CN105743524A - 多天线分布式无线电系统 - Google Patents

Abstract

一种无线电接收机，包括：串行数据接口，被配置为从另一无线电接收机接收串行数据信号；时钟/数据恢复电路，被配置为根据串行数据信号产生时钟信号和数据信号；无线电前端，被配置为从时钟/数据恢复电路接收时钟信号以产生接收信号；以及信号组合电路，被配置为将接收信号和数据信号组合。

Description

多天线分布式无线电系统

技术领域

本发明涉及无线电领域，具体涉及无线电接收机以及无线电系统。

背景技术

无线电接收机的性能可能被多径接收现象降低。这发生在发送信号通过直接路径以及经物体反射的间接路径到达接收机天线的时候。根据直接和反射信号之间的时延，它们可能破坏地叠加，从而使接收机的正常操作中断。就广播系统而言，这一现象通常可见于FM接收机，其中无线电信号的波长和到周围(建筑物、山等)的距离使用户能够明显注意到这种不期望的多径效应。

在静止情况中，可以将无线电装置的位置略微调整几厘米，以确保天线处于信号建设性叠加且避免多径失真的位置。然而，在车载无线电装置中，无线电接收机的天线将处于连续改变的条件中，因此多径接收依然是接收音频质量的主要限制。数字广播使用相对较宽频率范围上分布的多载波正交频分复用(OFDM)信号，减轻了模拟FM无线电的这一缺点。但是由于数字无线电标准在全球推广缓慢，FM无线电接收仍然被车载无线电用户和厂商广泛使用。

因此，在高端应用中，汽车厂商提供至少一个附加天线，使得两个(或更多个)天线以大约感兴趣信号的四分之一波长的距离相分隔。通过这种方式，两个天线接收的信号在反射方面上“不相关”，即当一个天线由于多径干扰处于“信号底部”时，另一天线应当正在接收强信号。更高级的无线电接收机应用使用多天线处的这些不相关的信号的相位分集算法，调整接收机系统中的信号时延，使得在解调前的信号叠加是建设性的。这样消除了音频输出处的多径失真。这可以通过为每个天线提供单独的调谐器(无线电前端)并在解调前用相位分集算法将信号进行数字上的组合来实现。

为实现信号的建设性叠加，在相位分集操作前，分离路径中的所有信号处理步骤都使用从相同晶体参考导出的时钟和定时参考。也就是说，例如，将信号转换到基带的每个天线路径中的射频(RF)混频器都由来自相同锁相环(PLL)和/或PLL的参考晶体振荡器来驱动。大多数相位分集算法可以对小但恒定的相位偏移进行修正。但是，即使是小的频率偏移(由于物理上不同的晶体)也将转化为无法通过相位分集算法与天线上的到达时间差进行区分的连续变化的相位。这种约束限制了被配置为相位分集系统的2个(或更多)接收机之间的实际距离。

发明内容

以下将提出各示例性实施例的概述。以下概述有一些简化和省略，其旨在突出和介绍各示例性实施例的一些方面，但不限制本发明。之后的部分对示例性实施例的进行描述，其足以使本领域技术人员能够制造和使用本发明构思。

各实施例涉及一种无线电接收机，包括：串行数据接口，被配置为从另一无线电接收机接收串行数据信号；时钟/数据恢复电路，被配置为根据串行数据信号产生时钟信号和数据信号；无线电前端，被配置为从时钟/数据恢复电路接收时钟信号以产生接收信号；以及信号组合电路，被配置为将接收信号和数据信号组合。

各实施例还涉及一种无线电接收机，包括：无线电前端，被配置为从振荡器接收第一时钟信号以产生接收信号；以及串行数据接口，被配置为向另一无线电接收机发送串行数据信号，其中所述串行数据信号向所述另一无线电接收机提供接收信号和第二时钟信号，其中第二时钟信号与第一时钟信号相对应。

各实施例还涉及一种无线电系统，包括第一无线电接收机和第二无线电系统，第一无线电系统包括：第一无线电前端，被配置为从振荡器接收第一时钟信号以产生第一接收信号；以及第一串行数据接口，被配置为向第二无线电接收机发送串行数据信号，其中所述串行数据信号向第二无线电接收机提供第一接收信号和第二时钟信号，其中第二时钟信号与第一时钟信号相对应；第二无线电接收机包括：第二数据接口，被配置为从第一无线电接收机接收串行数据信号；时钟/数据恢复电路，被配置为根据串行数据信号产生第二时钟信号和第一接收信号；第二无线电前端，被配置为从时钟/数据恢复电路接收第二时钟信号以产生第二接收信号；以及信号组合电路，被配置为将第一接收信号和第二接收信号组合。

附图说明

为更好地理解各示例性实施例，参考附图，其中：

图1示出了使用Leaf-Dice和Dirana2集成电路(IC)的无线电系统；

图2示出了将晶体直接应用于两个相同无线电接收机的备选装置；

图3示出了750Mbps信号的测量频谱；

图4示出了没置在两个接收机之间作为时分复用信息流的串行链路；以及

图5示出了锁至数据流后的测量VCO频谱。

为帮助里，相同的附图标记用于表示具有实质相同或相似的结构或者实质相同或相似的功能的元件。

具体实施方式

说明书和附图仅示出本发明的原理。因此，可以理解，本领域技术人员能够设计本文未明确描述或示出，但体现本发明原理且包括在其范围内的各装置。此外，全部示例主要旨在明确地用于示范目的，以帮助读者来理解发明人为推进技术所贡献的本发明的原理和构思，并且应被理解为不对具体陈述的示例和条件进行限制。此外，除非另有指示(例如，“否则”或“备选地”)，本文使用的术语“或”指代非排除性的或(即，和/或)。此外，本文描述的各实施例不必相互排斥，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例相组合以形成新的实施例。本文中，除非另有指示，术语“上下文”和“上下文对象”将理解为同义词。

在许多配置中可以找到商业可用FM相位分集接收机。一些早期设计，例如NXP低IF数字芯片组、TEF7000(Leaf-Dice)调谐器前端以及SAF7740(Dirana2)车载无线电数字信号处理器，具有连接到通过时钟传输来共享一个晶体参考的两个天线的两个分离的调谐器集成电路(IC)。晶体参考应用于产生包括分频时钟(dividedclock)的所有系统时钟的DSP设备。图1示出了使用Leaf-Dice和Dirana2集成电路(IC)的无线电系统。通过设备之间的外部互连，将这些分频时钟之一用作两个调谐器IC的PLL的参考频率。所传输的时钟信号是实际晶体频率的分频版本，使得该信号及其谐波不使干扰进入期望的FM接收频带。

实际上，还需要附加测量(例如，低电压差分信令(LVDS)或者操作的当前操纵模式以及设备间的短印刷电路板(PCB)轨)来避免干扰。还需要两个设备之间的短时钟线来确保在正在使用远程参考信号的调谐器设备处产生高质量LO。长线将用作从周围拾取不希望的噪声及干扰、从而将LO信号调制到第二调谐器的天线。

如今，已有将调谐器和相位分集算法集成在相同设备上的产品，例如NXPDirana3(SAF775x系列)片上集成车载无线电和音频系统。这里，其优点是相同的高质量晶体参考对确保良好性能的两个调谐器来说都方便可用。

由于这些约束，所有设备都相互紧靠地放置在板上。然而，汽车上的天线位置彼此仍保持着相对较大的距离，以确保相位分集的不相关接收正确工作。因此，需要长同轴线缆将RF天线信号传送到无线电板上的设备。图2示出了将晶体直接应用于两个相同无线电接收机的备选装置。这里，接收机在板上包含所有需要的相位分集信号处理。但是，由于上述相同原因，两个设备仍然需要相互非常靠近。

在所有上述示例中，无论其配置如何，都使用长同轴线缆将FM天线信号运送到设置在无线电板上的相位分集接收机。这些线缆成本高，需要良好的RF性能以使到无线电接收机的FM输入信号不会变差并屏蔽它们不受干扰。

与此同时，许多汽车厂商正在考虑放弃中央化的“核心单元”(HeadUnit)信息娱乐构思。相反，该思想使用分布式系统，其中核心单元主要是用于控制和显示的人机交互(HMI)。这时，无线电接收机放置在天线处，并通过标准“数字线缆”(例如便宜的双绞线)相互连接并连接到核心单元中的中央化HMI。然而，遗憾的是，这种分布式系统设置与上述基于高性能RF同轴线缆的FM分集要求不兼容。长数字双绞线缆将产生对接收机RF和天线电路的不可接受的辐射干扰。由于长电线上的时钟传输使参考信号质量相对于杂声和噪声变差，相位分集算法正确工作所需的时钟共享将不切实际。

做出到分布式无线电系统的转变意味着在物理上将两个调谐器相互移开并紧靠它们各自的天线连接。也就是说，拉伸参考晶体时钟和在长距离上承载分集算法所需的数字化FM信号的基带集成电路内置音频(I2S)信号线。在当前技术下，长I2S互连线将产生对两个设备的RF数据的不可接受级别的干扰。

此外，也不存在使分集算法工作的可行时钟方案。对每个接收机使用单独的晶体将承受时钟之间的频率偏移。相位分集算法无法容忍频率偏移，因为频率偏移导致两个天线信号之间的变化相位，无法与天线上的信号到达时间区分。时钟共享也不可行，因为由于来自周围的噪声和杂声而导致长线缆将使参考信号质量变差。通过“互混频”机制，PLL频率合成器的差质量时钟参考导致解调音频信号的较低信噪比和降低的动态选择性。此外，长时钟线还将形成为对敏感RF电路的干扰源。

以下描述的实施例的目的在于，提供一种在FM接收机之间的低成本鲁棒的数字时钟和数据传输，并且不干扰敏感RF电路并保持良好的相位分集性能。虽然本文描述的实施例解决相位分集性能，但是本文描述的方法和装置可以在其中组合有两个分集接收无线电信号的其他系统中使用。因此，相位分集电路可以是任何信号组合电路。

在以下描述的实施例中，由于从在设备之间传输的修改的数字数据中提取时钟信号，所以不存在分离的时钟线。因此，不需要高性能同轴线缆，标准双绞数字线缆将足够。对线路上的实际数据进行修改，使得其谱密度是宽带并且是类噪声的，从而使对RF电路的干扰最小化。为进一步降低来自长数据线的实际辐射，可以使用低电压差分信令(类LVDS)类型的收发机以与设备相接口。以下将说明用于降低杂声数据产生以及从数据流中的高性能时钟提取的机制。

为使无线电频谱中的杂声最小化，所发送的串行数据是“白”的或者随机的。可以基于各种要求对实际发送的比特率进行优化。可以是容易产生并且与无线电接收机架构要求的其他部分相兼容的速率。较高的比特率可以提供有效载荷和频谱整形的更多灵活性。

为示出本文所述实施例的基本原理，图2示出了两个相位分集设备。在该产品中使用的接收机架构基于在美国专利No.8,503,507中描述的名为“fixed-oscillator”的构思，通过引用将专利并入以用于全部目的。在该示例中，VCO频率设置为约6GHz。方便地，使用简单八分频将比特率设置为750Mbps。该特定比特率的一个副优点是，噪声形状的频谱在靠近DAB-L频带的频率(1.5GHz)的两倍处具有凹陷。实际上，该凹陷正好位于DAB-L外侧，以确保时钟谐波残留(如存在)在频带外侧。图3示出了750Mbps信号的测量频谱。这里示出的示例用于两个NXPTEF6692接收机设备。然而，不限制该构思应用于其他接收机。

在两个接收机之间设置串行链路作为时分复用信息流。图4示出了该串行链路。其目的是在该链路上发送的信号的频谱完全不包含杂声，因为杂声可能损害接收质量。杂声不仅损害发送和接收该信号的调谐器的接收质量，还可能损害附近的其他调谐器(例如，相同汽车中可能在其他无线电频带上接收和发送的调谐器)的接收质量。在分组中发送信息，每个分组都属于单个流。流信息添加在分组首部中。向分组添加差错检测信息，差错检测信息增加链路鲁棒性。为保持类噪声信号频谱，可以避免突发(burst)活动。这可以通过连续发送分组、在没有信息要发送时添加空分组来实现。为避免分组谐波，背靠背(back-to-back)地发送分组。此外，所述串行链路允许具有以环形网络连接或连接为菊花链(daisychain)的多个节点的灵活系统配置。

从上述类噪声串行数据流中的时钟提取需要符合接收机(不包括在标准SERDES接口中使用的时钟和数据恢复电路)的严格RF要求：低噪声和低杂声。这些严格要求与板载PLL频率合成器满足的LO频谱纯度相关。图4中示出了用PLL时钟恢复来设置的分布式相位分集系统。为简化起见，仅示出了两个接收机的PLL部分。这两个接收机位于靠近它们各自天线的不同位置。它们仅通过双绞数字串行数据接口相互连接。图2中基本示出了接收机设备，但是设备之间包括修改的接口。因此，以下描述将着重于该修改的接口。

第一调谐器TunerA具有与设备直接相连的晶体参考XTAL。因此具有由PLL产生的良好质量振荡器信号。在典型应用中，使用TEF6692接收机设备，晶体频率大约是55MHz，并且VCO频率大约是6GHz。八分频电路在750MHz产生用于串行链路电路的所需时钟。要通过TunerA中的TXPHY在串行数据链路上向第二设备TunerB发送的用于相位分集目的的数字化FM信号是向数字收发机电路RXPHY输入的“数据”。将该数据封装，用随机化技术“整形”，并重新定时钟为750MHz参考。这时得到的数据流是类噪声的，并且没有杂声和突发活动。然后，使用到串行数据链路双绞线缆的类LVDS接口，向远程位置处的第二接收设备TunerB发送该数据流。

第二调谐器TunerB没有对其PLL的晶体参考。相反，使用所接收的类噪声数据流作为参考。由于数据流处于与通常使用的(55MHz)参考不同的频率(750MHz)，用于可编程反馈分频器的PLL参数设置、相位检测器/充电泵以及环形滤波器不同于使用晶体参考的PLL。参见图5，电路仿真和测量确认：利用对系统参数的仔细选择，第二PLL能够锁到类噪声数据流并产生具有用于接收机的足够质量(噪声和杂声)的“干净”VCO信号。然后，可以使用相同VCO信号的分频版本作为参考来对数据流重新定时钟并进行去白化(de-whiten)，从而重构相位分集算法所需的数据。

虽然对本发明的某些示例性方面进行具体参考，以详细描述各示例性实施例，但是应当理解，本发明能够具有其它实施例并且能够在各种明显的方面对其细节进行修改。由于对本领域技术人员来说显而易见，可以在本发明的精神和范围之内实现各种变化和修改。因此，前述公开内容、描述和附图仅用于说明性目的，不以任何方式限制由权利要求来界定的本发明。

Claims (14)

1.一种无线电接收机，包括：

串行数据接口，被配置为从另一无线电接收机接收串行数据信号；

时钟/数据恢复电路，被配置为根据串行数据信号产生时钟信号和数据信号；

无线电前端，被配置为从时钟/数据恢复电路接收时钟信号以产生接收信号；以及

信号组合电路，被配置为将接收信号和数据信号组合。

2.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中信号组合电路是被配置为将接收信号和数据信号进行相位对齐的相位分集电路。

3.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中串行数据信号是宽带类噪声信号。

4.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中串行数据接口被配置为连接到双绞线缆。

5.根据权利要求1所述的无线电接收机，其中串行数据接口是低压差分信令接口。

6.一种无线电接收机，包括：

无线电前端，被配置为从振荡器接收第一时钟信号以产生接收信号；以及

串行数据接口，被配置为向另一无线电接收机发送串行数据信号，其中所述串行数据信号向所述另一无线电接收机提供接收信号和第二时钟信号，其中第二时钟信号与第一时钟信号相对应。

7.根据权利要求6所述的无线电接收机，其中串行数据信号是宽带类噪声信号。

8.根据权利要求6所述的无线电接收机，其中串行数据接口被配置为连接到双绞线缆。

9.根据权利要求6所述的无线电接收机，其中串行数据接口是低压差分信令接口。

10.一种无线电系统，包括：

第一无线电接收机，包括：

第一无线电前端，被配置为从振荡器接收第一时钟信号以产生第一接收信号；以及

第一串行数据接口，被配置为向第二无线电接收机发送串行数据信号，其中所述串行数据信号向第二无线电接收机提供第一接收信号和第二时钟信号，其中第二时钟信号与第一时钟信号相对应；

第二无线电接收机，包括：

第二数据接口，被配置为从第一无线电接收机接收串行数据信号；

时钟/数据恢复电路，被配置为根据串行数据信号产生第二时钟信号和第一接收信号；

第二无线电前端，被配置为从时钟/数据恢复电路接收第二时钟信号以产生第二接收信号；以及

信号组合电路，被配置为将第一接收信号和第二接收信号组合。

11.根据权利要求10所述的无线电系统，其中信号组合电路是被配置为将第一接收信号和第二接收信号进行相位对齐的相位分集电路。

12.根据权利要求10所述的无线电系统，其中串行数据信号是宽带类噪声信号。

13.根据权利要求10所述的无线电系统，其中串行数据接口被配置为连接到双绞线缆。

14.根据权利要求10所述的无线电系统，其中串行数据接口是低压差分信令接口。