專利名稱：處理接收信號的方法和電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及接收一個射頻信號的方法和電路裝置，本發(fā)明優(yōu)先應(yīng)用于數(shù)字、時分數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的接收機中，諸如移動電臺中。
在直接變換的接收機中，也就是在零中頻接收機中，射頻信號不經(jīng)中頻便直接變換成基帶。因為不需中頻級，接收機中只需幾個器件，這使其在各種不同應(yīng)用中是一個優(yōu)選的解決方案。然而在移動電臺中，直接變換接收機很少被采用。一方面這是由于這個事實，即先前已知的方法實際上幾乎不可能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中實施，或者是另一方面，即在現(xiàn)有的解決方案中，數(shù)字移動電話系統(tǒng)的特有特性未被考慮。在實現(xiàn)直接變換接收機中最重要的問題是控制偏移電壓。一個設(shè)備的電壓被一個偏移電壓按信號形式疊加，實際上，在一個接收到的有用信號中是不包括直流電壓的。


圖1所示是一個先前已知的移動電臺的發(fā)射機一接收機方框圖。在該方塊圖中，接收機是一直接變換接收機。這里，天線138接收到的射頻信號經(jīng)雙工濾波器102被傳送到前置放大器104。雙工濾波器的目的是在發(fā)射和接收時兩者都采用同一個天線。在時分系統(tǒng)中，也可以用一個同步天線轉(zhuǎn)換開關(guān)來替代雙工濾波器。從放大器104接收的射頻信號經(jīng)低通濾波器106，在I/Q解調(diào)器108解調(diào)，變成同相信號108a和正交信號108b。解調(diào)所需的本地振蕩信號114b來自綜合器114。在方框110中，完成直流電壓的隔離和自動增益控制(AGC)。方框110由一個可包含例如一個微處理器的處理方框116控制。自動增益控制受信號110a調(diào)節(jié)，偏移電壓隔離受信號110b調(diào)節(jié)。從方框110接收到的信號在方框112變換成數(shù)字信號，這些數(shù)字信號又進一步送到處理方框116中的數(shù)字信號處理電路中。
發(fā)射機單元包含一個I/Q調(diào)制器128，調(diào)制器由同相信號128a和正交信號128b構(gòu)成。一個載頻信號經(jīng)濾波器130低通濾波和/或高通濾波。載頻信號經(jīng)射頻放大器132放大。已放大信號經(jīng)雙工濾波器102發(fā)送到天線138。發(fā)射機的功率控制單元134根據(jù)測量得到的輸出功率136和從處理器接收到的控制信號134a來控制射頻放大器132的放大量。
圖1還示出與處理單元相接的存儲器單元126和用戶的接口裝置，它包括顯示器118、鍵盤120、麥克風(fēng)122和耳機124。
實現(xiàn)直接變換接收機的實際解決方案比較近期的在下列出版物中已進行了描述，例如[1]Microwave Engineering Europe,January 1993,pages59-63[2]Microwave Engineering Europe,May 1993,pages 53--59and[3]patent application EP 0 594 894 AI參考文獻[1]中提出的接收機的解決方案是以直流電壓耦合的基帶部分為基礎(chǔ)，在那里DC偏移電壓補償是用非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)來達到，控制系統(tǒng)包含D/A變換器，A/D變換器，數(shù)字濾波器和預(yù)測控制算法(predicting control algorithm)。各種不同的修正值存在存儲器中，例如，對不同的通道和對AGC的調(diào)節(jié)。
當(dāng)DC-耦合基帶部分被采用時，直流電壓中的很大波動會產(chǎn)生問題。信號的直流電壓分量中的波動可能由于，例如，溫度的改變，在這樣情況下，典型地是慢變，或者由于，例如，本地振蕩器信號頻率或電平的變化，在這樣情況下，直流電壓中的波動是快速的。由于調(diào)制，一個接收到的信號亦可能包含不可去除的直流電壓分量，它使得確定真正偏移電壓變得非常困難和復(fù)雜。當(dāng)上面提出的為了控制偏移電壓復(fù)雜的解決方案被采用時，設(shè)備的制造費用會變得如此之大，以致直接變換接收機的優(yōu)點都喪失殆盡了。
AC-耦合基帶部分的優(yōu)點是偏移電壓的慢波動消失了，偏移電壓的總量被減小了。然而缺點是可能會有充電，并被遺留在直流電壓隔離電容器中，而放電很慢。
圖2示出為了減小信號偏移電壓的一個先前已知的解決辦法。在按照圖2的電路里，基帶信號Vin被引導(dǎo)到放大器21，放大器輸出端P21經(jīng)電容器C21被導(dǎo)引到放大器22的輸入P22。在放大器22里，亦可能有，例如，一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。參考電壓經(jīng)過一個電阻R21被接到放大器22的輸入端。在開始接收之前，一個短控制脈沖DCN接到開關(guān)23使其處于接通狀態(tài)，這樣，電容器C21輸出端變?yōu)閰⒖茧妷篤ref，如果有任何偏移電壓在點P22，它將被消失。如果在除去偏移電壓的一瞬間，譬如說有一個正基帶有用信號疊加在信號通道里的偏移電壓上，DCN控制脈沖消除發(fā)生在點P22的偏移電壓，但是當(dāng)DCN控制脈沖終止時，在點P22會產(chǎn)生一個負的偏移電壓。在這種情況下，偏移電壓不消失，但偏移電壓消除電路的運作導(dǎo)致一個新的慢慢地向參考電壓Vref靠近的偏移電壓。由偏移電壓消除電路引起的偏移電壓決定于當(dāng)DCN控制脈沖終止時的一瞬間電容器C21中產(chǎn)生的基帶信號的瞬時值大小。
為了阻止由偏移電壓去除電路產(chǎn)生的新偏移電壓，在上面描述的解決方案中，當(dāng)接收到的信號實際上是噪聲，即意味著實際上在接收信號之前的一瞬間必需完成偏移電壓的調(diào)零。在很多移動通信的時分系統(tǒng)中，如GSM(Global System for Mobile Communication)和PCN(Personal Communication Network)系統(tǒng)，基臺發(fā)送的功率在一個新的時間間隔開始之前并沒有中斷連接。這樣，在真正接收瞬間開始之前，也就是偏移電在必需被去除的時候，在接收機中，仍有基帶信號存在。這就是為什么早期提出的減小偏移電壓的解決方案不適用于上面所提的系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一個簡單的解決方案，以便按照先前技術(shù)的解決方案相關(guān)的上面所提問題得以避免，使直接變換接收機得以實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個想法是已經(jīng)接收到并已變換為基帶的信號的直流分量在信號線路內(nèi)用第一直流隔離裝置進行隔離，此外，隔離裝置前面的信號和隔離裝置后面的信號兩者的直流分量均受控制信號控制。這樣，第一隔離裝置前面的基帶信號線路實質(zhì)上實現(xiàn)了直流電壓耦合。上面說到的第一隔離裝置前面的信號強度控制電路最好包含一個第二隔離裝置，其作用是使控制電路中產(chǎn)生的直流電壓分量與電路裝置的恒定電位譬如說地電平相隔離。然后上面說到的控制信號之一優(yōu)先選擇安排用來控制第二隔離裝置的充電狀態(tài)。隔離裝置后面的基帶信號最好變換為數(shù)字形式以作進一步信號處理。
按照本發(fā)明的一個方法特征在于在上面說到的直流電壓第一隔離裝置之前的第一信號的直流電壓分量根據(jù)第一控制信號進行控制，在上面說到的直流電壓第一隔離裝置之后的第二信號的直流電壓分量根據(jù)第二控制信號進行控制，第二控制信號也可以與所說第一控制信號為同一信號。
按照本發(fā)明的一個電路裝置的特征在于電路裝置包含了根據(jù)第一控制信號控制上面說到的隔離裝置前面的信號直流電壓分量的裝置，和根據(jù)第二控制信號控制隔離裝置后面的信號直流電壓分量的裝置，第二控制信號可以與上面說到的第一控制信號為同一信號。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在相關(guān)的權(quán)利要求中已經(jīng)提出。
下面用附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，附圖為圖1示出一個先前已知的采用直接變換接收機的移動通信臺的方框圖，圖2示出一個為了去除偏移電壓的先前技術(shù)電路裝置，圖3示出一個按照本發(fā)明的方法流程圖，圖4示出一個按照本發(fā)明為實現(xiàn)直接變換接收機的電路裝置，圖5示出一個按照本發(fā)明的電路裝置以電路圖表示的實現(xiàn)方案，和圖6示出一個按照本發(fā)明為減小偏移電壓的解決方案。
圖1和圖2在上面說明先前技術(shù)的文中已經(jīng)進行描述。下面，用圖3對本發(fā)明的一個方法進行簡單的描述，并用圖4和圖5對本發(fā)明的電路裝置和它的工作進行詳細描述。最后，參見圖6描述按照本發(fā)明減小偏移電壓的一個解決方案。
圖3示出一個按照本發(fā)明的方法300的流程圖。在這里，首先把所有增益控制置于增益最小可能位置，方框301。此后，頻率綜合器的本地振蕩頻率置于通道頻率。在頻率綜合器已經(jīng)開始置于期望的通道頻率以后，射頻的前面增益控制被接成這樣狀態(tài)，即在接收的時間間隔期間，增益控制被使用，方框303。然后基帶頻率部分的增益控制部分的第一信號的直流電壓分量受到控制信號DCN1控制，方框304，并且在直流電壓隔離部分后面的第二信號的直流電壓分量受到控制信號DCN2控制，方框305。最后，在接收的時間間隔開始之前控制DCN1和DCN2都被去除，在接收開始時用基帶部分的AGC控制使基帶部分選定一個所希望的增益，方框306。
圖4示出一個描述按照本發(fā)明的電路裝置原理的框圖。圖4中所呈現(xiàn)的部分相應(yīng)于示于圖1中移動通信臺的發(fā)射機/接收機部分的方框104-112。在圖4所示的布局中，從天線接收到的射頻信號RFin在方框1中經(jīng)濾波和放大，在I/Q解調(diào)器2中解調(diào)為基帶頻率。接收機的RF前部1包括RF放大和RF濾波操作和自動增益控制AGC30操作。
在I/Q解調(diào)器2中，射頻信號被解調(diào)，I/Q解調(diào)器包含相位和功率分配單元、混頻器和參考電壓V1的接線。參考電壓可以是正值、負值或零值，這決定于I/Q解調(diào)器和基帶部分實現(xiàn)的方式。用一個本地振蕩器信號L0送到解調(diào)器實現(xiàn)解調(diào)。從解調(diào)器接收到的正交信號Vq1和同相信號Vil被連接到基帶頻率部分3a和3b。這基帶頻率部分3a,3b包含前置放大器和濾波部分(4),(4)還進一步包含一個無源低通濾波器部分41，它直接置于I/Q解調(diào)器的混頻器之后和第一個有源級前置放大器部分42之前，前置放大級之后，安置了第二個低通濾波器43。
在前置放大和濾波之后，信號被導(dǎo)送到增益控制部分5,5包含放大部分12、反饋部分8和反饋部分的第二直流電壓隔離裝置9,9之中優(yōu)先選擇至少為一個電容器。增益控制部分5的直流電壓的回復(fù)速率受選擇開關(guān)10控制，而選擇開關(guān)又受信號DCN1控制。
直流電壓的第一隔離裝置6已經(jīng)被連接到增益控制的輸出端，6優(yōu)選至少包含一個電容器。在直流電壓的隔離部分6之后，安置了一個去除偏移電壓系統(tǒng)7，對它的實現(xiàn)的解決方案在后面提出。消除在第二隔離裝置后面的信號中產(chǎn)生的偏移電壓受信號DCN2控制。A/D變換器部分的參考電壓V2，也可以與參考電壓V1為同一電壓，又被饋送到直流電壓隔離部分。
對于接收機在本發(fā)明與先前已知解決方法之間的一個區(qū)別是從I/Q解調(diào)器的參考電壓V1到AGC放大器5的輸出的整個基帶信號路徑已與直流電壓相耦合，在AGC部分后面，每一分支中只有一個DC隔離部分6的信號路徑上。通過這樣布局與其他方法比較有下述優(yōu)點由不同原因出現(xiàn)在I/Q解調(diào)器輸出端的偏移電壓不需從I/Q解調(diào)器輸出端、從基帶前置放大器輸出端或AGC放大器部分輸出端去除，但直流電壓會自由地波動。用一個加速開關(guān)10當(dāng)直流電壓建立的時間內(nèi)，反饋電路的時間常數(shù)保持快速。在直流電壓隔離部分6后面，直流電壓可以被調(diào)節(jié)到等于參考電壓V2，與已經(jīng)調(diào)節(jié)好的AGC放大器部分直流電壓工作點無關(guān)。在此方法中，DC-和AC-耦合基帶部分的優(yōu)點被組合起來，它們的缺點被消除。
按照圖4，在上面所描述的電路裝置中，采用數(shù)字控制信號如下開始，所有AGC控制置于增益盡可能低的位置。頻率綜合器開始置于所希望的通道頻率位置以后，前面的增益控制AGC30接到這樣位置，即在接收的時間間隔內(nèi)它開始起作用。此后，基帶部分的增益控制部分的時間常數(shù)電路被DCN1控制到快速態(tài)，DC偏移電壓的去除電路11被DCN2置于活動態(tài)。在接收時間間隔開始之前，控制信號DCN1和DCN2被去掉。接收開始時，用基帶部分的AGC控制AGC20,AGC40對基帶部分選定一個希望的增益。當(dāng)接收到強的天線信號時，由于基帶部分所用的增益小，相應(yīng)地偏移電壓也低，控制DCN1并非必需采用。
在圖4中，基帶部分示出兩個AGC控制AGC20和AGC40，但是它們是可多可少，這決定于，例如，A/D變換器的動態(tài)范圍和實現(xiàn)基帶部分的方法。
圖5示出圖4中的方框5,10和6是如何工作的一個例子。在這里，放大電路的增益由反饋電阻器R1,R3和R7，和從反饋電路接地的電阻器R2,R4,R5和R6,以及電容器C1和C2決定。電容器C1和C2作用為直流電壓隔離器，這樣在反饋支路有兩個DC隔離部分C1,R5以及C2，R6。采用兩個隔離DC的隔離部分，可以大大減小所用電容器的電容值和直流電壓的建立速度增加。電阻器R5和R6當(dāng)加速電路工作時可減低放大器的增益。開關(guān)可以是，例如，CMOS開關(guān)。
圖6示出一個描繪按照本發(fā)明的為實現(xiàn)偏移電壓的去除電路11的電路裝置工作原理的電路圖。此電路裝置可被用在，例如，圖4中所示接收機的方框6和7中。在圖6所示的布局中，基帶信號Vin被接到放大器61的輸入端，放大器61的輸出P61端產(chǎn)生的第一信號s61被引入兩分支經(jīng)電容器C61到放大器62和經(jīng)高通濾波器64到加法器65。用加法器使高通濾波信號s63和參考電壓Vref相加。相加的結(jié)果也就是第二信號s62被接到開關(guān)63，開關(guān)被一個短控制脈沖DCN控制到接通狀態(tài)。在整個DCN控制脈沖期間，在電容器C61的兩端，實際上有同樣的基帶信號，在這樣情況下，很難被基帶信號引起對電容器任何充電。在這樣方法下，當(dāng)DCN控制脈沖終了時和開關(guān)63斷開時，在輸出端有不大的偏移電壓形成。
在按照本發(fā)明的解決方法中，通過信號線路的基帶信號在DCN控制脈沖整個非常時期內(nèi)不會被中斷，但是在DCN控制脈沖期間在電容器輸出端產(chǎn)生一高通濾波的基帶信號。高通濾波器64的下限頻率最好高于信號線路的下限頻率。則發(fā)生在第二信號中的偏移電壓迅速地衰減，以及通過將第二信號連接到隔離裝置的輸出端也可迅速地減小發(fā)生在其中的偏移電壓。然而，高通濾波器較高的下限頻率除在DCN控制脈沖期間以外，對現(xiàn)行的信號線路的頻帶沒有任何影響。
采用本發(fā)明，簡易地設(shè)計一個直接變換接收機用于移動電臺制作中是可能的。在移動臺，直接變換接收機的實現(xiàn)會導(dǎo)致節(jié)省很多費用，因為只需一臺頻率綜合器而不需中頻部分或中頻濾波器。RF屏蔽要求亦降低了，雙工濾波器不需要了。這樣就有可能去制作一個體積小、重量輕、價格便宜的移動臺。此外，移動臺的電流消耗量亦能降低。
采用按照本發(fā)明控制信號直流電壓分量的解決方案，與按照先前技術(shù)的解決方案相比，可以得到下列的附加優(yōu)點-數(shù)字信號處理不需對偏移電壓進行修正，-因為偏移電壓可以從模擬信號得到可靠地減小，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍不需因為偏移電壓而增加，-減小偏移電壓的操作不會使信號線路中的基帶信號甚至是一個短暫的中斷，-按照本發(fā)明的解決方案，以很少數(shù)量元件(這樣所需空間也就很小)與非常少的附加制造費用就可以被實現(xiàn)，-電路解決方案中所需元件很容易集成到A/D變換器的接線上，-用按照本發(fā)明的解決方案，可以做到接收機的小電流損耗，-采用本解決方案，由時鐘信號和其他穩(wěn)定頻率的干擾信號產(chǎn)生的對接收機通道頻率的影響的問題可以被減小，這減輕了對器件屏蔽的需要。
按照本發(fā)明的解決方案優(yōu)先選擇應(yīng)用于數(shù)字時分移動通信系統(tǒng)的接收機，諸如GSM和PCN系統(tǒng)，但是本發(fā)明亦可用于模擬系統(tǒng)的接收機，例如，如果接收到的模擬信號被變換為用于信號處理的數(shù)字形式。
按照本發(fā)明解決方案的一些實施例上面已經(jīng)給出。當(dāng)然在權(quán)利要求范圍的框架內(nèi)，按照本發(fā)明的原理可能有些改變，例如，實現(xiàn)詳情的改變和應(yīng)用的范圍。必需注意所提出的電路連接和所描述的元件值只是作為例子，按照一般的已知設(shè)計原理，它們可以變動。
權(quán)利要求
1一種處理接收信號的方法，當(dāng)這接收到的射頻信號被解調(diào)為基帶時，基帶信號的強度受一個控制電路的控制，基帶信號中產(chǎn)生的直流電壓被信號線路中直流電壓的第一隔離裝置(6,C1)隔離，此后信號被A/D變換，其特征在于在所說第一直流電壓隔離裝置前面的第一基帶信號的直流電壓分量是根據(jù)第一控制信號(DCN1)進行控制(304)，在所說第一直流電壓隔離裝置后面的第二基帶信號的直流電壓分量是根據(jù)第二控制信號(DCN2)進行控制(305)，這第二控制信號可以與第一控制信號為相同信號。
2按照權(quán)利要求1的一個方法，其特征在于被解調(diào)為基帶的信號被引導(dǎo)到實質(zhì)上作為直流電壓耦合的所說隔離裝置。
3按照權(quán)利要求1或2的一個方法，其特征在于產(chǎn)生在所說強度控制電路的直流電壓分量被一個直流電壓的第二隔離裝置(9,C2,C3)與恒定電位相隔離，所說第二直流電壓隔離裝置的充電位置由第二控制信號(DCN2)控制，從而控制由控制電路產(chǎn)生的直流電壓分量。
4按照前面權(quán)利要求中任何一條的一個方法，其特征在于所說第一和第二控制信號在同時至少它們中的部分被轉(zhuǎn)換到運行位置。
5按照前面權(quán)利要求中任何一條的一個方法，其特征在于所說第一和第二控制信號是在包含所接收信號信息的時間隙縫開始之前被轉(zhuǎn)換到運行位置。
6按照前面權(quán)利要求中任何一條的一個方法，其特征在于為了減小偏移電壓，由所說隔離裝置前面第一信號(s61)基礎(chǔ)上形成的第二信號(Vref,s62)被連接到所說隔離裝置的輸出端(P2)。
7為了處理接收信號的一個電路裝置，它包含解調(diào)接收到的射頻信號成為一個基帶的解調(diào)器(2)，控制基帶信號強度的控制電路(5)，隔離產(chǎn)生在基帶信號中的直流電壓和變換A/D變換器信號為數(shù)字形式的第一隔離裝置(6,C1)，其特征在于這電路裝置包含根據(jù)第一控制信號(DCN1)控制所說隔離裝置前面的第一基帶信號的直流電壓分量的裝置(10)，和根據(jù)第二控制信號(DCN2)控制隔離裝置后面的第二基帶信號的直流電壓分量的裝置(11)，這第二控制信號可以與所說第一控制信號為相同的信號。
8按照權(quán)利要求7的一個電路裝置，其特征在于為使產(chǎn)生在所說控制電路中的直流電壓分量與恒定電位隔離，它包含有一個第二隔離裝置(9,C2,C3)。
9按照權(quán)利要求7或8的一個電路裝置，其特征在于為了控制產(chǎn)生在控制電路中的直流電壓分量，它包含用所說第二控制信號控制所說第二隔離裝置(C2,C3)充電狀態(tài)的裝置。
10按照前面權(quán)利要求7-9中任何一條的一個電路裝置，其特征在于在解調(diào)器(2)與第一隔離裝置(6,C1)之間的信號線路已經(jīng)是直流電壓耦合。
11按照前面權(quán)利要求7-10中任何一條的一個電路裝置，其特征在于解調(diào)器(2)是一個I/Q解調(diào)器，為了處理基帶的正交信號，第一分支(3a)被連接到解調(diào)器的正交信號輸出端，為了處理基帶的同相信號，第二分支(3b)被連接到解調(diào)器的同相信號輸出端。
12按照前面權(quán)利要求7-11中任何一條的一個電路裝置，其特征在于它包含為了連接第二信號(Vref,s62)到隔離裝置(C61)輸出端(P62)的裝置(63)和為根據(jù)在隔離裝置(C61)前面的第一信號(s61)形成所說第二信號(s62)的裝置(64,65)。
13采用按照上面權(quán)利要求1-6中任何一條的一個方法或采用按照上面權(quán)利要求7--12中任何一條的一個電路裝置在一臺直接變換的接收機中。
14采用按照上面權(quán)利要求1-6中任何一條的一個方法或采用按照上面權(quán)利要求7--12中任何一條的一個電路裝置在一臺移動臺的接收機中。
15采用按照上面權(quán)利要求1-6中任何一條的一個方法或采用按照上面權(quán)利要求7-12中任何一條的一個電路裝置在數(shù)字、時分移動通信系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及在直接變換的接收機中處理接收信號的一個方法和一個電路裝置。本發(fā)明優(yōu)先應(yīng)用于移動電臺中,它采用數(shù)字、時分蜂窩多路系統(tǒng)。已被接收到并被變換為基帶的一個信號的直流電壓分量被信號線路中第一直流電壓隔離裝置(6)隔離,此外,隔離裝置前的信號和隔離裝置后的信號兩者的直流電壓分量均受控制信號(DCN1,DCN2)所控制。因而第一隔離裝置(6)前面的基帶信號線路(4,5)實質(zhì)上被實現(xiàn)作為直流電壓耦合。在所說的第一隔離裝置(6)前面的信號強度控制電路(5)最好包含一個第二隔離裝置(9),用來使發(fā)生在控制電路(5)中的直流電壓分量與電路裝置的恒定電位譬如說地電平相隔離。所說控制信號的一個(DCN1)優(yōu)先安排去控制第二隔離裝置(9)的充電位置。為了對信號進一步處理,優(yōu)選方案是把隔離裝置后面的基帶信號變換成數(shù)字形式。
文檔編號H04B1/10GK1214817SQ97193455
公開日1999年4月21日 申請日期1997年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月8日
發(fā)明者R·韋瑟仁 申請人:諾基亞流動電話有限公司