基于环境噪声在接收机中执行功率控制.pdf

本发明涉及基于环境噪声在接收机中执行功率控制。在一个实施例中，一种方法包括在接收机中接收和处理输入的射频(RF)信号。基于该信号，环境噪声等级可以被确定，其中该等级对应于呈现在所述接收机所位于的环境中的环境噪声。接着，如果所述环境噪声等级显著大于接收机生成的噪声，则所述接收机的至少一个模拟前端组件的功率消耗可被降低。

权利要求书一种方法，包括：
在接收机中接收和处理输入的射频(RF)信号；
基于所述RF信号确定对应于在所述接收机所位于的环境中呈现的环境噪声的环境噪声等级；以及
如果所述环境噪声等级显著大于接收机生成的噪声，则降低所述接收机的至少一个模拟前端组件的功率消耗。
权利要求1的方法，其中降低所述功率消耗包括禁用所述接收机的第一前端组件的多个并行级中的至少一个。
权利要求2的方法，其中降低所述功率消耗包括禁用所述接收机的第二前端组件的多个并行级中的至少一个。
权利要求3的方法，其中所述第一前端组件包括放大器，并且所述第二前端组件包括混频器。
权利要求1的方法，进一步包括如果所述环境噪声功率等级是所述接收机生成的噪声功率的至少一定因子倍，则降低所述功率消耗。
权利要求5的方法，进一步包括其后如果所述环境噪声等级在所述接收机生成的噪声的阈值量之内，则增大所述接收机的至少一个前端组件的功率消耗。
权利要求1的方法，进一步包括如果所述环境噪声等级不是显著大于所述接收机生成的噪声，则保持所述接收机的最大功率模式。
权利要求7的方法，其中在最大功率模式下，所述接收机的多个前端组件中的每一个均启用全部多个并行级。
权利要求1的方法，进一步包括从所述接收机中的表格获得所述接收机生成的噪声，其中所述表格包括多个条目，每个条目将所述接收机的功率消耗等级与接收机生成的噪声等级相关联。
权利要求9的方法，其中所述接收机生成的噪声等级在所述接收机的制造期间被存储在所述表格中。
权利要求1的方法，进一步包括将所述接收机配置成在大多数环境条件下以降低的功率消耗模式操作。
权利要求1的方法，进一步包括在实验室环境中以第一功率消耗等级操作所述接收机以及在非实验室环境中以第二功率消耗等级操作所述接收机，所述第二功率消耗等级低于所述第一功率消耗等级。
一种装置，包括：
接收机，其具有包括信号路径以接收射频(RF)信号并将该射频(RF)信号下变频成第二频率信号的模拟前端，所述模拟前端包括：
低噪声放大器(LNA)，其具有第一多个并行路径以接收并放大所述RF信号；
混频器，其耦合至所述LNA以将所述RF信号下变频成第二频率信号，所述混频器具有第二多个并行路径；
解调器，其耦合至所述模拟前端以接收所述第二频率信号并解调所述第二频率信号；以及
控制器，其至少部分地基于所述接收机所位于的环境的环境噪声等级来控制所述接收机的功率消耗等级。
权利要求13的装置，进一步包括噪声估计器，其耦合至所述信号路径以基于所述RF信号来估计所述环境噪声等级。
权利要求14的装置，其中所述噪声估计器包括坐标旋转数字计算机(CORDIC)引擎以根据所述第二频率信号来计算幅度和相位以及基于所述幅度和相位中的至少一个的变化来生成所述环境噪声等级。
权利要求15的装置，其中所述控制器基于所述环境噪声等级以及所述模拟前端的增益来估计涉及输入的环境噪声等级，并将所估计的涉及输入的环境噪声等级与从存储在所述接收机中的表格获得的接收机生成的噪声等级进行比较。
权利要求13的装置，其中如果所述环境噪声等级显著大于最大功率模式等级处的接收机生成的噪声，则所述控制器将所述LNA和所述混频器中的至少一个的功率消耗等级从最大功率模式等级减小。
权利要求17的装置，其中如果所述环境噪声等级其后在所述接收机生成的噪声的阈值量之内，则所述控制器增大所述LNA和所述混频器中的至少一个的功率消耗等级。
权利要求17的装置，其中所述控制器基于处于FM模式的所述第二频率信号中呈现出的振幅抖动来确定所述环境噪声等级以及基于处于AM模式的所述第二频率信号中呈现出的相位抖动来估计所述环境噪声等级。
权利要求13的装置，其中所述控制器进一步基于接收信号强度指示来控制所述功率消耗等级。
一种系统，包括：
接收机，其具有包括信号路径以接收射频(RF)信号并将该射频(RF)信号下变频成第二频率信号的模拟前端，所述模拟前端包括：
环境噪声检测器，其基于所述RF信号的第一信号度量来估计所述接收机所位于的环境的环境噪声等级；
存储所述接收机的特征数据的表格，所述特征数据包括与所述接收机可操作的多个功率等级中的每个相关联的接收机生成的噪声等级；以及
功率控制器，其基于所述环境噪声等级和所述接收机生成的噪声等级来控制所述接收机的功率消耗等级。
权利要求21的系统，其中所述功率控制器向所述模拟前端的至少一个组件发送控制信号以禁用所述接收机的第一前端组件的多个并行级中的至少一个。
权利要求21的系统，其中所述功率控制器使所述接收机能够在实验室环境中以第一功率消耗等级操作以及在非实验室环境中以第二功率消耗等级操作，所述第二功率消耗等级低于所述第一功率消耗等级。
权利要求21的系统，进一步包括耦合至所述信号路径以基于所述RF信号来估计所述环境噪声等级的噪声估计器，并且包括根据所述第二频率信号来计算幅度和相位并基于所述幅度和相位中的至少一个的变化来估计所述环境噪声等级的坐标旋转数字计算机(CORDIC)引擎。
权利要求24的系统，其中所述功率控制器基于所述环境噪声等级以及所述模拟前端的增益来估计涉及输入的环境噪声等级，并将所估计的涉及输入的环境噪声等级与从所述表格中获得的接收机生成的噪声等级进行比较。
一种包括机器可访问存储介质的物品，所述机器可访问存储介质包括指令，当执行所述指令时使得系统：
接收和处理所述系统中的数字通信信号；
基于所述数字通信信号来确定信噪比(SNR)；以及
如果所述SNR大于阈值等级，则降低所述系统的至少一个模拟前端组件的功率消耗。
权利要求26的物品，其中当所述SNR至少在所述阈值等级时，获得至少最小的期望误比特率(BER)。
权利要求26的物品，进一步包括指令，其使得系统确定对应于在所述系统所位于的环境中呈现出的环境噪声的环境噪声等级，以及如果所述环境噪声等级显著大于接收机生成的噪声，则降低所述至少一个模拟前端组件的功率消耗，其中期望的信道具有模拟调制。

说明书基于环境噪声在接收机中执行功率控制
背景技术
很多无线电接收机目前作为一个或多个半导体芯片来实施。以这种方式，更小的无线电尺寸、改进的处理、减少的功率消耗等等的益处可以被实现。尽管基于半导体的无线电比传统模拟接收机消耗更低的功率，但是在某些情况下，尤其当半导体无线电被包括在便携式设备中时，功率消耗可能仍然比期望的更高。
通常，存在有限的机会来进一步减小半导体无线电的功率消耗。因此，这是典型地为了能从无线电设备输出高性能高质量的音频，半导体无线电操作在最大功率消耗等级。当半导体无线电中的模拟调制的接收信号的信号强度为强时，在假设存在足够的信噪比(SNR)等级以使得不需要在接收机前端消耗额外的功率以来降低前端噪声的情况下，接收机中的功率消耗可被减小。然而，这种方式的功率减小的可利用性通常是受限的，因为大多数时候典型地，接收机并未操作在高信号环境中。即，接收机大多数时候通常会操作在低信号环境中，并且因此可用的功率减小技术并不能被使用。
发明内容
根据一个方面，本发明包括一种用于在接收机中接收和处理输入的射频(radiofr‑equency，RF)信号的方法。基于该信号，环境噪声等级可以被确定，其中该等级对应于呈现在所述接收机所位于的环境中的环境噪声。接着，如果该环境噪声等级显著大于接收机生成的噪声，则所述接收机的至少一个模拟前端组件的功率消耗可以减少。作为一个例子，通过禁用前端组件的并行级，功率消耗可以减少。
本发明的另一个方面针对一种包括带有模拟前端的接收机的装置，所述模拟前端具有信号路径来接收和下变频RF信号。所述模拟前端可以包括：带有并行路径以接收和放大RF信号的低噪声放大器(LNA)；以及带有并行路径以将RF信号下变频成第二频率信号的混频器。依次地，解调器耦合到模拟前端以接收和解调第二频率信号。并且控制器可以被配置为至少部分地基于接收机的环境的环境噪声等级来控制接收机的功率消耗等级。噪声估计器可以被耦合到接收机的信号路径以基于RF信号估计环境噪声等级。如果环境噪声等级显著大于接收机生成的噪声，则所述控制器可以从最大功率模式等级减小所述LNA和所述混频器中的至少一个的功率消耗等级。
又一个方面针对一种带有接收机的系统，所述接收机包括环境噪声检测器以基于接收到的RF信号的第一信号度量估计接收机的环境的环境噪声等级。所述接收机可进一步包括表格以存储包括与接收机的不同功率等级相关联的接收机生成的噪声等级的特征数据。依次地，功率控制器可以基于环境噪声等级和接收机生成的噪声等级来控制接收机的功率消耗等级。功率控制器可以控制接收机在实验室环境中操作于第一功率消耗等级以及在非实验室环境中操作于较低功率消耗等级，例如，由于非实验室环境中环境噪声的存在。
再一个方面针对一种非瞬时存储介质形式的物品，所述存储介质包括指令，以用于接收和处理通信信号，基于该通信信号确定信号质量度量，以及如果信号质量度量大于阈值信号质量等级，则减小系统的一个或多个模拟前端组件的功率消耗。注意，该通信信号可具有数字调制方案。所述指令可以进一步用于确定对应于呈现在系统所位于的环境中的环境噪声的环境噪声等级，以及如果所述环境噪声等级显著大于接收机生成的噪声，则减小模拟前端组件的功率消耗。
附图说明
图1是根据本发明实施例的接收机的框图。
图2是根据本发明实施例的功率控制方法的流程图。
图3是根据本发明实施例的在处于低功率模式时的功率控制方法的流程图。
图4是根据本发明的一个实施例的用于模拟信号的功率控制方法的流程图。
图5是根据本发明的一个实施例的误比特率与信噪比之间的关系的图表说明。
图6是根据本发明的一个实施例的数字信号中的功率控制方法的流程图。
图7是根据本发明实施例的用于确定环境噪声的电路的框图。
图8是根据本发明实施例的系统的框图。
具体实施方式
实施例可以以考虑基于接收机和基于环境的噪声估计以及可能的信号质量度量的各种方式在无线电接收机中执行功率控制。可以依据调制操作的类型来制定不同的方式，例如，不同措施可被用于模拟和数字调制。
尽管此处描述的实施例是关于无线电接收机的，但应理解本发明的范围并不限制于这点上，并且此处描述的技术可以被用于任何通信系统，要么模拟的要么数字的，以及有线的或无线的。相应地，实施例可被应用于无线电接收机以外的其他类型的接收机和收发器，以及实施不同通信协议的各种系统，比如计算机系统和移动通信设备比如蜂窝电话，例如智能电话。
通常，功率消耗可以根据通信系统基于各种度量被控制。在此处描述的实施例中，使用两种不同类型的度量(也就是SNR度量和环境噪声度量)。并且所使用的度量可根据是否在给定类型的操作期间期望的是SNR超过给定的阈值等级，或者是否最大SNR被期望。典型地，在数字通信系统中，SNR超过阈值等级是足够的。相反，对于模拟通信系统，通常最大SNR被探寻，尽管SNR超过阈值等级对于适度性能模拟系统是足够的。
作为一个例子，可以至少部分地基于呈现在接收机所位于的环境中的环境噪声的估计来控制功率消耗。由于实施例可以基于该噪声信息来执行功率控制，所以接收机可以在较低功率消耗等级操作达其大量活动时间，因为接收机典型地操作在具有相对高等级环境噪声的环境中(并且尤其相比于屏蔽了环境噪声并且在其中执行接收机测试的实验室环境)。因而实施例能够使接收机被配置为在大多数环境等级中操作于低功率模式。例如，在弱信号条件下功率消耗能够被减小而不影响接收信号的质量。即，对于高环境噪声位置中的弱信号，相比于环境噪声等级，接收机生成的噪声是无关紧要的。注意对于给定的电路拓扑，通过增大功率消耗(以及区域，例如以并行级的形式)，该电路自身生成的噪声可以被降低。实施例可以支持该原理以便在环境噪声超过该自身生成的噪声时减小功率消耗。在这种情况下，消耗各种接收机组件(比如模拟前端组件)中的额外功率以减小接收机的噪声剖面不利于接收信号的质量，并且仅仅消耗了过量的功率。
实施例因此检测了环境噪声的等级并且当确定出该等级为高(例如，在给定阈值以上)时，所述接收机的功率消耗可以被减速而不影响接收信号质量。由于无线电频带中银河的辐射，电离层噪声，北极光等等，所述环境噪声可以来自于包括银河辐射的各种源。在很多环境中(城市以及乡村二者中)的典型域强度测量表明存在比期望的50ohm电阻器(用作接收机规范测试的实验室环境中的标准噪声等级)的噪声等级更高大约近似14dB的噪声本底。
实施例可以在所述接收机的数字信号处理器(DSP)中确定噪声等级和信号度量。例如，通过分析IQ面上的接收信号的轨迹，可以确定所述环境噪声等级。在FM频带的操作中，基于信号振幅偏离IQ圈的平均半径的变化，环境噪声可以被确定，以使得对于FM频带，噪声度量可以对应于该平均半径周围的抖动。反而，对于AM频带，相位中的抖动可以被用于确定环境噪声。在又一个实施方式中，例如，对于数字无线电模式，模拟FM载波信号可以被分析用于噪声信息(例如，如上述讨论的振幅变化)，因为数字信息被作为子载波传输至模拟FM载波。
实施例可以在许多不同类型的系统中被实施。例如，根据本发明实施例的噪声键控的自动功率控制可以被结合在各种类型的无线电(比如独立式AM/FM接收机)或者多频带接收机(比如FM/AM/WB接收机)中。现在参照图1，示出了根据本发明实施例的接收机的框图。如图1所示，接收机100可具有低‑IF接收机架构。在图1的实施例中，接收机100被耦合以通过天线120接收RF信号，所述天线120接着又被耦合至低噪声放大器(LNA)125。如所见的那样，LNA可以由多个并行路径或级1251‑n构成。如下面描述的，根据环境噪声等级(或者为了其他原因)，一些或所有并行路径可以被启用，例如，通过控制信号将这些级切换进入信号路径或者切换离开信号路径。接着，RF信号可被提供给混频器130a1‑an以及130b1‑bn(总体上混频器130)。如图1中可见，所述接收机可具有具备分离IQ相位的合成复信号架构，从而以使得提供针对I和Q相位的独立分离路径。这由混频器130实现，混频器130中的每一个将接收到的RF信号与本地本机振荡器(LO)频率混频于不同相位，即90°分离。在图1的实施例中，混频器130可将输入的信号与本机振荡器频率混频以生成IF信号，并且如可见的混频器130也可以由多个并行级130a1‑an以及130b1‑bn构成。
各种模拟处理于是可以被实施于IF信号。特别地，I和Q路径中的每一个可以包括第一低通滤波器(LPF)135a和135b，由并行级140a1‑an和140b1‑bn构成的可编程增益放大器(PGA)140，以及第二LPF145a和145b。在一个实施例中，这些滤波器的带宽可以基于用于期望信道的有效数字信号是否已被检测到而选择。在一些实施例中，滤波器中的一个或多个也可以被并行化。结果得到的信号然后被提供给ADC150a和150b，在一些实施例中，该ADC150a和150b由可变偏置电流(IB)供电，并且该ADC150a和150b将模拟IF信号转换为数字I和Q信号。这些信号然后被提供给所述接收机的数字部分。注意，尽管在很多实施方式中接收机100可以被配置为单个集成电路，例如配置于单个半导体管芯上的CMOS设备，本发明的范围并不限制在这点上。
所述数字信息可被提供给所述接收机的数字部分，所述接收机可以包括数字前端160以执行各种数字处理来为DSP170中的解调准备信号，从而DSP170可以解调所述信号并将解调的数据提供到期望的位置。如图1可见，数字前端160可以包括可编程抽取器165以控制所述数字信号的采样率。注意，所述可编程抽取比N可以被控制以处理各种采样率，例如，数字无线电(744千次采样每秒(KS/s))，FM(372KS/s)，WBRX(93KS/s)，或AM(46KS/s)
尽管被示为单个结构，但应理解在一些实施方式中这些抽取器中的一部分可以在固定数字硬件中被执行，而附加的抽取可以使用可编程逻辑或在DSP固件中被执行。此外，在图1所示的实施例中，前端160可进一步包括图像抑制/校准电路168以应对图像抑制处理以及以期望速率生成采样，并且在其后提供数字采样给DSP170，在DSP170中解调和其他处理可以被执行以获得数字音频信号，该数字音频信号可以被转换为将被提供给输出机制(在图1中未示出)的模拟音频输出信号。
关于使用图1中进一步看到的本发明实施例而实施的功率控制，DSP170可以包括某些检测器和控制器以分析各种接收机信息并基于该信息确定合适的功率等级。具体在图1的实施例中，DSP170可以包括环境噪声和接收信号检测器174，如下面将进一步讨论地，其可以确定所述接收机正被操作的位置中呈现的环境噪声的等级以及接收信号度量。此外，DSP170可以包括功率控制器176，其可以接收来自环境噪声和接收信号检测器174的环境噪声等级以及可从表格178(也耦合至所述功率控制器)获得的接收机生成的噪声的测量。进一步在图1中看到的，DSP170可进一步包括信号质量检测器175，其可以生成信号质量度量，比如SNR测量。至少部分基于该信息，所述功率控制器可以确定操作所述接收机的合适的功率等级。
相应地，DSP170可以输出功率控制信号，其可以被发送至各种模拟前端组件以控制它们。这种控制可以包括启用/禁用各种组件的并行级，以及控制例如提供给给定组件的偏置电流或电压。例如，所述并行级可由MOSFET或其他开关控制以从而基于所述控制信号接入或断开级。尽管示出有图1的实施例中的该特定实施方式，但是本发明的范围并不限制于这点上。在一些实施例中，DSP可以包括或者关联于在其上写入了指令的非瞬时性计算机可读存储介质的形式的物品。这些指令可以启动DSP，包括功率控制器、环境噪声检测器、信号质量检测器、或其它可编程处理器，以执行功率控制、噪声检测、质量分析，和此处描述的其他处理。
现在参照图2，所示的是根据本发明实施例的功率控制方法的流程图。如图2所示，方法200可以在无线电接收机(例如图1的功率控制器)中被执行，以及可以被用于在存在大量环境噪声时实现降低的功率消耗。即，当确定所述无线电接收机所位于的位置处存在至少给定等级的环境噪声时，各种模拟前端组件可被控制以减小它们的功率消耗，这是因为用于执行降噪无线电处理的增加功率消耗并不能显著地实现所述接收机的更好性能。注意，关于所述接收机利用其来进行操作的调制类型，参照图2(以及下面的图3)的讨论是一般性的。如下面将讨论的，不同度量和不同分析可根据所述接收信号是具有模拟还是数字调制而被执行。即，对于模拟调制中的操作，通过考虑功率消耗，信号质量度量(例如SNR)可以被最大化到可能的程度。相反，对于数字调制(例如，数字音频广播(DAB)频带)，针对合适操作全部所需要的是阈值信号质量等级，以使得适当的误比特率(BER)可被获得。
在很多实施例中，图2的方法可以在系统的接收机接通电源之后不久被启动。接收机可以被配置为最初操作在最大功率等级。作为例子，接收机可以被配置为以最大功率模式开始操作，但通过执行图2的方法以及基于确定的环境噪声迅速进入低功率模式，例如在开始操作的100毫秒之内。如图2所示，方法200通过接收并处理无线电信号来开始(框210)。通常，图1所示的接收机可以被配置为接收包括期望的无线电信道的RF信号，下变频并处理所述RF信号以及生成所述信号的数字化版本，接下来所述信号的数字化版本被提供给数字处理电路(比如DSP)以解调所述信号，进一步处理它以及提供音频输出。
在所述无线电信号的接收和处理的期间，环境噪声的等级可以被确定(框220)。例如，根据无线电信号的类型，例如频带比如AM、FM或数字频带，通过分析各种度量(比如可从接收机信号处理链中的不同检测器获得的度量)，可以确定环境噪声的量。作为一个例子，噪声检测器可以估计提供给DSP的所述信号的总噪声，其包括环境噪声和接收机生成的噪声二者。
在一个实施例中，可以计算DSP输入端处的噪声(例如由模拟前端中的一个或多个检测器生成的芯片(chip)的SNR度量所确定的)。然后，该噪声度量可被相涉及地输入到所述接收机的输入端。例如，可以计算所述接收机的输入端处的有效噪声频谱密度，例如，以毫微伏每根方赫兹(nanovolts per root Hertz，nV/√Hz)为单位。在一个实施例中，使用所述接收机从其输入端到DSP引擎的增益的知识，连同计算出的噪声度量，可以确定该涉及输入(input‑referred)的环境噪声。更具体地，为了获得所述涉及输入的噪声，可由所计算出的噪声度量除以所述接收机从其输入端到DSP的增益。注意，该涉及输入的噪声等级包括实际环境噪声以及所述接收机生成的噪声。为了从总的噪声中提取所述环境噪声，可以获得针对所述接收机的操作模式的所期望的接收机生成的噪声的知识，例如，从表格中(比如图1所示的表格178)。接着，可以确定所述涉及输入的噪声等级与该接收机生成的噪声等级之间的差，以由此获得所述环境噪声等级的估计。
尽管该噪声测量可以被提供给可在所述DSP(如图1中所示)中实施的功率控制逻辑，但是实施例并不限制这一点，并且替代地在其他实施方式中，所述噪声信息可以被提供给另一个源，例如，芯片上微控制器比如无线电的微控制器单元(MCU)或芯片外源，以执行分析。
仍然参照图2，可在菱形230处确定所述环境噪声是否远大于所述接收机生成的噪声。换句话说，可确定在所述环境噪声与所述接收机生成的噪声之间是否存在至少最大阈值差。在一个实施例中，该确定可部分基于可存储在所述接收机之内的接收机噪声表格。该表格可包括用于所述接收机可操作的各种功率消耗等级的接收机的噪声等级。该表格可基于在设计操作期间执行并被硬编码到表格中的接收机特征而生成。或者这些信息可在制造测试期间被确定并被烧入芯片中。更进一步地在一些实施例中，该表格可基于所述接收机的实际操作期间完成的测试而被动态地生成。通常，该表格可包括多个条目，每个条目都对应于一个功率消耗等级(如下文所讨论地其可以对应于给定的量以及启用的前端级的类型)和所述组件的接收机生成的噪声，例如作为在给定功率消耗等级处所述组件的涉及输入的噪声等级。由此，实施例可以为每个前端块提供接收机生成的噪声信息。此外，在一些实施例中，可基于所述接收机正操作的所述功率消耗等级(例如，启用的级，增益等级等等)为每个块提供多个噪声等级。因此，该表格可以包括用于每个前端块的一个或多个条目以存储所述块的涉及输入的噪声的值。并且所述控制器可基于每个前端块的当前控制(例如，对所述前端块的每个可获得的控制等级)确定总的接收机生成的噪声。尽管被描述为基于表格的机制，但是其他实施例可以使用接收机的各种检测机制动态地确定接收机生成的噪声。
仍然涉及菱形230，由此基于所测量的环境噪声是否远大于接收机生成的噪声而作出所述确定。如果在去往DSP的输入端处所确定的涉及输入的噪声远大于接收机自身生成的噪声(例如，基于对从表格中获得的接收机噪声等级的参考)，那么所述噪声由环境噪声占主导地位，并且相应地功率消耗可以被减少。尽管本发明的范围不限制于这一点，但如果环境噪声功率比接收机生成的噪声功率更大至少6dB，则菱形230处的确定是肯定的。例如，在一个实施例中，当环境噪声功率是所述接收机噪声功率的至少4倍时，所述环境噪声功率可被认为远大于所述接收机生成的噪声功率。如果是这样，则控制转到框240，在那里至少一个模拟前端组件的功率消耗可以从最大性能模式等级减小。作为一个例子，假设所述环境噪声被估计为处于10nV/√Hz，以及所述接收机生成的噪声处于1nV/√Hz，功率消耗可被节制。结果，所述接收机生成的噪声功率增加，例如2nV/√Hz的4倍。然而，通过增加所述接收机生成的噪声，总噪声几乎没变，例如从10.0至10.1nV/√Hz，因为噪声在RMS的意义上增加了。
这样，在几乎所有操作环境中，功率消耗可被减小，例如总功率消耗的5‑10％。因此，考虑到环境噪声在接收机的位置中相对较高，所以由于高环境噪声等级，由一个或多个模拟前端组件消耗以尝试将所述接收机噪作在相对低噪声等级的额外功率不会显著改善接收信号的质量。
在一些实施例中，对所述模拟前端控制的单个更新可以实现以减小功率消耗。然而，在其他实施例中，为了避免功率减小操作以影响信号质量的方式过冲，一般的重复过程可被执行以在多个步骤中调整所述模拟前端，并在每一步检查是否环境噪声度量仍然还大于最大阈值差，并且在不是那样的时候，停止进一步更新所述模拟前端控制。由此如图2中(以虚线)看到的，在通过更新至少一个模拟前端组件的控制而减小功率消耗之后，控制转到菱形255，在那里可以再次确定所述环境噪声是否比所述接收机生成的噪声大得更多，例如更大至少最大阈值差。可见，如果所述环境噪声仍然远大于所述接收机生成的噪声，则控制转回框240以通过模拟前端控制进一步减小功率消耗。当不是那样的时候，图2的方法可以结束。
可以出现减小所述前端的功率消耗的各种方式。例如，一个或多个前端组件的一个或多个并行级可被禁用以减小功率消耗。从而，在高噪声环境中，实施例不是启用额外信号处理(例如，通过并行级或条的方式)来改进所述接收机的噪声性能，而是禁用这种条来减小功率消耗。作为例子而非为了限制的目的，实施例可以配置各种可被控制以减小功率消耗的前端组件，包括LNA，混频器，PGA以及模拟到数字转换器(ADC)，例如，如上面图1所示。通过提供可变偏置电流来控制ADC，所述ADC中的功率消耗可以被控制。或者在ADC或其他前端块中，除了或者代替对不同数目的并行级的控制，来自可变电源的供给电压可被控制以减小功率消耗。
注意，尽管为了使图2容易图示仅示出单个阈值，应理解发本发明的范围并不如此限制，并且在其他实施例中可以存在多个阈值。例如，假设在10nV/√Hz的环境噪声等级，接收机生成的噪声可被允许从最大功率模式中的近似1nV/√Hz的等级增加至较低功率模式中的至少双倍的噪声等级。接着，如果所述环境噪声增加，例如至15或20nV/√Hz，则所述接收机生成的噪声可被允许至四倍，而对性能无影响。
如图2中进一步可见，反之，如果确定(在菱形230)所述环境噪声不是远大于所述接收机生成的噪声(例如所述环境噪声在所述接收机生成的噪声的3dB以内)，则这意味着为了以相对较低的噪声操作所述接收机而由所述前端组件的额外功率消耗会显著改善接收信号的质量。相应地，在框250处最大性能模式可被保持。因而，各种前端组件可被操作在满功率，例如，通过启用一个或多个前端组件的所有并行级。尽管在图2的实施例中示出有该特定的实施方式，但应理解本发明的范围并不限制在这一点上。虽然不同的信号质量度量是可能的，但在一些实施例中，这些度量可包括SNR，接收信号强度指示(RSSI)或其他这种信号质量度量，例如误比特率(BER)，或等等。作为例子，对于RSSI，一些带宽上的信号功率可被用作度量(例如，期望的信号RSSI，阻挡物RSSI，比率，或宽带RSSI)。在其他实施例中，自动增益控制(AGC)电路状态可被用作度量，以使得如果所述AGC电路未被占用则功率可被减小。
实施例也可提供滞后等级，使得不会发生进入功率减小模式，直到环境噪声远超过接收机自身生成的噪声为止，以及当所述环境噪声开始接近所述接收机生成的噪声时功率消耗可被增加。为了讨论的目的，并且继续图2的例子，假设在图2的例子中执行的功率节流引起所述接收机生成的噪声增加到，例如2nV/√Hz。接着，如果在DSP处检测到的噪声(环境或总噪声等级)开始减小(例如至近似6nV/√Hz)，则功率消耗可被增加，因为所述接收机噪声在该等级可能开始有性能影响。在上面的例子中，在所述环境噪声处于6nV/√Hz以及所述接收机噪声处于2nV/√Hz的情况下，接着可确定所述环境噪声更接近于所述接收机生成的噪声等级，并且功率消耗应被增加。在一些实施例中，除由进入和离开低功率状态的不同阈值提供的滞后之外，实施例可能进一步提供与时间相关的滞后，比如拖延期，以防止所述接收机快速地来回切换，从而避免了短时脉冲波形干扰。各种用户控制的参数可被提供以使得用户(例如，将所述接收机并入系统或者甚至最终用户的OEM)能够调谐这些参数。
现在参照图3，所示的是根据本发明实施例的用于功率控制分析的功率控制方法的流程图(其可在低功率模式中的时候被执行)。如图3所示，方法300可同样地由所述接收机的功率控制器来执行，并且可被用于在环境噪声的等级变得更接近于所述接收机生成的噪声时增加功率消耗。方法300可以通过接收和处理无线电信号(框310)来开始。在所述无线电信号的该接收和处理的期间，所述环境噪声等级可被确定(框320)，如上面图2的框220中所讨论的。
接着，可在菱形330处确定所述环境噪声是否在所述接收机生成的噪声的阈值量之内(即低于存在于所述环境噪声等级与所述接收机生成噪声之间的最小阈值差)。在一个实施例中，该确定可基于所计算的环境噪声等级(例如，由所述接收机的涉及输入的环境噪声等级确定)以及上文讨论的来自接收机噪声表格的信息。尽管本发明的范围不限制在这一点，但所述阈值量可以对应于关于所述接收机生成噪声的预先确定的百分比。例如在一个实施例中，如果环境噪声小于接收机生成噪声6dB，则可确定所述环境噪声在所述接收机生成噪声的阈值量之内。因此，与图2中的确定相比，图3中的这种不同的确定提供了滞后等级，以使得在进入操作的功率减小模式之后，(很可能)不会立即切换回到最大功率模式。
如果在菱形330中确定出所述环境噪声在所述接收机生成的噪声的阈值量之内，则控制转到框340，在那里至少一个模拟前端组件的功率消耗可从其当前(例如，低功率模式)等级增加。如果不是那样的话，则控制转到框350，在那里所述当前低功率模式可被保持。如同图2一样，重复的检查和更新过程可经由340和355被执行。
如上面所讨论的，根据调制的类型，执行功率控制的不同方式可被实现。现在参照图4，所示的是用于模拟调制信号比如FM频带的功率控制方法的流程图。通常，对于模拟调制信号，通过实现接收机处理路径内的较高信号质量，可以实现较高保真度的输出。换句话说，信号质量度量例如SNR的增加对应于改善的保真度。相应地，对这种模拟信号，当环境噪声等级大于阈值噪声等级时功率消耗控制可被启用。更具体地，如图4中可见，方法400开始于接收和处理无线电信号(框410)。根据解调的无线电信号，测量的噪声等级可被确定(框420)。该测量的噪声等级可能是，如上面所讨论的通过提取接收机生成的噪声等级所确定的环境噪声等级，例如根据所述接收机正在操作的所确定的噪声等级对应于给定等级操作的电路噪声本底。控制接着转到菱形430，在那里可确定该测量的噪声等级是否大于阈值等级。更特别地，该阈值等级可基于所述接收机的当前操作的电路噪声度量。换句话说，如果所述环境噪声比所述电路噪声更大至少阈值等级，例如，环境噪声与接收机噪声之间至少6dB的差(即所述环境噪声比所述接收机噪声更高至少3dB)，则控制转到框440，在那里功率消耗可被减小，如上面一般地讨论的。否则，在框450处最大功率模式可被保持。在重复过程被执行的实施方式中，如上面关于图2讨论的，控制可转到菱形455以关于下述内容重新检查：在模拟前端更新之后所测量的噪声等级是否仍在所述接收机生成的噪声之上更大该阈值等级，在此处可发生重复控制更新。尽管图4的实施例中所示的是该特定的实施方式，但应理解本发明的范围并不限制在这点上。
对于数字调制信号，代替地，并非寻求最大信号质量，所有需要的是提供适当的误比特率的信号质量等级。现在参照图5，所示是典型的数字系统比如DAB系统的BER与SNR的关系的图形说明。可见，为了获得适当的误比特率，仅需要达到阈值SNR等级。SNR在此等级之上的任何增加对改善误比特率实质上无影响。同样地，实施例可以支持该事实以操作在较低功率消耗等级。
现在参照图6，所示的是用于对数字信号执行功率控制的方法的流程图。如图6中可见，方法500开始于接收和处理无线电信号(框510)。接着在框520处，基于解调的无线电信号来确定SNR。接着，可确定该SNR是否大于阈值SNR等级。该阈值SNR等级可对应于可达到适当BER的等级。例如，回过来参照图5，SNR阈值等级可以是在那里达到近似1×10‑5的BER的等级。在一个典型的实施方式中，可在7dB的阈值SNR等级处获得该BER。相应地，如果所确定的SNR大于该阈值等级，则控制转到框540。换句话说，如果存在足够的SNR动态余量(headroom)，则控制转到框540，在那里功率消耗可被减小，如上面一般讨论的。否则，在框550处，最大功率模式可被保持。在重复过程被执行的一个实施方式中，如上面参照图2所讨论的那样，控制可转到菱形555来进行关于模拟前端控制之后SNR是否仍大于该阈值SNR等级的重新检查。尽管图6的实施例中所示的是该特定的实施方式，但应理解本发明的范围不限制在这点。
因此依据给定的调制方案，确定环境噪声的不同方式是可能的。通常，通过使用从所述接收机的模拟前端获得的数字化信号比如IQ数据，噪声可被确定。该信息可以被处理以确定偏差，例如，在振幅或相位上，依据特定的调制方案来确定环境噪声等级。
现在参照图7，所示的是用于根据本发明实施例确定环境噪声的电路的框图。特别地，电路600可被包含在DSP中并可被用于确定所述环境噪声的估计。可见，输入的IQ数据可被提供给坐标旋转数字计算机(CORDIC)引擎，该引擎可作为协处理器电路或通过在DSP上执行的软件/固件来实施。输入的IQ数据可在CORDIC引擎610中被处理以获得极化信息，即振幅R和相位θ。该信息可被提供给滤波功能，例如低通滤波器620，因此通过过滤这些值使CORDIC引擎的输出平滑。依次地，振幅和相位信息又可被提供给噪声检测器630，该噪声检测器630可基于所述信息来生成环境噪声估计。依据调制的类型，不同的分析可被执行。例如，如上面对FM频带所讨论的，使用R的滤波值的振幅变化可被用于估计所述环境噪声，而对于AM频带，使用θ的滤波值的相位变化可被用于估计所述环境噪声。对于数字模式操作，替代地，依据数字调制方案的类型，不同的操作是可能的。
注意，噪声检测器630的输出可以是环境噪声估计。该估计可能不是涉及输入的。替代地，为了获得涉及输入的噪声估计，实施例可以要么在噪声检测器中要么在功率控制器中，将该噪声估计除以所述接收机的前端的增益以由此确定所述涉及输入的环境噪声等级。噪声检测器630的输出可被提供给例如比如上面参照图1所讨论的功率控制器。并且此外，噪声检测器630可进一步生成信号功率测量。
参照图8，根据本发明的一些实施例，包括根据实施例的功率控制电路的多频带接收机100，可以是多媒体便携式无线设备710的一部分，该多媒体便携式无线设备710又转而是无线系统700的一部分。作为例子，所述无线设备710可以是多功能、多频带无线电、蜂窝电话、智能电话、PDA、平板电脑、移动游戏设备、或等等，以及可以播放音乐或书籍下载，并且可以是卫星天线与无线电接收机，陆地接收机等之间的无线链路的一部分。
在它的其他各种功能之间，无线设备710可在存储装置730上存储数字内容，存储装置730可以是闪速存储器或硬盘驱动器，作为一些例子。无线设备710一般包括可例如从无线设备710(其可以是触摸板，例如，显示器770的触摸板)的小键盘762接收输入并在显示器770上显示信息的应用子系统760。进一步地，所述应用子系统760可一般地控制来自存储装置730的内容的恢复和存储，以及控制来自接收机100的例如音频的通信。如所示，接收机100可被直接连接到扬声器740和750以用于音频数据的输出(应理解在一些实施例中独立的音频处理器可被集成在所述接收机与扬声器之间)。如图8中所描绘的，所述多模式接收机100可通过匹配网络734耦合至接收机天线780。
根据本发明的一些实施例，无线设备710可具有通过通信网络比如广域网，局域网或个人无线网进行通信的能力。对于这些实施例，无线设备710可包括耦合至应用子系统760的基带子系统775，以用于为该无线网络编码和译码信号的目的。基带子系统775可被耦合至连接到对应发射和接收天线778和779的收发器776。
尽管已相对于有限数量的实施例来描述本发明，但本领域技术人员将从中领会很多改变和变化。意图使所附的权利要求覆盖所有落入该本发明的真实精神和范围之内的所有这样的改变和变化。