CN117439622A - 射频接收器及其操作方法 - Google Patents

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CN117439622A CN202310630692.7A CN202310630692A CN117439622A CN 117439622 A CN117439622 A CN 117439622A CN 202310630692 A CN202310630692 A CN 202310630692A CN 117439622 A CN117439622 A CN 117439622A
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Abstract

本发明涉及射频接收器及其操作方法。本发明的射频接收器包括：至少一个天线；至少一个分离器，其从至少一个天线接收模拟输入信号并将该信号分离成与射频接收器的操作频率范围内的至少两个频带相对应的至少两个模拟信号；和信号转换块，其联接到至少一个分离器，并同时或准同时接收至少两个模拟信号。信号转换块包括至少两个模数转换器，其分别对至少两个模拟信号进行数字化，从而生成至少两个数字化信号。信号转换块还包括至少两个数字下变频器，其分别联接到至少两个模数转换器，并且在至少两个频带中的至少一个频带上操作，并进一步分别对至少两个数字化信号进行下变频。

Description

射频接收器及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种射频接收器，更具体地，涉及一种能够对接收器的操作频率范围内的所有信号执行不间断观测的射频接收器。
背景技术
通常，现代接收器，例如超外差接收器，包括将接收器的频率范围的一部分混合为中频的调谐器。模拟中频信号然后通过模数转换器全部或部分被数字化。所得到的数字化中频信号于是在模数转换器的输出端可用。如果要检查的两个或更多个信号在数字中频带宽内，则可以使用数字下变频器对它们进行选择和分析，特别是不必调整接收器的接收频率。然而，如果要检查的信号与数字中频带宽相差较大，则不可能进行不间断的观测。在这种情况下，特别是为了至少顺序地观测所述信号，提供扫描或检索操作。
例如，US 2011/0280313A1公开了一种可在多个不同频率上扫描的射频接收器。然而，不间断操作是不可能的，因为US 2011/0280313 A1的接收器可能被锁定到当前频率，或者可能基于例如接收的功率水平而扫描到下一频率。这种扫描的缺点是只能不充分地捕获信号的特性，或者不能完全地或仅能部分地捕获脉冲或突发式信号。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的实施方式旨在提供一种改进的射频接收器和操作方法。一个目的是提供一种接收器的操作频率范围内的所有或大部分频率的不间断射频观测方案，特别是为了解决上述限制。
这些和其他目的通过说明书中描述的本发明的实施方式来实现。在说明书中进一步限定了实施方式的有利实现方式。
根据本发明的第一方面，提供了一种射频接收器。所述射频接收器包括：至少一个天线；至少一个分离器，所述至少一个分离器被配置为从所述至少一个天线接收模拟输入信号并将所述模拟输入信号分离成与所述接收器的操作频率范围内的至少两个频带相对应的至少两个模拟信号；以及信号转换块，所述信号转换块可操作地联接到所述至少一个分离器，并且被配置为同时或准同时接收所述至少两个模拟信号。在这方面，所述信号转换块包括至少两个模数转换器，所述至少两个模数转换器被配置为分别对所述至少两个模拟信号进行数字化，从而生成至少两个数字化信号。
此外，所述信号转换块包括至少两个数字下变频器，所述至少两个数字下变频器分别联接到所述至少两个模数转换器，并且被配置为在所述至少两个频带中的至少一个频带上操作，并进一步分别对所述至少两个数字化信号进行下变频。有利地，所述接收器的操作频率范围内的所有或大部分子频带都可以被数字化，因此可用于数字信号处理，这有助于接收器的不间断操作。
在第一方面的一种实现形式中，所述至少两个模数转换器被配置为同时或准同时分别对所述至少两个模拟信号进行数字化。附加地或替选地，所述至少两个数字下变频器被配置为同时或准同时分别对所述至少两个数字化信号进行下变频。有利地，所有或大部分子带的同时或准同时数字化有助于在接收器的操作频率范围内同时或准同时观测子带。
在第一方面的一种实现形式中，所述信号转换块还包括至少一个切换矩阵，所述至少一个切换矩阵被配置为将所述至少两个数字下变频器联接到所述至少两个模数转换器。在这方面，所述至少一个切换矩阵被配置为通过多个切换序列将所述至少两个数字下变频器联接到所述至少两个模数转换器。此外，所述至少一个切换矩阵被配置为以任意方式或以预定义方式执行所述多个切换序列。有利地，所述数字下变频器可以以任意方式或以预定义方式分配给所述模数转换器，这有助于模拟信号路径和数字处理路径之间的任意或选择性切换。
在第一方面的一种实现形式中，所述至少两个数字下变频器中的至少一个数字下变频器被配置为在固定频率和/或带宽下操作。附加地或替选地，所述至少两个数字下变频器中的至少一个数字下变频器被配置为在可变频率和/或带宽下操作。例如，数字下变频器的中心频率和/或带宽可以保持恒定或根据需要改变。有利地，通过将数字下变频器设置为特定的频率和/或带宽，有助于固定操作模式。此外，有利地，通过以可变频率和/或带宽操作数字下变频器，有助于扫描操作模式。所有或大部分子带的同时或准同时数字化以及在固定操作模式和扫描操作模式下操作数字下变频器的设置，导致在操作频率范围内的所有或大部分子带上固定频率和扫描模式的同时或准同时操作的协同效应。
在第一方面的一种实现形式中，所述至少两个数字下变频器中的至少一个数字下变频器包括至少一个数字混频器和至少一个数字带通滤波器，其中，所述至少一个数字带通滤波器被配置为使所述至少两个频带中的至少一个频带通过。有利地，数字下变频器的特定频带的操作是方便的并且是安全的。
在第一方面的一种实现形式中，所述射频接收器还包括至少一个处理器，所述至少一个处理器可操作地联接到信号转换块，并且被配置为控制所述至少两个数字下变频器的参数化，特别是用以匹配所述至少两个频带中的至少一个频带。所述数字下变频器的参数化可以包括但不限于所述数字下变频器的中心频率的定义和/或控制、所述数字下变频器的操作带宽的定义和/或控制、或其组合。此外，所述至少一个处理器被配置为操作所述至少一个切换矩阵，以将所述至少两个数字下变频器联接到所述至少两个模数转换器。在这方面，所述处理器可以将所述切换矩阵配置为执行预定义的或预编码的或预存储的切换序列、或随机切换序列或实时生成的切换序列，即交互式切换和对切换矩阵的实时连续控制。
在第一方面的一种实现形式中，所述射频接收器包括至少一个数字接口，优选高速数字接口。所述数字接口可以包括或者是标准数字接口，例如但不限于双倍数据速率(DDR)接口、外围组件互连高速(PCIe)、通用串行总线(USB)、和高清晰度多媒体接口(HDMI)。
在第一方面的一种实现形式中，所述接收器的操作频率范围是宽带射频范围，优选地在20MHz到100GHz的范围内，更优选地在20MHz到40GHz的范围内，最优选地在20MHz到18GHz的范围内。
根据本发明的第二方面，提供了一种方法。所述方法包括以下步骤：由至少一个分离器将进入的模拟输入信号分离成与操作频率范围内的至少两个频带相对应的至少两个模拟信号；由信号转换块同时或准同时接收所述至少两个模拟信号；由至少两个模数转换器分别对所述至少两个模拟信号进行数字化，从而生成至少两个数字化信号；以及由至少两个下变频器分别对所述至少两个数字化信号进行下变频，由此在所述至少两个频带中的至少一个频带上操作所述至少两个下变频器。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序，所述计算机程序具有程序代码装置和/或包括指令，以便如果所述计算机程序在计算机或数字信号处理器上运行，则进行根据第二方面的方法和/或其任何实现形式的所有步骤。
要注意的是，根据第二方面的方法对应于根据第一方面的射频接收器及其实现形式。因此，第二方面的方法可以具有相对应的实现形式。此外，第二方面的方法实现了与第一方面的射频接收器及其各个实现形式相同的优点和效果。
附图说明
将在以下关于附图的具体实施方式的描述中解释上述方面和实现形式，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施方式的射频接收器的示例性框图；
图2示出了根据本发明的一个实施方式的分离器的示例性框图；
图3示出了根据本发明的一个实施方式的信号转换块的示例性框图；
图4示出了根据本发明的一个实施方式的数字下变频器的示例性框图；
图5示出了射频接收器的示例性高级框图；以及
图6示出了根据本发明的一个实施方式的方法的示例性流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施方式，其示例在附图中示出。然而，本发明的以下实施方式可以进行各种修改，并且本发明的范围不受以下实施方式的限制。不同实施方式中的类似实体的附图标记被部分省略。
在图1中，示出了根据本发明的第一方面的射频接收器100的示例性框图。射频接收器100包括天线(ANT)101，例如宽带或宽频天线，天线101被配置为在非常宽的通带、特别是由射频接收器100的目标频率范围或操作频率范围定义的通带上操作，并且被配置为向接收器部件提供进入的模拟输入信号102。此外，射频接收器100包括分离器(SPL)103，例如，频率分离器或频带分离器或分频器，分离器103被配置为接收从天线101进入的模拟输入信号102，并将模拟输入信号102分为与至少两个频带相对应的至少两个模拟信号，这里示例性地示出为两个模拟输入信号1041和1042。
射频接收器100还包括信号转换块(SCB)105，其被配置为同时或准同时接收来自分离器103的两个模拟输入信号1041和1042。术语“准同时”可以理解为对于至少两个发生或时刻，这至少两个发生或时刻之间可以没有明显的延迟。这样，信号转换块105可以同时或准同时处理或转换两个模拟信号1041和1042。
在这方面，信号转换块105包括至少两个模数转换器(未示出)和至少两个相对应的数字下变频器(未示出)，示例性地，包括两个模数转换器和用于两个模拟输入信号1041和1042的相对应的两个数字下变频器，特别是用于分别对两个模拟输入信号1041和1042执行域转换和频率转换，从而各自地或可互换地从两个模拟输出信号1041和1042生成至少两个转换信号，例如这里示例性示出的两个转换信号1061和1062。
射频接收器100还包括处理器(PROC)107，处理器107被配置为从信号转换块105接收两个转换信号1061和1062，特别是同时或准同时进行接收，并且对两个转换信号1061和1062执行进一步的信号处理，以分析信号和/或信号特性。处理器107可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、微控制器等。处理器107还被配置为向分离器103和信号转换块105提供控制命令，例如，如虚线信号线108所示。
射频接收器100还包括可操作地联接到处理器107的接口(I/F)109，例如数字接口和/或高速数字接口。接口109可以将处理器107联接到内存或存储器(例如数据存储器)、和/或显示器、和/或输入/输出设备、和/或另一处理器、和/或网络。接口109可以包括用于无线和/或有线通信的装置。
在图2中，示出了分离器103的示例性框图。分离器103包括至少两个，优选多于两个，最优选N个带通滤波器(BPF)2011-201N，统称为带通滤波器201。换言之，分离器103可以提供N个带限信道，即具有限定的有限的各自带宽的信道。附加地或替选地，分离器103可以包括用于使操作频率范围的下边带处的边缘频率通过的一个或多个低通滤波器、和/或用于使操作频率范围的上边带处的边缘频率通过的一个或多个高通滤波器。
优选地，分离器103例如通过一个或多个联接器联接到天线101，并且从天线101接收模拟输入信号102。因此，分离器103在包括相应带通滤波器201的N个带限信道上分离或划分与N个频带相对应的模拟输入信号101。这得到与带通滤波器2011-201N相对应的N个模拟信号1041-104N，统称为模拟信号104。
优选地，一个或多个带通滤波器201是可控的，即一个或多个带通过滤器201的滤波器参数是可控的。例如，处理器107可以通过经由信号线108提供控制信号来控制所述一个或多个带通滤波器201。
此外，分离器103还可以包括一个或多个射频放大器，例如功率放大器、低噪声放大器或其组合，以便预处理输入模拟信号102。替选地，射频放大器可以被实现为天线101与分离器103之间的、即沿着天线朝向分离器103供应信号的外部放大块。此外，N个带限信道中的一个或多个可以包括特别是联接到相应带通滤波器201的一个或多个射频放大器，例如带限放大器。
在图3中，示出了信号转换块105的示例性表示。信号转换块105包括至少两个，优选多于两个，最优选N个模数转换器(ADC)3011-301N，统称为模数转换器301，模数转换器3011-301N特别被配置为联接到分离器103的N个带限信道。这样，模数转换器301分别对模拟信号104执行域转换，即从模拟域转换到数字域，从而得到与模拟信号104相对应的N个数字化信号3021-302N，统称为数字信号302。优选地，模数转换器301同时或准同时转换模拟信号104。进一步优选地，模数转换器301是快速和/或低功率模数转换器。
信号转换块105还包括至少两个，优选多于两个，最优选N个数字下变频器(DDC)3041-304N，统称为数字下变频器304，其特别被配置为联接到N个模数转换器301。这样，数字下变频器304分别对数字信号302执行频率转换，即将一个数字频率范围转换为另一个数字频率范围，特别是较低的数字频率范围，从而得到与数字信号302相对应的N个转换信号1061-106N，统称为转换信号106。优选地，数字下变频器304同时或准同时转换数字信号302。
数字下变频器304可以被直接分配给各个模数转换器301。替选地，数字下变频器304可以以可切换的方式被分配给各个模数转换器301，以便在数字信号302(对应于各个模拟信号104)和转换信号106之间切换各个信号路径。
在这方面，信号转换块105包括切换矩阵(SM)303，其被配置为将数字下变频器304联接到模数转换器301。优选地，切换矩阵303根据任意或预定义切换序列将数字下变频器304联接到模数转换器301。更优选地，切换矩阵303是可控的，例如，处理器107可以通过经由信号线108提供控制信号来控制切换矩阵303的切换操作。这样，切换矩阵303分别从模数转换器301接收数字信号302，并进一步以可切换的方式将数字信号302传送到相应的数字下变频器304。
在图4中，示出了数字下变频器304的示例性框图。数字下变频器304包括数字带通滤波器(DBF)401，其被配置为使特定频率范围内的数字化信号通过，从而得到带限数字化信号402。数字下变频器304还包括数字混频器(MIX)403，数字混频器403包括数字振荡器(未示出)，例如数字控制振荡器，该数字振荡器被配置为对带限数字化信号402执行频率变换，例如从数字中频带宽变换为数字基带，从而得到经变换的数字化信号404。数字下变频器304还包括抽取块(DEC)405，例如，抽取块405包括低通滤波器(未示出)，该低通滤波器被配置为对经变换的数字化信号404执行滤波和/或抽取，从而得到转换信号106。
优选地，数字下变频器304是可控的和/或可配置的，即，数字下变频器304和/或数字带通滤波器401和/或数字混频器403和/或抽取块405的至少一个参数，例如中心频率、带宽等是可配置的。例如，处理器107可以通过经由信号线108提供控制信号来控制数字下变频器304的至少一个参数。这样，数字下变频器304是可配置的，例如通过处理器107的选择性参数化而是可配置的，以便调谐到特定频率或在操作频率和/或带宽方面变化。
在图5中，示出了根据本发明的第一方面的射频接收器500的示例性高级框图。射频接收器500，特别是射频接收器500的部件对应于射频接收器100的部件。特别地，射频接收器500被示例性地示出为在20MHz到18GHz的范围内操作的宽带接收器。
因此，示例性信号转换块105被分为两个段，一个段501可以在20MHz到8GHz的范围内操作，另一个段502可以在8GHz到18GHz的范围内操作。两个段501、502中的每一者可以包括多个模数转换器301和多个相应的数字下变频器304，这里示例性地示出为四个模数转换器301和相应的四个数字下变频器304。数字下变频器304可以直接或以可切换的方式被分配给模数转换器301，由此各个数字下变频器304到模数转换器301的分配可以特定于段501、502中的一者，或者可以贯穿整个信号转换块105分配。
分离器103可以在包括相应的低通或带通滤波器的多个带限信道(这里示例性地示出为八个带限信道)上对来自天线的模拟输入信号102进行分离或划分。段501、502可以联接到相应的带限信道，这里，示例性地，段501、502中的每一者都联接到四个相应的带限信道。
处理器107可以包括中央处理单元(CPU)505，以及与各个段501、502相对应的各个可配置逻辑块503、504，例如现场可编程门阵列(FPGA)。与信号转换块105的各个段501、502相对应的各个可配置逻辑块503、504可以被扩展到另外的可配置逻辑块506、507，例如另外的现场可编程门阵列(FPGA)。
这样，信号转换块105的示例性段501连同分离器103的相应带限信道以及可配置逻辑块503、506可以在20MHz到8GHz的宽带频率范围内执行一个或多个固定操作模式和/或一个或多个扫描操作模式。类似地，信号转换块105的示例性段502连同分离器103的相应带限信道以及可配置逻辑块504、507可以在8GHz到18GHz的宽带频率范围内执行一个或多个固定操作模式和/或一个或多个扫描操作模式。
在图6中，示出了根据本发明的第二方面的方法600的示例性实施方式。在第一步骤601中，由至少一个分离器将进入的模拟输入信号分离成与操作频率范围内的至少两个频带相对应的至少两个模拟信号。在第二步骤602中，由信号转换块同时或准同时接收至少两个模拟信号。在第三步骤603中，由相应的至少两个模数转换器对至少两个模拟信号进行数字化，从而生成至少两个数字化信号。在第四步骤604中，由相应的至少两个下变频器对至少两个数字化信号进行下变频，由此在至少两个频带中的至少一个频带上操作至少两个下变频器。
因此，本发明公开了对射频接收器的操作频率范围内的所有或大部分信号进行不间断观测的方案，特别公开了对整个频率范围或其大部分进行数字化的方案。由于每个单独的数字下变频器的中心频率和带宽可以根据需要改变或保持恒定，因此固定操作模式和扫描操作模式可以根据需要同时操作或组合，特别是根据数字下变频器的可用数量来同时操作或组合。
有利地，由于所有感兴趣的信号的数字化，因此射频接收器可以同时执行操作模式。例如，数字下变频器可以执行扫描，而其他数字下变频器则可以不间断地观测检测到的信号。此外，还可以同时或准同时执行不同类型的扫描操作模式。
要注意的是，在没有中断的情况下要观测的信号的数量加上要同时应用的扫描操作模式的数量必须小于或等于数字下变频器的可用数量。因此，在整个频率范围内的任何信号的检测概率仅取决于计算能力和所选择的应用，但与在模拟接收状态中实施的硬件无关。
重要的是，需要注意，在说明书和权利要求书中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除复数。单个元件或其他单元可以实现权利要求中所述的几个实体或项的功能。此外，“联接”一词意味着元件可以直接连接在一起，也可以通过一个或多个中间元件联接。此外，关于这些方面中的任一方面的公开内容也与本发明的其他方面相关。
尽管已经针对一个或多个实现方式对本发明进行了说明和描述，但是在阅读和理解本说明书和附图后，本领域的其他技术人员将意识到等效的改变和修改。此外，虽然本发明的特定特征可能仅针对几个实现方式中的一个公开，但这种特征可以与其他实现方式的一个或多个其他特征相结合，这对于任何给定或特定的应用都是期望的和有利的。

Claims (15)

1.一种射频接收器(100)，包括：
至少一个天线(101)；
至少一个分离器(103)，所述至少一个分离器被配置为从所述至少一个天线(101)接收模拟输入信号(102)并将所述模拟输入信号(102)分离成与所述射频接收器的操作频率范围内的至少两个频带相对应的至少两个模拟信号(1041-104N)；以及
信号转换块(105)，所述信号转换块可操作地联接到所述至少一个分离器(103)，并且被配置为同时或准同时接收所述至少两个模拟信号(1041-104N)，
其中，所述信号转换块(105)包括至少两个模数转换器(3011-301N)，所述至少两个模数转换器被配置为分别对所述至少两个模拟信号(1041-104N)进行数字化，从而生成至少两个数字化信号(3021-302N)，以及
其中，所述信号转换块(105)还包括至少两个数字下变频器(3041-304N)，所述至少两个数字下变频器分别联接到所述至少两个模数转换器(3011-301N)，并且被配置为在所述至少两个频带中的至少一个频带上操作，并进一步分别对所述至少两个数字化信号(3021-302N)进行下变频。
2.根据权利要求1所述的射频接收器，其中，所述至少两个模数转换器(3011-301N)被配置为同时或准同时分别对所述至少两个模拟信号(1041-104N)进行数字化。
3.根据权利要求1或2所述的射频接收器，其中，所述至少两个数字下变频器(3041-304N)被配置为同时或准同时分别对所述至少两个数字化信号(3021-302N)进行下变频。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的射频接收器，其中，所述信号转换块(105)还包括至少一个切换矩阵(303)，所述至少一个切换矩阵被配置为将所述至少两个数字下变频器(3041-304N)联接到所述至少两个模数转换器(3011-301N)。
5.根据权利要求4所述的射频接收器，其中，所述至少一个切换矩阵(303)被配置为通过多个切换序列将所述至少两个数字下变频器(3041-304N)联接到所述至少两个模数转换器(3011-301N)。
6.根据权利要求5所述的射频接收器，其中，所述至少一个切换矩阵(303)被配置为以任意方式或以预定义方式执行所述多个切换序列。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的射频接收器，其中，所述至少两个数字下变频器(3041-304N)中的至少一个数字下变频器被配置为在固定频率和/或带宽下操作。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的射频接收器，其中，所述至少两个数字下变频器(3041-304N)中的至少一个数字下变频器被配置为在可变频率和/或带宽下操作。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的射频接收器，其中，所述至少两个数字下变频器(3041-304N)中的至少一个数字下变频器包括至少一个数字混频器(403)和至少一个数字带通滤波器(401)，其中，所述至少一个数字带通滤波器(401)被配置为使所述至少两个频带中的至少一个频带通过。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的射频接收器，其中，所述射频接收器(100)还包括至少一个处理器(107)，所述至少一个处理器可操作地联接到所述信号转换块(105)，并且被配置为控制所述至少两个数字下变频器(3041-304N)的参数化，特别是用以匹配所述至少两个频带中的至少一个频带。
11.根据权利要求10所述的射频接收器，其中，所述至少一个处理器(107)被配置为操作至少一个切换矩阵(303)，以将所述至少两个数字下变频器(3041-304N)联接到所述至少两个模数转换器(3011-301N)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的射频接收器，其中，所述射频接收器(100)包括至少一个数字接口(109)，优选高速数字接口。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的射频接收器，其中，所述射频接收器的操作频率范围是宽带射频范围，优选地在20MHz到100GHz的范围内，更优选地在20MHz到40GHz的范围内，最优选地在20MHz到18GHz的范围内。
14.一种方法(600)，包括：
由至少一个分离器将进入的模拟输入信号分离(601)成与操作频率范围内的至少两个频带相对应的至少两个模拟信号；
由信号转换块同时或准同时接收(602)所述至少两个模拟信号；
由至少两个模数转换器分别对所述至少两个模拟信号进行数字化(603)，从而生成至少两个数字化信号；以及
由至少两个下变频器分别对所述至少两个数字化信号进行下变频(604)，由此在所述至少两个频带中的至少一个频带上操作所述至少两个下变频器。
15.一种计算机程序，所述计算机程序具有程序代码装置，以便如果所述计算机程序在计算机或数字信号处理器上运行，则进行权利要求14所述的所有步骤。
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