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CN1320304A - 接收频带的滤波 - Google Patents

接收频带的滤波 Download PDF

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CN1320304A
CN1320304A CN99811586A CN99811586A CN1320304A CN 1320304 A CN1320304 A CN 1320304A CN 99811586 A CN99811586 A CN 99811586A CN 99811586 A CN99811586 A CN 99811586A CN 1320304 A CN1320304 A CN 1320304A
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Abstract

本发明涉及从接收频带中滤出子频带,其中,在信号回路内耦合了一种用于对接收频带进行预滤波的载频和一种用于在该预滤波所滤出的频带内进行解调并产生基频带的中间频率,并且,从所述的基频带中通过再滤波来滤出所需的子频带,而且对载频、中间频率和再滤波进行相互调谐。

Description

接收频带的滤波
本发明涉及一种用于接收能够在接收频带的不同子频带中进行传输的传输信号的方法和接收机。
尤其在通过无线电传输传输信号的无线系统中,以及在有线传输系统中,如果能够在接收频带的不同子频带中接收传输信号,则是比较有利的。各个子频带在其带宽方面和/或其在接收频带中所处的频率位置方面是互不相同的。通过从第一子频带变换到具有较大带宽的第二子频带,传输信号比如可以用较大的传输速率来进行传输。在极端情况下,所用的子频带与接收频带相同,也即子频带可以充分利用最大的可用频率带宽。
在接收机中,通过把接收频带调谐到载频并通过对接收频带滤波来滤出含有传输信号的信号频带,这是已知的。接着,该信号频带在解调器中进行解调,使得在解调器的输出上提供包含有传输信号的基频带。基频带比如通过如下方式进行继续处理,即借助模拟/数字变换器对基频带中所包含的信息进行数字化,并且通过随后的精滤波和/或通过为其某个应用所采取的其它处理步骤而整理为传输信号。
已经公知,表面波滤波器(SAW滤波器)为以子频带的形式从接收频带中滤出信号频带的滤波器。然而SAW滤波器在其生产或购置方面具有造价相当昂贵的缺点。
为了滤出不同带宽的子频带,在接收机的高频部分采用了多个和/或一个具有不同滤波带宽的SAW滤波器。每个SAW滤波器或每个滤波带宽对应于能够在接收机中滤出的子频带之一的带宽。由于有多个SAW滤波器或多个滤波带宽,所以这种接收机相当昂贵。另外这还需要造价相当高的开关元件,比如在子频带的切换中用来切换到另一SAW滤波器或切换到另一滤波带宽的PIN二极管。
本发明的任务在于,提供一种用于接收能够在接收频带的不同子频带内进行传输的传输信号的方法和接收机,在其应用或使用中只需要很小的硬件造价。
该任务由具有如权利要求1所述特征的方法和具有如权利要求6所述特征的接收机来解决。扩展方案参见各从属权利要求。
在本发明的方法中,通过给接收频带加入载频、并通过对接收频带进行预滤波来滤出包含有传输信号的信号频带。通过给第一信号频带加入中间频率、并通过对第一信号频带进行解调来生成其带宽优选地与第一信号频带的带宽基本一致、且含有传输信号的基频带。然后通过再滤波从该基带中滤出含有传输信号的第二信号频带。所述的载频和/或中间频率在再滤波过程中用一个或多个滤波参数如此来进行调谐,使得可以用第二信号频带来提供所需的子频带。
根据本发明的核心思想,通过在预滤波和再滤波过程中把预滤波及再滤波同调谐的滤波频率及滤波参数结合起来,以此来实现滤出所需的子频带。该方案的重要优点在于,在预滤波中可以采用具有固定不变的滤波带宽的滤波器。从而可以节省造价,另一方面,在再滤波中也没有那么高的成本,原因是从基带中滤出所需的子频带可以造价相当合理地实现。
本发明所述的接收机具有把载频耦合到接收频带的接收回路中的第一振荡器。在接收回路中设有预滤波器,用以从调谐到载频的接收频带中滤出含有传输信号的第一信号频带。另外还设有第二振荡器,用来把中间频率耦合到第一信号频带的第一信号回路中。在第一信号回路中设有解调器,以便用该耦合的中间频率来解调出第一信号频带,并生成其带宽基本与所述第一信号频带的带宽相一致的、并且包含有传输信号的基频带。在基频带的基本回路中设有再滤波器,用以从基频带中滤出与传输信号相对应的第二信号频带。为再滤波器及第一振荡器和/或第二振荡器设置了共同的频率及再滤波控制器,以便用再滤波器的一个或多个滤波参数如此来调谐所述的载频和/或中间频率,使得以第二信号频带来提供所需的子频带。共同的频率及再滤波控制不仅可理解为集中控制,而且还可理解为分散控制,其中譬如由再滤波的控制单元给第一和/或第二振荡器的控制单元提供和/或返回信息。
再滤波器优选地包含有低通滤波器或高通滤波器或高通/低通滤波器组合,其截止频率用载频和/或中间频率如此来进行调谐,使得由该截止频率从基频带内仍存在的所有可能的相邻频带中分离出所需的子频带。用于滤波基频带的低通滤波器和/或高通滤波器可以造价合理地来实现,比如利用作为单个集成电路的组件的级联RC网络。然而也可选择其它已知的解决方案,比如利用RC网络来反馈的运算放大器。
尤其如此来选择用于确定基频带的频率值零的中间频率,使得该频率值零位于所需的子频带的中间。
在本发明方法的实施方案中,多数情况下只滤出唯一的子频带,即所需的子频带。然而在一种变型方案中可以有多个所需的子频带被滤出。
尤其在再滤波中,如此来应用高通滤波器或高通/低通滤波器组合,以便滤出唯一的所需的子频带或所需的子频带之一,其中,该子频带相对于基频带的频率零是不对称的。如果与此相应地在再滤波中不但采用了低通滤波器而且还采用了高通滤波器和/或高通/低通滤波器组合,那么不但可滤出相对于频率值零呈对称的所需的子频带,而且还可滤出相对于基频带的频率值零为不对称的一个或多个子频带。
如果通过基频带的高通滤波或基频带的高通和低通滤波组合来滤出所需的子频带或所需的子频带之一,其中所需的子频带位于基频带的正或负的频率范围,那么,在滤出之后,对滤出的子频带优选地进行数字化,并通过该数字变换移位到包含有频率值零的频率范围。那么,如此所得到的所需的子频带尤其相对于频带值零是对称的。
在一个优选的扩展方案中,为预滤波如此地来调节载频,使得所需子频带的一个或多个相邻频带已经在预滤波中进行了分离。在预滤波中所应用的、固定调整的滤波频率带宽可以与任意可调的、耦合在接收回路中的载频结合起来,就象自由可调的带通滤波器一样进行作用。利用这种方式,所需的子频带上面的所有相邻频带或者下面的所有相邻频带都可以通过预滤波来进行分离。如果接收的是比所需子频带的接收场强要大的相邻频带,那么是尤其有利的。对于预滤波频率范围的界限的调节,亦即带通间隔频率的调节,也优选地通过选择中间频率和选择再滤波器的滤波参数来进行调谐。
大家已知,在信号回路上的预滤波器与解调器之间设有一种放大器装置,该装置优选地根据解调器来调谐在预滤波中滤出的频带的电平值。如果在第一信号频带中有多个子频带,其中所需的子频带即为其中之一,并且如果所需的子频带具有比一个或多个相邻频带小的场强或小的电平,那么在至少部分地实施再滤波之后放大第二信号频带,这是有利的。采用这种方式,因同解调器相匹配而造成的、较小的所需子频带的电平得到提升,并且有利地达到了可能与下面的处理级相匹配的电平值。所以在一种扩展方案中,在第二信号频带的第二信号回路上的再滤波器之后,或在再滤波器的第一部分之后在所述的装置侧设置了用来放大第二信号频带的第二信号频带放大器。
在扩展方案中,所述第二信号回路含有一个用来未放大地传送第二信号频带的、与第二信号频带放大器并联的旁路。
第二信号频带放大器尤其是由多个单独的放大器组成,比如由具有低噪声输入放大器级的两个单独放大器组成。
本发明接收机的扩展方案是尤其优选的,其中必要时具有的所述第二信号频带放大器和再滤波器的至少一部分设置在一个共同的集成电路中。
另外尤其优选的是,所述解调器和再滤波器的至少一部分设置在一个共同的集成电路中。通过相应大的集成度来节省生产成本和空间。
在本发明的另一种扩展方案中,对第一信号频带中所含有的信息进行数字化。然后尤其对已数字化的信息实施解调和精滤波形式的再滤波。从而用载频和/或中间频率来调谐再滤波。于是,在装置侧设置了数字滤波器,用以从数字化的信息中滤出传输信号。该数字滤波器可以通过预滤波器和再滤波器的频率及再滤波控制器来控制。
于是在装置侧,在预滤波器之后和数字解调器之前的信号运行方向上设置了模拟/数字变换器。
由一种数字解调器,尤其是数字I/Q解调器来实现把比如在10MHz频率范围的第一信号频带数字式地降低至基频带。
本发明的方法并不局限于其子频带位于不重叠的频率范围内的接收频带。具体地说,本方法也可应用在子频带相互重叠的情况。例如遵照OFDM(正交频分多路复用)调制方法的予频带就是重叠的。然而,某一确定的频带的下一相邻子频带的场强在该频率值下约为零,而该确定的子频带在该频率值下具有其最大的场强。从该意义上讲,各个子频带为正交子频带。于是,在接收频带的扫描中,比如可以在其最大值的范围内扫描该确定的子频带,使得在所有情况下,从相邻的子频带只一同测出微小的信号成分和在理想情况下测不到该信号成分。因为在相互重叠的子频带中单个子频带没有明显的频率界限,所以在接收频带的滤波过程中、以及在对从接收频带滤出的频带进行进一步滤波的过程中,由如下有意义的分离频率来替代子频带的截止频率,即在该频率上对滤出的频率范围和截止的频率范围进行分离。分离频率如此来选择,使得滤出的频率范围包含有可分析形式的所需的多个或一个子频带,也即所包含的信息是可以进行分析的,并且所述截止频率范围的信号成分不妨碍和/或不可能妨碍该分析。
现借助实施例来详细解释本发明。但本发明不局限于该实施例。在下列说明中引用了附图。其中:
图1示出了本发明接收机的一种尤其优选的实施方案,
图2示出了接收频带的相邻子频带的接收场强,
图3示出了加入或耦合了载频之后图2所示的接收频带,
图4示出了从图3的接收频带滤出的第一信号频带,
图5示出了从图4的第一信号频带生成的基频带,
图6示出了从图5的基频带滤出的所需的子频带。
附图1示出了本发明用来接收无线信号的一种接收机,这种无线信号在一种未来的无线系统、即UMTS(通用移动通信系统)中进行传输。对于特定的运行方式、比如大多数移动电话的非协调运行,只有限定带宽的频带可供使用。在所示的实施例中,接收频带具有4.096MHz的频率带宽。用于无线地传输传输信号的载频位于2GHz的范围内。
如同现有技术中所公开的一样,附图1所示的接收机在信号运行方向中首先在输入侧具有输入放大器1和输入滤波器2。输入滤波器2用来粗略地滤出在UMTS中所采用的频率范围。在信号运行方向中,在输入滤波器2上连接了载频耦合器3,在该载频耦合器3上,各个由载频振荡器15生成的载频被耦合到信号回路中。
在信号运行方向中,在载频耦合器3之后首先跟着有一个SAW滤波器(表面波滤波器)4、两个串联的LNA(带有低噪声输入放大级的放大器)5、6和一个I/Q解调器(同相/正交解调器)7。I/Q解调器7由中间频率振荡器16提供中间频率,对于由I/Q解调器7通过对其输入侧的频带进行解调而生成的基频带,用所述的中间频率来规定其频率值零。
I/Q解调器7的输出侧被接到其上首先设置了可变的低通滤波器8的信号回路段上。后面是由两个另外的LNA9、10组成的串联电路,其中旁路14与LNA9、10并联,这使得低通滤波器8的输出信号不被放大地传输至在信号运行方向中处于后面的A/D变换器(模拟/数字变换器)11。在A/D变换器11后面设有数字滤波器12,接着为耙式组合器13,用来组合譬如由于多路传播而由接收机时间错开地接收的接收信号的各成分。
LNA5、6和LNA9、10由自动的放大控制器20来控制。该放大控制器20首先如此来控制LNA5、6,使得优选地根据I/Q解调器7来调谐LNA6的输出电平。从而,一方面在I/Q解调器7的输出侧达到了足够大的输出电平,另一方面也避免了I/Q解调器7的过控制。另外,LNA9、10由自动的放大控制器20如此来进行控制,使得在A/D变换器11上有合适的输入电平。如果低通滤波器8的输出电平足够大,那么信号便直接通过旁路14没有放大被传输至A/D变换器11。为此设有在这里没有示出的开关装置,这些开关装置同样由自动的放大控制器20来控制。
由组合的频率及再滤波控制器来控制载频振荡器15、中间频率振荡器16、低通滤波器8和数字滤波器12,确切地说是如此地控制,使得在数字滤波器12的输出上具有所需的子频带的传输信号。为此,由频率及再滤波控制器18的一个未示出的装置来提供所需子频带的频率位置和带宽。对于由频率及再滤波控制器18控制的信号处理,下面还要借助实施例来详谈。
低通滤波器8由级联的RC网络组成,该网络与I/Q解调器7、LNA9、10和旁路14一起设置在共同的集成电路中的一块芯片上。整个集成电路由此可以在RC网络耗费较低的情况下而造价合理地大批量生产。为此,由SAW滤波器4、低通滤波器8和数字滤波器12组成的整个滤波器组合可以比现有技术更加造价合理地生产。
利用附图1所描绘的接收机可以滤出具有0.256MHz、0.512MHz、1.024MHz、2.048MHz和4.096MHz波道带宽的子频带,其中具有4.096MHz带宽的子频带对应着全部的接收频带。因为所有可能的子频带的带宽可以通过用该接收频率带宽除以总数来获得,所以在接收机数字区中的硬件耗费可以很小。通过把脉冲速率减少到相应的一小部分,可以使所述的数字区的工作方式与比较小的子频率带宽相匹配。
现借助附图2至图6来举例解释在图1所示的接收机中滤出子频带。在附图2中描绘了其全部四个子频带的频率带宽均为Wsub的频率带宽WR的接收频带,以及另外的频带,即使无线信道进行切换,在该另外的频带中也不需要传输传输信号。这些子频带用字母a至d来表示。在该实施例中,子频带c应该被滤出。子频带c对应着一个传输信道,其中通过该信道比如从基站向移动电话传输语音数据。附图2的曲线图描绘了一个瞬时图像。通过改变全部传输系统或诸如UMTS等传输系统的部分区域中的运行状态,就可以改变所需的子频带的频率位置和频率带宽WSub。不同频率带宽WSub的子频带尤其也可以在另一时间点上出现在接收频带的子频带a至d的界限内。
为简化起见,规定如下的出发点,即接收频带的频率带宽WR占4MHz,单个子频带的频率带宽WSub各占1MHz,且接收频带借助1.900GHz的载频被传输至接收机。在传输至接收机时,接收频带在2.000GHz至2.004GHz的频率范围内延伸。所需的子频带位于2.002GHz至2.003GHz的频率范围内。
附图2中描绘了单个子频带a至d的场强。该曲线示出了对处理技术不利的状况,即:所需的子频带c的场强小于两个相邻子频带b、d的场强。此时,在接收信号的处理中,载频在载频耦合器3上被耦合到信号回路中。一般都试图精确地耦合该载频,作为在接收信号的发送过程中被采用的载频,该载频对接收机来说是已知的。然而在该情况下耦合的是相对于发送载频1.900GHz为失调的接收载频。为此,频率及再滤波控制器18如此来控制载频振荡器15,使得该振荡器生成1.902GHz的接收载频。该接收载频在载频耦合器3上进行耦合。
通过接收载频的耦合和相减,构成了频率被降低的接收频带,其中所需的子频带c位于100MHz至101MHz的频率范围之中。
SAW滤波器4被固定地调整为与接收频带的频率带宽相对应的频率带宽。在本实施例中,它为4MHz的频率带宽。SAW滤波器4从其输入侧的频带中滤出下限值为100MHz的频带。于是在本实施例中,SAW滤波器4滤出一个位于100MHz~104MHz频率范围内的第一信号频带。从而在第一信号频带中不再有子频带a、b(附图4)。该附图也示出了SAW滤波器4的包络线。
如此来选择接收载频,使得直接相邻的具有较大场强的子频带b与所需的子频带c分离。如果子频带d的场强大于子频带b的场强,那么把接收载频调整到值1.899GHz,使得子频带d被分离。
通过自动的放大控制器如此来放大第一信号频带,使得在I/Q解调器的输入上,子频带d的场强对应于I/Q解调器7的最佳电平。为了对接收信号及第一信号频带进行解调,频率及再滤波控制器18如此来控制中间频率振荡器16,使得给I/Q解调器7提供100.5MHz的中间频率。在该实施例中一般如此来选择中间频率,使得所需的子频带中心的频率值等于该中间频率。也即在解调中生成了延伸至频率值零周围的、并且其频率带宽由于预滤波而与第一信号频带的频率带宽相等的基频带。
在当前的实施例中生成一个基频带,其中,仍然存在的子频带和电平值大于零的相邻频率范围位于-0.5MHz~+3.5MHz的频率范围内(见附图5)。于是,所需子频带的边缘位置在下一处理步骤中得到充分利用。从而在低通滤波器8中,从基频带中滤出一个其值位于低通滤波器8的可调截止频率之下的频率范围。在该情况下,低通滤波器8的截止频率被调整到0.5MHz值,其方式是通过频率及再滤波控制器18相应地对低通滤波器8进行控制。结果在输出侧只有作为基频带的剩余部分的所需子频带c(附图6)。接着把输出信号传输至LNA9、10,并且将其电平放大至A/D变换器11的最佳值。
从所需的子频带c中获得的数字化信息在数字滤波器12中实施精滤波,其中根据子频带c的带宽来修正该数字化信息,以便获得所需的数字传输信号。为此,共同的频率及再滤波控制器18对数字滤波器12进行控制。数字化的传输信号被传输至耙式组合器13。
在本实施例所讲述的接收机的扩展方案中,再滤波中除了采用低通滤波器外还采用了带通或高通滤波器,以便滤出一个或多个相邻子频带的所需的子频带。从一个或多个相邻子频带的信号及场强可以求出总功率。所求出的总功率能够实现:为接收所需的子频带而优化由SAW滤波器4所实现的预滤波器的状况。

Claims (15)

1.用于接收能够在接收频带的不同子频带(a、b、c、d)中进行传输的传输信号的方法,其中,
-通过给接收频带加入载频,并通过对接收频带进行预滤波来滤出含有传输信号的第一信号频带,
-通过给所述第一信号频带加入中间频率,并通过对所述第一信号频带进行解调来生成含有传输信号的基频带,
-通过再滤波从所述基频带中滤出含有传输信号的至少一个第二信号频带,
其中所述的载频和/或中间频率在再滤波中用一个或多个滤波参数如此来进行调谐,使得以所述的第二频带来提供所需的子频带。
2.如权利要求1所述的方法,
其中在所述的再滤波中使用了低通滤波器(8)或高通滤波器或高通/低通滤波器组合,其截止频率用载频和/或中间频率如此来进行调谐,使得由该截止频率从基频带内仍存在的所有可能的相邻频带中分离出所需的子频带。
3.如权利要求1或2所述的方法,
其中在至少部分地实施所述的再滤波之后,对所述的第二信号频带进行放大。
4.如权利要求1至3之一所述的方法,
其中如此来调节用于预滤波的载频,使得所需的子频带的一个或多个相邻频带已经在预滤波中被分离。
5.如权利要求1至4之一所述的方法,
其中对在第二信号频带中所包含的信息进行数字化,其中以精滤波的形式对该数字化信息实施一部分再滤波,以便获取数字形式的传输信号,而且其中再滤波的数字部分也用载频和/或中间频率来调谐。
6.如权利要求1至5之一所述的方法,
其中首先对以模拟的形式出现的第一信号频带进行数字化,并通过数字解调来生成所述的基频带。
7.如权利要求1至5之一所述的方法。
其中,在生成所述的基频带之后,实施高通滤波或高通和低通滤波的组合,以便滤出位于基频带的正或负的频率范围内的至少一个子频带,并且其中对滤出的子频带进行数字化,并通过数字变换偏移到含有频率值零的频率范围中。
8.用于接收能够在接收频带的不同子频带(a、b、c、d)中被传输给接收机的传输信号的接收机,具有:
-用于把载频耦合到接收频带的接收回路中的第一振荡器(15),
-设置在接收回路上的预滤波器(4),用以从具有耦合载频的接收频带中滤出含有传输信号的第一信号频带,
-用于把中间频率耦合到第一信号频带的第一信号回路中的第二振荡器(16),
-设置在所述第一信号回路上的解调器(7),用以对具有所述的耦合中间频率的信号频带进行解调,并生成含有传输信号的基频带,以及
-设置在基频带的基本回路上的再滤波器(8),用以从基频带中滤出含有传输信号的第二信号频带,
其中,为再滤波器(8)以及第一振荡器(15)和/或第二振荡器(16)设置了共同的频率及再滤波控制器(18),以便用再滤波器(8)的一个或多个滤波参数来调谐所述的载频和/或中间频率,使得以第二信号频带来提供所需的子频带。
9.如权利要求8所述的接收机,
其中再滤波器(8)具有低通滤波器或高通滤波器或高通/低通滤波器组合,其截止频率用载频和/或中间频率如此来进行调谐,使得由该截止频率从基频带内仍存在的所有可能的相邻频带中分离出所需的子频带。
10.如权利要求8或9所述的接收机,
其中在信号运行方向中的第二信号频带的第二信号回路上,在再滤波器之后或者再滤波器的第一部分(8)之后设置有用于放大第二信号频带的第二信号频带放大器(9、10)。
11.如权利要求10所述的接收机,
其中所述的第二信号频带放大器(9、10)和再滤波器的至少一部分(8)设置在共同的集成电路中。
12.如权利要求10或11所述的接收机,
其中所述的第二信号回路具有不放大地传输第二信号频带的、与第二信号频带放大器(9、10)并联的旁路(14)。
13.如权利要求8至12之一所述的接收机,
其中所述的解调器(7)和再滤波器的至少一部分(8)设置在一个共同的集成电路中。
14.如权利要求8至13之一所述的接收机,
其中在所述的第二信号回路上设置有模拟/数字变换器(11),以便把在第二信号频带中提供的信息进行数字化,其中在信号运行方向中的模拟/数字变换器(11)之后设有数字滤波器(12),用以从已数字化的信息中滤出传输信号,并且其中数字滤波器(12)可以由所述共同的频率及再滤波控制器进行控制。
15.如权利要求8至13之一所述的接收机,
其中在信号运行方向中的预滤波器之后和解调器之前设置有模拟/数字变换器,并且其中所述的解调器和再滤波器被设计用于数字式的信号处理。
CNB99811586XA 1998-09-30 1999-09-16 对接收频带进行滤波的方法和接收机 Expired - Lifetime CN1147053C (zh)

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