專利名稱：用于寬帶通信的組合的雙前饋和反饋模擬及數(shù)字自動增益控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開的實施例針對通信領(lǐng)域，并且更具體地針對電力線通信。
背景技術(shù)：
電力線通信(PLC)是在用于電功率傳輸?shù)碾娊橘|(zhì)(例如導(dǎo)線)上承載數(shù)據(jù)的通信技 術(shù)。典型地，電功率通過高壓傳輸線傳輸、通過中壓配電、并且在商業(yè)或住宅建筑物內(nèi)以低 壓被使用。由于電力線網(wǎng)絡(luò)通過與用于承載電功率到商業(yè)或住宅建筑物相同的電力網(wǎng)傳輸 數(shù)據(jù)信號，所以電導(dǎo)線和插口同時用于電傳輸和數(shù)據(jù)傳輸，而不會對任一個造成破壞。寬帶技術(shù)提供高速數(shù)據(jù)傳輸。然而，當(dāng)前在PLC中應(yīng)用寬帶技術(shù)是有問題的。一 些問題包括如下能力高效解碼有噪信道中的信號、實現(xiàn)時間和頻率分集、移除信號干擾、 將接收的信號維持在預(yù)定電平、測量高傳輸速率的信道質(zhì)量、向?qū)拵Ш驼瓗Х柾教峁?魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
實施例的一個公開特征是一種用于處理輸入信號的方法和設(shè)備。模擬自動增益控 制(AGC)處理器使用反饋機構(gòu)來控制輸入信號的模擬可調(diào)整增益。模擬AGC處理器產(chǎn)生第 一信號。處理電路將第一信號變換為第二信號。數(shù)字AGC處理器使用前饋機構(gòu)來控制第二 信號的數(shù)字可調(diào)整增益。


通過參考以下描述和用于示出各個實施例的附圖，可以最好地理解實施例。在附 圖中
圖1是示出根據(jù)一個實施例的用于數(shù)據(jù)傳輸以及用于FCC、ARIB和CENELEC A頻帶的 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出根據(jù)一個實施例的數(shù)據(jù)符號的符號持續(xù)時間的圖。圖3是示出根據(jù)一個實施例的用于CENELEC B、C和BC的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 的圖。圖4是示出根據(jù)一個實施例的用于CENELC B和C的數(shù)據(jù)符號的符號持續(xù)時間的 圖。圖5是示出根據(jù)一個實施例的用于FCC、ARIB和CENELEC A的ACK信號的圖。
圖6是示出根據(jù)一個實施例的用于CENELEC B、C和BC的ACK信號的圖。圖7是示出根據(jù)一個實施例的基帶發(fā)射器的圖。圖8是示出根據(jù)一個實施例的FEC編碼單元的圖。圖9A是示出根據(jù)一個實施例的數(shù)據(jù)加擾器的圖。圖9B是示出根據(jù)一個實施例的卷積編碼器的圖。圖10是示出根據(jù)一個實施例的調(diào)制器的圖。圖IlA是示出根據(jù)一個實施例的DBPSK調(diào)制器的圖。圖IlB是示出根據(jù)一個實施例的載波索引號的圖。圖IlC是示出根據(jù)一個實施例的輸入/輸出配置的圖。圖12是根據(jù)一個實施例的PSD整形模塊的圖。圖13A是示出根據(jù)一個實施例的升余弦函數(shù)的圖。圖13B是示出根據(jù)一個實施例的重疊和相加操作的圖。圖14是示出根據(jù)一個實施例的前導(dǎo)信號的圖。圖15是示出根據(jù)一個實施例的預(yù)加重濾波器的圖。圖16是示出根據(jù)一個實施例的預(yù)加重濾波器的圖。圖17A是示出根據(jù)一個實施例的在發(fā)射器數(shù)據(jù)路徑上的數(shù)據(jù)縮放器的圖。圖17B是示出根據(jù)一個實施例的在發(fā)射器數(shù)據(jù)路徑上的P和M縮放器的圖。圖17C是示出根據(jù)一個實施例的用于頻域P和M信號的縮放器的圖。圖18是示出根據(jù)一個實施例的接收器的圖。圖19是示出根據(jù)一個實施例的解調(diào)器的圖。圖20是示出根據(jù)一個實施例的FEC解調(diào)單元的圖。圖21是示出根據(jù)一個實施例的與接收器中的事件相關(guān)聯(lián)的時序的圖。圖22是示出根據(jù)一個實施例的DC阻斷器的圖。圖23是示出根據(jù)一個實施例的FFT的圖。圖M是示出根據(jù)一個實施例的DBPI解調(diào)器的圖。圖25是示出根據(jù)一個實施例的ROBO組合器/解碼器的圖。圖沈是示出根據(jù)一個實施例的RS解碼器的圖。圖27是示出根據(jù)一個實施例的組合的模擬和數(shù)字AGC的圖。圖觀是示出根據(jù)一個實施例的模擬AGC處理器的圖。圖四是示出根據(jù)一個實施例的模擬增益調(diào)整器的圖。圖30是示出根據(jù)一個實施例的數(shù)字AGC處理器的圖。圖31是示出根據(jù)一個實施例的數(shù)字增益調(diào)整器的圖。圖32A是示出根據(jù)一個實施例的用于狀態(tài)控制的第一設(shè)計的過程的圖。圖32B是示出根據(jù)一個實施例的用于狀態(tài)控制的第二設(shè)計的過程的圖。圖33是示出根據(jù)一個實施例的濾波器的圖。圖34是示出根據(jù)一個實施例的RMS模塊的圖。圖35是示出根據(jù)一個實施例的RMS模塊的自由運行模式的圖。圖36是示出根據(jù)一個實施例的RMS模塊的數(shù)據(jù)能量測量模式的圖。圖37是示出根據(jù)一個實施例的數(shù)字AGC處理器的過程的圖。
圖38是示出根據(jù)一個實施例的增益調(diào)整的過程的圖。
具體實施例方式實施例的一個公開特征是一種用于處理輸入信號的方法和設(shè)備。模擬自動增益控 制(AGC)處理器使用反饋機構(gòu)來控制輸入信號的模擬可調(diào)整增益。模擬AGC處理器產(chǎn)生第 一信號。處理電路將第一信號變換為第二信號。數(shù)字AGC處理器使用前饋機構(gòu)來控制第二 信號的數(shù)字可調(diào)整增益。實施例的一個公開特征可以被描述為一種通常被描繪為流程表、流程圖、結(jié)構(gòu)圖 或框圖的過程。雖然流程表可以將操作描述為順序過程，但是許多操作可以并行或同時執(zhí) 行。此外，操作的次序可以重新排列。當(dāng)其操作完成時過程終止。過程可以對應(yīng)于方法、程 序、規(guī)程、制造或制作的方法等。一個實施例可以由描繪物理結(jié)構(gòu)的示意圖來描述。要理解 的是，示意圖示出基本概念并且可能不按確切的比例縮放或描繪結(jié)構(gòu)。實施例的一個公開特征是通過電力線介質(zhì)來實施用于聯(lián)邦通信委員會(FCC)、無 線電工商協(xié)會(ARIB)和歐洲電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(CENELEC)頻帶的數(shù)據(jù)通信調(diào)制解調(diào)器。 系統(tǒng)可以包括高度集成的PHY (物理層)和MAC (介質(zhì)訪問控制)數(shù)字收發(fā)器和模擬前端處 理電路。系統(tǒng)基于正交頻分復(fù)用(OFDM)。因為OFDM在頻率選擇性信道面前的固有適應(yīng)性、 OFDM對擾亂信號的彈性(resilience)以及OFDM對脈沖噪聲的魯棒性，OFDM已被選擇為調(diào) 制技術(shù)。OFDM系統(tǒng)可以將Nss個均勻間隔的載波放置到指定頻帶(例如從DC到1. 2MHz) 中。在一個實施例中，NSS=U8。在以下描述中，值Nss=US將被用于說明性目的。設(shè)想 到Nsas可以是任何適當(dāng)?shù)臄?shù)目。取決于頻帶選擇，參與傳輸數(shù)據(jù)的載波數(shù)目改變。每個載 波可以用差分二進制相移鍵控(DBPSK)進行調(diào)制。系統(tǒng)可以支持兩個操作模式，即Normal (正常)和ROBO (魯棒OFDM)。ROBO調(diào)制就其可以借助于重復(fù)碼來提供四倍的額外冗余奇偶 校驗(parity)比特并且因此系統(tǒng)可以在嚴(yán)峻的信道條件下可靠地遞送數(shù)據(jù)而言是魯棒的。系統(tǒng)參數(shù)包括信號頻帶、調(diào)制方案、采樣頻率和物理層幀結(jié)構(gòu)等。系統(tǒng)支持各種 CELENEC、FCC和ARIB頻帶。與每個標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的頻帶在表1中給出。表 1 :FCC、ARIB 和 CENELEC 頻帶
具有每載波DBPSK調(diào)制方案的OFDM可以被選擇。OFDM調(diào)制技術(shù)對于信道衰落、窄帶干擾和尖峰噪聲是非常魯棒的。對每個載波的DBPSK調(diào)制可以使得接收器設(shè)計相當(dāng)簡單，因 為在接收器處不需要跟蹤電路來相干地檢測每個載波的相位。在DBPSK解調(diào)器中，相鄰符 號中的載波的相位可以被視為用于檢測當(dāng)前符號中的載波的相位的參考。相鄰OFDM符號 中的對應(yīng)載波的相位可以預(yù)期是固定的，因為在時間上信道和時鐘頻率變化相比兩個相鄰 符號的持續(xù)時間是非常緩慢的。假設(shè)信號的最大頻譜含量是480KHZ，則在發(fā)射器和接收器處的采樣頻率可以被選 擇為1. 2MHz，其比奈奎斯特(Nyquist)速率高大約240KHz以為發(fā)射器中的信號濾波(用于 PSD整形以移除信號圖像)和接收器處的信號濾波(用于頻帶選擇和信號增強)提供足夠 的裕度。頻率倉(bin)(FFT點)的數(shù)目可以是任何適當(dāng)?shù)臄?shù)目。在一個實施例中，該數(shù)目被 選擇為N=256。這導(dǎo)致OFDM載波的頻率分辨率等于4. 6875KHz (Fs/N)。注意，諸如采樣時 鐘頻率變化的缺陷可能導(dǎo)致載波間干擾(ICI)。在實踐中，由大約為頻率分辨率的1的典 型采樣頻率變化導(dǎo)致的ICI是可忽略的。換言之，考慮到發(fā)射器和接收器時鐘中的士20ppm 采樣頻率，載波漂移可能近似等于48Hz，其近似為所選頻率分辨率的1. 26%?？紤]到這些選 擇，可以獲得每個標(biāo)準(zhǔn)的可用載波的數(shù)目，如表2中給出的。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括模擬自動增益控制(AGC)處理器，用于使用反饋機構(gòu)來控制輸入信號的模擬可調(diào)整增 益，模擬AGC處理器產(chǎn)生第一信號；耦合到AGC處理器的處理單元，用于將第一信號變換為第二信號；以及 耦合到處理電路的數(shù)字AGC處理器，用于使用前饋機構(gòu)來控制第二信號的數(shù)字可調(diào)整增益。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中模擬AGC處理器包括模擬可編程增益放大器(PGA)，用于使用模擬可調(diào)整增益根據(jù)輸入信號來產(chǎn)生放大的 信號；耦合到模擬PGA的直流(DC)阻斷器，用于阻斷來自放大的信號的DC分量以提供第一信號；耦合到DC阻斷器的模擬增益調(diào)整器，用于根據(jù)第一信號產(chǎn)生到模擬PGA的模擬可調(diào)整增益。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中模擬增益調(diào)整器包括 輸入能量計算器，用于計算第一信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用于縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用于產(chǎn)生平均能量信號； 更新計數(shù)器，用于對用于更新的樣本數(shù)目進行計數(shù)；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用于縮放平均的能量信號以提供當(dāng)前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用于計算模擬可調(diào)整增益和衰減指示符。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中增益計算器包括差處理器，用于計算希望的能量值和表示當(dāng)前能量信號的當(dāng)前能量值之間的差值； 耦合到差處理器的舍入元件，用于將差值舍入到最近的2Ρ，其中P是非負整數(shù)，Ρ/2的 值用于指定表示模擬可調(diào)整增益的左移或右移的量。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中處理電路包括噪聲拒絕濾波器，用于拒絕來自第一信號的噪聲。
6.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中噪聲拒絕濾波器包括數(shù)字帶通雙二階無限脈沖響應(yīng)(nR) 濾波器。
7.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中處理電路包括 擾亂消除器，用于移除來自第一信號的干擾。
8.8.權(quán)利要求5的設(shè)備，其中處理電路還包括耦合到噪聲拒絕濾波器的擾亂消除器，用于移除來自噪聲拒絕的第一信號的干擾。
9.9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中處理電路包括 能量計算器，用于計算第一信號的能量信號。
10.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中數(shù)字AGC處理器包括增益處理器，用于基于數(shù)字可調(diào)整增益來放大或衰減第二信號；以及耦合到增益處理器的數(shù)字增益調(diào)整器，用于產(chǎn)生到增益處理器的數(shù)字可調(diào)整增益。
11.權(quán)利要求10的設(shè)備，其中數(shù)字增益調(diào)整器包括輸入能量計算器，用于計算第二信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用于縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用于產(chǎn)生平均的能量信號； 更新計數(shù)器，用于對用于更新的樣本數(shù)目進行計數(shù)；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用于縮放平均的能量信號以提供當(dāng)前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用于計算數(shù)字可調(diào)整增益和衰減指示符。
12.權(quán)利要求11的設(shè)備，其中增益計算器包括差處理器，用于計算希望的能量值和表示當(dāng)前能量信號的當(dāng)前能量值之間的差值； 耦合到差處理器的舍入元件，用于將差值舍入到最近的2P，其中P是非負整數(shù)，P的值 用于指定表示數(shù)字可調(diào)整增益的左移或右移的量。
13.權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括耦合到模擬AGC處理器的模擬狀態(tài)控制器，用于控制模擬AGC處理器的狀態(tài)，所述模擬 狀態(tài)控制器產(chǎn)生模擬控制信號來凍結(jié)和解凍模擬AGC處理器；耦合到處理電路的處理狀態(tài)控制器，用于控制處理電路的狀態(tài)；以及 耦合到數(shù)字AGC處理器的數(shù)字狀態(tài)控制器，用于控制數(shù)字AGC處理器的狀態(tài)，所述數(shù)字 狀態(tài)控制器產(chǎn)生數(shù)字控制信號來凍結(jié)和解凍數(shù)字AGC處理器，所述數(shù)字控制信號獨立于模 擬控制信號來產(chǎn)生。
14.一種方法，包括使用模擬自動增益控制(AGC)處理器，使用反饋機構(gòu)來控制輸入信號的模擬可調(diào)整增益以產(chǎn)生第一信號；將第一信號變換為第二信號；以及使用數(shù)字AGC處理器，使用前饋機構(gòu)來控制第二信號的數(shù)字可調(diào)整增益。
15.權(quán)利要求14的方法，其中控制模擬可調(diào)整增益包括 使用模擬可調(diào)整增益根據(jù)輸入信號來產(chǎn)生放大的信號； 阻斷來自放大的信號的DC分量以提供第一信號；根據(jù)第一信號來產(chǎn)生模擬可調(diào)整增益。
16.權(quán)利要求15的方法，其中產(chǎn)生模擬可調(diào)整增益包括 計算第一信號的能量信號；縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 根據(jù)縮放的能量信號來產(chǎn)生平均的能量信號； 對用于更新的樣本數(shù)目進行計數(shù)； 縮放平均的能量信號以提供當(dāng)前能量信號；以及 根據(jù)當(dāng)前能量信號來計算模擬可調(diào)整增益和衰減指示符。
17.權(quán)利要求16的方法，其中計算模擬可調(diào)整增益包括計算希望的能量值和表示當(dāng)前能量信號的當(dāng)前能量值之間的差值； 將差值舍入到最近的2P，其中P是非負整數(shù)，P/2的值用于指定表示模擬可調(diào)整增益的 左移或右移的量。
18.權(quán)利要求14的方法，其中變換第一信號包括使用噪聲拒絕濾波器來拒絕來自第一信號的噪聲。
19.權(quán)利要求18的方法，其中噪聲拒絕濾波器包括數(shù)字帶通雙二階無限脈沖響應(yīng) (IIR)濾波器。
20.權(quán)利要求15的方法，其中變換第一信號包括 移除來自第一信號的干擾。
21.21.權(quán)利要求18的方法，其中變換第一信號還包括 移除來自噪聲拒絕的第一信號的干擾。
22.22.權(quán)利要求14的的方法，其中變換第一信號包括 計算第一信號的能量信號。
23.權(quán)利要求14的方法，其中控制數(shù)字可調(diào)整增益包括 基于數(shù)字可調(diào)整增益來放大或衰減第二信號；以及 產(chǎn)生到增益處理器的數(shù)字可調(diào)整增益。
24.權(quán)利要求23的方法，其中產(chǎn)生數(shù)字可調(diào)整增益包括 計算第二信號的能量信號；縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 根據(jù)縮放的能量信號來產(chǎn)生平均的能量信號； 對用于更新的樣本數(shù)目進行計數(shù)； 縮放平均的能量信號以提供當(dāng)前能量信號；以及 根據(jù)當(dāng)前能量信號來計算數(shù)字可調(diào)整增益和衰減指示符。
25.權(quán)利要求M的方法，其中計算數(shù)字可調(diào)整增益包括計算希望的能量值和表示當(dāng)前能量信號的當(dāng)前能量值之間的差值； 將差值舍入到最近的2P，其中P是非負整數(shù)，P的值用于指定表示數(shù)字可調(diào)整增益的左 移或右移的量。
26.權(quán)利要求14的方法，還包括控制模擬AGC處理器的狀態(tài)，包括產(chǎn)生模擬控制信號來凍結(jié)和解凍模擬AGC處理器； 控制處理電路的狀態(tài)；以及控制數(shù)字AGC處理器的狀態(tài)，包括產(chǎn)生數(shù)字控制信號來凍結(jié)和解凍數(shù)字AGC處理器，所 述數(shù)字控制信號獨立于所述模擬控制信號來產(chǎn)生。
27.27. —種系統(tǒng)，包括一前端處理模塊，用于處理輸入信號，所述前端處理模塊包括 一一模擬自動增益控制(AGC)處理器，用于使用反饋機構(gòu)來控制輸入信號的模擬可調(diào) 整增益，所述模擬AGC處理器產(chǎn)生第一信號；一一耦合到AGC處理器的處理單元，用于將第一信號變換為第二信號；以及 一一耦合到處理電路的數(shù)字AGC處理器，用于使用前饋機構(gòu)來控制第二信號的數(shù)字可 調(diào)整增益以產(chǎn)生輸出信號；一耦合到前端處理模塊的解調(diào)器，用于解調(diào)從輸出信號獲得的分組；以及 一耦合到解調(diào)器的解碼器，用于解碼解調(diào)的分組。
28.權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中模擬AGC處理器包括模擬可編程增益放大器(PGA)，用于使用模擬可調(diào)整增益根據(jù)輸入信號來產(chǎn)生放大的信號；耦合到模擬PGA的直流(DC)阻斷器，用于阻斷來自放大的信號的DC分量以提供第一信號；耦合到DC阻斷器的模擬增益調(diào)整器，用于根據(jù)第一信號來產(chǎn)生到模擬PGA的模擬可調(diào)整增益。
29.權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中模擬增益調(diào)整器包括 輸入能量計算器，用于計算第一信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用于縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用于產(chǎn)生平均的能量信號； 更新計數(shù)器，用于對用于更新的樣本數(shù)目進行計數(shù)；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用于縮放平均的能量信號以提供當(dāng)前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用于計算模擬可調(diào)整增益和衰減指示符。
30.權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中數(shù)字AGC處理器包括增益處理器，用于基于數(shù)字可調(diào)整增益來放大或衰減第二信號；以及耦合到增益處理器的數(shù)字增益調(diào)整器，用于產(chǎn)生到增益處理器的數(shù)字可調(diào)整增益。
31.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中數(shù)字增益調(diào)整器包括 輸入能量計算器，用于計算第二信號的能量信號；耦合到能量計算器的第一縮放器，用于縮放能量信號以提供縮放的能量信號； 耦合到第一縮放器的平均濾波器，用于產(chǎn)生平均的能量信號； 更新計數(shù)器，用于對用于更新的樣本數(shù)目進行計數(shù)；耦合到平均濾波器的第二縮放器，用于縮放平均的能量信號以提供當(dāng)前能量信號；以及耦合到第二縮放器的增益計算器，用于計算數(shù)字可調(diào)整增益和衰減指示符。
32.權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中前端處理模塊還包括耦合到模擬AGC處理器的模擬狀態(tài)控制器，用于控制模擬AGC處理器的狀態(tài)，所述模擬 狀態(tài)控制器產(chǎn)生模擬控制信號來凍結(jié)和解凍模擬AGC處理器；耦合到處理電路的處理狀態(tài)控制器，用于控制處理電路的狀態(tài)；以及 耦合到數(shù)字AGC處理器的數(shù)字狀態(tài)控制器，用于控制數(shù)字AGC處理器的狀態(tài)，所述數(shù)字 狀態(tài)控制器產(chǎn)生數(shù)字控制信號來凍結(jié)和解凍數(shù)字AGC處理器，所述數(shù)字控制信號獨立于所 述模擬控制信號來產(chǎn)生。
33.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中解調(diào)器是正交頻分復(fù)用(OFDM)解調(diào)器。
全文摘要
實施例是一種用于處理輸入信號的一種方法和設(shè)備。模擬自動增益控制(AGC)處理器使用反饋機構(gòu)來控制輸入信號的模擬可調(diào)整增益。模擬AGC處理器產(chǎn)生第一信號。處理電路將第一信號變換為第二信號。數(shù)字AGC處理器使用前饋機構(gòu)來控制第二信號的數(shù)字可調(diào)整增益。
文檔編號H03G3/30GK102113209SQ200980129696
公開日2011年6月29日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者H. 卡馬利扎 A., 拉扎茲安 K., 烏馬里 M., V. 洛吉諾夫 V. 申請人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司