CN101816129A - 具有减少的耦合的多路传输设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有至少两个传输分支的传输设备，该传输分支用于以基本上相同的频率传输相应的传输信号，并且涉及控制这种传输设备的方法。提供第一振荡器电路(62)，用于在第一频率处产生要在第一传输分支中使用的第一信号。另外，提供第二振荡器电路(64)，用于在第二频率处产生要在第二传输分支中使用的第二信号，该第二频率不同于第一频率。为了能够使得以所述基本上相同的频率传输各传输信号，提供至少一个分频器或者倍频器(72、74)，用于以相应的预定系数分频或者分别地倍频所述第一和第二频率中的至少一个频率。因此，第一和第二振荡器电路能够以不同的频率进行操作，从而能够减少互耦合。

Description

具有减少的耦合的多路传输设备
技术领域
本发明涉及诸如多输入多输出(MIMO)发射器、接收器或收发器的传输设备，该传输设备具有用于以基本上相同的频率传输相应的传输信号的至少两个传输分支。
背景技术
近年来，由于多路发射(Tx)和多路接收(Rx)系统相对于传统的单输入单输出(SISO)系统提供了实质上的能力改进，其已经受到相当大的关注。希望它们实现更高的数据率(例如在无线通信系统中)而不会在功率或者带宽上带来不利后果。将多路发射(Tx)和多路接收(Rx)天线系统称作多输入多输出(MIMO)系统。
图1示出了传统笛卡尔发射器装置的示意性框图，其中由数字处理单元或者类似的装置输出的数字I数据和Q数据在相应的数模转换器(DAC)12、14处进行数模(DA)转换，在相应的(可以由调谐信号调谐的)低通滤波器(LPF)22、24处进行低通滤波，并且由相应的I混合器和Q混合器32、34向上变换。在射频(RF)级别，经过向上变换的I流和Q流由结合元件38(例如加法器电路或者类似的装置)结合，并且在天线50处发射之前由功率放大器(PA)40放大。
因此在图1的结构中，I信号和Q信号在单个传输路径、分支或者链中从数字信号转换为模拟信号、被低通滤波以便去除混叠分量、并且与I-LO(本机振荡器)信号和Q-LO信号混合。在相加并且放大后，该信号在天线50处发射。
基于这种笛卡尔发射器，可以通过增加另一个传输路径、分支或者链来实现双发射结构(例如2*TX MIMO)，于是该结构包括另外两个DAC、LPF、混合器和另一个PA。可以重复使用提供用于产生I-LO信号和Q-LO信号的压控振荡器(VCO)和/或锁相回路(PLL)电路(未在图1中示出)，这是因为用于两个发射器链的Tx频率是一样的。
然而，笛卡尔发射器具有这样的缺点：它不是最节能的结构。因此，对发射器结构进行研究以便提供更加有效的发射器实现方案。
图2示出了比上述笛卡尔发射器结构具有更高功效的极性发射器结构。现在以极性信号(即(瞬时的)幅度信号r(t)和(瞬时的)相位信号phi(t))的形式提供基带信息。通过用相位分量对振荡器电路60(例如PLL/VCO电路)进行调制，并且例如通过控制PA 42在RF传输路径、分支或者链中的其他地方增加幅度分量，可以在天线50处发射(数据)调制信号。可以通过下列等式从I信号和Q信号得到包络以及相位信息：
r(t)＝sqrt[si 2(t)+sq 2(t)]and    (1)
phi(t)＝tan-1[sq(t)/si(t)]      (2)
因此，双发射极性发射器(例如2*TX MIMO极性发射器)包括具有两个振荡器(例如VCO/PLL)以及两个幅度调制器的两个传输路径、分支或者链。由于两个传输频率是相同的，尽管在第一振荡器处的调制可能完全不同于在第二振荡器处的调制，各振荡器的瞬时频率也可能非常接近。当这两个振荡器集成在相同的硅片上时，将出现两个振荡器之间的耦合，并会引起非常大的问题。来自第一振荡器的信号可能会被耦合到第二振荡器之中，反之亦然。因此，可能达不到关于误差向量幅值(EVM)以及相邻耦合功率定量(ACPR)的要求。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有减少的振荡器耦合的改进的多路Tx/Rx系统。
这个目的是通过如权利要求1所要求保护的传输设备以及如权利要求10所要求保护的方法得以实现的。
因此，可以在不同的频率处操作多路Tx传输系统中的振荡器电路，从而使得能够减少它们的互耦合。更具体而言，可以为每个发射器(例如极性发射器)中的VCO/PLL使用不同的频率，从而将多路VCO/PLL之间耦合的可能性或者数量最小化。这对于当在一个硅片上实现两个极性发射器或者其他多路Tx发射器时发生的串扰问题提供了有利的解决方案，例如对于多输入多输出(MIMO)发射器或者LINC(具有非线性部件的线性放大)发射器。
根据一个具体的非限定性实施例，至少一个分频器或者倍频器可以包括设置在第一传输分支中的第一分频器以及设置在第二传输分支中的第二分频器，其中第一与第二频率之间的比率对应于第一分频器的相应的预定系数与第二分频器的相应的预定系数之间的比率。因此，传输分支的振荡器电路可以被设置为各自的所期望的频率。举例来说，第一分频器的相应的预定系数可以是2，并且第二分频器的相应的预定系数可以是1.5。当然，基于所期望的振荡器频率可以使用各种其他分频(dividing)或者倍频(multiplying)系数，其中不存在倍频器或者分频器的情况对应于系数1。
在该设备的发射器部分中，从至少一个分频器或者倍频器的输出信号可以产生至少一个传输信号。在此，相应的振荡器电路可以直接用作用于产生传输信号的调制器。这使得具有很少电路改变的实现方案成为可能。
作为另外的选择，所产生的信号可以在该设备的接收器部分中使用。然后，将至少一个分频器或者倍频器的输出信号用作接收分支的本机振荡器信号。因此，还有利地提供了用于双接收器(在MIMO中也同样需要)的解决方案。在这种情况中，当接收数据时，可以切断第一和第二传输分支中的与所述输出信号不相关的那一个分支。
另外，可以提供至少一个校正器单元，以用于根据相应的预定系数校正传输信号的调制数据。因此可以减少分频(division)或者倍频(multiplication)对调制指数的影响。
可以从独立权利要求获取这些实施例的进一步的改变。
附图说明
现在将参照附图基于实施例描述本发明，其中：
图1示出了传统的笛卡尔发射器结构的示意性框图；
图2示出了传统的极性发射器结构的示意性框图；以及
图3示出了根据优选实施例的双Tx极性发射器结构的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，将基于双Tx极性发射器结构描述一个优选实施例，该实施例可以在MIMO系统或者LINC(具有非线性部件的线性放大)系统中实现。
图3示出了根据该优选实施例的极性发射器结构的示意性框图。
为每个极性发射器路径、分支或者链中的VCO/PLL 62、64使用不同的频率，从而使多路VCO/PLL之间耦合的可能性最小化。同时为了使用双接收器的最佳方案而提出了一个解决方案，在包括发射器部分与接收器部分两者的收发器系统(例如MIMO)中也会需要该双接收器。
在图3的上部的路径、分支或者链中，PH1数据表示第一极性发射器的相位信息。其经过第一校正级92并且被用作第一可控振荡器电路(例如VCO1/PLL1)62的调制输入，该第一可控振荡器电路62作为相位调制器。在n分频(divide-by-n)电路72之后，用该经过相位调制的信号驱动第一PA 82以便实现第一传输链。第一PA 82自身具有第二控制输入端，向该第二控制输入端提供ENV1数据，表示与极性相位数据PH1相关的极性包络数据。第一PA 82的第二控制输入端可以适合于控制第一PA 82的放大，从而产生另外的幅度调制。将第一PA 82的输出提供到第一天线52。
在第二路径、分支或者链中，PH2数据(经过第二校正级94校正)和ENV2数据分别调制作为相位调制器的第二可控振荡器电路(例如VCO2/PLL2)64和第二PA2 84，以便实现第二传输链。在此，在提供给第二PA 84之前，第二振荡器电路64的输出信号的频率在m分频电路74中被校正或者改变。将第二PA 84的输出信号提供到第二天线54。
根据一个非限定性范例，对于n＝2并且m＝1.5的情况，假设发射天线信号具有频率fa＝5GHz。这要求第一振荡器电路(VCO1/PLL1)运行于频率f1＝10GHz处，这是因为其将在n分频电路72中以n＝2进行分频。于是，第二振荡器电路(VCO2/PLL2)64将必须运行于频率f2＝7.5GHz处，这是因为其将在m分频电路74中以m＝1.5进行分频。由于这两个频率距离很远，将大大减少第一和第二振荡器电路62、64之间的注入信号和耦合信号的危险(例如一个VCO/PLL结合到另一个之中，反之亦然)。
通常，可以如下表达频率与分频系数之间的关系：
f1/n＝f2/m＝fa    (3)
需要注意的是，在天线52、54处的频率也可以大于振荡器频率。在这种情况中，系数n和m将小于1，并且必须由倍频电路取代分频电路72、74。通常，可以基于本领域中已知的任何类型的传统分频或者倍频电路来实现电路72、72。
然而，由于分频或者倍频行为(例如在第一链中的n分频以及在第二链中的m分频)，减少了相位调制。因此，PH1数据和PH2数据需要在校正级92、94中进行校正，校正的量与分频器72、74稍后将使其减少的量相同。对于第一传输链，可以如下表达校正：
PH1-data(t)＝2*tan-1[sq1(t)/si1(t)].(4)
对于PH2数据有类似的等式：
PH2-data(t)＝1.5*tan-1[sq2(t)/si2(t)].(5)
在等式(2)和(3)中，sq1(t)/sq2(t)表示相应的振荡器信号的正交分量，而si1(t)/si2(t)表示相应的振荡器信号的同相分量。
可以从例如US 5,552,732中获取关于1.5分频的实现方案的进一步的细节。
当然，频率的各种其他组合也是可能的。例如，第二振荡器电路(VCO2/PLL2)64可以运行于频率f2＝15GHz处，并且通过使用m＝3的m分频电路74，导致发射信号具有fa＝5GHz。可替换地，第二振荡器电路(VCO2/PLL2)可以运行于12.5GHZ处，从而需要m＝2.5的m分频电路74。
如果提供另外的接收器部分，该可选的(MIMO)接收器可以包括通过相应的Rx/Tx开关102、104分出来的两个接收器链112、114，该Rx/Tx开关102、104用于选择性地将天线52和54在接收器模式中切换到接收器链112、114以及在发射器模式中切换到发射器链。接收器链112、114的每一个具有其自己的前端、向下变换混合器以及IF区、解调等(未示出)。如图3中的虚线部分所示，图3的n分频电路72的I输出信号和Q输出信号则可以被用作两个接收器链112、114的LO信号。当接收数据时，可以切断第二传输链(包括第二振荡器64(例如VCO2/PLL2)、m分频电路74等)。
如上所述的优选实施例还可以扩展到具有三个传输链的3*3MIMO，或者一般而言扩展到具有n个传输链的n*n MIMO。以三个传输链为例，频率分配可以是在图3的第一振荡器电路62之后使用2分频电路72，在第二振荡器电路64之后使用1.5分频电路74，而对于具有第三振荡器电路的第三传输链(未示出)不进行分频。
应当注意，本发明并不局限于上述特定的范例，而是可以被用在所有可能的无线以及有线标准(CDMA、EDGE、WLAN 802.11a/b/g、802.16、BT-EDR等)中，这些标准要求与多路Tx系统(例如MIMO)相结合的有效的信号传输，以及减少的多路芯片内振荡器和/或PLL的耦合的可能风险。另外，本发明可以在LINC发射器中实现，在该发射器中将原始信号分解成两个恒定幅度包络、相位变化的信号，当结合时这两个信号相长地和相消地干涉来重新形成原始信号。
总而言之，已经描述了一种具有至少两个传输分支的传输设备，该传输分支用于以基本上相同的频率传输相应的传输信号，并且描述了控制这种传输设备的方法。提供第一振荡器电路62，用于在第一频率处产生要在第一传输分支中使用的第一信号。另外，提供第二振荡器电路64，用于在第二频率处产生要在第二传输分支中使用的第二信号，该第二频率不同于第一频率。为了能够使得以所述基本上相同的频率传输各传输信号，提供至少一个分频器或者倍频器72、74，用于以相应的预定系数分频或者分别地倍频所述第一和第二频率中的至少一个频率。因此，第一和第二振荡器电路能够以不同的频率进行操作，从而能够减少互耦合。
最终地但仍是重要地，应当注意，当在包括权利要求的申请文件中使用术语“包括”或者“包含”时是为了说明所记载的特征、装置、步骤或者部件的存在，并不排除一个或者多个其他特征、装置、步骤、部件或者它们的组的存在或者增加。此外，在权利要求中的元件之前的词语“一”或者“一个”并不排除存在多个这种元件。另外，任何附图标记都没有限制权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种具有至少两个传输分支的传输设备，该传输分支用于以基本上相同的频率传输相应的传输信号，所述设备包括：
a)第一振荡器电路(62)，用于在第一频率处产生要在第一传输分支中使用的第一信号；
b)第二振荡器电路(64)，用于在第二频率处产生要在第二传输分支中使用的第二信号，所述第二频率不同于所述第一频率；以及
c)至少一个分频器或者倍频器(72、74)，用于以相应的预定系数分频或者分别地倍频所述第一和第二频率中的至少一个频率，以便使得能够以所述基本上相同的频率传输所述传输信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个分频器或者倍频器包括设置在所述第一传输分支中的第一分频器(72)以及设置在所述第二传输分支中的第二分频器(74)，并且其中所述第一与第二频率之间的比率对应于所述第一分频器(72)的相应的预定系数与所述第二分频器(74)的相应的的预定系数之间的比率。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一分频器(72)的所述相应的预定系数是2，并且所述第二分频器(74)的所述相应的预定系数是1.5。
4.根据任一项在前权利要求所述的设备，其中从所述至少一个分频器或者倍频器(72、74)的输出信号产生所述传输信号中的至少一个传输信号。
5.根据任一项在前权利要求所述的设备，其中将所述至少一个分频器或者倍频器(72、74)的输出信号用作接收分支(112、114)的本机振荡器信号。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述设备适合于当接收数据时切断所述第一和第二传输分支中的与所述输出信号不相关的那一个分支。
7.根据任一项在前权利要求所述的设备，还包括至少一个校正器单元(92，94)，用于根据所述相应的预定系数校正所述传输信号的调制数据。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述设备包括多输入多输出发射器。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述设备包括具有非线性部件的线性放大发射器。
10.一种操作具有至少两个传输分支的传输设备的方法，该传输分支用于以基本上相同的频率传输相应的传输信号，所述设备包括步骤：
a)在第一频率处产生要在第一传输分支中使用的第一信号；
b)在第二频率处产生要在第二传输分支中使用的第二信号，所述第二频率不同于所述第一频率；以及
c)以相应的预定系数分频或者倍频所述第一和第二频率中的至少一个频率，以便使得能够以所述基本上相同的频率传输所述传输信号。
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