CN102882822B - 信号调制器与信号调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信号调制器及信号调制方法。该信号调整期包含有：调制电路用来根据第一振荡信号、第二振荡信号、第三振荡信号以及第四振荡信号调制一无线通信信号；第一信号路径电路，用来将第一同相振荡信号传导至该调制电路以及将第一正交振荡信号传导至该调制电路；以及第二信号路径电路，用来将第二同相振荡信号传导至该调制电路以及将第二正交振荡信号传导至该调制电路，且该第一信号路径电路造成的相位差和该第二信号路径电路造成的相位差大致相等。本发明能够在无线通信系统中避免频率调制器的输出出现该图像信号。

Description

信号调制器与信号调制方法

技术领域

本发明相关于信号调制器及其相关调制方法，尤其是指一种无图像(image-free)的信号调制器及其相关调制方法。

背景技术

在一无线通信系统，例如一低中频(intermediate frequency,IF)收发系统或是一偏移锁相回路(offset phase-lock loop,OPLL)收发系统中，具有90度的相位差的两个振荡信号(即同相振荡信号(in-phase oscillating signal)以及正交振荡信号(quadrature-phase oscillating signal))，可经由接收器的频率调制器来对射频(Radio Frequency,RF)接收信号进行调制/降频(down-convert)以得到一同相输入信号以及一正交输入信号，以及经由传送器的频率调制器来对一基频信号(base-band signal)进行调制/升频(up-convert)来得到一升频后的同相信号以及一升频后的正交信号而实现。然而，当该两个振荡信号之间的相位差并未呈现完美的90度时，某些不想要的信号(例如图像信号(image signal))会被导入至调制器的输出。传统上，同相振荡信号以及正交振荡信号间的相位不匹配的主要缘由来自于分别用来传导同相振荡信号以及正交振荡信号的传输路径的长度的不匹配。理想的情况下，图像信号问题可通过小心的处理路径的绕线布局使其具有完全相同的长度和寄生条件来获得改善，然而实际应用中，固有的布局不匹配问题仍可能导致该路径的不匹配并且不可避免地产生该图像信号。既然该图像信号会严重影响无线通信系统的品质(例如线性度)，在一无线通信系统中如何避免频率调制器的输出出现该图像信号已成为本领域所亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种无图像干扰的调频器以及其相关调制方法，以解决上述问题。

根据本发明的第一实施例，提出一信号调制器。该信号调制器包含有一调制电路、一第一信号路径电路以及一第二信号路径电路。该调制电路根据第一振荡信号、第二振荡信号、第三振荡信号以及第四振荡信号来调制一无线通信信号。该第一信号路径电路用来将具有第一相位的第一同相振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第二相位的该第一振荡信号，以及将具有一第三相位的第一正交振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第四相位的该第二振荡信号。该第二信号路径电路用来将具有第五相位的第二同相振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第六相位的该第三振荡信号，以及将具有第七相位的第二正交振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第八相位的该第四振荡信号。该第一相位以及该第二相位的相位差和该第八相位以及该第七相位的相位差大致相等，该第四相位以及该第三相位的相位差和该第六相位以及该第五相位的相位差大致相等。

根据本发明的第二实施例，提出一信号调制方法。该信号调制方法包含有：利用调制电路且根据第一振荡信号、第二振荡信号、第三振荡信号以及第四振荡信号来调制一无线通信信号；利用第一信号路径电路来将具有第一相位的第一同相振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第二相位的该第一振荡信号，以及将具有第三相位的第一正交振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第四相位的该第二振荡信号；以及利用第二信号路径电路来将具有第五相位的第二同相振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第六相位的该第三振荡信号，以及将具有第七相位的第二正交振荡信号传导至该调制电路使该调制电路接收到具有第八相位的该第四振荡信号；其中该第一相位以及该第二相位的相位差和该第八相位以及该第七相位的相位差大致相等，该第四相位以及该第三相位的相位差和该第六相位以及该第五相位的相位差大致相等。

本发明根据四个振荡信号来使用四个混频器调制无线通信信号，以分别产生第一同相输出信号、第一正交输出信号、第二同相输出信号以及第二正交输出信号，然后结合第一同相输出信号以及第二同相输出信号来得到同相信号，以及结合第一正交输出信号以及第二正交输出信号来得到正交信号。透过适当地设计用以分别负责传导第一同相振荡信号、第一正交振荡信号、第二同相振荡信号与第二正交振荡信号的四个传导电路，无线通信信号的图像信号所造成的信号成份会在组合电路的输出端互相抵销掉，因此提高无线通信系统的品质。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的信号调制器的布局示意图；

图2为图1所示的信号调制器的一等效电路图；。

图3A为第一振荡信号的相位与第二振荡信号的相位之间的关系示意图；

图3B为第三振荡信号的相位与第四振荡信号的相位之间的关系示意图；

图4为根据本发明第二实施例的信号调制方法的流程图。

具体实施方式

在说明书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或者透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请同时参考图1和图2。图1为本发明信号调制器的第一实施例的布局示意图。图2为图1所示的信号调制器100的一等效电路图。信号调制器100包含有一分解电路（dividing circuit）102、一第一信号路径电路104、一第二信号路径电路106、一耦合电路（coupling circuit）108、一调制电路110以及一组合电路（combining circuit）112。在此实施例中，信号调制器100为接收器的一部分，其用来接收成为射频（RF）信号的一无线通信信号Sr；然而，这并非作为本发明的限制。经过适当的修改之后，信号调制器100还可用于一传送器并根据如图1所示的第一振荡信号Soc1、第二振荡信号Soc2、第三振荡信号Soc3以及第四振荡信号Soc4来将一基频信号转为一中频（intermediate frequency）信号或一射频信号（即无线通信信号Sr）而传送出去。

在本实施例中，分解电路102用来分解一振荡信号Soc并且产生一第一同相振荡信号Si1、一第二同相振荡信号Si2、一第一正交振荡信号Sq1以及一第二正交振荡信号Sq2。要注意的是，第一同相振荡信号Si1的相位P1和第一正交振荡信号Sq1的相位P2之间的相位差为90度，且第二同相振荡信号Si2的相位P3和第二正交振荡信号Sq2的相位P4之间的相位差也为90度。

调制电路110用来根据一第一振荡信号Soc1、一第二振荡信号Soc2、一第三振荡信号Soc3以及一第四振荡信号Soc4调制无线通信信号Sr。当第一同相振荡信号Si1、第二同相振荡信号Si2、第一正交振荡信号Sq1以及第二正交振荡信号Sq2产生时，第一信号路径电路104用来将第一同相振荡信号Si1传导至调制电路110以使调制电路110接收到相位为Po1的第一振荡信号Soc1，以及将第一正交振荡信号Sq1传导至调制电路110以使调制电路110接收到相位为Po2的第二振荡信号Soc2。第二信号路径电路106用来将第二同相振荡信号Si2传导至调制电路110以使调制电路110接收到相位为Po3的第三振荡信号Soc3，以及将第二正交振荡信号Sq2传导至调制电路110以使调制电路110接收到相位为Po4的第四振荡信号Soc4。根据第一信号路径电路104以及第二信号路径电路106，相位Po1与相位P1之间的相位差以及相位Po4与相位P4之间的相位差大致相等，且相位Po2与相位P2之间的相位差以及相位Po3与相位P3之间的相位差大致相等。

应注意的是，在本实施例中，信号调制器100为差分接收器的一部分，因此信号调制器100同时为一差分电路系统，这意味着第一同相振荡信号Si1、第一正交振荡信号Sq1、第二同相振荡信号Si2、第二正交振荡信号Sq2、第一振荡信号Soc1、第二振荡信号Soc2、第三振荡信号Soc3以及第四振荡信号Soc4均为差分振荡信号，且各包含有一正振荡信号以及一负振荡信号。因此，第一信号路径电路104包含有一传导电路1042以及一传导电路1044，其中传导电路1042进一步包含有传导路径1042a以及传导路径1042b，其用来将第一同相振荡信号Si1的正振荡信号Si1+以及负振荡信号Si1-传导至调制电路110，并分别成为Soc1+以及Soc1-；且第二传导电路1044进一步包含有传导路径1044a以及传导路径1044b，其用来将第一正交振荡信号Sq1的负振荡信号Sq1-以及正振荡信号Sq1+传导至调制电路110，并分别成为Soc2-以及Soc2+。第二信号路径电路106包含有传导电路1062以及传导电路1064，其中传导电路1062进一步包含有传导路径1062a以及传导路径1062b，其用来将第二同相振荡信号Si2的正振荡信号Si2+以及负振荡信号Si2-传导至调制电路110，并分别成为Soc3+以及Soc3-；而传导电路1064进一步包含有传导路径1064a以及传导路径1064b用来将第二正交振荡信号Sq2的负振荡信号Sq2-以及正振荡信号Sq2+传导至调制电路110，并分别成为Soc4-以及Soc4+。应注意的是，传导电路1042以及传导电路1064相互对称(bilaterally symmetric)，且传导电路1044以及传导电路1062也是两两相互对称。更具体的说，如图1所示，传导路径1042a与传导路径1064b两两相互对称、传导路径1042b与传导路径1064a两两相互对称、传导路径1044a与传导路径1062b两两相互对称，以及传导路径1044b与传导路径1062a两两相互对称。

换句话说，在此实施例中，传导路径1042a的长度与传导路径1064b的长度相同、传导路径1042b的长度与传导路径1064a的长度相同、传导路径1044a的长度与传导路径1062b的长度相同，以及传导路径1044b的长度与传导路径1062a的长度相同。耦接第一同相振荡信号Si1以及第一正交振荡信号Sq1至第一信号路径电路104的次序(即图1中从左至中的次序)和耦接第二同相振荡信号Si2以及第二正交振荡信号Sq2至第二信号路径电路106的次序(即图1中从左至右的次序)相同。

耦合电路108为一交流耦合电路，其用来耦接第一振荡信号Soc1、第二振荡信号Soc2、第三振荡信号Soc3以及第四振荡信号Soc4至调制电路110，其中调制电路110用来接收第一振荡信号Soc1、第二振荡信号Soc2、第三振荡信号Soc3以及第四振荡信号Soc4，并将无线通信信号Sr从射频频率降频至中频频率。此外，调制电路110包含有一第一混频器(mixer)1102、一第二混频器1104、一第三混频器1106以及一第四混频器1108。第一混频器1102耦接至传导电路1042，并根据第一振荡信号Soc1来调制无线通信信号Sr以产生一第一同相输出信号Sio1。第二混频器1104耦接至传导电路1044，并根据第二振荡信号Soc2来调制无线通信信号Sr以产生一第一正交输出信号Sqo1。第三混频器1106耦接至传导电路1062，并根据第三振荡信号Soc3来调制无线通信信号Sr以产生一第二同相输出信号Sio2。第四混频器1108耦接至传导电路1064，并根据第四振荡信号Soc4来调制无线通信信号Sr以产生一第二正交输出信号Sqo2。

此外，组合电路112耦接至第一混频器1102、第二混频器1104、第三混频器1106以及第四混频器1108。组合电路112用来组合(combine)第一同相输出信号Sio1以及第二同相输出信号Sio2，来产生一同相信号Si，以及用来组合第一正交输出信号Sqo1以及第二正交输出信号Sqo2来产生一正交信号Sq。

根据图1可以看出，传导电路1042以及传导电路1064两两相互对称，而传导电路1044以及传导电路1062也是两两相互对称，因此第一振荡信号Soc1以及第一同相振荡信号Si1的相位差（因传导电路1042所造成）和第四振荡信号Soc4以及第二正交振荡信号Sq2的相位差（因传导电路1064所造成）会相同，而第二振荡信号Soc2以及第一正交振荡信号Sq1的相位差（因传导电路1044所造成）和第三振荡信号Soc3以及第二同相振荡信号Si2的相位差（因传导电路1062所造成）会相同。此外，第一振荡信号Soc1以及第二振荡信号Soc2的有效相位差会比一特定相位差(即90度)大一相位值(即图3A以及图3B中的φrr)，且第三振荡信号Soc3以及第四振荡信号Soc4的有效相位差会比该特定相位差的小该相位值。为简明起见，以下关于信号调制器100的数学运算式假设第一同相振荡信号Si1和第二同相振荡信号Si2相同，且第一正交振荡信号Sq1和第二正交振荡信号Sq2相同，换句话说，第一同相振荡信号Si1的相位P1和第二同相振荡信号Si2的相位P3相同，且第一正交振荡信号Sq1的相位P2和第二正交振荡信号Sq2的相位P4相同。

若无线通信信号Sr用cos[(ω_LOt+Δω)t]来表示，且无线通信信号Sr的图像信号用cos[(ω_LOt-Δω)t]来表示，则第一同相振荡信号Si1以及第二同相振荡信号Si2可用cos(ω_LOt)来表示，第一正交振荡信号Sq1以及第二正交振荡信号Sq2可用sin(ω_LOt)来表示，传导电路1042以及传导电路1044之间的差异所造成的相位误差为φrr，传导电路1062以及传导电路1064之间的差异所造成的相位误差亦为φrr，且第一振荡信号Soc1也可用cos(ω_LOt)来表示，第二振荡信号Soc2可用sin[(ω_LO)t+φrr]来表示，第三振荡信号Soc3可用cos[(ω_LO)t+φrr]来表示，而第四振荡信号Soc4可用sin(ω_LOt)来表示。请同时参考图3A以及图3B。图3A为第一振荡信号Soc1的相位Po1以及第二振荡信号Soc2的相位Po2之间的关系示意图，而图3B为第三振荡信号Soc3的相位Po3以及第四振荡信号Soc4的相位Po4之间的关系示意图。因此，第一振荡信号Soc1的相位Po1以及第二振荡信号Soc2的相位Po2之间的相位不匹配(即φrr)和第三振荡信号Soc3的相位Po3以及第四振荡信号Soc4的相位Po4之间的相位不匹配(即φrr)相同。

对于无线通信信号Sr（即cos[(ω_LOt+Δω)t]）来说：第一混频器1102的输出信号与第二混频器1104的输出信号的组合可用方程式(1)来表示：

$\mathrm{Sc}1=\cos \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)+\frac{1}{2}\mathrm{\φrr}\·\sin \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)---\left(1\right)$

第三混频器1106的输出信号和第四混频器1108的输出信号的组合可用方程式(2)来表示：

$\mathrm{Sc}2=\cos \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)+\frac{1}{2}\mathrm{\φrr}\·\sin \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)---\left(2\right)$

对于图像信号cos[(ω_LOt-Δω)t]来说：第一混频器1102的输出信号和第二混频器1104的输出信号的组合可用方程式(3)来表示：

$\mathrm{Sc}3=\frac{1}{2}\cos \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)-\frac{1}{2}\cos \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)+\frac{1}{2}\mathrm{\φrr}\·\sin \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)---\left(3\right)$

第三混频器1106的输出信号和第四混频器1104的输出信号的组合可用方程式(4)来表示：

$\mathrm{Sc}4\≅\frac{1}{2}\cos \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)-\frac{1}{2}\mathrm{\φrr}\·\sin \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)-\frac{1}{2}\cos \left(\mathrm{\Δ\ωt}\right)---\left(4\right)$

因此，根据以上与信号调制器100相关的数学运算，当信号Sc3和信号Sc4组合时，信号Sc3以及信号Sc4互相抵销，这表示将实质上有助于组合电路112的输出中不会带有无线通信信号Sr的图像信号cos[(ω_LOt-Δω)t]的成份。应注意的是，在此实施例中，不想要的信号来自信号Sc1与信号Sc2的组合。

因此，以上实施例的操作可以用图4中的步骤作为总结。图4为根据本发明第二实施例的信号调制方法400的流程图。为简明起见，信号调制方法400的细节可参照以上关于信号调制器100的描述。只要大体上可达到相同的结果，并不需要一定照图4所示的流程中的步骤顺序来进行，且图4所示的步骤不一定要连续进行，其他步骤也可以插入其中。信号调制方法400的步骤包含有：

步骤402：使用传导电路1042来将第一同相振荡信号Sil传导至调制电路110；

步骤404：使用传导电路1044来将第一正交振荡信号Sq1传导至调制电路110；

步骤406：使用传导电路1062来将第二同相振荡信号Si2传导至调制电路110；

步骤408：使用传导电路1064来将第二正交振荡信号Sq2传导至调制电路110；

步骤410：调制电路110依据第一振荡信号Soc1、第二振荡信号Soc2、第三振荡信号Soc3以及第四振荡信号Soc4调制无线通信信号Sr，以分别产生第一同相输出信号Sio1、第一正交输出信号Sqo1、第二同相输出信号Sio2以及第二正交输出信号Sqo2；

步骤412：组合第一同相输出信号Sio1以及第二同相输出信号Sio2来产生同相信号Si，并结合第一正交输出信号Sqo1以及第二正交输出信号Sqo2来产生正交信号Sq。

本实施例的目的是让第一振荡信号Soc1以及第一同相振荡信号Si1的相位差（因传导电路1042所造成）和第四振荡信号Soc4以及第二正交振荡信号Sq2的相位差（因传导电路1064所造成）实质上相同，以及让第二振荡信号Soc2以及第一正交振荡信号Sq1的相位差（因传导电路1044所造成）和第三振荡信号Soc3以及第二同相振荡信号Si2的相位差（因传导电路1062所造成）实质上相同，因此传导电路1042以及传导电路1064被设计为两两相互对称，另外传导电路1044以及传导电路1062也被设计为两两相互对称。于是根据以上与信号调制器100相关的数学式可知，无线通信信号Sr的图像信号cos[(ω_LOt-Δω)t]所造成的信号成份在组合电路112的输出会互相抵销。

简单地说，本发明的较佳实施例根据四个振荡信号(即Soc1～Soc4)来使用四个混频器(即1102～1108)调制无线通信信号Sr，以分别产生第一同相输出信号Sio1、第一正交输出信号Sqo1、第二同相输出信号Sio2以及第二正交输出信号Sqo2，然后组合第一同相输出信号Sio1以及第二同相输出信号Sio2来得到同相信号Si，以及组合第一正交输出信号Sqo1以及第二正交输出信号Sqo2来得到正交信号Sq。通过适当地设计用以分别负责传导第一同相振荡信号Si1、第一正交振荡信号Sq1、第二同相振荡信号Si2以及第二正交振荡信号Sq2的传导电路1042、1044、1062以及1064，无线通信信号Sr的图像信号cos[(ω_LOt-Δω)t]所造成的信号成份会在组合电路112的输出互相抵销。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域任何技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视本发明的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种信号调制器，其特征在于，包含有：

调制电路，用来根据第一振荡信号、第二振荡信号、第三振荡信号以及第四振荡信号来调制一无线通信信号；

第一信号路径电路，用来将具有第一相位的第一同相振荡信号传导至该调制电路以使该调制电路接收到具有第二相位的该第一振荡信号，以及将具有第三相位的第一正交振荡信号传导至该调制电路以使该调制电路接收到具有第四相位的该第二振荡信号；以及

第二信号路径电路，用来将具有第五相位的第二同相振荡信号传导至该调制电路以使该调制电路接收到具有第六相位的该第三振荡信号，以及将具有第七相位的第二正交振荡信号传导至该调制电路以使该调制电路接收到具有第八相位的该第四振荡信号；

其中该第二相位和该第一相位的相位差等于该第八相位和该第七相位的相位差，以及该第四相位和该第三相位的相位差等于该第六相位和该第五相位的相位差，并且该第二相位和该第一相位的相位差与该第四相位和该第三相位的相位差不相等。

2.如权利要求1所述的信号调制器，其特征在于，该第一同相振荡信号的相位和该第二同相振荡信号的相位相同，以及该第一正交振荡信号的相位和该第二正交振荡信号的相位相同。

3.如权利要求1所述的信号调制器，其特征在于，该第一信号路径电路包含有：

第一传导电路，用来将该第一同相振荡信号传导至该调制电路；以及

第二传导电路，用来将该第一正交振荡信号传导至该调制电路；以及

该第二信号路径电路包含有：

第三传导电路，用来将该第二同相振荡信号传导至该调制电路；以及

第四传导电路，用来将该第二正交振荡信号传导至该调制电路；

其中该第一传导电路和该第二传导电路其中之一与该第三传导电路和该第四传导电路其中之一互相对称。

4.如权利要求3所述的信号调制器，其特征在于，该第一传导电路和该第四传导电路两两相互对称，以及该第二传导电路和该第三传导电路两两相互对称。

5.如权利要求1所述的信号调制器，其特征在于，该第一同相振荡信号、该第一正交振荡信号、该第二同相振荡信号以及该第二正交振荡信号均为差分振荡信号且各包含有一正振荡信号以及一负振荡信号；

该第一信号路径电路包含有：

第一传导电路，包含有第一传导路径以及第二传导路径，用来将该第一同相振荡信号的正振荡信号以及负振荡信号分别传导至该调制电路；

第二传导电路，包含有第三传导路径以及第四传导路径，用来将该第一正交振荡信号的负振荡信号以及正振荡信号分别传导至该调制电路；

该第二信号路径电路包含有：

第三传导电路，包含有第五传导路径以及第六传导路径，用来将该第二同相振荡信号的正振荡信号以及负振荡信号分别传导至该调制电路；

第四传导电路，包含有第七传导路径以及第八传导路径，用来将该第二正交振荡信号的负振荡信号以及正振荡信号分别传导至该调制电路；

其中该第一信号路径电路的多个传导路径的其中之一以及该第二信号路径电路的多个传导路径的其中之一相互对称。

6.如权利要求5所述的信号调制器，其特征在于，该第一传导路径以及该第八传导路径两两相互对称，该第二传导路径以及该第七传导路径两两相互对称，该第三传导路径以及该第六传导路径两两相互对称，以及该第四传导路径以及该第五传导路径两两相互对称。

7.如权利要求5所述的信号调制器，其特征在于，该第一传导路径的长度与该第八传导路径的长度相同，该第二传导路径的长度与该第七传导路径的长度相同，该第三传导路径的长度与该第六传导路径的长度相同，以及该第四传导路径的长度与该第五传导路径的长度相同。

8.如权利要求5所述的信号调制器，其特征在于，该第一同相振荡信号以及该第一正交振荡信号耦接至该第一信号路径电路的第一次序与该第二同相振荡信号以及该第二正交振荡信号耦接至该第二信号路径电路的第二次序相同。

9.如权利要求1所述的信号调制器，其特征在于，该第一振荡信号以及该第二振荡信号之间的有效相位差大于一特定相位差一相位值，而该第三振荡信号以及该第四振荡信号之间的有效相位差小于该特定相位差该相位值。

10.如权利要求1所述的信号调制器，其特征在于，该信号调制器为接收器的一部分且用来接收属于一射频信号的该无线通信信号，或是该信号调制器为传送器的一部分且用来根据该第一振荡信号、该第二振荡信号、该第三振荡信号以及该第四振荡信号来传送该无线通信信号。

11.一种信号调制方法，其特征在于，应用至如权利要求1-10任一所述的信号调制器中。