CN101330295B - 具有分布双工功能的全双工收发机 - Google Patents

具有分布双工功能的全双工收发机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有分布双工功能的全双工收发机。具体而言是一种双工无线收发机与基带电路以及天线耦合，它包括接收链路、发送链路和双工器。发送链路包括滤波器部件，它们通过阻带衰减使得接收频带中来自发送链路的信号衰减，该衰减大致等于或大于接收频带中双工器的阻带衰减。同样，接收链路包括滤波器部件，它们通过阻带衰减使得发送频带中的信号衰减，该衰减大致等于或大于发送频带中双工器的阻带衰减。偏置控制电路对与发送链路中无线电信号相关的功率电平进行检测，并响应该功率电平对接收链路中的放大器进行调节。

Description

具有分布双工功能的全双工收发机
本申请是申请日：2000.10.11，申请号为00816959.4(国际申请号为PCT/US00/28135)，名称为“具有分布双工功能的全双工收发机”的申请的分案申请。
技术领域
本发明通常涉及无线通信装置，尤其是移动无线收发机。
背景技术
小型全双工无线收发机应用在许多移动通信装置中，例如蜂窝电话。这种收发机通常包括发送(TX)链路和接收(Rx)链路，共享公共的天线。为了即使在以最大输出功率进行发送时也能保持接收链路的最佳性能，必须谨慎设计收发机。必须注意避免将Tx信号泄漏到Rx链路中，这会引起Rx饱和，以及避免来自Tx链路的宽带噪声泄漏，特别是在Rx频带中的噪声，它会使接收灵敏度趋于下降。当Tx和Rx频带间隔紧密时(如在蜂窝电话中的情况)，后一要求就尤其重要且难以达到。
图1示意说明一种在蜂窝领域熟知的全双工无线收发机20。该收发机包括Tx链路42和Rx链路44，它们都通过双工器30与天线32耦合。在Tx链路中，由基带发送器电路22产生的中频(IF)信号由上变频器24转换成适合的射频(RF)信号。所得到的RF信号由带通滤波器26进行滤波，由放大器28进行放大，并通过双工器30传送给天线32用于发送。由天线32在所分配的Rx频带中接收到的信号通过双工器30传送给低噪声放大器34。经放大的信号由带通滤波器35进行滤波，由下变频器36下变频为IF，并随后传送到基带接收器电路38进行处理。上变频器24和下变频器36都由本机振荡电路40驱动，如本领域所熟知。
双工器30既执行Tx滤波又执行Rx滤波。Tx滤波通常在Rx频带中提供了大约50dB的阻带衰减，即，使Rx频带中来自外部源的信号剧烈衰减，特别是来自Tx链路42的信号。Rx滤波同样在Tx频带中提供了大约50dB的阻带衰减，以便Tx信号不会泄漏到Rx链路并使Rx链路饱和。在缺少这种双工器的情况下，收发机20就不能达到适当的Rx性能。为了达到这种性能，双工器通常必须包括许多空腔谐振器、介电滤波器或螺旋型滤波器。因此，双工器通常是收发机20中最大和最昂贵的部件。一种典型的这种类型的双工器是型号为S1-A9/NN1，由芬兰的LK-Products Oy制造的双工器，其售价约$20，并且具有40.5×25.0×6.8mm的尺寸。
美国专利4,792,939(通过参考引入)描述了用于移动电话的双工无线通信收发机。收发机中的双工器和滤波器由表面声波滤波器取代空腔元件组成。所有的电路都安装在单个金属基片上，并依靠金属外壳封装在一个模块中，根据发明人所述，就能将收发机制造得比先前设计的收发机更加紧凑。该发明并没有以任何专门或定量方法来描述基于SAW双工器的阻带性能和噪声特性。特别是，它并没有解决Tx信号和过量噪声泄漏到Rx链路中去的问题，由于基于SAW的双工器相对于全性能的双工器较次，就很可能产生这些问题。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种改进、紧凑、全双工的无线收发机。
本发明某些方面的进一步目标是提供一种具有较低生产成本和较小尺寸的全双工无线收发机。
在本发明的较佳实施例中，全双工无线收发机包括配置在收发机Tx和Rx链路中的小尺寸、低成本滤波器，以便使来自Tx链路的Tx信号和噪声衰减，否则这些信号和噪声会渗入Rx链路。Tx和Rx链路通过双工器与天线耦合，该双工器最好也由类似的低成本滤波器部件制成。Tx和Rx链路中的滤波器部件的总阻带衰减大约等于或大于双工器的阻带衰减。在这方面，本发明不同于本领域所熟知的收发机，已知的收发机所需的阻带衰减绝大部分或全部由双工器提供。因此，根据本发明的收发机与使用全性能双工器的普通收发机相比尺寸更加小且更加便宜。
配置在Tx和Rx链路中并用于构造双工器的滤波器部件最好包括微型表面声波(SAW)滤波器。而且，Tx和Rx链路最好都包括相对较低增益的多个放大级，而不是如普通收发机中的单一高增益级。SAW滤波器插入在多个级之间以提供所需的阻带衰减。Rx链路中至少一个放大级的偏置最好响应Tx输出功率进行控制，以便即使当Tx功率很高也能避免Rx增益压缩。
因此，根据本发明的较佳实施例，根据本发明的较佳实施例还提供了一种双工无线收发机，与基带电路和天线耦合，它包括：
发送链路，用于产生在发送频带中进行发送的无线电信号；
接收链路，用于接收和处理接收频带中的无线电信号，并将经处理的信号传送给基带电路，所述链路包括多个放大器以及放置在所述放大器之间的多个滤波器部件，它们通过第一阻带衰减对发送频带中的信号进行衰减；以及
双工器，用于将发送链路和接收链路耦合到天线，并且通过第二阻带衰减使得发送频带中进入接收链路的信号衰减，该衰减大致等于或小于第一阻带衰减。
接收链路中的多个放大器最好包括至少两个放大器，在它们之间放置了至少一个滤波器部件。接收链路更加好地包括：
第一低噪声放大器，它对从双工器传送的信号进行接收和放大；
第一滤波器，它对来自第一低噪声放大器的信号进行接收和滤波；
第二低噪声放大器，它对来自第一滤波器的信号进行接收和放大；
第二滤波器，它对来自第二低噪声放大器的信号进行接收和滤波；
在较佳实施例中，第一低噪声放大器具有大致等于或小于10dB的增益。
通过下面结合附图的对较佳实施例的详细描述，就能更加完整地理解本发明：
附图说明
图1是示意说明一种本领域熟知的无线收发机的框图；和
图2是示意说明根据本发明较佳实施例的一种无线收发机框图。
具体实施方式
现在参照图2，图2是示意说明根据本发明较佳实施例的一种无线收发机50的框图。收发机50包括Tx链路46和Rx链路48，它们通过双工电路49与天线32耦合。如下所述，Tx和Rx链路以及双工电路49实质上与收发机20(图1)的对应元件并不相同，因此，收发机50可以达到与已有技术收发机相匹敌或更优于其的性能，而已有技术收发机尺寸更大，制造成本更高。
在本例中，将收发机50设计为在NMT450蜂窝频带(Tx；450-455MHz，Rx：460-465MHz)中工作，但可以很容易对其进行改造以在其他蜂窝频带或在基本上任何其他无线电频带上工作。为了简洁，收发机的某些标准部件，例如Tx链路中的隔离器从图2中忽略，并在下面的描述中也忽略。
如图2所示，双工电路49包括滤波器60和64，通过可选匹配电路与天线32耦合。或者，在没有分立匹配部件的情况下，电路49可以作为整体部件提供。滤波器最好包括SAW滤波器，如本领域所熟知，例如由瑞士的Neuchatel的TEMEX S.A.W(S.A.)提供的高功率SAW滤波器。这些滤波器的尺寸在5×5×1.3mm，因此，双工电路49的尺寸大约为传统双工器30的1/5。或者，可以使用其他类型合适的微型滤波器部件。双工电路的规范在下面的表I-IV中列出，其中应该注意电路的阻带衰减(即在Rx频带中由Tx链路46产生的Tx信号和噪声被双工器滤去的程度)与传统收发机所需的50dB相比仅为30dB。
为了补偿双工电路49提供的较低阻带衰减，Tx链路46由驱动放大器54和功率放大器58以及附加滤波器52和56制成，附加滤波器最好是SAW滤波器，放置在级之间。因为使用了两个放大级，与传统收发机20中所使用的单个功率放大器28相比它们都可以相对设定为较低的增益。除了双工器衰减外，SAW滤波器52和56为每个阻带衰减提供了额外的25dB。因为在由放大器54输出的宽带噪声经低增益放大器58放大之前，滤波器56对其进行了衰减，因此，到达双工器的宽带噪声电平相对于图1中收发机20的设计来说实质上降低了。由于其较低增益，放大器58还具有比高增益放大器28更低的噪声限(noise floor)。
Rx链路48同样分为2级，每级包括低增益、低噪声放大器66、70以及滤波器68、72(最好为SAW滤波器)。这种两级的使用增加了Rx链路的选择性，因此，只有较少的噪声穿过链路到达接收电路38。由于放大器66的低增益，任何从双工电路49泄漏到放大器的Tx信号仅进行了适度的放大，并且随后在滤波器68和72的每一个中最好基本上衰减25dB。而且，因为放大器66和70与收发机20中的LNA34相比设定为相对较低的增益级，所以，即使当Tx链路以全功率工作，也可以避免增益压缩。
为了进一步防止最大Tx输出功率时的增益压缩，就耦合可选偏置控制电路74以对高输出功率进行检测，并相应增加放大器66的偏置。以这种方式使用偏置控制进一步弥补了双工电路49中滤波器64的低阻带衰减。当Tx功率处于正常电平时，或当收发机50仅进行接收而没有进行发送时，电路74为了减少功率消耗就减少放大器的偏置。
下述表列出收发机50部件的有关规范：
表I-Tx链路增益和噪声(dB)
  元件   增益   级联增益   噪声系数(NF)
  基带电路   0.00   0.00   50.00
  低通滤波器   -2.00   -2.00   2.00
  上变频器24(混频器)   -5.50   -7.50   5.50
  上变频器24(放大器)   25.00   17.50   0.00
  SAW 52   -3.00   14.50   3.00
  驱动器54   18.00   32.50   4.00
  SAW 56   -3.00   29.50   3.00
  功率放大器58   18.00   47.50   5.00
  隔离器   -0.80   46.70   0.80
  传输线   -0.10   46.60   0.10
  双工器49   -3.00   43.60   3.00
  线路损耗   -0.10   43.50   0.10
  天线32   -0.50   43.00   0.50
  总和   43.00   43.00
表II-Rx频带响应和Tx链路噪声(dB)
  元件   Rx衰减   级联增益(Rx频带)   级联NF(Rx频带)
  基带电路   0.0   50.00
  低通滤波器   -45.00   -47.0   51.76
  上变频器24(混频器)   -52.5   54.44
  上变频器24(放大器)   -27.5   54.44
  SAW 52   -25.00   -55.5   58.01
  驱动器54   -37.5   60.68
Figure S2008100858125D00061
这样，可以看出由于SAW滤波器52和56的高Rx频带衰减，Tx链路46和双工电路49的总Rx频带衰减为-126dB。在Rx频带中Tx链路的输出噪声系数，由级联增益和级联噪声系数总和给出，仅在热噪声限之上约0.3dB。
表III-Rx链路增益和噪声(dB)
  元件   增益   级联增益   噪声系数
  线路损耗   -0.50   -0.50   0.50
  双工器49   -3.00   -3.50   3.00
  LNA 66   8.00   4.50   2.40
  SAW 68   -3.00   1.50   3.00
  LNA 70   12.00   13.50   0.00
  SAW 72   -3.00   10.50   3.00
  混频器   -5.50   5.00   5.50
  第一IF放大器   10.00   15.00   2.00
  SAW滤波器   -11.00   4.00   10.00
  第二IF放大器   10.00   14.00   1.50
  基带Rx电路   66.00   80.00   10.00
  总和   80.00   80.00
表IV-Tx频带响应和Rx链路噪声(dB)
  元件   Tx衰减   级联增益(Tx频带)   级联NF
  输入   0.31
  线路损耗   -0.5   0.77
  双工器49   -30.00   -33.5   3.64
  LNA 66   -25.5   5.98
  SAW 68   -25.00   -53.5   6.35
  LNA 70   -41.5   6.35
  SAW 72   -25.00   -69.5   6.40
  混频器   -75.0   6.62
  第一IF放大器   -65.0   6.79
  SAW滤波器   -76.0   7.04
  第二IF放大器   -66.0   7.18
  基带Rx电路   7.47
  总和   -80.00   7.47
表中的值与基于全性能双工器的那些传统收发机相比是令人满意的，这些值通常具有约10dB的Rx级联噪声系数。
这样，虽然收发机50与传统收发机20相比包括更多数量的部件，但在收发机50中所使用的部件的较小尺寸和大大下降的成本使得收发机具有更小的整体尺寸和更加低成本。可以理解上述具体的电路设计和部件选择以及表中罗列的值仅是作为实例引用。本发明的完整范畴仅由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种双工无线电收发机，与基带电路和天线耦合，其特征在于，所述收发机包括：
发送链路，用于产生在发送频带中进行发送的无线电信号；
接收链路，用于接收和处理接收频带中的无线电信号，并将经处理的信号传送给所述基带电路，所述链路包括在下变频器之前的多个放大器以及所述多个放大器之间的一个或多个滤波器部件，它们通过第一阻带衰减对发送频带中的信号进行衰减；以及
双工器，用于将所述发送链路和接收链路耦合到天线，并且通过第二阻带衰减使得发送频带中进入接收链路的信号衰减，该衰减等于或小于第一阻带衰减。
2.如权利要求1所述的收发机，其特征在于，所述接收链路中的所述多个放大器包括至少两个放大器，在它们之间放置了至少一个所述滤波器部件。
3.如权利要求2所述的收发机，其特征在于，所述接收链路包括：
第一低噪声放大器，对从所述双工器传送的信号进行接收和放大；
第一滤波器，对来自所述第一低噪声放大器的信号进行接收和滤波；
第二低噪声放大器，对来自所述第一滤波器的信号进行接收和放大；
第二滤波器，对来自所述第二低噪声放大器的信号进行接收和滤波。
4.如权利要求3所述的收发机，其特征在于，所述第一低噪声放大器具有等于或小于10dB的增益。
5.如权利要求1所述的收发机，其特征在于，包括偏置控制电路，所述电路对与发送的无线电信号相关的功率电平进行检测，并调节接收链路中至少一个所述放大器来响应该功率电平。
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