TWI533626B - 無線接收器以及無線接收方法 - Google Patents

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柳德政
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Description

無線接收器以及無線接收方法
本發明所揭露的實施例係相關於無線接收器，尤其係相關於一種能夠在單一射頻接收路徑以及雙重射頻接收路徑之間切換的無線接收器以及相關無線接收方法。
無線接收器，例如無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)接收器、長程演進技術(Ling-Term Evolution,LTE)接收器或是全球互通微波存取(Worldwide Interoperability Microwave Access,WiMax)接收器等，係利用射頻電路中的同相(In-phase)路徑和正交(Quadrature-phase)路徑來解調變，例如針對互補碼(Complementary Code Keying,CCK)或是正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)等調變方式進行解碼。一般來說，習知的無線接收器設計中會儘量的降低同相路徑和正交路徑中各自的元件的功率消耗，例如混頻器(Mixer)、低通濾波器(Low-pass filter)或是類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter,ADC)等元件。然而，元件的設計有其物理極限，因此上述的作法有時仍無法滿足某些產品(特別是行動裝置)對於低功耗的要求。因此，本領域亟需一種能夠有效地降低功耗的新穎設計。
本發明的目的之一係在於提供一種能夠在單一射頻接收路徑以及雙重射頻接收路徑之間切換的無線接收器以及相關無線接收方法。
依據本發明一示範性實施例，提出一種無線接收器，用來接收一輸入射頻訊號並輸出一基頻解碼訊號，包含有一射頻接收單元以及一基頻接收單元。其中該射頻接收單元包含有一第一路徑以及一第二路徑，其中該第一路徑係用來接收該輸入射頻訊號，並產生一第一基頻輸入訊號，該第一路徑包含有一第一濾波器；該第二路徑係用來接收該輸入射頻訊號，並產生一第二基頻輸入訊號。該基頻接收單元係用來接收該第一基頻輸入訊號以及該第二基頻輸入訊號，以及產生該基頻解碼訊號。其中該第一、第二路徑之一係為一同相路徑，以及該第一、第二路徑之另一係為一正交路徑；當該射頻接收單元操作於一第一模式時，該射頻接收單元僅使用該第一、第二路徑中的該第一路徑來接收該輸入射頻訊號，且該第一濾波器的一頻寬係大於該輸入射頻訊號中的一無線封包的一頻寬。
依據本發明另一示範性實施例，提出一種無線接收方法，用來接收一輸入射頻訊號並輸出一基頻解碼訊號，包含有：使用一射頻接收單元中的一第一路徑來接收該輸入射頻訊號，並產生一第一基頻輸入訊號，該第一路徑包含有一第一濾波器；使用該射頻接收單元中的一第二路徑來接收該輸入射頻訊號，並產生一第二基頻輸入訊號；以及使用一基頻接收單元來接收該第一基頻輸入訊號以及該第二基頻輸入訊號，以及產生該基頻解碼訊號；其中該第一、第二路徑之一係為一同相路徑，以及該第一、第二路徑之另一係為一正交路徑；當控制該射頻接收單元操作於一第一模式時，僅使用該射頻接收單元之該第一、第二路徑中的該第一路徑來接收該輸入射頻訊號，且該第一濾波器的一頻寬係大於該輸入射頻訊號中的一無線封包的一頻寬。
本說明書中的實施例能夠在閒置狀態下降低接收器的功耗，進而降低整體功耗；除此之外，在接收狀況並非惡劣的情況下，亦可以全時地降 低接收器的功耗。
100‧‧‧無線接收器
102‧‧‧射頻接收單元
104‧‧‧基頻接收單元
1022‧‧‧低雜訊放大器
1024‧‧‧同相路徑
1026‧‧‧正交路徑
10242‧‧‧第一混頻器
10262‧‧‧第二混頻器
10244‧‧‧第一低通濾波器
10264‧‧‧第二低通濾波器
10246‧‧‧第一類比數位轉換器
10266‧‧‧第二類比數位轉換器
500‧‧‧方法
S502~S506‧‧‧步驟
第1圖為本發明的無線接收器的示範性實施例的示意圖。
第2圖為該第一模式下的正負頻偶對稱效應的示意圖。
第3圖為主要元件在不同的情況下的耗電量。
第4圖為主要元件在不同的實例中的耗電量。
第5圖為本發明無線接收方法的實施例的流程圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為本發明的無線接收器100的一示範性實施例的示意圖。無線接收器100係用來接收一輸入射頻訊號SRF並輸出一基頻解碼訊號Sd，其中輸入射頻訊號SRF係經由正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)調變，且無線接收器100可針對正交分頻多工調變進行解調。然而應注意的是，本實施例中的無線接收器100並不限定於正交分頻多工調變，亦可應用於其它系統(例如互補碼 (Complementary Code Keying,CCK)調變系統)。無線接收器100包含有一射頻接收單元102以及一基頻接收單元104，其中射頻接收單元102係用來將輸入射頻訊號SRF接收下來並轉換至數位域並傳送給基頻接收單元104，射頻接收單元102包含有一低雜訊放大器1022、一同相(in-phase)路徑1024以及一正交(quadrature-phase)路徑1026。
輸入射頻訊號SRF經過低雜訊放大器1022之後會產生一放大訊號SLNA，並分別進入同相路徑1024以及正交路徑1026。同相路徑1024係用來接收放大訊號SLNA，並產生一第一基頻輸入訊號SADC1，包含有一第一混頻器10242、一第一低通濾波器10244以及一第一類比數位轉換器10246；正交路徑1026係用來接收放大訊號SLNA，並產生一第二基頻輸入訊號SADC2，包含有一第二混頻器10262、一第二低通濾波器10264以及一第二類比數位轉換器10266。其中第一低通濾波器10244以及第二低通濾波器10264係分別用來針對第一混頻器10242以及第二混頻器10262從高頻載波上抽取出的訊號進行低通濾波處理，再分別經過第一類比數位轉換器10246以及第二類比數位轉換器10266從類比域轉換至數位域。基頻接收單元104則會對第一基頻輸入訊號SADC1以及第二基頻輸入訊號SADC2在數位域進行進一步的訊號處理，例如載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)補償。然而，此僅係為了說明的用途，並非對本發明之限制，實際上，任何能夠達到同樣或類似功能的同相路徑和正交路徑設計，且符合本發明之發明精神的其他變化，都屬於本發明的範疇。
本實施例的無線接收器100具有一第一模式以及一第二模式，在該第一模式下，僅開啟同相路徑1024；而在該第二模式下，係同時開啟同相路徑1024以及正交路徑1026。然而應注意的是，本實施例的無線接收器100在該第一模式下並不限定於僅開啟同相路徑1024，亦可僅開啟正交路徑1026。 具體來說，在該第一模式下欲接收放大訊號SLNA中的一封包時，係使用該封包的兩倍頻寬(或兩倍頻寬以上)來接收該封包，換句話說，係利用兩倍頻寬來彌補關閉正交路徑1026所缺少的資訊。舉例來說，該封包的頻寬為20M，則同相路徑1024需增加頻寬到至少為40M，包含至少兩個20M子頻道。由於正負頻偶對稱(even symmetric)效應，增加頻寬後會同時把所欲接收的訊號以及影像訊號同時接收下來，因此上層的一驅動器需要告知基頻接收單元104該封包所在的子頻道，當基頻接收單元104接收整個40M頻寬的資料後，便只要針對該封包所在的子頻道進行解碼即可。除此之外，上述作法也會同時把影像雜訊導入所欲接收的訊號，請參考第2圖，第2圖為該第一模式下的正負頻偶對稱效應的示意圖。當關閉同相路徑1024時，第2(a)圖中右側的一資料係位於具有20M頻寬的一第一子頻道，其左側會產生偶對稱的一影像資料。反之，第2(b)圖中左側的一雜訊也會在該資料所在之該第一子頻道產生偶對稱的一影像雜訊，第2(c)圖中右側則為該資料以及該影像資料相加的結果。因此，該第二模式相較於該第一模式，雖較為省電，但訊號品質可能較差。
有鑑於此，本實施例中採用較為保守的混合式機制，即部分時間採用該第一模式，剩餘時間採用該第二模式。例如當無線接收器100在閒置狀態時，係保持在該第一模式下以降低耗電，當偵測到有封包時，即無線接收器100進入接收狀態時，基頻接收單元104會產生一控制訊號Sc來開啟正交路徑1026，以將無線接收器100的射頻接收單元102從該第一模式切換至該第二模式以提高接收能力。舉例來說，基頻接收單元104所產生的控制訊號Sc係經由一低速序列介面(Low-Speed Serial Interface,LSSI)、一高速序列介面(High-Speed Serial Interface,LSSI)或是一直寫(direct-write)控制來開啟正交路徑1026。而當無線接收器100再度回到閒置狀態時，控制訊號Sc會關閉正交路徑1026以回到該第一模式。詳細來說，可以利用接收封包初期 的訓練序列(training sequence)的自動增益控制(Automatic Gain Control,AGC)時段來進行正交路徑1026的啟動後暫態收斂，也就是說，在規範中所定義的自動增益控制時段中，可以僅使用同相路徑1024的資訊來進行自動增益控制以調整訊號的大小，直到自動增益控制時段結束，同時正交路徑1026亦完成啟動後，便可正常地使用同相路徑1024以及正交路徑1026一起進行解調。然而應注意的是，本實施例中的無線接收器100的模式切換並不限定於上述作法，亦可採用其它切換機制，例如在訊號品質不佳的時候，才切換至該第二模式，否則皆保持在該第一模式。
另外，由於正交分頻多工調變本身對於載波頻率偏移所產生的自載波干擾(Inter-Carrier Interference；ICI)較為敏感，換言之，載波頻率偏移越大，其所對應的自載波干擾也會越嚴重，進而影響正交分頻多工調變的接收品質。一般而言，在習知設計中，會在正交分頻多工調變接收端進行載波頻率偏移估計並予以補償。也就是在時域(Time-Domain)利用自相關(Auto-Correlation)技術來求得相位，再將其相位作數學運算後得到真正的載波頻率偏移估計值並補償。然而本實施例中有部分時間僅開啟同相路徑1024，無法在時域上求得相位，因此，舉例來說，可以改在頻域上做載波頻率偏移估計；或是從系統層級上先做頻率追蹤，待頻率追蹤穩定且讓載波頻率偏移小於一定程度後，再允許無線接收器100切換至該第一模式以節省耗電。
請參考第3圖，第3圖為主要元件在不同的情況下的耗電量。主要元件包含有混頻器、低通濾波器與類比數位轉換器。第3圖中的不同元件在不同情況下的耗電以A、B、C、D來表示，其中A、B、C、D皆為大於0的實數。其中20M同相路徑係表示僅開啟同相路徑，且同相路徑的頻寬為20M；20M同相/正交路徑係表示同時開啟同相路徑以及正交路徑，且同相路徑以及正交路徑的頻寬皆為20M；40M同相路徑係表示僅開啟同相路徑，且 同相路徑的頻寬為40M；40M同相/正交路徑係表示同時開啟同相路徑以及正交路徑，且同相路徑以及正交路徑的頻寬皆為40M。而一般習知作法的耗電量即為20M同相/正交路徑的耗電量(即2A+2B+2C)，本發明之該第一模式即為40M同相路徑的耗電量(即A+D+C)，而該第二模式即為40M同相/正交路徑的耗電量(即2A+2D+2C)。因此，當以下方程式成立時，即表示本發明之該第一模式例較習知作法省電：A+D+C<2A+2B+2C (1)
即
D-2B<A+C (2)
因此，只要低通濾波器在40M同相路徑的耗電量相較20M同相/正交路徑的耗電量，其增幅小於混頻器加上類比數位轉換器的耗電，即表示本發明之該第一模式例較習知作法省電。由於一般而言，低通濾波器的頻寬加倍，耗電程度並不會加倍，可能只是1.2或1.3倍，所以可以通過經驗法則得到以下方程式：B<D<2B (3)
由方程式(2)、(3)可以得知，只要A+C大於等於0，方程式(1)便會成立。
接著加入該第二模式一同操作，假設該第一模式佔所有操作的比例為K(例如該閒置狀態佔所有操作的比例為K)，而該第二模式佔所有操作的比例為(1-K)(例如該接收狀態佔所有操作的比例為1-K)，故整體耗電為K(A+D+C)+(1-K)(2A+2D+2C)，當以下方程式成立時，即表示混合使用該第一模式以及該第二模式的作法較習知作法省電：K(A+D+C)+(1-K)(2A+2D+2C)<2A+2B+2C (4)
即
K>2(D-B)/(A+C+D) (5)
由此可知，只要方程式(5)成立，即表示混合使用該第一模式以及該第二模式的作法較習知作法省電。請參考第4圖，第4圖為主要元件在不同的實例中的耗電量。以實例1為例，該第二模式佔所有操作的比例K需達到5/9(~0.56)以上；以實例2為例，K只需達到3/23(~0.13)以上。一般來說，無線接收器(例如無線區域網路接收器、長程演進技術接收器或是全球互通微波存取接收器等)在實際的運用上，閒置狀態的時間常常是遠大於接收狀態，故在一般情況下，於該閒置狀態下使用該第一模式並在偵測到封包時切換至該第二模式以接收封包的作法可以較習知技術來的省電。
第5圖為本發明無線接收方法500的一實施例的流程圖，其中無線接收方法500係用來接收一輸入射頻訊號並輸出一基頻解碼訊號。倘若大體上可達到相同的結果，並不一定需要按照第5圖所示之流程中的步驟順序來進行，且第5圖所示之步驟不一定要連續進行，亦即其他步驟亦可***其中。此外，第5圖中的某些步驟可根據不同實施例或設計需求省略之。詳細步驟如下：步驟S502：使用一射頻接收單元中的一第一路徑來接收該輸入射頻訊號，並產生一第一基頻輸入訊號，該第一路徑包含有一第一濾波器；步驟S504：使用該射頻接收單元中的一第二路徑來接收該輸入射頻訊號，並產生一第二基頻輸入訊號；步驟S506：使用一基頻接收單元來接收該第一基頻輸入訊號以及該第二基頻輸入訊號，以及產生該基頻解碼訊號；其中該第一、第二路徑之一係為一同相路徑，以及該第一、第二路徑之另一係為一正交路徑；當控制該射頻接收單元操作於一第一模式時，僅使用該射頻接收單元之該第一、第二路徑中的該第一路徑來接收該輸入射頻訊號，且該第一濾波器的一頻寬係大於該輸入射頻訊號中的一無線封包的一頻寬。
熟習此領域者在閱讀過本說明書中稍早對於第1圖~第4圖的詳細說明之後，應能清楚地明瞭第5圖的無線接收方法500的步驟502~步驟506，因此為簡潔起見，在此便不針對其中的細節作更進一步的說明。
總而言之，本說明書中的實施例能夠在閒置狀態下僅使用單一射頻接收路徑來接收資料以降低接收器的功耗，進而降低整體功耗；除此之外，在其它變化設計中，亦可以全時地使用單一射頻接收路徑來接收資料，以更進一步地降低接收器的功耗。
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。
100‧‧‧無線接收器
102‧‧‧射頻接收單元
104‧‧‧基頻接收單元
1022‧‧‧低雜訊放大器
1024‧‧‧同相路徑
1026‧‧‧正交路徑
10242‧‧‧第一混頻器
10262‧‧‧第二混頻器
10244‧‧‧第一低通濾波器
10264‧‧‧第二低通濾波器
10246‧‧‧第一類比數位轉換器
10266‧‧‧第二類比數位轉換器

Claims (22)

  1. 一種無線接收器，用來接收一輸入射頻訊號並輸出一基頻解碼訊號，包含有：一射頻接收單元，包含有：一第一路徑，用來接收該輸入射頻訊號，並產生一第一基頻輸入訊號，該第一路徑包含有一第一濾波器；以及一第二路徑，用來接收該輸入射頻訊號，並產生一第二基頻輸入訊號；以及一基頻接收單元，用來接收該第一基頻輸入訊號以及該第二基頻輸入訊號，以及產生該基頻解碼訊號；其中該第一、第二路徑之一係為一同相路徑，以及該第一、第二路徑之另一係為一正交路徑；當該射頻接收單元操作於一第一模式時，該射頻接收單元僅使用該第一、第二路徑中的該第一路徑來接收該輸入射頻訊號，且該第一濾波器的一頻寬係大於該輸入射頻訊號中的一無線封包的一頻寬。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無線接收器，其中該第一濾波器之該頻寬係該無線封包之該頻寬的至少兩倍；且該第一濾波器之該頻寬分別包含有複數個子頻道，其中該複數個子頻道中的任一個皆可用來接收該無線封包。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的無線接收器，其中當該無線接收器係在一閒置狀態下時，該射頻接收單元會使用該第一模式。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的無線接收器，其中該射頻接收單元會於該第一模式與一第二模式之間進行切換；以及當該射頻接收單元操作於該第二模式時，該射頻接收單元則會同時使用該第一、第二路徑來接收該輸入射 頻訊號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的無線接收器，其中該第二路徑包含有一第二濾波器；以及當該射頻接收單元操作於該第二模式時，該第一濾波器的該頻寬與該第二濾波器的一頻寬均大於該無線封包的該頻寬。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的無線接收器，其中當該無線接收器係在一閒置狀態下時，該射頻接收單元會切換至該第一模式；以及當該無線接收器係在一封包接收狀態下時，該射頻接收單元會切換至該第二模式。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的無線接收器，其中當該無線接收器在該第一模式下偵測到該無線封包，該射頻接收單元會切換至該第二模式。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的無線接收器，其中該射頻接收單元經由一低速序列介面(Low-Speed Serial Interface,LSSI)、一高速序列介面(High-Speed Serial Interface,HSSI)或是一直寫(direct-write)控制的其中之一來接收該基頻接收單元所產生的一控制訊號，以在該第一模式以及該第二模式之間切換。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的無線接收器，其中該無線接收器係在該第二模式下進行一載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)補償。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的無線接收器，其中該輸入射頻訊號採用一互補碼(Complementary Code Keying,CCK)調變。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的無線接收器，其中該輸入射頻訊號係採用一正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)調 變。
  12. 一種無線接收方法，用來接收一輸入射頻訊號並輸出一基頻解碼訊號，包含有：使用一射頻接收單元中的一第一路徑來接收該輸入射頻訊號，並產生一第一基頻輸入訊號，該第一路徑包含有一第一濾波器；使用該射頻接收單元中的一第二路徑來接收該輸入射頻訊號，並產生一第二基頻輸入訊號；以及使用一基頻接收單元來接收該第一基頻輸入訊號以及該第二基頻輸入訊號，以及產生該基頻解碼訊號；其中該第一、第二路徑之一係為一同相路徑，以及該第一、第二路徑之另一係為一正交路徑；當控制該射頻接收單元操作於一第一模式時，僅使用該射頻接收單元之該第一、第二路徑中的該第一路徑來接收該輸入射頻訊號，且該第一濾波器的一頻寬係大於該輸入射頻訊號中的一無線封包的一頻寬。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的無線接收方法，其中該第一濾波器之該頻寬係該無線封包之該頻寬的至少兩倍；且該第一濾波器之該頻寬分別包含有複數個子頻道，其中該複數個子頻道中的任一個皆可用來接收該無線封包。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的無線接收方法，其中當該無線接收器係在一閒置狀態下時，控制該射頻接收單元使用該第一模式。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的無線接收方法，其中該射頻接收單元會被控制於該第一模式與一第二模式之間進行切換；以及當控制該射頻接收單 元操作於該第二模式時，會同時使用該射頻接收單元之該第一、第二路徑來接收該輸入射頻訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的無線接收方法，其中該第二路徑包含有一第二濾波器；以及當控制該射頻接收單元操作於該第二模式時，該第一濾波器的該頻寬與該第二濾波器的一頻寬均大於該無線封包的該頻寬。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的無線接收方法，其中當該無線接收器係在一閒置狀態下時，將該射頻接收單元切換至該第一模式；以及當該無線接收器係在一封包接收狀態下時，將該射頻接收單元切換至該第二模式。
  18. 如申請專利範圍第15項所述的無線接收方法，其中當該無線接收器在該第一模式下偵測到該無線封包，將該射頻接收單元切換至該第二模式。
  19. 如申請專利範圍第15項所述的無線接收方法，其中經由一低速序列介面(Low-Speed Serial Interface,LSSI)、一高速序列介面(High-Speed Serial Interface,HSSI)或是一直寫(direct-write)控制的其中之一來將該基頻接收單元所產生的一控制訊號傳送到該射頻接收單元，以在該第一模式以及該第二模式之間切換。
  20. 如申請專利範圍第15項所述的無線接收方法，其中在該第二模式下控制該無線接收器進行一載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset,CFO)補償。
  21. 如申請專利範圍第12項所述的無線接收方法，其中該輸入射頻訊號係採用一互補碼(Complementary Code Keying,CCK)調變。
  22. 如申請專利範圍第12項所述的無線接收方法，其中該輸入射頻訊號係採用一正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)調變。
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