多分支接收機系統和方法
2023-06-06 21:42:36
專利名稱：多分支接收機系統和方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統，尤其涉及無線通信系統中的多分支接收機結構。
無線通信系統的服務區被分為稱之為小區的互連的服務域，其中無線單元通過無線電與服務小區的基站(BS)相連實現通信。基站連接到陸地網，例如，通過一個與分散在整個服務區內的多個基站相連的移動交換中心(MSC)連接到陸地網。無線通信產業中，服務提供商通常會被授權兩個或多個非相鄰或者分離的頻段用於RF通信信道的無線發送和接收。例如，在美國，蜂窩通信「A」頻段提供商的基站接收頻道在A(825-835MHz),A』(845-846.5MHz)和A」(824-825MHz)頻段範圍內，無線單元接收頻道在A(870-880MHz),A』(890-891.5MHz)和A」(869-870MHz)頻段範圍內。提供B頻段的基站接收頻道在B(835-845MHz)和B』(846.5-849MHz)頻段範圍內，無線單元接收頻道在B(880-890MHz)和B』(891.5-894MHz)頻段範圍內。另外，提供個人通信系統(PCS)服務的基站可以在一個或多個PCS頻段(1850MHz-1910MHz)上接收無線單元的頻道，並且無線單元接收頻道在一個或多個PCS頻段(1930MHz-1990MHz)上。
為減少系統硬體開銷，服務提供商希望使用一個公用接收機來同時接收和處理非相鄰頻段的信號。在一個典型的接收機結構中，一般地，每個頻段的下變頻級用來對各頻段信號下變頻，並且控制每個頻段信號在中頻(IF)中的位置，從而使調製後的模擬信號的頻段被轉換為對應的IF頻譜，並且能夠被各個模數(A/D)轉換器以降低的取樣速率取樣。為了使用單個A/D轉換器對調製後的非相鄰頻段的模擬信號數位化，該轉換器必須以足夠高的速率取樣，以包括兩個頻段。這是一種低效的方法，因為A/D轉換器使用的帶寬中包括了對頻段間隙這部分多餘頻率的取樣。為了減小非相鄰頻段間的頻率間隙，各頻段的下變頻級用來對各頻段信號下變頻，並且控制各頻段信號在IF中的位置，從而使頻段之間更為緊湊，以適應較小的A/D轉換器帶寬。另外一種提高A/D轉換器帶寬利用率的方法包括對兩個頻段下變頻使其中一個頻段的拷貝位於兩個頻段的頻率間隙內。
當A/D轉換器以大於或等於兩倍合路信號帶寬的取樣速率對IF頻譜取樣時，A/D轉換器輸入信號帶寬以取樣頻率一半的倍數周期性自身翻轉或摺疊，其中該取樣速率被稱為奈奎斯特取樣速率。這樣，信號帶寬和信號帶寬的鏡像以對應於A/D轉換器取樣速率的頻率間隔周期性重複。信號帶寬的每個拷貝可以被稱為一個奈奎斯特區，IF信號帶寬折回到0Hz到取樣頻率一半之間的第一奈奎斯特區。奈奎斯特區帶寬對應於奈奎斯特帶寬。
數字域中頻譜密度的周期性是通過確定時間取樣波形的傅立葉變換來預測的取樣波形的基本特性。通常，為了得到調製後的模擬IF信號的數字表示，A/D轉換器要以至少兩倍複合頻段信號帶寬(即奈奎斯特取樣速率)的速率取樣。因此，選擇A/D轉換器的取樣速率，以使奈奎斯特帶寬包含所需要的頻段。取樣速率越高，則奈奎斯特帶寬越寬。如果以小於兩倍信號帶寬(奈奎斯特帶寬)的速率對信號波形取樣，會發生不希望出現的相鄰周期頻譜的重疊——眾所周知的被稱為混疊的現象。因此，選擇取樣速率和IF頻段，以使A/D轉換器的取樣速率降低時，奈奎斯特帶寬包含將被轉換的頻段，從而能夠使用帶有低成本的低取樣速率A/D轉換器。因此，頻段間的間隔或頻隙越寬，目前使用單獨一個A/D轉換器的接收機結構已經被一致認為是不實際的或效率低的。如果頻段分離得較遠或需要這樣，各分離頻段使用單獨的天線。在不同頻段使用專用天線的多天線結構中，一般各個天線路徑分別使用一個單獨的A/D轉換器。
無線通信基站也使用多個天線接收相同頻段，來支持稱為N-路接收分集技術以減少多徑衰落效應。基站包括一個或多個包含N個空分接收天線(「Rx1」到「RxN」)的無線電設備。因為多徑衰落是一種本地現象，所有的空分接收天線同時經歷多徑衰落的可能性極小。所以，如果一個接收天線的輸入信號微弱，可能在其他天線的某個天線中該信號會令人滿意。例如，當地形結構為丘陵或高山時，或有像建築物或樹木這樣的物體時，無線單元發送的信號會被吸收或反射，這樣到達基站的信號質量就不一致。因此，在無線單元與基站之間或周圍存在的許多物體對信號的散射和反射將產生許多獨立的路徑。由信號的散射和反射產生的傳輸信號(「多徑信號」)的許多不同的「拷貝」以不同的時延，相移和衰減到達基站的接收天線。結果，基站接收的來自無線單元的信號由許多信號之和組成，每個信號來自一個單獨的路徑。多徑信號在基站的接收天線處被疊加或抵消，因此接收信號強度會發生嚴重的本地變化。這種現象就是廣為熟知的多徑衰落或快速衰落或瑞利衰落。
前面的技術中已經眾所周知，分集合路器能夠合路來自N個接收天線的N個輸入信號，為了減小多徑衰落的不利影響並且改善輸入信號的接收，採用了各種技術(例如，選擇分集，等增益合路分集，最大合路分集，等)。在數字域中採用的分集合路技術中，N個接收天線的輸入模擬信號被保持在獨立的信道分支中，並且被送到各信道分支上的單獨的模數(A/D)轉換器中，以被轉換到數字域，數字域中可以採用分集技術來改善輸入信號的接收。使用多個A/D轉換器增加了開銷，而且由於N個接收天線的模擬信號各自的A/D轉換器的時間取樣之間的非相干性，導致了使用率降低。當需要準確測量時延和相移時，消除N個接收天線的輸入信號間時間取樣之間的非相干性是很重要的。或者，根據模擬域中採用的分集技術，N個接收天線的輸入信號可以先被合路或選擇然後再數字轉換，產生的模擬信號被送到一個的模數(A/D)轉換器，以轉換到數字域。
上述多分支接收機結構沒有利用A/D轉換器在將模擬信號轉換到數字域時所能提供的潛在帶寬，靈活性和/或時間及相位相干能力。
本發明涉及一種為多個信道分支提供接收模擬信號的接收機，在至少一個信道分支上，接收模擬信號的頻率被調整為與模擬信號在射頻(RF)頻譜中對應的相對位置無關。接著信道分支上的模擬信號被合路，合路的模擬信號被轉換到數字域。例如，接收機包括至少一個接收射頻(RF)模擬信號的天線。信道分支裝置從天線接收模擬RF信號並且將該RF模擬信號提供給多個信道分支。頻率轉換裝置包括信道分支中至少一個相應信道分支上的至少一個頻率轉換器，以調整相應信道分支上的模擬RF信號的頻率，使該頻率與模擬信號在不同信道分支的RF頻譜中對應的相對位置無關。信道分支上的模擬信號被合路，一個模數轉換器將合路的模擬信號轉換為數位訊號。在將複合模擬信號轉換到數字域時，模擬信號的頻段位於數字域的多個奈奎斯特區信道中。通過恰當地選擇信道分支中模擬信號的頻段和A/D轉換器的取樣速率，A/D轉換器的有效帶寬可以得到更高效的利用，和/或可以提供時間和/或相位的相干性。
通過閱讀下面的詳述並且參考附圖，本發明的其他方面和優點可以變得清楚，其中
圖1示出了根據本發明原理的多分支接收機的總體方框圖；圖2示出了根據本發明原理的多分支接收機的一個實施例的方框圖；圖3示出了在接收來自不同天線的、具有相同頻段的兩個版本的信號的多分支接收機的實施例中，在不同奈奎斯特區中，A/D輸入頻率上的模擬信號和折回到數字域的第一奈奎斯特區中的該模擬信號的拷貝；圖4示出了根據本發明原理的多分支接收機的另外一個實施例的總體方框圖；圖5示出了在圖4中的多分支接收機中，A/D輸入頻率上的模擬信號和第一奈奎斯特區的數字域頻率的頻段的拷貝。
下面將要詳述根據本發明原理使用多信道分支的接收機系統的示範性實施例，在該示範性實施例中，多信道分支上的RF模擬信號的信號帶寬被設置於奈奎斯特帶寬中該信號帶寬的相對位置上，但與該信號帶寬在RF中的相對位置無關。例如，如果至少兩個信道分支上的兩個頻段對應RF中具有一定間隔的頻段，與RF中的對應頻段相比較，一個信道分支上轉換後的頻段與另外一個信道分支上的頻段之間的距離可能更近或者更遠。至少兩個信道分支上的頻段的位置與各自的信號帶寬在奈奎斯特帶寬中的位置有關，其中的頻段佔用A/D轉換器的奈奎斯特帶寬的不同部分，但是頻段的位置與它們彼此在RF中的相對位置無關。因此，在一個分集裝置中，如果至少兩個信道分支中的兩個頻段對應RF中相同的頻段，只要該頻段佔用奈奎斯特帶寬的不同部分，經過轉換一個信道分支中的頻段就會與另外一個信道分支中的頻段有所不同。
詳細參考圖1，接收機10包括N個從RF通信信道接收模擬信號的天線12a-n，其中n≥1。天線12a可以是一個多頻段天線。頻率信道化器13包括一個信道分支裝置14，像N路復用(N-plexer)濾波器或合路器陣列，用於合路和/或分離接收的RF模擬信號或部分該信號，並且按照所需方式將接收的模擬信號送到X個信道分支16a-x中，其中X≥2。例如，不同的信道分支16a-x能夠傳送對應RF頻段的模擬信號，信道分支16a-x能夠載有不同天線或天線組接收的RF模擬信號，和/或多個信道分支具有多頻段或同頻段的RF模擬信號的拷貝。頻率轉換裝置18在至少一個信道分支16a-x上，包括至少一個變頻器20a-x，用於將該信道分支16a-x中的模擬信號轉換為相對於至少另外一個信道分支16a-x的頻段在A/D轉換器的奈奎斯特帶寬中不發生重疊的至少一個中頻(IF)頻段。在這個實施例中，所示的每一個信道分支16a-x都有一個頻率轉換級20a-x。但是，信道分支數不必與頻率轉換級20a-x數相等。
合路裝置22根據需要將信道分支16a-x的模擬信號合路。產生的複合模擬信號連同不同頻段的模擬信號被送到模數轉換器24。這些模擬信號的不同頻段折回到由模數(A/D)轉換器24以大於不同頻段信號合路後帶寬2倍的取樣速率對合成模擬信號取樣所得到的奈奎斯特帶寬的非重疊區。將複合模擬信號轉換到數字域時，A/D轉換器24將合成模擬信號處理為在奈奎斯特區信道或第一奈奎斯特區中的頻段中。數字域中奈奎斯特區信道對應於模擬信號的不同頻段。數位訊號處理電路26能夠從第一奈奎斯特區的奈奎斯特區信道恢復數位訊號，因為模擬信號數位化後不同的信道最終會在第一奈奎斯特區終結，例如利用數字濾波器，數字合路器，數字檢波器，數字解調器，諸如具有數字控制振蕩器(NCO)的數字下變頻器(DDC)的數字下變頻器用於對數據速率(被稱為取樣)作數字下變頻，和/或其他處理。為作進一步信號處理，DDC能夠調諧到各自的頻率。所以，通過調整不同信道分支中不同RF頻段的相對位置，接收機10能夠更高效的使用一個A/D轉換器的有效帶寬。
根據該實施例，並且由於依據本發明原理的接收機的靈活性，為了更高效地使用A/D轉換器的潛在帶寬，接收機10可以用不同的方法實現。例如，圖2所接收機30的一個實施例中包括接收RF模擬信號的天線12a-n。在圖1的實施例中，信道化器13接收來自與各天線12a-n相連的諸如低噪音放大器(LNAs)的接收電路32a-n的RF模擬信號。信道化器13包括信道分支裝置14，在本實施例中該分支裝置是一個接收來自天線12a-n的具有相同和/或不同頻段的RF模擬信號的信道網絡。信道網絡將RF模擬信號和/或部分該信號送到合適的信道分支16a-x。本實施例中，信道網絡包括X個N路復用濾波器或N-輸入合路器34a-x陣列，在該信道網絡中每X個N路復用濾波器或N-輸入合路器34a-x能夠與N個天線12a-n中的一個相連。依據本實施例，多路調製器或合路器34a-x的數目可以與信道分支16a-x的數目對應但不是必需對應。濾波器或合路器34a-x陣列為至少兩個信道分支16a-x提供來自至少一個天線12a-n的RF模擬信號，至少一個射頻(RF)頻段，以及任何來自多個天線12a-n的射頻信號的組合和/或具有相同或不同頻段的RF信號。
信道分支16a-x的RF模擬信號受頻率轉換裝置18的支配，該轉換裝置在至少兩個信道分支16a-x的至少一個上包括至少一個頻率轉換級，用於在至少兩個信道分支的至少兩個不同頻段上提供模擬信號。為了獲得至少兩個頻段中的一個頻段，來自兩個或多個不同天線12a-n的具有相同頻段的RF模擬信號能夠在變頻級20a-x之前或之後被合路，例如使用信號分集合路或以RF單獨合路。另外，信道分支裝置14可以包括天線12a-n或分集復用器與各信道分支16a-x上的變頻級20a-x之間的專用連接。在本實施例中，變頻級20a-x將來自N個天線12a-n的RF信號帶寬搬移為中頻(IF)頻段。在搬移與其他信道分支頻段相關(被搬移前可以是相同，相互重疊或不同頻段)的信道分支16a-x上的頻段的過程中，頻段的位置與對應RF頻段之間的相對位置無關。根據本實施例，只要至少其他頻段的位置與對應頻段在RF中的相對位置無關，一個信道分支16a-x不需要具備一個變頻級20a-x。
本實施例中，每個變頻級20a-x包括一個濾波器36a-x，用於對輸入的RF信號濾波，以產生一個將被變頻的RF頻段。將被變頻級20a-x轉換的RF頻段可以是來自至少一個天線12a-n的相同，不同和/或重疊頻段，輸出頻段至少佔用兩個不同頻段。在每個變頻級20a-x，濾波後的RF頻段送到混頻器38a-x，混頻器通過本地振蕩器(LO)的本地振蕩信號與RF模擬信號頻段混頻，從而變換RF模擬信號的頻段，這已為本領域技術人員所熟知。
來自變頻裝置18的、具有至少兩個不同頻段的模擬信號被送到合路裝置22。在本實施例中，合路裝置22包括一個合路器/分路器網絡42，其用於按所需方式合路來自變頻裝置18的頻段，並且按所需方式分離模擬信號，例如將信號分離成不同的頻段，將模擬信號送到M個信道路徑44a-m，其中M≥2。信道分支16a-x可以與信道路徑44a-m對應。另外一種情況是，信道分支16a-x上的至少兩個不同頻段可以被分路到不同的信道路徑44a-m上和/或來自多個信道分支16a-x的模擬信號被合路到一個信道路徑44a-m上。
在本實施例中，合路器/分路器網絡42包括一個X輸入的合路器46，用於合路信道分支16a-x的模擬信號，並且將模擬信號頻譜送到一個M-輸出分路器48。依據本實施例，M-輸出分路器48可以是一個M路復用濾波器，用於選擇性地產生相應信道路徑44a-m上的頻段。M-plexer濾波器可以選擇匹配頻帶或信道的阻抗以減小損耗。M-輸出分路器48可以是用於提供信道路徑44a-m上信號帶寬拷貝的M-輸出分路器。所述合路器/分路器網絡42具有X個被合路和分路到M個信道路徑44a-m上的輸入端。輸入端或信道分支16a-x的數目可以與信道路徑44a-m對應，但不是必須對應。依據本實施例，提供給信道分支16a-x的RF模擬信號被變頻，合路及分離到M個信道路徑的結構和方式可以不同。
信道路徑44a-m中的頻段可以與信道分支16a-x上兩個不同頻段中的至少一個頻段，來自至少兩個不同信道分支16a-x的合路信號或至少兩個頻段中的一個頻段的子集相對應。每個信道路徑44a-m上的濾波器50a-m允許與信道路徑44a-m對應的頻段或信道通過。另外一種情況是，多信道路徑44a-m可以傳送相同的頻段，但是至少有兩個信道路徑44a-m要傳送佔用奈奎斯特帶寬非重疊部分或第一奈奎斯特區的不同信道的不同頻段。在本實施例中，各信道路徑44a-m上的放大器52a-m將該信道路徑上的模擬信號放大。信道路徑44a-m中放大的模擬信號被諸如M-輸入端合路器或M-plexer濾波器的信號合路器54合路，以產生一個受M信道路徑44a-m中濾波器50a-m濾波支配的M頻道模擬信號的複合或合路信號。在本實施例中，信號合路器54將不同頻道的合路模擬信號送到用於放大高功率信號的放大器56。依據本實施例，在放大器級52a-m，在放大器56和/或在接收機結構中的其他位置能夠產生放大的IF模擬信號。合路後的模擬信號送到模數轉換器，轉換器以取樣速率對模擬信號取樣，以將調製後的模擬信號轉換到數字域。
本領域技術人員業已知道在模擬信號轉換到數字域過程中，A/D轉換器24以取樣速率對模擬信號取樣，並且產生與模擬信號取樣值對應的數字值。已調製的模擬信號的奈奎斯特取樣速率，例如，在消息信號調製到一個載波信號時，可以被定義為消息信號最高頻率分量的兩倍，而不必考慮被調製消息信號的載波頻率。話音，數據，視頻，文本和/或其他消息信號在信號帶寬內傳送。消息信號的最高頻率分量直接關係到信號帶寬。因為信號帶寬被以至少消息信號最高頻率分量2倍的速率取樣，才能使消息信號在數字域中再生。
在A/D轉換器24以至少兩倍合路信號帶寬的取樣速率對頻譜取樣時，信號帶寬以取樣速率一半的頻率倍數或間隔(「奈奎斯特區」)，周期性自身翻轉或摺疊到數字域中0Hz到0.5倍取樣速率的第一奈奎斯特區，其中該取樣速率稱為奈奎斯特取樣速率。這樣，信號帶寬和該信號帶寬的鏡像以與A/D轉換器取樣速率相對應的頻率間隔周期性重複。例如，奇數倍奈奎斯特區中的信號帶寬折回到第一奈奎斯特區時，會出現在與信號帶寬在奇數倍奈奎斯特區中相對位置相同的位置，還作為偶數倍奈奎斯特區中的信號帶寬的鏡像出現。此外，偶數倍奈奎斯特區中的信號帶寬折回到第一奈奎斯特區時，作為奇數倍奈奎斯特區帶寬中信號帶寬的鏡像出現，而與偶數倍奈奎斯特區中信號帶寬的相對位置相同。所以信號帶寬的拷貝以0.5倍取樣速率的間隔重複出現。選擇A/D轉換器的取樣速率，以使模擬信號數位化後所需頻段拷貝佔用奈奎斯特區的非重疊部分或信道。數字變換在奈奎斯特區帶寬中有效地保存了以小於或等於0.5倍取樣速率所產生的信息。如果取樣速率增加，第一奈奎斯特區或奈奎斯特帶寬將變寬。
在本實施例中，數位訊號值的快速傅立葉變換(FFT)產生的信號頻段(奈奎斯特區信道)在0.5倍取樣速率(「第一奈奎斯特區」)內代表被轉換的模擬信號。如果以小於兩倍信號帶寬(奈奎斯特帶寬)的速率對該信號取樣，會發生不希望出現的相鄰周期頻譜重疊——眾所周知的交疊現象。因此，選擇取樣速率和IF頻段以避免由於交疊產生的信息丟失，而提高奈奎斯特有效帶寬的使用率。
根據本發明的原理的多分支接收機的一個實施例可以被蜂窩通信中A頻段服務提供商用於提供數字域中使用單一A/D轉換器的分集接收。在美國，「A」頻段蜂窩通信服務提供商使用的基站接收頻道在A(825-835M),A」(824-825MHz)和A』(845-846.5MHz)頻段範圍內。在本例中，調製在A,A』和A」頻段內的模擬信號被第一天線12a和第二天線12b接收。來自第一天線12a的A,A』和A」頻段的頻率被轉換到一個IF頻段，來自第二天線12b的A,A』和A」頻段被頻率轉換到另一個不同的IF頻段。在將IF模擬信號頻譜轉換到數字域時，A/D轉換器24對IF模擬信號頻譜取樣，IF頻譜折回到第一奈奎斯特區(約為0Hz到0.5倍取樣頻率)。在第一奈奎斯特區中，在由第一和第二天線12a和12b的被轉換信號所提供的第一奈奎斯特區的不同部分或信道上產生IF頻帶的拷貝。處理電路26，諸如數位訊號處理器，能夠得到已變換的信號，並且對獨立奈奎斯特區信道中的信號執行分集合路或其他處理。
圖3所示是根據本發明原理，用於移動通信A頻段接收提供分集的接收機中A/D轉換器的輸入頻率和數字域頻譜密度。例如，用一個取樣速率為65兆樣本/每秒(Msps)(大於A,A』和A」頻段或25MHz所需信號帶寬的兩倍)的A/D轉換器24,A/D轉換器輸入頻率的頻譜結果與應用於A/D轉換器的頻率相同。另外，該輸入IF頻譜在數字域中0Hz至0.5倍取樣速率Fs的第一奈奎斯特區中0.5倍取樣頻率處自身周期性翻轉或摺疊。在0.5倍取樣頻率處重複的每個IF頻譜的拷貝稱為一個奈奎斯特區。在本例中，IF輸入頻率在0Hz,32.5MHz,65MHz等0.5倍取樣頻率處產生翻轉或摺疊。數字處理頻率佔用0Hz到32.5MHz的第一奈奎斯特區，A/D輸入頻率佔用第二奈奎斯特區(32.5-65MHz)，第三奈奎斯特區(65-97.5MHz)等。
詳細參考圖2和圖3，來自第一天線12a的A和A」頻段的RF模擬信號被送到信道分支16a，並由第一變頻級20a下變頻為第一IF頻段。例如，使用一個帶通濾波器36a以允許A和A」RF頻段和一個771.875MHz的LO40a通過，來自第一天線12a的A和A」頻段能夠被下變頻為第二奈奎斯特區中的第一IF頻段60(52.125-63.125MHz)。來自第一天線12a的A』RF頻段的RF模擬信號可以被送到信道分支16b，並由第二變頻級20b下變頻為第二IF頻段。例如，使用一個帶通濾波器36b以允許A』頻段和794.375MHz的LO40b通過，來自第一天線12a的A』頻段能夠被下變頻為第二IF頻段62(50.625-52.125MHz)。
來自第二天線12b的A和A」頻段的RF模擬信號可以被送到第三信道分支16c，並且由第三變頻級20c下變頻為第三IF頻段64。例如，使用一個帶通濾波器36c以允許A和A」頻段和一個740.875MHz的LO40c通過，來自第二天線12b的A和A」頻段能夠被下變頻為83.125-94.125MHz的第三IF頻段64。來自第二天線12b的A』頻段的RF模擬信號可以被送到第四信道分支16d，並由第四變頻級20d下變頻為第四IF頻段66。例如，使用一個帶通濾波器36d以允許A』頻段和一個750.875MHz的LO40d通過，來自第二天線12b的A』頻段能夠被下變頻為94.125-95.625MHz的第四IF頻段66。信道分支16a-d中不同IF頻段的模擬信號被合路裝置18合路，合路後的模擬信號被送到A/D轉換器24進行數字轉換。
當IF頻譜被A/D轉換器24以示例性取樣速率65Msps(大於兩組A,A』和A」頻段所需的25MHz信號帶寬的兩倍)取樣時，A/D轉換器的輸入頻率如圖3所示數字域頻譜結果與應用於A/D轉換器24的IF頻率相同。另外，輸入IF頻譜在0.5倍取樣頻率處自身翻轉或摺疊，由此組成了奈奎斯特區。因此，輸入IF頻譜的拷貝在對應0.5倍A/D轉換器取樣速率的頻率間隔處周期性重複。重點包含A,A』和A」頻段信號的IF頻段也在折回到第一奈奎斯特區的非重疊奈奎斯特區信道的奈奎斯特區範圍內周期性複製。例如，來自第一天線12a的A和A」頻段折回到1.875-12.875MHz，來自第一天線12a的A』頻段折回到12.875-14.375MHz。此外，來自第二天線12b的A和A」頻段折回到18.125-29.125MHz，來自第二天線12b的A』頻段折回到29.1 25-30.625MHz。
因此，根據A/D轉換器產生的單獨的奈奎斯特區信道，數字處理器26能夠接收到來自兩個不同天線12a和12b的對應於相同的A,A』和A」頻段的兩個版本的轉換後的頻段。數字處理器26能夠執行任何需要的分集合路，或選擇使用對應不同奈奎斯特區信道的轉換信號，或執行任何其他處理動作。這樣，在本例中，根據本發明原理的接收機能夠利用一個A/D轉換器轉換來自不同天線的模擬信號，從而使用數字域中分集技術實現空間分集。通過使用一個A/D轉換器，接收機提供不同天線接收的具有相同頻段或信道的不同版本信號的時間和/或相位相干取樣。因此，在需要準確的時延和/或相位抖動測量的分集應用場合，時間和/或相位相干性被保存。另外一種情況是，通過使用一個A/D轉換器來提供不同天線上接收的具有相同和/或不同頻段或信道的信號的時間和/或相位相干取樣，根據本發明原理的接收機可以提供在不同天線上接收的具有相同和/或不同頻段的信號之間的時間和/或相位相干取樣。其他應用或信號處理電路，諸如多徑縮減電路，定位測定系統，相控陣天線和/或其他智能天線應用等都可以從改進後的時間和/或相位相干測量系統中獲益。
此外，通過使頻段或其子集相對於它們對應的RF模擬信號獨立定位於摺疊在第一奈奎斯特區的非重疊部分或信道的頻段，根據本發明原理的接收機改進了A/D轉換器的靈活性和帶寬利用率。獨立定位進一步意味著在用於A/D轉換器的頻段或其子集的定位除了需要位於摺疊在第一奈奎斯特區的非重疊頻段或信道外，不需要保持RF頻段之間或RF頻段內的關係圖4示出了使根據本發明原理的接收機70的例子，圖5示出了該接收機如何通過將頻段獨立定位於適合A/D轉換器產生的奈奎斯特區信道，來改進A/D轉換器的帶寬利用率。在這個例子中，接收機70包括多個天線12a-n。應該明確的是在信道化器13中將不同RF頻段的RF模擬信號送到的不同信道分支72a-f時採用多頻段天線。本實施例中，第一天線12a接收頻道在A(825-835MHz),A」(824-825MHz)和A』(845-846.5MHz)頻段範圍內，並且第二天線12b接收A(825-835MHz),A」(824-825MHz)和A』(845-846.5MHz)頻段內的相同頻道，以提供上述的接收分集。信道分支裝置14將來自第一天線12a的A』頻段送到第一分支72a，來自第一天線12a的A和A」頻段送到第二分支72b，來自第二天線12b的A和A」頻段送到第三分支72c，來自第二天線12b的A』頻段送到第四分支72d。本實施例中，第三天線12c接收個人通信系統(PCS)D-區(1865-1870MHz)的RF模擬信號。信道分支裝置14將來自第三天線12c的PCS頻段的RF模擬信號送到第五分支72e。第四天線12d接收FM廣播頻段(88-108MHz)的RF模擬無線信號，信道分支裝置14將來自第四天線12d的FM信號送到第六分支72f。
兩個A頻段(每個12.5MHz),5MHzPCS頻段及20MHzFM廣播頻段相加後，不同分支72a-fRF模擬信號的總帶寬為50MHz。這樣，A/D轉換器24就要使用足夠處理RF模擬信號的50MHz帶寬的奈奎斯特區帶寬的取樣速率。為了說明起見，A/D轉換器24使用100MHz的取樣速率，以提供50MHz(0.5倍取樣速率)的奈奎斯特帶寬。實際上，為了提供不同頻段或信道分支信號之間的帶寬餘量或保護帶寬可以選擇更高的取樣速率。變頻裝置18單獨將不同分支的RF頻段獨立定位於折回到第一奈奎斯特區非重疊頻段或信道的頻段。變頻裝置18改變多分支72a-f的RF模擬信號的位置，使其僅與該模擬信號在奈奎斯特帶寬中的定位有關，而與它們在RF中的位置無關，使對A/D轉換器24的奈奎斯特帶寬的利用得到提高。
在本實施例中，每個分支72a-f包括一個變頻級20a-f，以將RF模擬信號轉換為折回到奈奎斯特帶寬或第一奈奎斯特區的非重疊部分或信道中的IF頻段。例如，第一變頻級20a用來自LO40a的682.5MHz的信號與RF信號混頻，將第一分支72a中的A』頻段的RF模擬信號轉換為162.5-164MHz頻段的信號。第二變頻級20b用來自LO40b的760MHz的信號與RF信號混頻，將第二分支72b中的A和A」頻段的RF模擬信號轉換為64-75MHz頻段的信號。第三變頻級20c用來自LO40c的686.5MHz的信號與RF信號混頻，將第三分支72c中的A和A」頻段的RF模擬信號轉換為137.5-148.5MHz頻段的信號。第四變頻級20d用來自LO40d的695MHz的信號與RF信號混頻，將第四分支72d中的A』頻段的RF模擬信號轉換為150-151.5MHz的信號。第五變頻級20e用來自LO40e的1745MHz的信號與RF信號混頻，將第五分支72e的PCS頻段中的D-區RF模擬信號轉換為120-125MHz頻段。第六分支上的第六變頻級20f用來自LO40f的92MHz的信號與RF信號混頻，將第六分支72f中的FM廣播頻段的RF模擬信號轉換為的180-200MHz頻段。
上面提到的位於IF頻段的模擬信號能夠被合路裝置22合路，以由A/D轉換器24轉換。A/D轉換器對IF頻譜的模擬信號取樣，並產生對應於被定位於IF頻譜的不同分支72a-f上RF模擬信號的第一奈奎斯特區信號．本實施例中使用100MHz的取樣速率，第一奈奎斯特區從0到50MHz有六條奈奎斯特區，信道數字處理器26從中可以獲取對應來自不同RF頻段或分支的RF信號的信號。例如，0Hz到20MHz的第一奈奎斯特區信道對應來自第四天線12d的FM射頻信號。20到25MHz的第二奈奎斯特區信道對應來自第三天線12c的PCS頻段中的D-區信號。25到36MHz的第三奈奎斯特區信道對應來自第一天線12a的A和A」頻段的信號，36到37.5MHz的第四奈奎斯特區信道對應來自第一天線12a的A』頻段的信號。37.5到48.5MHz的第五奈奎斯特區信道對應來自第二天線12b的A和A」頻段的信號，48.5到50MHz的第六奈奎斯特區信道對應來自第二天線12b的A』頻段的信號。
通過適當地將RF頻段定位在合適的IF頻段，根據本發明原理的接收機能夠提高A/D轉換器24所提供的有效奈奎斯特帶寬的利用率。在上面的例子中，100MHz取樣頻率的全部奈奎斯特帶寬被裝滿。在其他實施例中，可以採用不同的取樣速率來提高或降低奈奎斯特帶寬。在另外一個實施例中，如果RF頻段位於頻譜中所需的位置，就不需要對RF頻段進行頻率變換。例如，詳細參考圖4，如果提高取樣速率以提供一個較寬的奈奎斯特帶寬，AM廣播頻段(550-1600KHz)可以被天線76接收並且被加到合路的或合成的模擬信號中，A/D轉換器24可以對AM頻段的模擬信號數位化。AM廣播頻段位於第一奈奎斯特區的千赫茲範圍，且不需變頻。因此，根據本發明原理的接收機能夠接收來自不同信源的信號，像蜂窩或PCS系統的基站，AM或FM廣播無線電臺和/或GPS衛星。
除了上面描述的實施例，根據本發明原理的多個模擬分支接收機結構的可選配置，可以省略和/或增加組件和/或使用不同於上述接收機結構的結構或使用部分上述接收機結構。本領域技術人員知道，不同組件組成的接收機結構和它們各自的工作參數及特性應正確匹配以提供正確的操作。例如，接收機系統的一個實施例可以用來接收北美洲TDMA系統，全球通移動通信(GSM)系統，碼分多址(CDMA)系統，頻分多址(FDMA)系統，全球定位系統(GPS)，FM無線電廣播和/或AM無線電廣播的信號。因此，根據本發明原理的接收機接收來自使用不同，相同或非多址技術系統，使用相同和/或不同調製技術，和/或使用不同和或相同頻段或電路的模擬信號，並且在一個單一的A/D轉換器中進行數位化轉換。可以使用寬波帶，寬帶和/或窄帶表示模擬信號的特徵。另外，根據本發明原理的接收機的實施例用與基站接收頻率相關的頻段來描述，但是根據本發明原理的接收機結構可以用無線單元，如移動單元，接收來自其他頻段像無線單元接收頻段這樣的信息。
此外，用一個使用特殊組件的特別配置來描述接收機系統，但應該明白該接收機系統及其各部分可以用特定的集成電路，軟體驅動處理電路，固件，可編程邏輯裝置，硬體或其他本領域技術人員知道的對本專利有用的分立元件結構來實現。儘管所示的示範性實施例中是一個特定電路，與所示電路相比較，測量無線電結構可以使用組合在一起執行類似功能的不同元件。上述內容僅為說明本發明原理的應用。本領域技術人員將很容易地知道可以用於本發明的各種其他的改進，裝置和方法而不必嚴格遵從這裡說明和描述的示範性實例，而不背離本發明的範疇和精神。
權利要求
1．一種處理接收信號的方法，該方法特徵在於提供多個信道分支(16a-b)的模擬信號；調整上述多個信道分支(16a-b)中至少一個信道分支上的模擬信號的頻率，使其與上述模擬信號在射頻(RF)頻譜中的相對位置無關；合路上述多個信道分支(16a-b)上的模擬信號；且數字轉換上述合路的模擬信號。
2．權利要求1的方法，其特徵在於接收至少兩個天線(12a-b)的上述模擬信號。
3．權利要求2的方法，其特徵在於，上述提供步驟包括利用第一天線(12a)來提供第一信道分支(16a)上一個頻段的模擬信號；利用第二天線(12b)來提供第二信道分支(16b)上上述頻段的模擬信號。
4．權利要求2的方法，其特徵在於，上述提供步驟包括利用第一天線(12a)來提供第一信道分支(16a)上第一頻段的模擬信號；利用第二天線(12b)來提供第二信道分支(16b)上第二頻段的模擬信號。
5．權利要求2的方法，其特徵在於，上述提供步驟還進一步包括合路上述由至少一個天線(12a)接收的模擬信號；對各信道分支(16a-b)上的上述模擬信號濾波，使提供的模擬信號具有與上述信道分支(16a-b)對應的頻段。
6．權利要求2的方法，其特徵在於接收來自至少一個天線(12a)的模擬信號；且在每個信道分支(16a-b)上，選擇性產生具有對應於上述信道分支(16a-b)的頻段的模擬信號。
7．權利要求1的方法，其特徵在於，上述調整步驟還包括將各信道分支(16a-b)上的模擬信號變頻到對應的中頻(IF)頻段。
8．一種接收機(10)，其特徵在於，它包括信道分支裝置(14)，其與至少一個天線(12a)相連，用來接收模擬信號並將模擬信號提供到多個信道分支(16a-b)上；至少一個變頻裝置(18)，用於調整上述多個信道分支(16a-b)中至少一個信道分支上的模擬信號的頻率，使該頻率與該信號在射頻(RF)頻譜中的相對位置無關；合路裝置(22)，其與上述多個信道分支(16a-b)相連，用於合路上述多個信道分支(16a-b)上的模擬信號；一個模數轉換器(24)，用於接收上述合路後的模擬信號，並數位化轉換該信號。
9.權利要求8的接收機，其特徵在於至少兩個天線(12a-b)為上述信道分支裝置(14)提供上述模擬信號。
10．權利要求9的接收機，其特徵在於上述信道分支裝置(14)用於在第一信道分支(16a)上提供來自第一天線(12a)的一個頻段的模擬信號，並且在第二信道分支(16b)上提供來自第二天線(12b)的上述頻段的模擬信號。
11．權利要求9的接收機(10)，其特徵在於上述信道分支裝置(14)用於在第一信道分支(16a)上提供來自第一天線(12a)的第一頻段的模擬信號，並且在第二信道分支(16b)上提供來自第二天線(12b)的第二頻段的模擬信號。
12．權利要求9的接收機(10)，其特徵在於上述信道分支裝置(14)包括一個合路器，其用於接收上述來自至少一個天線(12a)的模擬信號，且提供上述多個信道分支(16a-b)的模擬信號的拷貝，以及一個濾波器，其在上述各信道分支(16a-b)上提供具有與上述信道分支(16a-b)相對應的頻段的模擬信號。
13．權利要求9的接收機，其特徵在於上述信道分支裝置(14)中包括多路一個復用器，其用於接收來自至少一個天線(12a)的上述模擬信號，並且在上述各信道分支(16a-b)上提供具有與該信道分支相對應的頻段的模擬信號。
14．權利要求8的接收機(10)，其特徵在於上述至少一個變頻器(20a)包括一個變頻器(20a-b)，該變頻器在每個信道分支(16a-b)上將上述各信道分支上的模擬信號轉換為對應的中頻(IF)頻段。
15．一種處理接收信號的方法，該方法特徵在於在至少兩個信道分支上(16a-b)上，提供來自至少兩個天線(12a-b)的模擬信號；調整上述至少兩個信道分支中至少一個信道分支(16a)上的模擬信號的頻率，以使上述至少兩個信道分支(16a-b)上的模擬信號的頻率不同；合路上述至少兩個信道分支(16a-b)中的模擬信號；數字轉換上述合路的模擬信號。
16．一種處理接收信號的方法，該方法特徵在於在至少兩個信道分支(16a-b)上，提供來自至少兩個天線(12a-b)的模擬信號；調整上述至少兩個信道分支(16a-b)中至少一個信道分支(16a)上的模擬信號的頻率，以使上述至少兩個信道分支(16a-b)的模擬信號的頻率相同；合路上述至少兩個信道分支上的模擬信號；數字轉換上述合路的模擬信號。
全文摘要
一種接收機,它包括:信道分支裝置,其與至少一個天線相連,用來接收模擬信號並將模擬信號提供到多個信道分支上;至少一個變頻裝置,用於調整上述多個信道分支中至少一個信道分支上的模擬信號的頻率,使其與該信號在射頻頻譜中的相對位置無關;合路裝置,其與上述多個信道分支相連,用於合路上述多個信道分支上的模擬信號;一個模數轉換器,用於接收上述合路後的模擬信號,並數位化轉換該信號。
文檔編號H03M1/12GK1318958SQ0111654
公開日2001年10月24日 申請日期2001年4月12日 優先權日2000年4月14日
發明者沃爾特·J·卡敏斯基, 阿里爾德·科爾斯拉德 申請人:朗迅科技公司