专利名称：消除杂散而不影响输入信号的网络设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种在谐波与输入信号耦合在一起时消除数字系统时钟频率的谐波的系统和方法。
背景技术：
任何数字集成电路或系统中一般都装有时刻运转的数字时钟。这些系统中的非线性效应经常使基准数字时钟频率产生该时钟频率的谐波。例如，如果基准时钟序列是100MHz，那么芯片上的一些处理可能产生不想要的10到20个谐波成分，其分别在100MHz时钟的1MHz和2MHz出现，以及在1GHz和2GHz出现。这些不想要的谐波也称为杂散信号(spur)。在特定系统中，根据已知的基准时钟和谐波频率，可以准确的预测杂散信号的精确频率。
在快速频带系统中，即在高频范围内工作并且在中心载波频率周围带有快速频带信号的系统，快速频带信号被视频芯片降频转换为基带信号，然后由基带处理器对该基带信号进行处理。具体地，该基带信号被数字化，并交由数字信号处理器进行处理。该数字信号处理器通常用于生成时刻运行的数字时钟。因此，当射频部分和数字部分处于同一芯片上时，输入的数字信号和时钟信号很容易耦合在一起。这样一来，数字时钟将在整个快速频带系统工作区域内产生杂散信号。因此，当输入射频信号时，期望信号或分组信号中将混有杂散频率。该期望信号一般是扩展信号，例如，带宽为20MHz的信号。另一方面，杂散频率的带宽非常窄，这是由时钟频率的谐波决定的。
一种抑制谐波或杂散的常用方法是在数字系统时钟和射频电路之间使用电绝缘。但是，绝缘的效果并不彻底，并且带内杂散能产生多种问题，包括载波检波问题，例如误检。此外，谐波产生的杂散还增大了信噪比。随着信噪比的增大，丢失数据包的几率也随之增大。
发明内容
根据本发明的一个方面，提出一种用于消除杂散而不影响输入信号的网络设备。所述网络设备包括一个估算器，用于在预定的一段时间内估算杂散信号的振幅和相位。所述网络设备还包括有处理装置，用于冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算，消除估算的杂散以及允许输入分组信号进入。所述网络设备进一步包括有减去装置，用于从输入分组信号中减去估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不是该估算的杂散的一部分的输入信号。
根据本发明的另一个方面，提出一种用于消除杂散而不影响输入信号的方法。所述方法包括在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位，并冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算。所述方法还包括消除估算的杂散并允许输入分组信号进入。本方法进一步包括从输入分组信号中减去估算的杂散，其中所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于估算的杂散信号的一部分的输入信号。
根据本发明的另一个方面，提出一种消除杂散而不影响输入信号的网络设备，所述网络设备包括一个估算器，在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位；处理装置，冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算，消除估算的杂散并允许输入分组信号进入；减去装置，从输入分组信号中减去估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散信号的一部分的输入信号。
优选地，所述网络设备进一步包括用于对所述杂散的振幅和相位的初始估计值乘以一个预定频率上的杂散指数以确定所述估算的杂散的装置。
优选地，所述估算器是一个窄带自适应滤波器，允许所述杂散频率上的能量进入，而将所有其他信号的能量挡在外边。
优选地，所述估算器估算在没有输入信号的情况下所述杂散的振幅和相位。
优选地，所述估算器估算一段时间内相同自适应频率下所述杂散的振幅和相位。
优选地，所述估算器是一个陷波滤波器，将杂散频率上的所有能量滤除。
优选地，所述估算器在预定的一段时间内反复对所述杂散的振幅和相位进行估算。
优选地，所述网络设备进一步包括有用于为来自分组信号前导码的输入分组信号确定一个合适的增益，自动将所述增益应用到所述分组信号上，以及从对所述杂散的振幅和相位进行估算开始到将分组信号增益应用到分组信号上时的这段期间内通过增益增量对所述估算的杂散进行调整的装置。
优选地，所述网络设备进一步包括有在分组信号接收期间使用用于追踪输入分组信号的慢变量执行对振幅和相位的估算以解决相位的改变的装置。
优选地，所述估算器在用于追踪输入分组信号的变量的慢适应率下连续地估算所述杂散的振幅和相位，其中，所述估算器能够追踪并更新所述估算的杂散的增益和相位改变，而不影响输入信号的能量。
根据本发明的另一个方面，提出一种消除杂散而不影响输入信号的方法，所述方法包括如下步骤在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位；冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算；消除估算的杂散；允许输入分组信号进入；从输入分组信号中减去所述估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散的一部分的输入信号。
优选地，所述估算步骤包括对所述杂散的振幅和相位的初始估计值乘以一个预定频率上的杂散指数，以确定所述估算的杂散。
优选地，所述估算步骤包括在没有输入信号的情况下对所述杂散的振幅和相位进行估算。
优选地，所述估算步骤包括在一段时间内以相同的自适应频率对所述杂散的振幅和相位进行估算。
优选地，所述估算步骤包括在预定的一段时间内反复对所述杂散的振幅和相位进行估算。
优选地，所述方法进一步包括以下步骤为来自分组信号前导码的所述输入分组信号确定一个合适的增益；自动将所述增益应用到所述分组信号上；从对所述杂散的振幅和相位进行估算开始到将分组信号增益应用到分组信号上时的这段期间内通过增益增量对所述估算的杂散进行调整。
优选地，所述方法进一步包括在分组信号接收期间使用用于追踪输入分组信号的慢变量执行对振幅和相位的估算以解决相位的改变。
优选地，所述估算步骤包括在用于追踪输入分组信号的变量的慢适应率下连续地估算所述杂散的振幅和相位，并更新所述估算的杂散的增益和相位改变而不影响输入信号的能量。
优选地，在所述估算步骤之前，所述方法还包括以下步骤确定一个操作信道；将射频带的滤波频率改变为确定的信道；确定所述确定的信道内信号带宽中的杂散频率；用所述确定的杂散频率更新至少一个寄存器。
根据本发明的一个方面，提出一种消除杂散而不影响输入信号的设备，所述设备包括估算装置，在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位；冻结装置，冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算；消除装置，消除估算的杂散；允许装置，允许输入分组信号进入；减去装置，从输入分组信号中减去所述估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散信号的一部分的输入信号。
根据本发明的另一方面，提出一种消除杂散而不影响输入信号的设备。所述设备包括用于在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位的估算装置，和用于冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算的冻结装置。所述设备还包括用于消除估算的杂散的消除装置，和用于允许输入分组信号进入的允许装置。所述设备还包括用于从输入分组信号中减去所述估算的杂散的减去装置，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散信号的一部分的输入信号。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是依据本发明一个实施例的杂散消除器100的示意图；图2是依据本发明一个实施例的消除杂散的方法的流程图。
具体实施例方式
本发明寻求一种通过使用估算电路来消除谐波的方法，使用该估算电路来消除杂散而不影响所期望的信号。根据本发明的一个实施例，由于时钟频率是已知的，所以可以相对很容易的确定对应于信道载波频率的杂散的精确频率。例如，如果时钟频率是80MHz，射频频率是2.412GHz，则可以确定带内谐波将在2.416GHz处出现。在无线通信系统方案，例如802.11中，具有14个不同的2.4GHz频带的信道或“片段(slice)”。以80MHz的数字时钟频率为例，可以很容易的确定14个信号中每个信道上的谐波，而适当的估计值和滤波操作可以消除这些杂散。
图1所示为实现本发明一个实施例的杂散消除器100。杂散消除器100用于估算杂散频率的幅度和相位，然后消除这些杂散频率而不影响输入分组信号。杂散消除器包括ADC 102、估算器104和处理器106。根据本发明的一个实施例，输入发送给杂散消除器100的数字部分时，经过ADC 102处理后，基带信号被数字化，杂散信号将被消除。尽管数字时钟的频率和谐波是已知的，但要想消除杂散又不影响所期望的信号，还必须确定信号的振幅和相位。
根据本发明的一个实施例，在没有输入信号/分组信号的情况下，估算器104在预定的一段很短的时间内对杂散的振幅和相位进行估算。这一估算操作可在一段时间内重复进行。对于每一次估算，估计值Ak可根据下面的方程获得Ak+1＝Ak-μ·[ekH·ek]/AkAk+1＝(1-μ·Ak+μ·ei2π.k.f0/fs·Xk其中Ak是所述杂散的振幅和相位的估计值；Xk是输入信号；ei.2.π.k.f0/fs是在频率f0处的谐波指数；μ是用于追踪信号的变量。
在获得初始估计值之后，处理器106用ei.2.π.k.f0/fs乘以该初始估计值，其中ei.2.π.k.f0/fs是在频率f0处的谐波指数。在这之后，处理器106从输入信号Xk中减去该乘积。
具体地，估算器104追踪窄带能量f0内的信号。因而估算器104是一个窄带自适应滤波器，只允许杂散谐波f0的能量进入，而将所有其他能量挡在外边。因此，当进行估算操作时，除了杂散能量以外，所有其他信号的能量都不允许进入估算器104。这样一来，即使其中混入了噪音(因为只有在该杂散频率的噪音可以进入滤波器)，也同样可以提供良好的杂散估计值，。
如上所述，对杂散的估算可在，例如没有进行信号发射和接收的时间进行，也就是，在没有信号的时候进行。本领域的普通技术人员知道，因为数字时钟工作在底层，所以在没有信号的情况下也存在杂散。本领域的普通技术人员还应该知道，在接收完每个分组信号之后，都会出现一段时间的静止，估算器104可以利用这段没有信号的时间估算杂散的振幅和相位。在估算杂散的振幅和相位之后，杂散消除器100会冻结该估算操作。在这之后，杂散消除器100开始消除杂散。一旦接收到一个分组信号，杂散消除器100就会从该分组信号中减去杂散。由于已经估计到在进入ADC 102时分组信号会包含杂散，所以正确的估算和减去操作可以消除杂散，却不影响与杂散具有相同频率的输入分组信号信息。
虽然可以在没有输入信号的情况下对杂散的振幅和相位进行估算，但却很难保证在估算过程中没有分组信号出现。本领域的普通技术人员知道，可以依靠更高的网络指示，例如分组信号之间的间隔，来确定有无信号。但是这种方法有错误倾向。因此，在没有用于在无信号情况下估算杂散的振幅和相位的方法的情况下，估算器104会一直以同一自适应率估算杂散的振幅和相位。这样的话，将不存在杂散的振幅和相位的初始估计值。因此，在消除过程中，杂散消除器100将总是消除具有杂散频率的能量。即使在该实施例中，部分具有与杂散相同频率的信号也被消除掉，但应该注意到，信号损失是很小的。
以上的讨论假设射频前端内的增益没有发生变化，在该射频前端内，信号从快速频带降频转换为基带，并增加了适当的增益。现在，如果存在一个很小的输入信号，射频前端对其进行增益后，ADC 102能看见该信号的整个范围；如果该信号太大，则需要对该信号进行适当的削减，使得其可以适合在ADC的范围内。在射频前端接收到分组信号时增益发生变化的情况下，必须对估算值进行更新以反映增益的变化。根据上述的实施例，在分组信号进入杂散消除器100以及增益被确定之前，估算器104已经对杂散的振幅和相位进行了估算，消除器100已经开始了对杂散的消除。当分组信号从该分组信号的前导码进入杂散消除器100时，杂散消除器可以为该分组信号确定适当的增益，并自动将该增益应用到该分组信号上。增益的变化由分组信号接收的强度来确定。应当注意到，如果期望的信号强度发生改变，杂散的增益同样也会发生变化。这样一来，估算器104需要解决分组信号接收过程中的增益改变。所以如果估计是基于例如70dB的能级进行的，但输入分组信号的强度只有30dB，那么杂散值将会较低，并且需要对估算值进行更新以反映信号强度的这一改变。因此在本发明的这个实施例中，从产生初始估计值时起，一直到将分组信号增益应用到分组信号上的这段时间内，杂散消除器100使用增益增量来调整估算的成分。
在增益变化过程中，相位响应同样发生变化。因此，为了确定相位的变化，杂散清除器100在分组信号接收过程中，使用用于追踪信号的慢变量μ来执行振幅和相位估算。在本发明的一个实施例中，杂散清除器100慢慢的开始追踪该分组信号。从分组信号的前导码到分组信号的负载部分，杂散清除器100可以追踪出分组信号的相位是什么，并确定相位的变化。
可以想象，在得出杂散的振幅和相位的初始估计值之后，在前端中可能发生增益变化。为解决这个问题，杂散清除器100可以继续以较慢的自适应率μ运行估算器104。这样一来，在增益和相位发生变化时，估算器104将更新并希望只追踪杂散的增益和振幅，而不影响信号的能量。
上述本发明的实施例可以在射频-基带集成芯片上实现。图2所示是实现本发明的各步骤的流程图。如上所述，例如，在802.11g中，有14个不同的信道或“片段”，其各自具有2.4GHz频带范围内的不同中心频率，例如从2.412MHz到2.480MHz。为了实现本发明的实施例，在步骤2010，应确定即将运行相关操作的信道，并将射频带滤波器的频率改为所确定的信道。在这之后，无论在基于数字系统时钟的信号带宽中是否存在杂散，还应该确定谐波，而且如果存在杂散，则还应该确定杂散的频率。在步骤2020，确定了杂散的频率后，应使用该确定的杂散频率来更新相应的寄存器和数据表。
在步骤2030，在没有信号的情况下，估算器104在预定的一段很短的时间内执行对杂散的振幅和相位的估算。在步骤2040，杂散清除器100随后冻结该估算操作，并且在允许分组信号进入之前对杂散进行消除。在步骤2050，一旦接收到一个分组信号，估算器104就会从该分组信号中消除杂散。在步骤2060，在没有用于在无信号情况下估算杂散的振幅和相位的方法的情况下，估算器104会一直以同一自适应频率估算杂散的振幅和相位。在步骤2070，从发生估算开始一直到将分组信号增益应用到分组信号上的这段时间内，杂散消除器100使用增益增量来调整估算的成分。在步骤2080，为了确定相位的变化，杂散消除器100在分组信号接收过程中以追踪信号的慢变量执行振幅和相位的估算。上述步骤可在每个分组信号或预定的一段时间之后重复的进行。由于杂散强度是基板温度的函数，所以当温度变化时，该杂散的振幅和相位的估计值将失效。因此，可以设置预定的时间段来消除可能影响杂散的振幅和相位估计值的相应活动。
在本发明的一个实施例中，本发明包括一个杂散消除器，具有一个用于估算杂散的幅度和相位的估算器和一个用于在适当的时间从输入分组信号中减去估算的杂散值的减去器。本发明还包括一个更新器，用于基于输入分组信号的信号电平更新估计值，以动态地调整变化的杂散幅度。本发明可应用到固定时钟信号会在相邻电路上产生谐波或杂散的任何配置中，更具体地，本发明还可应用到数字时钟脉冲与射频指示频率一起运作的无线射频通信中。
以上描述介绍了本发明的具体实施例。但很明显，可以对所描述的实施例进行各种变化和修改来实现其一些或全部技术效果。因此，权利要求书覆盖了体现本发明真正精神和范围的所有变化和实施例。
权利要求
1.一种消除杂散而不影响输入信号的网络设备，所述网络设备包括一个估算器，在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位；处理装置，冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算，消除估算的杂散并允许输入分组信号进入；减去装置，从输入分组信号中减去估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散信号的一部分的输入信号。
2.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备进一步包括用于对所述杂散的振幅和相位的初始估计值乘以一个预定频率上的杂散指数以确定所述估算的杂散的装置。
3.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述估算器是一个窄带自适应滤波器，允许所述杂散频率上的能量进入，而将所有其他信号的能量挡在外边。
4.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述估算器估算在没有输入信号的情况下所述杂散的振幅和相位。
5.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述估算器估算一段时间内相同自适应频率下所述杂散的振幅和相位。
6.根据权利要求5所述的网络设备，其特征在于，所述估算器是一个陷波滤波器，将杂散频率上的所有能量滤除。
7.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述估算器在预定的一段时间内反复对所述杂散的振幅和相位进行估算。
8.根据权利要求1所述的网络设备，其特征在于，所述网络设备进一步包括有用于为来自分组信号前导码的输入分组信号确定一个合适的增益，自动将所述增益应用到所述分组信号上，以及从对所述杂散的振幅和相位进行估算开始到将分组信号增益应用到分组信号上时的这段期间内通过增益增量对所述估算的杂散进行调整的装置。
9.一种消除杂散而不影响输入信号的方法，所述方法包括如下步骤在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位；冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算；消除估算的杂散；允许输入分组信号进入；从输入分组信号中减去所述估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散的一部分的输入信号。
10.一种消除杂散而不影响输入信号的设备，所述设备包括估算装置，在预定的一段时间内估算杂散的振幅和相位；冻结装置，冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算；消除装置，消除估算的杂散；允许装置，允许输入分组信号进入；减去装置，从输入分组信号中减去所述估算的杂散，其中，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不属于所述估算的杂散信号的一部分的输入信号。
全文摘要
本发明公开了一种消除杂散而不影响输入信号的网络设备。所述网络设备包括一个估算器，用于在预定的一段时间内估算杂散信号的振幅和相位。所述网络设备还包括有处理装置，用于冻结对所述杂散的振幅和相位的进一步估算，消除估算的杂散以及允许输入分组信号进入。所述网络设备进一步包括有减去装置，用于从输入分组信号中减去估算的杂散，所述估算的杂散被从输入分组信号中减去而不影响不是该估算的杂散的一部分的输入信号。
文档编号H04L25/03GK1773971SQ200510113100
公开日2006年5月17日 申请日期2005年10月13日 优先权日2004年10月15日
发明者罗伊特·V·盖克瓦德, 贾森·A·切思戈 申请人:美国博通公司