CN100559725C - 涉及多相接收机的改进方案 - Google Patents

Abstract

一种多相接收机，包括以下装置：一个RF前端(10到28)，用来接收在载波信号上调制的有用数据信号，并产生正交相关低IF信号；一个由多相滤波器(30)构成的图像载波抑制滤波器，用来过滤正交相关低IF信号；一个软限幅装置(36、38)，用来压缩已过滤的正交相关低IF信号的动态范围，以及一个用来恢复数据信号的信号解调器(41)。软限幅装置(36、38)有一种特性，它在信号电平低于预定的最小有用信号电平10dB时，基本上是线性的，信号电平更高时变为压缩形式，在输入信号大于所需接收机灵敏度约10dB时变为硬限幅，这样可以避免接收机灵敏度的降低。

Description

多相接收机及由其构成的集成化接收机和收发两用机

技术领域

本发明涉及一种多相接收机，并且涉及一种用多相接收机作为其接收部件的无线电收发两用机。本发明对像蜂窝和无绳电话这样一些便携式远程通信装置中使用的集成化接收机/收发两用机具有特殊(但不是唯一)的用途。

为便于参考，在本说明书和权利要求书中，“接收机”这个词可以理解为包括收发两用机的接收部分在内。

背景技术

传统的无线电接收机几乎总是无一例外地使用一种超外差式结构。在这种结构中，已在发射机上调制为射频(RF)载波的有用信号与本机振荡器(LO)信号相混合，从而转换为固定的中频(IF)，其中无用干扰信号可通过使用高度选择的滤波器来消除。

限幅器可广泛用于接收调频(FM)发射信号的超外差式接收机。限幅器可以缓和对自动增益控制(AGC)的需要，并能增强接收机对调幅(AM)干扰的抗扰性。一般来说，它们作用于接收机某一点，其中IF与基带调制相比，是非常高的。

为了制造集成化接收机，零IF结构是迄今为止所采用的最成功的方法之一，但它在已调制信号的恢复方面也不是没有问题，这些信号在载频或靠近载频的地方含有可用信息，它们可转换成DC和低频率。

“多相”或低IF接收机结构正越来越广泛地应用于在数字通信系统中使用的接收机。这些系统使用的IF，大约为比特速率的一半，使得在比特周期期间，正交相关I和Q IF信号中只有一个零交叉。在这些情况下，人们已经发现使用硬限幅器会严重削弱接收机的灵敏度。来自接收机前端的噪声会在零交叉定时的时候产生误差。使用硬限幅器时，这些定时误差转换为大相位误差，这一误差又依次转变成比特差错。

发明内容

本发明的目的是避免在多相接收机中出现大的零交叉定时误差。

本发明还提供了一种多相接收机，包括以下装置：用来接收在载波信号上调制的有用数据信号并产生正交相关低IF信号的装置；用来压缩正交相关低IF信号动态范围的软限幅装置，以及用来恢复数据信号的信号解调装置。

在本发明的一个实施例中，该多相接收机还包括以下装置：用来在压缩之前对正交相关低IF信号进行过滤的图像载波抑制滤波装置。

与采用硬限幅器相比，软限幅装置的优点是，正交相关低IF信号I和Q分量中的任何噪声都不会产生这种大相位误差/比特差错。因此，含有软限幅器的低IF接收机与超外差式接收机具有同样的灵敏度。此外，它还有一个优点，就是接收机的大部分部件都可以实现集成化。

在本发明的一个实施例中，软限幅器装置有一种特性，它对与前端噪声具有相同序列的信号电平呈线性状态，并在接收机某一特定灵敏度电平上对信号有几个dB的压缩。当输入信号大于接收机灵敏度10dB时，可使用硬限幅装置。

附图说明

现在，我们参照附图，用实例来对本发明进行描述。其中：

图1是多相接收机实施例的简略方框图；

图2A和2B分别给出以下情况的输出向量，在这种情况中，当不使用限幅时，相位误差在I分量以及I和Q分量的零交叉附近出现；

图3A和3B分别给出以下情况的输出向量，在这种情况中，当使用软限幅时，相位误差在I分量以及I和Q分量的零交叉附近出现；

图4A和4B分别给出以下情况的输出向量，在这种情况中，当使用硬限幅时，相位误差在I分量以及I和Q分量的零交叉附近出现；

图5举例说明软限幅器的压缩特性；和

图6示出含有软限幅器的DECT接收机的误码率(BER)仿真。

在这些附图中，同一标号用来表示相同的特性。

具体实施方式

图1所示的多相接收机包括一个天线10，它通过一个频带定义带通滤波器12耦联到一个低噪声RF放大器14。放大器14的输出耦联到信号分路器16，来自该分路器的信号应用到正交相关混频器18、20的信号输入端18a、20a。实现为频率合成器的本机振荡器22，其输出频率为f_LO，它应用于移相器24。该移相器为混频器18的本机振荡器输入18b提供一个0°相位信号，并为混频器20的本机振荡器输入20b提供一个90°的相位信号。用本机振荡器频率f_LO来提供低IF信号，其频率大约为比特速率的一半。正交相关低IF I和Q信号在相应IF放大器26、28中放大，其输出应用于由多相IF滤波器30组成的图像载波抑制滤波器。DC断路电容器32、34示出连接到多相IF滤波器的相应输出，但实际上这是图示的，因为DC断路是在IF信号的整个信号通路上进行分配的。软限幅放大器36、38从多相IF滤波器30耦联到I和Q信号通路。

来自软限幅IF放大器36、38的软限幅输出信号应用于多相谐波滤波器40，它消除在软限幅放大器36、38中产生的有用信号的谐波。由于这些谐波在零频率周围非对称地移动，因此最好使用多相滤波器。

多相鉴频器41耦联到谐波滤波器40的输出，以便对IF信号进行解调。鉴频器41包括一个带通滤波器42，它的I和Q输入42a、42b耦联到谐波滤波器40相应的输出。滤波器22的相应输出42c、42d耦联到倍增器44、46的第一个输入48、50。

倍增器的第二个输入52、54分别交叉耦联到滤波器42的输入42a、42b信号通路上的结点55、53。减法级56的输入分别耦联到倍增器44、46的输出，其输出耦联到基带滤波和位限幅器级57。限幅级57包括一个数据滤波器58，它消除由鉴频器41产生的高频噪声。数据滤波器58是一个低通滤波器，它的截止频率在半个比特速率范围内，以便使期望的最高基频通路出现在包括逻辑1和逻辑0这样一种交替序列的数据流中。数据滤波器58耦联到位限幅电路60的一个输入。该限幅电路还有另外一个输入，它用于信号源62提供的门限电压。位限幅电路60将数据比特提供给解码器64。

任选地，RSSI输出66可从软限幅放大器36、38中得到。

为了便于描述，如图1所示的接收机的操作将按照DECT(数字增强型无绳远程通信)标准来进行描述。

操作时，在天线10接收到的RF信号用于频带定义滤波器12，此后，这些信号在低噪声放大器14中放大。本机振荡频率f_LO在有用信道的较低端处设定。因此，宽度为1728kHz的有用信道变换为864kHz的低IF。同时，DECT频带中所有其它可能的现用信道都在有用信道任意一边混合为频率。实滤波通常可用来排除上述大多数干扰信号，但位于有用信号较低边缘的相邻信道需要采用特殊方法来对待。由于相邻信道是以-864kHz的IF为中心的，因此它所处的频率与有用信道图像所处的频率完全相同。为了在这两种信号之间进行鉴别，我们用多相滤波器30把来自混合器18、20的I和Q信号处理为复数偶。使用多相滤波器30可以使所需的抑制应用于相邻信道。使用放大器26、28可使I和Q信号处于适当的动态范围，以便进入多相滤波器。必须用足够的增益来确保当再次访问接收机前端时，由多相滤波器30产生的噪声是不显著的。

用电容器32、34表示的分布式DC断路在IF信号频谱中产生一个切口(DC情况下)，其宽度足以使接收机拥有足够的恢复时间，但却不足以使调制失真。在DECT情况下，人们发现50kHz是最佳截止频率。

软限幅放大器36、38压缩I和Q信号的动态范围，这些信号是从为后续解调做准备的多相IF滤波器30中得到的。在DECT接收机情况下，放大器36、38压缩特性的形式如图5所示。在信号电平低于最小有用信号电平10dB时，这种特性实际上是呈线性状态的。在-107.6dBm前端噪声的相同临近区域，随着信号电平的上升，这一特性逐渐转变为压缩形式，在灵敏度电平为-96dBm时，限幅器的电压摆动将达到整个刻度的95％。硬限幅只在信号电平高于所需接收机灵敏度大约10dB的情况下才出现。因此，限幅放大器36、38不再降低接收机的灵敏度。

限幅放大器36、38中的非线性性产生有用信号的谐波，这些谐波可通过过滤来消除。由于这些谐波是在零频率周围对称消除的，因此，如果决定通过过滤来消除它们，那么最好是继续对复合信号进行处理，并用多相设备作为谐波滤波器40。

多相鉴频器41包括一个以864kHz的IF为中心的多相滤波器42。

已解调信号的信号带宽在滤波器58中过滤，以消除由鉴频器41产生的任何高频噪声。如上所述，滤波器58的截止频率在期望出现在数据流的最高基频范围内设定，在这一实例中，它是576kHz。

如果图1所示的接收机包括收发两用机的接收部分，那么也要提供发射机部分68，并将它连接到天线10。只要有可能，发射部分就利用接收部分提供的本机振荡器22这样一些元件。

参看图2A、2B，图3A、3B和图4A、4B。这些图分别说明：a).根本不使用限幅器的接收机(图2A、2B)；b).使用软限幅器的接收机(图3A、3B)；以及c).使用硬限幅器的接收机(图4A、4B)。

在不使用限幅器情况下(图2A、2B)，信号只在线性放大器中放大，输入时，小于有用信号约10dB的噪声将在I或Q分量的零交叉处产生偶然的定时误差。在如图2A所示的I分量情况下，时间t₁时的早期零交叉在复合信号向量中产生较小相位误差θ_e。类似这样的小误差不大可能在解调之后引起比特差错，因为这需要接近90°的相位误差。在软限幅器情况下(图3A、3B)，输入时的相同噪声也会在时间t₁产生错误的零交叉，但由于增加的增益，相应的相位误差θ_e增加了(如图3A所示)。误差究竟有多大，这取决于限幅器的动态特性。实际上，我们的目的是尽可能减小误差，以确保比特差错对输入信号的给定电平来说，仍然是不大可能的。在硬限幅器情况下图4A、4B，零交叉附近的增益非常大。输入噪声将在I和Q信号分量的极性方面产生满刻度跃迁。因此，如果跃迁恰好在错误的瞬间发生，那么产生的相位误差θ_e将是满90°的。在一个低IF接收机中，其中IF大约为一半符号率(DECT为1152kHz)，每个符号在每一I和Q信号分量中只有1的零交叉，这意味着90°相位误差很有可能会产生一个比特差错。只有当信号电平上升到输入噪声变得无关紧要这样一个程度，上述情况才会改变。因此，硬限幅器降低了接收机的灵敏度。

图6举例说明了DECT接收机的BER仿真。该接收机的软限幅放大器具有如图5所示的压缩特性。BER实际上下降-92dBm，并获得所需的灵敏度数字10^-3，我们用水平虚线来表示。在输入功率为-96.6dBm时，目标输入功率为-96.0dBm，我们用垂直emboldened线来表示。考虑到3dB的天线损耗，接收机的灵敏度通过DECT的技术要求，实际边缘为10dB。

在本说明书和权利要求书中，部件之前用“一个”并不排除有多个这种部件。此外，“包括”这个词也不排除除了列出的部件或步骤之外可能出现的其它部件或步骤。

在阅读本发明披露的技术之后，本领域技术人员对其它一些修改便是显而易见的。这修改可以包括其他特性，这些特性在设计、生产、以及多相接收机及其零部件的应用方面也许早已为人们所熟知。这些特性也可以用来代替或者增加到本发明所描述的特性中。

工业适用性

集成化多相收发两用机和接收机适用于便携式远程通信设备，例如蜂窝和无绳电话。

Claims (7)

1.一种多相接收机，包括以下装置：用来接收在载波信号上调制的有用数据信号并产生正交相关低IF信号的装置；用来在正交相关低IF信号的解调之前压缩正交相关低IF信号动态范围的软限幅放大装置；以及用来恢复所述有用数据信号的信号解调装置；

其中，软限幅放大装置与多相谐波滤波装置的输入端耦联，来在正交相关低IF信号的解调之前压缩正交相关低IF信号的动态范围，以输入多相谐波滤波装置，

软限幅放大装置具有如下特性：在信号电平比预先设定的最小有用信号电平低10dB时，基本上呈线性状态，在信号电平更高时，转变为压缩，并在信号电平比所需接收机灵敏度高10dB时，转变为硬限幅。

2.如权利要求1所述的多相接收机，还包括：用来在压缩之前过滤正交相关低IF信号的图像载波抑制滤波装置。

3.如权利要求2所述的多相接收机，其特征在于，图像载波抑制滤波装置包括多相滤波装置。

4.如权利要求1到3任一权利要求所述的多相接收机，其特征在于，一放大装置耦联到图像载波抑制滤波装置的输入端，以调整正交相关低IF信号的动态范围，然后进入图像载波抑制滤波装置。

5.如权利要求1到3任一权利要求所述的多相接收机，其特征在于，信号解调装置包括一个多相鉴频器和一个数据滤波器。

6.一种集成化接收机，包括如权利要求1到5任一权利要求所述的多相接收机的各个部分，它们都是可集成的。

7.一种集成化收发两用机，包括如权利要求1到5任一权利要求所述的多相接收机和一个发射机。

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