[發(fā)明專利]寬帶信號處理的方法、系統(tǒng)和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980108415.8
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101971508A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 德夫·V·古普塔;迪維·古普塔
• 申請（專利權(quán)）人: 紐蘭斯公司
• 主分類號: H04B1/14
• 分類號: H04B1/14;H04B1/16
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;陳晨

相關(guān)申請

本申請要求均于2008年3月10日遞交的美國臨時申請No.61/068,720和No.61/068,802的優(yōu)先權(quán)。上述申請的全部教導通過引用合并于此。

背景技術(shù)

信號帶寬和數(shù)據(jù)速率的增加推進了解決與寬帶信號相關(guān)的挑戰(zhàn)的新信號處理技術(shù)的發(fā)展。增加的信號帶寬使得新的應(yīng)用成為可能，包括在異構(gòu)環(huán)境中的基于超寬帶(UWB)技術(shù)的有源射頻(RF)識別(ID)。此外，增加的信號帶寬提高了測距(ranging)精度，使得寬帶技術(shù)對于雷達、成像和其他應(yīng)用特別有吸引力。

令人遺憾的是，關(guān)于時鐘速度、切換、散熱和故障恢復的難點的基本縮放限制使得數(shù)字邏輯不適于寬帶信號處理。例如，如今的DSP技術(shù)不能夠處理新出現(xiàn)的應(yīng)用(例如高清晰度TV、軟件無線電、認知無線電、4-G手持服務(wù)、空格(white?space)、基于UWB的服務(wù)和實時GHz/THz醫(yī)學成像)所需的寬帶信號。除了更高速度和帶寬處理功能的需求以外，用于降低功耗的方法也在許多信號處理應(yīng)用中有巨大吸引力和實用性。例如，針對移動設(shè)備中的功耗需要很高的費用；高速DSP對手機和PDA的電池壽命來說是很大的消耗。

對于寬帶應(yīng)用，尼奎斯特率在多個Gsp范圍內(nèi)，因此僅可實現(xiàn)相對簡單的信號處理，并且通常需要高度管線化和并行處理架構(gòu)。從前，DSP技術(shù)不可能達到這些應(yīng)用所需的能力，這是因為基于CMOS的數(shù)字信號處理結(jié)構(gòu)的限制不再根據(jù)摩爾(Moore)定律擴展。實際上，深亞微米CMOS柵極具有以分子測量的寬度，建議晶體管大小(和切換速度)接近他們的基本極限。換句話說，增加DSP技術(shù)的帶寬處理能力的空間很小，這是因為與晶體管大小負相關(guān)的晶體管切換速度不能夠更快地進行。

反過來，模擬邏輯具有其自身的限制。因為模擬電路并非由真實的獨立塊形成，改變模擬邏輯的一個塊可迫使電路中的每個其他塊改變。此外，處理技術(shù)的發(fā)展快速進行，從而應(yīng)用特定的設(shè)計通常在他們被制造之前過時。最后，模擬電路既不能完全重新配置，也不能夠完全編程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例包括用于寬帶信號處理的方法和裝置，其使用：m階狀態(tài)變量濾波器和n階狀態(tài)變量濾波器，被配置為對寬帶輸入進行并行運算，其中m和n是正整數(shù)；以及求和器，被配置為將來自所述m階狀態(tài)變量濾波器和n階狀態(tài)變量濾波器的輸出相加，從而生成處理后的輸出。在某些實施例中，m和n可彼此相等。在其他實施例中，m可等于一(1)，n可等于二(2)。實施例可包括多個m階濾波器、多個n階濾波器或者多個m和n階濾波器的組合。

其他實施例可包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，被配置為將處理后的輸出數(shù)字化；和數(shù)字信號處理器(DSP)，被配置為基于所述處理后的輸出的數(shù)字化表示來控制所述m階和n階狀態(tài)變量濾波器。DSP可通過改變?yōu)V波器參數(shù)(包括抽頭權(quán)重、分數(shù)增益、極點、余數(shù)和可變增益)來改變?yōu)V波器的中心頻率、通帶形狀和通帶寬度。例如，DSP可調(diào)節(jié)狀態(tài)變量濾波器，以補償積分器和其他濾波器組件的非理想性。

另一實施例包括一階狀態(tài)變量濾波器，其具有余數(shù)塊、求和器、積分器、可變增益塊和極點塊。余數(shù)塊可被配置為向求和器提供寬帶輸入的余數(shù)，求和器將余數(shù)與來自極點塊的極點組合。積分器對來自求和器的組合信號進行積分，并將得到的積分信號發(fā)送至可變增益塊，隨后可變增益塊放大積分信號，以提供濾波輸出。極點塊向求和器提供濾波輸出的極點，以閉合反饋環(huán)。濾波器的中心頻率可通過改變可變增益塊的增益來控制。

又一實施例包括二階狀態(tài)變量濾波器，其包括兩個積分/增益級，每個均包括可操作地耦接至可變增益塊的積分器。第一求和器基于寬帶輸入向第一積分/增益級饋送組合信號，第一積分/增益級隨后向第二積分/增益級提供輸入，以提供輸出信號。示例性的二階狀態(tài)變量濾波器還可包括分數(shù)增益塊和附加求和器。改變第一和第二可變增益塊的增益改變了示例性二階狀態(tài)變量濾波器的中心頻率。

又一實施例包括一種對寬帶信號進行濾波的方法，通過以下操作：將濾波信號的極點與寬帶輸入組合，以提供組合信號；對組合信號進行積分，以提供積分信號；以及通過增益G放大積分信號，以提供濾波信號，其中通過增益G縮放濾波器的中心頻率。

方法還可包括：確定輸入、輸出和中間信號的余數(shù)和極點。此外，方法可包括：對濾波信號進行積分，以提供另一積分信號；放大其他積分信號，以提供另一濾波信號；在對組合信號進行積分之前，將其他積分信號與組合信號組合；以及將其他濾波信號與差分信號相加，以提供輸出。某些方法還可涉及：當對差分信號進行積分時調(diào)節(jié)極點、余數(shù)或者增益，以補償非理想性，例如有限積分帶寬或有限積分增益。