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CN1547800A - 多波段接收机及所属的方法 - Google Patents

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CN1547800A CNA018236510A CN01823651A CN1547800A CN 1547800 A CN1547800 A CN 1547800A CN A018236510 A CNA018236510 A CN A018236510A CN 01823651 A CN01823651 A CN 01823651A CN 1547800 A CN1547800 A CN 1547800A
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Abstract

本发明涉及用于同时接收许多具有部分不同载频的射频信号(RF1，RF2)的多波段接收机，其中，射频/中频(RF/IF)变频器带有与许多射频信号(RF1，RF2)相对应的许多本地振荡器(LO1，LO2)，用于产生附属于载频的本振同相分量(ILO)和正交分量(QLO)，以及用于使各个本振同相分量和正交分量(ILO，QLO)与射频信号混频的同相混频器(10)和正交混频器(9)，以产生具有中频同相分量(IIF，IIF′)和中频正交分量(QIF，QIF′)的中频信号，其中，复数滤波器(AKF)在中频信号的基础上完成抑制镜像中频信号的复数滤波。

Description

多波段接收机及所属的方法
本发明涉及多波段接收机及所属的方法，特别是涉及用于同时接收许多有部分不同载频的多波段射频信号的多波段接收机。
近年来，将电信网加入例如移动无线电通信系统应用中已得到迅猛发展，其中，已出现下列情况，即除早先的电信无线电通信网之外，还常常使用新型通信网，如蜂窝通信网。
因此，同时并存着越来越多的大量不同传输标准，如数字和模拟移动电信网。对数字电信网来说，可以列举出欧洲普遍使用的GSM标准(全球移动通信系统)、DECT标准(欧洲数字无绳电信)和UMTS标准(通用移动电信系统)。此外，在世界范围内，典型地可以提及PCS 1900标准(个人通信系统)、DCS 1800标准(数字蜂窝系统)或JDC标准(日本数字蜂窝系统)。在此，这些大量不同的通信网以及传输标准是以基本上相同或不相同的载频为基础。
例如，存在着将笔记本电脑经“蓝牙”(bluetooth)接口与手机相连接，而手机又经GSM接口与互联网相连接的必要性。在此，手机中要同时接收不同接口的两个不同射频信号。
因此，便出现了创建能同时实现至少两个或多个传输标准或频带的接收机的日益迫切的需要。具有这类接收机的电信终端设备通常称之为所谓双波段或三波段终端设备，并有可能接收两个或三个传输标准的射频信号(无线电频率信号)。
为了实现这类多波段接收机，通常将两个或多个彼此独立的无线电接收机组合在一起，但是，采用这种方式来实现的成本特别高。
此外，由专利资料EP 0 945 990 A1已了解到一种用于接收具有部分不同载频的多波段射频信号的多波段接收机，其中，射频/中频(RF/IF)变频器将射频信号变换成所谓中频信号。更准确地说，在这种情况下，通过应用本地振荡器，产生用于不同标准如GSM 1800和GSM 1900的两个中频，从而实现双波段接收机。但是，这种实现方式的缺点是仅局限于相当少的载频以及局限于类似频率范围内的载频，而且要采用昂贵的中频线路。
与此相反，本发明的任务是要创建一种能以低成本和灵活可调的方式同时接收具有部分明显不同载频的多波段射频信号的多波段接收机以及所属方法。
根据本发明，有关接收机的任务由权利要求1的特征予以解决，而有关方法的任务则由权利要求15的措施予以解决。
特别是，通过应用将射频信号变换成许多中频信号的射频/中频变频器(其中，与许多射频信号相对应的本地振荡器用于产生载频所属的同相分量和正交分量)，以及根据应用将各个同相分量和正交分量与射频信号相混频的同相混频器和正交混频器，可以产生处于中频范围内的中频同相分量和中频正交分量，通过在中频信号的基础上应用附加的复数滤波器，可以简单和极精确的方式滤出所希望的中频信号供进一步处理。因此，单一的无线电接收机不仅能同时应用于许多多波段无线电频率或射频信号，而且还能给出用于实现迄今仍非常困难或不相一致的传输标准的极灵活配置。
中频信号有利地在低中频范围具有非镜像信号和镜像信号(gespiegelte signale)。这时，复数滤波器在所属的同相分量和正交分量之间对镜像信号这样引入相移，使得不希望的镜像信号分量至少部分被去除。应用低中频范围内的信号有可能实现成本特别低的多波段接收机。在这种情况下，复数滤波可以借助模拟或数字中频信号以模拟或数字方式进行。当镜像信号或非镜像信号各全部处于正或负频率范围时，复数滤波器能特别简单地予以实现。
本地振荡器主要产生彼此互不干扰的本振信号，因此能显著改善信号质量。例如，可以采用多相滤波器作为复数滤波器。
为了进一步改善接收质量，多波段接收机在其射频接收部分可以放置一个前置放大器，射频接收部分有一个用于分开在其所属载频范围内射频信号的频率分离器(Freguenzsplitter)、一个用于放大各载频范围内射频信号的独立放大器线路以及一个用于组合被分开并经放大的射频信号的信号组合器。特别是，当放大器线路各具有射频带通滤波器和可变射频放大器时，便对每个载频范围完成所谓低噪声前置放大。
此外，为了改善接收质量在中频接收部分可以采用一种具有可变中频放大器的和一种中频低通滤波器的放大器线路。
在输出端所安排的数字信号处理中，优先地设置许多用于产生附属于所考察的中频信号分量的本地振荡器，以及许多用于滤除数字信号分量的数字低通滤波器。因此，处于低中频范围的中频信号在质品量上便得到高品质的进一步处理。
在另一些从属权利要求中，表明了本发明的其它有利结构。
下面，借助实施例，结合附图对本发明进行说明。图中：
图1示出根据第一实施方案例的多波段接收机的简化方块图。
图2示出根据第二实施例的多波段接收机的简化方块图。
图3示出根据第一实施例所应用的信号的简化频谱图。
图4示出根据第二实施例所应用的信号的简化频谱图。
图5示出根据另一未示出的实施例的信号的简化频谱图。
下面，借助一个双波段接收机对本发明做示范性说明。该接收机将接收具有处于1800MHz频段和900MHz频段内载频的射频信号。在此，所给出的频率仅仅用于说明基本原理。
图1示出用于接收在1800MHz和900MHz载频范围内传输的两个射频信号的多波段接收机的简化方块图。射频接收部分RF借助例如天线1和由部件2～7组成的前置放大器，主要用于接收射频信号。但是，天线1同样能用用于导线连接接收射频信号的同轴电缆连接或其它连接代替。前置放大器主要用于所谓低噪声放大，且原则上也可以取消不用。
根据图1，具有至少两个射频信号并在天线1上接收的输入信号在频率分离器2中被分开成具有其所属载频范围的射频信号。更确切地说，在这种情况下，对在例如1800MHz载频下传输的射频信号RF1是由部件3和5组成的第一放大器线路内传送，而对在900MHz载频下传输的射频信号RF2则在由部件4和6组成的放大器线路内传送。这时，在部件3和4中便实现改善各射频信号RF1和RF2的射频带通滤波。随后，在射频放大器5和6中实现单独的放大。其中，在信号组合器7中，经分开、滤波和放大的射频信号RF1和RF2又重新合并。
随后，在信号分离器8中，经处理的射频信号RF1、RF2现在例如按功率同等地分开；并作为输入信号馈至正交混频器9和同相混频器10。此外，由与许多射频信号相对应的许多本地振荡器LO1，LO2...产生的各正交分量QLO和同相分量ILO则馈至正交混频器9和同相混频器10。由于根据图1只采用了具有载频1800MHz和900MHz的两个射频信号RF1和RF2，故根据本发明仅使用了振荡频率紧靠各自载频下方或各自载频上方以及产生各自同相分量和正交分量的两个本地振荡器LO1和LO2。例如，本地振荡器LO1具有1798MHz频率，因而处在射频信号RF1载频下方2MHz。另一方面，第二本地振荡器LO2在899MHz处振荡，因而处在第二射频信号RF2下方1MHz。所选择的频率差(2MHz，1MHz)优越地处在类似频率范围。原则上，载频当然也可能处在类似(或相同)频率范围(例如，GSM 1800、GSM 1900、DECT)，由此，在实现多波段接收机时问题便较少。
图3示出图1中所应用的信号的简化频谱图。在这种极其简化表示的情况下，射频信号RF1由1800MHz处的谱线组成，而射频信号RF2则由900MHz处的谱线组成。因此，由本地振荡器LO1和LO2产生的本地频率信号或本振信号lo1和lo2表现为在位移了不同频率差2MHz和1MHz的频率1798MHz和899MHz时的谱线。在这方面，图3中不仅示出了同相分量ILO，而且还示出了位移了90°的正交分量QLO，尽管它们被馈至不同的混频器或正交混频器9和同相混频器10。
混频器9和10以及所属的本地振荡器LO1，LO2，...的组合形成将许多射频信号RF1，RF2，...变换成许多模拟中频信号IF1，IF2及其所属镜像信号IF1′和IF2′的射频/中频(RF/IF)变频器。更准确地说，根据图1，由正交混频器9将输出非镜像中频信号IF1和IF2以及镜像中频信号IF1′和IF2′的各正交分量。同样，由同相混频器10将输出非镜像中频信号IF1、IF2以及镜像中频信号IF1′和IF2′的各同相分量。
图3中示出这些非镜像和镜像中频信号IF1、IF2、IF1′和IF2′的谱线位置，其中，根据与本振信号lo1和lo2的卷积，与射频信号RF1和RF2相对应的低中频范围的中频信号IF1和IF2将处在2MHz和1MHz频率处。这时，假如中频信号频率基本上与所属射频信号的带宽相符，便可以谈及低中频范围的信号。在实现用于这类低中频范围的射频/中频变频器时，能以特别低的成本实现中频线路。
在应用串接的模拟复数滤波器AKF的情况下，可能选出镜像中频信号IF1′和IF2′。这在图3中由大约0～3MHz的带宽滤波表示。模拟复数滤波器例如可以由对射频/中频变频器产生的中频范围内的同相分量和正交分量IIF、IIF′、QIF、QIF′作适当相移引起。由此，便实现对镜像中频信号IF1′和IF2′的至少部分消除。
根据图3，本地振荡器LO1和LO2或所属信号lo1和lo2的频率应这样选择，使特别是在频率范围内卷积时不会产生干扰。以此方式，也可能将具有相互相隔很远的载频的射频信号移到低频中频范围(低中频)，从而有可能完成简单的低成本信号处理。同样，由图3可以明显看出，由本地振荡器LO1和LO2产生的信号lo1和lo2优选地处在它们所属射频信号的下方或上方，因此，所属的中频信号IF1和IF2也各处在相同的正或负频率范围。以此方式，便能有效地抑制不希望的镜像中频信号IF1′和IF2′。为了实现模拟复数滤波器AKF，优选地采用所谓多相滤波器。
因此，利用上述射频/中频变频器，许多具有频率间隔Δf远大于所属中频带宽的射频信号被转移到几乎相同的中频范围，其中，特别是在低频中频范围将出现处在零点周围的正频带和负频带情况。在应用同相分量和正交分量的情况下，这些中频信号可以在随后利用复数模拟“镜像抑制”(Image-Rejection)滤波器产生很容易作进一步处理的信号。此外，这类低频中频信号有可能将滤波器组合到一个射频芯片内，由此便进一步降低了成本和占用空间。此外，使用模拟复数滤波器AKF还可能消除起干扰作用的直流分量(DC)。
现在，模拟复数滤波器AKF的输出端得到能以任选方式馈至可变中频放大器11和中频低通滤波器12的低中频范围内的数据信号。随后，直到现在仍为模拟式的中频信号由模数转换器13变换成数字中频信号，并由数字信号处理部分DSP进一步加工，以产生被回收的数据信号。
对于这种实质上已熟知的进一步数字处理来说，对在中频(或IF)接收部分IF中每个所产生的中频，本地振荡器用于产生为中频信号IF1、IF2所属的信号分量。例如，根据图1，本地振荡器ΔO1在对中频信号IF1所处的2MHz频率下产生振荡，并经混频器15以及17各与它们的同相分量混频，使之成为数字输入信号。这样混频出的信号随后在数字低通滤波器16和18中进一步处理。由此能进一步改善信号质量。同样，借助第二本地振荡器ΔO2，这些数字信号处理可应用到频率约1MHz的第二中频信号IF2上。
图2示出根据第二实施例的多波段接收机的简化方块图，其中，相关的符号表示相同或对应的部件，以下将不作重复的描述。
根据图2，与根据图1的实施例相反，现在数字复数滤波器DKF用来降低镜像中频信号IF1′和IF2′。对此，图4示出在简化的频谱中属于根据图2的第二实施例的信号。这时，与图3所示的简化表示没有差别。因此，在参照对图3的描述的情况下，下面对图4将不作重复的描述。
根据图1的第一实施例与根据图2的第二实施例之间的主要差别仅在于，复数滤波器现在布置成数字复数滤波器，并处于多波段接收机的数字部分。所以，根据图2，从正交混频器9和从同相混频器10输出的中频信号IF1、IF2，...IF1′，IF2′...的正交分量和同相分量IIF，IIF′，QIF，QIF′例如都馈至中频低通滤波器14a和14b，随后，在从图1已知的中频放大器线路上传送。
但是，由于复数滤波器只在数字部分实现，故中频放大器线路不仅对正交分量而且也对同相分量形成，即形成两次，且又由例如可变中频放大器11a、11b和中频低通滤波器12a和12b组成。同样，这时对正交分量和同相分量必须实现各自的模数转换器13a和13b，使数字化的中频信号或其分量随后用熟知方式馈至数字复数滤波器，以滤除镜像中频信号IF1′和IF2′。在这种情况下，滤波相反地主要符合模拟复数滤波器的滤波。因此，在这里可以参见对图1的说明。
图5示出根据另一个未表示出的实施例的信号的简化频谱图，其中，相同的相关符号表示相同或对应的信号线。以下将不作重复的描述。
根据图5，与图3和图4的谱线相反，由本地振荡器产生的信号lo1和lo2现在处于所属射频载频RF1和RF2的上方。更确切地说，由本地振荡器L01产生的信号lo1位于1802MHz处，而信号lo2则位于901MHz处。因此，在卷积中出现的中频信号IF1和IF2现在是处在-2MHz和-1MHz的负频率范围，而所属的镜像中频信号IF1′和IF2′则处在+2MHz和+1MHz频率范围。因此，对于这类实施例来说，必须这样调节模拟或数字复数滤波器，使现在能回收负频率范围并至少部分地消除处在正频率范围内的镜像中频信号。其它信号处理可再次与上述实施例作比较。
本发明在文中是依据用于1800MHz和900MHz的双波段电信终端设备来描述的，但它并不局限于此，而是涉及能以无线或有线连接方式接收具有部分不同频率的射频信号的所有其它多波段接收机。特别是，这类多波段接收机可能应用在所述的移动电信终端设备、“软件定义的无线电”和TD-SCDMA产品中。

Claims (25)

1.用于同时接收许多具有部分不同载频的多波段射频信号的多波段接收机包含以下部分：
用于处理射频信号(RF1，RF2...)的射频接收部分(RF)；
用于将许多射频信号(RF1，RF2，...)变换成许多模拟中频信号(IF1，IF2)的射频/中频变频器；
用于处理中频信号的中频接收部分(IF)；
用于将模拟中频信号变换成数字中频信号的模数(A/D)转换器(13；13a，13b)；以及
用于对数字中频信号进行数字信号处理并产生回收的数据信号的数字信号处理部分(DSP)，
其特征在于，
射频/中频变频器具有与许多射频信号(RF1，RF2...)相对应的、用于产生带有本振同相分量(IL0)和本振正交分量(QL0)的载频所属本振信号(L01，L02，...)的许多本地振荡器(L01，L02)，以及使各个本振同相分量和正交分量(IL0，QL0)与射频信号(RF1，RF2，...)混频的同相混频器(10)和正交混频器(9)，用于产生具有处于中频范围的中频同相分量(IIF，IIF′)和中频正交分量(QIF，QIF′)的中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)，其中，复数滤波器(AKF，DFK)在中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)的基础上完成抑制镜像中频信号的复数滤波。
2.根据权利要求1的多波段接收机，其特征在于，具有处于低中频范围的中频信号(IF1，IF2和IF1′，IF2′)和复数滤波器(AKF、DKF)实现用于至少部分消除镜像中频信号(IF1′，IF2′)的所属中频同相分量(IIF，IIF′)和中频正交分量(QIF，QIF′)的相移。
3.根据权利要求1或2的多波段接收机，其特征在于，中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)表示模拟信号，而复数滤波器则是模拟复数滤波器。
4.根据权利要求1或2的多波段接收机，其特征在于，中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)表示数字信号，而复数滤波器则是数字复数滤波器。
5.根据权利要求2～4之一的多波段接收机，其特征在于，镜像中频信号(IF1′，IF2′)全都处在相同的正频率范围或负频率范围。
6.根据权利要求1～5之一的多波段接收机，其特征在于，许多本地振荡器(L01，L02，...)产生不相互干扰的本征信号(l01，l02，...)。
7.根据权利要求1～6之一的多波段接收机，其特征在于，复数滤波器(AKF，DKF)为多相滤波器。
8.根据权利要求1～7之一的多波段接收机，其特征在于，射频接收部分(RF)具有天线(1)和前置放大器。
9.根据权利要求8的多波段接收机，其特征在于，前置放大器具有用于在其所属载频范围内将射频信号分开的频率分离器(2)，许多用于在所属载频范围内放大射频信号的分立的放大器线路；以及
用于合并被分开和经放大的射频信号的信号组合器(7)。
10.根据权利要求9的多波段接收机，其特征在于，放大器线路各具有射频带通滤波器(3、4)和可变射频放大器(5、6)。
11.根据权利要求1～10之一的多波段接收机，其特征在于，射频接收部分具有用于按照功率分开射频信号的信号分离器(8)。
12.根据权利要求1～11之一的多波段接收机，其特征在于，中频接收部分至少具有中频放大器线路。
13.根据权利要求12的多波段接收机，其特征在于，中频放大器线路具有可变中频放大器(11；11a，11b)和中频低通滤波器(12；12a，12b)。
14.根据权利要求1～13之一的多波段接收机，其特征在于，数字信号处理部分(DSP)具有许多用于产生中频信号(IF1，IF2，...)所属的数字信号分量的本地振荡器(Δ01，Δ02，...)，以及
许多用于数字信号分量滤波的数字低通滤波器(16，18)。
15.用于同时接收许多具有部分不同载频的多波段射频信号的方法具有以下列步骤：
实现用于处理射频信号(RF1，RF2，...)的射频接收；
实行将许多射频信号(RF1，RF2，...)变换成许多模拟中频信号(IF1，IF2，...)的射频/中频变频；
实现用于处理中频信号(IF1，IF2，...)的中频接收；
实行将模拟中频信号变换成数字中频信号的模数(A/D)转换；以及
实行数字中频信号的数字信号处理和产生被回收的数据信号，其特征在于，在进行射频/中频变频时，将产生具有本振同相分量(IL0)和本振正交分量(QL0)的与许多射频信号(RF1，RF2，...)相对应的许多从属于载频的本振信号(l01，l02，...)、本征同相信号分量与正交分量(IL0，QL0)与射频信号(RF1，RF2...)混频，以产生在中频范围内具有各自中频同相分量(IIF，IIF′)和中频正交分量(QIF，QIF′)的中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)、此外，这时在中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)的基础上进行的复数滤波用于抑制镜像中频信号。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，在射频/中频变频时，将产生在低中频范围内的中频信号(IF1，IF2，和IF1′，IF2′)，而复数滤波对所属同相分量(IIF，IIF′)和正交分量(QIF，QIF′)实行至少部分地消除镜像中频信号(IF1′，IF2′)的相移。
17.根据权利要求15或16的方法，其特征在于，中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)表示模拟信号，并进行模拟复数滤波。
18.根据权利要求15或16的方法，其特征在于，中频信号(IF1，IF2，IF1′，IF2′)表示数字信号并进行数字复数滤波。
19.根据权利要求16-18之一的方法，其特征在于，在射频/中频变频时，所有镜像中频信号(IF1′，IF2′)都处在相同的正频率或负频率范围。
20.根据权利要求15-19之一的方法，其特征在于，在射频/中频变频时，将产生相互不干扰的许多本振信号(l01，l02，...)。
21.根据权利要求15-20之一的方法，其特征在于，复数滤波呈现多相滤波。
22.根据权利要求15-21之一的方法，其特征在于，在实现射频接收时将射频信号在其所属的载频范围内分开，
在所属的范围内对射频信号进行放大，以及
对分开的和经放大的射频信号进行合并。
23.根据权利要求15-22之一的方法，其特征在于，在实现射频接收时将按照功率分开射频信号。
24.根据权利要求15-23之一的方法，其特征在于，为了实现中频接收，至少应进行可变中频放大和中频低通滤波。
25.根据权利要求15-24之一的方法，其特征在于，在对许多中频信号(IF1，IF2)所属的数字信号分量进行数字信号处理时，要对数字信号分量进行低通滤波。
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