TWI504175B - 無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法 - Google Patents

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Description

無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法
本發明係關於一種無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化技術。
在無線通訊系統中，由於發送器(Transmitter)的組成電路常含有頻率響應非平坦的類比元件，例如，功率放大器(Power Amplifier)，這將會導致其輸出信號的頻譜平坦度不符合傳輸標準之規範，甚至造成具有記憶效應的失真。此類失真使得所欲傳送的信號受到上述類比元件的非線性效應之影響，尤其是在信號輸出功率較小的情況下。因此，有必要發展新的發送器傳輸頻譜等化技術，以提高傳輸頻譜的平坦度，及降低數位基頻濾波器對於傳輸頻譜平坦度的需求。
為達成此目的，根據本發明的一實施例，其提供一種無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其包括下列步驟：提供複數個單頻信號，其具有預先設定且彼此不同的頻率，並分別輸入該等單頻信號至該發送器；取得該發送器因該等單頻信號輸入所造成的響應輸出之基帶部份；執行將該響應輸出之基帶部份的類比-數位轉換，藉以得到該發送器的基帶響應序列；以及依據該基帶響 應序列平坦化該傳輸頻譜。
根據本發明的另一實施例，其提供一種無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其包括下列步驟：提供複數個單頻信號，其具有預先設定且彼此不同的頻率，並分別輸入該等單頻信號至該發送器；取得該發送器因該等單頻信號輸入所造成的響應輸出之基帶部份；執行將該響應輸出之基帶部份的類比-數位轉換，藉以得到該發送器的基帶響應序列G[k]；依據該基帶響應序列G[k]設定一等化序列H[k]；以及執行該等化序列H[k]的反傅利葉轉換，所得到的係數用以實現一預等化器，用以設置於該發送器中；其中，k=0、1、…、K-1，表示頻域上的次序指標，且K為預先設定的取樣點數。其中，該等化序列可為 或是
200‧‧‧等化方法
210/220/230/240‧‧‧步驟
100/310‧‧‧發送器
311‧‧‧功率放大器
312‧‧‧預等化器
313‧‧‧本地振盪器
320‧‧‧耦合器
330‧‧‧衰減器
350‧‧‧低通濾波器
360‧‧‧類比-數位轉換器
370‧‧‧相關器
400‧‧‧等化方法
410/420/430/440/450‧‧‧步驟
圖1A為一無線通訊發送器的系統模型圖。
圖1B為習知發送器的特性響應頻譜圖。
圖1C為經過等化處理的發送器之特性響應頻譜圖。
圖2為本發明實施例的無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法之流程圖。
圖3為依據另一實施例的無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法之流程圖。
圖4為本發明等化方法以電路方式實現的方塊示意圖。
為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明本發明的實施例如後。在所有的說明書及圖示中，將採用相同的元件編號以指定相同或類似的元件。
在各個實施例的說明中，當一元素被描述是在另一元素之「上方/上」或「下方/下」，係指直接地或間接地在該另一元素之上或之下的情況，其可能包含設置於其間的其他元素；所謂的「直接地」係指其間並未設置其他中介元素。「上方/上」或「下方/下」等的描述係以圖式為基準進行說明，但亦包含其他可能的方向轉變。所謂的「第一」、「第二」、及「第三」係用以描述不同的元素，這些元素並不因為此類謂辭而受到限制。為了說明上的便利和明確，圖式中各元素的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各元素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。
圖1A為一無線通訊發送器的系統模型圖，其中，X(w)表示輸入信號之頻率響應，G(w)表示該發送器100之特性頻率響應(characteristic frequency response)，Y(w)表示輸出信號之頻率響應，且w為角頻率(w=2 π f，其中f代表頻率)，則Y(w)=G(w)X(w)。倘 若一角頻率為w s 的脈衝信號輸入該發送器100，也就是X(w)=δ(w-ws )，其中δ為脈衝函數(impulse function)，則吾人可得到該發送器100在該角頻率ws 上之響應G(ws )。由於習知的無線通訊發送器常具有一功率放大器於其傳送路徑上，該功率放大器通常為特性頻率響應非平坦的類比元件，這將會導致習知發送器的特性頻率響應G1 (w)之頻譜不夠平坦。例如，圖1B為習知發送器的例示特性響應頻譜圖，其中，G1 (w)在角頻率w1 與w2 之間為傾斜而扭曲，而造成信號傳送時可能產生的失真。
緣此，本發明意欲提出適當的等化技術，其可校正或補償習知無線通訊發送器不平坦的特性頻率響應。以圖1B之習知發送器的特性響應頻譜為例，本發明的等化技術用以等化該發送器100的特性頻率響應，以使該發送器100具有平坦的特性頻率響應G2 (w)，如圖1C所示，其在角頻率w1 與w2 之間為平坦的水平直線。就實際電路的實現而言，本發明的等化技術可在習知發送器中加入一特性頻率響應為H(w)的預等化器，則該等特性頻率響應G1 (w)、G2 (w)及H(w)之間可滿足G2 (w)=H(w)G1 (w)的關係。由於G2 (w)在角頻率w1 與w2 之間為平坦的頻率響應，因此H(w)與G1 (w)之間應為互為倒數的數學關係，亦即，其中G0 為代表縮放倍數的常數。
圖2為本發明實施例的無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法200之流程圖，其中該發送器可能包含一特性頻率響應非平坦的功率放大器於其傳送路徑上，因而具有不平坦的特性頻率響應。該等化方法200包括下列步驟：步驟(210)提供複數個單頻信號， 其具有預先設定且彼此不同的頻率，並分別輸入該等單頻信號至該發送器；步驟(220)取得該發送器因該等單頻信號輸入所造成的響應輸出之基帶(baseband)部份；步驟(230)執行將該響應輸出之基帶部份的類比-數位轉換，藉以得到該發送器的基帶響應序列；以及步驟(240)依據該基帶響應序列平坦化該傳輸頻譜。
圖3為依據上述另一實施例的無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法400之流程圖，其包括下列步驟：步驟(410)提供複數個單頻信號，其具有預先設定且彼此不同的頻率，並分別輸入該等單頻信號至該發送器；步驟(420)取得該發送器因該等單頻信號輸入所造成的響應輸出之基帶部份；步驟(430)執行將該響應輸出之基帶部份的類比-數位轉換，藉以得到該發送器的基帶響應序列G[k]；步驟(440)依據該基帶響應序列G[k]設定一等化序列H[k]；以及步驟(450)執行該等化序列H[k]的反傅利葉轉換，所得到的係數用來實現一預等化器，用以設置於該發送器中；其中，k=0、1、…、K-1，表示頻域上的次序指標，且K為預先設定的取樣點數。該等化序列可為 或
上述的等化方法200/400可包含以下的實施例：在習知無線通訊發送器的電路中增設一預等化器312的設計，用以等化該發送器的特性頻率響應，以使該發送器具有平坦的傳輸頻譜。以下以上述等化方法200使用於Wi-Fi的無線區域網路為例，詳細說明其各個步驟，且圖4為上述等化方法400以電路方式實現的方塊示意圖。Wi-Fi的載波頻率為5GHz且其基帶頻寬為160MHz，也就是包含由-80MHz至+80MHz之間的頻帶。由於習知Wi-Fi發送器310包含頻率響應非平坦的功率放大器311，使得其頻率響應特性或傳輸頻譜可如圖1B所示，其中w1 =-80MHz、w2 =80MHz。
首先，可在Wi-Fi的基帶工作頻帶上平均取樣或預先設定複數個彼此不同的頻率，用以取得該發送器310在未設置該預等化器312前不同頻率的響應特性。在本實施例中，可約每隔40MHz取一個單頻信號(single tone)，但為了避免選取到頻率為零的直流信號，我們選用頻率5MHz、40MHz、80MHz、-5MHz、-40MHz及-80MHz的單頻信號，其將被分別輸入該發送器310。該發送器310包含一本地振盪器313，其振盪頻率為Wi-Fi載波頻率5GHz；當該等單頻信號由該發送器310的輸出端經過耦合器320及/或衰減器330後，可與混頻器340進行混波，所得的混波結果再經過低通濾波器350以進行低通濾波；藉此，我們可計算出該發送器310在未設置該預等化器312前的響應輸出之基帶部份G(w)(或稱為基帶頻率響應(baseband frequency response))。請注意，上述單頻信號的頻率取樣數量與該發送器的記憶特性有關；倘若該發送器具有較長的記憶特性長度，則頻率取樣數量必須隨之增加。其中該複數個單頻信號發射後將可能經過印刷電路板(PCB)。
在取得該發送器310的基帶頻率響應G(w)之後，吾人將藉由該基帶頻率響應G(w)來計算該預等化器312在Wi-Fi工作頻帶內之特性頻率響應。接著，我們藉由一類比-數位轉換器(Analog-to-digital converter)360，將該發送器310類比形式的基帶頻率響應G(w)轉換成其數位形式的基帶響應序列G[k]；其中，k=0、1、…、K-1，表示頻域上的次序指標，且K為預先設定的取樣點數。在本實施例中，系統之取樣頻率可為奈奎斯特率(Nyquist-Rate)的兩倍，該預等化器312在Wi-Fi工作頻帶內的特性序列H[k]為該基帶響應序列G[k]的倒數、乘以G[k=0]的數值，而在Wi-Fi工作頻帶外的特性序列H[k]則設定為1，其可表示如下列方程式：
藉由執行該預等化器312特性序列H[k]的反傅利葉轉換(inverse Fourier transformation)，我們可得到該預等化器312的特性係數，其可用以實現該預等化器312的電路設計。其中，上述特性序列H[k]的反傅利葉轉換可使用一相關器(correlator)370所提供的相關運算(correlation)來實現。最後，當該預等化器312被設置於該發送器310的電路中，該發送器310將具有平坦的頻率響應輸出。
由於該預等化器312在Wi-Fi工作頻帶內的特性序列H[k]為實數，因此，在另一實施例中，可設定該預等化器312在Wi-Fi工作頻帶外的特性序列H[k]與其工作頻帶內的特性序列H[k]互相對稱， 其可表示如下列方程式： 則亦可計算出該預等化器312的特性係數，其虛部與實部交錯為零。如此，將使得實現該預等化器312電路的複雜度相當於一實數濾波器，並且其係數具有對稱特性，故該預等化器312的電路只為原先複數濾波器之電路複雜度的約四分之一。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
200‧‧‧等化方法
210/220/230/240‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，包括下列步驟：提供複數個單頻信號，其具有預先設定且彼此不同的頻率，並分別輸入該等單頻信號至該發送器；取得該發送器因該等單頻信號輸入所造成的響應輸出之基帶部份；執行將該響應輸出之基帶部份的類比-數位轉換，藉以得到該發送器的基帶響應序列；以及依據該基帶響應序列平坦化該傳輸頻譜。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該發送器包含一頻率響應非平坦的功率放大器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該方法用於Wi-Fi的無線區域網路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該等單頻信號的頻率包含5MHz、40MHz、80MHz、-5MHz、-40MHz、及-80MHz。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該發送器具有一本地振盪頻率，且取得該發送器的響應輸出之基帶部份的步驟包含：使該發送器的響應輸出與該本地振盪頻率進行混波；及使上述混波的結果進行低通濾波。
  6. 一種無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，包括下列步驟：提供複數個單頻信號，其具有預先設定且彼此不同的頻率，並 分別輸入該等單頻信號至該發送器；取得該發送器因該等單頻信號輸入所造成的響應輸出之基帶部份；執行將該響應輸出之基帶部份的類比-數位轉換，藉以得到該發送器的基帶響應序列G[k]；依據該基帶響應序列G[k]設定一等化序列H[k]；以及執行該等化序列H[k]的反傅利葉轉換，所得到的係數用來實現一預等化器，用以設置於該發送器中；其中，k=0、1、…、K-1，表示頻域上的次序指標，且K為預先設定的取樣點數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該等化序列
  8. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該發送器包含一頻率響應非平坦的功率放大器。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該方法用於Wi-Fi的無線區域網路。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該等單頻信號的頻率包含5MHz、40MHz、80MHz、-5MHz、-40MHz、及-80MHz。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的 等化方法，其中，該發送器具有一本地振盪頻率，且取得該發送器的響應輸出之基帶部份的步驟包含：使該發送器的響應輸出與該本地振盪頻率進行混波；及使上述混波的結果進行低通濾波。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之無線通訊發送器之傳輸頻譜的等化方法，其中，該等化序列
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