TW200814658A - Receiver for use in wireless communications and method of operation of the receiver - Google Patents

Description

200814658 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種在無線通信中使用之接收器及其操作方 法。特別是，本發明有關一種直接轉換接收器，其藉由調 變信號的同相位⑴與正交相位（Q)分量的形成及使用而解 調變一頻率調變（FM)射頻（RF)信號。 【先前技術】 利用直接轉換架構以翁測一接收信號的同相位⑴與正交 相位（Q)分量的傳統FM無線接收器會經歷非最理想的性 能。首先’此接收器在mQ分量間會發展相對的相位與振 幅誤差。在此稱為"相位誤差，，的相對相位誤差、與在此稱 為振巾曰決差”的相對振幅誤差有時整個稱為"正交不平衡” 誤差。此外，接收器硬體可引用在分量直流（dc)偏移 誤差的每—者。例如，此誤差可能由使用在頻率下行轉換 的本地振盡器所產生的放射線、及由接收器的放大器中的

不平衡所引起。這些全部誤差會導致接收器所產生之結果 輸出信號’例如-音頻信號的失真。失真對於使用^ 法接受的。 、、 程序在U技術係已知用於估計前述_分量的 同誤差。已發現這些程序在某些條件下可能不正確。此 外，已知的程序可能取決於接收⑽信號的調變特性 取決於需要㈣及校正在接收信號之載體頻率、與獲得作 號而㈣用的-本地振盪器信號頻率之間的任何頻 誤差。這些相依關係會增加接收器的處理複雜度。 120329.doc 200814658 【發明内容】 根據本發明的一第一觀點，提供如文後請求項1之一無 線接收器。 根據本發明的一第二觀點，提供如文後請求項16之一操 作方法。 在將祂述的本杳明具體實施例中，一新改良程序係用來 估計前述I分量與Q分量誤差之至少一者。稍後將描述透過 新程序獲得的效益。 現將經由麥考附圖的範例加以描述本發明的具體實施 例0 【實施方式】

圖1顯不具體實施本發明的一說明性RF直接轉換接收器 100。一外來（incoming)接收頻率調變RF信號x(t)係經由一 輸入路徑101傳遞。來自輸入路徑1〇1的分枝連接1〇3、1〇5 係分別引導到兩通道，即是一〗通道110與一Q通道112。接 收信號x(t)的一同相位或”][”分量是在J通道11〇中產生及處 理。接收信號x(t)的一正交相位或” q”分量是在Q通道112中 產生及處理。混波器1〇7、109係分別包括在〗通道11〇與Q 通道112中。一本地振盪器lu可產生具有與該接收][11?信號 χ(〇之載體頻率相同頻率的一參考信號。參考信號的一第 一分量係直接施用到混波器1〇7，其中該第一分量係與該 接收RF信號x(t)相乘。參考信號的一第二分量係施用到一 相移器113以使參考信號的相位偏移。來自相移器丨丨3的一 相移輸出信號係施用到混波器109，其中其係與該接收RF ^O329.d〇( 200814658 信號X(t)相乘。相移器113與混波器1〇7和1〇9組合是要在分 別施用到混波器⑽和⑽的參考信號分量之間形成單位增 益的90度相位移。實際上，產生略微不同於90度的相位 矛夕此係90+〇：度，其中α是可為一正或負值的誤差。誤 差α會導致前述的相位誤差。相位誤差係如分別幻通道 11G與Q通道112中的混波器1()7和1()9輸出所提供信號之間 . 的一相位不平衡。 () @ I ’貫際上’略微不同於單位增益的-增益係例如透 it混波器107和109的不相等增益形成。可能具有超過或低 於單位乓&值的增盈會產生前述的振幅誤差。振幅誤差係 如分別在I通道11 〇與Q通道丨i 2中的混波器i 07和i 〇9輸出所 提供信號之間的一振幅不平衡。 此外，接收器100可產生一剩餘〇(：：偏移，其可例如透過 硬體組件的操作而造成，特別是本地振盪器丨i丨及有關下 述低通濾波為11 5、11 7的主動組件（未在圖顯示）。此偏移 〇 會在分別透過1通道uo與Q通道112中的混波器107和109之 每一者的輸出所提供的信號中產生前述之Dc偏移誤差。 這些誤差在此係分別稱為一 1 DC誤差，，與一”q Dc誤差，，。 - 來自混波态107的一輪出信號係經由一低通濾波器11 5傳 • 遞，以產生一濾波輸出同相位分量I(t)。來自混波器1〇9的 一輸出信號係經由一低通濾波器i 17傳遞，以產生一濾波 輸出正交相位分量Q(t)。 透過低通濾波器115傳遞的濾波輸出分量j(t)係透過一連 接119取樣，且透過低通濾波器（LPF)117傳遞的濾波輸出 120329.doc 200814658 Ο Ο 分量⑽係心-連接121取樣。透料接119和⑵所獲得 的個自取樣信號係如同個自輸入而提供給—振幅叶 處理器123。處理器123操作可估計有關於分量I(t)_⑴的 振幅誤差。處判123的操作«將更詳細料。透過處 理器123產生的輸出信號是—振幅誤差校正㈣，其指示 透過振幅誤差所造成的—估計增益倒數值。此校正信號係 經由-連接125而施用到一振幅修改器127，因此修改正交 分量Q(t)的振幅，以消除振幅誤差。 透過低通濾'波器115傳遞的遽波輸出分量I(t)係進一步藉 由-連接122取樣，以形成—z Dc誤差估計處理器以的一 輸入。處理器124操作係估計在運用至其的濾波分量ι⑴中 的I DC誤差。透過低通遽波器117傳遞的渡波輸出分量⑽ 係透過《接126取# ’以形成一Q Dc估計處理器⑶的 :輸入。處理器128操作係估計在運用至其的濾、波輸出分 里Q⑴中的Q DC誤差。處理器124和n8之每一者可產生如

同輪出的杬正信號’其可抵消在施用分量中的估計DC 块差。因此，如果透過該等處理器124和i28之一所估計的 %誤差是+E微伏特’該處理器可產生微伏特的沉校正 L唬。來自處理器124的DC校正信號係經由一連接13〇而 加入分夏i(t)。來自處理器128的1)(：校正信號係經由一連接 132而加入分量q⑴。 透過低通濾波器115傳遞的濾波輸出分量I(t)係進一步藉 由一連接131取樣，且透過低通濾波器117傳遞的濾波輸出 刀里Q(t)係進一步藉由一連接129取樣。透過連接129和丨31 120329.doc -10- 200814658 後得的取樣信號係當作個自輸入而提供給—相位誤差 處理器133。處理器133操作係估計前述的相位誤差。來自 處理⑽3的一輪出信號是一相位校正信號，其表示施用 給分量Q⑴以取消估計相位誤差所需的相位調整值。透過 處理器133產生的相位校正信號係經由連接134而施用到一 相移器！37。該相移器137係經由在在Q通道ιΐ2中包括的一 連接135而連接到低通濾'波器117。因此在通過連接126、 132和129之後’相移器137在渡波輸出分量q⑴的路徑中。 杈正振幅誤差與q Dc誤差的濾波正交分量卩⑴係經由連 接135而施用到相移器137。相移器137藉此施用一相位調 整，以取消透過處理器133所估計的相位誤差。來自相移 器U7的一輸出信號係施用到一處理器139，該輸出信號係 對應到用於校正相位誤差、以及振幅誤差與Q dc誤差之 Ο Ο 正父分董Q(t)的形式。對應到如透過低通濾波器ιΐ5輸出與 校正I DC誤差的濾波同相位分量I(t)的信號亦可如同一輸 入經由在I通道110中包括的一連接141而施用到處理器 139 〇 處理器139可從其個自輸入而計算分量q⑴的目前值除 以分量I(t)的目前值之商數(^t)/I(t)，並將代表計算結果之 k唬供應給進一步處理器143。處理器143可計算透過從處 理器139供應的輸入信號所代表商數的arctangent(arctg) 值。來自處理器14 3的輸出信號係施用到進一步處理器 145 ’以計算有關處理器145輸入信號之時間t、d/dt的差。 最後’代表處理器145所計算之差的一輸出信號係從處理 120329.doc -11 - 200814658 器⑷施用到-音頻輸出147。音頻輸出147包括例如1 揚聲器的一轉換器（transdu 曰' 自處理器⑷的—輪出…換；-子㈣式將來 鞔出b唬轉換成一音頻信號’例如达立 :纽。處理器—3和145與音頻輸出147的操作本 是已知。 、 在圖1的接收器1 〇 〇中 播用士 … 中轭用杈正化號以分別補償振幅誤 人相位块差的振幅修改器127與相移器137位在Q通道⑴

C Ο 2 ’以將適#的校正施用到正交分量Q⑴。熟諳此技術者 :明白，振幅修改器127及/或相移器137係交替幻通道⑽ 中’以將校正施用到同相位分量I⑴。在此情況中，當 然’所施用的校正是不同的。 I職差估計處理e124、QDC誤差估計處理器128、 辰幅誤差估計處理器123、與相位誤差估計處理器133在圖 1中以個別的處理器顯示 '然 此 二慝理态的兩或多個 二…匕可組合成單-處理器。此是在圖2顯示的修改 =咐描述，其中與圖丨的零件相同的零件具有相同 : 子。為了簡化，接收器200的所有部件並未皆在 在接㈣辦，透過低通濾波器ιΐ5傳遞的遽 目位)刀里1⑴、與透過低通濾波器117傳遞的濾波 = 位）分量Q⑴係分別透過單一對連接201、203而取 樣。在此稱為，，分I ν π这σσ、卜

八旦 S早複數）的取樣1分量I(t)與取樣Q 瞀j Q()之每I係傳遞給單—誤差校正處理器2G5，以計 =述I DC誤差、Q此誤差、相μ胃m -者的個別值。來自處理器205的連接2〇9將—輸出振幅校 120329.doc -12 - 200814658 正信號從處理器205傳遞給振幅修改器127，以施用一振幅 調整信號，其可取消透過處理器205所估計的振幅誤差。 在連接141上，從處理器205到I通道11〇的連接211將一 DC 校正信號傳遞給I通道11 〇，以取消透過處理器2 〇 5所計算 的I DC誤差。在連接135上，從處理器205到Q通道112的連 接213將一 DC校正信號傳遞給Q通道112，以取消透過q處 理器2〇5計算的Q DC誤差。來自處理器205的一連接21 5將 相位权正#號傳遞給相移器1 3 7，以使相移器13 7施用一 相位調整，以取消透過處理器205所估計的相位誤差。 ϋ 圖1接收器100的處理器124、128、123、133之每一者、 與圖2接收器200的處理器205係施用一操作方法以具體實 施本發明，包括使用在誤差估計的一新程序。圖3係具體 實施本發明的一方法3〇〇之一流程圖，其係描述新程序的 使用。最初，假設Ϊ DC誤差或Q Dc誤差係透過方法3〇〇估 計。估計相位誤差與振幅誤差的方法調適性稍後將描述。 在一步驟301中’ 1分量或Q分量的待處理分量係以-已知 方式形成離散的連續量化取樣。形成取樣率可在—萬與三 萬個離散取樣之間’例如每秒有兩萬個取樣。在—步驟 303中’可達成包含離散量化取樣的目前資料 查。有效性檢查可決定資料在箱德^ ^ 性杈 J伏疋貝抖在稍後一步驟309的使用 2。有效性檢查的目的是要決定在此㈣緩衝期間是否 ^h虎品質值（例如接收信號強度指示（r s s z)值 如果有此一突變，因為基於此資粗的 疾差估計將提供一不確 、/、、 隹π果，所以貧料不是有效的。 120329.doc 200814658 用於在步驟303之有效性檢查使用的一程序之詳細範例稍 後將參考圖5描述。在一步驟3〇5中，其完成接著步驟 中資料是有效的一指示：一區塊資料可例如藉由以一已知 方式，使用包含離散取樣的資料將一緩衝器儲存裝置填滿 而形成。資料區塊的大小可依欲估計的誤差而選定。對於 誤差或QDC誤差的估計而言，區塊可具有〜個離散取 樣，其中11丨是在300與700之間的數值，例如512(29)。 f Ο 在步驟307中，接收信號x(t)的信號品質是以已知方式測 ®。測量的信號品質值可為接收信號x(t)的接收信號強度 指示（RSSI)及信號雜訊比（S/N)。在步驟3〇9中，用於估計 分量取樣區塊值的程序可依在步驟3〇7中測量的信號品質 值而選擇。區塊值是在步驟3〇5中形成每一資料區塊的代 表值。在可能於步驟309選擇的第一程序（在此稱為 ”MAX/ΜΙΝ”）中，可找到資料區塊的離散量化取樣的^ 與最小值。區塊值然後可透過一起加上最大與最小值，及 除以2而求得。在可能於步驟謝選擇的第二程序（在此稱 ^"MEAN，’）中，在資料區塊中的所有量化取樣值係全部加 總，以產生一區塊總數值。區塊總數值然後除以在資料區 塊中:量化取樣數量，以找到當作區塊值使用的-平均 值。、第f程序大致接近找出一相對於區塊時間的積分，然 "、 積刀的平均數。如稍後描述，發現到當接收信號 X⑴的口口質良好時，第一程序的使用可提供區塊值估計的 f精確結果。因為第一程序不容易定義雜訊出現的最大與 取J值（雜騎準係與信號位準類似），所以當接收信號的 120329.doc -14 - 200814658 品質不良時，第一程序便不適 / 週用如下所述，當信號品質 係不良時，第二程序可提供鉍 、 /、季乂仏的結果，如此而使用第二 程序。 特別是，當RSSI超過（較佳於、〇c 丄 ^ 彳於）-95 dBm(在50歐姆射頻 (RF)系統，低於丄毫瓦的95分 .^ ^ 、 刀只）時，第一程序可提供較好 結果。或者，當S/N值大於3 5分目士 十 刀貝日守，弟一私序可提供較 好結果。步驟309產生”1，，輪山主- 土 1勒出表不步驟309選擇第一程 Ο Ο 序，或者是產生，，2"輸出表示步驟3()9選擇第二程序。 如果步驟3 0 9產4 ” 1，，化山 , 生1輸出，則隨後執行步驟3 11，其中 分重的區塊值係使用前述第一 ^ 柱序進灯估计。如果步驟 3 09產生’’2’’輸出，|1|鸣銘4^/ y Κ貝後執行步驟313，其中分量的區塊 值係使用前述第二 昂一私序進仃估計。在步驟3 1 5中，誤差係 使二透過步驟311或步驟阳估計的區塊值進行估計。誤差 疋刖述1 DC祆差與Q 〇。誤差之-，且步驟315係以一已知 方式進仃估计。稍後將描述實現不同誤差估計的計算程 範例。 最後在步驟3 1 7中，_校正信號係施用以取消如前述 的已估計IDC誤差或QDC誤差。 夂在估什相位誤差或振幅誤差的情況，係使用纟法3〇〇的 I改幵y式，其中在施用步驟3 1 1或步驟3 1 3之前，在步驟 J 〇5形成貝料區塊的資料係進-步處ί里，以形成-進-步 資料區塊。因此，牛 , ν驟3 11和3 13係施用到來自I或Q分量取 樣區塊的進一步歩& & 爽理所取得的資料區塊。稍後將描述進一 步處理的說明性範例。在估計的誤差是相位誤差的情況， 120329.doc 200814658 Ο

在步驟305形成的初始資料區塊可能具有〜個離散取樣， 其中h是在1〇00與3〇〇〇之間的數值，例如2〇48(2ll)。在估 計誤差是振幅誤差的情況，在步驟305形成的初始資料區 塊可能具有〜個離散取樣’其中〜是在3〇〇〇與5〇〇〇之間的 數值，例如4096(212)。步驟307到315係再次施用於相位與 振幅誤差估計。在步驟317中用來估計相位誤差的誤差估 計可以例如不同於使用在Ϊ DC或Q DC誤差估計（稍後描述） 的一已知方式加以實現。在步驟317中用來估計振幅誤差 、吳差估J 了以例如稍後描述的不同於使用在I 或q DC誤差及相位誤差估計的一已知方式加以實現。 圖4顯示一處理器400功能單元，其是圖2處理器2〇5的範 例，其係描述同時估計i Dc誤差、Q DC誤差、相位誤差 與振幅誤差之每一者的方法3〇〇應用。在圖4中，一輸入接 收信號X⑴的！分量！⑴與q分量Q⑴係透過前面參考圖2描述 的連接2〇1和203予以個別取樣。工分量j⑴最初係透過以已 二口方式操作的-！量化器他而以已知方式分成離散的連續 里化取樣。這些取樣在此稱為”工資料，，。同樣地，〇分量 Q⑴最初係透過一 Q量化器4〇3而分成離散的連續量化取 樣。這些取樣在此稱為，，„料”。例如，透過使用每秒大 :兩萬取樣的量化取樣的速率’用來形成1資料與Q資料之 母—者的每個量化取樣大柯為大約5G微秒。 」量。化器術係並聯連接1，並將z資料提供給叫有效性 緩衝器4 0 5、一 I 〇 C眘祖經仏μ 413盘一Τ4 4綾衝益411、-1相位資料緩衝器 ”一！振幅（放大）資料緩衝器415的每一者。同樣地，q 120329.doc -16- 200814658 里化器403係並聯連接至，並欠 ,,po 、Q負料提供給一 Q有效^ι：煙 衝裔407、一 Q £>c資料緩衝器 、、、 419與一 Q振幅（放大）資料緩衝器οι。 緩衝器 405、407、411、： 去心入· 413、415、417、419 和 421 之每 一者係包含一暫時儲存梦罢 ^ 母 存虞置，用以健存加人至其的資料。 這些緩衝器之每一者具有苴 _ 六旦 /、八，、存的1資料或Q資料的最大 合里。I有效性緩衝器405盥〇右埒# ^ & 曰 有效性緩衝器407之每一者的 Ο ϋ 最大谷s可例如為256個量 n nr_ 里化取樣。1 Dc資料緩衝器411盥 Q DC貧料緩衝器417的最 - 、 取人备里可為例如5 12個量化取 樣。I相位資料緩衝器413盥〇 旦 相位身料緩衝器41 9的最大容 量可為例如2048個量化取样。Τ4ε ^ 一一 化取樣1振幅資料緩衝器415與Q振 幅資料緩衝器42 1的最大容量可為# 里Τ為例如4096個量化取樣。 當缓衝器405、術、411、化、4l5、4i7、4i9和似之 母一者的容量已滿時，資料在其提供作為τ或⑽料之取樣 區塊形式輸出的資料區塊大小等於在已產生區塊的緩衝琴 中儲存的最大量化取樣數量。每—緩衝器然後接收進一步 輸入資料直到其再次被填滿等等。 。。來自I有效性緩衝器405的Ϊ資料區塊與來自Q有效性緩衝 器7的Q i料區塊係傳遞給一有效性檢查器4〇9。有效性 檢查器409操作可判斷其接收的叫資料是否有效，此在 於沒有振幅（信號品質）突變發生。有效性檢查器彻的操作 稍後將參考圖5更詳細描述。 如果有效性檢查器409判斷其檢查的資料區塊係有效 的，其便允許來自I量化器301的檢查j資料區塊加入緩衝器 120329.doc -17- 200814658 411、413、415中，且來自Q量化器4〇3的檢查Q資料區塊 加入緩衝器417、41 9和421中。因此，資料加到緩衝器 411、413、415、417、419和421中對於有效性檢查器4〇9 係附有條件的’ 允許增力〇每一給定檢查資料區塊。如果 有效性檢查器409判斷其檢查的資料區塊不是有效的，其 便停止I資料的對應區塊從I量化器301加到緩衝器411、 4 13、41 5，並停止Q資料的對應區塊從Q量化器4〇3加到緩 () 衝器417、419和421。當有效性檢查器409允許時，資料會 1 持續加到緩衝器411、413、415、417、419和421的每一 ^ 直到每一緩衝器容量已滿。每一緩衝器然後提供當作一資 料區塊輸出的資料，並開始重新填滿等。 I DC資料緩衝器411係連接到一I Dc估計程序選擇器 423 ’其中當I DC資料緩衝器411容量已滿時，j Dc估計程 序選擇器423可供應-1資料區塊。I相位資料緩衝器413係 連接到一1相位估計程序選擇器425，#中當J相位資料緩衝 Ο 器413容量已滿時，1相位估計程序選擇器425可供應一工資 料區塊。.！振幅資料緩衝器415係連接到—】振幅估計程序選 擇器427’其中當m幅資料緩衝器415容量已滿時，罐幅 .料程序選擇器427可供應―！資料區塊。QDC資料緩衝器 417係連接到一Q Dc估計程序選擇器❻，其巾當〇 π資 料緩衝器417容量已滿時’ Q DC估計程序選擇器429可供 應-Q資料區塊。Q相位緩衝器419係連接到—q相位估計 私序選擇益431，其中當q相位資料緩衝器419容量已滿 時，Q相位估計程序選摆哭Λ 斤k擇态431可供應一 Q資料區塊。Q振 120329.doc 200814658 幅資料緩衝器421係連接到一 Q振幅估計程序選擇器a]， 其中當Q振幅資料緩衝器421容量已滿日寺，Q振幅估計程序 選擇器433可供應一 q資料區塊。 選擇器423、425、427、429、431和433之每一者可為提 供給其的每一資料區塊選擇一程序，以用於估計資料區塊 的資料區塊值。選擇器423、425、427、429、431和433之 每一者係連接到一 RSSI測量器434(其可為處理器2〇5的外 部）。RSSI測量器434可以一已知方式測量一值，其是輸入 接收信號x(t)的接收信號強度指示（RSSI)之選擇器423、 425、427、429、43 1和433之每一者目前所接收的資料區 塊。目前測量的RSSI值是從RSSI測量器434提供給選擇器 423、425、42 7、429、43 1和433的每一者。取決於目前測 量的RSSI值，選擇器423、425、427、429、431和433之每 一者選擇前述定義的第一程序（ΜΙΝ/MAX)或第二程序 (MEAN)。因此，當測量的RSSI值超過（較佳於）一預定臨 界值時，選擇器423、425、427、429、43 1和433之每一者 可選擇弟一程序以實現一區塊值估計，且當測量的RS 值 不大於該預定臨界值時，選擇第二程序以實現一區塊值估 計。較佳係，該RSSI臨界值係-95 dBm(在50歐姆rf系統， 低於1毫瓦的95分貝）。 大體上，一不同臨界值可使用在選擇器423、425、 427、429、431和433之每一者，以判斷是否使用第一或第 二程序。然而，可合宜地使用一共臨界值。 I DC估計程序選擇器423係連接到一I DC誤差估計器 120329.doc -19- 200814658 435，並將I DC資料的每一區塊及其選擇用於估計對應資 料區塊值的程序指示—起傳遞給估計器435。卩DC估計浐 序選擇器429係連接到一q DC誤差估計器436，並將q % 資料的每一區塊及其選擇用於估計對應資料區塊值的程序 指示一起傳遞給估計器436。Ϊ Dc誤差估計器435與q dc 誤差估計器436之每—者係使用選定的程序來估計資料區

U 塊值，然後以一已知方式進行使用資料區塊值來估計dc 偏移誤差。I DC估計器435係將一j Dc校正信號的輸出提 供給連接211(圖2),且q DC估計器436係將一Q DC誤差校 正信號的輸出提供給連接213(圖2)。 例如’可使用如在2006年3月1 8曰所申請的英國專利案 號 GB 0505493.7，名稱 Receiver for receipt and demodulation of a fiequency modulated RF signal and a method of operation”中所述的程序而在j DC估計器435中估計I DC偏 移誤差，且此專利係同等於2006年2月26日所申請的國際 專利案號PCT/US06/06821，（在此係以引用方式併入本文 供參考）。該程序係使用基於下式關係的計算·· HW(I)dc__est = I [l(t)dt 方程式 1 其中HW(I)dc—est係欲估計的I DC偏移誤差。同樣地，Q DC偏移誤差可如在英國專利案號gb 0505493.7中所述’使 用基於下式關係的計算而在I DC估計器436中估計··

HW(Q)dc est 二— 一 T (Q(t)dt 方程式2 120329.doc -20- 200814658 其中HW(Q)dc一est係欲估計的q Dc偏移誤差。有關方程式 1與方程式2的第一程序與第二程序使用稍後將進一步分 析。

在圖4中的I相位估計程序選擇器425與Q相位估計程序選 擇器431係連接到一相位誤差估計器437，且選擇器‘乃和 431之每一者係傳遞每一資料區塊以及其選擇用於估計一 資料區塊值的程序指示。估計器437係使用其接收的資料 區塊來估計相位誤差值。結果，相位誤差估計器437產生 一輸出相位誤差校正信號，且其可經由連接215而傳遞給 相移器137(圖2)，以校正估計的相位誤差。 例如，相位誤差可如在英國專利案號GB-A-24i46〇9(其 整個内容在此係以引用方式併入本文供參考）中所述，透 過使用基於下式關係的計算而藉由估計器437估計： 方程式3 L — ΐ f1⑴Q⑴d卜了 f c〇s〇 + !)sin〇 -！)dt

Δ! Τ' I Jsin(2^)dt 飞 •sin〇) A2 ---~sin(^) 方程式4 其中L係向量内積，£係欲決定的相位誤差，$是已知為了 相位誤差計算目的之頻率調變信號，1是時間，T是使用的 積分時間（前述相位資料區塊的長度），及A係信號振幅。 藉由尋找L(s)絕對值的最小值可個別找到ε值。 如果相位誤差係如同在GB-A-2414609中所述而計算，該 估計器21 5形成用於在j相位資料區塊中的每一量化值 120329.doc -21- 200814658 开:tQ/:位貝料區塊中Q⑴的每-量化值的乘積，並藉此 二“固乘積值的一資料區塊。用於估計-資料區塊值 的遥擇程序然德％田丨 “、、 用到乘積值的資料區塊。向量内積L可 從資料區塊值獲得。 、 振/田私序遲擇器427與Q振幅程序選擇器州係連接到一 、次差估汁器439。選擇器427和433之每一者係傳遞每 Γ資料區塊以及其選擇用於估計-資料區塊值的程序指 Γ Λ 示。該估計器4SQ 。1 i 已知方式估計一振幅誤差值。結 果’該振幅誤差估計器439產生—輸出振幅誤差校正信 唬其係經由該連接209傳遞給振幅修改器127(圖2)，以校 正估計的振幅誤差。 J σ亥振巾田°吳差可如在已公開的英國專利案號GB-A~ 241 5 846(其整個内容在此係以引用方式併入本文）中所述， 透過使用基於下式關係的計算而估計： Ο

A /2 — (1 + 匀 f(l - c〇s(2p)dt 贩〜1+ 方程式5 其中α係振幅誤差，且其他符號係如前述定義。 如果振幅誤差係如在GB_A-2415846中所述透過使用前 述方程式5計算，該估計器439形成在一 1相位資料區塊中 I(t)的每一量化值平方及在Q相位資料區塊中Q⑴的每一量 化值平方的一值，並藉此形成個別平方值之每一者的資料 區塊。用於估計用於I資料的資料區塊值的選擇程序接著 120329.doc -22- 200814658 施用m⑴平方值的資料區塊。用於估計Qf料的—資料區 塊值的該選擇程序係施用到Q⑴平方值的該資料區塊。隨 後，透過使用方程式5,豸估計器439求得用於⑹平方值 之資料區塊的區塊值與用於Q⑴平方值之資料區塊的區塊 值之商數值，並從⑽求得該商數之平方根，然後^可 獲得。

圖5係圖4顯示的有效性檢查器4〇9之操作方法5〇〇流程 圖°在步驟5(H中’ ί資料區塊係從τ有效性緩衝器4〇5傳 遞在步驟503巾，¾料係分成兩向量（部分】和π。向 量乂_係分別在資料區塊的第一半部與第二半部中的 量化取樣。在步驟505中，可找到向量VI和V2的最大值 Vlmax和V2max，及最小值Vlmin#〇V2min。在步驟5〇7中，可 計^向量V1和V2的△值（Deha)。νι的綠Μ(⑽& ^㈣ 的取大值VU V1的最小值νι_之間的i。v2的△值 △2(Delta 2)係V2的最大值¥2_與v2的最小值ν2_之間的 差。在步驟509中，一演算法係施用來判斷！資料是否有 效。此可透過施用兩條件丨和2並判斷兩條件丨和2是否相符 而達成。條件1和2係如下所示而定義： 、 條件1 ·· △!的值在Τ2·Λ2的值與丁、八2的值之間，其中丁 2 和T1疋預定的乘數，且•係代表乘法運算；及 max的值之 i卞件2 . Vlmax的值在丁2以2丨贿的值與τι·ν2 間，其中Τ1和Τ2與•係如條件i。 研究而找 。對於50 用在施用條件1和2的T1和T2的適當值可透過 到，此係取決於在方法5〇〇中所使用的其他條件 120329.doc -23 - 200814658 祕秒的量化取樣長度與2 5 6量化取樣的有效性資料區塊而 言，典型值分別是0.96與1.04。 表示條件1和2是否兩者符合的步驟509所產生的信號係 將一輸入提供給步驟513。在步驟511中，類似在步驟509 中施用的演算法係施用到q資料，以判斷q資料是否有 效。步驟511係類似在步驟5〇1至5〇7的一些步驟（未在圖顯 示）之前發生。表示在步驟511中所施用的演算法是否發現

U Q資料是否為有效而於步驟511所產生的信號亦將一輸入提 供給步驟5 13。 ρ β "以=外τ 貝竹興y貫料是否如步 驟509和511的輸出所表示為有效。步驟513係在步驟515中 產生一 ”否，，輸出，以表示如果j資料與Q資料之一或兩者在 步驟5U中發現不是為有效的，I#〇Q資料便$效。步驟513 係在步驟519中產生一"是"輸出，以表示如果^資料與卩資 料之兩者在步驟513發現係有效的’ ί和Q資料為有效Y、 如果步驟5i3產生一"否"輸丨，表示步驟515的資料 是無效的，則會接著執行步驟517,纟中會產生一指示， 以表示已研究的無效資料區塊不加入緩衝器4il至421。如 果步驟513產生一，，是，，銓ψ 主一 μ 輸出，表不步驟519的I和Q資料是有 效的，則有效性檢查器 、 ^曰知唬，以表示已研究 的有效資料區塊加入緩衝器4〗丨至* 2工。 透過個別使用第_盥箆— 口 ，、弟一耘序之每一者，當接收的信號 口口貝大於預定臨界值時 f 使用在方法300步驟311中的第一 程序以具體實施本發 月的效血可透過實際的實驗、及/或 120329.doc -24- 200814658 透過數學分析、透過以纖的函數擬定誤差估計（或來自 一已知"吳差的估計誤差偏差）而證明。

Ο 為了要證明在振幅誤差估計中使用第一程序的效益，一 實際的實驗可如下列實現。已在具有已知特性的—接收哭 中研究一已知頻率調變信號的谓測，即是具750赫茲頻^ 偏i的一 67赫茲數位化專用線路亞音頻信號（在此稱為 "DPL/PL”）。使用在接收器中的接收信號之振幅誤差已知 為2%。透過使用8秒的資料分析時間，160,000個離散資料 取樣可分成具有4096個取樣長度的區塊。估計與該接收信 號的測量RSSI成函數的振幅誤差。前述第一與第二程序: 個別用來獲得使用在振幅誤差估計的區塊值。圖6顯示獲 得的結果。圖6係從以百分比為單位（基於振幅）測量的已2 振幅誤差的估計振幅誤差偏差、與以dBm為單位（在歐姆 RF系統，低於！毫瓦的分貝）測量的RSSI的比較圖6〇〇。理 想上，偏差應該是零。一垂直虛線6〇3所表示的_95犯㈤臨 界值可在低（不良）與高（良好）RSSI值之間區別。一曲線 係表示使用前述第一程序（ΜΙΝ/ΜΑχ)在低RSSI值的振幅誤 差偏差，且一曲線607係表示使用前述第二程序（1^£八州在 低RSSI值的振幅誤差偏差。曲線6〇7所表示的偏差係保持 接近零；然而，曲線605所表示的偏差對於低於臨界值6〇3 的RSSI值會不合意地快速上升。如此，對於Rssi值低於 (較差於）RSSI臨界值6〇3而言，第二程序（MEAN)T提供較 佳性志’並選擇使用在區塊值估計。一曲線丨係表示使 用前述第一程序（MIN/MAX)在高RSSI值的振幅誤差偏差， 120329.doc -25 - 200814658 曲線⑼2絲示使用前述第二程序（Μ·在高⑽值 的振幅誤差偏差。曲線⑷所表示的偏差係比曲線6〇2所表 :的偏差更接近零。如此’對於_值高於（較佳於卿！ 臨界值6G3而言，第—程序⑽Ν/ΜΑχ)可提供較佳性能， 並遥擇用於區塊值估計。

Ο 為了要示範在相位誤差估計中使用第—程序的效益，相 同已知的頻率調變信號係透過如前述的相同接收器㈣， 用於振幅誤差研究。在使用的接收器中的接收信號相位誤 差已知為4度。8秒的資料分析時間係再次用來提供 ΜΟ,ΟΟΟ個離散資料取樣，並分成具有2〇48個取樣長度的 區塊。使用前述與第二程序而個別估計與該接收信號 之測量RSSI成函數的相位誤差，以獲得使用在相位誤差估 計的區塊值。圖7顯示獲得的結果。圖7係從以度（。）為單位 測量的已知相位誤差的估計相位誤差偏差、與以dBm為單 位（在50歐姆RF系統，低於1毫瓦的分貝）測量的測量Rssi 的比較圖700。理想上，偏差應該是零。獲得的結果係類 似於圖6的曲線圖600中所繪出的振幅誤差估計之所獲得的 結果。一垂直虛線703所示的-95 dBm臨界值可在低（不良） 與南度（良好）RSSI值之間區別。一曲線$係表示使用前 述第一程序（MIN/MAX)在低RSSI值的相位誤差偏差，且一 曲線707係表示使用前述第二程序（MEAN)在低RSSI值的相 位誤差偏差。曲線707所表示的偏差係保持接近零，然而 曲線705所表示的偏差對於低於臨界值7〇3的RSSI值會不合 意地快速上升。如此，對於RSSI值低於（較差於）RSSI臨界 120329.doc -26- 200814658 值703而言，第二程序（MEAN)可提供較佳的性能，並選擇 使用在相位誤差決定中使用的區塊值估計。一曲線701係 表示使用前述第一程序（MIN/MAX)在高RSSI值的相位誤差 偏差，且一曲線702係表示使用前述第二程序（MEAN)在高 RSSI值的相位誤差偏差。曲線701所表示的偏差係比曲線 702所表示的偏差更接近零。如此，對於RSSI值高於（較佳 於）RSSI臨界值703而言，第一程序（MIN/MAX)可提供較佳 性能，並選擇使用於相位誤差決定中使用的區塊值估計。 當第一與第二程序係比較用於提供區塊值以估計DC誤 差時，再次顯示在低（不良）RSSI值處使用第二程序 (MEAN)比第一程序（MIN/MAX)更佳。然而，第二程序 (MEAN)會於高（良好）RSSI值產生較大的估計誤差。此可 依下列詳細分析。 前述方程式1可重新寫成如下所示： 丁 ψ HW(I)dc—est=|j I(t)dt=丄 J (HW(I)dc+Acos(2Ti/dsin(comt)))dt= 1 〇 ^ 〇 丁 HW(I)dc+^-J (Ι〇(2π/(1)+2 J Jk(2u/d)cos(2komt))dt= i Ο k=] HW(I)dC+AJ〇(2Ti/d) 方程式6 其中： J代表一 Bessel函數； k代表一 Bessel函數的階數； J〇代表零階Bessel函數（等於常數）； HW(I)dc係由於接收器硬體的真實idC偏移誤差； A係一接收信號的振幅；a具有與RSSI值的一已知比例； 120329.doc -27- 200814658 以赫兹為單位測量的 Λ係在一已知頻率調變信號中所使用 偏差頻率； 白勺角頻率（例如已知 係以母秒弧度測量的已知調變信號 的’’PL/DPL”音頻信號音）；及 T係積分時間。 前述的典型參數值可如下示應用·· HW(I)dc = 3xl(T3伏特； /d=75 0赫茲； J〇(2兀/d) = 8.2x 1(Γ3 〇 ，於-60 dBm 的 RSSI 值的 HW(I)dc

〜4些計算可看出，HW⑴dc_est 透過使用這些典型值，於· est(以伏特為單 9·8χ 10_3。而且： RSSI值的 HW(I)d 成為 HW(I)dc + 32 ^ 本質係與於-110 dBm的RSSI值的HW(I)dc相同；然而，於 Q -60 dBm的RSSI值的HW(I)dc—est係明顯不同於真實值 HW(I)dc。此於-60 dBlT^RSSI值的差異係從先前定義第二 程序（MEAN)的近似積分函數的使用而引起，以估計 ， HW(I)dC—est。然而，如果先前定義的第一程序（min/ MAX)係用來取代估計HW(I)dc一est，獲得的結果本質係與 HW(I)dc相同。當估計HW(Q)dc一est時，可獲得類似的結 果。圖8提供於高RSSI值的HWdc一est和HWdc的之發散性 圖形說明。 圖8係對於RSSI的高值而言，當出現0.005伏特的已知Dc 120329.doc -28- 200814658 偏：誤差時’以dBm為單位(在50歐姆RF系統，低於i毫瓦 ^ 、）的估°十DC6吳差與RSSI比較圖800。圖形8〇〇係使用 藉由^用在專利案號GB 0505493·7中所述Dc誤差計算程序 之數予刀析、及在耵述方程式6所摘述所獲得的結果而繪 出~二圖8的一曲線801係表示當使用前述第二程序（mean) 獲付區塊值時的獲得結果。一線條8〇3係表示〇·㈣伏特的 ⑯:⑽吳差（此可能是分量1⑴或分量Q(t)的誤差）。透過使 ζΛ 用4述平均程序所獲得的結果（ΜΙΝ/MAX)可提供實質與線 ； 條803相符的圖式。此可參考前述方程式6解釋如下。、:果 第-程序（ΜΙΝ/ΜΑΧ)係用來實現積分以獲得區塊值，既然 在方程式6的第二列上的其他項係彼此抵消，所以獲得的 結果只是HW⑴de。然而’如果使用第二程序（μεαν)，獲 得的結果係如同在方程式6第三列的聰⑴七+^^%)。 因此，對於超過-95 dBm的高（良好）RSSI值而言，估計的 DC誤差會如第二程序（MEAN)的曲線8〇1所示快速從〇 〇 伏特偏離，但是對於第一程序（ΜΙΝ/MAX)而言，實質上仍 是在線條803上，即是實質依然等於〇 〇〇5伏特。這些結果 可透過實驗證明而確認。 • 簡略地說，在此描述的本發明具體實施例允許廣泛動態 範圍之DC誤差、振幅誤差與相位誤差的精確估計。在： 描述的本發明具體實施例可在第一與第二程序中所使用的 兩相異演算法之間變換的能力（例如，在方法3〇〇的步驟 3 11和3 1 3)允許有獲得第一與第二程序之每一者的優點， 此係取決於接收的信號品質。此外，在本發明的具體實施 120329.doc -29- 200814658 例中’該誤差估計並非如先前技術取決於⑴接收信號 的调變特性、或（H)需要偵測及校正在施用以獲得信號的 接收信號之載體頻率與一本地振盪器信號之頻率之間的任 何頻率誤差。此會造成演算法收斂速度，即是速度到達快 於先前技術的誤差估計結果。 可能性。因此，，一 可能性 雖然本發明已從前述具體實施例的觀點描述，尤其是與 附Θ有關但疋無意要限制在此具體實施例中描述的特殊 形式。而疋，本發明的範圍只受文後申請專利範圍的限 制。在申請專利範圍中，術語，，包含"並未排除其他整數或 '〇存在另外，儘管已單獨列出，但是複數個構件、 元件或方法步驟可透過例如單―單元或處理器實施。此 外，儘管個別特徵可包括在不同申請專利項，但是，這些 以㈣組合’在不同請求項中的包括並未暗示特徵不; 饤，/或不利之組合。另外，單數參考並不排除複數個之 第 第一”等並未排除複數個之 Ο 圖式簡單說明】 圖1係具體實施本發明的-直接轉換㈣ 意圖 圖2係具體實施本發明的— 裔之方塊不意圖。 圖3係在圖！或圖2接收 ^ 處理器中的操作 圖 收器之方塊示 部分替代性直接轉換RF接 收 方法流程 的一處理器的說明性範 圖4係在該處理器中使用圖〕方法 120329.doc -3〇. 200814658 例之方塊示意圖。 圖5係在圖4處理哭的一咨极士 4 α认士 〇〇丄 σ°的 貝枓有效性檢查器中所使用的說 明性方法流程圖。 ° 圖6係相位誤差與接收信號強度指示（RSSI)的比較圖， 其描述當在圖3方法中施用相位誤差估計時Μ吏用—第— 誤差估計程序的效益，而不是使用―第二誤差估計程序。 圖7係振幅誤差與RSSU々比較圖，纟進一步說明當 圖3方法中的振幅誤差估計時，制―第_誤差估計程序 的效益，而不是使用一第二誤差估計程序。 圖8係DC誤差與RSSm比較圖，其係進一步說明當施用 圖3方法中的DC偏移誤差估計時，使用—第―誤差估計程 序:效&，而不是使用-用於高（好）RSSI信號雜訊比的第 一誤差估計程序。 【主要元件符號說明】 100 101 105 107 109 110 111 112 113 115 〇 接收器 輸入路徑 連接 混波器 混波器 I通道 本地振盪器 Q通道 相移器 低通濾波器 120329.doc 200814658 Ο 120329.doc 117 低通濾波器 119 連接 121 連接 122 連接 123 振幅誤差估計處理器 124 I DC誤差估計處理器 125 連接 126 連接 127 振幅修改器 128 Q DC誤差估計處理器 129 連接 130 連接 131 連接 132 連接 133 相位誤差估計處理器 134 連接 135 連接 137 相移器 139 處理器 141 連接 143 處理器 145 處理器 147 音頻輸出 200 接收器 DC -32- 200814658

201 連接 203 連接 205 誤差校正處理器 209 連接 211 連接 213 連接 215 連接 400 處理器 401 I量化器 403 Q量化器 405 I有效性緩衝器 407 Q有效性緩衝器 409 有效性檢查器 411 I DC資料緩衝器 413 I相位資料缓衝器 415 I振幅（放大）資料緩衝器 417 Q DC資料緩衝器 419 Q相位資料緩衝器 421 Q振幅（放大）資料缓衝器 423 I DC估計程序選擇器 425 I相位估計程序選擇器 427 I振幅程序選擇器 429 Q DC估計程序選擇器 431 Q相位估計程序選擇器 120329.doc -33 - 200814658 433 Q振幅程序選擇器 434 RSSI測量器 435 I DC誤差估計器 436 Q D C誤差估計器 437 相位誤差估計器 439 振幅誤差估計器 120329.doc -34-

Claims (1)

1. 200814658 十、申請專利範圍·· L -種無線接收器’其藉由一直接轉換程序而用 解調變一頻率調變射頻（RF)信號’該無線接收器包括： 通道，其用於產生及處理該接收信號的同相位與^交相 位分量’·及—處理器，其用以週期性估計該等同相：盘 ，父相位分量之至少一者的一誤差，及用以產生一信 唬，以調整該等同相位與正交相位分量之至少一者r 補償該估計誤差；其巾該處判可操作以交替施用㈣ 個不同程序之每一者以估計該誤差，該等程序包括一第 一程序，當該接收RF信號的一信號品質值超過—臨界值 時施用；及一第二程序，當該接收RF信號的—信二質 值未超過該臨界值時施用。 、 3. 2·如巧求項1之接收器，其包括一信號品質估計器，其可 卞作地耦合至该處理為、，以將該接收RF信號的目前信號 品質之一測量提供給該處理器，且該處理器可操作以回 應接收該測量，以選擇用於估計該誤差的一程序。 如^求項1之接收器，其中該信號品質估計器可操作以 測里該接收RF信號的一接收信號強度指示（RSS巧，且當 忒接收RF信號具有的一測量RSSI超過_95犯瓜（在5〇歐姆 系統，低於1宅瓦95分貝）的一 RSS]^fe界值時，該處理 器可操作以施用該第一程序。 如％求項1之接收器，其中該信號品質估計器可操作以 測量該接收RF信號的一信號雜訊比，且當該接收信號具 有的^號雜訊比之測量值大於一 35分貝信號雜訊比之臨 120329.doc 200814658 界值時，該處理器可操作以施用該第—程序。 5. m項1之接收器’其中該第一程序包括形成從該接 次、,“虎的一同相位分量或一正交相位分量所取得的-貝=散取樣區塊；估計該區塊的離散取樣的—最大值 及—最小值；及估計該等最大與最小值的-平均值。 6. :請求項!之接收器’其中該第二程序包含估計在從該 一：RF“虎的一同相位分量或一正交相位分量所取得的 貝枓取樣區塊中的所有離散取樣總數，並將該總數除 以在該區塊中的數個離散取樣。 7. :請求項5之接收器，其中該處理器可操作以藉由該第 紅序與該第：程序而交#估計從該接收灯信號的該同 2分量與該正交相位分量之每—者所取得的資料離散 取樣區塊的一區塊值。 8. 如請未们之接收器’其中該處理器可操作以估計該接 ㈣信號的該同相位分量或該正交相位分量的一職 Ο 移决差；及發出—信號，以提供用於補償該估計DC偏移 誤差的一調整。 9. 如凊求項8之接收器’其中該處理器在該第—程序或視 需要在該第二程序中可操作’以採用…個離散取樣的連 績區塊，其中ηι係在3〇〇與7〇〇之間的一數值。 10·如j求項1之接收器，其中該處理器可操作以估計一相 位j，其係由在該接收RF信號的該等同相位與正交相 二分量之間的一相位中相對差之誤差所組成；及發出一 “號’以提供用於補償該估計相位誤差的一調整。 120329.doc 200814658 11·如請求項10之接收器，其中該處理器可操作以為了h個 離散取樣的連續區塊的相位誤差估計採用，其中h係在 1000與3000之間的一數值。 12 ·如請求項1 〇之接收器，其中將用於相位誤差估計之第一 或第二程序施用至該取樣區塊，該取樣區塊包含該同相 位分量的離散取樣及該正交相位分量的對應離散取樣之 乘積的一取樣區塊。 13.

   14. 如請求項1之接收器，其中該處理器係操作以估計一振 幅誤差，其係在該接收RF信號的該等同相位與正交相位 分$之間的振幅中一相對比中的一誤差；及發出一信 號’以提供用於補償該經估計振幅誤差的一調整。 如請求項11之接收器，其中該處理器係操作以為了〜個 離散取樣的連續區塊的振幅誤差估計使用，其中h係在 3 000與5 〇〇〇之間的一數值。 Ο 15·如睛求項1!之接收器，其中該處理器係操作以藉由該第 一私序與該第二程序加以·交替估計從該接收信號的該同 相位分量與該正交相位分量之每—者的離散取樣所取得 的一資料區塊的一區塊值，其中該等區塊之每一者包含 該等離散取樣之值平方的一區塊。 & #月求項5之接收器，其中在該第一程序及選擇性在該 第一 序中，该等離散取樣係以在每分鐘一萬與三萬個 離散取樣之間的一速率形成。 、 17·如请求項1之接收器，其中該處理器係操作以施用一程 序以判斷代表包括在或轉換成該第一程序欲施用之一 120329.doc 200814658 資料區塊的離散取樣之資料是否在在該第一程序中係有 效使用。 18· —種在無線接收器中操作之方法，其藉由一直接轉換程 序而用以接收及解調變一頻率調變射頻（RF)信號，該方 法包括··產生一接收RF信號的同相位與正交相位分量； 週期性估計該等同相位與正交分量之至少一者的一古吳 差，及將一调整施用到該等同相位與正交分量之至少一 者’以補領$亥估计誤差，其中該誤差估計包括交替施用 複數個不同程序之每一者，該等程序包括：一第一程 序，當该RF接收^號的一信號品質值超過一臨界值時施 用；及一第二程序，當該RF接收信號的一信號品質值未 超過該臨界值時施用。 120329.doc