CN1636326A - 可切换边带频率的低中频发射机 - Google Patents

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Abstract

一种用于发射高频发射信号的发射机，产生一个低中频正交信号，并将该低中频正交信号上变频为高频发射信号。高频发射信号的频谱中包括一个发射频带和一个与该发射频带相应的边带。该发射频带被限制在总的发射频带之内，在总的发射频带之外的边带需要被严格的滤波。在进行上变频之前，发射机将边带落在发射频带的一边，这样使边带位于总的发射频带之内。

Description

可切换边带频率的低中频发射机
本发明涉及一种发射机，尤其是在低中频发射机中的边带抑制。这种发射机可以作为一个时分复用收发信机的发射支路，所述的收发信机有一个收发信机的发射支路和接收支路公用的本地振荡器，例如，一个工作在所谓的2.4G赫兹ISM频带的收发信机，或者其他任何合适的发射机和接收机。
在时分复用收发信机中，为了节约成本，希望其发射机和接收机公用一个本地振荡器。而且，为了获得一个较短的发射—接收换向时间，发射机和接收机应该共用一个以本地振荡器频率为基础的合成器。并且，为了可以集成接收信道滤波器或者当抽样速率很慢时通过数模转换器产生发射基带信号I和Q，该中频相对于无线频率应该比较低。尤其是当所述的公用本地振荡器和低中频收发信机工作在微波频段，例如在2.4G赫兹ISM(工业科学和医药)频带，发射机有载波泄漏，而且，除了发射频带在ISM频带之内的发射频带之外，也发射它的边带。低中频的结构能更好地减轻接收机中的DC偏移相关问题。然而，为了保持合成器的频率一样，接收机也要工作在相同的低中频。这样就在发射机中产生一个位于离理想发射频带的中心频率两倍中频距离处的不想要边带。对低中频来说，滤除不需要的边带是比较困难的，尤其当它不在ISM频带之内时。
本发明的一个目的是提供一种发射机，其中，在很大程度上避免了对滤除所给频带中理想发射频带的边带的滤波需要。
本发明的另一个目的是确保边带不落在所给频带之外。
根据本发明，提供一种发射高频发射信号的方法，所述的方法包括：
—产生一个低中频正交信号；
—将所述的低中频正交信号上变频为所述的高频发射信号，所述的高频发射信号的频谱中有一个发射频带和一个与该发射频带相应的边带，所述的发射频带被限制在一个总的发射频带之内，在这个总的发射频带之外的边带需要严格地滤除；
—在进行上变频之前，将所述的边带落到所述的发射频带的一边，这样，所述的边带就可以落到总的发射频带之内；
—发射所述的高频发射信号。
由于现在边带总是落在总的发射频带之内，这样就在很大程度上避免了滤波需求。在ISM频带中，例如，边带通常应被抑制优于-47dB。在总的发射频带内，典型地，边带需要低于发射频带20dB。
在本发明的第一个实施例中，通过交换正交本地振荡器信号来在上变频处进行发射频带和边带的交换。
在本发明的第二实施例中，通过交换低中频正交信号来在低中频处进行发射频带和边带的交换。
在这两个实施例中，在交换发射频带和边带时，本地振荡器信号的频率被频移超过低中频的两倍。
在第一个实施例中，优选地，通过控制缓冲器的相位、控制在相差180度的第一相位和第二相位之间的相位来进行正交本地振荡器信号的交换。
图1是本发明收发信机的一个方框图，具有一个发射机和一个接收机。
图2是本发明收发信机的交换设备的一个实施例。
图3是本发明收发信机的可控制缓冲器的更详细实施例。
图4是由本发明收发信机产生的发射信号的频谱。
图5说明了根据本发明发射频带和它的边带进行交换的图。
图6是本发明的根据查询数据对发射频带和它的边带进行交换的查询表。
在所有图中，相同的数字表示相同的部件。
图1是本发明的收发信机1的方块图。收发信机1包括接收机2和发射机3以及产生相互间有90度相移的正交本地振荡器信号的本地振荡器4。为了把收发信机1操作在所谓的2.4G赫兹ISM频带上，本地振荡器4被调谐到相同的发射与接收频率，并且，最好是接收机2和发射机3共用该振荡器。本领域所熟知的，所述的本地振荡器通常包括一个锁相环(PLL)和一个压控振荡器(VCO)，压控振荡器的输出与相互间相对相位偏移为90度的移相器相连。示意图上标明为0度和90度。这里，没有对本地振荡器进行详细描述。收机2和发射机3通过发射/接收开关6和RF滤波器7与天线5相连。接收机2包括一个与同相支路的混频器9和正交支路的混频器10相连的低噪声放大器8(LNA)。混频器9通过交叉连接的多相滤波器中的低中频滤波器12及一个AGC(自动功率控制)增益放大器与基带和中频频带处理器11相连。混频器10通过交叉连接的多相滤波器中的低中频频带滤波器14及一个增益控制放大器15与一个基带和中频频带控制器11相连。发射器3包括一个同相支路和一个正交支路。同相支路包括一个带通滤波器20和一个混频器21。正交支路包括一个带通滤波器22和一个混频器23。混频器21和23的输出被提供给加法器24，该加法器通过功率放大器25与Tx/Rx开关相连。基带和中频频带处理器11包括一个有ROM和PAM的已程序化微控制器(uC)30(ROM和PAM在图中没有画出)。ROM，例如一个EEPROM，或者其他任何合适的ROM，被程序化以用于控制收发信机1的工作。基带和中频频带处理器11还包括用于对放大器13和15的输出信号进行抽样的模数转换器(ADC)31和32，和分别产生正交低中频发射信号Tx-I和Tx-Q的数模转换器(DAC)33和34。根据本发明，发射频带的边带根据在ISM频带中实际的发射频率来在上频带或者下频带进行发射，这样就可以在很大程度上避免了滤波需要，否则当边带落在ISM频带之外或者将要落在ISM频带之外时必须进行滤波。在相互交换发射频带和它的边带时，发射频带保持原样。在实施例中，对边带信号的交换是通过控制交换设备40对本地振荡器信号转换90度的相移来实现的，这样边带就可以以上频或者下频带来发射。在优选实施例中，当继续发射相同的发射频带时，通过相互交换正交低中频发射信号Tx-I和Tx-Q来实现相互交换发射频带及它的边带。根据发射频带和它的边带的相互交换，本地振荡器4的频率相应地在发射信号Tx-I和Tx-Q的中心频率两倍的距离处被变换。
图2是本发明的收发信机1的交换装置40的实施例。交换装置40包括一个90度的移相器50，该移相器位于本地振荡器4和由微控制器30所控制的可控制缓冲器51之间。根据微处理器30提供的控制信号，缓冲器以非反相或反相缓冲器或者是放大器的方式工作。这样，提供给发射机的同相或者正交支路的本地振荡器信号相差180度。同时，本地振荡器频率转换为中频的两倍，发射频带的边带从发射频带的右边转换到左边，或者从左边转换到右边。
图3是本发明的可控制缓冲器51的更详细实施例。可控制缓冲器51包括倒相放大器60和一个可控制开关，该开关与放大器60的输出端和倒相放大器60的输入端相连。
图4是本发明中的收发信机1产生的发射信号Tx-I和Tx-Q的频谱。图中示出了发射信号Tx-I和Tx-Q在中频fIF处的傅里叶变换的频谱VI(f)和VQ(f)。低中频信号Tx-I和Tx-Q可以由微处理器30或者一对模拟混频器加上另一个中频为fIF的本地振荡器以数字的方式产生。
图5说明了本发明的发射频带和它的边带的交换。图中显示的是位于2400到2480MHZ中的一个2.4GHZ的ISM频带。如图所示，在ISM频带中天线5的功率应低于+30dBm，在ISM频带之外应抑制在高于-47dBm。因此，当边带将落到ISM频带外时，需要一个非常好的边带抑制或者I-和Q-增益并且相位要被非常好地平衡以便抑制边带。事实上，这种抑制或者平衡比较难实现。图中的点划线表明ISM频带延续了很多信道。图中画出了发射频带70和它作为上频带71或者下频带72的边带。在边带作为下频带发射、频带作为上频带进行发射的默认情况下，根据本发明，边带转换到发射频带的右边，也就是说当默认的边带落到了ISM频带之外时，发射频带变为低频带、边带变为高频带。在所示的频谱中，当边带有一部分落在了ISM频带之外则应如图中箭头73所示，将其移位到发射频带70的另一侧。被移位或应用的本地振荡器和边带频率fLO’和fSB’当作默认的本地振荡器和边带频率fLO和fSB。因为发射频带位于ISM频带的上半部分，相应的边带位于发射频带的左侧。这样，对于本发明就能保证边带不落在ISM频带之外。为达到此目的最简单的方法是当发射频带位于ISM频带的下半部分时保持它的边带位于发射频带的右边，当发射频带位于ISM频带的上半部分时保持它的边带位于发射频带的左边，但是，在这样的频带范围内的实际频带和信道只要边带落在实际频带之外就足以使预定的发射频带和它的预定发射模式发生偏离。这种情形只发生在实际频带边缘比较近的情况下，这依赖于频带中信道的数目和信道的宽度。这就必须保持边带在实际频带之内。保持边带在ISM频带之内，边带只需要低于发射频带大约20dBm就可以了，这样就可以大大减少了滤波需要。
图6是根据本发明的具有交换发射频带XMIT和它的边带SB的查询数据的查询表。依据发射频率fRF，本地振荡器4的频率fLO被设定，边带和发射频带进行交换。在所示实施例中，默认的传输模式是将那个发射频带XMIT作为下频带而同时将它的边带作为上频带进行发送。这种默认模式适合于发射频带位于ISM频带下半部时，此时不需要交换。当发射频带位于ISM频带的上半部时，由微控制器30进行交换，相应的本地振荡器频率也被设定。这种交换是由查询表上的“低”和“高”来表示的，图中还进一步示出了2412，2417，……，2457和2462MHZ的fRF和相应的频率为2423，2428，……2446和2451MHZ的fLO和11MHZ的中频。图中的点表示在所示的频率间的其他频率，其间隔为5MHZ。
载波泄漏信号和边带一起被移动。即使有非常好的边带抑制，在只移动载波泄漏信号时，仍然会移动边带。
综上所述，对本领域的技术人员来说很明显，随后在由附加的权利要求所定义的本发明精神和范围之内可以进行各种修改，并且本发明的范围不仅仅限于具体公开的实施例。词“包括”并不排除除了权利要求中列出之外的其它单元和步骤的存在。

Claims (12)

1.一种发射高频发射信号的方法，所述方法包括：
—产生一个低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)；
—将所述的低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)上变频为所述的高频发射信号，所述高频发射信号的频谱具有一个发射频带(70)和与所述发射频带(70)相应的一个边带(71；72)，所述发射频带(70)被限制在一个总的发射频带(ISM)之内，需要严格地滤除这个总的发射频带之外的边带；
—在进行上变频之前，将所述边带(71；72)落到所述发射频带(70)的一边，这样，所述边带(71；72)就可以落到所述总的发射频带(ISM)之内；
—发射所述高频发射信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中：在默认的传输模式中，所述边带(71；72)在所述的发射频带(70)的第一边，所述方法进一步包括步骤：当所述第一边至少有一部分落在所述总的发射边带之外时，改变所述默认发射方式，这样，改变后的边带(71；72)就位于所述发射频带(70)的第二边，所述改变后的边带(71；72)位于所述总的发射频带(ISM)之内。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括步骤：当位于所述第一边的边带(71；72)至少部分地落在所述总的发射频带(ISM)之外时，移动本地振荡器信号(fLO)的频率为所述低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)的低中频(2fIN)的两倍，所述本地振荡器信号(fLO)用于进行所述上变频。
4.如权利要求3所述方法，进一步包括步骤：通过交换(40)本地振荡器信号(fLO)的正交信号来交换所述发射频带(70)和边带(71；72)，所述正交信号用于进行上变频。
5.如权利要求3所述的方法，进一步包括步骤：通过交换低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)的同相和正交的信号(Tx_I，Tx_Q)来交换所述发射频带(70)和边带(71；72)。
6.一种发射机(3)，包括：
—产生一个低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)的装置(11)
—将所述的低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)上变频为所述的高频发射信号的装置(21，23，24)，所述的高频发射信号的频谱具有一个发射频带(70)和与该发射频带(70)相应的一个边带(71；72)，所述发射频带(70)被限制在一个总的发射频带(ISM)之内，需要严格地滤除所述总的发射频带之外的边带；
—在进行上变频之前，将所述的带(71；72)落到所述发射频带(70)的一边的装置(11；40)，这样，所述边带(71；72)就可以落到所述总的发射频带(ISM)之内；
—发射所述高频发射信号的装置(5，7，25)。
7.如权利要求6所述的发射机(3)，其特征在于：在默认的传输模式中，所述边带(71；72)在所述发射频带(70)的第一边，所述发射机(3)进一步包括：当所述第一边至少有一部分落在所述总的发射边带之外时，改变所述默认发射方式的装置，这样，改变后的边带(71；72)就位于所述的发射频带(70)的第二边，所述改变后的边带(71；72)位于所述总的发射频带(ISM)之内。
8.如权利要求2所述的发射机(3)，进一步包括：当位于第一边的边带(71；72)至少部分地落到所述地中地发射频带(ISM)之外时，移动本地振荡器信号(fLO)的频率为所述低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)低中频的两倍(2fIN)的装置，所述本地振荡器信号(fLO)用于进行上变频。
9.如权利要求8所述的发射机(3)，包括通过交换本地振荡器信号(fLO)的正交信号来交换所述发射频带(70)和边带(71；72)的装置，所述正交信号用于进行上变频。
10.如权利要求9所述的发射机(3)，其特征在于：所述的交换装置包括一个可控制相位0度和180度的可控制缓冲器放大器(51)。
11.如权利要求8所述的发射机(3)，包括通过交换低中频正交信号的同相和正交的信号(Tx_I，Tx_Q)来交换所述发射频带(70)和边带(71；72)的装置。
12.一种收发信机(1)包括一个接收机(2)和一个发射机(3)，所述发射机(3)包括：
—产生一个低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)的装置(11)
—将所述低中频正交信号(Tx_I，Tx_Q)上变频为所述高频发射信号的装置(21，23，24)，所述高频发射信号的频谱具有一个发射频带(70)和与该发射频带(70)相应的一个边带(71；72)，所述发射频带(70)被限制在一个总的发射频带(ISM)之内，需要严格地滤除所述总的发射频带之外的边带；
—在进行上变频之前，将所述边带(71；72)落到所述发射频带(70)的一边的装置(11；40)，这样，所述边带(71；72)就可以落到所述总的发射频带(ISM)之内；
—发射所述高频发射信号的装置(5，7，25)。
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