CN100525479C - 多系统模式及多频带射频发射接收器及相关通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一多系统模式通信系统，包括有一第一通信模块、一传输模块、一开关和一第二通信模块。该第一通信模块有一频率调变器，用以调变一除数来控制一振荡信号。当该频率调变器操作在一调变模式下时，可根据一第一通信信号调变该除数，再根据该除数使该振荡信号改变频率；当该频率调变器操作在一固定频率模式下时，通过保持该除数于一定值，可使该振荡信号维持一固定频率。该调变器在调变模式下时，该开关送该振荡信号到一传输模块；该调变器在固定频率模式下时，送该振荡信号到一端点。
Description
本发明为于公元2003年12月04日申请的美国申请案号60/481,737的延续案，其内容可并入本案相互参考。
技术领域
本发明涉及一种射频发射接收器，尤其涉及一种适用多系统模式或多频带的射频发射接收器，如全球移动通信系统/增强数据传输率的全球移动通信系统(Global System for Mobile communications/Enhanced Data Rates forGlobal Evolution，以下简称GSM/EDGE)及宽频分码多任务多重存取(Wideband Code Division Multiple Access，以下简称WCDMA)双模式、多频带移动电话的射频发射接收器及相关的通信方法。
背景技术
过去数十年来，无线通信系统以极快的速度成长。许多不同的无线通信系统，如GSM、分码多任务多重存取(Code Division Multiple Access，以下简称CDMA)等技术，也已引进到移动电话市场。一个移动电话需包括有一个无线射频发射接收器，用以传/收无线信号。射频发射接收器的设计大致上都以一个锁相回路(phase-locked loop，PLL)当作频率合成器，用以产生一个本地振荡器(local oscillator，LO)的载波信号。
一般多频带或是多系统模式的射频发射接收器设计都需包括有一个以上的本地振荡器来提供发射到不同频带或不同系统模式所需的载波信号。因此发射接收器便需要使用多组锁相回路，如此一来不但增加了系统的复杂度，也会由于芯片面积的提高而增加了产品的成本。
如图1所示。图1显示一个现有技术的射频发射器10方块图。一个射频发射接收器需用一个发射器来发射无线信号。射频发射器的功用在于调变基频信息，如语音、视频、数据等到一个高频正弦载波，通过天线发射出去。以高频传送较以低频传送来的有效率，也更能有效的使用高频频带。射频发射器10包括有一第一本地振荡器(local oscillator，LO)12、一I/Q调变器(I/Qmodulator)14、一第一带通滤波器(bandpass filter，BPF)16、一第二本地振荡器18、一混波器(mixer)20、一第二带通滤波器22、一功率放大器(poweramplifier，PA)24及一天线26。第一本地振荡器12用以产生一第一局部信号。I/Q调变器14用以将一对I/Q基频信号调变成一中频(intermediatefrequency，IF)信号。中频信号的范围多在一千万赫兹(10MHz)到一亿赫兹(100MHz)。第一带通滤波器16仅保留要传送的频带所载的数据，滤除其它频带上的噪声。第二本地振荡器18产生一本地振荡信号。混波器20将第一带通滤波器16的输出升频到第一带通滤波器16的频率和第二本地振荡器18的频率之差及和的中频。第二带通滤波器22仅保留混波器输出中，第一带通滤波器16的频率及第二本地振荡器18的频率之和的信号，而滤掉第一带通滤波器16的频率和第二本地振荡器18的频率之差的信号。功率放大器24加强第二带通滤波器22输出信号的功率，最后由天线26将功率放大器24的输出转成电磁波发射到通道中。
第一本地振荡器12和第二本地振荡器18都由一个压控振荡器(voltagecontrol oscillator，VCO)组成的锁相回路。锁相回路的回馈控制电路使压控振荡器准确的追踪到一个稳定的、参考振荡器的相位。这种两阶段式的射频发射器10现已应用到WCDMA的通信系统上。这种两阶段式的射频发射器10不但可以减少本地振荡器信号牵引(pulling)的现象，也可降低本地振荡器的回授，以及减轻I/Q通道上的互相干扰(cross-talk)。
无线发射接收器的另一个角色是作为一个接收器。如图2所示。图2显示一个现有技术：超外差(superheterodyne)接收器30的方块图。超外差接收器30包括有一天线32、一第三带通滤波器34、一低噪声放大器(low noiseamplifier，LNA)36、一第三本地振荡器38、一第二混波器40、一第四带通滤波器42、一第四本地振荡器44及一解调器46。第三带通滤波器34对噪声作抑制后，低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)36则放大接收到的微弱信号。第三本地振荡器38产生一个局部的振荡信号。第二混波器40将低噪声放大器36的输出降频到一个中频的位置。第四带通滤波器42抑制信号频带外的干扰信号。最后第四本地振荡器44和解调器46送出一组基频信号，可送到解调器作解调。
由图1及图2可知，一个移动电话的无线发射接收器需要四个精心设计的本地振荡器。
由于移动电话的市场竞争，各家厂商无不致力于降低组件数量、面积、重量、制造无线发射器10和接收器30的成本。直接转换(direct conversion，orhomodyne)式的发射器可以省略掉无线发射器10中的第一本地振荡器12，第一带通滤波器16，第二带通滤波器22。直接转换发射器也因此受GSM通信系统设计者的青睐。
但是，假使让多频带或者多系统模式的射频发射接收器共享一个频率合成器(frequency synthesizer)，不但不会大幅影响发射、接收的质量，还可以降低系统复杂度和制造成本。如图3所示。图3为一个现有技术：直接转换发射器50的方块图。一组I/Q信号分别进入一第五带通滤波器52和一第六带通滤波器54，再分别与第五本地振荡器56(锁相回路)产生的信号、第五本地振荡器56产生的信号再转90度相混合。最后这两道信号一起进入一个功率放大器58，由天线60送入信道。
虽然直接转换发射器50的架构只需较少的元件，但却避不了本地振荡器的牵引。也因此直接转换发射器的设计仍需加上额外的电路来有效地隔离混波器和本地振荡器的信号。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在制程及电路设计上较容易达成的多系统模式及多频带的射频发射接收器及其控制方法。
本发明提出一多模式通信系统，包括有：一振荡器、一第一除频器及一频率调变器。该振荡器由一控制信号产生一相对应的振荡信号。该第一除频器直接接到该振荡器，由该振荡信号及一除数产生一个比较信号。该比较信号的频率等于该振荡信号除以该除数的商。该频率调变器直接接到该第一除频器，并调变该除数，该频率调变器可以操作在一调变模式抑或是一固定频率模式。当操作在调变模式时，该频率调变器可使该振荡信号随着一第一通信信号改变，而该第一通信信号可用以调变该除数。当操作在固定频率模式时，该频率调变器通过维持该除数在固定值使该振荡信号保持在固定频率。该多模式通信系统另外并包括有一频率相位检测器(frequency phase detector)、一传输模块、一开关及一第二传输模块。该频率相位检测器直接接到该第一除频器，根据该比较信号的频率调整该控制信号。该传输模块用来传输一些通信系统的输出。该开关可用以发射该振荡信号到该传输模块或是一接收器端。当该频率调变器操作在调变模式时，该开关可使该振荡信号送至该传输模块；当该频率调变器操作在固定频率模式下时，该开关将该振荡信号送至一接收器。该第二通信系统并包括有一第一混波器，直接接到该接收器，用以混合一第二通信信号及一接收器收到的信号。该混波器送出一第三通信信号，该第三通信信号上载有该接收器收到的信息。
本发明的优点在于提出一多模式系统，仅用最少元件即可适用于各种不同的通信标准。
为使本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为现有技术中无线发射器的方块图；
图2为现有技术中超外差(super heterodyne)接收器的方块图；
图3为现有技术中直接转换发射器50的方块图；
图4为本发明中射频发射器的第一实施例的方块图；
图5为本发明中射频发射接收器的第二实施例的方块图；
图6为本发明中射频发射器的第三实施例的方块图；
图7为本发明中射频发射器的第四实施例的方块图。
具体实施方式
图4是本发明的一实施例，为多系统模式及多频带射频发射器70的方块图。射频发射器70可以应用到GSM、EDGE、CDMA、WCDMA、CDMA2000等通信标准中。射频发射器70包括有一频率合成器(frequency synthesizer)72、一第一开关74；频率合成器72的输出接到第一开关74的输入，而第一开关74有三个端点，分别是第一端点78、第二端点80、第三端点82。此三个端点分别连结到GSM-900传输模块84、GSM-1800传输模块86及WCDMA传输模块88。当第一开关74接到第一端点78、第二端点80或第三端点82时，即表示射频发射器70分别操作在GSM-900通信模块84、GSM-1800通信模块86或WCDMA通信模块88下。
频率合成器72包括有一压控振荡器92、第一分数N除频器94、频率相位检测器96和差异积分调变器(delta-sigma modulator)90。该压控振荡器92可用于根据一控制信号来产生一振荡信号。该分数N除频器94直接接到压控振荡器92，由该振荡信号及一除数产生一个比较信号。该比较信号的频率等于该振荡信号除以该除数之商。频率相位检测器96接在分数N除频器94和压控振荡器92之间，可根据该比较信号的频率及一参考频率来调整该控制信号。差异积分调变器90用来当作频率调变器，连接到分数N除频器94，用第二基频信号Tx2来调变该除数。频率合成器72在第一模式下，选择性的产生一载波(在此处为一局部振荡波)，该载波有一固定的频率fvco，用来将一组第一基频信号Tx1升频；在第二模式下，则根据第二基频信号Tx2产生一射频信号。更详细的说，是用第二基频信号Tx2送入一差异积分调变器90，根据第二基频信号Tx2调变出来的结果送至分数N频率合成器94，该分数N除频器94的输出值将影响到分数N频率合成器72所输出的射频信号。
该分数N除频器94可由一个加/累加器(add/accumulator)以及一除法器组成。该除法器可以根据加/累加器输出的溢位来决定将输入信号除以N或N+1。分数N除频器的技术已是现有技术，在此不费篇幅多述。
该GSM-900传输模块84包括有一GSM-900天线、一低通滤波器、一功率放大器及一功率放大器驱动器。该GSM-1800传输模块86的架构大致与GSM-900传输模块84相同。
在图4中，该WCDMA传输模块88采用一个外差式(heterodyne)的架构，包括有：一第二除频器98，用以将第三端点82传来的信号除频；一I/Q调变器100用以调变Tx1信号(WCDMA/EDGE)；一第一混波器102将自I/Q调变器100调变过的信号与第三端点82相混合；以及一天线104将混合过的信号发射。
当射频发射器70操作在GSM模式下，频率合成器72会根据该第二基频信号Tx2数据送入一差异积分调变器90，进而产生一射频信号。根据第二基频信号Tx2调变出来的结果送至分数N除频器94，该分数N除频器94的输出值将影响到分数N频率合成器72所输出的射频信号。且该第一开关74接到该第一端点78或是该第二端点80。最后自GSM-900传输模块84或是GSM-1800传输模块86送出射频信号。
另外，当射频发射器70操作在WCDMA模式下，该频率合成器72用以产生一固定频率波(continuous-wave，以下简称CW)，该固定频率波有一第一频率fvco。这是因为分数N除频器94维持固定的除数，故频率合成器72得以输出一固定频率波。当第一开关接到该第三端点82时，WCDMA传输模块88的第二除频器98将该固定频率波除频，输出一频率为的波。I/Q调变器100将一组第一基频信号Tx1以上述频率为的波调变，输出一个中频信号。第一混波器102将该中频信号与该固定频率波混合以后，产生一组频率为
的射频信号。最后，天线104送出这组射频信号中其中一个到通道中。
本发明提出的通信方法包括有：a)在GSM模式下，由频率合成器72产生一射频信号，以及发射该射频信号，该射频信号是由一第二基频信号Tx2控制频率合成器72内部的除频器产生；b)在WCDMA模式下，将频率合成器72的除频器固定在一除数，进而使频率合成器72产生一固定频率波；c)将由第二除频器98除频过的信号与根据第一基频信号Tx1而调变的信号相混合，即，将第一基频信号Tx1升频成混合信号，该混合信号的频率为
d)将该混合信号其中之由天线104发射出去。
一个发射接收器除了有发射器外，还包括接收器。如图5所示。图5显示本发明射频发射接收器400的实施例之一。该射频发射接收器400可操作在GSM模式下异步地发射/接收信号，也可以在WCDMA模式下异步地发射/接收信号。
除了频率合成器72和WCDMA传输模块89以外，发射接收器400还包括有一射频接收模块402。当该发射接收器400操作在WCDMA模式下，一第二开关404将频率合成器72同时连结WCDMA传输模块89和射频接收模块402。频率合成器72输出一CW波有一第一频率fvco可以输入到射频接收模块402或WCDMA传输模块88内。请注意在此例中射频发射接收器400仅用了一个局部振荡器92。
该射频接收模块402包括有一第三除频器406将一CW除频；一混波器408将CW以及除频过后的CW混合起来；一第三混波器410将天线104收到的无线信号降频；及一解调器412，将降频后的信号解调成一组I/Q信号。
该射频接收器402也可以当作一GSM接收器。在GSM模式下，该第二开关404将频率合成器72和射频接收模块402连接起来。由于除数维持固定，频率合成器72可提供一本地振荡波。该射频接收模块402因此可以将收到的信号降频。
第二除频器98也可直接接到频率合成器72，如图6所示。图6显示本发明射频发射器120的实施例。在图4中，第二除频器98由第一开关74接上第三端点82。图6中，射频发射器120的结构与图4中的射频发射器70结构相似，不过在图6中，第二除频器98直接与频率合成器72相接，而非图4中的由第一开关74接上第三端点82的方式。
如图7所示。图7为本发明射频发射器140的实施例。在图7中的射频发射器140为零差(homodyne)的架构。射频发射器140的架构与射频发射器70的架构大致相同，不过在射频发射器140中的WCDMA模块142包括有一混波器将该频率合成器72送出的CW与另一CW相混。混合后的信号可供I/Q调变器100使用。
本发明不同于现有技术的地方在于，本发明提出一可适用于多系统模式及多频带的射频发射接收器，以及一有关于无线通信的方法。该方法可适用于各式不同的通信系统，如GSM/EDGE、WCDMA、WLNA 802.11b、802.11g等等，也适用于多频带的应用，如GSM 900，GSM 1800等。在仅用到一个分数N频率合成器，即，一个本地振荡器的情况下，本发明大大的降低了系统复杂度及生产射频发射接收电路的成本。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。
Claims (13)
1、一多系统模式通信方法，其特征在于，包括有：
根据决定一控制信号以产生一振荡信号；
该振荡信号具有一对应该控制信号的一频率；
根据该振荡信号及一除数，产生一比较信号，该比较信号具有一频率等于该振荡信号的频率与该除数的商；
调变该除数，当在一调变模式下时，根据一第一通信信号调变该除数，使该振荡信号的频率也跟着该除数改变；当在一固定频率模式下时，固定该除数为一定值，使该振荡信号的频率维持不变；
根据该比较信号，调整该控制信号；
当操作在该调变模式下时，将该振荡信号送到一传输模块，当操作在该固定频率模式下时，将该振荡信号送到一接收端点；及
将该接收端点收到的一接收信号与一第二通信信号相混，以得到一第三通信信号。
2、根据权利要求1所述的多系统模式通信方法，其特征在于，另包括有：将该接收端点收到的该振荡信号除频。
3、根据权利要求1所述的多系统模式通信方法，其特征在于，另包括有：
产生该第二通信信号，该第二通信信号具有一固定频率；及
将该第三通信信号与一第四通信信号相混合，以产生一第五通信信号，其中该第五通信信号含有由该第三通信信号调变而来的该第四通信信号。
4、根据权利要求3所述的多系统模式通信方法，其特征在于，另包括：接收一信道上传来的数个通信信号，其中该第四通信信号为该信道上传来的数个通信信号之一。
5、根据权利要求1所述的多系统模式通信方法，其特征在于，另包括：接收一一信道上传来的数个通信信号，其中该第二通信信号为该信道上传来的数个通信信号之一。
6、根据权利要求5所述的多系统模式通信方法，其特征在于，更包括：
产生具有一固定频率，其中该固定频率信号的频率为一固定值；及
将该信道上传来的数个通信信号中的一通信信号与该固定频率信号混频。
7、一多模式通信系统，包括：
一第一通信模块包括：
一振荡器，该振荡器由一控制信号产生一相对应的振荡信号；
一第一除频器，该第一除频器直接连接该振荡器，由该振荡信号及一除数产生一个比较信号，该比较信号的频率等于该振荡信号除以该除数的商；
一频率调变器，该频率调变器直接连接该第一除频器；当该频率调变器操作在一调变模式时，该频率调变器可使该振荡信号随着一第一通信信号改变；当操作在固定频率模式时，该频率调变器通过维持该除数在固定值使该振荡信号保持在固定频率；及
一频率相位检测器，该频率相位检测器直接连接该第一除频器，根据该比较信号的频率调整该控制信号；
一传输模块，用以发射该通信系统已处理过的通信信号；
一开关，该开关可输入该振荡信号到该传输模块或是到一端点；及
一第二通信模块，包括有：
一第一混波器，该第一混波器直接连接该端点，用以混合一第二通信信号及该端点的信号，送出一第三通信信号。
8、根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，其中该第二通信模块更包括一第二除频器，该第二除频器连接该端点之后，用以将该端点的输出的信号除频。
9、根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，该振荡器为一第一振荡器，该第二通信模块另包括：
一第二振荡器，用以产生该第二通信信号，该第二通信信号有一固定频率；及
一第二混波器，用以将该第三通信信号与一该第四通信信号混频，产生一第五通信信号。
10、根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，该传输模块可在该频率调变器操作在该固定频率模式下时，发射该第五通信信号。
11、根据权利要求9所述的通信系统，其特征在于，另包括：一接收模块，用以接收一信道上传来的数个通信信号，其中该第四通信信号为该信道上传来的数个通信信号之一。
12、根据权利要求7所述的通信系统，其特征在于，另包括：一接收模块，用以接收一信道上传来的数个通信信号，其中该第二通信信号为该信道上传来的数个通信信号之一。
13、根据权利要求12所述的通信系统，其特征在于，更包括一第三通信模块；
该第三通信模块包括：
一本地振荡器，用以产生具有一固定频率的一固定频率信号；及
一第三混波器，用以将该信道上传来的数个通信信号之一与该固定频率信号混频。
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