定和藍牙協定
優選地，所述第二通信協定至少符合以下協定之一：WCDMA協定、HSDPA協定、HSUDPA協定、GSM協定、GPRS協定、EDGE協定、WiMAX協定、OFDM協定、UWB協定、ZigBee協定和藍牙協定本發明的其他優點、目的和新穎性特徵，及其詳細的圖解說明，將在接下來的描述和圖示中得到更充分的闡釋。
本發明的實施例涉及最小化通信系統中的功耗的方法及系統。本發明的示例中，所述方法包括配置放大器的電源電壓， 使得在TDM框的第一時槽中使用第一通信協定進行通信，重新配置該放大器的電源電壓後使得使用不同的通信協定進行資料通信，並按與遵循通信協定之一的基帶信號的包絡成比例調節該放大器的電源電壓。其中的第一和第二通信協定對應衆多通信協定，例如WCDMA、HSDPA、HSUDPA、GSM、GPRS、EDGE、WiMAX、OFDM、UWB、ZiBee和藍牙。在基帶信號輸入放大器之前，先將其延遲幾個樣本。樣本的數量通過測量放大器輸出端的互調失真量來計算得到。所述電源可由開關調節器生成。本方法也包括配置放大器的偏壓以使通過不同協定進行通信，以及按與所述基帶信號成比例調節所述放大器的偏壓，其中所述偏壓控制放大器的增益。所述偏壓由開關調節器生成。
圖1是本發明一個實施例中示例移動設備與多個無線系統通信的示意圖。參考圖1，顯示了RFID收發器104、蜂窩電話塔100、衛星通信系統103、電腦101和移動設備102。RFID收發器104包括適當的邏輯，電路和/或代碼，實現與移動設備的近場通信(near field communication，縮寫為NFC)。例如，RFID收發器104是作為電子收費系統的一部分來實現的，在該電子收費系統中RFID收發器位於收費廣場。在這點上，可使用支援NFC的移動設備來授權繳費。
蜂窩電話塔100包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於將資訊發送到移動設備102並接收來自移動設備102的資訊。在這點上，蜂窩電話塔100利用TDMA通信協定(例如GSM)發送和接收資訊。在這點上，資訊是在時槽中傳送到移動設備102的。例如，使用一個時槽接收來自移動設備102的資訊，使用其他的時槽將資訊發送到移動設備102，並可使用其他的時槽與其他移動設備進行通信。
衛星通信系統103包括適當的邏輯、電路和/或代碼，能使移動設備確定它的地理位置。例如，衛星通信系統103由多個同時運轉的衛星組成，這樣移動設備102才能對位置做三角測 量。在這點上，衛星通信系統103是全球定位衛星(GPS)系統。
電腦101包括適當的邏輯，電路和/或代碼，該電腦利用衆多的通信協定進行資料通信。例如，電腦101利用WLAN協定(例如802.11或藍牙協定)進行資料通信。在這點上，電腦101利用這些協定與移動設備102進行通信。例如，電腦101發現了移動設備102並使它本身連接到移動設備102。然後移動設備102啟動資料傳送到電腦101。例如，移動設備102利用一種協定將存儲在用戶識別卡(SIM)內的資訊(例如地址簿)傳送到電腦。
移動設備102包括適當的邏輯、電路和/或代碼，該移動設備利用多個通信協定接收和發送資訊。例如，移動設備102利用時分多址(TDMA)協定(例如GSM)處理語音和資料呼叫。在這點上，移動設備102利用GSM框中的兩個時槽將語資料傳輸到蜂窩電話塔100。移動設備102利用其他協定在未使用的時槽中與其他設備進行通信。例如，移動設備102利用藍牙協定與電腦101通信。移動設備102也在其他時槽中接收資訊(例如GPS衛星資訊)。移動設備102也能接收來自RFID收發器104的NFC信號。
利用未使用的時槽傳送資訊能使移動設備102中的資源得到更有效的利用。例如，將PLL配置為在第一時槽裏進行GSM RX操作，在其他沒有要求進行GSM操作的時槽裏，將PLL配置為支援其他通信協定(例如藍牙)。所以，支援兩種協定只需要一個PLL。
圖2是本發明一個實施例中示例時槽排列的結構圖。參考圖2，顯示了多框205、單框200、WCDMA RX時槽201、WCDMA TX時槽203、藍牙TX時槽202、GPS RX時槽204和NFC RX時槽206。多框205符合以上描述的WCDMA標準。在這點上，多框205包括26個框，其中每一框的長度都是4.16毫秒。多框中的有一些框可用來將資料傳輸到移動設備102(圖1所示)。
單框200是多框205中多個框之一。例如，單框200劃分為8個時槽。移動設備102利用多個通信協定在單框200中進行通信。例如，移動設備102在WCDMA時槽201接收來自蜂窩電話塔100(圖1)的資訊，並在WCDMA TX時槽203將資訊發送到蜂窩電話塔100。在其他時槽裏，將移動設備102配置為利用其他通信協定進行通信。例如，將移動設備102配置為利用藍牙傳輸系統在藍牙TX時槽202與電腦進行通信。也可以將該移動終端配置為在GPS RX時槽204接收來自多個衛星的信號。也可以將該移動終端配置為在NFC RX時槽206接收來自無線電廣播站的信號。
圖3是本發明一個實施例中在時分複用無線系統中共用元件的示例系統的示意圖。參考圖3，顯示了軟體定義無線電(software definable radio，縮寫為SDR)系統305、DSP 306和非易失性記憶體309。SDR 305包括RX處理系統300、TX處理系統301、PLL302、振蕩器303和控制模組304。DSP 306包括接收緩衝器307和發送緩衝器308。
RX處理系統300包括適當的邏輯、代碼和/或電路，該系統根據多個通信協定接收RF信號。例如，RX處理系統300適合接收WCDMA傳輸，例如UMTS或IS-95。RX處理系統300還適合接收其他傳播形式，例如藍牙、WLAN、GPS、NFC、WLAN、ZigBee和DVB-H。在這點上，RX處理系統300包括多個濾波器，該濾波器是定制的，以使選擇的傳輸方式能進行正確地接收。例如，RX處理系統300包括帶通濾波器，在一種情況下該濾波器集中於與蜂窩電話塔100(圖1)相關聯的載波頻率，另一種情況下該濾波器集中於與來自電腦101(圖1)的藍牙信號相關聯的載波頻率。在這點上，RX處理系統300能夠在同一框的一個時槽中接收對應於一種通信協定的RF信號，而在另一個時槽中接收對應於另一種通信協定的RF信號。RX處理系統300將所接收的信號轉換成I和Q表示的形式，用於例如DSP進行隨後處理。
TX處理系統301包括適當的邏輯、代碼和/或電路，該系統根據多個通信協定發送信號。例如，TX處理系統301可接收將根據特定通信協定(例如UMTS或IS-95)傳送的資料的I和Q形式。TX處理系統301還適合發送其他形式的傳輸，例如藍牙、WLAN、GPS、NFC、WLAN、ZigBee和DVB-H。在這點上，TX處理系統301包括多個濾波器和一個RF功率放大器，經配置後能利用適當的通信協定發送資料。例如，TX處理系統301包括帶通濾波器，在一種情況下該濾波器集中於與蜂窩電話塔100(圖1)相關聯的載波頻率，另一種情況下該濾波器集中於與來自電腦101(圖1)的藍牙信號相關聯的載波頻率。在這點上，TX處理系統301能夠在一個時槽中根據一種通信協定發送RF信號，而在同一框的另一個時槽中根據另一種通信協定發送RF信號。
TX處理系統301也包括多個放大器和多個混頻器。例如，TX處理系統301包括用於放大低電平RF信號以使其能夠通過天線傳送的功率放大器。混頻器可用來調製來自DSP 306的I/Q信號。另外，TX處理系統301包括有驅動器，用於與PA的輸入阻抗相配。
振蕩器303包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於生成具有特定頻率的本地振蕩信號。將來自振蕩器303的本地振蕩信號輸入給RX處理系統300、TX處理系統301和PLL 302。例如，本地振蕩信號可用作內置於Rx處理系統300內的正交相位解調器的參考信號。就這點而言，該解調器將接收的RX信號的載波頻率轉移到基帶載波頻率，使得該RX信號可轉換到I和Q域。
PLL 302包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於生成輸出頻率，該輸出頻率可以是多個輸入頻率。例如，PLL 302是N分數合成器。在這點上，PLL有效地生成輸出信號，該輸出信號的頻率可以是輸入信號(例如振蕩器303的輸出)的頻率非整數倍。例如，如果振蕩器303頻率是1MHz，那麽PLL的輸出 就是，其中M和N都是整數。這樣，PLL就配置成能輸出多個頻率，能夠利用多個通信協定進行資訊通信。
控制模組304包括適當的邏輯、電路和/或代碼，實現SDR中多個元件的配置。例如，控制模組304包括多個寄存器。該多個寄存器用來控制眾多組成SDR305的元件的功能性。在這點上，控制模組304與連接到DSP 304的資料匯流排通過介面連接，所以DSP 304可以讀和寫控制模組304中的寄存器。控制模組304對在任何給出的時間裏使用多個通信協定中的哪一個也進行控制。例如，控制模組304包括觸發事件的計時器。事件是用來對特定時間SDR305的各個元件進行重新配置。在本發明的一個實施例中，第一時間用來配置SDR 305，所以第一時槽是WCDMA TX時槽203(圖2)。隨後的事件重新配置SDR 305，從而第二時槽用作例如藍牙TX時槽202(圖2)。控制器執行這個功能可以降低DSP 304的處理功率要求。
DSP 304包括能使DSP 304與SDR 305之間交互I和Q資料的適當邏輯、電路和/或代碼，以及能配置SDR 305的適當邏輯、電路和/或代碼。在這點上，DSP 304將來自眾多來源的資料轉換成I和Q資訊，反之亦然。DSP 304將待發送的資訊保存在緩衝器內，直到SDR305準備好要發送該資訊。在這點上，DSP 304包括與多個通信協定(例如WCDMA和藍牙)相應的多個發送和接收緩衝器308和307。非易失性記憶體309包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於存儲資料。在這點上，DSP 304可在非易失性緩衝器611中存儲各種配置設置，使得SDR 305在系統重置之後能夠重新進行初始化。
來自控制模組的事件傳送給DSP 304，向DSP 304指示出發送或接收哪種類型的I和Q資料。例如，控制模組將一個事件傳送給DSP 304，顯示在例如WCDMA框中下一個時槽將用來發送藍牙資料。在這種情況下，DSP 304轉換到對應藍牙資料的緩衝器308，並在事件發生之後開始傳送對應藍牙資料的I和Q樣本給SDR 305。然後控制模組與DSP304通信，指 示下一個時槽例如用於傳送WCDMA TX資訊。然後DSP轉換到對應於WCDMA TX資料的緩衝器308，並將與該資料對應的I和Q樣本輸出到SDR 305。
圖4是本發明一個實施例中示例控制和資料介面的示意圖。參考圖4，顯示了計時器400和查找表401。計時器包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於生成周期事件。在這點上，計時器的周期性和事件發生的時間可由處理器(例如DSP 306)進行配置。查找表401包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於存儲各種對應于特定時槽的硬體配置設置。例如，查找表401中的第一元素包括將在TDMA框的第一時槽中使用的硬體配置設置。隨後的元素對應於一TDMA框中的其他時槽。
例如在操作中，DSP 306(圖3所示)配置計時器在例如4.16毫秒的周期裏生成8個時槽事件。另外，DSP用多個硬體元件的配置設置對查找表401進行編程。該配置設置是能夠使SDR 305(圖3)中的硬體元件處理特定通信協定的設置。例如，查找表中的第二元素包括實現藍牙傳輸的配置設置。查找表中的第五元素包括實現WCDMA傳輸的配置設置。在操作中，計時器為每一個時槽輸出存儲在查找表中的配置設置。例如，在第二時槽裏，輸出藍牙傳輸的配置設置。在第五時槽，輸出WCDMA傳輸配置設置。按照這種方式，控制模組能自動重新配置各個硬體元件，例如RX處理系統300(圖3所示)、TX處理系統301(圖3所示)、PLL 302(圖3所示)和振蕩器303(圖3所示)。重新配置元件以用於各種通信協定，能降低系統的成本，因為需要的元件較少。這也會減少移動設備102(圖1所示)中所需的電路板面積。另外，因為在空間模式中各元件無需耗費太多的時間，因而功耗得到了降低。
圖5A是結合本發明實施例使用的示例線性放大器的示意圖。參考圖5A，顯示了電晶體500、集電極電阻器(Rc)504、偏壓電阻器503、輸入偏壓501、集電極電壓502、輸入信號505和輸出信號506。
在操作中，電晶體500的集電極通過集電極電阻器(Rc)與電源電壓502連接。偏壓501提供來控制電晶體500的集電極上的電壓。偏壓由輸入信號505和511來調製。輸出信號500是輸入信號的放大後的版本。
偏壓501選擇為能夠最大化對輸出信號510有效的電壓擺幅。例如，選定偏壓501，使電晶體500上的集電極電壓為電源電壓502的50%。這能在輸出信號510中達到最高的峰至峰電壓擺幅。該偏壓還控制電晶體的增益。
圖5B是結合本發明實施例使用的示例線性放大器的輸入/輸出關係的示意圖。參考圖5B，顯示了跨導曲線508、作用區(active region)509、輸入信號511和輸出信號510。圖5B顯示的特性對應於圖5A顯示的電路。參考圖5B，較低的偏壓產生較低的增益，相反地，較高的偏壓產生較高的增益。在這點上，當輸出信號510的變化很大時，電晶體500的增益是非線性的。
在圖5A所示的電路中消耗的大部分功率都是集電極電阻器504和電晶體500消耗的。在這兩個器件中消耗的功率可以用以下等式表示： P Q =V c ˙I Rc P TOT =P Rc ˙P Q
其中，Vc是偏壓501設置的集電極電壓，IRC是通過集電極電阻器的電流，PRC是集電極電阻器消耗的功率，PQ是電晶體消耗的功率，PTOT是該電路消耗的功率近似值。由此可知，通過降低電源電壓便可以降低電路中的總功耗。所以將電源電壓限定到支援輸出信號510中特定的輸出電壓擺幅所需的量是有利的。在需要較低增益的情況下，選擇一定的偏壓 來將輸出信號510在圖5B所示的曲線往下移。這會使得電源電壓進一步降低，因此會進一步降低電路中的總功耗。
圖6是本發明一個實施例中示例TX處理系統的示意圖。參考圖6，顯示了功率放大器(PA)604、預驅動器600、延遲緩衝器606、校準器605、功率控制器601、電源603、預驅動電源608和偏置控制器607。預驅動器600包括驅動器609和一對混頻器610。PA 604包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於放大輸A信號以使其能通過天線發送出去。PA的內部結構包括圖5A所示的電路。在這點上，除了輸入信號和輸出信號，PA也具有電源電壓輸入和偏壓輸入。
預驅動器600包括適當的邏輯、代碼和/或電路，實現基帶信號的RF調製。在這點上，輸入信號是將被發送的資料．的同相和正交(I/Q)形式。I/Q資料源於DSP 602，並在輸入預驅動器600之前通過了延遲緩衝器606。預驅動器600的輸出端然後輸出RF信號給PA 604，在PA 604中對該RF信號進行放大並通過天線進行發送。
混頻器610包括適當的邏輯、電路和/或代碼，將輸入信號進行升頻轉換。在這點上，混頻器610能有效地將輸入的信號和本地振蕩器的乘積輸出。混頻器的輸出由以下等式表示：
其中VO是混頻器的輸出，A1和A2是給混頻器610的各個輸入的振幅，ω1和ω2是各個輸入信號的周期。混頻器610能有效地在高於和低於原始信號頻率的頻率上生成輸入信號的副本。在升頻轉換的情況下，可使用高通濾波器來截去低頻信號，只留下經升頻轉換過的信號或RF調製過的信號。為了促進轉換，在混頻器610內使用了眾多的緩衝器。這些緩衝器的內部結構包括圖5A所示的電路。在這點上，除了輸入信號和輸出信號之外，該緩衝器也具有電源電壓輸入，並可被偏置為具有預定的增益。將混頻器610的輸出相加在一起，產生 複合輸出信號，然後將該信號輸入給驅動器。
驅動器609包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於放大或緩衝RF信號。在這點上，利用驅動器609來與PA 604的輸入阻抗相配。驅動器609具有比在輸出信號強於輸入信號的情況下更大的增益。驅動器609的內部結構包括圖5A所示的電路。在這點上，除了輸入信號和輸出信號之外，驅動器609也具有電源電壓輸入，並被偏置為具有預定的增益。
延遲緩衝器606包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於將輸入信號延遲特定數量的樣本。在這點上，延遲緩衝器包括FIFO。例如，可調整FIFO的大小，使之保存有10個I/Q樣本。這樣的話，離開延遲緩衝器的樣本將被延遲10個樣本。I/Q樣本由DSP 602傳送給延遲緩衝器，然後將樣本傳送到預驅動器600上。
功率控制器601包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於生成電源和與信號包絡成比例的偏置控制參考電壓。在這點上，功率控制器601輸入從DSP 602傳送來的I/Q信號。然後包絡檢測器分析進來的I/Q信號，來確定該信號的平均振幅。信號的平均振幅對應於以下公式：
其中S是信號的振幅，I和Q代表信號的同相分量和正交分量。功率控制器601採集一系列樣本以用於確定信號的平均振幅或信號包絡。在這點上，功率控制器601包括有用於存儲樣本的記憶體。然後功率控制器601輸出電源參考電壓、偏置控制參考電壓和預驅動器電源參考電壓。這些參考電壓與計算出來的平均包絡成比例。例如，如果包絡檢測器檢測到具有較大包絡的信號，便會增高參考電壓。相反地，如果檢測到較小的包絡迹，則降低參考電壓。該參考電壓將輸出到電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608。
功率控制器601還回應來自控制模組304的控制信號(圖3 所示)調節各個參考電壓。在這點上，來自控制模組304的控制信號能使功率控制器601更快地彙聚到各個參考電壓的正確電壓設置。例如，功率控制器601最初配置成處理符合例如WCDMA的信號。然後控制模組304指示下一個時槽將用於藍牙。例如，如果藍牙信號的包絡總是小於WCDMA信號的包絡，那麼功率控制器就會迅速地下調參考電壓為與藍牙信號的最大包絡相對應的電壓。
電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608都包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於生成輸出電壓。在這點上，給電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608的輸入電壓大於或小於各自的輸出電壓。電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608通過利用開關模式調節器完成轉換。該調節器通過將輸入電壓轉換為脈衝，然後回應參考輸入改變該脈衝的占空度(duty cycle)，來調節輸出電壓。例如，在輸入電壓為10伏的情況下，通過生成具有50%占空度的脈衝就可以得到5伏的輸出電壓。然後對該脈衝濾波得到DC電壓。
電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608輸出的電壓都由功率控制器601進行控制。照這樣，電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608可在將高壓轉化成低壓的同時將與這種轉換有關的功耗最小化。電源603的輸出被用於對PA 604供電。偏置控制器607的輸出用於調節PA 604的DC偏置，進而控制PA 604的增益。預驅動器電源608的輸出用於對預驅動600供電。
校準器605包括適當的邏輯、電路和/或代碼，用於最小化PA輸出端產生的互調失真量。在這點上，有必要將功率控制器601的延遲通道與預驅動器600的延遲通道相配來確保PA604有足夠的淨空間來處理特定包絡的信號。例如，PA 604不需要太多淨空間來處理具有較小包絡的信號。這樣的話，給PA 604的電源電壓便得到降低。然而，如果在具有較高包絡的信號進入PA 604之前供給PA 604的電源沒有得到增加的話， PA 604就會飽和。因此，預驅動器600和功率控制器601中的延遲量要相配，以使PA 604在信號到達PA 604之前具有足夠的淨空間。
校準器605通過測量PA 604輸出端的IMD量將功率控制器601和預驅動器600的延遲相配。這是通過在DSP 602生成正弦測試信號，並將這些信號轉換為I/Q域，然後通過圖6中所示的電路將這些信號傳遞出去來完成的。例如，DSP 602先輸出具有小包絡的第一測試信號，然後輸出具有大包絡的第二信號。例如，當功率控制器601和預驅動器600的延遲不相配時，就會在PA 604的輸出端產生IMD。校準器605利用該資訊來調節延遲緩衝器606所產生的延遲量，以減少或消除PA 604的輸出端的IMD。
系統只需要校準一次。因此，校準之後，將合適的延遲量存儲在非易失性記憶體611內，並在系統重啟的時候再讀出該延遲量。
在操作中，I/Q信號可傳送給延遲緩衝器606和功率控制器601兩者。功率控制器601存儲一系列的I/Q樣本，以用來確定平均包絡。然後功率控制器601確定PA 604中只需一點點增益或不需要任何增益。在這種情況下，偏置控制器607產生的偏壓被降低，從而也使PA 604的電源電壓降低。例如，參考圖5B，對於較低增益來說，減小偏壓會使作用區509移到跨導曲線上的較低點。其結果是也減小了PA 604的電源電壓。如果要求較高增益的話，那麽通過增大偏壓，作用區將會上移到跨導曲線508的較高點。為了防止飽和，必須增大PA 604的電源電壓。按照這種方式，通過提供必需的最小電源電壓以避免PA 604飽和，便可最小化PA 604中的功耗。
除了降低PA 604的電源電壓之外，如果信號的包絡很小，功率控制器601也會降低預驅動器電源608的輸出。這是有可能的，因為對於較小的信號包絡來說，驅動器609和混頻器610的淨空間要求也很低。降低輸入到驅動器609和混頻器610 的電源會進一步降低系統的總功耗。
為了防止PA 604輸出端產生IMD，必須通過延遲緩衝器606將進入預驅動器600的I/Q信號延遲預定數量的樣本。這是有必要的，從而功率控制器601可以在經調製的I/Q信號到達PA 604的輸入端之前調節PA 604的電源電壓和偏壓。例如，如果延遲沒有進行適當設置，那麽電源電壓就會非常低，在這種情況下PA就會飽和。如果電源電壓太高的話，又不會達到最佳功率效率。因此，將進入預驅動器600的I/Q資料延遲合適數量的樣本的話，可防止PA 604飽和，同時也能最小化PA 604的功耗。
延遲緩衝器606的最佳延遲可由校準器605來確定。校準器605通過測量由測試信號產生的IMD和調節由延遲緩衝器606產生的延遲量來完成這一操作，以此來最小化IMD量。
圖7是本發明一個實施例中在時分複用無線系統中共用元件的系統的示例操作流程圖。參考圖7，在步驟700中，DSP 306(圖3所示)初始化SDR 305(圖3所示)中的控制模組304(圖3所示)。這包括配置計時器400(圖4所示)用於生成時槽事件。在這點上，DSP 306可配置計時器400，使得計時器400在所給時間周期內生成特定數量的時槽事件。例如，DSP 306配置計時器400以使其在4.16毫秒的時間內生成平均分配的8個時槽時間。DSP 306也配置控制模組304，使得控制模組304能控制SDR 305中的各個硬體元件。例如，DSP 306配置控制模組304以使第一時槽用於WCDMA RX 201(圖2所示)，第二時槽用於BT TX 202(圖2所示)。例如，控制模組304包括配置設置組成的查找表401(圖4所示)。查找表401中的每個條目都包含各種硬體配置設置，對應於TDMA框(例如WCDMA框)中的特定時槽。
在步驟701中，DSP 306等待下一個時槽。在步驟702中，如果該時槽是用於通信的話，那麼控制模組304發送針對特定時槽的時槽事件。如果當前時槽上的通信被啟動，那麼在步驟 703中控制模組304生成時槽事件給DSP 306。否則，重復步驟701。在步驟704中，DSP 306檢查是否有任何資料待傳送。例如，在資料傳送的情況下，DSP 306輪詢對應各種通信協定的各個緩衝器308(圖3所示)來確定是否需要傳送資料。在資料接收的情況下，DSP 306檢查來自SDR 305的RX處理系統300的I和Q資料。如果不需要進行通信，那麽就重復步驟701。
在步驟705中，控制模組304配置各個硬體元件來實現針對特定協定的通信。例如，之前已將當前時槽配置為用於藍牙TX 202。在這種情況7，控制模組304就會根據查找表內對應當前時槽存儲的值配置RX處理系統300(圖3)和TX處理系統301(圖3)中的各個濾波器、PLL 302、本地振蕩器303和TX處理系統301中的功率控制器601(圖6)。在步驟706中，DSP 306在資料傳送的情況下將I和Q資料傳送給SDR 305的TX處理系統301，或者在資料接收的情況下SDR 305的RX處理系統300將I和Q資料傳送給DSP 306。此後，重復步驟700。
圖8是本發明一個實施例中調節幾個電源和偏壓的示例流程圖。在步驟800中，功率控制器601緩衝一系列來自DSP 602的I/Q樣本。這使得在步驟801中功率控制器601中的包絡檢測器能夠確定信號的包絡。
在步驟802中，功率控制器601計算PA 604增益和電源需求以及驅動器609和預驅動器600中的混頻器610的電源需求。例如，對於較小包絡來說，需要的是較小的增益和較低的電源電壓。對於較大包絡來說，需要的是較大增益和較高電源電壓。功率控制器601會考慮發送的信號的類型。由控制模組304(圖3所示)將這一資訊傳送給功率控制器601。例如，功率控制器601最初是配置為處理對應例如WCDMA的信號。然後控制模組304指示的是下一個時槽將用於藍牙。例如，如果藍牙信號的包絡總是小於WCDMA信號的包絡，那麽功率控制器就能迅速地將參考電壓下調到與藍牙信號的最大包絡相對應的電壓，從而實現系統節能。
在步驟803中，功率控制器601為電源603、偏置控制器607和預驅動器電源608生成了適當的參考電壓。然後電源603偏置控制器607和預驅動器電源608[LQ1]便能提供對信號進行合適的放大所需的電源和偏壓。
圖9是本發明一個實施例中校準延遲緩衝器的示例流程圖。在步驟900中，將延遲緩衝器606中的延遲量設置為一個低於估計的最佳值的值。在步驟901中，DSP生成一系列正弦測試信號。例如，SDP輸出具有小包絡的第一測試信號，然後輸出具有大包絡的第二測試信號。例如，當延遲不相配時，PA 604的輸出端就會產生IMD。在步驟902中，由校準器測得IMD。
在步驟903中，將IMD的量與閾值進行比較。該閾值對應於可接受的IMD量級。如果測得的IMD量大於該閾值，那麽在步驟904中就要增加延遲緩衝器606中的延遲量。在這一步驟之後，再次測量IMD並與閾值做比較。例如，一旦IMD量小於閾值，就停止這一處理，並將找到的最佳延遲存儲在非易失性記憶體601中以便隨後取回。
本發明的另一個實施例提供了一種執行在此描述的用於最小化通信系統中的功耗的步驟的方法。例如，PA 603的電源602經配置後能在TDM框的第一時槽裏通過第一通信協定進行通信，經重新配置後能在TDM框的第二時槽裏通過第二通信協定進行通信，PA 603的電源602還可根據輸入到PA 603的對應第一和第二通信協定的基帶信號的包絡成比例地進行調整，並可在傳送給PA 603之前由延遲援衝器605中確定的樣本數來進行延遲，其中通信協定對應RF協定，例如WCDMA、HSDPA、HSUDPA、GSM、GPRS、EDGE、WiMAX、OFDM、UWB、ZigBee或藍牙。用於控制PA 602的增益的偏壓606，也可經調節使得能夠通過以上描述的通信協定進行通信，並也可根據基帶信號的包絡成比例地調節。延遲緩衝器605插入的延遲量可通過最小化PA 603輸出端的互調失真量 來計算得到。包絡可通過估計信號的多個I和Q樣本來測得。PA 603和偏置控制器606的電源602可以是開關調節器。
本發明還可以嵌入在電腦程式產品進行實施，所述套裝程式含能夠實現本發明方法的全部特徵，當其安裝到電腦系統中時，通過運行，可以實現本發明的方法。本文件中的電腦程式所指的是：可以採用任何程式語言、代碼或符號編寫的一組指令的任何運算式，該指令組使系統具有資訊處理能力，以直接實現特定功能，或在進行下述一個或兩個步驟之後實現特定功能：a)轉換成其他語言、編碼或符號；b)以不同的格式再現。
本發明是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不脫離本發明範圍的情況下，還可以對本發明進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本發明做各種修改，而不脫離本發明的範圍。因此，本發明不局限於所公開的具體實施例，而應當包括落入本發明權利要求範圍內的全部實施方式。
100‧‧‧蜂窩電話塔
101‧‧‧電腦
102‧‧‧移動設備
103‧‧‧衛星通信系統
104‧‧‧RFID收發器
200‧‧‧單框
201‧‧‧WCDMA RX時槽
203‧‧‧WCDMA TX時槽
202‧‧‧藍牙TX時槽
204‧‧‧GPS RX時槽
205‧‧‧多框
206‧‧‧近場通信(nearfield communication，縮寫為NFC)RX時槽
300‧‧‧RX處理系統
301‧‧‧TX處理系統
302‧‧‧PLL
303‧‧‧振盪器
304‧‧‧控制模組
305‧‧‧軟體定義無線電(software definable radio，縮寫為SDR)系統
306‧‧‧DSP
307‧‧‧接收緩衝器
308‧‧‧發送緩衝器
309‧‧‧非易失性記憶體
400‧‧‧計時器
401‧‧‧查找表
500‧‧‧電晶體
501‧‧‧輸入偏壓
502‧‧‧集電極電壓
503‧‧‧偏壓電阻器
504‧‧‧集電極電阻器(Rc)
505‧‧‧輸入信號
506‧‧‧輸出信號
508‧‧‧跨導曲線
509‧‧‧作用區(active region)
510‧‧‧輸出信號
511‧‧‧輸入信號
600‧‧‧預驅動器
601‧‧‧功率控制器
602‧‧‧DSP
603‧‧‧電源
604‧‧‧功率放大器(PA)
605‧‧‧校準器
606‧‧‧延遲緩衝器
607‧‧‧偏置控制器
608‧‧‧預驅動電源
609‧‧‧驅動器
610‧‧‧混頻器
圖1是本發明一個實施例中示例移動設備與多個無線系統進行通信的示意圖；圖2是本發明一個實施例中示例時槽排列的示意圖；圖3是本發明一個實施例中在時分複用無線系統中共用元件的示例系統的結構示意圖；圖4是本發明一個實施例中控制和資料介面的示意圖；圖5A是結合本發明實施例使用的線性放大器的示意圖；圖5B是結合本發明實施例使用的線性放大器的輸入/輸出關係的示意圖；圖6是本發明一個實施例中示例TX處理系統的結構示意圖；圖7是根據本發明一個實施例的時分複用無線系統中共用元件的系統的執行流程圖；圖8是本發明一個實施例中調節幾個電源和偏壓的流程圖；圖9是本發明一個實施例中校準延遲緩衝器的示例流程圖。
300‧‧‧RX處理系統
301‧‧‧TX處理系統
302‧‧‧PLL
303‧‧‧振盪器
304‧‧‧控制模組
305‧‧‧軟體定義無線電(software definable radio，縮寫為SDR)系統
306‧‧‧DSP
307‧‧‧接收緩衝器
308‧‧‧發送緩衝器
309‧‧‧非易失性記憶體

Claims (10)

  1. 一種在通信系統中處理信號的方法，其特徵在於，所述方法包括：在一TDM框的第一時槽內，透過一第一通信協定，配置一放大器的電源電壓以進行通信；在該TDM框的至少一第二時槽內，透過一第二通信協定，重新配置該放大器的電源電壓以進行通信；以及根據一基帶訊號的包絡，依照比例調整該放大器的電源電壓，其中，該基帶訊號符合該第一通信協定與該第二通信協定其中之一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的在通信系統中處理信號的方法，其中，所述方法包括：在該TDM框的第一時槽內，透過該第一通信協定，配置該放大器的偏壓以進行通信；以及在該TDM框的至少一第二時槽內，透過該第二通信協定，重新配置該放大器的偏壓以進行通信。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的在通信系統中處理信號的方法，其中，所述方法包括依照上述包絡，依照比例調整該放大器的偏壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的在通信系統中處理信號的方法，其中，所述方法包括將所述基帶信號延遲幾個樣本。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的在通信系統中處理信號的方法，其中，所述方法包括通過最小化所述放大器的輸出端的互調失真量來計算所述樣本的數量。
  6. 一種機器可讀記憶體，其上存儲的電腦程式包括至少一個在通信系統中用於處理信號的代碼段，所述至少一個代碼段由機器來執行用來使機器完成如下步驟：在一TDM框的第一時槽內，透過一第一通信協定，配置一放大器的電源電壓以進行通信；在該TDM框的至少一第二時槽內，透過一第二通信協定， 重新配置該放大器的電源電壓以進行通信；以及根據一基帶訊號的包絡，依照比例調整該放大器的電源電壓，其中，該基帶訊號符合該第一通信協定與該第二通信協定其中之一。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的機器可讀記憶體，其中，所述至少一個代碼段包括：在該TDM框的第一時槽內，透過該第一通信協定，配置該放大器的偏壓以進行通信的代碼；以及在該TDM框的至少一第二時槽內，透過該第二通信協定，重新配置該放大器的偏壓以進行通信的代碼。
  8. 一種在通信系統中處理信號的系統，其特徵在於，所述的系統包括：在一TDM框的第一時槽內，透過一第一通信協定，配置一放大器的電源電壓以進行通信的一個或多個電路；上述一個或多個電路在該TDM框的至少一第二時槽內，透過一第二通信協定，重新配置該放大器的電源電壓以進行通信；以及上述一個或多個電路根據一基帶訊號的包絡，依照比例調整該放大器的電源電壓，其中，該基帶訊號符合該第一通信協定與該第二通信協定其中之一。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的系統，其中，所述的一個或多個電路用於：在該TDM框的第一時槽內，透過該第一通信協定，配置該放大器的偏壓以進行通信；以及在該TDM框的至少一第二時槽內，透過該第二通信協定，重新配置該放大器的偏壓以進行通信。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的系統，其中，所述一個或多個電路依照上述包絡，依照比例調整該放大器的偏壓。
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