CN1984113A - 多频带正交频分复用基频接收器及决定其信号增益的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多频带正交频分复用基频接收器及决定其信号增益的方法。其信号增益方法首先侦测一信号的符元边界，其中该符元边界标示出该信号的前置信号符元的起点。接着，根据该符元边界，量测该信号的强度，使得该信号的补零区域的信号强度不会被量测。接着，依据量测该信号得到的该强度，决定放大该信号的增益值。最后，依据该增益值放大该信号。本发明所述的多频带正交频分复用基频接收器及决定其信号增益的方法，信号强度可以得到精准的量测，而自动增益模块可以依据信号强度恰当地决定信号的增益值，而信号也可依据增益值被精确地放大。

Description

多频带正交频分复用基频接收器及决定其信号增益的方法

技术领域

本发明是有关于多频带正交频分复用(MultiBand-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，MB-OFDM)系统，特别是有关于多频带正交频分复用系统的自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)。

背景技术

正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)系统已经于业界使用40年之久，并已被多种现行的通信标准采用，以供基频通信之用，例如IEEE802.11a/g/n、ADSL、WiMAx、DAB以及DVB等通信标准。多频带正交频分复用(MB-OFDM)系统的频带范围起自3.1GHz而终于10.6GHz，该频带范围进一步被分割为14个子频带(sub-band)，每一子频带的频宽为528MHz。较小频宽的子频带可降低基频接收器的设计复杂度以降低系统的生产成本，并增进整个系统的频带操作弹性。

图1为正交频分复用(OFDM)符元于一多频带正交频分复用系统中进行传输的示意图。由于图1中的时域频域交错(time-frequency interleaving，TFI)预先假设仅于三个子频带上进行，因此图中只显示出三个子频带，分别为频道122、124与126，其中每一子频带的频宽为528MHz。第一正交频分复用符元104首先于频道122上进行传输，接着第二正交频分复用符元108于频道124上进行传输，接着第三正交频分复用符元112于频道126上进行传输，之后第四正交频分复用符元再次于频道122上进行传输，如此持续进行下去。每一符元持续242.42纳秒(ns)，其中于528MHz的采样频率下每一符元包含了128个样本。每一符元的尾端被插入补零字尾(zero-padding suffix)，例如补零字尾106、110与114。每一补零字尾持续70.08纳秒且包含37个样本。插入补零字尾的作用是为了确保传输端与接收端有足够的时间以将目前的传输频道(子频带)转换至下一传输频道。多频带正交频分复用系统中所进行的传输频道的转换被称为跳频(frequency hopping)。

自动增益控制(AGC)为一控制基频接收器的信号增益的机制。由于当信号于传输端与接收端之间传输时会受到衰减，因此在信号被接收端进一步处理前，接收端必须将信号的强度放大到适于处理的程度。因此，必须事先量测所接收的信号的前置信号(preamble)的强度，以便让自动增益控制机制决定信号增益，以供放大信号之用。一般正交频分复用系统的短前置信号包括10个连续的短前置符元，而在量测正交频分复用系统的短前置符元的信号强度时并不会发生问题。

然而，在多频带正交频分复用系统中，前置信号包含了18个符元，并且于符元间穿插了补零字尾。图2显示多频带正交频分复用接收器所收到的前置信号的信号强度。前置信号的符元212被夹挤于符元边界204与206之间，而仅仅介于符元边界间的信号样本才能用以量测信号强度。这是因为在符元边界之外即为补零字尾区域，在补零字尾中除了噪声外并无信号存在，如补零字尾210。若自动增益控制机制在量测信号强度时量测到补零字尾，则信号强度会包含噪声的信号强度在内，而真实的信号强度会与量测到的值差异甚多。此信号强度的量测误差会进一步造成自动增益控制机制决定信号增益上的错误。因此，若前置信号的补零字尾被量测，将造成接收器效能的下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种决定多频带正交频分复用(MultiBand-Orthogonal Frequency Division Multiplexing，MB-OFDM)基频接收器(baseband receiver)的信号增益的方法，以解决已知技术存在的问题。首先，侦测一信号的符元边界(symbol boundary)，其中符元边界标示出信号的前置信号符元(preamble symbol)的起点。接着，根据符元边界，量测信号的强度，使得信号的补零区域(zero-padding section)的信号强度不会被量测。接着，依据量测信号得到的强度，决定放大信号的增益值(gain magnitude)。最后，依据增益值放大信号。

本发明更提供一种多频带正交频分复用基频接收器。多频带正交频分复用(MultiBand-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，MB-OFDM)基频接收器(baseband receiver)包括射频模块(radio frequency module)、模拟至数字转换器(analog to digital converter，ADC)、符元边界侦测模块、以及自动增益控制(automatic gain control，AGC)模块。射频模块接收一射频信号以产生一模拟信号，并依据一增益值放大模拟信号。模拟至数字转换器转换模拟信号为一数字信号。符元边界侦测模块侦测数字信号的符元边界(symbol boundary)，以产生一符元边界信号。自动增益控制模块根据符元边界信号量测信号的强度以使得信号的补零区域(zero-padding section)的信号强度不会被量测，并依据量测信号得到的强度决定放大信号的增益值(gainmagnitude)，且产生表示增益值的一增益信号。其中射频模块依据增益信号以调整模拟信号的增益值。

本发明所述的多频带正交频分复用基频接收器及决定其信号增益的方法，信号强度可以得到精准的量测，而自动增益模块可以依据信号强度恰当地决定信号的增益值，而信号也可依据增益值被精确地放大。

附图说明

图1为正交频分复用符元于一多频带正交频分复用系统中进行传输的示意图；

图2显示多频带正交频分复用接收器所收到的前置信号的信号强度；

图3为依据本发明的多频带正交频分复用基频接收器的区块图；

图4为依据本发明的匹配滤波器(matched filter)的区块图；

图5为依据本发明的比较模块的区块图；

图6为依据本发明的比较模块另一实施例的区块图；

图7为依据本发明的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法的流程图；

图8为依据本发明的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法另一实施例的流程图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

图3为依据本发明的多频带正交频分复用基频接收器300的区块图。多频带正交频分复用基频接收器300包括天线302、射频模块304、模拟至数字转换器(analog to digital converter，ADC)306、自动增益控制(automatic gain control，AGC)模块308、符元边界侦测模块310以及基频处理器320。多频带正交频分复用发送器所发出的射频信号首先被射频模块304经由天线302接收，以得到一模拟信号。模拟至数字转换器306接着将模拟信号转换为数字信号。符元边界侦测模块310接着侦测数字信号的符元边界(symbol boundary)以产生一符元边界信号。自动增益控制模块308接着依据符元边界信号，以对于夹挤于符元边界中的数字信号的信号强度进行量测，以使数字信号的补零区域(zero paddingsection)的信号强度不会被量测到。自动增益控制模块308接着依据信号强度决定用以放大模拟信号的增益(gain)大小，并产生一增益信号以表示该增益值。当射频模块304收到增益信号后，便可依据增益值放大该模拟信号。

举例来说，若符元边界侦测模块310产生一符元边界信号，标示图2中符元212的起始边界204，则自动增益模块308可对数字信号出现于起始边界204之后的样本进行量测，以量测信号强度。如此，则补零字尾210的样本不会被量测到，而由于补零字尾未被量测，量测后所得到的信号强度可以变得十分精确。若自动增益控制模块308每次量测信号强度时均仅对符元边界内的信号样本进行量测，则可以借此精确地估测信号所需的增益值。因此，模拟信号将根据增益值而合适地被放大。

符元边界侦测模块310包括一匹配滤波器312及一比较模块314。匹配滤波器312将该数字信号的前置符元的样本与该前置符元的预设基底序列(predetermined base sequence)进行相关性(correlating)运算，以产生一匹配和(matched sum)。比较模块314接着将该匹配和所导出的值与至少一门槛值(threshold value)进行比较，以决定符元边界的位置。举例来说，匹配和所导出的值可以为该匹配和的绝对值。一旦侦测到符元边界，比较模块314便产生该符元边界信号，以标示出对应于符元边界的样本。于是，自动增益控制模块308可依据符元边界信号找出符元边界的位置。

图4为依据本发明的匹配滤波器400的区块图，匹配滤波器400为图3的匹配滤波器312的一实施例。匹配滤波器400包括第一延迟线(delay line)402、第二延迟线404以及基底序列暂存器(base sequence register)406。基底序列暂存器406用以储存前置符元的预设基底序列的样本，所述样本被信号发送端重复传送以作为该多频带正交频分复用信号的前置符元。该预设基底序列的样本数目假定为128个。同样的，第一延迟线402与第二延迟线404亦包含128个延迟单元(delay cell)以同时储存128个样本。多频带正交频分复用信号的前置符元假设包含一同相分量(in-phasecomponent)及一正交分量(quadrature component)。该同相分量被送至第一延迟线402，其中包含的每一延迟单元将该同相分量的样本延迟一样本区间(sampling period)。于是，第一延迟线402总共产生了128个延迟同相样本，所述延迟同相样本是由同相分量的样本分别被延迟1至128个样本区间而产生。举例来说，自延迟单元412、414及416输出的延迟同相样本分别被延迟了1、2及128个样本区间。另外，正交分量则被送至第二延迟线404，其中包含的每一延迟单元将该正交分量的样本延迟一样本区间。于是，第二延迟线404总共产生了128个延迟正交样本，所述延迟正交样本是由正交分量的样本分别被延迟1至128个样本区间而产生。举例来说，自延迟单元422、424及426输出的延迟正交样本分别被延迟了1、2及128个样本区间。

匹配滤波器400亦包括耦接于第一延迟线402与基底序列暂存器406的多个第一乘法器，例如乘法器442、444及446。每一第一乘法器耦接于第一延迟线402的一延迟单元与基底序列暂存器406对应于该延迟单元的一暂存器之间，分别将一延迟同相样本与一相对应的基底序列样本相乘以得到一同相相关性乘积(in-phasecorrelated product)。接着，自所述第一乘法器输出的所述同相相关性乘积被第一加法器448加总以产生该同相匹配和。同样的，匹配滤波器400亦包括耦接于第二延迟线404与基底序列暂存器406的多个第二乘法器，例如乘法器452、454及456。每一第二乘法器耦接于第二延迟线404的一延迟单元与基底序列暂存器406对应于该延迟单元的一暂存器之间，分别将一延迟正交样本与一相对应的基底序列样本相乘以得到一正交相关性乘积(quadraturecorrelated product)。接着，自所述第二乘法器输出的所述正交相关性乘积被第二加法器458加总以产生该正交匹配和。同相匹配和与正交匹配和共同组成匹配滤波器400所输出的匹配和。

图5为依据本发明的比较模块500的区块图。比较模块500为图3的比较模块314的一实施例。比较模块500包括一绝对值模块502及一比较器(comparator)504。绝对值模块502依据匹配滤波器输出的同相匹配和及正交匹配和以计算匹配和的绝对值。比较器504接着将该绝对值与一门槛值比较以决定是否符元边界于此点发生。举例来说，若由一样本计算出的匹配和的绝对值超过门槛值时，对应于该匹配和的样本即被认为是符元边界的对应点，而符元边界信号亦在此时被触发，以指示符元边界的发生。

图6为依据本发明的比较模块600的区块图。比较模块600为图3的比较模块314的另一实施例。比较模块600包括第一比较器602、第二比较器604、第三比较器606与第四比较器608。比较模块600并不进行绝对值的计算，而匹配滤波器输出的同相匹配和及正交匹配和皆有可能为正值或负值。此时若同相匹配和及正交匹配和超过一正的高门槛值或低于一负的低门槛值，对应于该同相匹配和或正交匹配和的样本被判定为符元边界。因此，第一比较器与第二比较器602及604将同相匹配和分别与高门槛值及低门槛值进行比较，以分别产生第一比较结果、第二比较结果。第三比较器与第四比较器606及608将正交匹配和分别与高门槛值及低门槛值进行比较，以分别产生第三比较结果、第四比较结果。比较模块600更包括或门612、614及616。或门612以第一比较结果及第二比较结果为输入信号，而或门614以第三比较结果及第四比较结果为输入信号。或门616接着对或门612及614的输出执行或(OR)运算，以得到该符元边界信号。因此，若该第一比较结果、第二比较结果、第三比较结果、第四比较结果其中之一为真时，符元边界信号便会被触发。

图7为依据本发明的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法700的流程图。多频带正交频分复用信号的符元边界首先于步骤702中进行侦测。若于步骤704中侦测到符元边界，则于步骤706中对于介于符元边界之间的多频带正交频分复用信号的信号强度进行量测，以使多频带正交频分复用信号的补零字尾不会被量测到。接着，于步骤708中依据多频带正交频分复用信号的信号强度决定放大多频带正交频分复用信号的增益值。最后，于步骤710中依据所决定的增益值放大多频带正交频分复用信号。方法700可以以更详细的步骤以实施多频带正交频分复用基频接收器的自动增益控制机制。

图8为依据本发明的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法800的流程图。方法800可被分割为4个阶段，其中第一阶段802与第二阶段804用来对信号的增益值进行粗调节，而第三阶段806与第四阶段808用来对信号的增益值进行细调节。每一阶段都可以运用方法700以进行增益的调节。假定自动增益控制模块可控制一低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)以及一可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)。低噪声放大器及可变增益放大器两者均可依据自动增益控制模块决定的增益值以对信号进行放大，但低噪声放大器的调节精细度(adjustingscale)较大而只能进行粗调，而可变增益放大器的调节精细度较小而可进行微调。因此，第一阶段及第二阶段同时采用低噪声放大器及可变增益放大器两者以放大信号至一大致可接受的程度，再于第三阶段及第四阶段仅运用可变增益放大器以对信号强度进行微调。

首先，自动增益控制模块于步骤854中等待多频带正交频分复用信号的包出现。当侦测到包号，信号于步骤856中被以一预设增益值进行放大。此信号放大的过程需时0.5ms，以使调整后的信号达到稳定状态。同样地，后续每次信号放大时皆需等待此一时间，以使信号达到稳定，才能对信号进行后续处理。接着进行第一阶段。首先于步骤812中等待符元边界的出现。接着，自动增益控制模块便可于步骤814中依据符元边界量测信号强度，以使信号的补零字尾不会被量测。接着于步骤816中衡量是否信号强度与一目标信号强度大致相吻合。若大致吻合，信号仅需进行微调，因此可直接进行第三阶段806。否则，信号需在步骤818中被放大。等到信号呈稳定，再进行第二阶段804，其中的步骤822、824、826、828均分别与第一阶段的步骤812、814、816、818相类似。

当放大后的信号呈稳定后，便进行第三阶段806。由于经过第一阶段或第二阶段的放大后信号强度已达到一大致可接受的程度，第三阶段及第四阶段仅运用可变增益放大器对信号强度进行微调。首先于步骤832中等待符元边界的出现。接着，自动增益控制模块便可于步骤834中依据符元边界量测信号强度，以使信号的补零字尾不会被量测。接着于步骤836中依据根据信号强度所决定的增益值运用可变增益放大器放大该信号。等到信号呈稳定，再进行第四阶段808，其中的步骤842、844、846均分别与第三阶段的步骤832、834、836相类似。经过该四个阶段后，信号已被恰当地放大，而自动增益控制模块可闲置直到包结束为止，然后在步骤854中继续等待下一包的出现，以进行新一轮对信号的放大过程。

本发明提供一种决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法。多频带正交频分复用基频接收器被加装一符元边界侦测模块，其可侦测前置信号的符元边界起点。信号强度将仅依据出现于符元边界起点后的样本进行量测计算，因此补零字尾区域的信号不会被量测。于是，信号强度可以得到精准的量测，而自动增益模块可以依据信号强度恰当地决定信号的增益值，而信号也可依据增益值被精确地放大。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

300：多频带正交频分复用基频接收器

302：天线

304：射频模块

306：模拟至数字转换器

308：自动增益控制模块

310：符元边界侦测模块

312：匹配滤波器

314：比较模块

320：基频处理器

400：匹配滤波器

402、404：延迟线

406：基底序列暂存器

442、444、446、452、454、456：乘法器

448、458：加法器

500、600：比较模块

502：绝对值模块

504、602、604、606、608：比较器

612、614、616：或门

Claims (14)

1.一种决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，包括下列步骤：

侦测一信号的符元边界，其中该符元边界标示出该信号的一前置信号符元的起点；

根据该符元边界，量测该信号的强度，使得该信号的一补零区域的信号强度不会被量测；

依据量测该信号得到的该强度，决定放大该信号的增益值；以及

依据该增益值放大该信号。

2.根据权利要求1所述的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，该符元边界标示出该信号的该前置信号符元的开端，而该信号的强度是以该信号出现于该符元边界之后的样本进行量测。

3.根据权利要求1或2所述的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，该符元边界的侦测包括下列步骤：

将该信号的该前置信号符元与该前置信号符元的预设基底序列进行相关性运算，以产生一匹配和；以及

比较该匹配和所导出的值与至少一门槛值，以决定该符元边界的位置。

4.根据权利要求3所述的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，该信号包含一同相分量及一正交分量，而该匹配和包含分别对应于该同相分量及该正交分量的同相匹配和及正交匹配和。

5.根据权利要求4所述的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，该前置信号符元与该预设基底序列所进行的相关性运算包括下列步骤：

延迟该前置信号符元的该同相分量1至n个采样周期以得到多个延迟同相样本，其中n为该预设基底序列包含的样本数目；

延迟该前置信号符元的该正交分量1至n个采样周期以得到多个延迟正交样本；

将所述延迟同相样本分别与该预设基底序列中对应的样本相乘，以得到多个同相相关性乘积；

将所述延迟正交样本分别与该预设基底序列中对应的样本相乘，以得到多个正交相关性乘积；

将所述同相相关性乘积加总以得到该同相匹配和；以及

将所述正交相关性乘积加总以得到该正交匹配和。

6.根据权利要求4所述的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，该符元边界的位置的决定更包括下列步骤：

根据该同相匹配和与该正交匹配和，计算该匹配和的绝对值；以及

比较该匹配和的该绝对值与一门槛值，以决定该符元边界。

7.根据权利要求4所述的决定多频带正交频分复用基频接收器的信号增益的方法，其特征在于，该符元边界的位置的决定更包括下列步骤：

比较该同相匹配和与一高门槛值，以得到第一比较结果；

比较该同相匹配和与一低门槛值，以得到第二比较结果；

比较该正交匹配和与该高门槛值，以得到第三比较结果；

比较该正交匹配和与该低门槛值，以得到第四比较结果；以及

若该第一比较结果、第二比较结果、第三比较结果或第四比较结果其中之一为真，便致能一符元边界信号，其中该符元边界信号表示该符元边界的侦测结果。

8.一种多频带正交频分复用基频接收器，包括：

一射频模块，接收一射频信号以产生一模拟信号，并依据一增益值放大该模拟信号；

一模拟至数字转换器，耦接至该射频模块，转换该模拟信号为一数字信号；其特征在于，

一符元边界侦测模块，耦接至该模拟至数字转换器，侦测该数字信号的符元边界，以产生一符元边界信号；以及

一自动增益控制模块，耦接至该射频模块、该模拟至数字转换器及该符元边界侦测模块，根据该符元边界信号量测该信号的强度以使得该信号的一补零区域的信号强度不会被量测，并依据量测该信号得到的该强度决定放大该信号的增益值，且产生表示该增益值的一增益信号；

其中该射频模块依据该增益信号以调整该模拟信号的增益值。

9.根据权利要求8所述的多频带正交频分复用基频接收器，其特征在于，该符元边界标示出该数字信号的前置信号符元的开端，而该自动增益控制模块是以该数字信号出现于该符元边界之后的样本进行量测该数字信号的强度。

10.根据权利要求8或9所述的多频带正交频分复用基频接收器，其特征在于，该符元边界侦测模块包括：

一匹配滤波器，耦接至该模拟至数字转换器，将该数字信号的前置信号符元与该前置信号符元的预设基底序列进行相关性运算，以产生一匹配和；以及

一比较模块，比较该匹配和所导出的值与至少一门槛值，以决定该符元边界的位置，并据此产生该符元边界信号。

11.根据权利要求10所述的多频带正交频分复用基频接收器，其特征在于，该数字信号包含一同相分量及一正交分量，而该匹配和包含分别对应于该同相分量及该正交分量的同相匹配和及正交匹配和。

12.根据权利要求11所述的多频带正交频分复用基频接收器，其特征在于，该匹配滤波器包括：

一第一延迟线，延迟该前置信号符元的该同相分量1至n个采样周期以得到多个延迟同相样本，其中n为该预设基底序列包含的样本数目；

一第二延迟线，延迟该前置信号符元的该正交分量1至n个采样周期以得到多个延迟正交样本；

一基底序列暂存器，储存该预设基底序列的多个基底序列样本；

多个第一乘法器，耦接至该第一延迟线及该基底序列暂存器，将所述延迟同相样本分别与对应的所述基底序列样本相乘，以得到多个同相相关性乘积；

多个第二乘法器，耦接至该第二延迟线及该基底序列暂存器，将所述延迟正交样本分别与对应的所述基底序列样本相乘，以得到多个正交相关性乘积；

一第一加法器，耦接至所述第一乘法器，将所述同相相关性乘积加总以得到该同相匹配和；以及

一第二加法器，耦接至所述第二乘法器，将所述正交相关性乘积加总以得到该正交匹配和。

13.根据权利要求11所述的多频带正交频分复用基频接收器，其特征在于，该比较模块包括：

一绝对值模块，耦接至该匹配滤波器，根据该同相匹配和与该正交匹配和，计算该匹配和的绝对值；以及

一比较器，耦接至该绝对值模块，比较该匹配和的该绝对值与一门槛值，以决定该符元边界。

14.根据权利要求11所述的多频带正交频分复用基频接收器，其特征在于，该比较模块包括：

一第一比较器，比较该同相匹配和与一高门槛值，以得到第一比较结果；

一第二比较器，比较该同相匹配和与一低门槛值，以得到第二比较结果；

一第三比较器，比较该正交匹配和与该高门槛值，以得到第三比较结果；

一第四比较器，比较该正交匹配和与该低门槛值，以得到第四比较结果；以及

一或门，耦接至该第一比较器、第二比较器、第三比较器、及第四比较器，于该第一比较结果、第二比较结果、第三比较结果或第四比较结果其中之一为真时致能该符元边界信号，其中该符元边界信号表示该符元边界的侦测结果。

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