CN113972928A - 一种将发射信号用作本振的收发信机 - Google Patents

Abstract

发明《一种将发射信号用作本振的收发信机》属无线通信领域，将发射机部分发射信号引入接收机，作为接收机混频器的本振，采用环形器为双工器，从而简化频分双工收发信机的射频部分。信号的调制方式为调频或调相，接收机设计成低中频工作，收发频率差等于中频频率。采用二次变频的方法来消除混入接收机第一中频的本地调制信号，在调制方式为调频时，另一种方法是在鉴频器以后使用自适应抵消器，以消除本地的发射基带信号。在点对多点通信拓扑结构时，只需中心站采用本地信号消除技术，外围站为普通的时分双工收发信机。

Description

一种将发射信号用作本振的收发信机

一、技术领域

本发明属于无线通信领域。

二、背景技术

频分双工(FDD)的无线通信机需要两个射频振荡器，一个用于产生发射信号，另一个用于超外差式接收的本振信号，在频率很高时，高稳定度振荡器不易集成。

FDD通信机需要隔离性能很好的双工滤波器，以衰减进入接收机的本机发射信号，双工器收发隔离度一般要做到80dB以上，双工滤波器的制造成本高，也不易集成。

FDD通信的上行频段和下行频段之间需要留出一段空隙，例如GSM无线通信，用两个 25MHz通信频段，上行频率为890～915MHz，下行频率为935～960MHz，中间有20MHz的频带没被利用，其不用的原因是双工滤波器的过渡带不可能做得很窄。

申请人在实用新型专利CN95220049.X中提出一种简易的微波通信机，这种通信机只有一个工作于8.5GHz频率的微波振荡源，在发送信号时信号调制微波源发送信号，在接收时振荡源不受调制用作本振，工作于39.5MHz的低中频，这种通信机的通信方式为时分双工 (TDD)。

三、发明内容

本发明的通信机的发射信号同时用作本振信号，这样通信机只用一个射频振荡器就能进行FDD通信。

本发明的双工器采用简单的环形器，不需要精密的滤波器。环形器可工作于收发频率差很小的状态，由于中频频率为发射频率和接收频率之差，因此接收机可设计成低中频，中放电路便于采用集成电路，低中频使收发频差变小，因此可在很窄的频段内施行FDD通信。

本发明的调制方式可以是调频或调相。将发射信号用作本振后，发射的基带调制信号会和接收的基带调制信号混合在一起，本发明采用二次变频的方法来去除中频中的本机基带调制信号，在调制方式为调频时，也可以不用二次变频，改用在鉴频器以后加自适应抵消器的方法，去除本机发射的基带信号。

四、附图说明

图1是本发明的基本结构框图，适用于调制方式为调频或调相的场合。图2是适合于调制方式为调频的另一种结构框图。图3为点对多点通信系统中时隙安排举例。

如图一，调制器101将发射基带信号调制到振荡器102产生的中频上，上变频器103将调制至101的输出信号搬移到发射频率，振荡器104产生所需的上变频频率。功率放大器105 将已调波放大到所需的发射电平。发射波分成两路，一路进入环形器106端口1，从端口2 输出到天线107，天线接收信号进入环形器106端口2，从端口3输出，接收信号经低噪声放大器108放大后，到混频器109，在混频器接收信号和来自功率放大器105的另一路信号相乘，产生的差频经带通滤波器110后至第一中频放大器111，放大后的中频在第二混频器112和来自调制器101的信号再次相乘。这路信号在相乘前经过延时器113，进行时延补偿，带通滤波器114取出所需的信号，信号经第二中频放大器放大后至解调器116，其输出即为接收的基带信号。

图二为另一种基本结构，适用于调制方式为调频的场合。

基带发射信号对压控振荡器201进行直接调制，产生射频调频信号经功率放大器202放大后分成两路，一路进入环形器203端口1自环形器端口2输出至天线210，天线收到的射频接收信号进入环形器端口2，自环形器端口3输出至低噪声放大器204，放大后至混频器205，接收信号在混频器和功率放大器202输出的另一路信号相乘，实现混频，混频输出经带通滤波器206选出差频为中频，中频信号经中频放大器207放大后至鉴频器208取出调制信号，此调制信号为发射基带信号和接收基带信号的混合，自适应抵消器209去除混合信号中的发射基带信号，最后得到接收基带信号。

图三为点对多点通信系统中时隙安排举例。系统中有一个中心站，N个外围站。中心站依次给N个外围站发送信号，同时外围站依次发送信号给中心站，只有中心站需要同时收发信号，各外围站收发不同时。

五、具体实施方式

收发信机的结构多种多样，能实现本申请方法的可能方案也多种多样，在这里仅以实现功能的基本结构为例来说明将发射信号用作本振的原理及可行性。

A.工作原理

设发射信号为A₁cos[ω₁t+φ₁(t)]，其中A₁为信号幅度，ω₁为发射载波频率，φ₁(t)为调制信号。接收信号为A₂cos[ω₂t+φ₂(t)]，其中A₂为信号幅度，ω₂为接收信号的载波频率，φ₂(t)为接收的调制信号，在混频器109，发射信号和接收信号相乘，得到和频分量和差频分量。滤波器110选出差频分量，经中频放大器111放大后得到信号为

K cos[(ω₁-ω₂)t+φ₁(t)-φ₂(t)] (1)

或

K cos[(ω₂-ω₁)t+φ₂(t)-φ₁(t)] (2)

其中K为常数，(1)式对应ω₁＞ω₂的情况，(2)式对应ω₁＜ω₂的情况。设调制器输出信号为

cos[ω₃t+φ₁(t)] (3)

在ω₁＞ω₂时，(3)和(1)相乘后的差频项为

K cos[(ω₁-ω₂-ω₃)t-φ₂(t)] (4)

在ω₁＜ω₂时，(3)和(2)相乘后其和频项为

K cos[(ω₂-ω₁+ω₃)t+φ₂(t)] (5)

中频滤波器选择信号(4)或(5)，即可去除本机发射的调制信号，第二中频(ω₁-ω₂-ω₃) 或(ω₂-ω₁+ω₃)中只含接收到的调制信号，其后的处理和普通接收机的处理相同。

从理论上讲图一的电路适合于调频和调相两种调制方式，在调频时

式中，f_i(t)为基带调制信号。

图二的电路适合于调制方式为调频的情况。图二的电路更为简单，适于直接对射频进行调制，接收机也不需二次变频。将(6)代入(1)或(2)，由于余弦函数为偶函数，所以中频放大器207的输出统一为

(7)式表明中频相当于两个基带信号的调制。经鉴频器208后，得到收发基带信号的混合信号f₁(t)-f₂(t)，自适应抵消器209将基带混合信号中的发射基带信号f₁(t)去除从而得到接收基带信号f₂(t)。

B.具体实施中的几个问题讨论

(1)关于延时误差的分析

图一中的延时器113，用于补偿经收发以后调制信号的延时，从而使进入第二混频器112 的两路信号中的调制信号φ₁(t)时间一致。图二中的自适应抵消器具有时延调整的功能。以下分析时延误差的影响。

设混频器112中来自调制器101的信号有时延误差Δt，即信号为

cos[ω₃·(t+Δt)+φ₁(t+Δt)]＝cos[ω₃t+φ₁(t)+ω₃Δt+φ₁′(t)Δt] (8)

ω₃Δt表示频率ω₃的初相改变，在分析中可以忽略。

混频器112输出信号中将增加一项φ₁′(t)Δt，成为

K cos[(ω₁-ω₂-ω₃)t-φ₂(t)-φ₁′(t)Δt] 当ω₁＞ω₂

或

K cos[(ω₂-ω₁+ω₃)t+φ₂(t)+φ₁′(t)Δt] 当ω₁＜ω₂

以ω₁＜ω₂为例分析增加φ₁′(t)Δt的影响，令φ＝(ω₂-ω₁+ω₃)t+φ₂(t)，有

K cos[φ+φ₁′(t)Δt]＝K cosφcos[φ₁′(t)Δt]-K sinφsin[φ₁′(t)Δt]

由于Δt很小，故

因而

即混频器输出信号将出现幅度和相位的微小改变，当Δt较小时，这些变化是允许的。

(2)发送信号经障碍后会返回至接收机输入端，引起的后果。

返回到接收机的发射信号经低噪声放大器放大后加至第一混频器，出现两个同频信号相乘的情况，但两个信号间有一定的延时，在延时为零的情况下相乘信号的差频项为直流，在有延时后直流上将叠加低频分量，由于落在后继中频滤波器的通带外故对接收无影响。

返回接收机的信号往往比接收信号强，故要求低噪声放大器和后继混频器有较好线性。在通信距离较近时可以不用低噪声放大器以降低对混频器的线性度要求。

(3)中频信号带宽

由于发射信号和接收信号相乘，因此第一中频放大器111为两个信号带宽之和，信号恢复后第二中频放大器的带宽变回到接收信号带宽。由于混频器109的两路信号中只有接收信号带有噪声，因此虽然混频后频带展宽了，但噪声也同样得到展宽，信噪比得不到改善。

(4)点对多点系统

在每个点的上行信息量较少时，可以采用点对多点的通信拓扑结构，此时只需中心站采用本方案进行全双工通信，外围站采用普通的TDD接收机即可。外围站发送信号和接收信号选用不同时隙，外围站在接收信号时本振不加调制。

图三为点对多点时时隙分配举例，可以看出各外围站收发时间不同，只有中心站同时收发，因此外围站只需按常规的时分多路方案设计，外围站双工器只需用射频开关代替环形器即可。

Claims (3)

1.一种调制方式为调频或调相的频分双工无线收发信机，其特征在于将发射信号的一部分引入接收机，作为接收机混频器的本振，采用环形器为机器双工器，从而简化收发信机的射频部分，接收机工作于低中频，收发频差等于中频频率。

2.根据权利要求1所述的结构，接收机采用二次变频方法消除混入中频的本地调制信号。

3.根据权利要求1所述的结构，当调制方式为调频时，另一种方法为在鉴频器以后用自适应抵消器消除自身基带信号。

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