CN1613191A - 具有多状态直接数字合成器驱动的锁相环的收发信机 - Google Patents
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Abstract
通过在发送模式中将直接数字合成器(DDS 24)驱动的锁相环(PLL10－15)转换为调制状态并馈送调制信号到DDS以及在PLL中转换第一滤波器(12)以允许生成改进的调制信号，而且通过在接收模式中将DDS驱动的PLL转换为振荡状态并馈送非调制信号到DDS以及在PLL中转换第二滤波器(13)以允许利用降低相位噪声进行解调，可以利用低成本生产在类似移动电话和基站的时分电信单元中使用的收发信机。基于将低成本收发信机中的重要部分用于两种模式的基本概念，而不是对于不同的模式使用不同的部分，发射机部分(2)和非发射机部分(4，6)共享单个DDS驱动的PLL，并实现良好的性能。
Description
本发明涉及用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器驱动的锁相环的收发信机。
本发明还涉及在收发信机中使用的数字合成器驱动的锁相环，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环；并且涉及在收发信机中使用的数字合成器驱动的锁相环中使用的锁相环，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环；而且涉及在收发信机中使用的数字合成器驱动的锁相环中使用的数字合成器，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环；本发明还涉及包括用于无线电通信的至少一个便携式单元和至少一个网络单元的系统，而至少一个单元包括至少一个用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环的收发信机；并且涉及包括收发信机的便携式单元，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器驱动的锁相环；并且涉及一种网络单元，所述网络单元包括至少一个收发信机，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器驱动的锁相环；而且涉及通过数字合成器驱动的锁相环用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号的方法。
这样的收发信机例如用于时分双工(TDD)电信系统或时分多址(TDMA)电信系统中，而所述便携式单元例如是移动电话，和所述网络单元例如是基站或路由器或服务器等。
从US 5859570中知道这样的收发信机，该专利公开了为锁相环(PLL)提供参考信号的直接数字合成器(DDS)。根据这个现有技术，这种DDS驱动的PLL使用分频和变频的DDS信号作为PLL的参考信号。
本发明的目的特别是提供如序言部分中所限定的低成本收发信机。
根据本发明的收发信机的特征是：在所述发送模式中，所述数字合成器驱动的锁相环处于调制状态中，而在所述接收模式中，所述数字合成器驱动的锁相环处于振荡状态中。
通过让根据本发明的所述收发信机的发射机部分和接收机部分共享单个DDS驱动的PLL，所述PLL在所述发送模式中处于调制状态中并在所述接收模式中处于振荡状态(频率合成状态)中，提供一种低成本收发信机。
本发明特别基于这样一种基本概念，即，将具有发送模式和接收模式的低成本收发信机中的重要部分用于这两种模式，而不是将不同的部分用于不同的模式。
本发明特别解决了提供一种低成本收发信机的问题，这种接收机具有简单的结构，却提供良好的性能。
如权利要求2中所限定的根据本发明的收发信机的第一实施例的优点在于，根据DDS所处的状态，所述DDS接收调制信号或非调制信号，从而避免DDS内的任何(状态)转换。
如权利要求3中所限定的根据本发明的收发信机的第二实施例的优点在于，在控制器的控制下使用低成本转换器，所述控制器例如包括用于检测发送模式和接收模式的模式检测器和例如包括控制信号发生器，用于响应于所述检测而生成所述控制信号。第一控制信号和第二控制信号分别可以是完全不同的控制信号或者可以是分别具有第一值和第二值的同一控制信号。
如权利要求4中所限定的根据本发明的收发信机的第三实施例的优点在于，所述PLL在所述调制状态中包括允许生成改善的调制信号第一过滤性能(filtering performance)，并且所述PLL在所述振荡状态中包括允许利用降低相位噪声的方式进行解调的第二过滤性能。
如权利要求5中所限定的根据本发明的收发信机的第四实施例的优点在于，例如为环路滤波器的所述第一滤波器和例如为窄带滤波器的所述第二滤波器是通过低成本转换器进行选择的。第一控制信号和第二控制信号分别可以是完全不同的控制信号，或者可以是分别具有第一值和第二值的相同控制信号。
如权利要求6中所限定的根据本发明的收发信机的第五实施例的优点在于，取决于PLL所处的状态，所述PLL生成指定用于发射机部分的调制信号或指定用于非发射机部分的非调制信号。
如权利要求7中限定的根据本发明的收发信机的第六实施例的优点在于，低成本转换器用于经所述发射机部分馈送所述调制信号给所述天线，和用于馈送所述非调制信号到用于解调经天线接收的无线电信号的解调器和所述接收机部分。发射机部分例如包括：自动增益控制器、滤波器和功率放大器。接收机部分例如包括：滤波器、低噪声放大器和自动增益控制器，所述解调器例如工作在零中频(ZeroIntermediate Frequency)模式或近零中频(Near Zero IntermediateFrequency)模式。第一控制信号和第二控制信号分别可以是完全不同的控制信号或可以是分别具有第一值和第二值的相同控制信号。所述解调器和/或所述接收机部分一起形成所述非发射机部分。
根据本发明的数字合成器驱动的锁相环、根据本发明的锁相环、根据本发明的数字合成器、根据本发明的系统、根据本发明的便携式单元、根据本发明的网络单元、和根据本发明的方法的实施例对应于根据本发明的收发信机的实施例。
本发明的这些和其它方面从下面描述的各实施例中将是显而易见的并且将结合这些实施例进行阐述。
图1以方框图形式表示根据本发明的包括具有根据本发明的数字合成器和根据本发明的锁相环的数字合成器驱动的锁相环的收发信机。
图1以方框图形式表示根据本发明的包括具有根据本发明的直接数字合成器(DDS)24和根据本发明的锁相环(PLL)10-15的单个直接数字合成器驱动的锁相环(DDS驱动的PLL)24、10-15的收发信机。该收发信机包括耦合到转换器3的输入/输出端的天线1，该转换器的输入端耦合到收发信机部分2的输出端，和该转换器的输出端耦合到接收机部分4的输入端。收发信机部分2的输入端耦合到转换器5的第一输出端，转换器5的第二输出端耦合到解调器6的第一输入端，并且转换器5的输入端耦合到PLL 10-15的输出端。解调器6的第二输入端耦合到接收机部分4的输出端和解调器6的输出端耦合到控制器40的输入端。
PLL 10-15包括压控振荡器(VCO)10，其输出形成PLL 10-15的输出并且还耦合到分频器15的输入端，分频器15的输出端耦合到相位检测器14的第一输入端。相位检测器14的第二输入端耦合到DDS 24的输出端，并且相位检测器14的输出端耦合到两个并联滤波器12、13的输入端，第一滤波器12的输出端耦合到转换器11的第一输入端，和第二滤波器13的输出端耦合到所述转换器11的第二输入端。转换器11的输出端耦合到VCO 10的输入端。
DDS 24包括滤波器20，其输出形成DDS 24的输出并且其输入端耦合到D/A变换器21的输出端，D/A变换器21的输入端耦合到正弦整形器22(例如，类似ROM)的输出端。正弦整形器22的输入端耦合到相位累加器23的输出端。DDS 24的时钟输入端经乘法器31耦合到时钟发生器30，并且DDS24的信号输入端耦合到转换器32的输出端。
控制器40包括耦合到解调器6的输出端并且还耦合到模式检测器41的处理器/存储器系统42(模式检测器41有可能但并没有表示出还耦合到发射机部分2和/或接收机部分4和/或解调器6)，并且处理器/存储器系统42耦合到控制信号发生器43和耦合到非调制信号发生器44和耦合到调制信号发生器45。调制信号发生器45的输出端耦合到转换器32的第一输入端，并且非调制信号发生器44的输出端耦合到转换器32的第二输入端。控制信号发生器43的输出端耦合到转换器11、32、3和5的控制输入端。
在类似于时分双工(TDD)电信系统或者时分多址(TDMA)电信系统的时分电信系统中，在一个或多个第一时隙期间，已调信号从根据本发明的收发信机发送到另一收发信机(发送模式)，并且在一个或多个第二时隙期间，已调信号从另一收发信机发送到根据本发明的收发信机(接收模式)。根据现有技术，类似在US 5859570中，DDS驱动的PLL被用于生成参考信号，该专利公开了工作在频率合成模式中的DDS驱动的PLL。
根据特别基于本发明的在具有发送模式和接收模式的低成本收发信机中将重要部分用于这两种模式来代替对于不同模式使用不同部分的基本概念，即，所述DDS驱动的PLL在所述发送模式中处于调制状态中，而所述DDS驱动的PPL在所述接收模式中处于振荡状态中。
此外，模式检测器41例如通过未示出的到发射机部分2的耦合和/或例如通过进行计算来检测收发信机在第一时间间隔期间处于发送模式中，所述第一和第二时隙被标准化，并且通知处理器/存储器系统42，系统42指示调制信号发生器45生成调制信号(例如，以响应从未示出的并耦合到处理器/存储器系统42的人机接口中始发的一个音频信号)并且指示控制信号发生器43生成第一控制信号。为响应这个第一控制信号，转换器32馈送从调制信号发生器45始发的所述调制信号到DDS 24，并且转换器11耦合第一滤波器12到VCO 10，例如第一滤波器12是用于改善PLL功能的环路滤波器并且例如具有某一带宽，该带宽等于或稍大于调制信号的(占用)带宽。DDS 24经乘法器31和时钟发生器30接收包括时钟脉冲的相乘的时钟信号，并且接收所述调制信号。在DDS 24的控制下(at the hand of)，通过分别定义为频率、相位和幅度的至少三个参数中的一个或多个，可以生成包括复波形的任何信号。这三个参数分别可以利用频率控制字(频率调制是在相位累加器23之前/中实现的)、相位控制字(相位调制是在相位累加器23和正弦整形器22之间/中实现的)和幅度控制字(幅度调制是在正弦整形器22和D/A变换器21之间/中实现的)进行控制。所述调制信号操纵这些控制信号之中的一个或多个，并且结果DDS 24生成馈送到PLL 10-15的已调参考信号，PLL 10-15经相位检测器14、第一滤波器12、转换器11和VCO 10利用处于反馈环路中的分频器15锁定这个已调制参考信号。由于转换器5例如响应于所述第一控制信号或从控制器40中始发的另一控制信号而将VCO 10与发射机部分2连接，锁定的已调制参考信号经转换器5被馈送到发射机部分2。例如包括自动增益控制器、滤波器和功率放大器的发射机部分2馈送经放大、过滤和增益控制的锁定的已调参考信号到转换器3并因此提供一种直接数字RF(射频)调制。由于转换器3例如响应于所述第一控制信号或经未示出的耦合从控制器40中始发的另一控制信号而将发射机部分2与天线1连接，转换器3馈送这个信号到天线1。于是，在这个第一时间间隔期间，收发信机处于发送模式中，并且DDS驱动的PLL24、10-15处于调制状态中。
然后，模式检测器41例如通过到接收机部分4的未示出的耦合和/或通过进行计算来检测收发信机在第二时间间隔期间处于接收模式中，所述第一和第二时隙被标准化，模式检测器41并通知处理器/存储器系统42，这有可能指示非调制信号发生器44生成一个非调制信号(例如，经处理器/存储器系统42可适配的直流电压或者地电压，在这种情况下不必发所述指示)并且指示控制信号发生器43生成第二控制信号。响应于这个第二控制信号，转换器32馈送自非调制信号发生器44始发的所述非调制信号到DDS 24，并且转换器11耦合第二滤波器13到VCO 10，第二滤波器13例如是允许利用降低相位噪声解调的窄带滤波器。现在DDS 24生成一个非调制参考信号(由于所述非调制信号现在不操纵所述控制字，而馈送/限定预定/固定的控制字，或完全不馈送/限定任何控制字，在这种情况中DDS 24将使用它自己的预定/固定值)，该参考信号被馈送到PLL 10-15，PLL 10-15经相位检测器14、第二滤波器12、转换器11和VCO 10利用在反馈环路中的分频器15锁定这个非调制参考信号。由于转换器5例如响应于所述第二控制信号或者从控制器40中始发的另一控制信号而连接VCO 10与解调器6，所以锁定的非调制参考信号经转换器5被馈送到解调器6。例如包括滤波器、低噪声放大器和自动增益控制器的接收机部分4经天线1和转换器3接收(已调)无线电信号。转换器3例如为响应所述第二控制信号或经未示出的耦合自控制器40中始发的另一控制信号而连接天线1与接收机部分4，并馈送一个经增益控制的、放大和过滤的(已调)无线电信号到解调器6，该解调器经所述锁定的非调制参考信号解调(例如，经零IF(中频)或近零模式，这种模式不需要昂贵和个大的SAW IF滤波器而是非常有益的)所述最后提到的信号。结果，解调的信号被提供给控制器40，例如通过处理器/存储器系统42提供给未示出的人机接口，该接口在响应中生成一个音频信号。于是，在这个第二时间间隔期间，收发信机处于接收模式中，并且DDS驱动的PLL 24、10-15处于振荡状态中。
通过让根据本发明的所述收发信机的发射机部分和非发射机部分(包括接收机部分和/或解调器)共享单个DDS驱动的PLL，该PLL在所述发送模式中处于调制状态中并且在所述接收模式中处于振荡状态(频率合成器状态)中，提供一种低成本收发信机。与现有技术相比，例如与公开始终处于频率合成器状态中的DDS驱动PLL的US 5859580相比，根据本发明的收发信机由于将所述DDS驱动PLL用于不同的用途而是非常有益的。换言之，该收发信机利用基于DDS驱动PLL的射频直接调制和基于DDS驱动PLL的射频解调(例如，零IF或近零IF)来实施，这使收发信机低成本和尺寸小。
本发明特别解决了提供一种低成本收发信机(由于所述发射机部分和所述非发射机部分-包括所述接收机部分和/或所述解调器共享单个DDS驱动PLL)的问题，该收发信机具有简单的结构(通过利用一个或多个所述低成本转换器)并且虽然如此还提供了良好的性能(由于PLL取决于其模式使用特定的模式依赖的滤波器)。结果，根据本发明的收发信机具有与较少部件相组合的快速锁定时间，并因此具有较小的尺寸和较轻的重量。
示出或未示出的每个方块可以是100％的硬件、100％的软件或两者的混合。所表示出或未表示出的每个方块可以与示出或未示出的其它块集成。例如，在控制器40中，模式检测器41、控制信号发生器43、非调制信号发生器44和调制信号发生器45可以部分或整体地与处理器/存储器系统42集成。转换器32例如可以位于DDS 24与控制器40之间，或者例如可以形成DDS 24或控制器40的一部分(在这种情况下，转换器32可以部分或整体地与处理器/存储器系统42集成)。转换器11例如可以形成PLL 10-15的一部分，或者例如可以位于PLL10-15与控制器40之间(在这种情况下，滤波器12、13例如可以是能够被(去)激活和/或被调整以提供第一和第二过滤性能的一个或多个滤波器)，或转换器11例如可以形成控制器40的一部分(在这种情况下，转换器32能够部分地或全部地与处理器/存储器系统42集成，而滤波器12、13是能够被(去)激活和/或被调整以提供第一和第二过滤性能的一个或多个滤波器)。转换器32能够例如与多路分用器相对应，转换器11例如可以对应于选择器或者多路复用器，转换器5例如可以对应于多路分用器，并且转换器3例如可以对应于多路复用器或多路分用器。每个转换器例如还可以对应于功率分配器。正弦整形器22和D/A变换器21例如还可以从时钟发生器30和/或乘法器31接收时钟信号。
第一控制信号和第二控制信号可以分别是完全不同的控制信号或者可以是分别具有第一值和第二值的相同控制信号。另外，也不排除是完全不同的控制信号或具有第三值等的相同控制信号的第三控制信号等，例如，以生成类似于等待模式等的第三模式。于是，根据本发明的收发信机包括多状态(双状态或更多状态)DDS驱动的PLL。
除了所述第一和第二滤波器12、13之外，也不排除第三滤波器等，例如，以允许不同类型的调制信号在所述PLL中不同地进行处理。
所述DDS驱动的PLL在所述发送模式中处于调制状态中的事实暗示在第一时间间隔的至少一部分期间所述调制信号被馈送到DDS。并且，所述DDS驱动的PLL在所述接收模式中处于非调制状态中的事实暗示在第二时间间隔的至少一部分期间所述非调制信号被馈送到DDS。在可能的第三时间间隔期间，可以馈送所述调制信号或所述非调制信号或不同的信号到所述DDS或完全没有信号被馈送到所述DDS。
Claims (14)
1.一种收发信机，用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器(24)驱动的锁相环(10-15)，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中。
2.按照权利要求1的收发信机，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述调制状态中接收调制信号，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述振荡状态中接收非调制信号。
3.按照权利要求2的收发信机，其特征在于，所述收发信机包括：控制器(40)，用于生成所述调制信号和用于生成控制信号，一个转换器(32)被耦合到所述控制器(40)，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)用于为响应第一控制信号而将所述调制信号从所述控制器(40)馈送到所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，并且为响应第二控制信号而将所述非调制信号馈送到所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)。
4.按照权利要求1或2的收发信机，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述调制状态中包括第一过滤性能，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述振荡状态中包括不同于所述第一过滤性能的第二过滤性能。
5.按照权利要求4的收发信机，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)包括用于所述第一过滤性能的第一滤波器(12)和用于所述第二过滤性能的第二滤波器(13)，一个转换器(11)被耦合到所述滤波器(12，13)，用于为响应第一控制信号而选择所述第一滤波器(12)和为响应第二控制信号而选择所述第二滤波器(13)。
6.按照权利要求1或2的收发信机，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述调制状态中生成调制信号，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述振荡状态中生成非调制信号。
7.按照权利要求6的收发信机，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)的输出端经第一转换器(5)和发射机部分(2)和第二转换器(3)被耦合到天线(1)，用于为响应第一控制信号而馈送所述调制信号到所述天线(1)，以便发送所述调制信号，并且所述第一转换器(5)还被耦合到解调器(6)的第一输入端，而且所述第二转换器(3)经接收机部分(4)还被耦合到所述解调器(6)的第二输入端，用于为响应第二控制信号而馈送所述非调制信号到所述解调器(6)，以解调通过所述天线(1)接收的无线电信号。
8.一种数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，用于收发信机中，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24、10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中。
9.一种锁相环(10-15)，用于在收发信机中使用的数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)中，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，其特征在于，所述锁相环(10-15)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述锁相环(10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中。
10.一种数字合成器(24)，用于在收发信机中使用的数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)中，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，其特征在于，所述数字合成器(24)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述数字合成器(24)在所述接收模式中处于振荡状态中。
11.用于无线电通信的包括至少一个便携式单元和至少一个网络单元的一种系统，至少一个单元包括至少一个收发信机，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中。
12.包括收发信机的一种便携式单元，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中。
13.包括至少一个收发信机的一种网络单元，所述收发信机用于在发送模式中发送信号和用于在接收模式中接收信号并包括数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)，其特征在于，所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述发送模式中处于调制状态中，并且所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中。
14.用于通过数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在发送模式中发送信号和在接收模式中接收信号的一种方法，其特征在于，所述方法包括：使所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述发送模式中处于调制状态中的第一步骤。和使所述数字合成器驱动的锁相环(24，10-15)在所述接收模式中处于振荡状态中的第二步骤。
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