CN1902815A - 低if无线电接收机 - Google Patents

Abstract

一种基于时隙的低中频(“IF”)无线电接收机，包括：IF本地振荡器(3，5，19)，用于产生相位正交的I和Q IF本地振荡信号分量；I和Q混频器信道(4，6)，用于将所述输入信号与I和Q IF本地振荡信号分量混合以产生I和Q IF信号分量。IF本地振荡器(3，5，19)包括用于使IF本地振荡器频率在每个帧期间在第一值与第二值之间交替多次的频率交替装置(20)，其中所述值中的一个大于输入信号的期望载波频率，另一个小于输入信号的期望载波频率，以便减小相邻和相间干扰的影响。基带本地振荡器(12，13)的相位与所述IF本地振荡器频率的交替同步地交替。

Description

低IF无线电接收机

技术领域

本发明涉及低中频(“IF”)无线电接收机，具体地，但非排他地，涉及极低IF(“VLIF”)接收机。表述“低IF”指可与所得到的基带信号的带宽相比较的中频，而“VLIF”是指比所得到的基带信号的带宽小得多的中频。

背景技术

极低IF接收机广泛用于基于时隙的无线电通信，特别地用于时分复用(“TDMA”)协议，如全球移动通信系统(“GSM”)、数字增强型无绳通信(“DECT”)和通用分组无线业务(GPRS)中的全球移动通信系统演进的增强数据速率(“EDGE”)，其作为GSM标准的扩展而提供了更高速度的接入。当有用信号被转换成期望的中频时，这些接收机需要滤除作为镜像频率落在该有用信号上或者非常接近该有用信号的干扰信号。这是通过处于低频处的镜像消除混频器或者多相滤波器实现的。这些镜像消除技术的成功取决于在接收机中的I(同相)和Q(正交相)通路的相位和增益方面实现的平衡。专利说明书US 6 597 748和EP 1 058 378描述了这种接收机。

接收机中的I和Q的平衡可以通过精确的模拟设计以及通过以数字均衡器形式的补偿来实现。这增加了生产率、软件开销、制造开销以及额外硬件方面的成本。此外，镜像滤除随着温度和频段而变化。

镜像信道通常是有用信道的相邻信道或相间相邻信道之一。其他相邻或者相间相邻信道不是镜像频率，并且可以无需这种精确的正交平衡即可被充分滤除。相反，其可容易地通过标准滤波拓扑而被滤除。对于“低侧”IF上的相间信道而言，选择性尤其是个问题，也就是说，在用于将载波频率下变频到IF的本地振荡器(“LO”)频率小于载波频率从而使得IF为正的情况下，考虑在两倍信道间隔(在附图的图2中示出的示例中为400kHz)处的干扰，因为接收机将它们视为镜像并且部分干扰谱落入频带内。

专利说明书US2002/0183030描述了无线电接收机和发射机设备，其包括发射机中的可以根据移动通信设备的运行的频段而选择的本地振荡器(LO)频率Low_LO和High_LO，而在接收机中，LO输入Low_LO和High_LO经由子谐波混频器连接到不同接收机通路。

对于低IF无线电接收机的规范包括有关干扰滤除的严格要求，并且需要以最小成本满足或超过这些规范。

发明内容

本发明提供了如所附权利要求中所述的无线电接收机。

附图说明

图1是以示例形式给出的根据本发明的一个实施例的接收机的硬件实现的框图，

图2是在图1的接收机的操作中，在第一时隙期间出现的信号的频谱图，

图3是在图1的接收机的操作中，在随后时隙期间出现的信号的频谱图，

图4是在图1的接收机的操作中，参数随时间的变化的图。

具体实施方式

图1所示的接收机包括用于将所接收的无线电信号提供给放大器2的天线1.“高侧”本地振荡器3在高于有用信道频率f_wanted的频率f_LO处产生本地振荡器信号，从而f_LO＝f_wanted+f_LO。来自高侧本地振荡器3的信号被提供给I信道混频器4和移相器5，该移相器5将来自高侧本地振荡器3的信号的相位移位90°并且将经移相的信号提供给Q信道混频器6。I信道混频器4和Q信道混频器6将从放大器2接收的信号与本地振荡信号混合，来产生相位正交的低IF信号(在本情况下为VLIF信号)，并将这些低IF信号提供给I低通滤波器7和Q低通滤波器8。来自滤波器7和8的经滤波的模拟信号随后分别被模数转换器(“ADC”)9和10转换成数字信号，并在数字混频器级11中从VLIF下变频到DC，该数字混频器级11将来自ADC 9和10的信号与来自VLIF本地振荡器12以及来自另外的90°移相器13的VLIF本地振荡信号混合。

在操作中，如图2中以200kHz为示例所示的，有用信道呈现为与GSM和EDGE信道宽度对应的宽带14。本地振荡器的频率15比有用信道14的中心频率f_wanted高出量f_IF，该量f_IF在本示例中等于100kHz。当与本地振荡信号混合时，有用信道将集中在低IF频率-f_IF处，并且来自于镜像区域16的信号将出现在以频率+f_IF为中心的区域并将通过频率滤波器：当来自相邻信道或者相间相邻信道18的干扰17以相对于有用信道14的中心频率f_wanted偏移f_inteferer(＝200kHz或者400kHz，在附图的图2所示的示例中)的频率为中心时，就是这种情况。

如专利说明书US 6 597 748中所述，镜像滤除取决于I信道和Q信道的增益和相位不平衡性。例如在专利说明书EP 1 058 378中描述的数字增益和相位校正使得可以实现这些误差的显著补偿，并且提供高度的镜像滤除。然而，如上所述，可能期望改进镜像滤除，因为接收机将它们视为镜像，并且部分干扰谱落入有用频段中。具体地，在某些应用中，对于处于大于载波(C)41dB(其中载波是有用信道)处的所接收的干扰(I)，甚至在大于2GHz的载波频率处，也期望选择性处于所检测到的载波干扰(C/I)级别优于10dB处。

在图中所示的本发明的实施例中，本地振荡器装置包括频率交替装置，用于使本地振荡器频率在连续时隙中，在第一值和第二值之间交替，这两个值之一大于输入信号的期望载波频率，而另一个小于输入信号的期望载波频率。更具体地，在图1所示的实施例中，设置有低侧本地振荡器19，其在低于有用信道频率f_wanted的频率f_LO处产生本地振荡信号，从而f_LO＝f_wanted-f_IF。来自高侧本地振荡器3和低侧本地振荡器19的信号被提供给双位置开关(two-position switch)20。双位置开关20对于接收信号的交替时隙，交替选择来自高侧本地振荡器3和低侧本地振荡器19的LO信号。图3中示出了当选择低侧本地振荡器19时，在有用信道的频率、低侧本地振荡器19的频率、镜像区域15的频率以及所述干扰17和18的频率之间关系。应当理解，所述干扰于是落在镜像区域15之外，并且被频率滤波器7和8所滤除。

为了保持VLIF I和Q信道混频器级11的极性，该混频器级包括第一和第二I信道混频器21和22，以及第一和第二Q信道混频器23和24。与LO双位置开关20同步的VLIF双位置开关25提供相位交替，并且交替地在一个时隙中将来自VLIF本地振荡器19的VLIFLO信号施加给第一I和Q混频器21和23，并且在下一时隙将来自VLIF移相器13的经移相的VLIF LO信号施加给第二I和Q混频器22和24。I混频器21和22将这些信号与来自I信道ADC 9的信号混合，并且Q混频器23和24将这些信号与来自Q信道ADC 10的信号混合。来自第一I混频器21和第二Q混频器24的信号被提供给加法器26，该加法器将经混合的信号相加以在Q输出27处产生Q输出信号，并且来自第二I混频器22的信号和来自第一Q混频器23的信号被提供给减法器28，减法器28减去经混合的信号以在I输出29处产生I输出信号。

该信号振幅和相位可以表示如下：

在本地RF振荡高于有用信道频率的情况下，高侧低IF，低IF接收机I、Q矢量输出可以表示如下：

I_out(t)+j.Q_out(t)＝

A_w(t)/2.e^-j.？w(t)**H_wanted+A_i(t)/2.e^{-j.(？i(t)+2.？.finterferer.t)}**H_wanted(项a)

+

A_w(t)/2.e^{+j.(？w(t)-4.？.fIF.t)}**H_image+A_i(t)/2.e^{+j.(？i(t)+2.？.finterferer.t-4.？.fIF.t)}**H_image(项b)

其中A_w(t)是有用信道振幅信号，

其中？_w(t)是有用信道相位信号，

其中f_IF是中间IF频率，

其中A_i(t)是干扰信道振幅信号，

其中？_i(t)是干扰信道相位信号，

其中F_interferer是干扰频率相对于有用信道频率的偏移(如，在GSM中，考虑+400khz相间信道干扰的情况)。

其中H_wanted是表示为H_wanted＝(H_I+H_Q)/2的有用信道滤波脉冲响应，其中H_I是I通路信道脉冲响应，H_Q是Q通路信道脉冲响应，并且

其中H_image是表示为H_image＝(H_I-H_Q)/2的镜像信道滤波脉冲响应，其中H_I是I通路信道脉冲响应，H_Q是Q通路信道脉冲响应。

理想的，如果H_I＝H_Q，即，有良好的频率正交性，则H_image无效。

项b代表基于H_image而落入RX频段中的镜像部分，H_image由于I通路与Q通路之间的非理想匹配而未被无效掉，从而，例如，如果f_interferer＝2*f_IF，则项b的第二部分变成：

A_i(t)/2.e^+j.(？i(t))**H_image

其以0频率为中心，即，落入有用RX信道内，并且该干扰的振幅取决于干扰的级别max(A_i(t))以及镜像滤除振幅abs(H_image)。

在本地RF振荡低于有用信道频率的情况下，即，fLO＝fwantedchannel-fFI，低侧低IF，低IF接收机I、Q矢量输出可以被表示为：

I_out(t)+j.Q_out(t)＝

A_w(t)/2.e^-j.？w(t)**Hwanted+Ai(t)/2.e^{-j.(？i(t)+2.？.finterfer.t)}**Hwanted(项a’)

+

A_w(t)/2.e^{+j.(？w(t)+4.？.fFI.t)}**H_image+A_i(t)/2.e^{+j.(？i(t)+2.？.finterfer.t+4.？.fFI.t)}**H_image(项b’)

项b’代表基于H_image而落入RX频段中的镜像部分，H_image由于I通路与Q通路之间的非理想匹配而未被无效掉，从而，例如，如果f_interferer＝2*f_IF(与高侧情况中相同的干扰位置)，则项b’的第二部分变成：

A_i(t)/2.e^{+j.(？i(t)+2？.4fFI.t)}**H_image

其以4.f_IF频率为中心，即落在有用接收信道之外，由此使得在接收机在低侧低IF模式下操作的时间期间消除该组成项。

由于本地振荡器频率f_LO在高侧和低侧之间交替，所以输出在所表示的各个值之间交替，并且所呈现的干扰的平均影响减小了。如果在高侧与低侧之间多次出现交替，而干扰在有用频段的同侧上，则无需知道干扰频率出现在有用频段的哪一侧上，了解干扰频率出现在哪一侧上通常甚至是不可能的。

应当理解，除了图1所示的利用两个本地振荡器3和19的实现，还可以在某些应用中将这两个振荡器组合在一个中，从而开关20使该本地振荡器的输出在这两个LO频率之间切换。在接收时隙被非活动的接收时间段所分离开时，该实现特别有用，在所述时间段中，本地振荡器被改变并且有时间在开始下一接收时隙之前稳定在新的频率处。应当理解，图1所示的硬件开关20和25也可以被本地振荡器频率的软件切换所代替。

还应当理解，在某些应用中，如果与干扰波动相比，本地振荡器频率在这两个LO频率之间的交替经常发生，即，在同一块(在GSM和EDGE的情况下为2000个时隙)中多次出现，则无需在每个连续的时隙处，在这两个LO频率之间交替该本地振荡器频率。

Claims (7)

1、一种低中频(“IF”)无线电接收机，包括：天线装置(1)，用于接收包括连续帧的、基于时隙的无线电信号，其中每个帧包括一组接收时隙；输入装置(2)，响应于来自所述天线装置的信号而产生输入信号；本地振荡器装置(3，5，19)，用于产生具有本地振荡器频率的至少一个本地振荡信号(15)；混频器装置(4，6)，用于将所述输入信号与所述本地振荡信号混合并产生IF信号；以及滤波装置(7，8)，响应于所述IF信号，选择性地使低IF范围内的频率通过而滤除所述低IF范围之外的频率，以使得产生经滤波的信号，

其特征在于，所述本地振荡器装置(3，5，19)包括频率交替装置(20)，用于使所述本地振荡器频率在所述帧中的每一个的所述接收时隙期间在第一值与第二值之间交替多次，其中所述值中的一个大于输入信号的期望载波频率，而另一个小于输入信号的期望载波频率。

2、根据权利要求1所述的低IF无线电接收机，包括：另外的本地振荡器装置(12，13)，用于产生具有另外的本地振荡器频率的至少一个另外的本地振荡信号；另外的混频器装置(21-24，26，28)，用于将所述经滤波的信号与所述另外的本地振荡信号进行混合并且产生基带信号；以及滤波装置(27，29)，响应于所述基带信号，选择性地使基带频率范围内的频率通过而滤除所述基带范围之外的频率。

3、根据权利要求1所述的低IF无线电接收机，其中，所述本地振荡器装置(3，5，9)包括用于分别产生所述本地振荡信号的相位正交的I分量和Q分量的“I”信道和“Q”信道；所述混频器装置包括I混频器信道和Q混频器信道，用于将所述输入信号与所述本地振荡信号的所述I分量和所述Q分量混合，并分别产生所述IF信号的I分量和Q分量，并且所述滤波装置(7，8)包括用于分别产生所述经滤波的信号的I分量和Q分量的I滤波信道和Q滤波信道。

4、根据权利要求3所述的低IF无线电接收机，包括：另外的本地振荡器装置(12，13)，用于产生具有另外的本地振荡器频率的另外的I本地振荡信号分量和另外的Q本地振荡信号分量；另外的混频器装置(21-24，26，28)，包括另外的I混频器信道和另外的Q混频器信道，用于将所述经滤波的信号与所述另外的I本地振荡信号分量和所述另外的Q本地振荡信号分量混合，并且产生所述基带信号的I分量和Q分量；以及I和Q滤波装置(27，29)响应于所述基带信号的所述I分量和所述Q分量，有选择地使基带频率范围内的频率通过并滤除所述基带范围之外的频率，以便分别产生所述基带信号的I分量和Q分量。

5、根据权利要求4所述的低IF无线电接收机，其中所述另外的本地振荡器装置(12，13)包括相位交替装置(25)，用于与所述本地振荡器频率交替同步地对所述另外的I本地振荡信号分量和所述另外的Q本地振荡信号分量施加交替相移。

6、根据权利要求5所述的低IF无线电接收机，其中所述相位交替装置(25)被设置成与所述本地振荡器频率交替同步地使所述另外的I本地振荡信号分量和所述另外的Q本地振荡信号分量在所述另外的I混频器信道和所述另外的Q混频器信道之间交替。

7、根据上述权利要求中的任何一个所述的低IF无线电接收机，其中，所述频率交替装置被设置成在所述帧中的每一个的每个连续接收时隙处，使所述本地振荡器频率在所述第一值和所述第二值之间交替。

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