專利名稱：涉及多相接收機(jī)的改進(jìn)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多相接收機(jī)，并且涉及一種用多相接收機(jī)作為其接收部件的無線電收發(fā)兩用機(jī)。本發(fā)明對(duì)像蜂窩和無繩電話這樣一些便攜式遠(yuǎn)程通信裝置中使用的集成化接收機(jī)/收發(fā)兩用機(jī)具有特殊(但不是唯一)的用途。
為便于參考，在本說明書和權(quán)利要求書中，“接收機(jī)”這個(gè)詞可以理解為包括收發(fā)兩用機(jī)的接收部分在內(nèi)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的無線電接收機(jī)幾乎總是無一例外地使用一種超外差式結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，已在發(fā)射機(jī)上調(diào)制為射頻(RF)載波的有用信號(hào)與本機(jī)振蕩器(LO)信號(hào)相混合，從而轉(zhuǎn)換為固定的中頻(IF)，其中無用干擾信號(hào)可通過使用高度選擇的濾波器來消除。
限幅器可廣泛用于接收調(diào)頻(FM)發(fā)射信號(hào)的超外差式接收機(jī)。限幅器可以緩和對(duì)自動(dòng)增益控制(AGC)的需要，并能增強(qiáng)接收機(jī)對(duì)調(diào)幅(AM)干擾的抗擾性。一般來說，它們作用于接收機(jī)某一點(diǎn)，其中IF與基帶調(diào)制相比，是非常高的。
為了制造集成化接收機(jī)，零IF結(jié)構(gòu)是迄今為止所采用的最成功的方法之一，但它在已調(diào)制信號(hào)的恢復(fù)方面也不是沒有問題，這些信號(hào)在載頻或靠近載頻的地方含有可用信息，它們可轉(zhuǎn)換成DC和低頻率。
“多相”或低IF接收機(jī)結(jié)構(gòu)正越來越廣泛地應(yīng)用于在數(shù)字通信系統(tǒng)中使用的接收機(jī)。這些系統(tǒng)使用的p，大約為比特速率的一半，使得在比特周期期間，正交相關(guān)I和Q IF信號(hào)中只有一個(gè)零交叉。在這些情況下，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用硬限幅器會(huì)嚴(yán)重削弱接收機(jī)的靈敏度。來自接收機(jī)前端的噪聲會(huì)在零交叉定時(shí)的時(shí)候產(chǎn)生誤差。使用硬限幅器時(shí)，這些定時(shí)誤差轉(zhuǎn)換為大相位誤差，這一誤差又依次轉(zhuǎn)變成比特差錯(cuò)。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是避免在多相接收機(jī)中出現(xiàn)大的零交叉定時(shí)誤差。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種多相接收機(jī)，在這種接收機(jī)中，正交相關(guān)低IF信號(hào)是在被解調(diào)之前就進(jìn)行軟限幅的。
本發(fā)明還提供了一種多相接收機(jī)，包括以下裝置用來接收在載波信號(hào)上調(diào)制的有用數(shù)據(jù)信號(hào)并產(chǎn)生正交相關(guān)低IF信號(hào)的裝置；用來壓縮正交相關(guān)低IF信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的軟限幅裝置，以及用來恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)解調(diào)裝置。
本發(fā)明還提供了一種多相接收機(jī)，包括以下裝置用來接收在載波信號(hào)上調(diào)制的有用數(shù)據(jù)信號(hào)并產(chǎn)生正交相關(guān)低IF信號(hào)的裝置；用來對(duì)正交相關(guān)低IF信號(hào)進(jìn)行過濾的圖像載波抑制濾波裝置；用來壓縮過濾的正交相關(guān)低IF信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的軟限幅裝置，以及用來恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)解調(diào)裝置。圖像載波抑制濾波裝置可包括多相濾波裝置。
與采用硬限幅器相比，軟限幅裝置的優(yōu)點(diǎn)是，正交相關(guān)低IF信號(hào)I和Q分量中的任何噪聲都不會(huì)產(chǎn)生這種大相位誤差/比特差錯(cuò)。因此，含有軟限幅器的低IF接收機(jī)與超外差式接收機(jī)具有同樣的靈敏度。此外，它還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是接收機(jī)的大部分部件都可以實(shí)現(xiàn)集成化。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，軟限幅器裝置有一種特性，它對(duì)與前端噪聲具有相同序列的信號(hào)電平呈線性狀態(tài)，并在接收機(jī)某一特定靈敏度電平上對(duì)信號(hào)有幾個(gè)dB的壓縮。當(dāng)輸入信號(hào)大于接收機(jī)靈敏度10dB時(shí)，可使用硬限幅裝置。
附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)在，我們參照附圖，用實(shí)例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。其中

圖1是多相接收機(jī)實(shí)施例的簡(jiǎn)略方框圖；圖2A和2B分別給出以下情況的輸出向量，在這種情況中，當(dāng)不使用限幅時(shí)，相位誤差在I分量以及I和Q分量的零交叉附近出現(xiàn)圖3A和3B分別給出以下情況的輸出向量，在這種情況中，當(dāng)使用軟限幅時(shí)，相位誤差在I分量以及I和Q分量的零交叉附近出現(xiàn)；圖4A和4B分別給出以下情況的輸出向量，在這種情況中，當(dāng)使用硬限幅時(shí)，相位誤差在I分量以及I和Q分量的零交叉附近出現(xiàn)；圖5舉例說明軟限幅器的壓縮特性；和圖6示出含有軟限幅器的DECT接收機(jī)的誤碼率(BER)仿真。
在這些附圖中，同一標(biāo)號(hào)用來表示相同的特性。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式圖1所示的多相接收機(jī)包括一個(gè)天線10，它通過一個(gè)頻帶定義帶通濾波器12耦聯(lián)到一個(gè)低噪聲RF放大器14。放大器14的輸出耦聯(lián)到信號(hào)分路器16，來自該分路器的信號(hào)應(yīng)用到正交相關(guān)混頻器18、20的信號(hào)輸入端18a、20a。實(shí)現(xiàn)為頻率合成器的本機(jī)振蕩器22，其輸出頻率為fLO，它應(yīng)用于移相器24。該移相器為混頻器18的本機(jī)振蕩器輸入18b提供一個(gè)0°相位信號(hào)，并為混頻器20的本機(jī)振蕩器輸入20b提供一個(gè)90°的相位信號(hào)。用本機(jī)振蕩器頻率fLO來提供低IF信號(hào)，其頻率大約為比特速率的一半。正交相關(guān)低IF I和Q信號(hào)在相應(yīng)IF放大器26、28中放大，其輸出應(yīng)用于由多相IF濾波器30組成的圖像載波抑制濾波器。DC斷路電容器32、34示出連接到多相IF濾波器的相應(yīng)輸出，但實(shí)際上這是圖示的，因?yàn)镈C斷路是在IF信號(hào)的整個(gè)信號(hào)通路上進(jìn)行分配的。軟限幅放大器36、38從多相IF濾波器30耦聯(lián)到I和Q信號(hào)通路。
來自軟限幅IF放大器36、38的軟限幅輸出信號(hào)應(yīng)用于多相諧波濾波器42，它消除在軟限幅放大器36、38中產(chǎn)生的有用信號(hào)的諧波。由于這些諧波在零頻率周圍非對(duì)稱地移動(dòng)，因此最好使用多相濾波器。
多相鑒頻器41耦聯(lián)到諧波濾波器40的輸出，以便對(duì)IF信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。鑒頻器41包括一個(gè)帶通濾波器42，它的I和Q輸入42a、42b耦聯(lián)到諧波濾波器40相應(yīng)的輸出。濾波器42的相應(yīng)輸出42c、42d耦聯(lián)到倍增器44、46的第一個(gè)輸入48、50。
倍增器的第二個(gè)輸入52、54分別交叉耦聯(lián)到濾波器42的輸入42a、42b信號(hào)通路上的結(jié)點(diǎn)55、53。減法級(jí)56的輸入分別耦聯(lián)到倍增器44、46的輸出，其輸出耦聯(lián)到基帶濾波和位限幅器級(jí)57。限幅級(jí)57包括一個(gè)數(shù)據(jù)濾波器58，它消除由鑒頻器41產(chǎn)生的高頻噪聲。數(shù)據(jù)濾波器58是一個(gè)低通濾波器，它的截止頻率在半個(gè)比特速率范圍內(nèi)，以便使期望的最高基頻通路出現(xiàn)在包括邏輯1和邏輯0這樣一種交替序列的數(shù)據(jù)流中。數(shù)據(jù)濾波器58耦聯(lián)到位限幅電路60的一個(gè)輸入。該限幅電路還有另外一個(gè)輸入，它用于信號(hào)源62提供的門限電壓。位限幅電路60將數(shù)據(jù)比特提供給解碼器64。
任選地，RSSI輸出66可從軟限幅放大器36、38中得到。
為了便于描述，如圖1所示的接收機(jī)的操作將按照DECT(數(shù)字增強(qiáng)型無繩遠(yuǎn)程通信)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行描述。
操作時(shí)，在天線10接收到的RF信號(hào)用于頻帶定義濾波器12，此后，這些信號(hào)在低噪聲放大器14中放大。本機(jī)振蕩頻率fLO在有用信道的較低端處設(shè)定。因此，寬度為1728kHz的有用信道變換為864kHz的低IF。同時(shí)，DECT頻帶中所有其它可能的現(xiàn)用信道都在有用信道任意一邊混合為頻率。實(shí)濾波通常可用來排除上述大多數(shù)干擾信號(hào)，但位于有用信號(hào)較低邊緣的相鄰信道需要采用特殊方法來對(duì)待。由于相鄰信道是以-864kHz的IF為中心的，因此它所處的頻率與有用信道圖像所處的頻率完全相同。為了在這兩種信號(hào)之間進(jìn)行鑒別，我們用多相濾波器30把來自混合器18、20的I和Q信號(hào)處理為復(fù)數(shù)偶。使用多相濾波器30可以使所需的抑制應(yīng)用于相鄰信道。使用放大器26、28可使I和Q信號(hào)處于適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)范圍，以便進(jìn)入多相濾波器。必須用足夠的增益來確保當(dāng)再次訪問接收機(jī)前端時(shí)，由多相濾波器30產(chǎn)生的噪聲是不顯著的。
用電容器32、34表示的分布式DC斷路在IF信號(hào)頻譜中產(chǎn)生一個(gè)切口(DC情況下)，其寬度足以使接收機(jī)擁有足夠的恢復(fù)時(shí)間，但卻不足以使調(diào)制失真。在DECT情況下，人們發(fā)現(xiàn)50kHz是最佳截止頻率。
軟限幅放大器36、38壓縮I和Q信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，這些信號(hào)是從為后續(xù)解調(diào)做準(zhǔn)備的多相IF濾波器30中得到的。在DECT接收機(jī)情況下，放大器36、38壓縮特性的形式如圖5所示。在信號(hào)電平低于最小有用信號(hào)電平10dB時(shí)，這種特性實(shí)際上是呈線性狀態(tài)的。在-107.6dBm前端噪聲的相同臨近區(qū)域，隨著信號(hào)電平的上升，這一特性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s形式，在靈敏度電平為-96dBm時(shí)，限幅器的電壓擺動(dòng)將達(dá)到整個(gè)刻度的95％。硬限幅只在信號(hào)電平高于所需接收機(jī)靈敏度大約10dB的情況下才出現(xiàn)。因此，限幅放大器36、38不再降低接收機(jī)的靈敏度。
限幅放大器36、38中的非線性性產(chǎn)生有用信號(hào)的諧波，這些諧波可通過過濾來消除。由于這些諧波是在零頻率周圍對(duì)稱消除的，因此，如果決定通過過濾來消除它們，那么最好是繼續(xù)對(duì)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行處理，并用多相設(shè)備作為諧波濾波器40。
多相鑒頻器41包括一個(gè)以864kHz的IF為中心的多相濾波器42。
已解調(diào)信號(hào)的信號(hào)帶寬在濾波器58中過濾，以消除由鑒頻器41產(chǎn)生的任何高頻噪聲。如上所述，濾波器58的截止頻率在期望出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流的最高基頻范圍內(nèi)設(shè)定，在這一實(shí)例中，它是576kHz。
如果圖1所示的接收機(jī)包括收發(fā)兩用機(jī)的接收部分，那么也要提供發(fā)射機(jī)部分68，并將它連接到天線10。只要有可能，發(fā)射部分就利用接收部分提供的本機(jī)振蕩器22這樣一些元件。
參看圖2A、2B，圖3A、3B和圖4A、4B。這些圖分別說明a).根本不使用限幅器的接收機(jī)(圖2A、2B)；b).使用軟限幅器的接收機(jī)(圖3A、3B)；以及c).使用硬限幅器的接收機(jī)(圖4A、4B)。
在不使用限幅器情況下(圖2A、2B)，信號(hào)只在線性放大器中放大，輸入時(shí)，小于有用信號(hào)約10dB的噪聲將在I或Q分量的零交叉處產(chǎn)生偶然的定時(shí)誤差。在如圖2A所示的I分量情況下，時(shí)間t1時(shí)的早期零交叉在復(fù)合信號(hào)向量中產(chǎn)生較小相位誤差θe。類似這樣的小誤差不大可能在解調(diào)之后引起比特差錯(cuò)，因?yàn)檫@需要接近90°的相位誤差。在軟限幅器情況下(圖3A、3B)，輸入時(shí)的相同噪聲也會(huì)在時(shí)間t1產(chǎn)生錯(cuò)誤的零交叉但由于增加的增益，相應(yīng)的相位誤差θe增加了(如圖3A所示)。誤差究竟有多大，這取決于限幅器的動(dòng)態(tài)特性。實(shí)際上，我們的目的是盡可能減小誤差，以確保比特差錯(cuò)對(duì)輸入信號(hào)的給定電平來說，仍然是不大可能的。在硬限幅器情況下圖4A、4B，零交叉附近的增益非常大。輸入噪聲將在I和Q信號(hào)分量的極性方面產(chǎn)生滿刻度躍遷。因此，如果躍遷恰好在錯(cuò)誤的瞬間發(fā)生，那么產(chǎn)生的相位誤差θe將是滿90°的。在一個(gè)低IF接收機(jī)中，其中IF大約為一半符號(hào)率(DECT為1152kHz)，每個(gè)符號(hào)在每一I和Q信號(hào)分量中只有1的零交叉，這意味著90°相位誤差很有可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比特差錯(cuò)。只有當(dāng)信號(hào)電平上升到輸入噪聲變得無關(guān)緊要這樣一個(gè)程度，上述情況才會(huì)改變。因此，硬限幅器降低了接收機(jī)的靈敏度。
圖6舉例說明了DECT接收機(jī)的BER仿真。該接收機(jī)的軟限幅放大器具有如圖5所示的壓縮特性。BER實(shí)際上下降-92dBm，并獲得所需的靈敏度數(shù)字10-3，我們用水平虛線來表示。在輸入功率為-96.6dBm時(shí)，目標(biāo)輸入功率為-96.0dBm，我們用垂直emboldened線來表示。考慮到3dB的天線損耗，接收機(jī)的靈敏度通過DECT的技術(shù)要求，實(shí)際邊緣為10dB。
在本說明書和權(quán)利要求書中，部件之前用“一個(gè)”并不排除有多個(gè)這種部件。此外，“包括”這個(gè)詞也不排除除了列出的部件或步驟之外可能出現(xiàn)的其它部件或步驟。
在閱讀本發(fā)明披露的技術(shù)之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)其它一些修改便是顯而易見的。這修改可以包括其他特性，這些特性在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、以及多相接收機(jī)及其零部件的應(yīng)用方面也許早已為人們所熟知。這些特性也可以用來代替或者增加到本發(fā)明所描述的特性中。
工業(yè)適用性集成化多相收發(fā)兩用機(jī)和接收機(jī)適用于便攜式遠(yuǎn)程通信設(shè)備，例如蜂窩和無繩電話。
權(quán)利要求
1.一種多相接收機(jī)，其正交相關(guān)低IF信號(hào)是在被解調(diào)之前進(jìn)行軟限幅的。
2.一種多相接收機(jī)，包括以下裝置用來接收在載波信號(hào)上調(diào)制的有用數(shù)據(jù)信號(hào)并產(chǎn)生正交相關(guān)低IF信號(hào)的裝置；用來壓縮正交相關(guān)低IF信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的軟限幅裝置，以及用來恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)解調(diào)裝置。
3.一種多相接收機(jī)，包括以下裝置用來接收在載波信號(hào)上調(diào)制的有用數(shù)據(jù)信號(hào)并產(chǎn)生正交相關(guān)低IF信號(hào)的裝置；用來過濾正交相關(guān)低IF信號(hào)的圖像載波抑制濾波裝置；用來壓縮過濾的正交相關(guān)低IF信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的軟限幅裝置，以及用來恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)解調(diào)裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的多相接收機(jī)，其特征在于，圖像載波抑制濾波裝置包括多相濾波裝置。
5.如權(quán)利要求2到4任一權(quán)利要求所述的多相接收機(jī)，其特征在于，一放大裝置耦聯(lián)到圖像載波抑制濾波裝置的輸入端，以調(diào)整正交相關(guān)低IF信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，然后進(jìn)入圖像載波抑制濾波裝置。
6.如權(quán)利要求2到5任一權(quán)利要求所述的多相接收機(jī)，其特征在于，一諧波濾波裝置耦聯(lián)在軟限幅裝置的輸出端和信號(hào)解調(diào)裝置的輸入端之間。
7.如權(quán)利要求2到6任一權(quán)利要求所述的多相接收機(jī)，其特征在于，信號(hào)解調(diào)裝置包括一個(gè)多相鑒頻器和一個(gè)數(shù)據(jù)濾波器。
8.如權(quán)利要求2到7任一要求所述的多相接收機(jī)，其特征在于，軟限幅裝置具有一種特性，在信號(hào)電平低于預(yù)先設(shè)定的最小有用信號(hào)電平10dB時(shí)，此特性基本上呈線性狀態(tài)，信號(hào)電平更高時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s，在輸入信號(hào)大于所需接收機(jī)靈敏度約10dB時(shí)，變?yōu)橛蚕薹?br> 9.一種集成化接收機(jī)，包括如權(quán)利要求1到8任一權(quán)利要求所述的多相接收機(jī)的各個(gè)部分，它們都是可集成的。
10.一種集成化收發(fā)兩用機(jī)，包括如權(quán)利要求1到8任一權(quán)利要求所述的多相接收機(jī)和一個(gè)發(fā)射機(jī)。
全文摘要
一種多相接收機(jī),包括以下裝置:一個(gè)RF前端(10到28),用來接收在載波信號(hào)上調(diào)制的有用數(shù)據(jù)信號(hào),并產(chǎn)生正交相關(guān)低IF信號(hào);一個(gè)由多相濾波器(30)構(gòu)成的圖像載波抑制濾波器,用來過濾正交相關(guān)低IF信號(hào);一個(gè)軟限幅裝置(36、38),用來壓縮已過濾的正交相關(guān)低IF信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍,以及一個(gè)用來恢復(fù)數(shù)據(jù)信號(hào)的信號(hào)解調(diào)器(41)。軟限幅裝置(36、38)有一種特性,它在信號(hào)電平低于預(yù)定的最小有用信號(hào)電平10dB時(shí),基本上是線性的,信號(hào)電平更高時(shí)變?yōu)閴嚎s形式,在輸入信號(hào)大于所需接收機(jī)靈敏度約10dB時(shí)變?yōu)橛蚕薹?這樣可以避免接收機(jī)靈敏度的降低。
文檔編號(hào)H04B1/30GK1337096SQ00802871
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2000年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月19日
發(fā)明者B·J·明尼斯, P·A·莫雷 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司