CN101689835A - 发射机中改进的前馈降噪 - Google Patents

Abstract

一种用于在无线蜂窝接入系统的基站中的发射机中使用的电路(200、400、500、600、700)，包括干线，在干线中设有第一滤波器(210)，第一滤波器(210)的输入侧(220)和输出侧(230)在干线中。所述电路还包括前馈消除环路，该前馈消除环路具有第二滤波器(240)，还具有输入点(250)和输出点(260)。消除环路连接到干线，其中，消除环路的输出点(260)在第一滤波器(210)的输出侧(230)连接到干线。合适的是，第一滤波器(210)，即干线滤波器，是带通滤波器。

Description

发射机中改进的前馈降噪

技术领域

本发明公开了一种发射机中改进的前馈降噪电路。

背景技术

在许多基于无线电的电信和广播系统中的发射机必须在不增加太多失真或噪声的情况下发送宽带宽调制信号。通常，在从基带信号的数字形成经由模拟混频器和放大器到最终的功率放大级的整个信号处理链中的组件，给信号增加了噪声和失真。

通过在数字信号中具有足够的位数、在数模转换器中具有良好精度和在模拟链中的低噪声组件，来控制在关注带宽(即，载波带宽或可能的载波带宽)内的噪声。通常通过滤波来降低在载波带宽外的噪声。如果在处理链中较早地执行滤波，滤波通常代价较低，并且对效率的影响较小，而在最终功率放大之后的滤波代价尤其高，因为在这时，滤波器的任何插入损耗都会对发射机的效率有最大的影响。

在信号较大并且希望获得高效率的情况下，非线性失真或互调制相对较大。这常常意味着，最终的放大级，尤其是功率放大器，使信号失真得最多。归因于失真边带，通常的限带载波信号(即，多载波、多用户)或者通常上非线性失真的调幅信号，具有比原始信号更宽的带宽。这些失真边带降低了系统的性能，从而被标准和规范限制为低于某种指定级别。

为了消除在最终放大级中的失真，通常对功率放大器的输入信号进行预失真。可以在数字或模拟基带上、在中频上或者在最终的射频上进行预失真。类似于实际失真，预失真通常会增大信号的带宽。由于这种带宽增大，在处理链的前几级中，就不再能够滤除在预失真级之后出现的接近于信号的噪声，因为这意味着预失真信号的重要分量也会被滤除掉，从而不会到达功率放大器。

预失真可以有效地减小在载波内或接近于载波的失真。为了获得大的无失真带宽，预失真信号的带宽通常也必须较大。这样代价会很高，因此，作为替代，通常在功率放大器之后使用滤波器，以在离载波较远处减小噪声和失真。因为在需要从通带到阻带的过渡更窄的情况下，这种滤波器更难以构造和/或具有更大的损耗，所以在预失真电路和随后电路的带宽与滤波器的过渡宽度之间存在折衷。

除了需要进行滤波以获得完美的发送信号，利用频分双工(即，对于发送信号和接收信号使用不同频率)的许多系统，对从同一设备的发射机泄露到接收机的噪声和失真量具有限制。

如果用于发射机和接收机的天线彼此接近，或者如果将同一个天线既用于发送又用于接收(这是经济的)，这种泄露可能较高。通过在发送支路中使用比标准或规范所需更多的滤波，或者通过在接收支路中进行额外的滤波，可以消除这种泄露。

美国专利申请2005/0200422描述了一种传统的前馈失真消除系统，其中，专用于接收机降噪的附加环路包括可调谐延迟线，可能地还包括滤波器。

美国专利7058368描述了一种用包括滤波器的消除环路进行接收机(或者通用)降噪的传统前馈系统。

这些现有技术解决方案可以改进仅使用滤波器的方案，因为实现高阻带抑制的滤波器在通带中也存在高插入损耗。因此，滤波与现有技术的前馈方案之一的结合，相比于仅使用滤波器的方案，可以具有更低的插入损耗。

由美国专利申请2005/0200422和美国专利7058368提出的方案已经表明，前馈降噪有益于减小发射机和接收机位于同一位置时到接收频带的噪声泄露和减小在载波频带以外的噪声传输。

然而，对于这些系统，插入损耗和/或功耗仍较高，使得总系统效率会较低。另外，由这些文献提出的方案导致了相当高的电路复杂性。

发明内容

如上所述，需要一种方案，通过该方案，可以以比以前可能采用的方式更好的方式来降低在发射机中，特别是无线蜂窝接入系统的基站中的噪声，该方案改进(降低)了插入损耗和功耗，并具有相当低的电路复杂性。

本发明在以下方面满足了这个需求，即，它公开了一种用于在无线蜂窝接入系统的基站中的发射机中使用的电路。所述电路包括干线，在干线中设有第一滤波器，第一滤波器的输入侧和输出侧在干线中。

另外，所述电路包括前馈消除环路，该前馈消除环路包括第二滤波器，该消除环路还具有输入点和输出点。在本发明的电路中，消除环路连接到干线，且该消除环路的输出点在第一滤波器的输出侧连接到干线。

合适的是，第一滤波器，即干线滤波器，是带通滤波器，而第二滤波器，即消除环路的滤波器，优选的是带阻滤波器。

借助于在以下详细描述中更详细解释的本发明的电路，获得了一种方案，其提供了改进的降噪，而且具有比以前可以实现的插入损耗更低的插入损耗。

附图说明

以下将参考附图来更详细地描述本发明，其中：

图1示出了现有技术的噪声消除电路，

图2示出了本发明的基本噪声消除电路，

图3示出了图2的电路的频率响应，

图4-7示出了本发明的各种实施方式，以及

图8示出了本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了采用前馈电路进行降噪的现有技术方案100。从图中可见，电路100包括干线和前馈环路，前馈环路通过位于消除环路的输入侧的第一定向耦合器120，和位于消除环路的输出侧的第二定向耦合器130，连接到干线。

在电路100的干线中，有延迟组件D110，其将干线信号延迟为与第二定向耦合器130的输出处的消除环路信号同相，在第二定向耦合器130处，消除环路连接到干线。

现有技术消除环路典型地包括滤波器140，通常是带阻滤波器，但对于特定接收机频带降噪来说，滤波器140也可以是带通滤波器。组件P150是相位调节器，通常是可变延迟线或相位调节网络乘法器组合。组件A160是振幅调节器，如可变增益放大器或可变衰减器，组件170是放大器，其提供增益，以便补偿定向耦合器120、130的低耦合系数。

使用电路100的发射机通常包括功率放大器，该功率放大器通常设置在电路100之前，因为电路100随后能够降低功率放大器的信号失真和噪声。

在电路100的“输出”点(即，消除环路连接干线的点)之后，通常是滤波器，以便降低“带外”噪声和失真。

诸如图1所示的传统前馈方案的效率相当低，主要是由于在具有高信号电平的点处将消除环路信号插入到主信号通路中，而这会导致定向耦合器中的高插入损耗以及消除环路的放大器170中的高功耗。这种相关性源于定向耦合器的主通路中的插入损耗直接与耦合端口的耦合电平有关。如果主通路中的插入损耗较低，从而耦合系数就一定较低，则消除环路中的放大器需要具有高增益和高功率，这增大了环路延迟并耗费功率。

本发明目的在于改进诸如图1所示的传统前馈方案，特别是在载波信号之外降低噪声和失真，和希望减小在发射机与接收机之间的泄露的应用方面。

为此，本发明提出了一种方案，其中，使用了前馈噪声消除环路，但是在该前馈噪声消除环路中，是在主通路中的滤波器之后的点处，将来自消除环路的信号插入到干线中。由于主通路滤波器会降低噪声和失真电平，所以与已知的方案相比，可以极大地减小耦合系数以及相应的插入损耗，而即使没有改进，也仍会保持效率，因为降低了消除环路中必要的增益和功耗。

本发明的消除环路包括与主通路滤波器互补的滤波器，用于接入或切出噪声功率，这会进一步降低主通路中的消除环路的插入损耗。

在本发明的一个实施方式中，消除环路滤波器自身直接连接到干线。在此情况下，消除环路滤波器在主通路滤波器的通带中必须具有高阻抗。定向耦合器的去除，也将减小主通路中的消除环路的插入损耗。

由于在本发明的消除环路中的信号电平的降低，互补滤波器可以具有高阻抗级别，从而与主信号通路的相互影响更小。滤波器的高阻抗级别还减小了耦合滤波器中的Q因数要求。

根据本发明，可以不需要在消除环路中进行放大。相反，如果在主通路滤波器中的阻带抑制相对较高，在本发明的消除环路中反而需要衰减，它减小了在主通路与消除通路滤波器之间的相互影响，因而是希望的。除了衰减，还希望使得消除环路中的频率响应与主环路中的对应频带的频率响应相匹配，因为这会增大有效消除带宽。根据本发明，还使获得正确的频率响应变得更为简单，因为与现有技术的方案相反，可以接受相当高的衰减。

图2示出了本发明的第一实施方式200。从图中可见，设计方案200包括干线，在干线中有第一滤波器210，第一滤波器210的输入侧220和输出侧230在干线中。设计方案200还包括消除环路，在该消除环路中有第二滤波器240，且该消除环路具有输入点250和输出点260，输入点250和输出点260将环路连接到干线。如图2所示，消除环路在其输入点和输出点处通过定向耦合器250、260而合适地连接到干线，当然，也可以以其他方式来进行消除环路到干线的连接，如稍后在本文中详细阐述的。

如图2所示，第一滤波器210，即干线滤波器，合适地为带通滤波器，但这应仅被视为滤波器类型的示例。在图2中还例示了，第二滤波器，即消除环路的滤波器240，可以是带阻滤波器，该带阻滤波器的阻带在载波频带中，即，在要由包括电路200作为部件的发射机发送的信号的频带中。

于是，可以将消除环路的耦合系数和放大器增益的总和减小与主通路滤波器210的阻带衰减相同的量，如图2所示，这意味着在消除环路中可以完全不需要放大器。另外，与现有技术相比，会极大地减小图2的电路200的消除环路的插入损耗。

然而，应当说明的是，消除环路滤波器240也可以是专用于噪声和失真边带之一的带通滤波器，或者是多个带通滤波器，例如一个具有高于载波频带的通带，一个具有低于载波频带的通带。在另一个实施方式中，代替在一个消除环路中的多个滤波器，可以使用几个单独的消除环路，每一个都具有一个带通滤波器(以及电气长度、增益及其他参数)。

图3示出了针对图2的滤波器210(带通)和240(带阻)的作为频率的函数的传输的示意图300，其中，点线310表示第一滤波器210，虚线320表示第二滤波器240。

在主通路滤波器的阻带衰减与消除通路滤波器的插入损耗之间的差，即针对0dB(图3的X轴)的传输响应，是必须由定向耦合器或其他装置提供的衰减量，这将在下面详细阐述。

图4示出了本发明的第二实施方式400。对于结合图2描述的组件，在图4以及随后的图5-8中都保留其标号。

从图4可见，实施方式400仅使用了一个定向耦合器260，来将消除环路连接到干线，这是在第一滤波器210的输出侧230进行的。在第一滤波器210的输入侧220，直接地，即通过电连接420，连接消除环路。由于这种在第一滤波器的输入侧连接消除环路的方式，第二滤波器，即消除环路中的滤波器240，现在在连接点420处也必须在载波频带(主通路滤波器的通带)中呈现出高阻抗，以便不会与主通路滤波器210过多相互影响。

在这个实施方式中，在消除环路中必要的额外衰减仅来自于在干线滤波器210的输出侧的定向耦合器260的耦合系数。因为由于使用了仅一个定向耦合器而已经降低了耦合系数，所以极大地减小了在主通路中由消除环路引起的插入损耗。

图5示出了本发明的第三实施方式500。从图5可见，在实施方式500中，在不使用定向耦合器的情况下，将消除环路连接到干线，其中，将消除环路在点520处以与实施方式400中相同的方式连接到干线滤波器210的输入侧220，并通过电阻540在点530处连接到干线滤波器210的输出侧230。

在这个实施方式中，通过电阻性耦合器540获得了必要的衰减。由于衰减较高，所以隔离就会较高，从而电路500的插入损耗就较低。

图6示出了本发明的再一个实施方式600。希望使消除环路滤波器对主通路的影响、尤其是与从干线“偷”功率的损耗有关的影响较低，这可以通过将消除环路滤波器的阻带阻抗变换和/或反转为高阻抗来实现，如图6的实施方式所示。这允许使用更小、更廉价的滤波器，这样的滤波器的损耗在其它情况下对主通路的插入损耗有过多的损害。因此，图6的实施方式600类似于图5的实施方式，不同之处在于阻抗变换和/或反转网络“Z”610，通过它将消除环路的输入侧连接到干线滤波器210的输入侧。

如果消除环路的滤波器240已经在其阻带(即，干线滤波器的通带中)具有高阻抗，则可以使用阻抗变换器610来进一步增大这个阻抗。这样，滤波器240的阻抗的电阻部分对干线的影响会更小。

相反，如果消除通路滤波器具有低阻带阻抗，则可以将组件“Z”610的阻抗变换特征与阻抗反转相结合。通过阻抗变换(由于增大的不匹配)降低了消除信号与消除环路的耦合，但这在大多数情况下可以部分或全部地容易且有利地包含到已有的必要衰减中。可以容易地由四分之一波长传输线或者通过等效电路来执行阻带阻抗的阻抗反转。

因此，由于去除了现有技术的高增益放大器链，本发明简化了消除通路与主通路的事先匹配，并且还改进了匹配的稳定性。通过去除现有技术方案的这个放大器链，可以减小消除环路的电气长度，根据本发明的通路的匹配仅涉及无源电路。这两个因素都会减小产品扩展(production spread)，并导致在消除环路的增益与相位漂移减小。

然而，如果希望更大程度的匹配，可以通过使用用于调节诸如增益/衰减、相位和/或延迟的参数的电路来提供。在图7中示出了本发明的这种实施方式700。

实施方式700包括电阻性耦合网络720，它在图7中示出为可变衰减器，该实施方式700还包括与可变衰减器720串联耦合的可变相位调节器710。在实施方式700的消除环路中，消除环路的滤波器240在干线的滤波器210的输入侧直接连接到干线，并与可变相位调节器710和可变衰减器720串联耦合，可变衰减器720在干线的滤波器210的输出侧直接连接到干线。

本发明还提供一种用于在无线蜂窝接入系统的基站的发射机中的电路中使用的方法。图8示出了这个方法800的示意性流程图。以虚线来表示可选的或者可替换的步骤。

如步骤805所示，本发明的方法包括在电路中设置干线，在步骤810，在干线中设置第一滤波器，使得所述第一滤波器的输入侧和输出侧在干线中。

如步骤815和820所示，该方法还包括为电路配备具有第二滤波器的前馈消除环路，并将消除环路设置为也具有输入点和输出点。

步骤825指示，该方法包括将消除环路连接到干线，其中，将消除环路的输出点在第一滤波器的输出侧连接到干线。

如步骤830所示，该方法还可以包括使该电路的第一滤波器为带通滤波器，如步骤835所示，该方法还可以包括使第二滤波器，即消除环路的滤波器，为带阻滤波器。

如步骤840所示，可以将消除环路的输入点和输出点中的至少一个通过定向耦合器连接到干线，如步骤845所示，可以通过阻抗将消除环路的输入点和输出点中的至少一个连接到干线。在其他实施方式中，阻抗可以由传输线、直接耦合、电阻、电阻性耦合器、电容或电感来代替，或者由它们作为补充。

步骤850示出，根据本发明的方法，可以为消除环路配备用于阻抗反转的电路，或者如步骤855所示，配备用于调节增益和/或相位变化的电路。

本发明不限于上述以及在附图中所示的实施方式的示例，而是可以在所附权利要求的范围内任意改变。

还应指出，在本发明的一些实施方式中，在本发明的电路中，干线还可以包括延迟组件。合适的是，布置所述延迟组件以便使干线中的信号相位与消除环路中的信号相位相匹配。

Claims (21)

1、一种用于在无线蜂窝接入系统的基站中的发射机中使用的电路(200、400、500、600、700)，所述电路包括干线，该干线包括第一滤波器(210)，该第一滤波器布置在所述干线中，且其输入侧(220)和输出侧(230)在所述干线中，所述电路还包括前馈消除环路，该前馈消除环路包括第二滤波器(240)，所述消除环路还具有输入点(250)和输出点(260)，所述电路的特征在于，所述消除环路连接到所述干线，其中，所述消除环路的输出点(260)在所述第一滤波器(210)的输出侧(230)连接到所述干线。

2、如权利要求1所述的电路(200、400、500、600、700)，其中，所述第一滤波器(210)，即，干线滤波器，是带通滤波器。

3、如权利要求1或2所述的电路(200、400、500、600、700)，其中，所述第二滤波器(240)，即，所述消除环路的滤波器，是带通滤波器。

4、如权利要求1到3中任一项所述的电路(200、400、500、600、700)，其中，所述第二滤波器(240)，即，所述消除环路的滤波器，是带阻滤波器。

5、如任一前述权利要求所述的电路(200、400、600)，其中，所述消除环路的输入点(250)和输出点(260)中的至少一个经由定向耦合器(250、260)连接到所述干线。

6、如权利要求1到5中任一项所述的电路(500)，其中，所述消除环路的输入点(250)和输出点(260)中的至少一个经由阻抗(540)、传输线、直接耦合、电阻、电阻性耦合器、电容或电感中的至少一个连接到所述干线。

7、如权利要求1到6中任一项所述的电路(600、700)，其中，所述消除环路包括用于阻抗变换的电路(610、720)。

8、如权利要求1到7中任一项所述的电路(600、700)，其中，所述消除环路包括用于阻抗反转的电路(610、720)。

9、如权利要求1到8中任一项所述的电路(700)，其中，所述消除环路包括用于可调增益(720)和/或相位改变(710)的电路。

10、如任一前述权利要求所述的电路(200、400、500、600、700)，其中，所述干线还包括延迟组件。

11、如权利要求10所述的电路，其中，所述延迟组件被设置用于使所述干线中的信号相位与所述消除环路中的信号相位相匹配。

12、一种用于在无线蜂窝接入系统的基站中的发射机中的电路(200、400、500、600、700)中使用的方法(800)，所述方法包括在所述电路中设置(805)干线，和在所述干线中设置(810)第一滤波器(210)，而使所述第一滤波器的输入侧(220)和输出侧(230)在所述干线中，所述方法还包括为所述电路配备(815、820)具有第二滤波器(240)的前馈消除环路，和将所述消除环路设置(815)为也具有输入点(250)和输出点(260)，其特征在于，所述方法包括将所述消除环路连接(825)到所述干线，其中，将所述消除环路的输出点(260)在所述第一滤波器(210)的输出侧(230)连接到所述干线。

13、如权利要求12所述的方法(800)，该方法还包括将所述电路(200、400、500、600、700)的所述第一滤波器(210)设为(830)带通滤波器。

14、如权利要求12或13所述的方法(800)，该方法还包括将所述第二滤波器(240)，即所述消除环路的滤波器，设为(835)带阻滤波器。

15、如权利要求12到14中任一项所述的方法(800)，根据该方法，将所述消除环路的输入点(250)和输出点(260)中的至少一个经由定向耦合器(250、260)连接到所述干线(840)。

16、如权利要求12到15中任一项所述的方法(800)，根据该方法，将所述消除环路的输入点(250)和输出点(260)中的至少一个经由阻抗(540)、传输线、直接耦合、电阻、电阻性耦合器、电容或电感中的至少一个连接到所述干线(845、850、855)。

17、如权利要求12到16中任一项所述的方法(800)，根据该方法，为所述消除环路配备用于阻抗变换的电路(610、720)。

18、如权利要求12到17中任一项所述的方法(800)，根据该方法，为所述消除环路配备用于阻抗反转的电路(610、720)。

19、如权利要求12到19中任一项所述的方法(800)，根据该方法，为所述消除环路配备用于可调增益(720)和/或相位改变(710)的电路。

20、如权利要求12到20中任一项所述的方法(800)，根据该方法，还为所述干线配备延迟组件。

21、如权利要求22所述的方法(800)，根据该方法，设置所述延迟组件以使所述干线中的信号相位与所述消除环路中的信号相位相匹配。

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