ES2272928T3 - Receptor de radio con una frecuencia intermedia baja. - Google Patents
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Abstract
Un receptor de radio de frecuencia intermedia baja ("FI"), que comprende unos medios de antena (1) para recibir una señal de radio basada en intervalos de tiempo, que comprende sucesivas tramas, comprendiendo cada una un conjunto de intervalos de tiempo de recepción, medios de entrada (2) sensibles a la señal de los mencionados medios de la antena, para generar una señal de entrada, medios del oscilador local (3, 5, 19) para generar al menos una señal del oscilador local (15) que tenga una frecuencia del oscilador local, medios de mezclador (4, 6) para mezclar la mencionada señal de entrada con la mencionada señal del oscilador local, y generando una señal de frecuencia intermedia FI, y medios de filtros (7, 8) sensibles a la mencionada señal de FI, para hacer pasar selectivamente las frecuencias dentro de un rango bajo de FI, y rechazando las frecuencias situadas fuera del mencionado rango bajo de FI, con el fin de producir una señal filtrada, caracterizado porque los mencionados medios del oscilador local (3, 5, 19) incluye medios de alternación de la frecuencia (20) para provocar que la frecuencia del mencionado oscilador local alterne con una pluralidad de veces guante los mencionados intervalos de tiempo de recepción de cada una de las mencionadas tramas, entre el primer y segundo valores, en donde uno de ellos es el mayor y el otro es el menor con respecto a la frecuencia de la portadora deseada de la señal de entrada.
Description
Receptor de radio con una frecuencia intermedia
baja.
Esta invención está relacionada con un receptor
de radio con una frecuencia intermedia baja ("FI"), y
especialmente aunque no en forma exclusiva, con los receptores de
FI (frecuencia intermedia) muy baja ("VLIF"). La expresión de
"FI baja" se refiere a las frecuencias intermedias que son
comparables con el ancho de banda de la señal resultante en banda
base y VLIF con las frecuencias intermedias que son mucho más
pequeñas que el ancho de banda de la señal resultante en banda
base.
Los receptores de FI (frecuencia intermedia) muy
baja se utilizan ampliamente en las comunicaciones de radio basadas
en los intervalos de tiempo, y en particular en los protocolos de
"acceso múltiple por división en el tiempo"("TDMA"), tal
como en el Sistema Global para comunicaciones móviles ("GSM"),
Telecomunicaciones radioeléctricas mejoradas digitales
("DECT") y Datos Mejorados para Evolución GSM ("EDGE"), en
el Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS), que es una
extensión del estándar GSM que proporciona un acceso a velocidades
más altas. Estos receptores necesitan rechazar las señales
interferentes que correspondan a las frecuencias imagen en la señal
requerida o próximas a la misma, cuando la señal que se desee sea
convertida a la frecuencia intermedia deseada. Esto se consigue a
través de mezcladores de cancelación de la frecuencia imagen, o
mediante filtros polifásicos con una frecuencia aja. El éxito de
estas técnicas de cancelación de la frecuencia imagen depende del
equilibrio conseguido en términos de la fase y de la ganancia de los
trayectos I (en fase) y Q (en cuadratura) en el receptor. Las
especificaciones de las patentes US-6597748 y
EP-1058378 describen unos receptores de
esta
clase.
clase.
El equilibrio de I y Q en el receptor puede
conseguirse mediante el diseño analógico de precisión y mediante la
compensación en la forma de un ecualizador digital. Esto añade
costos en términos de producción, software, fabricación y un
hardware extra. Además de ello, el rechazo de la frecuencia imagen
varía con la temperatura y la banda de frecuencias.
Los canales de la frecuencia imagen son a menudo
uno de los canales de la frecuencia adyacente o bien canales
adyacentes alternados con respecto al deseado. El otro canal
adyacente o alternativo no una es una frecuencia imagen y puede
rechazarse adecuadamente sin la necesidad de un equilibrio en
cuadratura de precisión. En su lugar, se rechaza fácilmente
mediante topologías de filtros estándar. La selectividad es
especialmente un problema para los canales alternados en la FI del
"lado bajo", es decir en conde la frecuencia del oscilador
local ("LO") utilizada para convertir la frecuencia de la
portadora en la FI que sea menor que la frecuencia de la portadora,
de forma que la FI sea positiva, con respecto a las señales
interferentes con un espaciado doble de canales (400 KHz en el
ejemplo mostrado en la figura 2 de los dibujos adjuntos), puesto que
el receptor las procesa de forma similar a una frecuencia imagen y
en donde una parte del espectro de interferencia cae en la
banda.
La especificación de la patente US2002/0183030
describe un receptor de radio y un aparato transmisor que incluye
unas frecuencias del Oscilador Local (LO) denominadas como
Baja_{OL} y Alta_{OL} seleccionables, basándose en la banda de
frecuencias de operación del dispositivo de comunicaciones móviles
en el transmisor, mientras que en el receptor las entradas del
oscilador local (OL) Baja_{OL} y Alta_{OL} se conectan a
distintos trayectos del receptor a través de un mezclador de
sub-armónicos.
La especificación para los receptores de radio
de FI baja incluye unos requisitos estrictos con respecto al
rechazo de las señales interferentes, y existe la necesidad de
cumplir o sobrepasar estas especificaciones con un costo
mínimo.
mínimo.
La presente invención proporcionar un receptor
de radio según lo descrito en las reivindicaciones adjuntas.
La figura 1 es un diagrama esquemático de
bloques de una implementación del hardware de un receptor, de
acuerdo con una realización de la invención, expuesta a modo de
ejemplo,
la figura 2 es un diagrama del espectro de
frecuencias de las señales que aparecen durante un primer intervalo
de tiempo del receptor de la figura 1,
la figura 3 es un diagrama del espectro de
frecuencias de las señales que aparecen en el intervalo de tiempo
subsiguiente en la operación del receptor de la figura 1,
\newpage
la figura 4 es un diagrama de la variación en
el tiempo de los parámetros en operación del receptor de la
figura.
El receptor mostrado en la figura 1 comprende
una antena 1 para suministrar las señales de radio recibidas a un
amplificador 2. El oscilador local de "lado alto" genera una
señal del oscilador local a la frecuencia f_{LO} más alta que la
frecuencia del canal deseado f_{deseada}, de forma que f_{LO} =
f_{deseada} + f_{FI}. La señal del oscilador 3 de "lado
alto" es suministrada a un mezclador 4 del canal I, y a un
desfasador 5 que desplaza la fase de la señal del oscilador local
de lado alto 3 en 90º, y suministra la señal desfasada a un
mezclador 6 del canal Q. Los mezcladores 4 y 6 de los canales I y Q
mezclan la señal recibida del amplificador 2 con las señales del
oscilador local, para generar las señales de FI bajas (en el
presente caso las señales VLFI) en cuadratura de fase, y para
suministrar las señales de FI bajas a los filtros 7 y 8 de pasado
bajo I y Q. Las señales analógicas filtradas de los filtros 7 y 8
se convierten entonces en señales digitales mediante los
convertidores analógicos-digitales ("ADC") 9 y
10, respectivamente, y convertidas en frecuencias más bajas de VLIF
a DC en una etapa 11 mezcladora digital 11, que mezcla las señales
de los ADC 9 y 10 con una señal del oscilador loca VLFI de un
oscilador local 12 VLFI y de un desfasador 13 adicional de
90º.
90º.
Durante el funcionamiento, la señal deseada
presenta un ancho de banda 14, que se muestra en la figura 2 de 200
KHz a modo de ejemplo, correspondiente a los anchos de los canales
GSM y EDGE. La frecuencia 15 del oscilador local es más alta que la
frecuencia central f_{deseada} del canal deseado 14 en una
magnitud f_{FI} igual en este ejemplo a 100 KHz. Al mezclarse
con las señales del oscilador local, el canal deseado se centrará a
una frecuencia FI baja, f_{FI}, y las señales de la zona de
frecuencia imagen 16 aparecerán en una zona centrada a una
frecuencia +f_{FI} y se pasarán por los filtros de frecuencia:
este es el caso para una señal interferente 17 de una canal
adyacente o un canal 18 adyacente alternado 18 centrado con un
desplazamiento de frecuencia de f_{interferente} (=200 KHz ó 400
KHz en el ejemplo mostrado en la figura 2 de los dibujos adjuntos)
con respecto a la frecuencia central f_{deseada} del canal
deseado
14.
14.
Tal como se expone en la especificación de la
patente US-6597748, el rechazo de la frecuencia
imagen depende de la ganancia y de los desequilibrios de fase de
los canales I y Q. La ganancia digital y la corrección de fase tal
como se expone en la especificación de la patente
EP-1058378, por ejemplo, habilitan una compensación
significativa de estos errores a conseguir y proporciona un alto
grado de rechazo de la frecuencia imagen. No obstante, tal como se
ha descrito anteriormente, es deseable mejorar el rechazo de la
frecuencia imagen, puesto que el receptor lo trata en forma similar
como una imagen y parte del especto de las señales interferentes
cae en la banda deseada. En particular, en ciertas aplicaciones, se
desea que la selectividad se sitúe en la portadora detectada con
unos niveles de interferencia (C/I) superiores a 10 dB para una
interferencia recibida (I) a 41 dB más que la portadora (C), en
donde el canal deseado, incluso para las frecuencias de portadoras
superiores a 2 GHz.
En la realización de la invención mostrada en
los dibujos, los medios del oscilador local incluyen los medios de
alternancia de la frecuencia para hacer que la frecuencia del
oscilador local alterne en sucesivos intervalos de tiempo entre el
primer y segundo valores, siendo uno de ellos mayor y el otro menor
que la frecuencia de la portadora deseada de la señal de entrada.
Más específicamente, en la realización mostrada en la figura 1, el
oscilador local del lado bajo 19 está provisto para que genere una
señal del oscilador local a una frecuencia f_{OL} inferior a la
frecuencia del canal deseado f_{deseada}, de forma que f_{OL} =
f_{deseada} - f_{FI}. Las señales del oscilador local del lado
alto 3 y el oscilador local del lado bajo 19 se suministran a un
conmutador 20 de dos posiciones. El conmutador 20 de dos posiciones
selecciona automáticamente las señales del OL de los osciladores 3
y 19 del lado alto y del lado bajo, para alternar los intervalos de
tiempo de las señales recibidas. La relación entre las frecuencias
del canal deseado, el oscilador local del lado bajo, la zona de la
imagen 15 y las mismas interferencias 17 y 18 cuando se seleccione
el oscilador local 19 del lado bajo, se muestran en la figura 3. Se
observará que las señales interferentes caen fuera de la zona de
imagen 15, y que son rechazadas por los filtros de frecuencias 7 y
8.
Con el fin de mantener las polaridades de la
etapa mezcladora 11 del canal I y Q de VLIF, esta etapa del
mezclador comprende un primer y segundo mezcladores del canal I 21
y 22, y el primer y segundo mezcladores del canal Q 23 y 24. El
conmutador 25 de dos posiciones VLIF sincronizado con el conmutador
20 de dos posiciones del OL, proporcionan la alternación de fase y
alternativamente proporciona la señal del OL VLIF del oscilador
local VLIF 19 al primer y segundo mezcladores de I y Q 21 y 23 en un
intervalo de tiempo y la señal del OL VLIF desfasada desde el
desplazador de fase 13 del VLIF al segundo mezcladores I y Q 22 y 24
en el siguiente intervalo de tiempo. Los mezcladores I 21 y 22
mezclan estas señales con la señal del ADC 9 del canal I y los
mezcladores Q 23 y 24 mezclan estas señales con la señal del ADC 10
del canal Q. Las señales del primer mezclador I 21 y el segundo
mezclador Q 224 se suministran a un sumador 26, el cual suma las
señales mezcladas para producir una señal de salida Q y una salida
Q 27, y las señales del segundo mezclador I 22 y el primer
mezclador Q 23 se suministran a un circuito restador 28, el cual
resta las señales mezcladas para producir una señal de salida I y
una salida
I 29.
I 29.
Las amplitudes y fases de la señal pueden ser
expresadas de la forma siguiente:
\newpage
En el caso en que el oscilador de RF local tenga
una frecuencia más alta que la frecuencia del canal deseado, la
frecuencia intermedia FI baja del lado alto, la salida del vector I,
Q del receptor de FI baja podrán expresarse
como:
como:
en donde A_{w}(t) es la
señal de la amplitud del canal
deseado,
en donde \Phi_{w}(t) es la señal de
la fase del canal deseado,
en donde f_{IF} es la frecuencia FI
intermedia,
en donde A_{i}(t) es la señal de la
amplitud del canal interferente,
en donde \Phi_{i}(t) es la señal de
la fase del canal interferente,
en donde F_{interferente} es el desplazamiento
de la frecuencia interferente con respecto a la frecuencia del
canal deseado (por ejemplo, en GSM, se considera el caso de
interferencia del canal alternado de +400 KHz),
en donde H_{deseada} es la respuesta al
impulso del filtro del canal deseado expresado como H_{deseada} =
(H_{I} + H_{Q})/2, en donde H_{I} es la respuesta al impulso
del canal del trayecto I, y H_{Q} es la respuesta al impulso del
canal del trayecto Q,
y
y
en donde H_{imagen} es la respuesta al impulso
del filtro del canal deseado expresada como H_{imagen} = (H_{I}
- H_{Q})/2, en donde H_{I} es la respuesta al impulso del canal
del trayecto I, y H_{Q} es la respuesta al impulso del canal del
trayecto
Q.
Q.
En la forma ideal si H_{I} = H_{Q}, es
decir, la cuadratura perfecta a través de la frecuencia, entonces
H_{imagen} queda anulada.
El término b representa la parte de la imagen
que caiga dentro de la banda RX basándose en H_{imagen} que no
esté anulada, debido a la no coincidencia entre los trayectos de I
y Q, de forma que por ejemplo en caso de que f_{interferente} =
2*f_{IF}, la segunda parte del termino b llega a ser:
que se centra en la frecuencia 0,
es decir, cayendo dentro del canal RX deseado, y en donde la
amplitud de esta interferencia depende del nivel de la
interferencia (A_{i}(t)), y de la magnitud del rechazo de
la frecuencia imagen
abs(H_{imagen}).
En el caso en el que el oscilador de RF local
tenga una frecuencia más baja que la frecuencia del canal deseado,
es decir, fLO = canal de frecuencia deseada - fFI, la FI baja del
lado bajo, la salida del vector I, Q del receptor de FI baja podrá
expresarse como:
El término b' representa la parte de imagen que
caerá dentro de la banda RX basándose en la H_{imagen} que no
esté anulada debido a la no coincidencia ideal entre los trayectos I
y Q, como por ejemplo si f_{interferente} = 2*f_{FI} (la misma
asignación de la interferencia que en el caso del lado alto), en
donde la segunda parte del término b' llega a ser:
que está centrada a la frecuencia
4.f_{FI}, es decir cayendo fuera del canal del receptor deseado,
dando lugar a la eliminación de este término de contribución
durante el espacio de tiempo en que el receptor esté operando en el
modo de FI baja del lado
bajo.
Puesto que la frecuencia del oscilador local
f_{LO} alterna entre el lado alto y el lado bajo, las salidas
alternan entre los valores indicados y el impacto promedio de las
interferencias presentes que reducido. No es necesario conocer cual
será el lado de la frecuencia deseada en el que esté presente la
frecuencia interferente, lo cual con frecuencia no es posible, en
el supuesto de que la alternación entre el lado alto y el lado bajo
tenga lugar varias veces mientras que la interferencia esté en el
mismo lado de la banda deseada de las frecuencias.
Se observará que en lugar de la implementación
mostrada en la figura 1, con dos osciladores locales 3 y 19, es
posible en ciertas aplicaciones el combinar los dos osciladores en
uno, en el que el conmutador 20 conmuta entonces la salida de este
oscilador local entre las dos frecuencias del OL. Esta
implementación es particularmente útil cuando los intervalos de
tiempo de recepción estén separados por periodos de recepción
inactivos, durante los cuales el oscilador local se cambia, y
teniendo tiempo para estabilizarse en la nueva frecuencia antes del
inicio del siguiente intervalo de tiempo de recepción. Se observará
que los conmutadores de hardware 20 y 25 mostrados en la figura 1
pueden ser reemplazados por software que pueda realizar la
conmutación de las frecuencias del oscilador local.
Se observará también que en ciertas
aplicaciones, no es necesario alternar la frecuencia del oscilador
local entre las dos frecuencias del OL en cada periodo de tiempo
sucesivo, en el supuesto de que la alternación tenga lugar con
frecuencia, en comparación con las fluctuaciones de las señales
interferentes, es decir, muchas veces en el mismo bloque (de 2000
intervalos de tiempo en el caso de GSM y EDGE).
Claims (7)
1. Un receptor de radio de frecuencia intermedia
baja ("FI"), que comprende unos medios de antena (1) para
recibir una señal de radio basada en intervalos de tiempo, que
comprende sucesivas tramas, comprendiendo cada una un conjunto de
intervalos de tiempo de recepción, medios de entrada (2) sensibles a
la señal de los mencionados medios de la antena, para generar una
señal de entrada, medios del oscilador local (3, 5, 19) para generar
al menos una señal del oscilador local (15) que tenga una
frecuencia del oscilador local, medios de mezclador (4, 6) para
mezclar la mencionada señal de entrada con la mencionada señal del
oscilador local, y generando una señal de frecuencia intermedia FI,
y medios de filtros (7, 8) sensibles a la mencionada señal de FI,
para hacer pasar selectivamente las frecuencias dentro de un rango
bajo de FI, y rechazando las frecuencias situadas fuera del
mencionado rango bajo de FI, con el fin de producir una señal
filtrada,
caracterizado porque los mencionados
medios del oscilador local (3, 5, 19) incluye medios de alternación
de la frecuencia (20) para provocar que la frecuencia del
mencionado oscilador local alterne con una pluralidad de veces
guante los mencionados intervalos de tiempo de recepción de cada una
de las mencionadas tramas, entre el primer y segundo valores, en
donde uno de ellos es el mayor y el otro es el menor con respecto a
la frecuencia de la portadora deseada de la señal de entrada.
2. Un receptor de radio de FI baja, según la
reivindicación 1, que comprende unos medios del oscilador local
adicionales (12, 13), para producir al menos una señal adicional del
oscilador local, que tiene una frecuencia adicional del oscilador
local, medios adicionales del mezclador (21 - 24, 26, 28) para
mezclar la mencionada señal filtrada con la mencionada señal
adicional del oscilador local, y produciendo una señal en banda
base, y medios de filtros (27, 29) sensibles a la mencionada señal
en banda base para hacer pasar selectivamente las frecuencias
dentro de una rango de frecuencias en banda base, y rechazando las
frecuencias fuera del mencionado rango en banda base.
3. Un receptor de radio de FI baja, según la
reivindicación 1, en el que los mencionados medios del oscilador
local (3, 5, 19) comprenden canales "I" y "Q" para
producir respectivamente los componentes I y Q de la mencionada
señal del oscilador local en cuadratura de fase, en el que los
mencionados medios del mezclador incluyen los canales del mezclador
I y Q para mezclar la mencionada señal de entrada con los
mencionados componentes I y Q de la mencionada señal del oscilador
local, y produciendo respectivamente los componentes I y Q de la
mencionada señal de FI, y los mencionados medios del filtro (7, 8)
que incluyen los canales del filtro I y Q, para producir los
componentes I y Q de la mencionada señal filtrada,
respectivamente.
4. Un receptor de radio de FI baja, según la
reivindicación 3, que comprende medios adicionales del oscilador
local (12, 13) para producir los componentes adicionales de la señal
I y Q de la señal del oscilador local, que tienen una frecuencia
adicional del oscilador local, medios adicionales del mezclador (21
- 24, 26, 28), incluyendo los canales del mezclador adicionales I y
Q, para mezclar la mencionada señal filtrada con los mencionados
componentes de la señal del oscilador local I y Q, y produciendo los
componentes I y Q de la mencionada señal en banda base, y los
medios del filtro I y Q (27, 29) sensibles a los mencionados
componentes I y Q de la mencionada señal en banda base, para hacer
pasar selectivamente las frecuencias situadas dentro de un rango
de frecuencias en banda base, y rechazando las frecuencias fuera del
mencionado rango en banda base, con el fin de producir los
componentes I y Q de la mencionada señal en banda base,
respectivamente.
5. Un receptor de radio de FI baja, según la
reivindicación 4, en el que los mencionados medios adicionales del
oscilador local (12, 13) incluyen medios de alternación de la fase
(25) para aplicar desfases alternados a los mencionados componentes
de la señal del oscilador local I y Q, en sincronismo con las
mencionadas alternaciones de la frecuencia del oscilador local.
6. Un receptor de radio de FI baja, según la
reivindicación 5, en el que los mencionados medios de alternación
de la fase (25) están dispuestos para poder alternar los mencionados
componentes I y Q del oscilador local entre los mencionados canales
del mezclador adicionales I y Q en sincronismo con las mencionas
alternaciones de la frecuencia del oscilador local.
7. Un receptor de radio de FI baja, según
cualquier reivindicación anterior, en el que los mencionados medios
de alternación de la frecuencia están dispuestos para alternar la
frecuencia mencionada del oscilador local entre el primer y segundo
valores en cada intervalo del tiempo de recepción sucesivo de cada
una de las mencionadas tramas.
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