CN1105424C - 零拍接收机中二阶互调制的补偿 - Google Patents

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Abstract

一种零拍无线电接收设备被提供，用于减轻由不需要的信号引起的剩余二阶互调制项产生的固定或可变的DC偏移。零拍无线电接收设备包括一个天线(1)，一个天线带通滤波器(2)，一个RF放大器(4)和一个正交下变频器(5)。用于复基带的正交下变频器(5)是以围绕希望的接收频率为中心的，使得复基带信号位于零频周围。一个辅助总功率检测器(6)被提供来测量通过天线带通滤波器的总接收到的功率，使得由二阶互调制引起的不需要的项被补偿。通过将瞬时功率测量结果和复基带信号一起送到一个信号处理单元(20)实现补偿。然后，信号处理单元(20)通过将功率信号与复基带信号相关确定复补偿系数。复补偿系数被用来从复基带信号中减去功率信号的加权量，以便消除不需要的二阶互调制畸变项。

Description

零拍接收机中二阶互调制的补偿
                          背景
本发明涉及零拍接收机，更具体而言，涉及一种补偿由二阶互调项引起的不需要信号的设备。
零拍接收机通常认为是超外差接收机的变型。超外差接收机一般接收第一频带中的信号，通过将接收到的信号与本地产生的振荡信号混频，将它们变换到第二或中频带。通过选择本地振荡信号偏离所选的，在第一频带中的所要信号一个常数，使所选的需要的信号始终出现在中频带中相同的频率上。由此，所选的，需要的信号的选取可方便地通过一个固定调谐的中频滤波器来实现。
在超外差接收机的零拍接收机变型中，所选的中频带是DC或零频。则本地振荡器偏离所选的需要的信号为零频率。任何对所选的需要信号的调制在额定的信号频率上下产生谱分量，在混频器输出被折叠，作为信号频率以下的分量dF或信号频率以上的dF出现在额定的零频以上的中频dF。为了能够分辨这种被折叠的分量，在零拍接收机中提供两个混频器，利用相位偏移90度的本地振荡器信号。然后在额定信号频率上下的分量被折叠，在一个混频器输出I＝A+B，在另一个混频器输出Q＝J(A-B)，其中如果希望的话通过形成B＝(I+JQ)/2或A＝(I-JQ)/2可将它们分离开。
这种零拍接收机的操作详细描述在美国专利No.5,241,702中，引入于此作为参考。与已知的零拍接收机中操作有关的一个问题是本地振荡器频率等于希望的接收频率，这导致零拍接收机接收由其本身的本地振荡器的辐射产生的干扰分量。当本地振荡器频率精确地位于额定期望频率上时，在混频器输出上的干扰分量被精确地变换到零频或DC，产生大的DC偏移分量，它要比需要的信号大许多量级。然而应用一种技术可将这种干扰分量除去，包括对来自正交混频器的复基带信号实施微分，数字化，然后重新整合。
结果，在让总功率通过天线带通滤波器的已知零拍接收机中，可能包括许多不需要的信号以及需要的信号，一般情况下，通过在RF放大器或正交下变频器中的平方律畸变项得到纠正，然而导致将差错项叠加到复基带信号上。当干扰信号是被幅度调制的，或脉冲群型的，例如TDMA传输中那样，这种类型的差错项最明显。
当任何频率的其它强干扰信号出现出正交下变频器的输入时，可以通过在混频器传递函数的多项式描述中的任何偶数阶畸变项，将此信号与它们自己混频变换到DC。通过选择平衡式混频器结构和推挽式RF放大器结构，使偶数阶畸变抵销，其中最重要的项是平方律项，也称为二阶互调制或IP2，这样可将这种影响可降至最低。然而，由于在平衡式结构中不完善的平衡引起的残余IP2项，对于足够强度的信号来说仍然可以产生固定的或可变的DC偏移。
本发明针对一种零拍无线电接收设备，用于减轻在已知的零拍接收机操作中由于剩余IP2项产生的任何固定的或可变的DC偏移。
                          概述
依据本发明，藉助于一种零拍无线电接收设备，实现了这些和其它目的，该接收设备包括：一个天线，一个天线带通滤波器，一个RF放大器和一个变换到复基带的正交下变频器。在本发明的一种示范性实施方案中，用于下变频器的本地振荡器是以希望的接收频率为中心的，以便使复基带信号位于零频附近。
由此，本设备通过提供一种辅助总功率检测器，测量通过所述的天线带通滤波器的总接收功率来补偿由二阶互调制(IP2)引起的这样一些不需要的项。瞬时功率测量结果和所述的复基带信号一道被送到一个信号处理单元，在其中通过将功率信号与复基带信号相关来确定复补偿系数。然后为了抵销不需要的IP2畸变项，该系数被用于从所述的复基带信号中减去所述功率信号的加权值。由此，本发明抵销了在零拍无线电接收设备中IP2干扰的影响。
                       附图简述
通过以下给出的详细描述和只是为了说明而不是对本发明的限制的附图，将更充分地了解本发明，其中：
图1示出依据本发明的一种实施方案，用于抵销二阶互调制的设备的方框图；
图2示出依据本发明的第二实施方案的设备的方框图；和
图3示出依据本发明的第三实施方案的设备的方框图。
                         描述
本发明的实施方案针对用于消除零拍无线电接收设备中不需要的IP2畸变项的设备和方法。将本发明用于消除IP2干扰影响的设备的一种实施方案以一般形式示于图1中。
在图1中所示的实施方案中，信号被输入到设备并由天线(1)在由天线带通滤波器(2)所确定的带宽中接收。在本发明的一个例子中，通过天线带通滤波器(2)的组合信号的一部分由定向耦合器(3)指向进入功率检测器(6)，而大部分的组合信号被施加到r.f.放大器(4)和正交下变频器(5)。由天线带通滤波器(2)通过的组合信号部分也可以由，例如，一个信号拾取单元指向送到功率检测器(6)。总功率测量信号波形P(t)可以利用用于功率检测器(6)的平方律设备，例如，Gilbert倍增器元件，它适合于集成到硅集成电路中。在另一例子中，线性检波器可用作功率检测器(6)以产生总功率测量信号波形P(t)。功率测量信号波形P(t)的加权量是利用分别响应输入权重“a”和“b”的加权单元(7，8)形成的。加权系数(a，b)可被一劳永逸地确定和固定，因为它们和r.f.放大器(4)和正交下变频器(5)的IP2特性有关。另一方面，IP2特性可由于处理和按它的运行温度从加权单元改变。结果，加权系数(a，b)最好由信号处理单元(13)适当地确定。
总功率测量信号波形P(t)的加权量aP(t)和bP(t)将利用第一和第二减法器(9，10)从正交下变频器(5)的输出中被减去以产生IP2被补偿的信号。替代的办法是，如果加权系数(a，b)的符号被适当地选择的话，第一和第二减法器(9，10)可作为相加器被实现。
在本实施方案中，来自第一和第二减法器(9，10)的IP2被补偿信号在第一和第二低通滤波器(11，12)中被低通滤波以建立需要信号的通带宽度。然后，被滤波被补偿的信号在信号处理单元(13)中被处理产生解调/解码的需要的输出信号(14)。
信号处理单元(13)可以，例如，按照上面提到的，已引入在上作为参考的美国专利NO.5,241,702起作用，并可还包括DC偏移补偿，数字化和数字信号处理。除了在上面提到的美国专利NO.5,241,702中描述的功能以外，信号处理单元(13)可以按照本发明的一个实施方案并入一个新功能，用于适当地调节加权系数(a，b)。新功能将功率测量信号波形P(t)和来自第一与第二低通滤波器(11，12)的已补偿输出信号相关以确定补偿精度。精确的补偿的结果是在已补偿信号和功率信号之间不相关。非零补偿表明加权系数(a，b)弄错了。然后，信号处理单元(13)产生调节过的加权系数(a，b)，被送回加权单元(7，8)以便产生被调整的补偿。
为了用数字信号处理执行这种新功能，功率测量信号P(t)可以利用一个类似于第一和第二低通滤波器(11，12)的第三低通滤波器(15)进行低通滤波，然后信号处理单元13进行模数变换。例如，一种高位速率的Δ-∑调制可用于执行这种模数变换。然后可通过在按照以上提到的美国专利NO.5,241,702内部重建以后，将数字化功率信号与来自第一和第二低通滤波器(11，12)的数字信号中每一个相乘来实现相关。相乘的值被时间平均，确定是否在功率信号和被补偿信号之间存在纯相关。信号处理单元(13)被用于对输出信号(14)的最佳控制，这是通过将被补偿信号aP(t)和bP(t)与功率信号P(t)相关来确定剩余未消除的畸变分量而达到的。如果总功率信号P(t)是由线性(幅度)检波器产生的，当然可以在信号处理单元(13)中通过数值处理将线性值平方来产生功率有关的值，或者另一种办法是承受相应的任何阶的多项式变换，以达到IP2或高阶项的最佳补偿。
信号处理单元(13)也补偿出现在下变频器(5)的输出的DC偏移，信号处理单元(13)将被补偿信号aP(t)和bP(t)微分和数字化，然后对被微分和数字化信号实行数值重新整合以实现DC偏移补偿。信号处理单元(13)进一步通过DC闭锁和将补偿信号aP(t)和bP(t)数字化补偿DC偏移。通过估算由DC闭锁引起的被补偿信号aP(t)和bP(t)的需要分量中的误差，信号处理单元(13)可以将这些估算误差减去以补偿DC偏移。
在图1中所示的实施方案中，某些部件可以另外的次序连接而不影响设备的基本原理。例如，下变频信号和功率信号P(t)可以在减操作以前被滤波。如图2所示，第一和第二低通滤波器(11，12)被连接在正交下变频器(5)和第一与第二减法器(9，10)之间。图2也示出，功率检测器(6)可以利用一个采样器(33)将由r.f.放大器(4)放大以后的总功率信号采样。
用于本设备的第二替代实施方案示于图3中。参考图3，利用天线(1)接收到并由天线带通滤波器限制频带的信号由r.f.放大器(4)加以放大。放大后的信号被施加到正交下变频器(5)和功率检测器(6)。来自下变频器(5)的下变频信号(I，Q)被与功率信号P一起施加到信号处理单元(20)。信号处理单元(20)将功率信号P和下变频信号(I，Q)组合，以便补偿不需要的IP2畸变产物。信号处理单元(20)可以执行滤波，模数变换和数字信号处理功能，加权功率信号可以在数字信号处理单元(20)内部产生并例如，用数值方式从数字化I，Q信号中减去。
信号处理单元(20)可以包括模数变换功能，用于将下变频信号(I，Q)和功率信号P变换到相应的样本流中。信号处理单元(20)可以利用I-加权系数和Q-加权系数将加权型的功率信号P从下变频信号(I，Q)中减去以产生被补偿的输出信号14。在此以后，信号处理单元(20)可以连续地调节I-和Q-加权系数以消除出现在下变频信号(I，Q)中的第二阶畸变项，使不需要信号的消除达到最佳。由此信号处理单元(20)被用于输出信号(14)的最佳控制，这是通过将被补偿的信号(I，Q)和功率信号P相关确定剩余消除畸变分量来达到的。
所有这样的变更被认为是落在如以下权利要求中提出的本发明的范围与精神内。

Claims (32)

1.一种零拍无线电接收设备包括：
一个天线，用于接收输入信号；
一个带通滤波器，连接到所述的天线用于限制所述的输入信号的带宽以产生滤波信号；
一个放大器，连接到所述的滤波器用于放大所述的滤波信号以产生放大信号；
一个下变频器，连接到所述的放大器用于将所述的放大信号变换到复基带信号I和Q；
一个功率检测器，连接到所述的放大器用于产生与由所述的放大器放大的总接收到的信号功率有关的功率信号；和
一个信号处理器，连接到所述的下变频器和所述的功率检测器，将所述功率信号的加权型与所述I，Q信号组合，以补偿由于在所述的零拍无线电接收设备中的二阶互调制引起的所述I，Q信号的变坏。
2.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的功率检测器是平方律检波器。
3.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的功率检测器通过在所述的放大器的输入上的定向耦合器连接到所述的放大器。
4.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的功率检测器通过在所述的放大器的输出上的定向耦合器连接到所述的放大器。
5.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的功率检测器通过在所述的放大器的输入上的信号拾取单元连接到所述的放大器。
6.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的功率检测器通过在所述的放大器的输出上的信号拾取单元连接到所述的放大器。
7.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器包括用于对所述的I，Q信号和所述的功率信号滤波的滤波器。
8.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器包括一个模数变换器，用于将所述的I，Q信号和所述的功率信号变换到相应的数值样本流。
9.一种依据权利要求1的零拍无线电接收设备，其中所述的组合包括从所述的I，Q信号中减去所述的加权型的功率信号。
10.一种依据权利要求9的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器调节所述的I-和Q-加权系数以消除由不需要的信号引起的出现在所述的I，Q信号中的二阶畸变项。
11.一种依据权利要求10的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器适当地调节所述的I-和Q-加权系数以便连续地最佳消除二阶畸变项。
12.一种依据权利要求11的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器通过将所述的I，Q信号或所述的被补偿的I，Q信号和所述的功率信号相关确定剩余的未消除的畸变分量来控制最佳状态。
13.一种依据权利要求12的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器利用相应于所述的I，Q信号和功率信号的数字化样本流执行数值化的相关。
14.一种依据权利要求1的零拍无线电接收机，其中所述的信号处理器补偿出现在所述的下变频器输出中的DC偏移。
15.一种依据权利要求14的零拍无线电接收机，其中所述的信号处理器通过对所述的I，Q信号的微分和数字化补偿DC偏移。
16.一种依据权利要求15的零拍无线电接收机，其中所述的信号处理器通过对所述的被微分和数字化的I，Q信号数值重整合进一步补偿DC偏移。
17.一种依据权利要求1的零拍无线电接收机，其中所述的信号处理器通过对所述的I，Q信号的DC闭锁和数字化补偿DC偏移。
18.一种依据权利要求17的零拍无线电接收机，其中所述的信号处理器通过估算由所述的DC闭锁引起的所述的I，Q信号中不需要的I，Q分量中的误差进一步补偿DC偏移。
19.一种依据权利要求18的零拍无线电接收机，其中所述的信号处理器从所述的I，Q分量中减去所估算的误差。
20.一种用于补偿在零拍无线电接收机中二阶畸变的信号处理器，
用于接收由零拍接收机产生的与输入信号有关的实部和虚部信号；
用于导出与接收到的信号的总接收功率有关的功率信号；
用于产生所述的功率信号的加权型式；和
一个组合器，用于将所述的加权型式功率信号分别与所述的实部和虚部信号组合以产生对零拍接收机中二阶畸变补偿过的信号。
21.一种依据权利要求20的信号处理器，其中一个平方律检波器，用于产生所述的功率信号。
22.一种依据权利要求21的信号处理器，其中所述的平方律检波器是Gilbert元件。
23.一种依据权利要求20的信号处理器，其中一个线性检波器，用于产生所述的功率信号。
24.一种依据权利要求20的信号处理器，其中一个减法器，用于产生补偿二阶畸变的信号。
25.一种依据权利要求20的信号处理器，其中一个模数变换器，用于接收所述实部和虚部信号。
26.一种依据权利要求20的信号处理器，其中一个模数变换器，用于导出与接收信号的总接收功率有关的功率信号。
27.一种零拍无线电接收设备包括：
一个信号接收机，用于接收输入信号；
一个下变频器，用于将所述的输入信号变换为基于所述的输入信号的实部和虚部信号；
一个功率检测器，用于导出与所述的输入信号的总接收到的信号功率有关的功率信号；
第一和第二加权单元，用于产生第一和第二加权功率相关值；
第一和第二减法器，用于从所述的实部和虚部信号中减去所述第一和第二加权功率相关值，以便产生用于补偿在该零拍无线电接收设备中的二阶畸变的补偿信号；和
一个信号处理器，用于接收所述补偿信号并处理所述补偿信号，以便产生希望的输出信号。
28.一种依据权利要求27的零拍无线电接收设备，其中所述的信号接收机包括：
一个天线；
一个带通滤波器，连接到所述的天线用于限制所述的输入信号的带宽以产生被滤波信号；
一个定向耦合器，用于将部分所述的被滤波信号指向到所述的功率检测器；和
一个放大器，用于放大所述的被滤波信号。
29.一种依据权利要求27的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器确定第一和第二加权系数，并将所述的第一和第二加权系数回送到所述加权单元以产生所述的补偿信号。
30.一种依据权利要求29的零拍无线电接收设备，其中所述的信号处理器主动地调节所述第一和第二加权系数。
31.一种用于补偿在零拍无线电接收机中二阶畸变的方法，包括以下的步骤：
(a)接收由零拍接收机产生的有关输入信号的实部和虚部信号；
(b)产生与所述输入信号相关的实部和虚部信号；
(c)导出与所述输入信号的总接收功率有关的功率信号；
(d)产生所述的功率信号的加权型式；和
(e)将所述功率信号的所述加权型式与所述实部和虚部信号分别组合，以产生补偿零拍接收机中二阶畸变的信号。
32.一种依据权利要求31的补偿二阶畸变的方法，其中所述的步骤(d)通过适当地调节加到所述功率信号上的实部和虚部加权系数产生所述加权型的功率信号，以便连续地最佳消除二阶畸变。
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