數(shù)字下變頻和解調(diào)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于射頻(RF）信號(hào)的數(shù)字下變頻和解調(diào)的方法和設(shè)備。基于帶寬和安全邊界選擇用于采樣RF信號(hào)的采樣頻率，使得經(jīng)采樣的信號(hào)的帶寬實(shí)質(zhì)上落入預(yù)定頻率區(qū)域。可以用被選擇為實(shí)質(zhì)上等于信號(hào)的載波頻率的基帶偽信號(hào)的解調(diào)頻率對(duì)經(jīng)采樣的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。
【專利說(shuō)明】數(shù)字下變頻和解調(diào)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線通信，尤其涉及一種用于射頻(RF)信號(hào)的數(shù)字下變頻和解調(diào)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在無(wú)線電接收機(jī)里，該接收機(jī)的天線捕獲的RF信號(hào)必須在該信號(hào)中的信息被應(yīng)用抽取和使用前被轉(zhuǎn)換為基帶。很多無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)使用正交調(diào)制將信息加載到RF載波上。為了解調(diào)這樣的信號(hào)，接收機(jī)通常使用多種接收機(jī)類型中的一種類型執(zhí)行的多種模擬處理方法中的一種方法，多種接收機(jī)類型包括外差接收機(jī)、超級(jí)外差接收機(jī)、零拍接收機(jī)、單轉(zhuǎn)換低中頻(IF)接收機(jī)和雙轉(zhuǎn)換寬帶IF接收機(jī)。
[0003]模擬接收機(jī)設(shè)計(jì)通常難于修改和調(diào)諧，并且必須專用于特定的工作頻帶。較新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)例如長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)(LTE)標(biāo)準(zhǔn)指定了工作的多個(gè)不同頻帶。使用在不同頻帶上工作的模擬沒(méi)計(jì)的缺點(diǎn)是有關(guān)對(duì)于每個(gè)頻帶重新設(shè)計(jì)接收機(jī)的不重現(xiàn)的(non-recurring)工程成本。
[0004]此外，依賴于模擬處理的設(shè)計(jì)遭受由電子噪聲、溫度變化、電壓變化、生產(chǎn)缺陷和元件老化引起的性能退化。因此，需要使對(duì)模擬處理的依賴減到最小的接收機(jī)設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明有利地提供了一種射頻(RF)信號(hào)的數(shù)字下變頻和解調(diào)的方法和系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種在數(shù)字RF接收機(jī)中確定采樣頻率的方法。選擇第一采樣頻率以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。該選擇至少部分基于預(yù)定的帶寬和安全邊界。當(dāng)該信號(hào)的帶寬沒(méi)有實(shí)質(zhì)落入預(yù)定的頻率區(qū)域內(nèi)時(shí)，則選擇比第一采樣頻率更高的第二采樣頻率來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。用所選擇的采樣頻率對(duì)模擬信號(hào)采樣以產(chǎn)生數(shù)字下變頻信號(hào)。還以至少部分基于模擬信號(hào)的載波頻率的解調(diào)頻率對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
[0006]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種可調(diào)諧RF接收機(jī)，其包括用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和解調(diào)的信號(hào)處理器。該信號(hào)處理器包括采樣頻率確定模塊。采樣頻率確定模塊基于預(yù)定的帶寬和安全邊界確定信號(hào)的采樣頻率。選擇采樣頻率使得信號(hào)的帶寬實(shí)質(zhì)上落入與采樣頻率關(guān)聯(lián)的預(yù)定頻率區(qū)域內(nèi)。該信號(hào)處理器還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器用確定的采樣頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。數(shù)字解調(diào)器用可調(diào)諧為實(shí)質(zhì)上等于該信號(hào)的載波頻率的基帶偽信號(hào)(baseband alias)的解調(diào)頻率對(duì)已采樣的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。
[0007]根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種處理信號(hào)的方法?；谛盘?hào)的帶寬確定采樣頻率。選擇采樣頻率使得信號(hào)帶寬實(shí)質(zhì)落入大約以四分之一采樣頻率為中心的頻率區(qū)域內(nèi)?；诓蓸宇l率和信號(hào)的載波頻率以可調(diào)的解調(diào)頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，使得解調(diào)頻率實(shí)質(zhì)上等于載波頻率的基帶偽信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0008]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)通過(guò)參考以下詳細(xì)說(shuō)明將更容易理解本發(fā)明的更完整理解及其伴隨的優(yōu)勢(shì)和特征，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的示例性數(shù)字下變頻器的方框圖；
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的用于處理長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)(LTE)信號(hào)的示例性多通道數(shù)字下變頻器的方框圖；
[0011]圖3是示出本發(fā)明中使用的示例性偽信號(hào)過(guò)程的頻譜圖；
[0012]圖4是根據(jù)本發(fā)明的原理制造的數(shù)字正交解調(diào)器的方框圖；
[0013]圖5是根據(jù)本發(fā)明的原理用于選擇采樣頻率的示例性過(guò)程的流程圖；
[0014]圖6是根據(jù)本發(fā)明的原理用于對(duì)RF信號(hào)下變頻的示例性過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例之前，應(yīng)注意的是實(shí)施例主要在于無(wú)線通信系統(tǒng)中的設(shè)備組件和有關(guān)數(shù)字下變頻和射頻(RF)信號(hào)解調(diào)的處理步驟的組合中。因此，已經(jīng)在附圖中使用慣用符號(hào)在適當(dāng)之處表示了該系統(tǒng)和方法組件，只顯示了那些對(duì)于理解本發(fā)明的實(shí)施例有關(guān)的具體的細(xì)節(jié)，以免用對(duì)從此說(shuō)明書得到益處的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的那些細(xì)節(jié)來(lái)模糊本公開。
[0016]如在此使用的那樣，有關(guān)術(shù)語(yǔ)，例如“第一”和“第二”、“頂部”和“底部”等等，可能僅僅用于將一個(gè)實(shí)體或者元件與另一個(gè)實(shí)體或者元件進(jìn)行區(qū)分而不一定要求或者暗示這樣的實(shí)體或者元件之間任何物理或邏輯關(guān)系或者順序。
[0017]現(xiàn)在參考附圖，其中相同附圖標(biāo)記表示相同的組件，圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的示例性數(shù)字下變頻器的方框圖，并且一般地表示為下變頻器“10”。下變頻器10可以包括采樣頻率確定模塊14，用于確定對(duì)收到的模擬信號(hào)采樣的采樣頻率。根據(jù)如以下參考圖5描述的示例性過(guò)程這樣的過(guò)程來(lái)確定該采樣頻率。尤其是，可以基于帶寬和安全邊界來(lái)選擇該采樣頻率，使得所述信號(hào)的帶寬實(shí)質(zhì)落入與采樣頻率關(guān)聯(lián)的預(yù)定頻率區(qū)域內(nèi)。
[0018]在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器16中以預(yù)定的采樣頻率對(duì)接收的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器16將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這可能把一個(gè)不良的直流分量引入到該信號(hào)。DC偏移消除模塊18可以消除該直流分量。例如，通過(guò)從該信號(hào)中減去該信號(hào)的移動(dòng)(running)平均來(lái)移除DC偏移。對(duì)接收的模擬信號(hào)采樣的過(guò)程可能導(dǎo)致反轉(zhuǎn)的頻譜，其可以由頻譜倒置單元20進(jìn)行倒置。數(shù)字信號(hào)由數(shù)字解調(diào)器22進(jìn)行解調(diào)。解調(diào)器22的輸出可能少量偏離基帶。因此，頻率調(diào)諧器24可以用于將解調(diào)的數(shù)字信號(hào)移動(dòng)到基帶。
[0019]圖2是示例性多通道數(shù)字下變頻器26的方框圖。多通道數(shù)字下變頻器26可用于處理長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)信號(hào)。每個(gè)信道的分量被表示為用于信道I的“a”和用于信道N的“b”。不過(guò)，分量以它們的附圖標(biāo)記在此統(tǒng)一地引用而沒(méi)有包括字母字符。圖2中的每個(gè)信道與不同的載波(例如LTE載波)和不同的頻帶相對(duì)應(yīng)。如圖2中所示，LTE信號(hào)與多個(gè)帶通濾波器28相耦合，每個(gè)帶通濾波器用于每個(gè)載波頻率。值得注意的是，雖然參考LTE通信系統(tǒng)描述了實(shí)施例，但本發(fā)明不僅限于LTE。預(yù)期本發(fā)明可以由其他多載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0020]LTE信號(hào)可能來(lái)自天線或功率放大器，取決于圖2的處理鏈?zhǔn)怯迷谕ㄐ沤邮諜C(jī)還是用在用于功率放大器線性化的反饋接收機(jī)中。如果從通信接收機(jī)中的天線接收到該信號(hào)，則該信號(hào)可以在被反饋到帶通濾波器28之前被首先應(yīng)用于低噪聲放大器。如果該信號(hào)來(lái)自功率放大器，則該信號(hào)在被饋送到帶通濾波器28之前可以由衰減器進(jìn)行衰減。
[0021]帶通濾波器28的目的是隔離與載波頻率關(guān)聯(lián)的頻譜以及消除帶外雜音。對(duì)帶通濾波器28的輸出進(jìn)行自動(dòng)增益控制(AGC) 30，以在被數(shù)字下變頻器26接收之前補(bǔ)償模擬信號(hào)的時(shí)間變化幅度。AGC30的輸出被輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器16，其使用確定的采樣頻率將信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式。通過(guò)以下參考圖5描述的示例性過(guò)程這樣的過(guò)程來(lái)確定數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器的采樣頻率。
[0022]模數(shù)轉(zhuǎn)換器16的輸出被輸入到DC偏移消除模塊18，其消除模數(shù)轉(zhuǎn)換器16引入的DC偏移。如果需要頻譜倒置，則DC偏移消除模塊18的輸出可以被輸入到頻譜倒置模塊20。
[0023]該信號(hào)然后被輸入到解調(diào)器22，其從該信號(hào)除去載波并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻。以下參考圖4更完全地解釋解調(diào)器22的工作。低通濾波器22過(guò)濾該下變頻信號(hào)以消除解調(diào)引入的下變頻信號(hào)的映像。
[0024]頻率調(diào)諧器24可以用于將信號(hào)頻譜偏移一個(gè)小頻偏，以在基帶上使信號(hào)頻譜居中。最后，均衡器34被應(yīng)用于信號(hào)，以補(bǔ)償由在模擬信號(hào)被數(shù)字化之前對(duì)其應(yīng)用的模擬處理鏈所產(chǎn)生的依賴于頻率的相位和幅度失真。
[0025]因此，對(duì)每個(gè)載波頻率來(lái)說(shuō)，可以進(jìn)行下列操作:(I)選擇采樣頻率；(2)對(duì)信號(hào)采樣；(3)如果需要，進(jìn)行頻率倒置；(4)確定解調(diào)頻率；(5)解調(diào)信號(hào)；(6)計(jì)算低通濾波器系數(shù)；(7)將低通濾波器應(yīng)用于信號(hào)；(8)計(jì)算均衡器系數(shù)；和(9)使用計(jì)算的均衡器系數(shù)將均衡器應(yīng)用于信號(hào)。
[0026]圖3是多個(gè)頻率區(qū)域的圖表，稱作奈奎斯特區(qū)域(區(qū)域1-10)，具有射頻RF信號(hào)的頻率分布36以及RF信號(hào)的頻率分布的映像38和40。示出的下變頻過(guò)程的一個(gè)示例使用了具有以687.5MHz為中心的100兆赫(MHz)帶寬的信號(hào)。由以下公式確定該信號(hào)的高頻率和低頻率分量:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種射頻(RF)接收機(jī)中信號(hào)數(shù)字下變頻的方法，所述方法包括: 選擇第一采樣頻率，以對(duì)模擬信號(hào)采樣，所述選擇至少部分基于預(yù)定帶寬和安全邊界； 確定所述信號(hào)的帶寬是否實(shí)質(zhì)上落入與所述第一采樣頻率關(guān)聯(lián)的預(yù)定頻率區(qū)域； 當(dāng)所述信號(hào)的帶寬沒(méi)有實(shí)質(zhì)上落入所述預(yù)定頻率區(qū)域時(shí)，則選擇比所述第一采樣頻率高的第二采樣頻率，以對(duì)所述信號(hào)采樣； 用所選擇的采樣頻率對(duì)所述模擬信號(hào)采樣，以產(chǎn)生經(jīng)數(shù)字下變頻的信號(hào)；以及 用能調(diào)諧的解調(diào)頻率對(duì)經(jīng)采樣的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，所述解調(diào)頻率至少部分基于所述模擬信號(hào)的載波頻率。
2.權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述RF接收機(jī)的時(shí)鐘電路是否能夠生成選擇的采樣頻率。
3.權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述時(shí)鐘電路不能生成選擇的采樣頻率時(shí)，則選擇所述時(shí)鐘電路能夠生成的第三采樣頻率，所述第三采樣頻率是在頻率上最接近選擇用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣的所述第一和第二采樣頻率中的一個(gè)的所述時(shí)鐘電路的頻率。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇所述第一采樣頻率以滿足以下關(guān)系:fs=.2.0XBXSM，其中fs是選擇的采樣頻率，B是所述信號(hào)的帶寬，SM是所述安全邊界。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述安全邊界是至少1.15。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定頻率區(qū)域是奈奎斯特頻率區(qū)域。
7.權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)所述信號(hào)落入偶數(shù)奈奎斯特區(qū)域時(shí)，對(duì)所述信號(hào)執(zhí)行頻率倒置。
8.一種能調(diào)諧的射頻(RF)接收機(jī)，所述RF接收機(jī)包括: 信號(hào)處理器，所述信號(hào)處理器時(shí)信號(hào)進(jìn)行采樣和解調(diào)，所述信號(hào)處理器包括: 采樣頻率確定模塊，所述采樣頻率確定模塊是能調(diào)諧的，以基于所述信號(hào)的載波頻率、預(yù)定帶寬和安全邊界確定所述信號(hào)的采樣頻率，使得所述信號(hào)的帶寬實(shí)質(zhì)上落入與所述采樣頻率關(guān)聯(lián)的預(yù)定頻率區(qū)域； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用確定的采樣頻率對(duì)所述信號(hào)采樣；以及 數(shù)字解調(diào)器，所述數(shù)字解調(diào)器用解調(diào)頻率對(duì)經(jīng)采樣的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，所述解調(diào)頻率能調(diào)諧到實(shí)質(zhì)上等于所述信號(hào)載波頻率的基帶偽信號(hào)。
9.權(quán)利要求8所述的RF接收機(jī)，其中當(dāng)未對(duì)所述信號(hào)的偽信號(hào)執(zhí)行頻率倒置時(shí)，則選擇所述解調(diào)頻率以滿足以下關(guān)系:
10.權(quán)利要求8所述的RF接收機(jī)，其中根據(jù)以下選擇所述解調(diào)器頻率:
11.權(quán)利要求10所述的RF接收機(jī)，其中所述頻譜的移動(dòng)滿足以下關(guān)系:
12.權(quán)利要求8所述的RF接收機(jī)，其中確定采樣頻率以使得所述信號(hào)的帶寬實(shí)質(zhì)上落入預(yù)定頻率區(qū)域包括確定所述采樣頻率是否滿足以下關(guān)系:
13.權(quán)利要求8所述的RF接收機(jī)，進(jìn)一步包括時(shí)鐘電路，所述時(shí)鐘電路生成所述采樣頻率，并且其中所述采樣頻率確定模塊確定滿足以下兩個(gè)關(guān)系的采樣頻率:
fs ≥ 2.0XBXSM
和
14.權(quán)利要求13所述的RF接收機(jī)，其中所述安全邊界是至少1.2。
15.權(quán)利要求8所述的RF接收機(jī)，進(jìn)一步包括頻率倒置器，以執(zhí)行所述信號(hào)的頻率倒置。
16.權(quán)利要求8所述的RF接收機(jī)，進(jìn)一步包括多個(gè)信號(hào)和多個(gè)信號(hào)處理器，每個(gè)信號(hào)處理器處理多個(gè)信號(hào)中不同的一個(gè)。
17.權(quán)利要求16所述的RF接收機(jī)，其中所述多個(gè)信號(hào)包括長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)信號(hào)。
18.—種處理信號(hào)的方法，包括: 基于所述信號(hào)的帶寬確定采樣頻率，所述采樣頻率被選擇為使得信號(hào)帶寬實(shí)質(zhì)上落入預(yù)定頻率區(qū)域；以及 用能調(diào)諧的解調(diào)頻率解調(diào)所述信號(hào)，基于所述采樣頻率和所述信號(hào)的載波頻率確定所述解調(diào)頻率，使得所述解調(diào)頻率實(shí)質(zhì)上等于所述載波頻率的基帶偽信號(hào)。
19.權(quán)利要求18所述的方法，其中所述采樣頻率被反復(fù)確定以實(shí)質(zhì)上達(dá)到以下條件:
20.權(quán)利要求18所述的方法，其中所述解調(diào)頻率依賴于是否對(duì)所述信號(hào)應(yīng)用頻率倒置。
21.權(quán)利要求20所述的方法，其中: 當(dāng)沒(méi)有對(duì)所述信號(hào)應(yīng)用頻率倒置時(shí)，則由以下關(guān)系確定所述解調(diào)頻率:
【文檔編號(hào)】H04B1/00GK104040901SQ201280057937
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月12日
【發(fā)明者】P-A·拉波特 申請(qǐng)人:奧普蒂斯蜂窩技術(shù)有限責(zé)任公司