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CN1973506A - 用于多载波信号的接收机 - Google Patents

用于多载波信号的接收机 Download PDF

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CN1973506A
CN1973506A CNA2005800102095A CN200580010209A CN1973506A CN 1973506 A CN1973506 A CN 1973506A CN A2005800102095 A CNA2005800102095 A CN A2005800102095A CN 200580010209 A CN200580010209 A CN 200580010209A CN 1973506 A CN1973506 A CN 1973506A
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CN
China
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orthogonal
frequency
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CNA2005800102095A
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S·J·M·克里恩斯
P·W·F·格鲁杰特斯
O·J·莫南
P·J·H·卢坦
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Koninklijke Philips NV
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Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

一种接收机，其被配置成接收RF多载波信号(60)，该接收机包括：同相混频器(51)，其用于将该RF多载波信号下变频到同相多载波信号(I)；以及正交混频器(52)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到正交多载波信号。该接收机进一步包括本地振荡器(60)，其被配置成产生用于所述同相和正交混频器(51，52)的同相和正交混频信号(64，65)。该本地振荡器(60)进一步被配置成向所述同相和正交混频信号(64，65)添加频率偏移，以便最小化所述同相和正交多载波信号(I，Q)的误差矢量幅度。

Description

用于多载波信号的接收机
本发明涉及一种接收机，其被配置成接收RF多载波信号。本发明进一步涉及一种发射机，其被配置成发送RF多载波信号，本发明还涉及一种包括所述发射机的收发器。另外，本发明涉及一种包括所述发射机的无线设备。
用于接收RF多载波信号的接收机是本领域公知的。在一个典型的接收机中，RF多载波信号被向下混频到该多载波信号的中频(IF)同相(I)和正交(Q)表示。利用一对具有相等振幅但是具有90度相位差的同相和正交混频信号来对所述RF信号进行向下混频。当所述混频信号之间的相位差不是精确的90度时以及/或者如果所述混频信号的振幅不精确匹配，那么解调后的多载波信号可能会变得失真。
本发明的一个目的是提供一种用于接收对混频信号的相位和振幅偏差不那么敏感的RF多载波信号的接收机。根据本发明实现该目的是在于所述接收机包括：
-同相混频器，用于将RF多载波信号下变频到同相多载波信号；
-正交混频器，用于将RF多载波信号下变频到正交多载波信号；以及
-振荡装置，其被配置成生成用于所述同相和正交混频器的同相和正交混频信号；
其中，该振荡装置进一步被配置成向所述同相和正交混频信号添加频率偏移，以便将所述同相和正交多载波信号的误差矢量幅度最小化。
本发明基于这样的认识：I-Q混频信号之间的相位和振幅误差可能导致从(对称的)多载波频谱的一侧到相对侧的频谱分量的泄漏。这样，来自频谱一侧的频谱分量的某部分甚至可能被加到频谱的相对侧的频谱分量上。由于无法从频谱中去除这些部分，因此它们可能会使解调后的多载波信号发生失真。
本发明进一步基于这样的认识：通过给本地振荡器添加偏移频率，虽然不能防止泄漏本身，但是可以将频谱分量泄漏到多载波频谱的无害位置。根据本发明，这些无害位置对应于所述多载波信号的各副载波之间的某一位置。结果，解调后的信号的误差矢量幅度可以被显著减小。本发明避免了匹配所述I-Q混频信号，而如果没有本发明的话，将需要匹配所述I-Q混频信号来防止泄漏。
在美国专利US 6,148,047中也将频率偏移添加到一对正交混频信号中。然而，该实施例讨论的是补偿由于本地振荡器信号泄漏到解调器电路的各部分中而引起的零中频FM解调器中的DC偏移的问题。该实施例没有讨论由本发明解决的问题：由于I-Q混频信号的失配，来自多载波频谱的一侧的信号部分泄漏到该频谱的另一侧。
在根据本发明的接收机的一个实施例中，该接收机包括：控制装置，其用于确定所述频率偏移。这样，可以依据所接收的多载波信号来确定合适的频率偏移。
在根据本发明的另一个实施例中，所述控制装置被配置成连续确定所述频率偏移。该实施例提供如下优点：能够抵消由于温度或老化引起的诸如接收信号的频率漂移或者接收机中的未对准(misalignment)等恶化效果，从而总能够提供最佳的频率偏移。
在根据本发明的接收机的一个实施例中，所述频率偏移对应于RF多载波信号(60)的副载波距离的四分之一。该实施例提供以下优点：最终泄漏的频谱分量合好落在两个副载波的中间。该位置是最佳位置，因为一般来说大多数调制方案对该位置处的信号最不敏感。此外，在副载波滤波处理中，可以容易地抑制该位置处的信号。
通过以下附图可以进一步地阐明本发明的这些和其它方面：
图1示出了将多载波信号的比特映射到符号的QPSK星座图。
图2示出了误差矢量 e的定义，其被用作质量指标(误差矢量幅度)。
图3示出了没有信号泄漏的解调后的多载波信号的频谱。
图4示出了根据现有技术的具有信号泄漏的解调后的多载波信号的频谱。
图5示出了根据本发明的解调后的多载波信号的频谱。
图6示出了根据本发明的接收机。
图7示出了根据本发明的发射机。
图8示出了包括根据本发明的接收机的无线设备。
一般使用基于例如BPSK、QPSK、16QAM或64QAM等多元QAM的基于正交的调制技术来调制多载波信号，其中通过所谓的星座图将比特映射到符号。通过图1提供这样的星座图的一个例子，其中示出了QPSK星座图。根据该星座图，比特被成对地映射到符号。例如，比特(01)被映射到符号20，其代表了复数符号1+j，其也可以被表示成(归一化的)矢量ejπ1。在接收机处执行相反的操作，即所检测到的符号被映射回比特。在理想情况下，所检测到的符号与星座图的符号相符，但是常常并不是这样。在图2中，例如所检测到的符号30不对应于预期的符号20。所预期的符号和所检测到的符号之间的差可以通过误差矢量 e来表示，其是相位误差矢量 δΘ和振幅误差矢量 δr的和。本领域的熟练技术人员经常使用该误差矢量 e的幅度(误差矢量幅度EVM)作为描述数字调制的RF信号的整体信号品质的单一品质因数。不良的EVM不能给出关于其原因的信息，它只指示在信号路径中有错误。基本上，EVM(被表示成百分数或dB)是一个系统级度量。
图3示出了解调后的多载波信号的对称频谱。作为举例，假设相应的RF多载波已经被解调到零中频。图中示出的是具有彼此间隔fc赫兹的频谱分量(副载波)的频谱。本领域的熟练技术人员应该理解，图2只示出了实际频谱的40-44的一部分。另外，其中假设没有发生从频谱的一侧到另一侧的信号泄漏。
图4示出了遭受泄漏的解调后的多载波信号的对称频谱。这意味着来自频谱一侧的频谱分量(副载波)的某部分被泄漏到频谱的另一侧。例如，副载波40的一部分40a被泄漏到副载波44之上。同样地，副载波44的一部分44a被泄漏到副载波40之上。这种类型的泄漏不能从频谱中去除，从而导致解调后的信号的失真。对本领域的技术人员来说，这显然将导致不良的误差矢量幅度，从而导致不可靠的信号。
图5示出了解调后的多载波信号的频谱，其中本地振荡器的频率被偏移了Δf赫兹。可以观察到，频谱分量并没有被泄漏到其它频谱分量之上，而是被泄漏到该多载波信号的各副载波之间。应该注意，根据本发明不能防止泄漏，而是将信号泄漏到无害位置。本发明进一步提供了如下优点：除了当然要求振荡器具有足够小的步长以便允许调谐到所需要的频率之外，在接收机/发射机处不需要附加组件。显然，在最佳情况下，所泄漏的分量恰好落在两个副载波的中间。本领域的熟练技术人员可以很容易地证明，在该最优情况下，频率偏移Δf对应于Δf＝±1/4*fc。
图6示出了根据本发明的接收机的一个示例。通过压控放大器50来放大多载波信号60。在下一步中，使用混频器51和52以及从振荡装置63获得的相应的正交混频信号64、65把放大后的信号下变频到同相分量I和正交分量Q，其中振荡装置63可以例如包含VCO或PLL或本领域已知的其他可控振荡器。然而，振荡装置63的步长应该足够小。虽然在理想情况下这些混频信号恰好具有相等幅度并且恰好具有90度的相移，但是根据本发明，允许正交混频信号64、65未对准。信号61指示振荡装置63将混频信号64、65的频率偏移Δf。根据本发明，最佳频率偏移可以仅被设置一次，或者可以被连续地确定并且例如由控制装置62来控制。可以通过控制装置62来抵消由于温度或老化效果导致的诸如接收信号的频率漂移、接收机中的未对准等恶化效果，以便总是提供最佳的频率偏移。仅仅作为示例，图6示出的接收机进一步包括用于对下变频后的同相(I)和正交(Q)信号进行基带滤波的基带滤波器53和54，以及可以被用作例如50欧姆线驱动器的缓冲器55和56。
图7示出了根据本发明的发射机。通过处理装置70来处理数字信号并且将其映射到符号。通过一对数模转换器71将编码后的数字信号s1、s2转换为模拟信号s’1、s’2。在数字滤波器72中对信号s’1、s’2进行滤波，随后通过一对混频器73和74对其进行上变频。将一对正交混频信号80a、80b施加到所述混频器73、74。该发射机进一步包括控制装置79，其用于确定被添加到正交混频信号80a、80b的最佳频率偏移。通过加法元件75将所述上变频后的信号加在一起，并且通过放大器76进行放大，最后通过天线77发送。振荡装置78可以包括现有技术中公知的任何合适的可控振荡器。唯一的要求是频率步长足够小。这样的振荡装置78例如可以包括VCO或PLL。
图8示出了无线设备80，其例如是包括根据本发明的接收机81的移动电话、个人数字助理或无线接口卡。在图8中，通过天线83接收无线电信号82。接收机81将所接收的无线电信号82解调为同相信号85和正交信号83，它们随后被传送到处理装置84以用于进一步处理。显然，这样的无线设备可以包括根据本发明的发射机(未示出)。
应该注意，上述实施例只是说明而不是限制本发明，本领域的熟练技术人员可以在不背离所附权利要求书的范围的情况下设计许多替换实施例。在上述实施例中示出的所有信号处理可以在模拟域和数字域内实施。“包括”一词不排除权利要求中所列出的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。元件之前的“一个”不排除多个这样的元件的存在。在彼此不同的从属权利要求中引用某些措施这一事实并不表示不能使用这些措施的组合来获益。

Claims (9)

1、一种被配置成接收RF多载波信号(60)的接收机，所述接收机包括：
-同相混频器(51)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到同相多载波信号(I)；
-正交混频器(52)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到正交多载频信号(Q)；以及
-振荡装置(63)，其被配置成产生用于所述同相和正交混频器(51，52)的同相混频信号(64)和正交混频信号(65)；
其中，该振荡装置(63)被进一步配置成向所述同相和正交混频信号(64，65)添加频率偏移，以便最小化所述同相(I)和正交多载波信号(Q)的误差矢量幅度。
2、根据权利要求2的接收机，包括控制装置(62)，以用于确定所述频率偏移。
3、根据权利要求2的接收机，其中，所述控制装置(62)被配置成连续地确定所述频率偏移。
4、根据权利要求1或3的接收机，其中，所述频率偏移对应于所述RF多载波信号(60)的副载波距离的四分之一。
5、根据权利要求1的接收机，其中，所述RF多载波信号(60)是正交频分复用信号。
6、一种用于发送RF多载波信号(77)的发射机，包括：
-同相混频器(73)，其用于将低频同相多载波信号(s1”)上变频到RF同相多载波信号(s1)；
-正交混频器(74)，其用于将低频正交多载波信号(s2”)上变频到RF正交信号(s2)；以及
-振荡装置(78)，其被配置成产生用于所述同相和正交混频器(73，74)的同相(80a)和正交(80b)混频信号；
其中，该振荡装置(78)进一步被配置成向所述同相和正交混频信号(80a，80b)添加频率偏移，以便最小化所述RF同相和正交多载波信号(s1，s2)的误差矢量幅度。
7、一种收发器，其包括被配置成接收RF多载波信号的接收机，所述接收机包括：
-第一同相混频器(51)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到第一同相多载波信号(I)；
-第一正交混频器(52)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到第一正交多载波信号(Q)；以及
-第一振荡装置(63)，其被配置成产生用于第一同相和正交混频器(51，52)的第一同相(64)和正交(65)混频信号；
其中，第一振荡装置(63)进一步被配置成向第一同相和正交混频信号(64，65)添加频率偏移，以便最小化第一同相(I)和正交多载波信号(Q)的误差矢量幅度。
8、根据权利要求7的收发器，包括用于发送RF多载波信号的发射机，该发射机包括：
-第二同相混频器(73)，其用于将低频同相多载波信号(s1”)上变频到RF同相多载波信号(s1)；
-第二正交混频器(74)，其用于将低频正交多载波(s2”)信号上变频到RF正交信号(s2)；以及
-第二振荡装置(78)，其被配置成产生用于第二同相混频器(73)的第二同相混频信号(80a)以及用于第二正交混频器(74)的第二正交混频信号(80b)；
其中，第二振荡装置(78)进一步被配置成向所述第二同相和正交混频信号(80a，80b)添加频率偏移，以便最小化所述RF同相和正交多载波信号(s1，s2)的误差矢量幅度。
9、一种无线设备(68)，其包括被配置成接收RF多载波信号(82)的接收机(81)，所述接收机(81)包括：
-同相混频器(51)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到同相多载波信号(I)；
-正交混频器(52)，其用于将该RF多载波信号(60)下变频到正交多载波信号(Q)；以及
-振荡装置(60)，其被配置成产生用于所述同相和正交混频器(51，52)的同相(64)和正交(65)混频信号；
其中，该振荡装置(60)进一步被配置成向所述同相和正交混频信号(64，65)添加频率偏移，以便最小化所述同相(I)和正交多载波信号(Q)的误差矢量幅度。
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