專(zhuān)利名稱(chēng)：多址數(shù)字發(fā)送器和接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地講，是涉及用在通信系統(tǒng)中的寬帶收發(fā)器。
通信系統(tǒng)的發(fā)送器和接收器通常被設(shè)計(jì)成調(diào)諧發(fā)送和接收多重信號(hào)中的一種，這種多重信號(hào)具有變化范圍很大的帶寬并可以落在一個(gè)具體的頻率范圍內(nèi)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員明白這些發(fā)送器和接收器分別在一個(gè)期望的頻帶內(nèi)發(fā)射或截獲電磁輻射。通過(guò)使用幾種包括諸如一個(gè)天線(xiàn)，一個(gè)波導(dǎo)，一個(gè)同軸電纜和一個(gè)光纖的設(shè)備，可以分別從發(fā)送器輸出電磁波，或把電磁波輸入到接收器。
這些通信系統(tǒng)發(fā)送器和接收器可以具有發(fā)送和接收多重信號(hào)的能力；但是，這樣的發(fā)送器和接收器通常使用針對(duì)要發(fā)送或接收的具有不同頻率或帶寬的相應(yīng)信號(hào)雙重備份(duplication)的電路。由于增加了與建立完全獨(dú)立的、用于通信信道的發(fā)送器和/接收器有關(guān)的費(fèi)用和復(fù)雜度，這種電路雙重備份(duplication)不是一種最優(yōu)的多信道通信單元設(shè)備體系結(jié)構(gòu)。
一種可選的發(fā)送器和接收器體系結(jié)構(gòu)可以是這樣的，即該結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)能夠發(fā)送和接收具有期望的多信道帶寬的信號(hào)。這種可選的發(fā)送器和接收器可以使用一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(例如，一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)，該轉(zhuǎn)換器以足夠高的采樣速率進(jìn)行操作，保證能夠根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則把具有期望帶寬的信號(hào)加以數(shù)字化(例如，以等于待被數(shù)字化的帶寬的至少兩倍的采樣速率進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換)，接著，最好使用數(shù)字處理技術(shù)對(duì)數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理或后處理以便在數(shù)字化帶寬內(nèi)區(qū)分多個(gè)信道。
參照

圖1，圖中給出了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的寬帶收發(fā)器100。射頻(RF)信號(hào)被天線(xiàn)102接收，經(jīng)過(guò)RF轉(zhuǎn)換器104加以處理并由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器106加以數(shù)字化。數(shù)字化的信號(hào)經(jīng)過(guò)離散富立葉變換(DFT)108，信道處理器110的處理并從信道處理器110到達(dá)蜂窩網(wǎng)和公共交換電話(huà)網(wǎng)(PSTN)。在發(fā)送模式下，從蜂窩網(wǎng)接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)信道處理器110，反向離散富立葉變換(IDFT)114和數(shù)-模轉(zhuǎn)換器116加以處理。接著在RF上變頻器118中對(duì)來(lái)自數(shù)-模轉(zhuǎn)換器116的模擬信號(hào)進(jìn)行上變頻并從天線(xiàn)發(fā)射出去。
這種可選類(lèi)型的通信單元的缺點(diǎn)是通信單元的數(shù)字處理部分必須具有足夠高的采樣速率，以保證在接收電磁輻射的最大帶寬上滿(mǎn)足奈奎斯特準(zhǔn)則，其中最大帶寬等于構(gòu)成復(fù)合接收電磁輻射帶寬的各單獨(dú)通信信道的總合。如果復(fù)合帶寬信號(hào)足夠地寬，則通信單元的數(shù)字處理部分費(fèi)用很高并且消耗大量的功率。另外，由DFT或IDFT濾波技術(shù)產(chǎn)生的信道通常必須彼此相鄰。
需要一種發(fā)送器和接收器，這種發(fā)送器和接收器象上面描述的那樣，能夠用相同的發(fā)送器或接收器電路在對(duì)應(yīng)的信道內(nèi)發(fā)送和接收多重信號(hào)。但是，這種發(fā)送器和接收器電路最好能減少與上述收發(fā)器體系結(jié)構(gòu)有關(guān)的通信單元設(shè)計(jì)約束。如果能夠開(kāi)發(fā)這樣的發(fā)送器和接收器體系結(jié)構(gòu)，則該結(jié)構(gòu)會(huì)比較理想地適用于蜂窩無(wú)線(xiàn)電話(huà)通信系統(tǒng)。蜂窩基站通常需要在一個(gè)寬的頻帶(例如，824兆赫到894兆赫)內(nèi)發(fā)送和接收多個(gè)信道。另外，對(duì)蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施和用戶(hù)設(shè)備廠商的商業(yè)壓力促使這些廠商尋求降低通信單元費(fèi)用的途徑。類(lèi)似地，這樣一種多信道發(fā)送器和接收器體系結(jié)構(gòu)會(huì)很好地適用于個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)，其中上述PCS將使各基站擁有更小的服務(wù)區(qū)域(與其對(duì)應(yīng)的蜂窩服務(wù)區(qū)域相比)并且需要相應(yīng)更大量的基站以覆蓋給定的地理區(qū)域。購(gòu)買(mǎi)基站的公司會(huì)希望用不太復(fù)雜且費(fèi)用降低了的單元建立整個(gè)其授權(quán)服務(wù)區(qū)域。
作為設(shè)計(jì)共享相同模擬信號(hào)處理部分的多信道通信單元的結(jié)果，蜂窩和PCS廠商可以獲得另外一個(gè)好處。傳統(tǒng)的通信單元被設(shè)計(jì)成按照單信息信號(hào)編碼和信道化標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行操作。相反，這些多信道通信單元包含一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理部分，在生產(chǎn)過(guò)程中或在安裝完成后的現(xiàn)場(chǎng)上根據(jù)需要可以通過(guò)軟件對(duì)該部分重新編程，使得這些多信道通信單元可以根據(jù)幾種信號(hào)信息編碼和信道化標(biāo)準(zhǔn)中的任何一個(gè)進(jìn)行操作。
傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)缺點(diǎn)是與通信系統(tǒng)有關(guān)的硬件通常專(zhuān)用于一個(gè)單址方法(即，高級(jí)移動(dòng)電話(huà)服務(wù)(AMPS)，窄帶高級(jí)移動(dòng)電話(huà)服務(wù)(NAMPS)，美國(guó)數(shù)字蜂窩(USDC)，個(gè)人數(shù)字蜂窩(PDC)和類(lèi)似的通信接入方法)。為了提供多址，即通過(guò)任一接入方法接入到通信系統(tǒng)，需要大量費(fèi)用很高的硬件重復(fù)。因而，需要一種提供多址但不顯著增加所需的硬件數(shù)量和相應(yīng)的費(fèi)用的通信系統(tǒng)。
數(shù)字信號(hào)處理正在逐漸成為許多信號(hào)處理應(yīng)用中最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的高速低費(fèi)用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，和其它具有數(shù)字電路的更大的靈活性和精確度的數(shù)字電路單元促使把許多信號(hào)處理應(yīng)用從模擬環(huán)境轉(zhuǎn)換到數(shù)字環(huán)境。雖然提供了上述的和其它的優(yōu)點(diǎn)，但是數(shù)字信號(hào)處理免不了有一些缺陷。例如，某些應(yīng)用，尤其是在射頻(RF)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用，天生就是模擬的。RF應(yīng)用的信號(hào)處理經(jīng)常需要把模擬信號(hào)，例如RF或中頻(IF)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且類(lèi)似地需要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。這樣的應(yīng)用的一個(gè)例子是象在共同授權(quán)的美國(guó)專(zhuān)利應(yīng)用第08/366,283號(hào)中示出并描述的那樣的寬帶數(shù)字收發(fā)器，在本文中參考引用了該專(zhuān)利應(yīng)用中的公開(kāi)內(nèi)容。
在包含用寬帶數(shù)字收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的許多數(shù)字處理應(yīng)用中，必須把信號(hào)精度從高精度水平轉(zhuǎn)換到低精度水平。例如，表示成32個(gè)信息位的信號(hào)可能要被縮減為被表示成16個(gè)信息位的信號(hào)。這是因?yàn)槟承┲T如數(shù)-模轉(zhuǎn)換器(DAC)的數(shù)字處理單元的處理能力有限。但是在進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)有信息損失。在上述的例子中，大家會(huì)理解在給定的數(shù)據(jù)速率下32個(gè)位比16個(gè)位能表示更多的信息。這種信息損失的結(jié)果是量化噪聲。
噪聲經(jīng)常分布在整個(gè)奈奎斯特帶寬上，并且單位赫茲的噪聲功率是很小的。但是噪聲信號(hào)經(jīng)常在預(yù)定(discreet)的頻率上出現(xiàn)，如第二和第三信號(hào)諧波那樣，引起嚴(yán)重的問(wèn)題。
為了克服噪聲固定在(dwelling)特定的頻率上的問(wèn)題，建議在信號(hào)中引入經(jīng)常被稱(chēng)作高頻脈動(dòng)的偽隨機(jī)噪聲。在美國(guó)專(zhuān)利第4,901,265，4,95 1,237，5,073,869，5,228,054和5,291,428中給出了一些高頻脈動(dòng)技術(shù)。高頻脈動(dòng)的主要缺點(diǎn)是需要提供偽隨機(jī)噪聲產(chǎn)生器電路，該電路通常是復(fù)雜的，并使應(yīng)用實(shí)現(xiàn)困難且費(fèi)用很高。
因而，需要一種在不顯著增加數(shù)字信號(hào)處理電路的費(fèi)用和復(fù)雜度的情況下減少量化噪聲的方法和裝置。
使用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)有一些優(yōu)點(diǎn)。例如，這些優(yōu)點(diǎn)有增強(qiáng)的系統(tǒng)容量，減少的噪聲和減少的硬件與相應(yīng)的功耗。數(shù)字無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的前題是需要把接收的模擬無(wú)線(xiàn)信號(hào)數(shù)字化。眾所周知的奈奎斯特準(zhǔn)則指出以大約兩倍于模擬信號(hào)帶寬的速率可以以最小的差錯(cuò)率完成這種數(shù)字化。在美國(guó)專(zhuān)利第5,251,218號(hào)中，公開(kāi)了一種在現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的根據(jù)上述原理對(duì)模擬射頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的方法。然而應(yīng)當(dāng)理解，由于無(wú)線(xiàn)信號(hào)占據(jù)了大部分帶寬，需要能夠以非常高的采樣速率進(jìn)行操作的ADC。這樣的設(shè)備在其可用的范圍內(nèi)是昂貴的并且經(jīng)常出現(xiàn)性能下降，即在以高采樣速率進(jìn)行操作時(shí)具有顯著的扭曲并增加了功耗。
分配給無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的頻譜相對(duì)數(shù)字化而言通常是太寬了。但在某些無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，雖然期望的信號(hào)占據(jù)了大部分帶寬，但所感興趣的信號(hào)并沒(méi)有占據(jù)所有的帶寬。例如，在蜂窩無(wú)線(xiàn)電話(huà)通信系統(tǒng)中，通信帶寬不是連續(xù)的。例如蜂窩A帶被分配了12.5兆赫(MHz)的帶寬。但是在頻譜上整個(gè)A帶在兩個(gè)不連續(xù)的部分中占據(jù)了22.5MHz的帶寬。根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，為了對(duì)A帶進(jìn)行數(shù)字化，應(yīng)當(dāng)需要一個(gè)能夠以至少為45MHz或45兆個(gè)樣本每秒(Ms/s)的速率進(jìn)行操作并且在56Ms/s的速率上更為可靠的ADC。把信號(hào)分割兩個(gè)更小的段允許以較低的采樣速率使用多個(gè)ADC。使用多個(gè)ADC具有需要更多的硬件的缺點(diǎn)。并且其中的時(shí)鐘頻率和高階諧波不可避免地落在被數(shù)字化的信號(hào)的頻帶內(nèi)。另一個(gè)缺點(diǎn)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理需要進(jìn)行濾波，插入，補(bǔ)償頻帶重疊并累計(jì)所得到的多重?cái)?shù)字信號(hào)。
所以，需要一種對(duì)不需要高采樣速率的寬帶頻帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，并且不顯著增加通信系統(tǒng)所需的硬件數(shù)量的設(shè)備。
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)最優(yōu)實(shí)施例所進(jìn)行的詳細(xì)描述可以理解本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)和特性，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的多信道收發(fā)器的模塊圖；圖2是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道接收器的模塊圖；圖3是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道發(fā)送器的模塊圖；圖4是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道收發(fā)器的模塊圖；圖5是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的，圖2所示的并且被加以改進(jìn)以提供單信道掃描的多信道接收器的模塊圖；圖6是表示基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道收發(fā)器的模塊圖7是表示基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道收發(fā)器的模塊圖；圖8是表示在基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道收發(fā)器中的數(shù)據(jù)傳遞的模塊圖；圖9是表示在基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道收發(fā)器中的數(shù)據(jù)傳遞的模塊圖；圖10是表示在基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的多信道收發(fā)器中的數(shù)據(jù)傳遞的模塊圖；圖11是表示用于圖5的多信道發(fā)送器并且基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊的模塊圖；圖12是表示基于本發(fā)明的數(shù)字下變頻器的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的模塊圖；圖13是表示基于本發(fā)明的數(shù)字上變頻器的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的模塊圖；圖14是表示一個(gè)適用于本發(fā)明的數(shù)字上變頻器的上變頻器的模塊圖；圖l5是表示一個(gè)適用于本發(fā)明的數(shù)字上變頻器的調(diào)制器的模塊圖；圖16是表示一個(gè)用于本發(fā)明的數(shù)字上變頻器的最優(yōu)實(shí)施例上變頻器/調(diào)制器的模塊圖；圖17是表示基于本發(fā)明的信道處理器卡的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的模塊圖；圖18是表示基于本發(fā)明的信道處理器卡的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的模塊圖；圖19是說(shuō)明基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的掃描過(guò)程的流圖；圖20是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的量化電路的模塊圖；圖21是表示一個(gè)用于圖20所示的量化電路的濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)；圖22是在頻譜上說(shuō)明基于不采用本發(fā)明的截?cái)嗟牧炕肼暤膱D例；圖23是在頻譜上說(shuō)明圖20的量化電路的性能的圖例；圖24是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的寬帶頻率信號(hào)數(shù)字變換器的模塊圖；圖25是表示基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的寬帶頻率信號(hào)數(shù)字變換器的模塊圖；圖26是表示基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的寬帶頻率信號(hào)數(shù)字變換器的模塊圖27A-27B在頻譜上說(shuō)明了基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例對(duì)寬帶頻率信號(hào)所進(jìn)行的處理；圖28-28H在頻譜上說(shuō)明了基于本發(fā)明的另一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例對(duì)寬帶頻率信號(hào)所進(jìn)行的處理；圖29是表示基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的分割頻帶數(shù)字變換器的模塊圖；圖30A是分割頻帶信號(hào)的頻譜表示；圖30B是圖2A中所示的分割頻帶信號(hào)在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的頻譜表示；圖30C是圖30B中所示的分割頻帶信號(hào)在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后的頻譜表示；圖31是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例對(duì)分割頻帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的方法的流圖。
本發(fā)明涉及一種具有高靈活度和高冗余度，并且特別適用于蜂窩或PCS通信通信系統(tǒng)的寬帶多信道發(fā)送器和接收器(收發(fā)器)。該收發(fā)器為多重天線(xiàn)提供支持，該天線(xiàn)用于扇區(qū)化蜂窩操作，分集接收，冗余備份或者最好是完成所有這些功能的組合，并且具有增加的用戶(hù)容量和降低的費(fèi)用。本發(fā)明的收發(fā)器通過(guò)一種具體的體系結(jié)構(gòu)來(lái)完成這些和許多其它的功能，該體系結(jié)構(gòu)通過(guò)引入真正的數(shù)字處理和動(dòng)態(tài)設(shè)備共享(DES)來(lái)增強(qiáng)性能。
本發(fā)明還提供了沒(méi)有很多硬件重復(fù)的多址?；诒景l(fā)明的收發(fā)器引入了可編程數(shù)字下變頻器(DDC)和可編程上變頻器(DUC)。也就是可以對(duì)各個(gè)DDC和DUC進(jìn)行編程以提供不同的抽取/插入比，從而兼容具有不同信號(hào)格式和帶寬的接入方法。但是，DUC的可編程性并不能完全為多址提供。所以，本發(fā)明的DUC也引入了一種統(tǒng)一的硬件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供調(diào)頻和正交(I和Q)上變頻，并且沒(méi)有多少硬件重復(fù)和相關(guān)費(fèi)用。
參照?qǐng)D4，這里給出一個(gè)基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的收發(fā)器400。為方便討論，分別討論收發(fā)器400的寬帶多信道數(shù)字接收器和發(fā)送器部分200和300的最優(yōu)實(shí)施例。并且，為了提供一個(gè)本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施，提供了一個(gè)在蜂窩射頻(RF)頻帶可以操作的收發(fā)器。但是應(yīng)當(dāng)理解可以輕易地把本發(fā)明改成為任何包含PCS和類(lèi)似頻帶的RF通信頻帶提供服務(wù)。
參照?qǐng)D2，這里給出了一個(gè)基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的寬帶多信道數(shù)字接收器(接收器)部分200。接收器200包含多個(gè)天線(xiàn)202(天線(xiàn)1，3，…，n-1)，該天線(xiàn)分別被連接到多個(gè)把在天線(xiàn)202接收的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成中頻(IF)信號(hào)的射頻混頻器204。應(yīng)當(dāng)理解含有相應(yīng)的信號(hào)處理單元，而該單元至少包含預(yù)處理接收的RF信號(hào)，隔離感興趣的特定RF頻帶并把RF信號(hào)混合成期望IF信號(hào)的濾波器，放大器和振蕩器。
IF信號(hào)接著被傳遞給對(duì)感興趣的整個(gè)頻帶進(jìn)行數(shù)字化的多個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)210?，F(xiàn)有技術(shù)的寬帶接收器曾經(jīng)有的一個(gè)缺點(diǎn)是需要ADC完全且精確地對(duì)整個(gè)頻帶進(jìn)行數(shù)字化，并且以非常高的采樣速率進(jìn)行操作。例如，蜂窩A和B頻帶占據(jù)了RF頻譜的25兆赫(MHz)。根據(jù)眾所周知的奈奎斯特準(zhǔn)則，精確地使用單個(gè)ADC對(duì)整個(gè)蜂窩頻帶進(jìn)行數(shù)字化需要一種能夠以超過(guò)50MHz(或50兆樣本每秒，50Ms/s)的采樣速率進(jìn)行操作的設(shè)備。這樣的設(shè)備正變得很普遍，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)試圖對(duì)該設(shè)備使用最新的ADC技術(shù)。但是，在日期相同且共同授權(quán)的Smith等的題為“分割頻帶信號(hào)數(shù)字變換器和方法”，和Elder的“寬帶頻率信號(hào)數(shù)字變換器和方法”，的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)了使用以較低的采樣速率進(jìn)行操作的ADC完全并精確地對(duì)寬帶頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的設(shè)備和方法。ADC210對(duì)IF信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化從而產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)。接著這些數(shù)字信號(hào)被傳遞給數(shù)字下變頻器(DDC)214。
在圖12中可以更詳細(xì)地看到的最優(yōu)實(shí)施例的DDC214包含一個(gè)允許DDC214從多個(gè)天線(xiàn)202中的任一個(gè)上選擇IF信號(hào)的開(kāi)關(guān)1216。根據(jù)開(kāi)關(guān)1216的狀態(tài)，DDC214通過(guò)圖11的底板互連1108，從最優(yōu)實(shí)施例中與所選擇的天線(xiàn)相關(guān)的ADC210接受高速數(shù)字字流(例如，接近60MHz)?？梢圆僮鱀DC214選擇具體的頻率(在數(shù)字域中)以提供抽取并把信號(hào)濾波到與通信系統(tǒng)的信道相關(guān)的帶寬上。具體參照?qǐng)D12，各DDC214包含一個(gè)數(shù)碼控制振蕩器(NCO)1218和一個(gè)在數(shù)字字流上進(jìn)行下變頻的復(fù)數(shù)乘法器1220。注意，由于混頻器204在接收的模擬信號(hào)進(jìn)行了第一次下變頻，這里進(jìn)行的是第二次下變頻。下變頻和復(fù)數(shù)相乘的結(jié)果是一個(gè)已經(jīng)被頻譜轉(zhuǎn)換到零赫茲中心頻率上的正交數(shù)據(jù)流，即具有同相I和正交Q部件。數(shù)據(jù)流的I，Q部件分別被傳遞給一對(duì)抽取濾波器1222以便縮減帶寬并把數(shù)據(jù)速率降低到適合于正被處理的具體通信系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)接口(公共無(wú)線(xiàn)接口或CAI)的速率。在最優(yōu)實(shí)施例中，從抽取濾波器輸出的數(shù)據(jù)速率大約是CAI的期望帶寬的2.5倍。應(yīng)當(dāng)理解期望的帶寬可能改變最優(yōu)抽取濾波器1222的輸出速率。接著通過(guò)數(shù)字濾波器1224對(duì)抽取出的數(shù)據(jù)流進(jìn)行低通濾波以便消除不期望的混疊部分。抽取濾波器1222和數(shù)字濾波器1224提供粗選，而終選是在信道處理器228中以已知的方式完成的。
如圖2所示，在最優(yōu)實(shí)施例中提供了多個(gè)DDC214并且都互連到ADC210上。每個(gè)DDC214均可以選擇多個(gè)ADC210/天線(xiàn)202中的一個(gè)以便通過(guò)底板1106從中接收高速數(shù)字字流。DDC214的輸出，一個(gè)低速數(shù)據(jù)流(例如，接近10MHz，基帶信號(hào))被連接到一個(gè)時(shí)域多路復(fù)用總線(xiàn)(TDM)226以便通過(guò)輸出格式化器1232與多個(gè)信道處理器228通信。通過(guò)把DDC的輸出接到TDM總線(xiàn)226上，可以使信道處理器228中的任何一個(gè)選擇任一個(gè)DDC214來(lái)接收基帶信號(hào)。在信道處理器228或DDC214失效時(shí)，可以通過(guò)控制總線(xiàn)224和控制總線(xiàn)接口1234操作信道處理器228，把可用的信道處理器互連到具有適當(dāng)?shù)臓?zhēng)用/裁決處理的可用DDC，以便防止兩個(gè)信道處理器試圖訪問(wèn)同一個(gè)DDC。但是，在最優(yōu)實(shí)施例中，DDC214被分配了一個(gè)TDM總線(xiàn)226上的專(zhuān)用時(shí)隙以便連接到一個(gè)具體的信道處理器228上。
可以操作信道處理器228通過(guò)控制總線(xiàn)224向DDC214發(fā)送控制信號(hào)以設(shè)置數(shù)字字流處理參數(shù)。也就是信道處理器228可以引導(dǎo)DDC214選擇一個(gè)下變頻頻率，一個(gè)抽取速率和濾波器特征(例如，帶寬形狀等)以便處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流?？梢岳斫釴CO1218，復(fù)數(shù)乘法器1220，抽取器1222和數(shù)字濾波器1224是響應(yīng)數(shù)碼控制以修改信號(hào)處理參數(shù)。這樣就允許接收器200接收符合一些不同的無(wú)線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)的通信信號(hào)。
繼續(xù)參照?qǐng)D2，本發(fā)明的接收器還提供了多個(gè)接收器組(圖中給出了兩個(gè)并且被說(shuō)明成230和230′)。接收器組230和230′均包含上述在TDM總線(xiàn)226之前接收并處理射頻信號(hào)的一些單元。為了在本發(fā)明中提供分集接收，一對(duì)分別與接收器組230和230′相連的相互分離的天線(xiàn)被指定為通信系統(tǒng)的一個(gè)扇區(qū)提供服務(wù)，其中一個(gè)天線(xiàn)來(lái)自天線(xiàn)202，另一個(gè)天線(xiàn)來(lái)自天線(xiàn)202′(各自被標(biāo)作2，4，…，n)。在天線(xiàn)202和202′接收的信號(hào)分別經(jīng)過(guò)接收器組230和230′的獨(dú)立處理。盡管能夠理解可以使用單個(gè)的總線(xiàn)，但這里接收器組230和230′的輸出分別在TDM總線(xiàn)226和226′上傳輸?shù)叫诺捞幚砥?28，而在該處理器中則進(jìn)行分集接收。
信道處理器228接收基帶信號(hào)并進(jìn)行所需的基帶信號(hào)處理，選擇恢復(fù)通信信道。這種處理至少包含模擬CAI通信系統(tǒng)中的音頻濾波，數(shù)字CAI通信系統(tǒng)中的前向糾錯(cuò)和所有通信系統(tǒng)中的接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)。各個(gè)信道處理器228獨(dú)立地恢復(fù)傳輸信道。而且，為了提供分集，可以操作各信道處理器228監(jiān)聽(tīng)每個(gè)被分配給一個(gè)扇區(qū)的天線(xiàn)對(duì)并且接收和處理兩個(gè)基帶信號(hào)，其中一個(gè)天線(xiàn)一個(gè)信號(hào)。信道處理器228還被提供了一個(gè)圖4所示的到達(dá)通信網(wǎng)絡(luò)的接口436，例如蜂窩通信系統(tǒng)中通過(guò)合適的互連到達(dá)一個(gè)基站控制器或移動(dòng)交換中心的接口。
參照?qǐng)D17，圖中給出了一個(gè)信道處理器228的最優(yōu)實(shí)施例。正如所要描述的，可以控制各信道處理器進(jìn)行發(fā)送和接收操作。在最優(yōu)實(shí)施例中，各信道處理器228在發(fā)送和接收過(guò)程中能夠服務(wù)多達(dá)8個(gè)的通信系統(tǒng)通信信道(在分集的情況下4個(gè)信道處于接收模式)。來(lái)自TDM總線(xiàn)226和226′的低速基帶信號(hào)分別在輸入/輸出(I/O)端口1740和1740′上被接收并且被傳遞到一對(duì)處理器1742和1742′上。與處理器1742和1742′相關(guān)的是數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)1744和1744′以及存儲(chǔ)器1746和1746′?？梢圆僮魈幚砥?742和1742′為四個(gè)(4)通信信道提供服務(wù)。正如在圖17中可以看到的，在最優(yōu)實(shí)施例中，處理器1742和1742′被用來(lái)根據(jù)最優(yōu)分集方案的需要監(jiān)聽(tīng)接收器組230或230′中的一個(gè)或全部。這種結(jié)構(gòu)提供了冗余，同時(shí)也保證了分集。在接收模式下如果處理器1742和1742′中的一個(gè)失效，則只損失分集，而其它的處理器1742或1742′仍然可被用來(lái)處理來(lái)自其它接收器組的上行鏈路基帶信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解可以通過(guò)適當(dāng)?shù)姆旨x擇或組合處理能力來(lái)實(shí)現(xiàn)處理器1742和1742′。處理器1742和1742′還分別與控制單元1748和1748′進(jìn)行通信以便通過(guò)所述的I/O端口1740和1740′以及控制總線(xiàn)224把控制信息傳遞到DDC214。
繼續(xù)參照?qǐng)D17并參照?qǐng)D4，這里描述收發(fā)器400的發(fā)送器部分300(發(fā)送器)。在發(fā)送模式中，信道處理器228從在通信信道上進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接收(通過(guò)圖17中未示出的接口436)下行鏈路通信信號(hào)。這些下行鏈路信號(hào)可以是涉及整個(gè)單元的控制或信令信息(如，一個(gè)尋呼消息)，也可以是涉及單元的一個(gè)特定部分的控制或信令信息(如轉(zhuǎn)移命令)或下行鏈路語(yǔ)音和/或數(shù)據(jù)(如一個(gè)傳輸信道)。在信道處理器228中，處理器1742和1742′獨(dú)立地對(duì)下行鏈路信號(hào)進(jìn)行操作以產(chǎn)生低速基帶信號(hào)。在發(fā)送模式下，信道處理器228能夠服務(wù)八個(gè)(8)通信信道(其中有傳輸信道，信令信道或這些信道的組合)。如果處理器1742或1742′中的一個(gè)失效，則對(duì)系統(tǒng)的影響是損失了容量，但未損失整個(gè)扇區(qū)或單元。而且，從通信系統(tǒng)中消除多個(gè)信道處理器228中的一個(gè)只會(huì)導(dǎo)致?lián)p失八個(gè)信道。
通過(guò)發(fā)送器300進(jìn)行的基帶信號(hào)處理是對(duì)在接收器200中完成的處理的補(bǔ)償。盡管可以使用單獨(dú)的總線(xiàn)，但在這里低速基帶信號(hào)通過(guò)I/O端口1740或1740′從信道處理器228傳輸?shù)絋DM下行鏈路總線(xiàn)300和300′，并且從那里傳輸?shù)蕉鄠€(gè)數(shù)字上變頻器(DUC)302上。DUC320把基帶信號(hào)插到合適的數(shù)據(jù)速率上。需要進(jìn)行這種插入以便使所有來(lái)自信道處理器228的基帶信號(hào)處在相同的速率上，從而允許在一個(gè)中心位置對(duì)基帶信號(hào)求和。接著被插入的基帶信號(hào)被上變頻成合適的諸如正交相移鍵控(QPSK)，差分正交相移鍵控(DQPSK)，調(diào)頻(FM)或調(diào)幅(AM)信號(hào)(具有I，Q輸入，在信道處理器228中完成調(diào)制)的IF信號(hào)。這時(shí)基帶信號(hào)是從零赫茲開(kāi)始偏移的載波調(diào)制高速基帶數(shù)據(jù)信號(hào)。偏移量是通過(guò)對(duì)DUC302的編程來(lái)控制的。調(diào)制基帶信號(hào)通過(guò)高速底板互連304被傳輸?shù)叫盘?hào)選擇器306?？梢圆僮餍盘?hào)選擇器選擇調(diào)制基帶信號(hào)的子群。選擇出的子群是在通信系統(tǒng)的特定扇區(qū)中發(fā)送的通信信道。接著選擇出的調(diào)制基帶信號(hào)子群被傳輸?shù)綌?shù)字累加器308并被累加。接著仍處于高速的累加信號(hào)通過(guò)底板互連1130被傳輸?shù)綌?shù)-模轉(zhuǎn)換器(DAC)310并被轉(zhuǎn)換成IF模擬信號(hào)。接著這些IF模擬信號(hào)被上變頻器314上變頻成RF信號(hào)，被放大器418(圖4)放大并從天線(xiàn)420(圖4)發(fā)射出去。
在最優(yōu)實(shí)施例中，為了進(jìn)一步提供增強(qiáng)的系統(tǒng)可靠性，以三個(gè)排列在RF層上的DAC構(gòu)成的群311的方式來(lái)提供多個(gè)DAC310，其中一個(gè)DAC與一個(gè)層相關(guān)。DAC群311把三個(gè)在底板互連1130的單獨(dú)的信號(hào)總線(xiàn)313上接收的累加信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。與通過(guò)單獨(dú)的DAC獲得的相比，這種方式提供了擴(kuò)大了的動(dòng)態(tài)范圍。由于在任何一個(gè)DAC失效的情況下還有其它可用的DAC，這種方案還提供了冗余。結(jié)果是僅僅降低了系統(tǒng)容量，而整個(gè)扇區(qū)或單元?jiǎng)t沒(méi)有損失。接著在累加器312中模擬累加接收通信系統(tǒng)的一個(gè)扇區(qū)的信號(hào)的DAC群311的輸出，并且把累加的模擬信號(hào)傳輸?shù)缴献冾l器314。
與接收器200類(lèi)似，發(fā)送器300也被分配了多個(gè)發(fā)送器組(如圖所示的330和330′)。發(fā)送器組330和330′包含所有用于在信道處理器228和放大器418之間的發(fā)送器300的設(shè)備。接著在RF累加器316中，累加上變頻針對(duì)通信系統(tǒng)的一個(gè)扇區(qū)，和各個(gè)發(fā)送器組330與330′的累加模擬信號(hào)的上變頻器314的輸出。接著累加RF信號(hào)被傳輸?shù)椒糯笃?18并在天線(xiàn)420上發(fā)射出去。如果整個(gè)發(fā)送器組330或330′失效了，其影響只是損失了系統(tǒng)容量，而通信系統(tǒng)的整個(gè)部分則未損失。
參照?qǐng)D13，這里給出了一個(gè)基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的DUC302。在最優(yōu)實(shí)施例中，提供了多個(gè)DUC302，每個(gè)DUC均包含一個(gè)通過(guò)格式化器電路1341從總線(xiàn)300和300′接收下行鏈路基帶信號(hào)并且從控制總線(xiàn)224接收控制信號(hào)的上變頻器/調(diào)制器1340。上變頻器/調(diào)制器1340的輸出接著被傳輸?shù)竭x擇器306。在最優(yōu)實(shí)施例中，選擇器306可以具有雙輸入與門(mén)組的形式，其中的一個(gè)輸入與數(shù)據(jù)字(即調(diào)制基帶信號(hào))中的一位相連。在控制線(xiàn)保持為高(邏輯1)時(shí)，輸出會(huì)跟隨輸入的變化而變化。接著選擇器306的輸出被傳輸?shù)綌?shù)字累加器組1308，該累加器組把來(lái)自前面與其它DUC相關(guān)的數(shù)字累加器的數(shù)據(jù)加到多個(gè)信號(hào)路徑313中的一個(gè)上。所示的各個(gè)信號(hào)路徑均與通信系統(tǒng)的一個(gè)扇區(qū)相關(guān)并且把累加的信號(hào)傳輸?shù)紻AC群311。如果選擇器306打開(kāi)，則選擇器306的輸出為零，并且該輸出作為累加器1308的一個(gè)輸入使輸入信號(hào)保持不變。也應(yīng)理解可能需要在累加器1308的輸入，輸出或輸入與輸出上進(jìn)行定標(biāo)以便在累加器1308的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)標(biāo)出累加的數(shù)字信號(hào)。通過(guò)這種方式，可以把表示到達(dá)通信系統(tǒng)的具體扇區(qū)的信號(hào)的DUC的輸出累加成單獨(dú)一個(gè)信號(hào)，以便轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。象在最優(yōu)實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)的那樣，或者可以通過(guò)加強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍并提供冗余的多重DAC按組收集并轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。
參照?qǐng)D14，這里給出了一個(gè)基于本發(fā)明的進(jìn)行I，Q調(diào)制的上變頻器1400。上變頻器1400包含分別插入基帶信號(hào)的I，Q部分的第一和第二插入濾波器1402和1404(如，有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器)。在接收來(lái)自被數(shù)碼控制的振蕩器1410的輸入的混頻器1406和1408中上變頻基帶信號(hào)中被插入的I，Q部分。數(shù)碼控制振蕩器(NCO)1410把上變頻頻率ω0和作為依賴(lài)上變頻頻率的固定相位增益的反轉(zhuǎn)樣本速率τ的乘積當(dāng)作輸入來(lái)接收。該乘積被提供給NCO1410中的相位累加器1412。相位累加器1412的輸出是一個(gè)分別被傳輸給正弦和余弦發(fā)生器1414和1416以便產(chǎn)生上變信號(hào)的樣本相位Φ。接著在提供上變頻器1400的調(diào)制IF信號(hào)輸出的累加器1418中累加基帶信號(hào)的上變頻I，Q部分。
在圖15中，給出了一個(gè)進(jìn)行R，Θ調(diào)制，相位直接調(diào)制的調(diào)制器1500。調(diào)制器1500提供了在上變頻器1400上產(chǎn)生FM的簡(jiǎn)化方式?；鶐盘?hào)被傳輸?shù)讲迦霝V波器1502(如一個(gè)FIR濾波器)，該濾波器接著被定標(biāo)器1504定標(biāo)為Kτ。接著在累加器1506中用數(shù)碼控制振蕩器/調(diào)制器(NCOM)1508中的固定相位增益ω0τ累加被插入和定標(biāo)的基帶信號(hào)。該累加和被傳輸給一個(gè)相位累加器1510，而該相位累加器則輸出一個(gè)樣本相位Φ，該樣本相位則被傳輸給一個(gè)正弦發(fā)生器1512以產(chǎn)生調(diào)制器1500的調(diào)制IF信號(hào)輸出。
圖14和15所示的設(shè)備適用于本發(fā)明的上變頻器/調(diào)制器1340。但是，在產(chǎn)生FM方面上變頻器1400不很有效，而調(diào)制器1500也不能提供I，Q上變頻。在圖16中，給出了一種最優(yōu)上變頻器/調(diào)制器1340，它提供I，Q上變頻和FM調(diào)制，并且在不顯著增加基站硬件和費(fèi)用的前提下提供使用各種訪問(wèn)方法的多址。上變頻器/調(diào)制器1340提供針對(duì)單基帶信號(hào)的I，Q上變頻，或者提供針對(duì)兩個(gè)基帶信號(hào)的R，Θ調(diào)制。
基帶信號(hào)的I，Q部分或兩個(gè)R，Θ信號(hào)在端口1602和1604處被輸入到上變頻器/調(diào)制器1340。信號(hào)選擇器1606和1608被提供出來(lái)，該選擇器根據(jù)上變頻器/調(diào)制器1340的操作模式在I，Q或R，Θ信號(hào)之間作出選擇。
對(duì)于一個(gè)I，Q信號(hào)的處理，信號(hào)的I部分被從選擇器1606傳輸?shù)讲迦霝V波器(如一個(gè)FIR濾波器)1610。接著被插入的I信號(hào)被傳輸給混頻器1612，在該混頻器中用來(lái)自余弦發(fā)生器1614的正弦波對(duì)該信號(hào)進(jìn)行上變頻。余弦發(fā)生器1614接收來(lái)自相位累加器1616的一個(gè)輸入樣本相位Φ。選擇器1618被提供出來(lái)并選擇一個(gè)用于I，Q上變頻的零輸入。選擇器1618的輸出被定標(biāo)器1620定標(biāo)為Kτ，該定標(biāo)器產(chǎn)生一個(gè)被加到加法器1622中的ω0τ上的零輸出。在I，Q上變頻的情況下為ω0τ的這種累加和被輸入給相位累加器1616以產(chǎn)生樣本相位輸出Φ。
信號(hào)的Q部分的處理是類(lèi)似的。Q信號(hào)被選擇器1608選出并被傳輸給插入濾波器(如一個(gè)FIR濾波器)1626。接著被插入的Q信號(hào)被傳輸給混頻器1628，在該混頻器中用來(lái)自正弦發(fā)生器1630的正弦波對(duì)該信號(hào)進(jìn)行上變頻。正弦發(fā)生器1630接收來(lái)自選擇器1632的一個(gè)輸入，該選擇器選擇在I，Q的情況下由相位累加器1616產(chǎn)生的樣本相位Φ。接著在累加器1634中把經(jīng)過(guò)上變頻的I，Q信號(hào)當(dāng)作處于I，Q模式的上變頻器/調(diào)制器1340的上變頻/調(diào)制輸出進(jìn)行累加。
在R，Θ處理中，選擇器1606和1608選擇兩個(gè)單獨(dú)的R，Θ信號(hào)。對(duì)于R，Θ處理，可以操作上變頻器/調(diào)制器340同時(shí)處理兩個(gè)R，Θ信號(hào)。第一個(gè)信號(hào)R，Θ-1在插入濾波器1610中被插入并濾波。在R，Θ的情況下，選擇器1618選擇被插入的R，Θ-1信號(hào)，該信號(hào)在定標(biāo)器1620中被定標(biāo)為kτ并在加法器1622中被加到ω0τ上。接著加法器1622的輸出被傳輸給相位累加器1616，而該累加器則產(chǎn)生被輸入到余弦發(fā)生器1614的樣本相位Φ。余弦發(fā)生器1614的輸出是處于R，Θ處理模式的上變頻器/調(diào)制器1340的兩個(gè)調(diào)制IF信號(hào)輸出中的一個(gè)。
第二個(gè)R，Θ信號(hào)R，Θ-2被選擇器1608選出并被傳輸給插入濾波器1626。被插入的R，Θ-2信號(hào)接著被傳輸?shù)蕉?biāo)器1636并在其中被定標(biāo)為kτ。接著在加法器1638中用ω0τ累加被定標(biāo)的信號(hào)。加法器1638的輸出被輸入給相位累加器1640，該累加器產(chǎn)生一個(gè)由選擇器1632選擇并被傳輸給正弦發(fā)生器1630的輸出樣本相位Φ。正弦發(fā)生器1630的輸出是處于R，Θ處理模式的上變頻器/調(diào)制器1340的兩個(gè)調(diào)制IF信號(hào)輸出中的第二個(gè)。
應(yīng)當(dāng)理解傳輸給加法器1622和1638的值ω0τ可以是唯一的，這樣是為了提供適當(dāng)?shù)呐c余弦發(fā)生器1614或正弦發(fā)生器1630相關(guān)的相位輸出。而且，在信道處理器的控制下可以對(duì)ω0τ的值進(jìn)行編程以便從余弦發(fā)生器1614或正弦發(fā)生器1630中選擇一個(gè)具體的載波頻率輸出。類(lèi)似地，可以對(duì)定標(biāo)器值kτ進(jìn)行編程以便選擇頻率偏移。
現(xiàn)在已經(jīng)分別描述了收發(fā)器400的接收器200和發(fā)送器300部分，下面參照?qǐng)D4更詳細(xì)地描述收發(fā)器400。收發(fā)器400由一對(duì)收發(fā)器組402和404構(gòu)成。各組均相同并且包含多個(gè)RF處理層406。各RF處理層406擁有被連接起來(lái)以接收和數(shù)字化來(lái)自天線(xiàn)412的信號(hào)的一個(gè)RF混頻器408和一個(gè)ADC410。RF處理層406還包含三個(gè)DAC414，DAC的輸出被累加器416累加并被傳輸?shù)絉F上變頻器417(譯者注原文為418)。RF上變頻器417的輸出還被傳輸?shù)揭粋€(gè)用來(lái)自收發(fā)器組404的對(duì)應(yīng)輸出進(jìn)行累加的RF累加器419。接著被累加的RF信號(hào)被傳輸給在從天線(xiàn)420發(fā)射之前對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的放大器418。
從ADC410接收的信號(hào)通過(guò)接收總線(xiàn)428被傳輸?shù)綌?shù)字轉(zhuǎn)換器模塊(DCM)426。類(lèi)似地，發(fā)送信號(hào)通過(guò)發(fā)送總線(xiàn)430被從DCM426傳輸?shù)紻AC414。可以理解，接收總線(xiàn)428和發(fā)送總線(xiàn)430是實(shí)現(xiàn)進(jìn)到RF結(jié)構(gòu)432內(nèi)的底板結(jié)構(gòu)之中的高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)。在最優(yōu)實(shí)施例中，底板上的通信速率接近60MHz，但是單元間的緊密物理關(guān)系允許在沒(méi)有顯著高速數(shù)據(jù)信號(hào)錯(cuò)誤的情況下進(jìn)行這樣的高速數(shù)據(jù)通信。
參照?qǐng)D11，圖中說(shuō)明了一個(gè)DCM426的最優(yōu)實(shí)施例。DCM426包含多個(gè)DDC專(zhuān)用的集成電路(ASIC)1102和多個(gè)提供接收和發(fā)送信號(hào)處理的DUCASIC1104。接收信號(hào)通過(guò)一個(gè)接收底板互連1108，底板接收器1106和緩沖區(qū)/驅(qū)動(dòng)器組1107被從天線(xiàn)412傳輸?shù)酵ㄐ沛溌?110上的DDC ASIC1102。在最優(yōu)實(shí)施例中，DCM426包含十個(gè)DDC ASIC 1102，每個(gè)DDC ASIC1102均實(shí)現(xiàn)了三個(gè)單獨(dú)的DDC。在最優(yōu)實(shí)施例中，八個(gè)DDC ASIC 1102提供通信信道功能，而另兩個(gè)DDC ASIC 1102則提供掃描功能。DDC ASIC 1102的輸出通過(guò)鏈路1112，底板格式化器1114和底板驅(qū)動(dòng)器1116被傳輸?shù)降装寤ミB1118。接收信號(hào)從底板互連1118被傳輸?shù)揭粋€(gè)接口介質(zhì)450(圖4)，該接口介質(zhì)將信號(hào)傳輸?shù)皆谔幚砥鲗?46中排列成群的多個(gè)信道處理器448。
在發(fā)送模式下，發(fā)送信號(hào)通過(guò)選擇器/格式化器1124，從接口介質(zhì)450和底板互連1118上的信道處理器448，經(jīng)過(guò)發(fā)送底板接收器1120被傳輸?shù)蕉鄠€(gè)DUC ASIC 1104。每個(gè)DUC ASIC 1104均包含四個(gè)如上所述的單獨(dú)的DUC，這四個(gè)DDC處理四個(gè)處于R，Θ模式的通信信道或兩個(gè)處于I，Q模式的通信信道。DUC ASIC 1104的輸出通過(guò)鏈路1126被傳輸?shù)桨l(fā)送底板驅(qū)動(dòng)器1128和底板互連1130以便傳輸?shù)紻AC 414。
應(yīng)當(dāng)理解正如460所指示的那樣，應(yīng)做出適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備以便為DCM 426的單元提供時(shí)鐘信號(hào)。
對(duì)于位于DCM 426和信道處理器448之間的接口介質(zhì)450，接口介質(zhì)450可以是任意一種合適的通信介質(zhì)。例如，接口介質(zhì)可以是一個(gè)微波鏈路，TDM時(shí)隙(span)或光纖鏈路。這樣的一種方案會(huì)允許信道處理器448定位在離DCM 426和RF處理層406較遠(yuǎn)的位置上。因而可以集中地實(shí)現(xiàn)信道處理功能，而收發(fā)器功能則在一個(gè)通信單元站點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。由于通信設(shè)備的主要部分可以離實(shí)際的通信單元站點(diǎn)很遠(yuǎn)，該方案簡(jiǎn)化了通信單元站點(diǎn)構(gòu)造。結(jié)果是為公司節(jié)省了設(shè)備所需的物理空間并導(dǎo)致更為集中的操作和維護(hù)活動(dòng)。
如圖4所示，收發(fā)器400包含三個(gè)DCM 426，并且每個(gè)DCM具有十二個(gè)通信信道的能力。這種方案提供了系統(tǒng)可靠性。如果一個(gè)DCM 426失效，則系統(tǒng)只損失一部分可用的通信信道。而且，可以改進(jìn)DCM以提供多重?zé)o線(xiàn)接口能力。也就是可以針對(duì)具體的無(wú)線(xiàn)接口對(duì)DCM上的DDC和DUC單獨(dú)進(jìn)行編程。因而，收發(fā)器400提供了多重?zé)o線(xiàn)接口能力。
從前面的描述可以看出，收發(fā)器400的結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)。參照?qǐng)D5，圖中給出了與圖2的接收器200非常相似的收發(fā)器400的接收器。僅僅為了簡(jiǎn)便已經(jīng)去掉了多個(gè)DDC 214和互連TDM總線(xiàn)226，應(yīng)當(dāng)理解接收器500包含這些單元。接收器500包含一個(gè)額外的DDC 502，這個(gè)DDC象前面描述的那樣通過(guò)一個(gè)選擇器504連接到ADC 506以便接收來(lái)自天線(xiàn)508/混頻器509的上行鏈路數(shù)字信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)514把數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)叫诺捞幚砥?10。在操作過(guò)程中，有必要使信道處理器510檢測(cè)其它的天線(xiàn)以確定是否正在通信單元中最好的天線(xiàn)上進(jìn)行通信，其中這些天線(xiàn)不是當(dāng)前正在處理一個(gè)通信信道的天線(xiàn)。也就是如果一個(gè)服務(wù)于通信單元的另一個(gè)扇區(qū)的天線(xiàn)提供更好的通信質(zhì)量，則應(yīng)當(dāng)在該天線(xiàn)上重新建立通信鏈路。為了確定這樣的提供更好的通信質(zhì)量的天線(xiàn)的可用性，信道處理器掃描通信單元的各個(gè)扇區(qū)。在本發(fā)明中是通過(guò)讓信道處理器510利用控制總線(xiàn)512捕捉DDC 502并對(duì)其編程以接收來(lái)自通信單元中各個(gè)天線(xiàn)的傳輸信號(hào)來(lái)做到這一點(diǎn)的。接收到的諸如接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)等等的信息被信道處理器510估測(cè)以確定是否有更好的天線(xiàn)。除了DDC 502在信道處理器510的控制下接收來(lái)自通信單元中多個(gè)天線(xiàn)的信號(hào)，而不是來(lái)自服務(wù)于一個(gè)活動(dòng)的通信信道的單獨(dú)天線(xiàn)的信號(hào)之外，DDC 502中的處理與DDC 214中完成的處理相同。
圖19說(shuō)明了完成逐個(gè)信道掃描功能的方法1900-1926。該方法在圓圈1900處進(jìn)入并前進(jìn)到設(shè)置計(jì)時(shí)器的步驟1902。接著信道處理器在判定步驟1904檢查DDC 302是否空閑，即當(dāng)前沒(méi)有為另一個(gè)信道處理器進(jìn)行掃描；并且在空閑的情況下，在判定步驟1906檢查控制總線(xiàn)312是否也是空閑的。如果是空閑的，則終止1908計(jì)時(shí)器并由信道處理器310捕捉控制總線(xiàn)312，1909。如果信道處理器310不能捕捉控制總線(xiàn)312，1912，則方法回到步驟1902。如果DDC 302和控制總線(xiàn)312都不空閑，則檢測(cè)是否超時(shí)，1910，如果沒(méi)有達(dá)到超時(shí)，則方法退回以檢查DDC是否已經(jīng)變成空閑的。如果已經(jīng)超時(shí)，則報(bào)告錯(cuò)誤，1920，即信道處理器310不能完成期望的掃描。
如果成功地捕捉到控制總線(xiàn)312，1912，則信道處理器310對(duì)DDC 302進(jìn)行編程使之執(zhí)行掃描功能，1914。如果DDC 302已經(jīng)變成活動(dòng)的1916，則終止編程并報(bào)告錯(cuò)誤，1920。否則DDC 302接受編程并開(kāi)始從各個(gè)天線(xiàn)308收集樣本，1918。當(dāng)收集到所有的樣本時(shí)，1922，DDC被編程到一個(gè)空閑狀態(tài)，1924，而方法則終止1926。
收發(fā)器400的另一個(gè)功能是向具體扇區(qū)或通信單元的所有扇區(qū)提供信令的能力。再次參照?qǐng)D3和13，上變頻器/調(diào)制器1340的輸出被傳遞給選擇器306，其中可以控制該選擇器選擇來(lái)自多個(gè)上變頻器/調(diào)制器1340并被導(dǎo)向通信單元的一個(gè)具體扇區(qū)的輸出。如圖3所示，對(duì)于一個(gè)三扇區(qū)通信單元，提供了與通信單元的三個(gè)扇區(qū)相對(duì)應(yīng)的三個(gè)數(shù)據(jù)路徑313，并且選擇器306的功能是把上變頻器/調(diào)制器1340的輸出累加到這三個(gè)數(shù)據(jù)路徑中的一個(gè)上。通過(guò)這種方式，來(lái)自上變頻器/調(diào)制器1340的下行鏈路信號(hào)被傳輸?shù)酵ㄐ艈卧械囊粋€(gè)合適的扇區(qū)上。
但是還可以控制選擇器306把一個(gè)上變頻器/調(diào)制器1340的輸出加到所有的信號(hào)路徑313上。在這種情況下，來(lái)自上變頻器/調(diào)制器1340的下行鏈路信號(hào)被同時(shí)傳輸?shù)酵ㄐ艈卧乃猩葏^(qū)上。因而通過(guò)把一個(gè)上變頻器/調(diào)制器指定為信令信道并對(duì)選擇器306編程以便從這個(gè)上變頻器/調(diào)制器向通信單元的所有扇區(qū)傳輸下行鏈路信號(hào)，可以創(chuàng)建通過(guò)同時(shí)廣播的類(lèi)似全方向的信令信道。而且，應(yīng)當(dāng)理解通過(guò)對(duì)選擇器306重新編程使之從一個(gè)信令上變頻器/調(diào)制器1340向通信單元的一個(gè)或多個(gè)扇區(qū)傳輸下行鏈路信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)把信令傳輸?shù)骄唧w的扇區(qū)。
參照?qǐng)D6，圖中給出了一個(gè)收發(fā)器600，該收發(fā)器在包含針對(duì)收發(fā)器400描述的功能單元的同時(shí)，還提供了一種不同的結(jié)構(gòu)方案。收發(fā)器600在信道處理器內(nèi)提供了上行鏈路數(shù)字下變頻和相應(yīng)的下行鏈路數(shù)字上變頻。信道處理器則通過(guò)一個(gè)高速鏈路被連接到RF硬件。
在接收模式下，RF信號(hào)在天線(xiàn)602(各自的號(hào)碼為1，2，…，n)被接收并被傳輸?shù)较鄳?yīng)的接收RF處理層604。每個(gè)接收RF層604都包含一個(gè)RF下變頻器606和一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器608。接收RF層604的輸出是通過(guò)一個(gè)上行鏈路總線(xiàn)610被傳輸?shù)蕉鄠€(gè)信道處理器612的高速數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。上行鏈路總線(xiàn)是一個(gè)合適的諸如光纖總線(xiàn)或類(lèi)似的高速總線(xiàn)。信道處理器612包含一個(gè)選擇從中接收數(shù)據(jù)流的一個(gè)天線(xiàn)的選擇器，一個(gè)DDC和處理來(lái)自一個(gè)天線(xiàn)的數(shù)據(jù)流從而恢復(fù)出一個(gè)通信信道的基帶處理部件613。接著通過(guò)合適的連接把通信信道傳輸?shù)椒涓C網(wǎng)絡(luò)和PSTN。
在發(fā)送模式下，信道處理器612從蜂窩網(wǎng)絡(luò)和PSTN接收下行鏈路信號(hào)。信道處理器包含上變頻器/調(diào)制器615，該上變頻器/調(diào)制器在通過(guò)發(fā)送總線(xiàn)616向發(fā)送RF處理層614傳輸一個(gè)下行鏈路數(shù)據(jù)流之前上變頻并調(diào)制下行鏈路信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解發(fā)送總線(xiàn)616也是一個(gè)合適的高速總線(xiàn)。發(fā)送RF處理層614包含數(shù)字累加器618，DAC 620和把下行鏈路數(shù)據(jù)流處理成RF模擬信號(hào)的RF上變頻器622。RF模擬信號(hào)則通過(guò)一個(gè)模擬發(fā)送總線(xiàn)624被傳輸?shù)焦β史糯笃?26和發(fā)射RF模擬信號(hào)的天線(xiàn)628。
參照?qǐng)D7，圖中給出了一個(gè)收發(fā)器700，該收發(fā)器在包含針對(duì)收發(fā)器400描述的功能單元的同時(shí)，還提供了另一種結(jié)構(gòu)方案。收發(fā)器700被描述成是針對(duì)扇區(qū)化的通信系統(tǒng)的單獨(dú)一個(gè)扇區(qū)的。應(yīng)當(dāng)理解可以輕易地把收發(fā)器改進(jìn)成服務(wù)于多個(gè)扇區(qū)。
在接收模式下，RF信號(hào)在天線(xiàn)702被接收并被傳輸?shù)浇邮誖F處理層704。每個(gè)接收RF層704都包含一個(gè)RF下變頻器703和一個(gè)ADC 705。接收RF層704的輸出是一個(gè)通過(guò)高速底板706被傳輸?shù)蕉鄠€(gè)DDC 708的高速數(shù)據(jù)流。DDC 708以前述方式進(jìn)行操作以選擇高速數(shù)據(jù)流并下變頻數(shù)據(jù)流。DDC 708的輸出是在總線(xiàn)710和712上被傳輸?shù)叫诺捞幚砥?14的低速數(shù)據(jù)流。信道處理器714以前述方式進(jìn)行操作以處理一個(gè)通信信道并通過(guò)一個(gè)信道總線(xiàn)716和網(wǎng)絡(luò)接口718把通信信道傳輸?shù)椒涓C網(wǎng)絡(luò)和PSTN。收發(fā)器700的DDC708也可以定位在具有一個(gè)相應(yīng)的高速底板互連的一個(gè)信道處理器層上。
在發(fā)送模式下，下行鏈路信號(hào)通過(guò)接口718和信道總線(xiàn)716被從蜂窩網(wǎng)絡(luò)和PSTN傳輸?shù)叫诺捞幚砥?14。信道處理器714包含把下行鏈路信號(hào)上變頻并數(shù)字化成模擬IF信號(hào)的DUC和DAC。模擬IF信號(hào)通過(guò)同軸電纜連接722或其它合適的連接介質(zhì)被傳輸?shù)揭粋€(gè)發(fā)送矩陣724，在該矩陣中下行鏈路信號(hào)與其它下行鏈路模擬IF信號(hào)混合。接著通過(guò)同軸連接726把混合模擬IF信號(hào)傳輸?shù)絉F上變頻器728。RF上變頻器728把IF信號(hào)轉(zhuǎn)換成RF信號(hào)。來(lái)自上變頻器728的RF信號(hào)在累加器730中被RF累加并接著被傳輸?shù)焦β史糯笃骱桶l(fā)送天線(xiàn)(未示出)。
從收發(fā)器700可以看出，對(duì)下行鏈路信號(hào)的高速數(shù)據(jù)處理，即數(shù)字上變頻最好是在信道處理器714中進(jìn)行。圖18給出了一個(gè)信道處理器714的最優(yōu)實(shí)施例。信道處理器714在許多方面與圖17中的具有標(biāo)有類(lèi)似索引號(hào)的類(lèi)似單元的信道處理器228類(lèi)似。除了這些單元之外，信道處理器714包含被連接起來(lái)以便從處理器1742，1742′接收下行鏈路信號(hào)的DUC1802。DUC 1802上變頻被傳輸?shù)紻AC 1806的下行鏈路信號(hào)，其中在DAC1806中把下行鏈路信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬IF信號(hào)。接著模擬IF信號(hào)通過(guò)端口1740，1740′被傳輸?shù)桨l(fā)送矩陣724。
參照?qǐng)D8，9和10，其中還給出了連接收發(fā)器400的單元的方案。為了避免因單獨(dú)部件的失效而損失整個(gè)單元，應(yīng)避免出現(xiàn)菊花鏈?zhǔn)降牟考B接。如圖8所示，并且以下行鏈路方案為例，在DCM 802中選擇器800被提供在DUC 804和DAC 806之前。被提供的直接數(shù)據(jù)鏈路808從DUC 804到達(dá)選擇器800，從DCM 802到達(dá)DCM 802并最終到達(dá)DAC 806。所提供的旁路數(shù)據(jù)鏈路810分接進(jìn)入直接數(shù)據(jù)鏈路808。在操作過(guò)程中，如果一個(gè)或多個(gè)DCM 802失效，則可以控制選擇器800激活相應(yīng)的旁路數(shù)據(jù)鏈路810以便跳過(guò)失效的DCM 802并允許把信號(hào)連續(xù)傳輸?shù)椒糯笃?12和發(fā)送天線(xiàn)814。應(yīng)當(dāng)理解可以類(lèi)似地連接上行鏈路單元以提供收發(fā)器的容錯(cuò)接收部分。
圖9給出了一個(gè)可選的方案。在圖9中，信道處理器920通過(guò)一個(gè)TDM總線(xiàn)922被連接到DCM 902。DCM如圖8中所描述的那樣被連接起來(lái)，圖9中未示出與各DCM 902相關(guān)的選擇器900，應(yīng)當(dāng)理解可以輕易地在DCM 902中實(shí)現(xiàn)該選擇器。旁路鏈路924直接把信道處理器920連接到一個(gè)相應(yīng)的DCM，并且進(jìn)入DCM 902中的一個(gè)額外的選擇器(未示出)。當(dāng)信道處理器920的失效關(guān)閉TDM總線(xiàn)922或TDM總線(xiàn)922本身失效時(shí)，DCM 902中的選擇器可以激活相應(yīng)的旁路鏈路924以允許連續(xù)把信號(hào)傳輸?shù)紻AC 906，放大器912和發(fā)送天線(xiàn)914。
圖10給出了另一個(gè)可選的方案。DCM 1002如圖8所示的那樣被連接起來(lái)。在圖10中直接鏈路1030以菊花鏈模式連接信道處理器820，各個(gè)信道處理器1020的輸出在累加器1032中被累加并接著被傳輸?shù)絋DM總線(xiàn)1034上的DCM 1002。構(gòu)成第二總線(xiàn)的旁路鏈路1036被提供出來(lái)，而選擇器1038則以類(lèi)似于圖8所示的DCM 802的方式被提供出來(lái)。在任何一個(gè)信道處理器失效時(shí)，可以以相同于針對(duì)DCM 802描述的方式把來(lái)自剩余信道處理器1020的信號(hào)繞過(guò)失效的信道處理器并傳輸?shù)竭x擇器1000，DAC1006，放大器1012和天線(xiàn)1014。
根據(jù)本發(fā)明，反饋信號(hào)被提供給量化電路的輸入以便減少量化噪聲。根據(jù)N位信號(hào)的一個(gè)樣本和M位量化信號(hào)的一個(gè)時(shí)間重合樣本之間的濾波差來(lái)產(chǎn)生反饋信號(hào)，其中M＜N。在量化之前反饋信號(hào)從輸入信號(hào)中被抽出，這樣，為了減少量化信號(hào)中的帶內(nèi)噪聲而把帶外噪聲引入了輸入信號(hào)。
參照?qǐng)D20，圖中給出了一個(gè)基于本發(fā)明的N位到M位的量化電路2000，其中M＜N。一個(gè)N位信號(hào)X被傳遞到累加器2002，在該累加器中抽取出一個(gè)N位反饋信號(hào)W。接著所得到的信號(hào)X′在一個(gè)N位鎖存器2004中被采樣并在一個(gè)M位硬量化器2006中緊接著被量化。硬量化器切掉(truncate〕信號(hào)X′的N-M個(gè)LSB，有效地把M-N個(gè)LSB設(shè)成零值。根據(jù)鎖存器2004中所含的X′的N位樣本的M個(gè)最有效位(MSB)和硬量化器2006中所含的M位量化樣本之間的差值在累加器2008中產(chǎn)生一個(gè)N位錯(cuò)誤信號(hào)E。X′的N位樣本的LSB在通過(guò)時(shí)未被改變。錯(cuò)誤信號(hào)E被產(chǎn)生N位反饋信號(hào)W的濾波器2010濾波。應(yīng)當(dāng)理解根據(jù)具體的應(yīng)用可以在硬量化器2006中保留任何M位信號(hào)X′。
圖20中還給出了一個(gè)把硬量化器輸出信號(hào)Y轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的12位DAC 2012。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的量化電路2000在任何需要進(jìn)行從高精度信息信號(hào)到低精度信息信號(hào)的轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中都是有用的，其中在這些應(yīng)用中需要嚴(yán)格避免引入量化噪聲。
濾波器2010被選擇用來(lái)只傳遞相對(duì)于輸入信號(hào)X是帶外信號(hào)的錯(cuò)誤信號(hào)E的部件。在最優(yōu)實(shí)施例中，濾波器2010是一個(gè)低通濾波器，該濾波器通過(guò)低頻反饋信號(hào)W保持引入到信號(hào)X′中的噪聲成分，并且把噪聲成分排除在感興趣的頻帶之外。在圖22和23中說(shuō)明了這種情況。如圖22所示，在不采用本發(fā)明的情況下，被說(shuō)成fs的具有顯著能量的寄生噪聲成分出現(xiàn)在被說(shuō)成fx的感興趣的信號(hào)附近。如圖23所示，雖然在一個(gè)頻率ffco，即濾波器2010的截?cái)囝l率下面有一個(gè)基本數(shù)量的能量，但只有低水平的基本上均勻分布在具有頻率fX的所感興趣的信號(hào)附近的噪聲。在測(cè)試本發(fā)明時(shí)，與(-72)dBc相比在fX附近觀察到(-93)dBc的噪聲場(chǎng)，而(-72)dBc是在不采用本發(fā)明的情況下通常從一個(gè)12位量化器可能期望得到的噪聲場(chǎng)。這些數(shù)據(jù)是參照DAC 2012的模擬信號(hào)輸出而產(chǎn)生的。
量化電路2000的另一個(gè)特性是在沒(méi)有信號(hào)X，或者信號(hào)X基本為零時(shí)沒(méi)有噪聲輸出。使用現(xiàn)有技術(shù)的高頻脈動(dòng)技術(shù)，偽隨機(jī)噪聲是連續(xù)輸入到量化電路中的。當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，量化電路的輸出信號(hào)就是偽隨機(jī)噪聲。在本發(fā)明中，當(dāng)輸入信號(hào)X沒(méi)有出現(xiàn)或基本為零時(shí)，X′的N位樣本和M位量化樣本之間的差別基本為零。因而，當(dāng)沒(méi)有輸入信號(hào)出現(xiàn)時(shí)量化電路2000的輸出為零。
正如針對(duì)量化電路2000的一個(gè)最優(yōu)實(shí)現(xiàn)所描述的那樣，錯(cuò)誤信號(hào)E是一個(gè)16位信號(hào)。但是，由于最初是由N-M個(gè)LSB構(gòu)成了錯(cuò)誤信號(hào)E，所以可以替入一個(gè)N-M位信號(hào)。在這樣的一種實(shí)現(xiàn)中，錯(cuò)誤信號(hào)E的符號(hào)信息會(huì)被丟失。因而，可能更期望實(shí)現(xiàn)一個(gè)保留來(lái)自信號(hào)X′的符號(hào)位的(N-M)+1位錯(cuò)誤信號(hào)。這樣的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化了錯(cuò)誤信號(hào)E的數(shù)據(jù)路徑，并且還減小了濾波器210的大小。
參照?qǐng)D21，圖中給出了一個(gè)針對(duì)濾波器2010的最優(yōu)實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)移函數(shù)。如圖21所示，濾波器2010是一個(gè)可以用三個(gè)全加法器2302，2304，2306和一個(gè)延遲單元2308實(shí)現(xiàn)的3實(shí)極(real pole)濾波器。在本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例中，濾波器2010的極被選擇成允許圖21所示的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)的15/16。如圖所示，該實(shí)現(xiàn)很好消除了對(duì)乘法器的需要，這樣就允許在一個(gè)專(zhuān)用集成電路(ASIC)中簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)濾波器2010。濾波器2010還包含一個(gè)總增益因子，該因子在最優(yōu)實(shí)施例中接近100dB。在濾波器2010的各個(gè)段上提供增益以增強(qiáng)反饋信號(hào)W的相對(duì)于輸入信號(hào)X的電平和反饋信號(hào)W加在輸入信號(hào)X上面的噪聲生成效應(yīng)。
從上面的描述可以看出，本發(fā)明的量化電路2000提供了大大簡(jiǎn)化的實(shí)現(xiàn)，尤其是針對(duì)ASIC實(shí)現(xiàn)。前面的高頻脈動(dòng)技術(shù)所需的偽隨機(jī)噪聲發(fā)生器的消除和很好地選擇濾波器的設(shè)計(jì)使ASIC中所需的門(mén)最少化。
對(duì)寬帶頻率信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的寬帶頻率信號(hào)數(shù)字變換器和方法提供了對(duì)一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的奈奎斯特頻帶內(nèi)的寬帶頻率信號(hào)段的最優(yōu)定位。其余的寬帶頻率信號(hào)段被緊密地定位在第一個(gè)段的附近，從而使得很容易地使用一個(gè)單獨(dú)的或多個(gè)以降低的采樣速率進(jìn)行操作的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)整個(gè)寬帶頻率信號(hào)加以數(shù)字化，并且相應(yīng)地從所得到的數(shù)字化信號(hào)中減少或消除了不期望的寄生信號(hào)。
下面給出針對(duì)有效并精確地對(duì)蜂窩通信系統(tǒng)A帶頻帶的分割部分進(jìn)行數(shù)字化的數(shù)字變換器和方法的詳細(xì)描述。但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明使得應(yīng)用對(duì)任何占據(jù)連續(xù)或不連續(xù)頻譜的寬帶信號(hào)加以數(shù)字化。而且雖然本發(fā)明被描述成在寬帶信號(hào)的兩個(gè)段上進(jìn)行操作，但本發(fā)明同樣可以被用在被分成多個(gè)段并且通過(guò)多個(gè)信號(hào)路徑進(jìn)行處理的寬帶頻率信號(hào)上。
參照?qǐng)D24，圖中給出了一個(gè)基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的寬帶頻率信號(hào)數(shù)字變換器2410。一個(gè)模擬信號(hào)在天線(xiàn)2412上被接收并且通過(guò)本領(lǐng)域所知的濾波器2414，2418和放大器2416被加以信號(hào)調(diào)整。調(diào)整后的模擬信號(hào)被傳輸?shù)交祛l器2420，在該混頻器中用一個(gè)來(lái)自本地振蕩器2422的信號(hào)與該模擬信號(hào)混合。這樣便把接收并調(diào)整過(guò)的信號(hào)轉(zhuǎn)換或頻率變換成中頻(IF)信號(hào)。
變換過(guò)的(IF)信號(hào)接著被傳輸給分割器2424，在該分割器中變換過(guò)的信號(hào)被分割成第一段和第二段。第二段經(jīng)過(guò)濾波器2426濾波并在混頻器2430中與第二本地振蕩器2428混合。第二段接著在濾波器2431中被濾波并被傳輸?shù)嚼奂悠?434。第一段經(jīng)過(guò)濾波器2432的濾波并且也被傳輸?shù)嚼奂悠?434。第一和第二段被累加并接著被模-數(shù)轉(zhuǎn)換器2436以采樣頻率fs加以數(shù)字化。混頻器2420和2430的操作是把寬帶頻率信號(hào)段頻率變換成能夠加以數(shù)字化。在圖27A和27B中說(shuō)明了這種情況并描述了數(shù)字變換器2410的操作。圖27A中說(shuō)明的頻譜2700對(duì)于在針對(duì)蜂窩A-帶的天線(xiàn)2412上接收的并且經(jīng)過(guò)濾波器2414，2418和放大器2416的處理的信號(hào)而言是典型的。圖27B中說(shuō)明的頻譜2700′表示圖27A中的在經(jīng)過(guò)混頻器2420和2430的處理之后的頻譜。頻譜2700′被變換成一個(gè)在模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的奈奎斯特頻帶內(nèi)的IF頻率。頻譜2700′的較寬的部分2702位置離采樣頻率fs很近。頻譜2700′的較窄的部分2704被從頻譜2700′中分割出來(lái)并且被處理成一個(gè)單獨(dú)的段?？梢钥闯觯祛l器2430的結(jié)果是把寬帶頻率信號(hào)的第二段2704變換到非常接近第一段2702的位置上。接著可以用一個(gè)單獨(dú)的ADC以稍高于第一和第二段總帶寬的采樣速率對(duì)這樣定位的第一和第二段2702和2704加以數(shù)字化。這就是最小的采樣速率fs＝2*(BWw+BWn)MHz (a)其中BWw，BWn如圖所示，而分離頻帶BWg 406被提供在第一和第二段2702和2704之間以便進(jìn)行濾波。只可以在第一和第二段分不落在濾波器的轉(zhuǎn)換區(qū)域之內(nèi)的情況下將第一和第二段放得盡可能地接近。
圖27A中說(shuō)明了模擬濾波器轉(zhuǎn)換區(qū)域。轉(zhuǎn)換區(qū)域從頻段邊沿開(kāi)始并擴(kuò)展到點(diǎn)“A”。點(diǎn)“A”表示一個(gè)在最優(yōu)實(shí)施例中接近80分貝(dB)的衰減點(diǎn)，該點(diǎn)被定義成“混疊點(diǎn)”，即在該點(diǎn)上具有落在濾波區(qū)域之外的頻率的信號(hào)會(huì)在數(shù)字化頻譜中產(chǎn)生不期望的混疊。
現(xiàn)在參照?qǐng)D25，圖中給出了基于本發(fā)明的一個(gè)寬帶頻率數(shù)字變換器2500的第二實(shí)施例。信號(hào)在天線(xiàn)2512上被接收并且經(jīng)過(guò)濾波器2514和放大器2516的處理。信號(hào)在分割器2518中被分割成分別被傳輸?shù)降谝缓偷诙盘?hào)路徑2520和2522的第一和第二段。第一段經(jīng)過(guò)濾波器2524的濾波并在混頻器2526中與一個(gè)本地振蕩器2528信號(hào)混合。被混合的第一段信號(hào)接著經(jīng)過(guò)濾波器2530的濾波并且在ADC 2532中以第一采樣速率fs被加以數(shù)字化。數(shù)字化的第一段接著經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器2534的濾波并且被傳輸?shù)嚼奂悠?550。
沿著信號(hào)路徑2522傳輸?shù)男盘?hào)的第二段經(jīng)過(guò)濾波器2536的濾波并在混頻器2538中與一個(gè)本地振蕩器2540信號(hào)混合。信號(hào)接著經(jīng)過(guò)濾波器2542的濾波并且在ADC 2544中以采樣速率fs/2被加以數(shù)字化。所得到的數(shù)字信號(hào)接著經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器2546的數(shù)字濾波，被插入到fs上并且在插入器/濾波器2548中被高通濾波。所得到的信號(hào)接著被傳輸?shù)嚼奂悠?550，在該累加器中把信號(hào)與產(chǎn)生整個(gè)數(shù)字化信號(hào)的數(shù)字化信號(hào)第一段累加。
在信號(hào)的第二段具有小于轉(zhuǎn)換區(qū)域并且低于第一段的一半帶寬的帶寬的情況下，數(shù)字變換器2500是最優(yōu)的。圖28A-28H說(shuō)明了這種情況并且描述了2500的操作。圖28A-28H的左邊和右邊分別說(shuō)明了數(shù)字變換器2500在信號(hào)路徑上對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行的處理。
圖28A和28D說(shuō)明了一個(gè)接收的信號(hào)分離的段2802和2804。參照?qǐng)D28A，段2802是用濾波器2530處理第一信號(hào)路徑2520上的信號(hào)的結(jié)果。段2802接著被ADC 2432以采樣速率fs加以數(shù)字化，從而產(chǎn)生圖28B說(shuō)明的數(shù)字信號(hào)部分2806。采樣速率fs被選擇成接近段2802的帶寬的2.5倍。這些信號(hào)部分接著經(jīng)過(guò)圖28C所示的濾波器2534的數(shù)字濾波以便從數(shù)字信號(hào)中消除任何不期望的頻率成分。
段2804是用濾波器2542處理第二信號(hào)路徑2522上的信號(hào)的結(jié)果。段2804接著被ADC 2446以采樣速率fs/2加以數(shù)字化，從而產(chǎn)生圖28E說(shuō)明的數(shù)字信號(hào)部分2808。數(shù)字信號(hào)部分2808首先經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器2546的數(shù)字濾波以便消除不期望的信號(hào)成分。數(shù)字信號(hào)部分2808接著被插入到fs的速率上并且在圖28F所示的插入器/濾波器2548中被數(shù)字濾波以產(chǎn)生圖28G所示的數(shù)字信號(hào)部分2810。數(shù)字信號(hào)部分2810接著在累加器2550中與數(shù)字信號(hào)部分2806累加以產(chǎn)生圖28H所示的數(shù)字信號(hào)頻譜。
本發(fā)明很好地在進(jìn)行數(shù)字化和對(duì)要數(shù)字化的信號(hào)分割段進(jìn)行數(shù)字濾波之前融入了模擬濾波。數(shù)字濾波提供了允許數(shù)字化信號(hào)部分在頻譜上定位很接近從而減小采樣頻率和數(shù)據(jù)速率的優(yōu)點(diǎn)。
參照?qǐng)D26，圖中給出了基于本發(fā)明的一個(gè)寬帶頻率數(shù)字變換器2600的第三實(shí)施例。數(shù)字變換器2600包含兩個(gè)具有改進(jìn)ADC后的信號(hào)處理的信號(hào)路徑2620和2622，這兩個(gè)路徑通常等價(jià)于數(shù)字變換器2500的信號(hào)路徑。信號(hào)在天線(xiàn)2612上被接收并且經(jīng)過(guò)濾波器2614和放大器2616的處理。信號(hào)在分割器2618中被分割成分別被傳輸?shù)降谝缓偷诙盘?hào)路徑2620和2622的第一和第二段。第一段經(jīng)過(guò)濾波器2624的濾波并在混頻器2626中與一個(gè)本地振蕩器2628信號(hào)混合。被混合的第一段信號(hào)接著經(jīng)過(guò)濾波器2630的濾波并且在ADC2632中以第一采樣速率fs被加以數(shù)字化。數(shù)字化的第一段接著經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器2634的濾波，在插入器2636中被插入3，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器2638的低通濾波并在抽取器2640中被抽取到1.5 fs，接著被傳輸?shù)嚼奂悠?650。
沿著信號(hào)路徑2622傳輸?shù)男盘?hào)的第二段經(jīng)過(guò)濾波器2642的濾波并在混頻器2644中與一個(gè)本地振蕩器2646信號(hào)混合。信號(hào)接著又經(jīng)過(guò)濾波器2648的濾波并且在ADC 2652中以采樣速率fs/2被加以數(shù)字化。所得到的數(shù)字信號(hào)接著經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器2654的低通濾波，在插入器2656中被插入到1.5fs上并且在濾波器2660中被高通濾波。所得到的信號(hào)接著被傳輸?shù)嚼奂悠?650，在該累加器中把信號(hào)與產(chǎn)生在1.5fs上的整個(gè)數(shù)字化信號(hào)的數(shù)字化信號(hào)第一段累加。
在較小的第二頻段大于轉(zhuǎn)換區(qū)域但小于第一段的一半帶寬的情況下，數(shù)字變換器2600是最優(yōu)的。在較小的第二頻段大于第一頻段的一半的情況下，對(duì)數(shù)字變換器2600進(jìn)行了微小的改進(jìn)。以采樣頻率fs對(duì)第二信號(hào)加以數(shù)字化。正如進(jìn)一步會(huì)理解的，不需要插入器2636，2656和抽取器2640。
根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則對(duì)第二段加以數(shù)字化會(huì)建議使用一個(gè)接近第二段的帶寬的2-2.5倍的采樣速率。但是，在本發(fā)明中，最好是把采樣速率選成能夠容易地從*37-08產(chǎn)生并且不會(huì)在頻帶中引入諧波的fs/2。即使是在fs或fs/2高于用于第二段的奈奎斯特準(zhǔn)則所需的速率的情況下也要選擇這種采樣速率。本地振蕩器頻率的選擇是垂直向前的，而頻率則被選成使得頻帶在不象圖4A-4B和5A-5H中所示的那樣重疊的情況下應(yīng)當(dāng)在頻譜上定位盡量接近。提供數(shù)字濾波簡(jiǎn)化了頻段隔離并且允許分段被定位得非常接近。
本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例是針對(duì)數(shù)字化一個(gè)具有兩個(gè)段的頻帶的情況而提出的。應(yīng)當(dāng)理解可以根據(jù)本發(fā)明對(duì)一個(gè)寬帶頻率加以數(shù)字化，其中寬帶頻率可以被分成許多段。例如，當(dāng)分段在一個(gè)單獨(dú)的奈奎斯特頻帶內(nèi)彼此混合得非常接近時(shí)可以使用數(shù)字變換器10。當(dāng)分段在一個(gè)單獨(dú)的奈奎斯特頻帶內(nèi)不能混合時(shí)，通過(guò)混合一些與要數(shù)字化的分段數(shù)相等的信號(hào)路徑則可以使用數(shù)字變換器2500或2600。
在本發(fā)明中用降低了的采樣頻率和硬件需求完成了對(duì)分割頻帶模擬信號(hào)的數(shù)字化。本發(fā)明為混合整個(gè)分割頻率帶寬提供了一個(gè)參考頻率，該頻率允許在降低了的采樣頻率上進(jìn)行數(shù)字化。參考頻率被選成使得分割頻率帶寬的分段占據(jù)相鄰的混疊頻帶。以降低了的采樣頻率進(jìn)行數(shù)字化產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)具有用采樣頻率的單獨(dú)奈奎斯特頻帶表示的整個(gè)分割頻帶信號(hào)。
參照?qǐng)D29，圖中給出了一個(gè)引入本發(fā)明的數(shù)字變換器的數(shù)字無(wú)線(xiàn)接收器2910。一個(gè)分割頻帶模擬信號(hào)在天線(xiàn)2912上被接收，并且被本領(lǐng)域所知的濾波器2914和放大器2914進(jìn)行下變混合和信號(hào)調(diào)整。接著分割頻帶模擬信號(hào)被傳輸?shù)交祛l器2918，在該混頻器中用一個(gè)來(lái)自本地振蕩器2920的信號(hào)對(duì)分割頻帶模擬信號(hào)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。
參照?qǐng)D30A-30C，圖中給出了一個(gè)分割頻帶模擬信號(hào)3000。信號(hào)3000是在蜂窩A-帶中常見(jiàn)的，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明可以被用來(lái)對(duì)任意類(lèi)型的分割頻帶模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。在混頻器2918中用參考頻率混合信號(hào)3000的結(jié)果是信號(hào)3000′，圖30B?？梢钥闯?，在進(jìn)行混合后，分割頻帶信號(hào)被轉(zhuǎn)換成使得信號(hào)3000′的分割段處于表示為fs/2的參考頻率附近?？梢岳斫?，根據(jù)分割頻帶信號(hào)可以為高邊帶或低邊帶注入選擇一個(gè)合適的本地振蕩器頻率以便轉(zhuǎn)換在參考信號(hào)附近的信號(hào)。
混合后的分割頻帶信號(hào)還被濾波器2922和放大器2924加以調(diào)整。轉(zhuǎn)換后的分割頻帶信號(hào)接著被傳輸?shù)侥?數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)2926。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器2926以眾所周知的方式在一個(gè)采樣頻率fs上對(duì)分割頻帶模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化以產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)2927。數(shù)字信號(hào)2927在圖30C中被表示成3000″。正如在圖30C中可以看到的，把信號(hào)3000′數(shù)字化導(dǎo)致信號(hào)3000′的分割頻段(以虛像(phantom)示出)的混疊，而混疊段被包含在采樣頻率fs的奈奎斯特頻帶內(nèi)。
在本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例中，選擇采樣頻率fs為接近分割頻帶頻率信號(hào)的較寬的段的帶寬的2.5倍。選擇參考頻率為接近采樣頻率的一半或倍數(shù)?？梢岳斫猓褂靡粋€(gè)小于如圖30A所示的分割頻帶信號(hào)總頻譜帶寬的兩倍的采樣頻率對(duì)整個(gè)分割頻帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。參照?qǐng)D30C，圖中為蜂窩A-帶給出了一個(gè)選擇采樣頻率的具體例子。根據(jù)所示的頻譜圖，可以發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)，首先X+1.5+2Y＝10 (a)其次Z+11+X+1.5+Y＝fs/2 (b)從中可以確定fs/2＝33.5+X+2Z (c)其中X，Y和Z如圖30C中所示，而11MHz和1.5MHz分別是被數(shù)字化的分段的帶寬。不管混疊頻帶怎樣，這種關(guān)系都是成立的。
從上述情況可以看出，與需要用來(lái)數(shù)字化蜂窩A-帶的56Ms/s相比f(wàn)s可以接近33.5Ms/s。在實(shí)際應(yīng)用中，fs依賴(lài)于濾波。也就是X段必須足夠?qū)捯员阍试S一個(gè)反混疊濾波器通過(guò)11MHz的頻帶但衰減1.5MHz的混疊。Z段必須足夠大以便在混合后可以過(guò)濾出通過(guò)采樣產(chǎn)生的映像。實(shí)際上，fs可以接近35Ms/s。
接著數(shù)字信號(hào)3000″被傳輸?shù)叫诺捞幚砥?928。信道處理器對(duì)信號(hào)3000″進(jìn)行操作以便恢復(fù)出整個(gè)分割頻帶信號(hào)的數(shù)字表示。在上述題為“多信道數(shù)字收發(fā)器和方法”的美國(guó)專(zhuān)利應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)有關(guān)這樣的信道處理器的討論。應(yīng)當(dāng)注意，由于混疊，信號(hào)的數(shù)字表示包含分割頻帶信號(hào)的交叉分段。但是應(yīng)當(dāng)在技術(shù)專(zhuān)家的知識(shí)范圍內(nèi)根據(jù)這些交叉分段合理地重構(gòu)分割頻帶信號(hào)。
參照?qǐng)D31，圖中給出了一個(gè)基于本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的對(duì)分割頻帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的方法3100-3108。一個(gè)分割頻帶信號(hào)被接收，3102，并且被混合3104以便被轉(zhuǎn)換的分割頻帶信號(hào)段處于參考頻率附近。接著對(duì)混合的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化3106，以產(chǎn)生一個(gè)包含分割頻帶信號(hào)的混疊的數(shù)字信號(hào)?；旌闲盘?hào)是以小于分割頻帶信號(hào)的總帶寬的兩倍的采樣速率被數(shù)字化的。接著在一個(gè)信道處理器卡中根據(jù)數(shù)字信號(hào)恢復(fù)出分割頻帶信號(hào)3108。
通過(guò)上述針對(duì)幾個(gè)最優(yōu)實(shí)施例的描述可以理解本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)和特性。應(yīng)當(dāng)理解許多其它的實(shí)施例，優(yōu)點(diǎn)和特性均落在通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)可以了解的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)數(shù)字接收器，其中包含多個(gè)接收射頻信號(hào)的天線(xiàn)；多個(gè)響應(yīng)于多個(gè)天線(xiàn)的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；一個(gè)響應(yīng)于多個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)(switched)數(shù)字下變頻器；一個(gè)響應(yīng)于開(kāi)關(guān)數(shù)字下變頻器的信道處理器。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字接收器，其中還包括一個(gè)所連接的用于接收模擬分割頻帶信號(hào)的第一混頻器，該分割頻帶信號(hào)有具有一個(gè)第一帶寬和個(gè)第一中心頻率的第一段，一個(gè)具有第二帶寬和第二中心頻率的第二段，和一個(gè)大于第一帶寬和第二帶寬總和的總帶寬，該混頻器把所接收的信號(hào)和一個(gè)參考頻率混合以產(chǎn)生一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換信號(hào)，參考頻率位于第一中心頻率和第二中心頻率之間；以及其中模-數(shù)轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于混頻器，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)一個(gè)低于分割頻帶信號(hào)總帶寬2倍的采樣速率采樣頻率轉(zhuǎn)換信號(hào)來(lái)數(shù)字化頻率轉(zhuǎn)換信號(hào)以產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)包括分割頻帶信號(hào)的第一段和第二段以及第一段和第二段的混迭。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字接收器，其中第一段和第二段以及第一段和第二段的混迭的頻譜都位于小于模擬分割頻帶信號(hào)的總帶寬的一個(gè)帶寬內(nèi)，其中參考頻率是奈奎斯特頻率的倍數(shù)。
4.一個(gè)數(shù)字發(fā)送器，包含一個(gè)信道處理器；多個(gè)響應(yīng)于信道處理器的上變頻器；多個(gè)響應(yīng)于多個(gè)上變頻器的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器；以及多個(gè)響應(yīng)于數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的天線(xiàn)。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字發(fā)送器，其中還包括響應(yīng)于多個(gè)上變頻器的多個(gè)數(shù)字加法器。
6.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字發(fā)送器，其中還包括一個(gè)響應(yīng)于多個(gè)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的模擬加法器。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字發(fā)送器，其中還包括一個(gè)響應(yīng)于模擬加法器的射頻上變頻器。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字發(fā)送器，其中還包括多個(gè)響應(yīng)于多個(gè)射頻上變頻器并且連接到多根天線(xiàn)中的至少一根天線(xiàn)上的功率放大器。
9.一個(gè)數(shù)字發(fā)送器，包含一個(gè)上變頻器/調(diào)制器，包含一個(gè)第一選擇器和一個(gè)第二選擇器；一個(gè)響應(yīng)于第一選擇器的第一內(nèi)插濾波器和一個(gè)響應(yīng)于第二選擇器的第二內(nèi)插濾波器；一個(gè)響應(yīng)于第一內(nèi)插濾波器的第一混頻器；一個(gè)響應(yīng)于第二內(nèi)插濾波器的第二混頻器；以及一個(gè)響應(yīng)于第一混頻器和第二混頻器的輸出相加器；以及一個(gè)響應(yīng)于上變頻器/調(diào)制器的數(shù)字開(kāi)關(guān)。
全文摘要
一個(gè)數(shù)字接收器(200)和一個(gè)發(fā)送器(300),其中數(shù)字接收器包括多個(gè)接收上行射頻信號(hào)的天線(xiàn)(202);多個(gè)把接收的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(210);一個(gè)把數(shù)字信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)下變頻成基帶IF信號(hào)的開(kāi)關(guān)數(shù)字下變頻器(214);和一個(gè)恢復(fù)在基帶IF信號(hào)中包含的多個(gè)通信信道中的一個(gè)的信道處理器(228)。
文檔編號(hào)H04L27/18GK1172566SQ95197167
公開(kāi)日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月29日
發(fā)明者丹尼爾·莫里斯·露里, 阿蘭·P·羅亭豪斯, 希拉·馬里·拉德, 余達(dá)·耶胡達(dá)·魯茲, 保羅·菲爾汀·史密斯, 約翰·M·史密斯, 丹尼·托馬斯·品克利, 卡文·米切爾·萊德, 托尼·卡布里那茲, 羅伯特·C·埃爾德, 多納爾德·E·白利 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司