CN101114840A - 一种提高移动终端收发隔离度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高移动终端收发隔离度的装置，位于双工器与信号接收端之间，该装置包括：第一耦合器，连接双工器与接收端，并连接调整电路，用于将经双工器传来的泄漏信号与调整电路传来的调整信号耦合，并将耦合后信号传送到接收端；调整电路，用于调整部分发射信号，并将调整后的信号传送到第一耦合器；第二耦合器，连接双工器与发射端，并连接调整电路，用于耦合部分发射信号，并输出到调整电路。本发明还公开了相应方法，根据泄漏信号，确定调整电路结构以及对部分发射信号的振幅、时延和相位的调整值；调整信号与泄漏信号耦合，耦合后的信号输入接收端。本发明能提高接收信号的质量；降低双工器等对隔离度的要求，增加待机时间。

Description

一种提高移动终端收发隔离度的方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信终端的信号收发隔离技术，尤其涉及一种提高移动终端收发隔离度的方法及装置。

背景技术

对于接收、发射链路同时工作的移动终端，收发隔离度是一个很重要的性能指标，其对移动终端的性能有较大的影响。所谓收发隔离度是指发射信号进入接收端时的信号强度的衰减量。移动终端接收、发射链路同时工作时，如果收、发链路之间的隔离度较低，就会使部分能量的发射信号泄露进入接收链路的低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)的输入端，泄露的发射信号与接收频段内的干扰信号产生互调失真，部分互调失真信号落入接收信道内，从而影响移动终端的接收性能。移动终端一般会对存在带内干扰信号情况下的性能有所要求，如对于蜂窝(Cellular)频段的码分多址(CDMA，Code DivisionMultiple Access)移动终端，标准中规定其最小性能为：在存在偏移接收信道中心频率900KHz、幅度为-30dBm阻塞信号的情况下，接收灵敏度不能低于-101dBm/1.23MHz。

下面以CDMA移动终端为例，对收发隔离度对移动终端性能指标的影响原理进行简单的分析。

图1是传统CDMA移动终端原理框图，发射端发出射频信号，经过耦合器、双工器，通过天线发射出去；接收信号从天线经过双工器，到达接收端。但是，实际应用中，发射信号由于双工器的非理想性，会有部分发射信号泄漏而进入接收端，从而影响接收端的信号质量。具体来说：

接收端的LNA三阶非线性表达式可表示为：

y(t)＝a₁x(t)+a₃x³(t)

其中，y(t)为LNA输出信号；x(t)为LNA输入信号；a₁为线性系数，其决定于LNA的放大增益等；a₃为互调失真系数，其决定于LNA的线性度。对其他信号定义如下：

阻塞信号：S_J(t)＝A_Jcos(ω_Jt)，其中，A_J为阻塞信号幅度，ω_J为阻塞信号频率；

泄漏信号：S_T(t)＝r(t)cos(ω_Tt+θ(t))，其中，r(t)为泄露至LNA输入端的发射频率信号幅度，ω_T为信号频率，θ(t)信号相位。

这样，LNA输入信号可表示为x(t)＝A_Jcos(ω_Jt)+r(t)cos(ω_Tt+θ(t))。

经过LNA进行放大后，其输出信号y(t)可表示为：

y(t)＝y₁(t)+y₂(t)+y₃(t)+y₄(t)+y₅(t)+y₆(t)+y₇(t)+y₈(t)+y₉(t)+y₁₀(t)

其中：

$y_1\left(t\right)=\frac{a_3{r}^3\left(t\right)}{4}\cos ({\mathrm{\ω}}_{T}t+\mathrm{\θ}\left(t\right)),$ $y_2\left(t\right)=\frac{{2a}_1+{3a}_3{A}_J^2}{2}r\left(t\right)\cos ({\mathrm{\ω}}_{T}t+\mathrm{\θ}\left(t\right))$

$y_3\left(t\right)=\frac{{4a}_1{A}_J+a_3{A}_J^3}{4}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{J}t\right),$ $y_4\left(t\right)=\frac{{3a}_3{A}_J{r}^2\left(t\right)}{2}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{J}t\right)$

$y_5\left(t\right)=\frac{3}{4}{a}_3{A}_J^{2}r\left(t\right)\cos (2{\mathrm{\ω}}_{J}t-{\mathrm{\ω}}_{T}t-\mathrm{\θ}\left(t\right)),$

$y_6\left(t\right)=\frac{3}{4}{a}_3{A}_J{r}^2\left(t\right)\cos ({\mathrm{\ω}}_{J}t-{2\mathrm{\ω}}_{T}t-2\mathrm{\θ}\left(t\right)),$

$y_7\left(t\right)=\frac{a_3{r}^3\left(t\right)}{4}\cos ({3\mathrm{\ω}}_{T}t+3\mathrm{\θ}\left(t\right)),$ $y_8\left(t\right)=\frac{3}{4}{a}_3{A}_J{r}^2\left(t\right)\cos ({\mathrm{\ω}}_{J}t+2{\mathrm{\ω}}_{T}t+2\mathrm{\θ}\left(t\right))$

$y_9\left(t\right)=\frac{3}{4}{a}_3{A}_J^{2}r\left(t\right)\cos (2{\mathrm{\ω}}_{J}t+{\mathrm{\ω}}_{T}t+\mathrm{\θ}\left(t\right)),$ $y_{10}\left(t\right)=\frac{a_3{A}_J^3}{4}\cos \left({3\mathrm{\ω}}_{J}t\right)$

为了方便观看和分析，将各部分LNA的输出产物在图2中标示，图2中，虚线之间为接收频段，图y₁(t)、y₂(t)、y₆(t)、y₇(t)、y₈(t)、y₉(t)、y₁₀(t)处于接收频段的带外，容易被紧跟于LNA后的接收滤波器滤除；对于y₅(t)，假设收发信号之间间隔为f_Space，接收信号和阻塞信号之间偏移为f_Offset，对于蜂窝(Cellular)频段，f_Space＝45MHz，f_Offset＝0.9MHz，对于个人通信服务(PCS，Personal Communications Service)频段，f_Space＝80MHz，f_Offset＝1.25MHz，故Cellular频段而言，其失真产物y₅(t)的频率为：2f_J-f_T＝f_T+90MHz±1.8MHz，而对于PCS频段，其失真产物y₅(t)的频率为：2f_J-f_T＝f_T+160MHz±2.5MHz，故y₅(t)都将处于接收频段的带外，可以被紧跟于LNA后的接收滤波器滤除；y₃(t)和y₄(t)由于ω_J靠近接收信号中心频率，其将落入接收频段内，y₃(t)为单音信号，ω_J偏离接收信道，故不会落入接收信道内；而对于y₄(t)，由于r(t)为宽带调制信号，如CDMA信号，其带宽为1.25MHz，这样对于f_Offset＝0.9MHz的Cell频段CDMA信号以及f_Offset＝1.25MHz的PCS频段CDMA信号，都将有部分信号交叠进入接收信号带宽内，影响接收信号的性能。

图2中仅表示了阻塞信号偏离接收信道中心频率900KHz的情况，对于阻塞信号偏离-900KHz的情况，其实现原理也类似，所以，这里影响移动终端接收性能的LNA输出产物为互调失真产物y₄(t)。

对于y₄(t)的功率幅度，这里直接引用估算公式：

PXmod＝2(PTX-IIP3)+PJam+k

这里，PXmod为该互调失真产物功率；PTX为接收机输入端的发射频率信号功率；IIP3为LNA的输入三阶交调截止点；PJam为阻塞信号功率；k为校准因子，其决定于发射信号的峰均比、阻塞信号的频率偏移以及信号带宽等因素。现有技术中，影响PXmod的几个因素：

1)对于阻塞信号PJam，由于靠近接收信道中心频率，如Cellular频段CDMA移动终端最小性能标准规定的900KHz，故阻塞信号PJam落入接收频段内，无法通过双工滤波器进行滤除；

2)K对CDMA移动终端而言基本为一固定值；

3)由于移送终端的最大发射功率为固定的，故PTX主要受收发隔离度的影响，对于传统移动终端，受双工器收发隔离度、单板器件的布局走线影响较大。

4)LNA的IIP3指标为放大器线性度指标的一个衡量，该指标一般都需和LNA噪声系数、LNA增益、工作电流等指标的进行折中，如可通过降低增益或提高工作电流等方法提高LNA的IIP3指标等，但这样往往会牺牲接收灵敏度和通话时间等指标。

从以上四个方面来看，通过提高收发隔离度、降低PTX，可降低接收机输入端的发射频率信号功率。但是，现有技术主要依赖传输线和双工器确定收发隔离度，效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种提高移动终端收发隔离度的装置，能够改进接收信号的质量。

本发明另一目的在于提供一种提高移动终端收发隔离度的方法，操作简便，对整机的影响较小。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种提高移动终端收发隔离度的装置，位于双工器与信号接收端之间，该装置包括第一耦合器、调整电路和第二耦合器，其中，

第一耦合器，连接双工器与接收端，并连接调整电路，用于将经双工器传来的泄漏信号与调整电路传来的调整信号耦合，并将耦合后信号传送到接收端；

调整电路，用于调整部分发射信号，并将调整后的信号传送到第一耦合器；

第二耦合器，连接双工器与发射端，并连接调整电路，用于耦合部分发射信号，并输出到调整电路。

所述调整电路为传输线、可调移相器、可调时延器、可调衰减器、T型电阻网络、PI型电阻网络中的一种或几种。

所述调整为调整部分发射信号的振幅、时延、相位。

所述泄漏信号为发射信号经过双工器泄漏进入接收端的信号。

一种提高移动终端收发隔离度的方法，该方法包括：

A、根据双工器泄漏入接收端的泄漏信号，确定调整电路结构以及对部分发射信号的振幅、时延和相位的调整值；

B、部分发射信号经调整后的调整信号与泄漏信号耦合，耦合后的信号输入接收端。

步骤A所述调整为：使调整信号与泄漏信号的衰减、时延基本相当、相位相差180度。

本发明增加了调整电路，耦合部分发射信号通过调整电路调整，将调整后的信号与经双工器泄漏的信号在进入接收端之前耦合，从而降低发射信号经双工器泄漏信号对移动终端接收性能的影响，实现移动终端的收发隔离度的大幅度提升；并且，能降低双工器等对隔离度的要求，降低接收机前极低噪声放大器的线性度要求，降低成本，增加待机时间、通话时间；本发明的实现只对现有技术做较小改动，对整机的影响很小。

附图说明

图1为传统的CDMA移动终端原理示意图；

图2为传统的LNA输出互调失真产物示意图；

图3为本发明装置的组成结构示意图；

图4为本发明的一种实施例的结构图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：对现有移动终端的收发隔离电路进行改进，增加一个收发隔离装置，对泄漏信号在进入低噪放之前进行耦合，降低发射频率信号的幅度，减少LNA互调失真信号对接收信号的干扰。

本发明提升移动终端收发隔离度的装置包括两个耦合器和一个调整电路。如图3所示，耦合器1，连接双工器与接收端，并连接调整电路，用于将经双工器传来的泄漏信号与调整电路传来的调整信号耦合，并将耦合后信号传送到接收端；调整电路，用于调整部分发射信号，并将调整后的信号传送到耦合器1；耦合器2，连接双工器与发射端，并连接调整电路，用于耦合部分发射信号，并输出到调整电路。

对于提升收发隔离度而言，幅度、相位、时延三个参数对收发隔离度的改进效果影响极大。下面结合图3从原理上进行分析：

为了简化分析，将从双工器等泄漏至LNA输入端的信号定义为r₁(t)cos(ω_Tt+θ(t)+θ₁)，将从耦合器2耦合至LNA输入端的信号定义为r₂(t)cos(ω_Tt+θ(t)+θ₂)，其中的r₁(t)、r₂(t)表示信号的幅度，θ₁、θ₂表示相位，这里设两个信号具有相同的时延。这时，LNA的输入信号为上述两信号之矢量和，简化后可得：

其中，

从x₁(t)可见，为了使该信号功率幅度最小，须使

r₁(t)＝r₂(t)，θ₁＝π+θ₂

图3中，调整电路正是对上述的时延、相位θ、幅度r(t)这三个参数进行补偿、调整，使两信号可以较好的实现相互抵消。该电路可以结合传输线、耦合器、衰减器、放大器、移相器等来组成。当然，使幅度时延完全相同，使相位刚好相差180度，这很难实现，但是从x₁(t)的幅度可知，即使这三个参数有稍微的差别，也可以使进入LNA输入端的发射频率信号有较大幅度的抵消，同样起到增加收发隔离度的作用。

图4为调整电路的具体组成结构，该调整电路能够对时延、相位、幅度进行调整，由于信号在传输线传输会存在衰减、相移等，所以特别将传输线用方框表示出来，如图4中404至407所示，耦合器402、403即图3中的耦合器1、2。图4中各元器件对发射频率信号幅度的衰减A、相移θ以及时延τ采用下标进行表示，其中，双工器401的衰减A₄₀₁、相移θ₄₀₁、时延τ₄₀₁表示传输线404和407之间的发射信号衰减、相移和时延；耦合器402直通端的衰减、相移、时延分别表示为A₄₀₂、θ₄₀₂、τ₄₀₂；耦合器402、耦合器403在耦合端的衰减即耦合度，则表示为C₄₀₂、C₄₀₃；同时耦合器402、耦合器403在耦合端的相移和时延，为了区分也表示为θ_402C、τ_402C、θ_403C、τ_403C。

发射端发射的信号经过耦合器402，一部分进入双工器，一小部分进入调整电路。同时，耦合器402、403与调整电路对信号的作用之和与双工器的收发隔离度相当。发射信号经过耦合器402、可调移相器408、可调时延器409、可调衰减器410、以及传输线405、406后，到达耦合器403，发射信号经过传输线407、双工器、经过传输线404部分泄漏至耦合器403，耦合器403对这两部分信号进行耦合，使之相互抵消，从而保证接收端的信号不受干扰。

根据上面的分析，为达到最好的隔离效果，需满足下面几个等式：

A₄₀₂+A₄₀₇+A₄₀₁+A₄₀₄+A₄₀₃＝C₄₀₂+A₄₀₆+A₄₁₀+A₄₀₉+A₄₀₈+A₄₀₅+C₄₀₃

θ₄₀₂+θ₄₀₇+θ₄₀₁+θ₄₀₄+θ₄₀₃＝π+(θ_402C+θ₄₀₆+θ₄₁₀+θ₄₀₉+θ₄₀₈+θ₄₀₅+θ_403C)

τ₄₀₂+τ₄₀₇+τ₄₀₁+τ₄₀₄+τ₄₀₃＝τ_402C+τ₄₀₆+τ₄₁₀+τ₄₀₉+τ₄₀₈+τ₄₀₅+τ_403C

为达到这样的效果，本发明采用可调衰减器410、可调移相器408和可调时延器409，通过调整A₄₁₀、θ₄₀₈和τ₄₀₉三个参数来实现上述的三个等式。由于采用可调装置，使得该装置能够适应不同移动终端的需要，如果为了降低成本，还可以根据双工器的收发隔离度，计算泄漏信号的衰减量、相移、时延等，来确定耦合器的耦合度、传输线的长度或移相器的相位值等，从而满足特定移动终端的需要。

采用以上装置，调解接收端与发射端的隔离度的步骤为：

步骤1：根据双工器泄漏入接收端的泄漏信号，确定调整电路结构以及对部分发射信号的振幅、时延和相位的调整值。

该调整电路遵循的原理为：双工器的非理想性使得部分发射信号进入接收端称为泄漏信号，但是由于LNA的非线性产生的互调失真信号不能被接收端的滤波器等排除干扰，从而影响接收信号的品质，调整电路通过提高收发信号的隔离度，即对部分发射信号调整后的调整信号，与泄漏信号耦合，抵消泄漏信号，降低LNA互调失真信号幅度，虽然很难达到100％抵消的理想状态，但可以大幅度的提高接收信号的品质。

可调移相器408用来调整相位，使调整信号与泄漏信号的相位相差180度，可调时延器409使调整信号的时延与泄漏信号相同，可调衰减器410使调整信号的幅度与泄漏信号相同。

步骤2：部分发射信号经调整后的调整信号与泄漏信号耦合，耦合后的信号输入接收端。

耦合器403对泄漏信号与调整信号耦合，并将耦合后的信号输入接收端。将泄漏信号完全抵消是理想情况，实际很难达到，但是通过调整，也可以大幅度的抵消泄漏信号的影响。

除了图4采用的调整电路，在实际应用中，可以采用其他的调整电路，如：用网络分析仪直接测试图4中的A、B两点，得到A₄₀₂+A₄₀₇+A₄₀₁+A₄₀₄+A₄₀₃、θ₄₀₂+θ₄₀₇+θ₄₀₁+θ₄₀₄+θ₄₀₃、τ₄₀₂+τ₄₀₇+τ₄₀₁+τ₄₀₄+τ₄₀₃这几个参数，这样就得到了泄漏信号的参数值，根据传输线的功率衰减量，计算传输线404、405、406、407的长度，并采用固定衰减网络如电阻T型网络、PI型网络等，可以达到与图4中调整电路相同的效果，同时可以达到简化电路、节省成本等目的。根据泄漏信号的功率，确定调整信号的功率，使二者尽量相当。如果使用传输线调整，由于传输线的衰减有限，则主要依靠耦合器的作用，从而根据两个耦合器功率衰减与泄漏信号功率的差值来确定电阻衰减网络的衰减值。而传输线的长度则可主要用来保证相位相差180度，时延相等等特性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种提高移动终端收发隔离度的装置，位于双工器与信号接收端之间，其特征在于，该装置包括第一耦合器、调整电路和第二耦合器，其中，

第一耦合器，连接双工器与接收端，并连接调整电路，用于将经双工器传来的泄漏信号与调整电路传来的调整信号耦合，并将耦合后信号传送到接收端；

调整电路，用于调整部分发射信号，并将调整后的信号传送到第一耦合器；

第二耦合器，连接双工器与发射端，并连接调整电路，用于耦合部分发射信号，并输出到调整电路。

2.根据权利要求1所述的提高移动终端收发隔离度的装置，其特征在于，所述调整电路为传输线、可调移相器、可调时延器、可调衰减器、T型电阻网络、PI型电阻网络中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的提高移动终端收发隔离度的装置，其特征在于，所述调整为调整部分发射信号的振幅、时延、相位。

4.根据权利要求1所述的提高移动终端收发隔离度的装置，其特征在于，所述泄漏信号为发射信号经过双工器泄漏进入接收端的信号。

5.一种提高移动终端收发隔离度的方法，其特征在于，该方法包括：

A、根据双工器泄漏入接收端的泄漏信号，确定调整电路结构以及对部分发射信号的振幅、时延和相位的调整值；

B、部分发射信号经调整后的调整信号与泄漏信号耦合，耦合后的信号输入接收端。

6.根据权利要求5所述的提高移动终端收发隔离度的方法，其特征在于，步骤A所述调整为：使调整信号与泄漏信号的衰减、时延基本相当、相位相差180度。

Images