CN1628445A - 用于无线通信系统的多标准发射器系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种发射器(108),其转换数字基带信号输入(150)以用于天线(114)发射,以便支持多种通信标准。过偏差相位乘法器(130)将信号相位偏差增大一个因子M。数字相位调制器(176)采用三角查找表。数字中频上变频器(132)向上提升所需要信号内容的频率。第一和第二数模转换器(DAC)(134)和(136)使用相对低位数的运算,其加入DAC噪声(212)。第一和第二低通滤波器(138)和(140)对所需要信号内容的频率进行抑制。模拟I/Q调制器(142)将复值转换为实值信号,增加一个通过中频乘法与所需要信号内容相间隔的不需要的信号。内容限幅器(144)减少调幅噪声。过偏差相位除法器(146)将信号相位偏差除以1/M以减少调幅噪声。
Description
技术领域
本发明大体而言关于无线通信系统,更具体地说,关于一种通过相位调制来减少噪声的多标准发射器系统及方法。
背景技术
无线通信装置,例如移动电话,已经广泛地用作传统电话系统的替代物。无线通信装置的优点之一是其便携性。用户事实上可在地球上任何地点操作无线通信装置。由于无线通信装置的组件尺寸、重量和功率规格可能对便携性有不利影响,它们是直接影响无线通信装置实用性的重要因素。
为了进行通信,无线通信装置的组件要发射并接收信号。与接收器分离或者作为其一部分的发射器要为无线通信装置完成发射任务。发射器一般采用待发射的复值数字基带信号。这些复值数字基带信号是在无线通信装置内部产生的。发射器随后对基带信号进行调制、频率上变频、数模转换和功率放大。
数模转换是发射器的一个重要方面,因为它有可能产生大量的信号噪声。数模转换的传统途径包括采用特定种类的数模转换器(DAC),其具有相对较多的运算位数来执行数模转换。例如,某些发射器采用10位或12位的DAC。另一些传统的途径采用具有较少运算位数的DAC以降低成本,但必须要采用精巧的滤波来减少由较低位数DAC所导致的额外噪声。
低位数DAC产生的噪声量与高位数DAC带来的开销之间的折衷分析对于为多标准通信装置(例如多标准移动电话)所配置的发射器而言变得更加复杂。具体地说,与同时电话呼叫复用相关的移动电话标准方面会极大地影响DAC在多标准环境下的实施。通常,使用频分多址(FDMA)方法、时分多址(TDMA)方法或码分多址(CDMA)方法来执行复用。
利用FDMA方法,在一个给定的频带内对单个同时移动电话呼叫分配不同的频率。如图1所示,一个频带将具有带宽Bf,其具有单个载波频率F1到Fn。利用FDMA方法,一对单独的载波频率支持一个同时移动电话呼叫,其中该频率对中的一个载波频率处理从移动站到基站的通信,而该频率对中的另一个载波频率处理从基站到移动站的通信。
TDMA方法也采用具有单个载波频率的发射频率带,但是,基于时间复用进一步划分该单独的TDMA载波频率,使得一对TDMA载波频率可支持多个同时电话呼叫。例如,如图2所示,一对TDMA载波频率可支持多个同时电话呼叫,因为每个载波频率被划分为许多时间段,其中该频率对中的一个载波频率用于上链接通信,而该频率对中的另一个载波频率频率用于下链接通信。
CDMA方法与FDMA及TDMA方法不同之处在于,CDMA方法所采用的频带中,没有为特定的电话呼叫指定单独的载波频率。相反,单独的电话呼叫可分布于在频率FA与FB之间的特定频带中,如图3所示。
全球移动通信系统(GSM)是一种移动电话通信标准,其采用特定形式的TDMA复用,其中一个频带的单独载波频率以200kHz的间距隔开,如图4所示。在GSM标准下,如图5所示,对于每个具有特定载波频率fsignal的载波信号,在一个以载波频率fsignal为中心的30kHz带宽区域中测量第一功率量,在一个以载波频率ftest为中心的30kHz带宽区域中测量第二功率量,其中ftest与载波频率fsignal距离400kHz。根据GSM标准,第二功率量应该至少低于第一功率量60分贝。
相比GSM标准,采用CDMA技术的标准对噪声规格的要求较不严格。第二代CDMA技术采用具有宽发射频带的载波,例如为1.23MHz频带,如图6所示。第三代CDMA技术采用宽CDMA(WCDMA),其采用具有5MHz到15MHz发射频带的载波,如图7所示。与CDMA及WCDMA标准相关的噪声规格趋于集中于载波发射频带以外的噪声减少区域。结果,相对GSM标准,CDMA和WCDMA标准较容易符合相关的噪声规格,因为GSM标准在其频带内从大量的载波信号中的每一个来处理噪声。例如,用于操作890MHz到915MHz的一上链接频带与935MHz到960MHz的下链接频带的GSM标准在分离的频率上具有124对单独的载波信号,每一对具有各自的关于滤波或噪声减少的噪声规格。因此,实施GSM标准的传统途径一般采用高位数DAC。作为实例,在使用CDMA或WCDMA的典型情况下,具有简单后变换滤波的8位或9位DAC就足够了。相反,在使用GSM的典型情况下,需要带有更精巧的后变换滤波的10位或12位DAC。如此一来,对于GSM,如果要采用8位或9位DAC,则要求甚至更为大量及精巧的滤波。
使用多于一种通信标准(例如利用GSM及WCDMA)的移动电话的传统途径受到了要满足两种标准的噪声规格的挑战,因为它涉及移动电话内部信号的数模转换。某些传统途径对CDMA噪声规格采用低位数DAC,当需要GSM时,采用一个可开关的精巧滤波器。其他传统途径采用双通信路径,每个路径具有针对每个通信标准的分离的DAC。例如,在移动电话发射器的一第一通信路径中,对于CDMA或WCDMA技术将采用一个或多个8位或9位DAC,而在该移动电话发射器的一第二通信路径中,对于GSM技术将采用一个或多个10位或12位DAC。不幸的是,传统方式相对昂贵并且实施起来相对复杂。
因此,很需要一种用于无线通信装置(例如移动电话)的系统和方法,其操作于多于一个通信标准下,而不需要可开关的滤波器或用多个通信路径来处理多个标准的噪声规格,特别是关于在发射器中使用的一个或多个DAC。此需求的动机包括,降低与针对多标准发射器的传统途径相关的成本和复杂度。本发明提供此优点及其他优点,通过以下详细描述及所附图将变得显而易见。
发明内容
本发明存在于一种针对无线通信系统方法的多标准发射系统和方法中,该无线通信系统方法用于处理具有一个相位偏差值和一个所需要信号内容的数字基带输入信号以根据至少第一及第二通信标准从一无线通信系统发射信号。该第一通信标准具有一噪声规格,且该第二通信标准具有一相比第一通信标准而言较不苛刻的噪声规格。
本系统及方法的方面包括一个过偏差相位乘法器,配置用来将数字基带输入信号数字地乘以一个乘法因子M,以将数字基带输入信号的相位偏差值大体上扩大其M倍来输出一个过偏差数字基带信号,该信号实质上包括所需要的信号内容。
本发明其他方面包括一个数字中频上变频器,配置用来关于一采样频率FS和一中频FIF处理过偏差数字基带信号,以输出从该过偏差数字基带信号向上提升的一个I正交(quadrature)信号和一个Q正交信号。该I和Q正交信号在一个大体上上以该中频为中心的上向上提升后的频率范围内实质上包括所需要的信号内容。
本发明其他方面包括一个第一数模转换器(DAC),配置用来将I正交信号转换为一个第一复值模拟信号,并包括一个第二DAC,配置用来将Q正交信号转换为一个第二复值模拟信号。该第一及第二复值模拟信号实质上包括所需要的信号内容。第一及第二DAC至少在部分频谱中具有固有的DAC噪声,该部分频谱包括所需要信号内容的向上提升后的频率范围。
本发明其他方面包括一个第一低通滤波器,配置用来对该第一复值模拟信号滤波,并输出一个第一滤波模拟信号,还包括一个第二低通滤波器,配置用来对该第二复值模拟信号滤波,并输出一个第二滤波模拟信号。另外的方面包括一个模拟I/Q调制器,配置用来根据一第二调制频率FC调制第一及第二滤波模拟信号,以输出一个实值模拟信号,该实值模拟信号具有一个相位偏差值并实质上包括位于一个大体上以一频率为中心的第二向上提升的频率范围中的所需要信号内容,该频率的值大体上为该中频FIF及该第二调制频率FC之和,该实值模拟信号还包括一个来自调制的不需要的信号。
本发明其他方面包括一个限幅器(limiter),配置用来对一限幅器输入信号进行幅度限制,从而减少该实值模拟信号的调幅噪声分量。还具有一个过偏差相位除法器(divider),配置用来将过偏差输入信号的相位偏差除以一个除法因子M,以减少DAC噪声的剩余部分并减少不需要信号。过偏差相位除法器还配置用来对该过偏差输入信号进行带通滤波以进一步减少不需要的信号并因此输出相位受调节的模拟信号,该信号包括减少后的DAC噪声和减少后的不需要信号。该相位受调节的模拟信号具有一相位偏差,该偏差大体上为实值模拟信号相位偏差的1/M,处理后,剩余DAC噪声和不需要信号的结合功率级别已经不足以违反第一通信标准的噪声规格。
结合所附图示,通过以下详细描述,可明白本发明其他特征和优点。
附图说明
图1为说明现有的频分多址(FDMA)技术相关原理的功率-时间-频率图。
图2为说明现有的时分多址(TDMA)技术相关原理的功率-时间-频率图。
图3为说明现有的码分多址(CDMA)技术相关原理的功率-时间-频率图。
图4为功率-频率图,说明采用现有GSM标准的包括单个载波频率的频带,GSM标准作为TDMA技术的一个特定形式。
图5为频率图,说明与现有GSM标准相关的噪声规格的测试规范。
图6为功率-频率图,说明现有第二代CDMA技术中单个载波的一个频率带。
图7为功率-频率图,说明现有第三代WCDMA技术中相邻操作频带中多个载波的发射频率带。
图8为实施本发明的一个系统的功能性方块图。
图9-11为频率图,说明由多于一个移动通信标准中的多于一个频率带共享频谱的各种情形。
图12为概略描述本发明的一个发射器的功能性方块图。
图13为说明图12中显示的发射器的一个实施例的示意图,该实施例包括一个数字中频上变频器和一个GSM特定相位乘法器的I-Q正交实施例。
图14为图12与图13中所显示的过偏差相位除法器的一个实施例中所使用的锁相回路电路之功能性方块图。
图15为功率-频率图,说明由图12和图13中显示的一对DAC输出的复值模拟信号的信号分量,并且还显示了在图12和图13中显示的一对低通滤波器的滤波器响应。
图16为功率-频率图,说明由图12和图13中显示的限幅器输出的实值模拟信号的信号分量,并且还显示了对于图14中显示的锁相回路电路的信号响应曲线。
图17为功率-频率图,说明由图12和图13中显示的过偏差相位除法器输出的实值模拟信号的信号分量,并且还体现为在图14中显示的锁相回路电路。
具体实施方式
本发明提供一种用于发射器减少信号噪声以满足多种通信标准的系统及方法,该系统及方法不需要如在传统现有技术的双标准发射器中那样具有大量内部发射器通信路径或大量发射器滤波系统和组件。尽管在此处展示的实例中涉及具体的通信标准,但本发明的原理通常可应用于多种形式的无线通信。而且,在这里展示的实例可能指移动电话。但是,此术语仅为方便而使用,且本发明可应用于通常称为无线通信装置的移动电话、PCS和其他形式的通信。
本发明还有可能具有更低成本的组件(特别是,较低位数的DAC)以支持包括一个或多个通信标准的多通信标准,该一个或多个通信标准通常需要更高成本的组件,特别是在传统方式下的较高位数DAC。因此,通过在单个通信路径中通常配置同样有可能的较低成本组件,可同时满足要求苛刻或较不苛刻的通信标准。这与传统途径相反,传统方式中至多只满足较不苛刻的通信标准。
根据本发明所实行的实施例,在由发射器接收到复值数字基带形式的所需要的信号时,通过一个相位乘法器所需要信号的相位偏差会显著增加一个乘法器因子(此处指M)。随后将所需要信号向上提升至中频。如在以下示范性实施例中所说明,向上提升将所需要信号在频谱中从一个或多个不需要的信号移开,这些不需要的信号作为随后的调制过程的结果而产生,调制过程将所需要信号从模拟复值形式转换为模拟实值形式。
当所需要信号经过发射器的通信路径时,在复值基带信号中会加入大量不需要的噪声,尤其是由较低位数的DAC所致。由于对一些传统上通过较高成本组件执行的功能使用了较低成本的组件,例如较低位数DAC,导致所引入的噪声级别可能高于相对一些传统途径所允许的噪声级别。为了抵消这种不需要的噪声引入,稍后通过本发明的方法和系统将大多数噪声去除,从而剩下无关紧要的噪声级别或不需要的信号。
如下面进一步讨论,噪声具有一个调幅噪声分量和一个调相噪声分量。在所需要信号经过发射器的后期,朝向发射器的输出端,将加入所需要信号的噪声减少到无关紧要的级别。由限幅器大体上减少不需要的噪声的调幅噪声分量,其相对于传统途径的噪声减少具有较低的成本。限幅器将信号中高于某个门限值的部分变为一个实质非零的常数值,而将低于某个门限值的部分变为一个实质为零的值。相位除法器减少不需要噪声的调相噪声分量。相位除法器不仅除以调相噪声分量,还除以所需要信号的相位偏差。根据安排,因为所需要信号的相位偏差在所需要信号初次被输入发射器时被相位乘法器预先放大乘法器因子M倍,所以将所需要信号的相位偏差除以一个除法因子M实质上恢复了所需要信号在其进入发射器时的初始相位偏差。明显地,将调相噪声分量除以一个除法因子M可将调相噪声分量减少到一个无关紧要的级别。
通常,限幅器和相位除法器二种减少噪声的途径不适合于任何一种特定的通信标准。因此,不需要也不想要在发射器中具有针对某一特定通信标准的多个内部通信路径和精巧的滤波系统。
作为实例,一个发射器的示范性实施例支持GSM通信标准和WCDMA通信标准的版本,其共享频谱部分。通过控制与一个集合(collective)发射频率带相关的噪声减少,其他实施例可支持多个不共享频谱部分的通信标准,该集合发射频率带由各个通信标准的单个发射频率带聚集(aggregate)而成并在以下进一步加以说明。通常,在发射器中采用单个内部通信路径,而不是在传统途径中的多个内部通信路径。滤波主要是利用简单的单极无源低通滤波器,该滤波器针对由WCDMA通信标准和GSM通信标准的发射频率带所组成的较大聚集发射频率带。虽然支持GSM的传统发射器途径通常涉及精巧的滤波系统,在此示范性实施例中同时支持GSM和WCDMA,即便如此,仍然不需要也不想要该精巧传统滤波系统。
因此,实施中通常包括一个过偏差相位乘法器,配置用来将数字基带输入信号的相位偏差数字式地乘以一个乘法因子M。因此,数字基带输入信号的相位偏差值大体上扩大了其M倍,以输出一个实质包括所需要信号内容的过偏差数字基带信号。
通常的实施中进一步包括一个数字中频上变频器,配置用来处理与一个采样频率FS和一个中频FIF相关的过偏差数字基带信号。因此,一个I正交信号和一个Q正交信号从过偏差信号基带信号向上提升,且该等I及Q正交信号在大体上以该中频为中心的向上提升后的频率范围内实质包括该所需要信号内容。
通常还包括数模转换器(DAC),配置用来将I及Q正交信号转换为第一及第二复值模拟信号。该等第一及第二复值模拟信号实质包括所需要信号内容,但是该等第一及第二DAC在包括该所需要信号内容的向上提升的频率范围的频谱的至少一部分中具有固有DAC噪声。通常提供一个过偏差相位除法器,将过偏差输入信号的相位偏差除以除法因子M,以减少DAC噪声的剩余部分并减少不需要的信号。
如在示意图示中为了说明而显示的,本发明体现为在功能性方块图8中说明的系统100。系统100包括一个中央处理器(CPU)102,其控制系统的操作。本领域内技术人员将理解,CPU 102意在涵盖能够操作该电信系统的任何处理装置。其包括微处理器、嵌入式控制器、特殊应用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、状态机、专用离散硬件及其类似物。本发明不限于选择用于实施CPU 102的特殊硬件组件。
该系统还较佳包括一个存储器104,其可能包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)二者。存储器104向CPU 102提供指令和数据。一部分存储器104还可包括非易失随机存取存储器(NVRAM),例如闪速RAM。
通常体现于无线通信装置中的系统100还包括一个外壳106,在其中容纳一个发射器108和一个接收器110,以允许在系统100和一远端位置(例如一基站(未显示))之间发送并接收数据,例如音频通信。发射器108和接收器110可结合为收发器112。将一天线114连接至外壳106并电耦合至收发器112。以下将进一步描述发射器108的组件和操作细节。接收器110和天线114的操作在本领域内为人所熟知,在此处不必要再行描述,但其具体关系到本发明的地方例外。
系统100还包括一个音频输入装置120,例如麦克风,以及一个音频输出装置122,例如扬声器。音频输入装置120和音频输出装置122通常安装在壳体106上。亦可能根据无线通信装置的类型以传统方式使用额外组件。例如,模拟移动电话不需要对任何音频数据进行数字化。相反,数字无线通信装置将需要其他组件来将模拟音频数据转换为数字形式。尽管在图8中没有具体说明,但音频输入装置120耦合到一个模数转换器(ADC),如果系统100实施于一个数字无线通信装置中,则该ADC将模拟音频信号转换为数字形式。该ADC可为语音编码系统的部分,通常称为VOCODER,其以已知的形式将音频数据编码。类似地,音频输出装置122耦合到一个数模转换器(DAC),其将数字音频数据转换为模拟形式。
音频输出装置122,有时将其称为接收器(不要与接收器110混淆),可能由一个外部装置(未显示)所替换。在一示范性实施例中,系统100可通过一个输入-输出(I/O连接器128)耦合到外部音频装置。I/O连接器128提供一个用于音频输入和输出的端口,并还可提供对控制信号和其他操作组件的存取,例如键盘(未显示)。
系统100的不同组件通过总线系统129耦合在一起,该总线系统129可能包括功率总线、控制信号总线和状态信号总线以及数据总线。但是,为简明起见,在图8中将各种总线说明为总线系统129。
本领域内技术人员将理解,图8中说明的系统100为功能性方块图,而不是具体组件的陈列。而且,系统100中的分离的功能性方块实际上可体现为一个物理组件,例如一个数字信号处理器(DSP)。它们还可作为程序代码存在于存储器104中,由CPU 102操作该代码。对图8中的系统100中列出的其他组件可作相同的考虑。
通常,可将本发明的诸方面结合,以最终将一个包含在频谱的一个窄基带部分中的复值数字基带信号转换为一个实值模拟信号,在一个具有发射频率FRF的载波上对该实值模拟信号进行调制。本发明致力于支持多于一种的具有不同噪声减少规格的通信标准,而不需要在发射器中包括多个内部通信路径或精巧滤波系统,例如那些只有当支持某一特定通信标准时才被启动的通信路径或滤波系统。
在图9到图11中说明实施系统100的发射器108的一般原则,其中Bf1和Bf2分别代表在第一及第二通信标准下的一个频率带,并以不同程度的交叠显示为不同的可能频率共享情形下的代表性实例。通常,本发明试图减少一个或多个发射频率带以外的信号级别,该等发射频率带为发射器108所支持的至少一个通信标准的部分。本发明通常所采取的最简单途径为,除去某些频率中的信号级别,否则该频率随后会被作为准备发射的部分向上提升到任何所支持通信标准的任何发射频率带以上或以下。如果在该等通信标准的发射频率带之间存在间隙,则在较简单的实施例中通常不会抑制随后将被向上提升到这些频率间隙的信号级别,因为一般将需要更加精巧的滤波级。例如,如图9到图11所示,将采用简单滤波系统来将可能会在频谱中向上提升到超出由Bfsum指定的聚集频率带的信号级别滤除。例如,发射器108可能需要支持分别具有25MHz带宽并操作于1800或1900MHz频谱区域中的上链接和下链接发射频率带的GSM标准的一个版本,并还可能要支持各具有15MHz带宽并也操作于1800或1900MHz频谱区域中的发射操作带的WCDMA标准的一个版本。确定合适的Bfsum以便提供合适的简单滤波系统来排除某些信号,否则该等信号随后会被向上提升到所支持GSM和WCDMA通信标准版本的任何发射频率带以下或以上。
根据本发明,如图12所示,发射器108包括过偏差相位乘法器130、数字中频上变频器132、第一及第二DAC 134及136、第一及第二低通滤波器(LPF)138和140、模拟I/Q调制器142、限幅器144、过偏差相位除法器146以及功率放大器148。过偏差相位乘法器130接收一数字基带输入信号150并及将所接收的数字输入基带信号数字式地乘以一个乘法器因子M。这导致将数字输入基带信号150的相位偏差增大乘法器因子M倍,以产生一个过程偏差数字基带信号152。
然后数字中频上变频器132接收过偏差数字基带信号152,并将其转换为I和Q正交信号154和156。数字中频上变频器132通常将所需要I和Q正交信号154和156的频率内容向上提升,以在频谱中将它们从不需要信号中移开,如以下进一步阐述。然后第一和第二DAC 134和136分别将I和Q正交信号154和156分别转换为第一和第二复值模拟信号158和160。本发明的方面允许第一和第二DAC 134和136的位数级别不高于支持发射器108所支持通信标准的最低要求所需要的位数级别。然后将第一及第二复值模拟信号158和160分别发送到第一和第二低通滤波器138和140,以将不需要信号和频率范围中的噪声滤除,否则其会向上提升到所支持通信标准相关的发射频率带,以分别产生第一及第二滤波模拟信号162和164。
模拟I/Q调制器142接收第一及第二滤波模拟信号162和164以将它们转换成实值模拟信号166。在此点,实值模拟信号166具有调幅噪声分量和调相噪声分量。将实值模拟信号166首先发送到限幅器144,其减少实值模拟信号的调幅噪声分量,以产生一个幅度受调节的模拟信号168。过偏差相位除法器146随后接收该幅度受调节的模拟信号168并以如下所描述的方式处理该幅度受调节的模拟信号,以减少调相噪声分量,从而输出一个相位噪声减少了的模拟信号170。功率放大器148进行放大,并然后输出一个相位噪声减少了的模拟信号172,以便由天线114发射。
图13中展示了发射器108的一个示范性实施例,配置用来支持GSM通信标准和至少一个额外的通信标准,例如WCDMA通信标准。发射器108包括一个GSM特定的相位乘法器174,当其启动以支持GSM通信标准时,该相位乘法器将由过偏差相位乘法器130输出的过偏差数字基带信号152数字式地乘以一个乘法器因子K,其为由GSM标准确定的调制系数,以输出一个GSM调相信号188。发射器108的这个示范性实施例还包括一个数字相位调制器176,其采用基于余弦和正弦查找表178和180的三角法来分别产生初始的I和Q正交信号190和191。余弦和正弦查找表178和180分别输出输入的GSM调相信号188的相位偏差值的余弦和正弦的大小。
然后将初始I和Q正交信号190和191发送到数字中频上变频器132以分别转换成I和Q正交信号154和156。在此示范性实施例中,数字中频上变频器132包括一个数值振荡器182,并分别包括第一和第二乘法器184和186。数值振荡器182可为一个坐标旋转数字计算机(CORDIC)或一个直接数字合成器,其一般操作原则在本领域内为人熟知。数值振荡器182具有一个第一输出信号S(t)*cos(2π·FIF·t),以及一个第二输出信号S(t)*sin(2π·FIF·tN),其中FIF为中频,t为时间变量,且sin()和cos()为三角函数。S(t)为样本函数,其以采样频率FS在每个采样周期TS输出一个非零值脉冲。在第一乘法器184中,将第一输出信号加入初始I正交信号分量190,在该处将这些信号在时域中相乘,或者在频域中卷积以产生I正交信号154。在第二乘法器186中,将第二输出信号加入复值基带信号的初始Q正交信号191,以产生Q正交信号156。
作为实例,如果初始I和Q正交信号190和191的带宽为200kHz,则可用采样频率FS(例如10MHz)对它们采样,从而满足奈奎斯特(Nyquist)准则,但系统100的数据率可在1MHz范围。在一些实施例中,可将采样频率FS选择为系统100的数据率(即啁啾(chipping)率或符号率)的偶数倍,其允许满足用于保持采样信号的信息内容的奈奎斯特准则。例如,在WCDMA系统中使用的啁啾率等于3.84MHz。为了帮助隔离所需要信号与噪声或不需要信号,可选择采样频率FS,使所需要和不需要的信号在频谱上相互间隔足够远。选择中频FIF,以进一步帮助在频谱上分离所需要和不需要信号。为了确保所需要和不需要信号相互间隔足够远,选择相对较高的采样频率FS。如上所述,在一些实施例中,通常将采样频率选择为数据率(即啁啾率或符号率)的偶数倍,例如四倍或八倍。为了进一步帮助分离所需要和不需要信号,在一些实施例中,中频FIF通常等于采样频率FS的四分之一。例如,如果采样频率为10MHz,则在这些实施例里中频约为2.5MHz。
如图15所示,第一和第二复值模拟信号158和160的功率谱中包括所需要信号210和来自第一和第二DAC 134和136的DAC噪声212。DAC噪声212具有调幅分量和调相分量。如图15所示,所需要信号210从零原点处沿频谱偏移中频FIF,该中频FIF由数字中频上变频器132采用。所需要信号210的大小大于DAC噪声212,差值在图15中用X表示,其基于第一和第二DAC 134和136的线性。对于配置用于支持GSM通信标准和WCDMA通信标准二者的发射器108的示范性实施例而言,第一及第二DAC 134和136通常为8位,具有大约等于一个最低有效位的非线性或者约为7个1/2位的线性。其他实施例采用9位DAC,结果具有更高线性。这与支持GSM通信标准的传统方式形成对比,传统方式采用10或12位DAC。在图15中还显示了第一和第二低通滤波器138和140的LPF滤波器响应213,显示出在高于所需要信号210处以及在负频率范围(也不包括所需要信号)中对频率进行抑制。将LPF滤波器响应213设置成具有足够宽的带宽,以允许采用多于一个通信标准的多模式操作,而不需要抑制所选择频率,该频率否则会向上提升到所支持通信标准的一个或多个发射频率带中,其通常需要传统方式的精巧滤波。
在图13中描述的发射器108的示范性实施例还包括模拟I/Q调制器142的一个特别形式,其中第一乘法器192将第一滤波模拟信号162乘以三角函数cos(2π·FC·t)以产生一个第一产生信号,第二乘法器194将第二滤波模拟信号164乘以三角函数sin(2π·FC·t),以产生一个第二产生信号,且加法器194将第一和第二产生信号相加,以产生实值模拟信号166。图16说明幅度受调节的模拟信号168的功率-频率图,其包括所需要信号214、由限幅器减少后的DAC噪声216以及不需要信号218。由于限幅器144对调幅噪声进行噪声减少,由限幅器减少后的DAC噪声216的大小会小于所需要信号214的大小,差值由图16中的X+L表示。不需要信号218的大小会小于需要信号214的大小,差值在图16中由Y表示,其依赖于模拟I/Q调制器142。不需要信号218是由于在模拟I/Q调制器142中的有限图像抑制。在将第一和第二滤波模拟信号162和164转换成实值模拟信号166时,模拟I/Q调制器142将实值模拟信号166向上提升频率FC。由于中频FIF(其由数字中频上变频器132导致)的属性,不需要信号218大体上以一个频率为中心,该频率离开所需要信号中心频率约中频的两倍。
过偏差相位除法器146的一个特别实施例中采用了一个锁相回路(PLL)194,如图14所示,其包括具有除法因子R的初始除法器195、相位检测器196、低通滤波器197、电压控制的振荡器198和具有除法因子N的第二除法器200,它们根据锁相回路的传统原则排列。通常,为初始除法器195和第二除法器200选择值,以使N/R=1/M,也即除法因子M,以抵消由过偏差相位乘法器130导致的与相位相关的过偏差乘法器因子M。过偏差相位除法器的其他实施例利用转换回路或偏移锁相回路,其操作已知,也对其设置来将幅度受调节的模拟信号168除以乘法器因子M。在一个向上变频过程中使用电压控制的振荡器198,其中与发射相关的射频FRF在一些实施例中通常为射频频谱中的800、900、1800或1900MHz。
锁相回路194主动地选择所需要信号214的一个频谱区域,如图16中的PLL滤波器响应219所示,以进行带通滤波并进一步隔离所需要信号与其他信号和噪声,其他信号和噪声包括限幅器减少后的DAC噪声216和不需要信号218。而且,锁相回路194将幅度受调节的模拟信号168向上变频成相位减少后的模拟信号170,使它以与发射相关的射频FRF为中心。随后由功率放大器148将相位减少后的模拟信号170放大,并发送到天线114发射出去。
如图17中的代表性实例所描述,相位噪声衰减模拟信号170具有的信号分量包括所需要信号220、除法器减少后的DAC噪声222和减少后的不需要信号224。所需要信号220具有更明显的尖峰,其最大幅度相比第一和第二复值模拟信号158和160的所需要信号210以及幅度受调节的模拟信号168的所需要信号212而言占有较小带宽,因为锁相回路194充当一个相位除法器。如图17所示,相位噪声减少后的模拟信号170的所需要信号220的最大值大于相位衰减的模拟信号的除法器减少后的DAC噪声222的最大值,差值为X(如图15和图16所示)加上20logM。同样,相位噪声减少后的模拟信号170的所需要信号220的最大值大于相位减少后的模拟信号的不需要信号224的最大值,差值为Y(如图16所示)加上20logM,并加上锁相回路194的额外滤波方面所固有的其他信号和噪声抑制。结果,除法器减少后的DAC噪声222的大小级别和相位噪声减少后的模拟信号170的减少后的不需要信号224,相比所需要信号220的大小级别而言是无关紧要的。
本领域技术人员可理解在图12到图14中所说明的发射器108为功能性方块图,而不是具体组件的陈列。例如,尽管将数字中频上变频器132及第一和第二DAC 134和136说明为发射器108中的三个分离的方块,但它们可实际上在一个物理组件中实现,例如一个数字信号处理器(DSP)。而且,在一些实施例中,某些信号处理的顺序可变化,例如限幅器144可放置在过偏差相位除法器146的后面。它们还可能作为程序代码存在于存储器104中,例如由CPU 102所操作的代码。对图12到图14中发射器108中列出的其他组件可作相同的考虑。
应理解,尽管在前面阐述了本发明的各种实施例和优点,但是上述揭示仅为说明性,可在本发明广泛的原则之内作具体的变更。因此,本发明仅由权利要求所限定。
Claims (37)
1、一种信号处理系统,包括:
一具有一乘法因子M的过偏差相位乘法器;
一数字中频上变频器;
第一和第二数模转换器(DAC);以及
一具有一除法因子M的过偏差相位除法器。
2、根据权利要求1所述的系统,进一步包括一限幅器。
3、根据权利要求1所述的系统,其中该过偏差相位乘法器还包括一具有一乘法因子K的GSM特定相位乘法器。
4、根据权利要求1所述的系统,其中该数字中频上变频器还包括一具有三角查找表的数字相位调制器。
5、根据权利要求1所述的系统,其中该数字中频上变频器还包括一数值振荡器。
6、根据权利要求1所述的系统,其中该过偏差相位除法器为下列之一:一转换回路和一偏移锁相回路。
7、根据权利要求1所述的系统,其中该过偏差相位除法器为一锁相回路。
8、根据权利要求7所述的系统,其中该锁相回路还包括一具有一除法因子R的初始除法器,以及一具有一除法因子N的第二除法器,该除法因子R和该除法因子N的值满足N/R=1/M。
9、根据权利要求1所述的系统,其中如此选择M以满足GSM通信标准的噪声规格并选择该第一和第二DAC以满足WCDMA通信标准的噪声规格。
10、一种信号处理系统,包括:
一具有一乘法因子M的过偏差相位乘法器;
一个或多个数模转换器(DAC),其具有不符合一所选择的通信标准的DAC噪声;以及
一具有一除法因子M的过偏差相位除法器,以使剩余的DAC噪声符合该所选择的通信标准。
11、根据权利要求10所述的系统,其进一步包括一限幅器。
12、根据权利要求10所述的系统,其中该所选择的通信标准为GSM标准。
13、根据权利要求10所述的系统,其进一步包括一数字中频上变频器。
14、一种信号处理系统,包括:
一数字中频上变频器,其根据一采样频率FS和一中频FIF来配置;
复数个数模转换器(DAC);
一模拟I/Q调制器,用于根据一第二调制频率FC和该中频FIF来进行模拟调制;以及
一带通滤波器,对其进行配置用来减少由该模拟I/Q调制器产生的一不需要信号的功率内容,以符合一所选择的通信标准。
15、根据权利要求14所述的系统,其中该无线通信系统具有一数据率,且该采样频率FS大约为该数据率的偶数倍。
16、根据权利要求14所述的系统,其中该数字中频上变频器进一步包括一数值振荡器,对其进行配置用来通过含有中频FIF的三角函数的两个或两个以上的项部分地输出到所述信号。
17、根据权利要求14所述的系统,其中进一步配置该数字中频上变频器,以使该中频FIF大体上为该样本频率FS的四分之一。
18、根据权利要求14所述的系统,其中该数字中频上变频器进一步包括一具有三角查找表的数字相位调制器。
19、一种信号处理系统,包括:
用于将一数字基带输入信号的该相位偏差数字式地乘以一乘法因子M的构件,目的是输出一实质包括该数字基带输入信号的一所需要信号的过偏差数字基带信号;
用于根据一采样频率FS和一中频FIF处理该过偏差数字基带信号的构件,目的是输出从该过偏差数字基带信号向上提升的一I正交信号和一Q正交信号,该等I和Q正交信号在一大体上以该中频FIF为中心的向上提升的频率范围内实质包括该所需要信号内容;
用于数模转换(DAC)的构件,以将该I正交信号转换成一第一复值模拟信号,并将该Q正交信号转换成一第二复值模拟信号,该等第一和第二复值模拟信号实质包括该所需要信号内容,该用于DAC的构件在包括该所需要信号内容的该向上提升的频率范围的该频谱的至少一部分中具有固有的DAC噪声内容;以及
用于将一过偏差输入信号的该相位偏差除以一除法因子M的构件。
20、根据权利要求19所述的系统,其中该用于数字乘法的构件进一步包括一用于GSM特定的相位乘法的构件,其具有一乘法因子K,以便增加该数字基带输入信号的该相位偏差值,以使过偏差数字基带信号的该相位偏差值大体上比该数字基带输入信号的该相位偏差值大M乘以K。
21、根据权利要求19所述的系统,其中该用于处理该过偏差数字基带信号的构件进一步包括一使用三角查找表将该过偏差数字基带信号转换为初始I和Q正交信号的构件,以根据该采样频率FS和该中频FIF进行处理。
22、根据权利要求19所述的系统,其中如此选择M以满足该GSM通信标准的噪声规格,选择用于DAC构件以满足该WCDMA通信标准的噪声规格。
23、一种信号处理系统,包括:
用于将一数字基带输入信号的该相位偏差数字地乘以一乘法因子M的构件,目的是输出一实质包括该数字基带输入信号的一所需要信号的过偏差数字基带信号;
用于数模转换(DAC)的构件,配置其用来将产生自该过偏差数字基带信号的I和Q正交数字信号分别转换为第一和第二复值模拟信号,该等第一及第二复值模拟信号具有功率内容不符合一所选择通信标准的DAC噪声内容。
用于模拟调制的构件,以便调制下列信号对中的一对:一对未经修改的第一及第二复值模拟信号和一对修改过的第一和第二复值模拟信号,以输出一实值模拟信号;以及
用于将下列信号之一的相位偏差除以一除法因子M的构件:该实值模拟信号的一未经修改的版本和该实值信号一修改过的版本,以减少该DAC噪声,并从而输出一相位受调节的模拟信号,该相位受调节的模拟信号具有一相位偏差值,该值大体上为该实值模拟信号的该偏差值的1/Mth,该处理后的剩余DAC噪声之功率内容符合该所选择的通信标准。
24、根据权利要求23所述的系统,其进一步包括一用于对该实值模拟信号限幅的构件,以减少该DAC噪声的一调幅噪声分量。
25、根据权利要求23所述的系统,其进一步包括一用于对该相位受调节的模拟信号进行限幅的构件,以减少该DAC噪声的一调幅噪声分量。
26、一种信号处理系统,包括:
用于关于一采样频率FS和一中频FIF处理下面两个信号之一的构件:该数字基带输入信号和该数字基带输入信号的一修改,以输出从该数字基带信号向上提升的一I正交信号和一Q正交信号,该等I和Q正交信号在大体上以该中频为中心的一向上提升的频率范围内实质包括该所需要信号内容;
用于进行数模转换(DAC)的构件,以分别将该等I和Q正交信号转换为第一及第二复值模拟信号;
用于根据一第二调制频率FC将该等第一和第二滤波的模拟信号进行模拟调制的构件,以输出一实值模拟信号,其具有一相位偏差值并实质包括位于一大体上以一频率为中心的第二向上提升的频率范围中的该所需要信号,该频率的值大体上等于该中频FIF和该第二调制频率FC之和,该实值模拟信号进一步包括一来自该调制的不需要信号;以及
用于带通滤波下列两个信号之一的构件:该实值模拟信号和该实值模拟信号的一修改,以便因此减少该不需要信号,在处理后剩余的不需要信号的该功率内容不足以违反该第一通信标准的噪声规格。
27、根据权利要求26所述的系统,其中用于处理该过偏差数字基带信号的构件进一步包括一用于通过三角方法来将该过偏差数字基带信号转换为初始I和Q正交信号的构件,以根据该采样频率FS和该中频FIc进行处理。
28、一种用于处理一信号的方法,该方法包括:
将一数字基带输入信号的该相位偏差数字地乘以一乘法因子M,以输出一实质包括该数字基带输入信号的一所需要信号内容的过偏差数字基带信号内容;
根据一采样频率FS和一中频FIF来处理该过偏差数字基带信号,以输出从该过偏差数字基带信号向上提升的一I正交信号和一Q正交信号,该等I和Q正交信号在一大体上以该中频为中心的向上提升的频率范围内实质包括该所需要信号内容;
将该I正交信号数模转换为一第一复值模拟信号,并将该Q正交信号转换为一第二复值模拟信号,该等第一和第二复值模拟信号在包括该所需要信号内容的该向上提升的频率范围的频谱的至少一部分中实质包括该所需要信号内容和DAC噪声内容;以及
将一过偏差输入信号的该相位偏差除以一除法因子M。
29、根据权利要求28所述的方法,进一步包括根据一第二调制频率FC进行模拟调制,以输出一实值模拟信号,其具有一相位偏差值并实质包括位于一大体上以一频率为中心的第二向上提升的频率范围中的该所需要信号内容,该频率的值大体上等于该中频FIF和该第二调制频率FC之和,该实值模拟信号进一步包括一来自该调制的不需要信号;并且对一限幅器输入信号进行限幅,从而减少该实值模拟信号的一调幅噪声分量;其中该限幅器输入信号为该实值模拟信号。
30、根据权利要求28所述的方法,进一步包括对该过偏差输入信号进行带通滤波。
31、根据权利要求28所述的方法,其中该数字乘法进一步包括具有一乘法因子K的GSM特定相位乘法。
32、根据权利要求28所述的方法,其中如此选择M以满足该GSM通信标准的噪声规格,选择该等第一及第二DAC以满足该WCDMA通信标准的噪声规格。
33、一种用于处理一信号的方法,该方法包括:
将该数字基带输入信号数字地乘以一乘法因子M,以输出一实质包括一所需要信号内容的过偏差数字基带信号内容;
分别将产生于该过偏差数字基带信号的I和Q正交数字信号数模转换为第一及第二复值模拟信号,该等第一及第二复值模拟信号具有DAC噪声,该DAC噪声具有一与一所选择的通信标准不相符的功率输出内容;
对下列信号对中的一对进行模拟调制:一对未经修改的第一及第二复值模拟信号和一对修改后的第一及第二复值模拟信号,以输出一实值模拟信号;以及
将下列信号之一的该相位偏差除以一除法因子M:该实值模拟信号的一未经修改的版本和该实值模拟信号的一修改过的版本,以减少该DAC噪声,并因此输出一相位受调节的模拟信号,该相位受调节的模拟信号具有一相位偏差值,该值大体上为该实值模拟信号的该偏差值的1/Mth,该剩余DAC噪声的功率内容符合该所选择的通信标准。
34、根据权利要求33所述的方法,进一步包括对该实值模拟信号限幅以减少该DAC噪声的一调幅噪声分量。
35、根据权利要求33所述的方法,进一步包括对该相位受调节的模拟信号进行限幅,以减少该DAC噪声的一调幅噪声分量。
36、一种用于信号处理的方法,该方法包括:
根据一采样频率FS和一中频FIF处理下列两个信号之一:该数字基带输入信号和该数字基带信号的一修改,以输出从该数字基带信号向上提升的一I正交信号和一Q正交信号,该等I和Q正交信号在一大体上以该中频为中心的向上提升的频率范围内实质包括该所需要信号内容;
分别将该等I和Q正交信号进行数模转换(DAC),以分别将其转换为第一及第二复值模拟信号;
根据一第二调制频率FC将该等第一和第二滤波的模拟信号进行模拟调制,以输出一实值模拟信号,其具有一相位偏差值,并实质包括位于一大体上以一频率为中心的第二向上提升的频率范围内的该所需要信号,该频率的值大体上等于该中频FIF和该第二调制频率FC之和,该实值模拟信号进一步包括一由该调制导致的不需要信号;以及
带通滤波下列两个信号之一:该实值模拟信号和该实值模拟信号的一修改,以减少不需要信号中的功率,以符合一所选择的通信标准的噪声规格。
37、根据权利要求36所述的方法,其中处理该过偏差数字基带信号进一步包括按三角方法将该过偏差数字基带信号转换为初始I和Q正交信号,以便根据该采样频率FS和该中频FIC进行处理。
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