具有本地振荡器调制的无线电接收器

摘要

天线子系统经由通信信道接收模拟所需信号、噪声、和干扰。所需信号包括经调制的编码数字信息。本地振荡器(LO)调制子系统生成经调制的LO。该LO调制子系统基于以下项中的多个生成经调制的LO，以最大化经解码的数字信息的符号信噪比：所需信号、通信信道中预期的干扰和噪声、转换器的特性、以及DSP以从经转换的信号去除经调制的LO的能力。混合器将接收的信号和经调制的LO混合。转换器将混合信号从模拟转换为数字。数字信号处理器(DSP)去除经调制的LO和期望的信号调制，并且对经所需信号编码的数字信息进行解码。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月4日提交的题目为“Radio Receiver with Local Oscillator Modulation”的美国临时专利申请No.62/112,133的优先权，其全部内容通过引用并入在本文中。

技术领域

本公开涉及射频(RF)接收器，并且更具体地说，涉及一种调制数字RF接收器的本地振荡器。

背景技术

图1呈现常规的数字外差无线电接收器100的简化框图。将要通过这种接收器100接收的无线通信信号90能够被特征化为包括三个(3)分量：所需信号92、干扰94、和噪声96。所需信号92通常包括已经通过发射器(未示出)编码、调制、和上转换为RF频带中的载波信号的信息。

传统上，载波信号是在与经基带调制的编码信息相比高的多的频率处的波形，该经基带调制的编码信息与经调制的编码信息混合，以将信息通过空间作为电磁波发送，或以允许以不同频率的若干载波信号通过频分复用共享共同的物理传输介质。例如，扩频和正交频分复用(OFDM)的RF通信的一些类型可以不使用常规的正弦载波。

干扰94通常来自一个或更多个人造RF源。一般来说，窄带干扰通常来自诸如无线电、电视、和移动电话系统的预期传输；而宽带干扰通常是非预期的并且从诸如不旨在是发射器的电力传输线路的源发出。

噪声96指的是信号90中的能量的所有其它RF分量，其中在RF范围中接收器本身的噪声(例如，来自耦合到RF路径的噪声电源)可能是主要分量。

在这种接收器100中，信号90能够由天线系统110来接收。通常，天线系统110被配置为与响应于所需信号92的范围的之外的频率相比，更响应于载波频率周围的宽带频率，例如包含许多单独FM信道的整个商用频率调制(FM)广播频带。

信号调节子系统120通常用于首先通过应用RF滤波器122无源地限制噪声和干扰，以降低在所需信号92的频带之外接收到的噪声96和干扰94。然后，例如通过使用低噪声放大器/可变增益放大器(LNA/VGA)124来放大滤波后的信号。

在无源地降低信号调节子系统120中的噪声和干扰之后，常规的外差接收器100将会去除有效地将来自RF范围的经调制的编码信号带入的载波，其中更容易将信号经过一段距离传送到基带。在简单的正弦载波信号的情况下，混合器140将信号调节子系统120的输出与和载波信号匹配的本地振荡器(LO)130混合，以去除载波信号。

在诸如常规的外差接收器100的数字接收器中，混合器140的输出维持模拟信号。转换器150被用于将来自混合器140的模拟信号转换为数字信号。然后能够由数字信号处理器160处理经转换的信号，以对其中含有的信息进行解码。

发明内容

本文中公开的技术的实施例提供了用于接收RF通信的系统、方法、和计算机程序产品。在这种系统中，天线子系统经由通信信道接收模拟所需信号、噪声、和干扰。所需信号包括经调制的编码数字信息。本地振荡器(LO)调制子系统生成经调制的LO。混合器将接收的信号和经调制的LO混合。转换器将混合信号从模拟转换为数字。数字信号处理器(DSP)去除经调制的LO和期望的信号调制，并且对经所需信号编码的数字信息进行解码。更具体地，LO调制子系统基于以下项中的多个生成经调制的LO，以最大化经解码的数字信息的符号信噪比：所需信号、通信信道中预期的干扰和噪声、转换器的特性、以及DSP以从经转换的信号去除经调制的LO的能力。

示例实施例的这些和其它方面、目的、特征和优点将会根据考虑到图示示例实施例的以下详细描述，对本领域普通技术人员显而易见。

附图说明

图1是描绘常规的外差RF接收器的框图。

图2呈现根据某些示例实施例的由非均匀模数转换器(ADC)采样的简单接收的信号的时域曲线图和频域曲线图。

图3呈现根据某些示例实施例的具有本地振荡器调制的简单信号的时域曲线图和频域曲线图。

图4根据某些示例实施例呈现具有多个频率分量的更复杂信号的频域曲线图，和更复杂信号和本地振荡器调制的频域曲线图。

图5是描绘根据某些示例实施例的接收器的框图。

图6是描绘根据某些示例实施例的用于接收FR发射的示例方法的过程框图。

图7是描绘根据某些示例实施例的计算机器和模块的框图。

具体实施方式

今天的通信接收器依赖于高质量的本地正弦波振荡器来恢复经调制的信号。实现足够的本地振荡器质量的能力影响接收器的成本和性能。此外，在转换器150中使用非均匀的ADC可以提高通信接收器的动态范围，但是其特征在于具有不利的时变信噪比(SNR)的采样信号。

在本文中描述的某些示例实施例中，有意地调制LO能够放松对LO的质量约束。与常规接收器进行比较，如本文中描述的调制LO提供了一种提高通信接收器性能的方式-其中用于提高性能的典型机制是为了提高常规LO的质量(例如，相位噪声特性)。在本技术的一些实施例中，LO的本地确定的(在每个接收器处)调制在接收器系统的操作中提供分集。

在示例实施例中，与本文中呈现的技术相关联的设备和任何其它计算机器可以是诸如但不限于关于图7更详细地讨论的那些的任何类型的计算机器。此外，与这些计算机器中的任何相关联的任何模块，诸如与本文中呈现的技术相关联的本文中所描述的那些或任何其它(脚本、web内容、软件、固件、或硬件)可以是关于图7的更详细地讨论的模块的任何。本文中讨论的计算机器可以在一个或多个网络上与彼此以及其它计算机器或通信系统进行通信。网络可以包括任何类型的数据或通信网络，这包括关于图7讨论的网络技术的任何。能够使用图7的架构，以及利用诸如专用集成电路(ASIC)的其它计算平台技术与射频技术来部分地实现本文中公开的无线电接收器以及其方法。

现在转向附图详细描述示例实施例，其中相同标号指示相同元件(但是未必完全相同)。

示例系统架构

关于图2，图示以频率f1非均匀采样纯频音信号202的示例200。频域曲线图220示出在频率f1处的信号202。在时域曲线图210中，在最大幅度212的区域中，采样之间的时间是t1-t0。在最小幅度214的区域中，采样之间的时间是t3-t2。能够看出的是t3-t2和t1-t0是不相同的，并且能够看出的是每个大于采样之间的平均间隔。这个非均匀性导致采样信号中的减少的信息内容。

关于图3，图示出在LO调制330的作用下在fl处非均匀采样相同信号202的示例300。时域曲线图310示出在与图2中的t1-t0或t3-t2比较更短周期上采集的样本。结果，关于信号知道更多，这导致对于隐含信息的更好的SNR。频域曲线图320示出后采样频带能够通过滤波器340去除经调制的LO 330。

在更一般的情况400下，如图4所示，接收的信号402能够被调制并且包含经编码的信息，而不是诸如图2和图3的接收的信号202的单个频音。如图3的频域曲线图320所示，在接收的信号202的带宽之外放置经调制的LO将不必要地增加转换器150的采样带宽。在接收的信号402带宽内放置经调制的LO 440提高了非均匀的ADC采样幅度范围，但是可能难以利用后采样滤波器来去除经调制的LO 440。然而，由于经调制的LO 440是“本地的”，所以能够将其从后采样的信号减去。使用用于LO调制的纯频音，虽然对以上示例是有用的，但是因为可能增加LO泄漏(噪声的另一个源)，所以这是不期望的。

在本技术的实施例中，有意调制LO能够放松对LO的质量约束。与常规接收器进行比较，如本文中描述的调制LO提高了通信接收器性能-其中用于提高性能的典型机制是提高常规LO的质量(例如，相位噪声特性)。在本技术的一些实施例中，LO的本地确定的调制(在每个接收器处)在接收器系统的操作中提供分集。虽然在图2至图4的示例中使用了非均匀的ADC，以突出本技术的优点，但是本技术提供了甚至具有在接收器中使用常规的ADC的这种优点。

关于图5，示出用于实现本技术实施例的接收器500的简化框图。如图1所示，将要由这种接收器500接收的无线通信信号90能够被特征化为包括三个(3)分量：所需信号92、干扰94、和噪声96。所需信号92通常包括已经通过发射器(未示出)编码、调制、和上转换为射频(RF)频带中的载波信号的信息。在这种接收器500中，信号90能够通过天线系统510接收，该天线系统510被配置为与响应于所需信号92的范围的之外的频率相比，更响应于载波频率周围频率的宽频带。

在本技术的一些实施例中，能够省略图1中示出的信号调节子系统120。与图1一样，混合器540能够被用于将接收的信号与LO组合，然而，在本技术中，LO是使用LO调制子系统530生成的经调制的LO。

具体地，选择调制的类型和参数，以优化符号信噪比。经调制的LO考虑包括：包括与所需信号92类似的选择带宽的所需信号92；其中接收器正在操作的噪声96的特性；输入干扰94；从接收器的其它操作(带内和混叠信号)接收的、包括降低LO泄漏功率谱密度的干扰；选择将在不引入过多伪像的情况下而提高转换器550性能的功率水平；以及在数字信号处理阶段560中去除所添加的经调制的LO的能力。

通过接收器500本地测量532这些因素中的每个，以配置由LO调制子系统530引入的经调制的LO。每个接收器独立地选择经调制的LO；因此，更可能的是，两个接收器将不会同时使用相同的经调制的LO。随着信号或噪声条件的改变，调制、类型和参数两者能够变化。

符合这些标准的LO调制类型包括：线性频率调制啁啾(chirp)信号；伪噪声或沃尔什编码相移键控(PSK)信号；具有低功率谱密度的时钟相位抖动信号；具有伪噪声编码内容的OFDM信号。

作为示例，将Wi-Fi TM局域无线技术信号视为预期的接收的信号90。能够使用用于构建经调制的LO的两个选项-类似的信号和不类似的信号。

选项1-类似。具体的是IEEE 802.11g的Wi-Fi使用在20MHz带宽上遍布的54个正交频音。在调制子系统530中使用覆盖类似带宽的另一个正交频音集合的LO的调制。利用伪随机序列调制每个频音，以最小化周期性，并且使用简单的调制-正交相移键控(QPSK)。不是所有的频音都被使用，以便在后处理中隔离经调制的LO。具体地，填充频音的不规则的集合(例如，1、3、8、15、24、35、和48)。调制这些频音中的每个(没有频音是跟踪频音)。每个频音上的数据速率是频音间隔的倒数的2倍。增加频音之间的间隔，以便填充带宽并且以便确保经调制的LO的频音间隔和接收的信号的频音间隔是不相等的。类似家族中的替选信号集合能够使用不同的频音序列和不同的频音间隔。每个信号集合使用唯一的伪噪声序列。在一些实施例中，所述频音在序列中使用具有不同起始点的相同的伪随机生成结构。

选项2-不类似。Wi-Fi的20MHz带宽被填充有经QPSK调制的单个频音。数据信号是40+/-1Mbps的伪噪声数据。替选信号集合能够使用40+/1Mbps范围中的不同的数据速率。每个信号集合使用如选项1中的唯一的伪噪声信号。

作为附加的示例，考虑到诸如在演进数据最优化(EVDO)或1xRTT CDMA 2000系统中使用的1.25MHz带宽的码分多址(CDMA)信号。在这种情况下，类似的经伪噪声调制的单个载波被使用用于本地振荡器。数据速率能够从目的信号的数据速率偏移，以最小化交互。例如，能够使用不同的数据速率和不同的伪噪声序列(具有不同的偏移的相同的生成器结构)。例如，从10％(125kbps)到5％(62.5kbps)的数据速率偏移范围。

不类似信号情况还能够被使用用于其中使用正交频分复用(OFDM)本地振荡器调制的EVDO。例如，跨1.25MHz遍布的15个频音堆栈，其中15个可能频音中的5个被选择并且利用伪噪声数据进行调制。每个频音上的数据速率能够是15频音间隔的倒数的2倍。家族中的替选信号集合使用5个频音的不同的集合并且在伪噪声数据生成器中使用不同的偏移。

示例过程

关于图6，并且对于上下文继续参考前面的附图，描述根据某些示例实施例的用于接收RF发射的方法600。

在这种方法600中，通过接收器500的天线子系统，经由通信信道接收模拟的所需信号92、噪声96、和干扰94-框610。所需信号包含经调制的编码数字信息。在一个连续的示例中，所需信号包含IEEE802.1g兼容(Wi-Fi^TM)信号，其包括20MHz带宽上的54个正交频音的集合。

通过接收器500的LO调制子系统530生成经调制的本地振荡器(LO)-框620。通过LO调制子系统530基于以下项中的多个来生成经调制的LO，以最大化所需信号的符号信噪比：所需信号92本身、接收的信号90的通信信道中预期的干扰94和噪声96、接收器500的模数转换器(ADC)550的特性、以及接收器500的数字信号处理器(DSP)560的从经转换的信号去除LO调制的能力。在继续示例中，LO调制包含使用伪随机噪声序列、以频音间隔的倒数的两倍的数字速率以及跨20MHz带宽均等地间隔、而进行调制的来自54个正交频音的集合的经正交相移键控(QPSK)调制的正交频音的不规则集合。

通过接收器500的混合器540混合接收的信号和经调制的LO-框630。通过接收器500的转换器550将混合的信号从模拟转换为数字-框640。

接收器500的DSP 560去除经调制的LO和所需信号调制，并且对经所需信号编码的数字信息进行解码-方框650。在继续示例中，DSP去除LO的QPSK调制，并且然后解码Wi-Fi信号的数据。

其它示例实施例

图7描绘根据某些示例实施例的计算机器2000和模块2050。计算机器2000可以与本文中呈现的各种计算机、服务器、移动设备、嵌入式系统或计算系统中的任何一个相对应。模块2050可以包含被配置以促进计算机器2000执行本文中呈现的各种方法和处理功能的一个或多个硬件或软件元件。计算机器2000可以包括各种内部组件或附接组件，诸如处理器2010、系统总线2020、系统存储器2030、存储介质2040、输入/输出接口2060、和用于与网络2080通信的网络接口2070。

计算机器2000可以被实现为常规的计算机系统、嵌入式控制器、膝上型计算机、服务器、移动设备、智能电话、机顶盒、信息亭、车辆信息系统、与电视相关联的一个或多个处理器、定制机器、任何其它硬件平台、或其任何组合或多重复合(multiplicity)。计算机器2000可以是被配置为使用经由数据网络或总线系统互连的多个计算机器来运行的分布式系统。

处理器2010可以被配置为执行代码或指令以执行本文中描述的操作和功能、管理请求流和地址映射、以及执行计算和生成命令。处理器2010可以被配置来监视并且控制计算机器2000中的组件的操作。处理器2010可以是通用处理器、处理器核、多重处理器、可重配置处理器、微控制器、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、图形处理单元(“GPU”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)、可编程逻辑设备(“PLD”)、控制器、状态机、门逻辑件、分立硬件组件、任何其它处理单元、或其任何组合或多重复合。处理器2010可以是单个处理单元、多个处理单元、单个处理核、多个处理核、专用处理核、协同处理器、或其任何组合。根据某些实施例，处理器2010连同计算机器2000的其它组件一起可以是在一个或多个其它计算机器内执行的虚拟化计算机器。

系统存储器2030可以包括非易失性存储器，诸如只读存储器(“ROM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、可擦除可编程只读存储器(“EPROM”)、闪速存储器、或者能够在施加电力或不施加电力的情况下存储程序指令或数据的任何其它设备。系统存储器2030还可以包括易失性存储器，诸如随机存取存储器(“RAM”)、静态随机存取存储器(“SRAM”)、动态随机存取存储器(“DRAM”)、和同步动态随机存取存储器(“SDRAM”)。其它类型的RAM还可以被用于实现系统存储器2030。可以使用单个存储器模块或多个存储器模块来实现系统存储器2030。虽然系统存储器2030被描绘为是计算机器2000的部分，但是本领域技术人员要意识到，在不偏离本主题技术的范围的情况下系统存储器2030可以与计算机器2000分离。还应当理解，系统存储器2030可以包括诸如存储介质2040的非易失性存储设备或结合非易失性存储设备来操作。

存储介质2040可以包括硬盘、软盘、压缩盘只读存储器(“CD-ROM”)、数字多功能光盘(“DVD”)、蓝光盘、磁带、闪速存储器、其它非易失性存储器设备、固态驱动器(“SSD”)、任何磁存储设备、任何光存储设备、任何电存储设备、任何半导体存储设备、任何基于物理的存储设备、任何其它数据存储设备、或其任何组合或多重复合。存储介质2040可以存储一个或多个操作系统、诸如模块2050的应用程序和程序模块、数据、或任何其它信息。存储介质2040可以是计算机器2000的一部分或者可以连接到计算机器2000。存储介质2040还可以是与计算机器2000通信的一个或多个其它计算机器的一部分，所述其它计算机器诸如服务器、数据库服务器、云存储、网络附接存储等。

模块2050可以包括被配置来促进计算机器2000执行本文中呈现的各种方法和处理功能的一个或多个硬件或软件元件。模块2050可以包括一个或多个指令序列，其被存储为与系统存储器2030、存储介质2040相关联或与这二者相关联的软件或固件。因此，存储介质2040可以表示其上可以存储供处理器2010执行的指令或代码的机器或计算机可读介质的示例。机器或计算机可读介质通常可以指代用于将指令提供给处理器2010的任何一个或多个介质。与模块2050相关联的这种机器或计算机可读介质可以包含计算机软件产品。应当理解，包括模块2050的计算机软件产品还可以是与将模块2050经由网络2080、任何信号承载介质、或任何其它通信或递送技术递送到计算机器2000的一个或多个过程或方法相关联。模块2050还可以包括硬件电路或用于配置硬件电路的信息，诸如用于FPGA或其它PLD的微代码或者配置信息。

输入/输出(“I/O”)接口2060可以被配置为耦合到一个或多个外部设备、从一个或多个外部设备接收数据、以及以将数据发送到一个或多个外部设备。这种外部设备连同各种内部设备一起还可以被称作为外围设备。I/O接口2060可以包括用于将各种外围设备可操作地耦合到计算机器2000或处理器2010的电连接和物理连接二者。I/O接口2060可以被配置为在外围设备、计算机器2000、或处理器2010之间通信数据、地址、和控制信号。I/O接口2060可以被配置为实现任何标准接口，诸如小型计算机系统接口(“SCSI”)、串行附接SCSI(“SAS”)、光纤通道、外围组件互连(“PCI”)、PCI express(PCIe)、串行总线、并行总线、高级技术附件(“ATA”)、串行ATA(“SATA”)、通用串行总线(“USB”)、雷电、火线、各种视频总线等。I/O接口2060可以被配置为仅实现一个接口或总线技术。替选地，I/O接口2060可以被配置我实现多个接口或总线技术。I/O接口2060可以被配置为系统总线2020的一部分、其全部，或者被配置为与该系统总线2020结合来操作。I/O接口2060可以包括用于缓冲一个或多个外部设备、内部设备、计算机器2000、或处理器2010之间的传输的一个或多个缓冲器。

I/O接口2060可以将计算机器2000耦合到各种输入设备，其包括：鼠标、触摸屏、扫描仪、电子数字转换器、传感器、接收器、触摸板、轨迹球、相机、麦克风、键盘、任何其它指针设备、或其的任何组合。I/O接口2060可以将计算机器2000耦合到各种输出设备，其包括视频显示器、扬声器、打印机、投影仪、触觉反馈设备、自动控制、机器人组件、致动器、电机、风扇、螺线管、阀门、泵、传送器、信号发射器、灯等。

计算机器2000可以使用通过网络接口2070跨网络2080到一个或多个其它系统或计算机器的逻辑连接，在联网环境中操作。网络2080可以包括广域网(WAN)、局域网(LAN)、内联网、互联网、无线接入网、有线网络、移动网络、电话网络、光网络、或其组合。网络2080可以是任何拓扑的分组交换、电路交换，并且可以使用任何通信协议。网络2080内的通信链路可以涉及各种数字或模拟通信介质，诸如光纤线缆、自由空间光系统、波导、导电体、无线链路、天线、射频通信等。

可以通过系统总线2020将处理器2010连接到本文中讨论的各种外围设备或计算机器2000的其它元件。应当理解，系统总线2020可以处于处理器2010内、处于处理器2010外、或者二者均可。根据一些实施例，处理器2010、计算机器2000的其它元件、或本文中讨论的各种外围设备中的任何可以被集成到单个设备，诸如片上系统(“SOC”)、封装上系统(“SOP”)、或ASIC设备。

实施例可以包括实施本文中描述和图示的功能的计算机程序，其中，在包括机器可读介质中存储的指令和执行这些指令的处理器的计算机系统中实现该计算机程序。然而，应当清楚，可以存在以计算机编程来实现实施例的许多不同方式，并且这些实施例不应当被解释为限制于计算机程序指令的任何一个集合。另外，熟练的程序员能够基于本申请本文中的所附流程图和关联的描述来编写这种计算机程序以实现所公开实施例中的实施例。因此，对程序代码指令的特定集合的公开不应被视为对如何制造和使用实施例的充分理解是必要的。另外，本领域技术人员要理解，本文中描述的实施例的一个或多个方面可以由可以在一个或多个计算系统中实施的硬件、软件、或其的组合来执行。此外，对由计算机执行的动作的任何提及不应当被解释为由单个计算执行，因为多于一个计算机可以执行该动作。

能够与执行先前描述的方法和处理功能的计算机硬件和软件一起使用本文中描述的示例实施例。本文中描述的系统、方法和程序能被实施在可编程计算机、计算机可执行软件、或数字电路中。能够在计算机可读介质上存储软件。例如，计算机可读介质能够包括软盘、RAM、ROM、硬盘、可移动介质、闪速存储器、记忆棒、光学介质、磁光介质、CD-ROM等。数字电路能够包括集成电路、门阵列、构造块逻辑(building block logic)、现场可编程门阵列(FPGA)等。

先前呈现的实施例中描述的示例系统、方法和动作是说明性的，并且在替选实施例中，在不偏离各个实施例的范围和精神的情况下，某些动作能够以不同顺序、彼此并行地执行、完全省略、和/或在不同的示例实施例之间组合某些动作，和/或能够执行某些附加动作。因此，在以下权利要求的范围中包括这种替选实施例，其根据最广的解释以便包括这种替选实施例。

虽然以上已经详细描述了具体实施例，但是该描述仅仅是出于说明的目的。因此，应当理解，除非另有明确说明，否则以上描述的许多方面不意图作为所需或必要的元件。在不脱离所附权利要求书中定义的实施例的精神和范围的情况下，受益于本公开的本领域普通技术人员能够作出除了以上描述的那些之外的、对示例实施例的所公开方面修改，以及与示例实施例的所公开方面相对应的等效组件或动作，权利要求书的范围将最广义地解释从而涵盖这种修改和等效的结构。例如，能够以其中处理射频信号的任何架构(例如，蜂窝电话、Wi-Fi网络和其它基站)实现本公开的技术的实施例。