CN1274090C - 无线电收发信机 - Google Patents

Abstract

半双工无线电收发信机包括发射机(100)和低IF接收机(200)。发送频率和接收频率之间的差等于此低IF。在发射机和接收机之间共用公共频率生成器(300)而无需重新调谐。在发送频率上的上变频信号被用于接收机中的下变频。例如在主控/从属网络之通信链路相对端的收发信机具有其互换的发送和接收频率。收发信机可以选择地被构造为任何一个形式，例如构造为从属台的主控台。用于载波检测多址访问(CSMA)的信道检测可以在发送频率上执行而不用重新调谐接收机。

Description

无线电收发信机

本发明涉及适合于用在例如未许可频段中的无线电收发信机、包括该收发信机的无线电系统和实施无线电收发信机的集成电路。

无线电收发信机一般属于两类之一。

在第一类中，收发信机在发送和接收频率之间具有实际频率分离。如果使用传统术语，信道包括一对频率：即发送频率和接收频率。用于这种收发信机的频段图被表示在图6，其中标注为Rx和Tx的分离频段每一个都包含有许多信道频率。发送和接收频率之间的分离通过减少发送和接收信号之间的干扰能使这种收发信机同时地发送和接收。在GSM基站中能够找到这种收发信机的例子。如果例如不同时发送与接收的一个设备与同时接收与发送的基站通信，则在此设备中也可以找到这样的收发信机。这种类型设备的例子能够在模拟专用移动无线电系统中找到。

该第一类的收发信机可以用两个基本形式实现：第一个形式是使用高于接收频率的发送频率，如图6中表示，第二个形式是使用互换的发送和接收频率。第一个基本形式的收发信机能够与第二个基本形式的收发信机通信，反之亦然。这两个基本形式可以表示例如基站和移动台，或者主控台和从属台。

在第二类中，收发信机在发送和接收频率之间没有分离，而是在同一标称频率上发送和接收。(术语标称含有包括这种情况，即通过例如接收机中自动频率控制可能引入微小的频率差)。在这种情况下，信道包括单频。用于这种收发信机的频段图被表示在图7，其中每个频率被标注为Rx和Tx两者。在这种收发信机中，通信以半双工方式进行，或者通过使用时分双工操作能够实现全双工通信。这种收发信机的例子能够在DECT无绳电话手机中找到。

为了实现有效使用无线电频谱，不同时发送和接收的无线电收发信机的理想特性是在发送和接收状态之间的快速转换时间。在收发信机正在转换的同时，不能进行发送或者接收。而且，如果采用载波检测多址访问(CSMA)，转换周期影响在不同收发信机之间干扰的可能性，并且如果发送具有短的持续时间，则转换周期是特别重要的。随着采用更快的数据传输速度，转换时间正变成日益重要的设计考虑事项。在发送和接收状态之间的转换传统上是通过改变(stepping)合成器频率完成的，其要求时间锁定和稳定。快速锁定和稳定能够仅仅以合成器降低噪声性能为代价来实现。

为了降低无线电收发信机的成本，适合于高级电路集成的体系结构是希望的。适用于集成无线电收发信机的公知体系结构是采用多相信道滤波器的低IF(中频)体系结构。低IF典型达到两倍的信号带宽或者信道间隔。集成无线电发射机的公知体系结构是直接上变频(direct upconversion)。低IF体系结构和直接上变频在Jan Crols和Michiel Steyaert的“CMOS Wireless Transceiver Design”中说明(由Kluwer Academic Publishers出版，1997，28页和55-61页)。

而且，为了实现高级集成，由此降低产品成本，希望在发射机和接收机之间共享一些部件。共享的例子在UK专利申请0026209.7中公开，其中上述第二类收发信机(在同一频率上的发送和接收)使用两个频率发生器。第一个频率发生器产生由发射机和接收机两者使用的载波频率的信号，而不进行该频率发生器频率的转换。第二个频率发生器产生低IF信号，当此信号与来自第一个频率发生器的信号结合时，其形成用于低IF接收器的下变频信号或者提供用于该发射机的调制。

本发明的目的是提供降低了复杂性和成本以及接收和发送状态之间之快速转换时间的无线电收发信机以及实施无线电收发信机的集成电路和具有改善效率的无线电系统。

根据本发明，提供了无线电收发信机，包括：适合于在发送频率上发送的发射机；适合于在第一接收频率上接收的接收机；和用于在发送频率上生成信号的频率产生装置，其中接收机包括直接变频低IF接收机，其中发送频率和第一接收频率之间的差等于低IF，其中在发送频率上的信号被用来下变频所接收信号，以及其中在频率产生装置的标称频率不被改变的情况下，收发信机能够在接收状态和发送状态之间转换。

本发明以下述实现为基础：尽管在发送和接收频率之间的分离一般是由标准预先确定的，但在一些无线电系统中，存在选择发送和接收频率之间之新颖间隔的自由。

本发明还以下述实现为基础：即使在收发信机不被要求同时发送和接收，或者不被要求和同时发送与接收的收发信机通信时，通过采用分离发送和接收频率也能够获得好处。

本发明还以下述实现为基础：通过选择在发送和接收频率之间的间隔等于低IF，在发送频率上的信号能够被直接用作下变频信号。

本发明还以下述实现为基础：在不将接收机转换到发送频率的情况下，在发送频率上执行信道检测是可能的。

本发明还以下述实现为基础：在接收频率上接收的同时，在发送频率上执行信道检测是可能的。

本发明使得能够进行高级的电路集成和提供在发射机和接收机之间的部件共享，由此提供已经降低了复杂性和成本的收发信机。

本发明使得能够在接收和发送状态之间进行快速转换，这是因为在状态之间转换时，不需要改变频率产生装置的频率。

有实施本发明之收发信机的两个基本变体：即其中发送频率高于接收频率的第一个变体和其中发送和接收频率互换使得发送频率低于接收频率的第二个变体。

实施本发明的双变体收发信机也可以被实现，其中收发信机能够被构造为任一基本变体之一，或者其中发送频率和接收频率是可互换的，由此使得双模式收发信机能够在这两个基本变体之间转换。

在无线电系统中，工作为一个基本变体的收发信机能够与工作为另一个基本变体的收发信机相通信。作为例子，一个变体可以是基站和另一个变体是便携式设备，或者一个变体可以是主控台和另一个变体是从属台。作为另一个例子，无线电系统中的所有收发信机在接收或等待接收呼叫的同时可以工作为一个基本变体，并在开始呼叫时采用另一个基本变体。

在本发明的另一个实施例中，接收机安装有信道检测装置，其用于在处于接收状态的同时通过在下变频之后检测靠近零赫兹的接收能量来检测靠近发送频率之无线电信号的出现，即，不必将接收机重新调谐到发送频率。这个实施例能够提高无线电系统的效率，其中，在发送之前，收发信机监视其发送所用的信道，并且如果该信道被占用则推迟发送。这样，对发送的干扰或者由发送导致的干扰的可能性可以被减少。通过避免将接收机重新调谐到发送频率的步骤，从接收到发送的快速完全改变是可能的。而且，在接收希望的信号的同时能够执行信道检测。

在本发明的又一个实施例中，接收机被安装成同时在两个接收频率上接收，其中发送频率和每个接收频率之间的差等于低IF。在这种情况下，这两个接收频率在发送频率的每一侧上被安排一个。该实施例能够被用来例如增加收发信机接收信息的容量，或者提高收发信机监视系统活动的能力，其能够得到提高的系统效率。

现在通过例子，参考附图来说明本发明，其中：

图1是根据本发明制造的收发信机之一个实施例的方框示意图；

图2和3说明根据本发明分别在下变频之前和之后收发信机的频谱；

图4和5说明根据本发明当发送和接收频率互换时分别在下变频之前和之后收发信机的频谱；

图6说明传统的信道图，其具有分离的发送和接收频段；

图7说明用于收发信机的传统信道图，其在公共频率上发送和接收；

图8说明其中使用本发明的频段的信道图；

图9是结合了信道检测的本发明之实施例的方框示意图；

图10和11说明根据本发明结合了信道检测的收发信机的频谱；和

图12是能够在两个频率上同时接收的本发明之实施例的方框示意图。

参考图1，具有与选择装置18耦合的天线19。通过在选择装置控制输入端501上起作用的控制装置500，选择装置18可用来在发送时将天线19通过第一端口耦合到收发信机的发射机部分100，或者当接收时通过第二端口将天线19耦合到收发信机的接收机部分200。

首先说明收发信机的发射机部分100的体系结构，接着说明接收机部分200。

在发射机部分100，用于发送的信息信号利用信息输入端14被提供给处理装置15。处理装置15产生此信息信号的同相分量(I)和正交分量(Q)，这些分量被分别传递到第一混频器12的第一输入端和第二混频器13的第一输入端。

频率产生装置300包括被耦合到相位移动装置11的振荡器10(其可以例如包括频率合成器)，相位移动装置11产生在发送频率上的上变频信号的同相分量(I)和正交分量(Q)，并且这些分量被分别传递到第一混频器12的第二输入端和第二混频器13的第二输入端。

来自第一混频器12的输出和来自第二混频器13的输出被耦合到加法级16的第一和第二输入端，来自加法级16的输出被耦合到功率放大器17。来自功率放大器17的输出被耦合到选择装置18的第一端口，由此将选择装置18和天线19耦合到收发信机的发射机部分100。

上面说明的发射机部分100包括直接上变频体系结构。

选择装置18的第二端口被耦合到低噪声放大器20的输入端，由此将选择装置18和天线19耦合到收发信机的接收机部分200。来自低噪声放大器20的输出被耦合到第三混频器21的第一输入端和第四混频器22的第一输入端。

由频率产生装置300产生的发送频率上的上变频信号之同相分量和正交分量被分别传递到第三混频器21的第二输入端和第四混频器22的第二输入端。

来自第三混频器21的输出通过可转换的反相器23被耦合到第一多相滤波器24的第一输入端。可转换的反相器23利用作用于控制输入端503上的控制装置500可用于反相或不反相通过它的信号。来自第一多相滤波器24的第一输出经过第一放大器26被耦合到第一解调器28的第一输入端。

来自第四混频器22的输出被耦合到第一多相滤波器24的第二输入端。来自第一多相滤波器24的第二输出经过第二放大器27被耦合到第一解调器28的第二输入端。第一解调器28在输出端29上传送被解调的信息信号。

频率产生装置300由收发信机的发射机部分100和接收机部分200共享。频率产生装置300具有通过控制装置500可操作的频率选择控制输入端502。

除可转换的反相器23之外，上述的接收机部分200包括传统的低IF体系结构，其中低IF接收机信道滤波器利用第一多相滤波器24实现。可转换的反相器23用于本发明的双变体收发信机实施例，其中在第一和第二基本变体之间进行转换是可能的。双变体收发信机可以根据第一基本变体通过将可转换的反相器23设置为不反相传送信号来工作，和可以根据第二基本变体通过将可转换的反相器23设置为反相信号来工作。单一变体收发信机可以根据第一基本变体通过省略可转换的反相器23来工作，或者可以根据第二基本变体使用不可转换的反相器代替可转换的反相器23来工作。

图2说明用于第一基本变体的频谱，其中发送频率高于接收频率。参考图2，说明三个频率和两个信号：即发送频率FTx、在接收频率FRx上的希望信号和在镜像频率F1上的不需要信号。接收机部分200中的下变频之后的信号将处于图3中所示的差频上，具有在FTx-FRx之IF上的希望信号和在FTx-F1之IF上的不需要信号。第一多相滤波器24移去不需要信号和将希望信号传递到其输出端以便解调。下变频之后位于和频上的信号通过未表示出的低通滤波器或者通过第一多相滤波器24滤除。

图4说明用于本发明第二基本变体的频谱，这里发送频率和接收频率互换，使得发送频率高于接收频率。参考图4，说明有三个频率和两个信号：即发送频率FTx、在接收频率FRx上的希望信号和在镜像频率F1上的不需要信号。接收机部分200中下变频之后的信号将处于图5中说明的差频上，具有在FTx-FRx之IF上的希望信号和在FTx-F1之IF上的不希望信号。没有由可转换的反相器23提供的反相，希望和不希望信号的频率已经被互换。第一多相滤波器24移去不希望信号和将希望信号传递到其输出端以便解调。

尽管收发信机正工作为第一或者第二基本变体，但振荡器10仍保持在不变频率上，并且当收发信机在发送和接收状态之间改变时不需要被转换。这使得在发送和接收状态之间能够有快速完全转变时间。

当双变体收发信机在第一和第二基本变体之间转换时，通过在频率选择控制输入端502上的操作，振荡器10将被转换到新的发送频率。

图8说明根据本发明工作的收发信机之频段的信道图。发送和接收频率在整个频段上交替改变，每个信道包括一对相邻的发送和接收频率。具有频率可以被配对的两个方法，和两个变体(发送频率为较高或者较低)，其导致频率的四个配置。在频段中，任何配置或者全部配置都可以被采用。

根据本发明的收发信机可以被设计为工作在单个信道(即一对频率)上，或者可以被安装成在多个信道之一之间转换。例如，在图1说明的实施例中，可以通过在频率选择控制输入端502上的操作来选择信道。

在发送和接收频率之间的间隔可以被选择，以使得由在相邻频率上发送的分离收发信机所发送的信号之间基本上没有重叠，或者此间隔可以被选择，以便具有部分重叠。

在本发明的另一个实施例中，采用信道检测装置来检测由来自收发信机的发送导致的可能干扰或者对收发信机的发送产生的可能干扰。参考图9，来自第三和第四混频器21，22(I和Q分量)的输出被耦合到第一和第二低通滤波器40，41的对应输入端。来自第一和第二低通滤波器40，41之每一个的输出被耦合到信号电平检测装置42，并且来自信号电平检测装置42的输出505给控制装置500提供有关在靠近收发信机发送并且可能干扰此收发信机的传输之频率上是否已经检测到接收的信号能量的指示。当收发信机被用在CSMA系统中时，该指示是由控制装置500使用的，以确定收发信机是否应该立即发送或者推迟发送以避免与其它收发信机发送的信号相冲突。

图10说明集中在发送频率FTx上的可能干扰的频谱。在下变频之后，可能干扰被集中在零赫兹，如图11中表示，并且利用第一和第二低通滤波器40，41来选择，以便通过信号电平检测装置42进行处理。第一和第二低通滤波器40，41滤除在接收频率FRx上的希望信号和在镜像频率F1上的不希望信号。低IF接收机可以包括将在零赫兹在干扰信号频谱中产生凹口(notch)的DC耦合，但如果该凹口比可能干扰信号窄，则这不阻止信道检测。

在本发明的另一个实施例中，收发信机被安装成在两个接收频率上同时接收，这两个接收频率被定位在发送频率的每一侧上，其间隔等于低IF。参考图12，来自第三和第四混频器21，22(I和Q分量)的输出被耦合到第二多相滤波器54的对应的第一和第二输入端。第二多相滤波器54适合于选择在镜像频率F1上的希望信号。第二多相滤波器54的第一和第二输出端分别经过第三和第四放大器56，57被分别耦合到第二解调器58的第一和第二输入端。第二解调器58将解调的信号传递到输出端59上。

在本发明的另一个实施例中，收发信机被安装成如上述在两个接收频率上同时接收，还安装成如上述执行靠近发送频率的可能干扰的信道检测。

选择地，不将信息信号提供给处理装置15，可以交替地提供信息信号以直接地调制振荡器10，在该情况下，处理装置15和第一和第二混频器12，13可以被省略。

选择地，由第一和第二低通滤波器40，41提供的滤波可以交替地由低IF接收机信道滤波器来提供，其在说明的实施例中利用第一多相滤波器24来实现。在这种情况下，通过控制装置500在多相滤波器控制输入端504上的操作，第一多相滤波器24可重新构成为选择希望信号或者可能干扰信号。仍然在这种情况下，由信号电平检测装置42执行的信号电平检测可以交替地利用第一解调器28来执行。

选择地，可以仅仅对I或者Q分量执行信道检测。

选择地，交替滤波装置和交替滤波器特征可以被用来选择用于信道检测之频谱的希望部分。

选择地，作为采用可转换的反相器23的一种替换，通过互换耦合到第一多相滤波器24的I和Q路径，双变体收发信机可以在第一和第二基本变体之间转换。通过控制装置500在多相滤波器控制输入端504上的操作，这个互换可以在第一多相滤波器24中完成。

选择地，可以采用分离发送和接收天线，在这种情况下，不要求选择装置18。

选择地，代替在根据第二基本变体工作的单一变体收发信机中使用不可转换的反相器23，如上所述，被耦合到第一多相滤波器24的第一和第二输入端的I和Q路径可以在耦合到第一多相滤波器24之前被互换，或者通过控制装置500在多相滤波器控制输入端504上的操作，这个互换可以在第一多相滤波器24中完成。

在采用差分信号路径的实现电路中，而非单端信号路径，信号的反相可以通过互换这些差分信号路径来实现。

选择地，可以使用在收发信机中应用调制的另外方法。

在本说明书和权利要求书中，要素之前出现的字“a”或者“an”不排除出现多个这样的要素。而且，字“comprising(包括)”不排除出现比列出的要多的其它要素或者步骤。

通过阅读本公开文本，其它修改对本领域技术人员是明显的。这种修改可以包含在发射机设计和接收机设计领域公知的并且可以代替或者除这里已经说明的特征之外被使用的其他特征。

Claims (11)

1.一种无线电收发信机，包括：适合于在发送频率上发送的发射机；适合于在第一接收频率上接收的接收机，接收机有一个等于发送频率和第一接收频率之差的IF频率；用于产生在发送频率上的信号的频率产生装置，其中发送频率的信号被用于向下转换一个接收信号，其中接收机包括直接变频低IF接收机，所述收发信机在接收状态和发送状态之间切换，而不会改变频率产生装置的标称频率，并且发送频率和第一接收频率包括频带中的相邻频率。

2.权利要求1的收发信机，还包括其中发送频率高于第一接收频率的第一模式、其中发送频率低于第一接收频率的第二模式以及用于从第一和第二模式中进行选择的装置。

3.权利要求2的收发信机，其中用于从第一和第二模式中进行选择的装置包括，用于转换频率产生装置之频率的装置。

4.权利要求3的收发信机，其中用于从第一和第二模式中进行选择的装置还包括，用于反相接收机中信号路径的装置。

5.权利要求3的收发信机，其中用于从第一和第二模式中进行选择的装置还包括用于互换接收机中正交信号路径的装置。

6.权利要求1的收发信机，其中接收机适合于同时在第一接收频率上和在第二接收频率上接收，其中发送频率和第二接收频率之间的差等于低IF。

7.权利要求1或者6的收发信机，还包括信道检测装置，用于在处于接收状态的同时，检测靠近发送频率之无线电信号的出现。

8.权利要求7的收发信机，其中信道检测装置包括滤波装置和信号电平检测装置。

9.权利要求8的收发信机，其中滤波装置包括可重新构成的低IF接收机信道滤波器。

10.一种实施权利要求1到9任何一个权利要求之收发信机的集成电路。

11.一种包括权利要求1到9任何一个权利要求之收发信机的无线电系统。

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