CN1309477A - 无线电台和所用的变频方法 - Google Patents

Abstract

为获得用直接变频系统的一种无线电台,以便发射系统的信号对接收系统没有不希望的影响。在发射系统中,用于变频器所执行的变频过程中的本机信号频率Flo由变频电路表示为(M/N)·Frx。根据频率Flo和发射频率Ftx,发射系统的中频被表示为Ftxif=Flo－Ftx=(M/N)·Frx－Ftx,这是第二本机振荡器的振荡频率。因此,尽管Ftx+Ftxif泄露到接收系统,也存在公式Ftx+Ftxif={(M/N)·Frx－Ftxif}+Ftxif=(M/N)·Frx。结果,由于它与接收频带不同,不产生对接收信号的干扰波。

Description

无线电台和所用的变频方法

本发明涉及用于执行无线电通信的一种无线电台，更具体地涉及使用直接转换系统的无线电台变频系统。

通常，用于执行无线电通信的无线电台包括一个无线电单元，用于变换频率，一个基带处理单元，用于调制或解调话音和图象数据。习惯上，设计构成无线电台无线电单元的方法可以是用于执行频率变换处理两次的双变频系统，或用于执行频率变换一次的单变频系统。

假设双变频系统或单变频系统利用形成无线电台的无线电单元的接收系统工作，在双变频系统情况下，所接收的高频信号利用第一变频器被变频成为第一中频频带上的所接收信号，然后该信号利用第二变频器被变频为第二中频频带上的所接收信号，最后信号被正交解调器正交解调，并且被变频成为基带频带上的所接收信号。然后基带处理单元解调该所接收信号。

另外，在单变频系统中，所接收高频信号被变频器变频成为中频频带上的所接收信号，被正交解调器正交解调，并且被变频成为基带频带上的所接收信号。然后，由基带处理单元解调所接收信号。

在双变频或单变频系统的无线电台中，由于形成无线电台的放大器、变频器等非线性产生较高谐波信号或失真信号。这些较高谐波信号和失真信号由于在发射系统和接收系统不需要辐射作用而对其它无线电台成为干扰波，或因为使系统接收特性恶化而成为干扰波。因此，通过使用多个带通滤波器只通过传输所必须的信号，双变频系统或单变频系统使用了消除这些较高谐波信号和失真信号产生的干扰波的装置。

为实现更小和更轻的无线电台，双变频系统和单变频系统如上所述需要多个带通滤波器，这对于实现具有当前设计的无线电台更小和更轻是一种限制。在此条件下，直接变频系统作为一种实现更小和更轻无线电台的实际系统已经引起注意。

在直接变频系统中，接收系统正交解调高频频带上的所接收信号，直接执行变频处理转换为基带频带上的所接收信号，然后由基带处理单元解调该信号。发射系统正交调制在基带频带上的发射信号，直接执行变频处理转换为高频信号，然后发射它。在直接变频系统中，由于在无线电单元执行的无线电处理期间没有使用中频，不产生中频频带上信号的谐波信号和失真信号。即，与双变频系统或单变频系统相比可以减少由于较高谐波信号或失真信号引起的不需要辐射或干扰波。因此，不必提供多个带通滤波器，由此成功地实现更小和更轻的无线电台。

下面将描述直接变频系统的无线电台。首先，假设直接变频系统应用于形成无线电台无线电单元的每个发射系统和接收系统中，当直接变频系统应用于发射系统时，本振信号频率等于发射信号频率。因此产生问题，即不能消除本振信号的泄漏成分。另一方面，当直接变频系统应用于接收系统时，本振信号频率等于接收信号频率，由此产生本振信号的泄漏成分。可是，所产生的泄漏成分等效于在接收系统输出端上可以消除的直流电压成分。因此，当直接变频系统应用于接收系统而单一变频系统应用于发射系统时，直接变频系统中的无线电台可以是最佳系统。

图7是具有上述设计的无线电台方框图示例。如图7所示，直接变频无线电台包括：一个天线101；一个发射和接收共用电路102；一个高频放大器103；一个带通滤波器104；一个可变增益放大器105；一个正交解调器106；一个低通滤波器107；一个低通滤波器108；一个基带处理单元109；一个第一本机振荡器110；一个第二本机振荡器111；一个隔离器112；一个发射放大器113；一个带通滤波器114；一个高频放大器115；一个带通滤波器116；一个变频器117；一个带通滤波器118；一个可变增益放大器120；和一个正交调制器121。

该天线101向和从在附图中未表示的无线电通信基站接收或发射信号，并且连接到发射和接收共用电路102的发射和接收输入/输出端以滤波发射/接收信号。发射和接收共用电路102的接收侧输出端连接到放大射频频带上所接收信号的高频放大器103输入端，和高频放大器103的输出端连接到只通过射频频带接收频带的带通滤波器104的输入端。

带通滤波器104的输出端连接到根据所接收信号功率控制增益的可变增益放大器105输入端，而可变增益放大器105的输出端连接到正交解调射频频带所接收信号的正交解调器106的输入端，并且将该信号变频为基带I分量和Q分量的所接收信号。正交解调器106本振信号输入端连接到振荡第一本振信号的第一本机振荡器110的本振信号输出端。正交解调器106的I分量和Q分量输出端分别连接到低通滤波器107和低通滤波器108的输入端，而低通滤波器107和108的输出端连接到基带处理单元109的接收I和Q分量输入端。

基带处理单元109发射I分量和发射Q分量输出端连接到正交调制基带发射信号的正交调制器121的I分量和Q分量输入端，并且将该信号变频成为中频频带的发射信号。正交调制器121的中频信号输出端连接到可变增益放大器120的输入端。另外，正交调制器121的本振信号输入端连接到振荡第二本振信号的第二本机振荡器111的本振信号输出端。可变增益放大器120的输出端连接到只通过中频发射信号的带通滤波器118的输入端，而带通滤波器118的输出端连接到将中频发射信号变频成为射频发射信号的变频器117的中频输入端。

另外，变频器117本振信号输入端连接到来自第一本机振荡器110的第一本振信号的输出端。变频器117射频信号的输出端连接到消除较高谐波和来自变频器117镜像输出成分不需要辐射并且只通过射频发射信号的带通滤波器116的输入端。带通滤波器116的输出端连接到放大射频发射信号的高频放大器115的输入端。

高频放大器115的输出端连接到消除来自高频放大器较高谐波成分输出并且只通过射频发射信号的带通滤波器114的输入端。带通滤波器114的输出端连接到将发射信号放大到足够从天线101输出发射信号电平的发射放大器113的输入端。发射放大器113的输出端连接到隔离器112的输入端，而隔离器112的输出端连接到发射和接收共用电路102的发射信号输入端。

下面将描述无线电台的工作。首先，描述接收系统的工作。直接变频无线电台的接收系统从该天线101接收附图中未表示的基站发射的信号。由该天线101所接收的接收信号通过发射和接收共用电路102，由高频放大器103放大，通过带通滤波器104和可变增益放大器105，并且被输入到正交解调器106。

基带处理单元109控制可变增益放大器105的增益，以便到正交解调器106的所接收信号功率功能不变。正交解调器106通过使用第一本机振荡器110振荡出的第一本振信号正交解调输入的所接收信号，将射频所接收信号变频成为基带所接收信号，和以I分量和Q分量的所接收信号输出该信号。在正交解调器106对信号进行正交解调处理中，第一本机振荡器110振荡出的第一本振信号被输入给形成正交解调器106部件的90度移相器，由此产生具有90度相移的第一本振信号。

第一本振信号和第一本振信号90度相移信号的每个输入到正交解调器106的所接收信号相乘，产生I分量所接收信号和Q分量所接收信号。正交解调器106输出的I分量和Q分量所接收信号分别通过低通滤波器107和108，并且被输入到基带处理单元109。然后，执行基带信号处理。

下面描述发射系统的工作。在基带处理单元109中，I分量和Q分量发射信号被产生并且输入到正交调制器121。在正交调制器121中，输入到正交调制器121的I分量和Q分量发射信号通过使用第二本机振荡器111振荡出的第二本振信号正交调制和将基带发射信号变频成为中频发射信号，并且以中频发射信号输出。

在正交调制器121对信号进行正交调制处理中，第二本机振荡器111振荡出的第二本振信号输入到形成正交调制器121部件的90度移相器，并且产生具有90度相移的第二本振信号。第二本振信号与输入端正交调制器121的I分量发射信号相乘，而90度相移第二本振信号与输入端正交调制器121的Q分量发射信号相乘，由此正交调制该信号。

正交调制器121输出的中频发射信号通过可变增益放大器120和带通滤波器118，并且输入到变频器117。在变频器117中，输入到变频器117的中频发射信号通过使用第一本机振荡器110振荡出的第一本振信号变频成为射频发射信号，然后被输出。

由变频器117输出的射频发射信号通过带通滤波器116，高频放大器115和带通滤波器114输入给发射放大器113。输入到发射放大器113的发射信号被放大到从天线101输出的功率，然后被输出。发射放大器113输出的发射信号通过隔离器112和发射和接收共用电路102，然后从该天线101被输出。

针对直接变频系统应用于无线电台接收系统而单一变频系统应用于发射系统的设计，下面将描述无线电处理所使用的频率。假设接收频率是Frx，发射频率是Ftx，并且Frx＞Ftx，发射系统的中频IFtx可以表示为下式：

IFtx=Frx-Ftx……(1)

Ftx=Frx-IFtx……(2)

当发射信号和中频发射信号泄露到接收系统时，即当Ftx+IFtx泄露到接收系统时，下列公式成立。

Ftx+IFtx=(Frx-IFtx)+IFtx=Frx……(3)

因此，产生了对于所接收信号干扰的问题。

本发明目的是提供一种无线电台，在该无线电台应用直接变频系统以便通过公式(1)所表示的抑制发射系统的中频，使发射系统的信号不具有对接收系统不需要的干扰。

按照本发明的无线电台包括用直接变频系统的接收系统和用单一变频系统的发射系统，该无线电台具有一个本机振荡器，该本机振荡器可以共用于接收系统中的直接变频和发射系统中的单一变频。该无线电台安装有第一变频装置，用于对输入到发射系统的单一变频的变频器的本振频率进行变频，以便发射系统的中频不等于接收频率和发射频率的差频。

另外，无线电台安装有第二变频装置，用于对接收系统的直接变频的本振频率进一步变频。第一或第二变频装置包括一个相乘单元，用于将本振频率乘以一个变频常数。该相乘单元包括至少一个倍频器和分频器。倍频器是一个M(非零正数)乘法器，而分频器是一个N(非零正数且M≠N)除法器。

该无线电台进一步包括一个信道控制装置，用于同时可变地控制发射系统和接收系统的信道频率。该信道控制装置设计得使本振频率和第一变频装置的变频常数能可变地被控制。发射系统包括第二本机振荡器，用于正交调制基带信号，而信道控制装置可变地控制发射和接收系统的本机振荡器和第二本机振荡器的振荡频率。另外，信道控制装置执行控制，使得发射和接收信道频率可以不变地保持预定间隔。

按照本发明的变频方法包括用直接变频系统的接收系统和用单一变频系统的发射系统，该无线电台具有一个本机振荡器，该本机振荡器可以共用于接收系统中的直接变频和发射系统中的单一变频。该方法也提供有对输入到发射系统的单一变频的变频器的本振频率变频的步骤，使得发射系统的中频不等于接收频率和发射频率的差频。

然后，该方法也具有进一步对接收系统的直接变频的本振频率变频的步骤，以及同时可变地控制发射和接收系统的信道频率的步骤。另外，能同时可变地控制发射系统中正交调制基带信号的第二本机振荡器和共用于发射和接收系统中的本机振荡器的振荡频率，发射和接收信道能可变地被控制，使得它们可以不变地保持预定间隔。

下面将描述本发明的工作。为避免出现公式(1)所示的发射系统的中频的关系，通过合并倍频器和分频器所获得的变频电路被设置在振荡器的输出端，用于振荡出提供给变频器的本振信号，以将与发射系统配套的中频频带发射信号变频成为射频频带发射信号。合并倍频器和分频器所获得的变频电路设置在振荡器输出端，可以是仅具有倍频器的变频电路或者是仅具有分频器的变频电路。

图1是表示按照本发明实施例直接变频无线电台的设计方框图；

图2是表示图1的变频电路119的示例的方框图；

图3是表示图2的M倍频器201示例的方框图；

图4是表示本发明另一个实施例的方框图；

图5是表示本发明另一个实施例的方框图；

图6是表示本发明另一个实施例的方框图；

图7是表示常规直接变频无线电台设计的方框图。

下面参照附图将描述本发明的实施例。图1是本发明实施例设计的方框图，并且包括图7所示等效单元的共同参考号码。为避免多余解释，只解释图1所示的无线电台与图7的部分部分。即，在图1中，变频电路119被插入在第一本振110振荡输出端和变频器117本振输入端之间。此外，图1和7之间的设计相同。

在图1中，变频电路119将第一本振110振荡出的第一本振信号的振荡频率乘以M，将它除以N，将结果输出到变频器117。假设变频器119输出信号的频率是Flo，发射系统的中频可以表示为下式：

Ftxif=Flo-Ftx……(4)

Flo可以表示为下式：

Flo=(M/N)·Frx……(5)

因此，根据公式(4)和(5)下式成立：

Ftx=(M/N)·Frx-Ftxif……(6)

结果，Ftx+Ftxif表示为下式：

Ftx+Ftxif={(M/N)·Frx-Ftxif}+Ftxif=(M/N)·Frx……(7)

因此，当发射信号和中频发射系统泄露到接收系统时，即当Ftx+Ftxif泄露到接收系统时，频率(M/N)·Frx与公式(7)表示的接收频率Frx不同，由此不引起对接收信号的干扰波。

下面描述按照本发明实施例的工作。首先，解释接收系统的工作。该天线101接收在附图中未表示的基站发射的信号。该天线101接收的所接收信号通过发射和接收共用电路102，由高频放大器103放大，通过带通滤波器104和可变增益放大器105，然后输入到正交解调器106。

由基带处理单元109控制可变增益放大器105的增益，以便输入到正交解调器106的所接收信号功率可以是常数。正交解调器106利用第一本机振荡器110振荡出的第一本振信号对输入的所接收信号进行正交解调，将射频所接收信号变频成为基带所接收信号，并且输出I分量和Q分量的所接收信号。在正交解调器106对该信号进行正交解调处理中，第一本机振荡器110振荡出的第一本振信号输入到形成正交解调器部件的90度移相器，可以产生90度相移的第一本振信号。

第一本振信号和90度相移的第一本振信号被乘以输入到正交解调器106的所接收信号，产生I分量的所接收信号和Q分量的所接收信号。正交解调器106输出的I分量和Q分量所接收信号分别通过低通滤波器107和108，被输入到基带处理单元109。然后，这些基带信号处理。

下面将描述发射系统的工作。在基带处理单元109中，I分量和Q分量的发射系统被产生并且输入到正交调制器121。正交调制器121通过利用第二本机振荡器111振荡出的第二本振信号正交调制输入到正交调制器121的I分量和Q分量的发射信号，将基带发射信号变频成为中频发射信号，并且输出作为中频发射信号的结果。

在正交调制器121对该信号进行正交调制的处理中，第二本机振荡器111振荡出的第二本振信号被输入到形成正交调制器121部件的90度移相器，产生具有90度相移的第二本振信号。第二本振信号被乘以输入到正交调制器121的I分量发射信号，而90度相移第二本振信号被乘以输入到正交调制器121的Q分量发射信号，由此执行正交调制。

正交调制器121输出的中频发射信号通过可变增益放大器120和带通滤波器118，然后输入到变频器117。变频器117将输入到变频器117的中频发射信号利用变频电路119输出的第一本振信号变频成为射频发射信号，然后输出结果。输入到变频器117的第一本振信号由第一本机振荡器110振荡出，由变频电路119变频，然后输入到变频器117。变频电路119包括一个倍频器和一个分频器。

所输入的第一本振信号由倍频器以非零正整数M倍频，由分频器以非零正整数N分频，然后输出。即假设输入到变频电路119的第一本机振荡器110振荡频率为Frx，变频电路119输出信号的频率Flo可以由下列公式表示：

Flo=(M/N)·Frx……(8)

图2表示了包括一个M倍频器201和一个N分频器202的变频电路119的示例。M倍频器201包括装备作为放大元件的晶体管的晶体管放大器203，例如如图3所示，通过带通滤波器(BPF)204选择和提取晶体管非线性获得的M阶高次谐波。BPF204的输出被作为倍频输出，由此获得所谓模拟处理的倍频输出。另一方面，希望图2所示的N分频器使用一种数字分频电路。

按照本发明实施例，在变频电路119对信号变频处理中，描述了倍频之后分频的方法，但很明显本发明用分频之后倍频的方法也可以达到目的。

变频器117输出的射频发射信号通过带通滤波器116，高频放大器115和带通滤波器114，被输入到发射放大器113。输入到发射放大器113的发射信号被放大到该天线101输出的功率，然后被输出。发射放大器113输出的发射信号通过隔离器112和发射和接收共用电路102，从该天线101输出。

下面描述按照本发明直接变频无线电台的无线电处理中使用的频率。对于附图中未表示的基站进行发射和接收所使用的频率是预定的，假设接收频率是Frx，发射频率是Ftx，而且Frx＞Ftx。由于接收频率是Frx，第一本机振荡器的振荡频率是Frx。

在发射系统中由变频器117进行的变频过程中所使用的频率由公式(8)表示。根据公式(8)和发射频率Ftx，发射系统的中频Ftxif可以表示为下式：

Ftxif=Flo-Ftx=(M/N)·Frx-Ftx……(9)

该公式成为第二本机振荡器的振荡频率。

因此，按照本发明的直接变频无线电台安装了通过倍频器和分频器设计出的变频电路119。配套无线电台发射系统的变频器117利用变频电路119将本振信号频率倍频非零正整数M，用于将中频发射系统变频成为射频发射信号，然后用非零正整数N对结果分频，并且利用了变频处理的结果(M≠N)。

因此，发射信号的中频与公式(1)表示的频率不符，尽管发射信号和发射系统的中频信号泄露到接收系统不产生对所接收信号的干扰波，因为用在变频器117将中频发射信号变频成为射频发射信号中的本振信号由包括倍频器和分频器的变频电路119倍频非零正整数M，然后分频非零正整数N。因此，公式(9)表示发射系统的中频Ftxif。结果，当发射信号和中频发射信号泄露到接收系统时，即尽管当Ftx+Ftxif被泄露到接收系统，频率(M/N)·Frx不同于公式(7)表示的接收频率Frx，由此不引起对所接收信号的干扰波。

另外，在变频电路119的变频处理中，在倍频之后执行分频处理，但是本发明目的和上述效果也可以通过以非零正整数N分频、以非零正整数M倍频和对第一本机振荡器110的振荡频率变频所实现。

图4是表示本发明另一个实施例的方框图，也在图1中表示的单元被指定为相同参考号码。按照实施例，提供给接收系统的第一本机振荡器110的振荡输出频率由变频电路119变频M/N倍。对应地，提供给发射系统的第一本机振荡器110的振荡输出频率由变频电路122变频A/B倍(A和B是整数并且A≠B)。其它设计与图1所示相同，在此省略其详细说明。

在此情况下，如同上述公式(1)所表示的，所接收信号频率等于第一本机振荡器110的振荡频率。因此，假设第一本振信号的频率是F，而接收频率是Frx，具有(M/N)·F=Frx频率的信号可能输入到正交解调器106的第一本振信号输入端。可是，在此情况下，由于发射系统本振信号频率Flo是Flo=(A/B)·F，将第一本振100振荡频率变频A/B倍的变频电路122被插入到第一本机振荡器110与变频器117之间。变频电路122的设计与图2和3所示的设计相同。

当发射和接收中的每个信道频率是单数时可以应用上述实施例的每个实施例，即发射和接收波是单一波(1信道)，和发射和接收波信道可以改变，另外，通信系统的无线电台以预定规则改变(除了发射和接收波信道改变而保持预定间隔的规则)。可是，在WCDMA(宽带码分多址)系统中，发射和接收波信道改变而保持预定间隔是必须的。因此，在此情况下，采用图5和6的设计。在图5和6中，也在图1表示的单元被指定相同的参考号码。

在图5中，利用按照图1所示实施例的设计，本发明应用于发射和接收信道被改变而保持预定间隔的情况。一个合成器123可变地控制第一和第二本机振荡器110和111的频率以恒定地保持预定间隔。另外，该设计与图1所示的设计相同。按照实施例，如同图1所示的情况，发射系统到接收系统的发射不引起干扰。

参照图6，在合成器123控制图5中所示第二本机振荡器111的情况下，可变地控制变频电路119的M/N数值(变频常数)，以便发射和接收信道可以恒定地保持预定间隔。在数值M/N的可变控制中，预先将M/N数值写入对应信道的只读存储器中，而合成器123根据可变信道从只读存储器读取M/N数值，并且将它定义为变频电路119的变频数值。

如上所述，按照本发明，在发射系统变频器中提供了对本振信号变频的装置，以便发射系统的中频不等于接收频率和发射频率之间的差。因此，尽管发射频率与发射系统中频的和被泄露到接收系统，它也不作为接收频率起作用。因此，发射系统的信号不会进入接收系统所接收的信号频带中，由此避免了发射系统对接收系统的干扰。

Claims (16)

1．一种具有用直接变频系统的接收系统和用单一变频系统的发射系统并且具有共用于所述接收系统中的直接变频和所述发射系统中的单一变频的本机振荡器的无线电台，包括

第一变频装置，用于对输入到所述发射系统的单一变频的变频器中的所述本机振荡器的本振频率变频，以使所述发射系统的中频不等于接收频率和发射频率之间的差值。

2．按照权利要求1的无线电台，其特征在于，进一步包括第二变频装置，用于进一步对所述接收系统直接变频的所述本振频率变频。

3．按照权利要求1的无线电台，其特征在于，所述第一变频装置包括一个用于将所述本振频率倍频一个变频常数的倍频单元。

4．按照权利要求3的无线电台，其特征在于，所述倍频单元包括至少一个倍频器和一个分频器。

5．按照权利要求4的无线电台，其特征在于，所述变频器是一个M(非零正整数)倍频器，所述分频器是一个N(非零正整数，且M≠N)分频器。

6．按照权利要求1的无线电台，其特征在于，进一步包括信道控制装置，用于同时可变地控制所述发射系统和所述接收系统的信道频率。

7．按照权利要求6的无线电台，其特征在于，所述信道控制装置设计成能可变地控制所述本振频率和所述第一变频装置的变频常数。

8．按照权利要求6的无线电台，其特征在于，进一步包括一个第二本机振荡器，用于在所述发射系统中正交调制一个基带信号，

其中所述信道控制装置可变地控制所述发射和接收系统的所述第二本机振荡器的振荡频率和所述本机振荡器的本振频率。

9．按照权利要求7的无线电台，其特征在于，所述信道控制装置控制所述发射和接收信道频率，使得发射和接收信道频率可以恒定地保持预定间隔。

10．按照权利要求9的无线电台，其特征在于，所述无线电台用在一个WCDMA通信系统中。

11．一种变频方法，用于具有用直接变频系统的接收系统和用单一变频系统的发射系统并且具有共用于所述接收系统中的直接变频和所述发射系统中的单一变频的本机振荡器的无线电台，该方法包括以下步骤：

对输入到所述发射系统的单一变频的变频器中的所述本机振荡器的本振频率变频，以使所述发射系统的中频不等于接收频率和发射频率之间的差值。

12．按照权利要求11的变频方法，其特征在于，进一步包括对所述接收系统的直接变频的所述本振频率进一步变频的步骤。

13．按照权利要求11的变频方法，其特征在于，进一步包括可变地同时控制所述发射系统和所述接收系统信道频率的步骤。

14．按照权利要求13的变频方法，其特征在于还包括步骤：同时和可变地控制在所述发射系统中正交调制一个基带信号的第二本机振荡器的振荡频率和所述发射和接收系统中的本机振荡器的本振频率。

15．按照权利要求13的变频方法，其特征在于，所述发射和接收信道频率可以可变地被控制，以使所述频率可以恒定地保持预定间隔。

16．按照权利要求15的变频方法，其特征在于，该方法用于WCDMA通信系统中。

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