专利名称：多分支接收机系统和方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统，尤其涉及无线通信系统中的多分支接收机结构。
无线通信系统的服务区被分为称之为小区的互连的服务域，其中无线单元通过无线电与服务小区的基站(BS)相连实现通信。基站连接到陆地网，例如，通过一个与分散在整个服务区内的多个基站相连的移动交换中心(MSC)连接到陆地网。无线通信产业中，服务提供商通常会被授权两个或多个非相邻或者分离的频段用于RF通信信道的无线发送和接收。例如，在美国，蜂窝通信“A”频段提供商的基站接收频道在A(825-835MHz),A’(845-846.5MHz)和A”(824-825MHz)频段范围内，无线单元接收频道在A(870-880MHz),A’(890-891.5MHz)和A”(869-870MHz)频段范围内。提供B频段的基站接收频道在B(835-845MHz)和B’(846.5-849MHz)频段范围内，无线单元接收频道在B(880-890MHz)和B’(891.5-894MHz)频段范围内。另外，提供个人通信系统(PCS)服务的基站可以在一个或多个PCS频段(1850MHz-1910MHz)上接收无线单元的频道，并且无线单元接收频道在一个或多个PCS频段(1930MHz-1990MHz)上。
为减少系统硬件开销，服务提供商希望使用一个公用接收机来同时接收和处理非相邻频段的信号。在一个典型的接收机结构中，一般地，每个频段的下变频级用来对各频段信号下变频，并且控制每个频段信号在中频(IF)中的位置，从而使调制后的模拟信号的频段被转换为对应的IF频谱，并且能够被各个模数(A/D)转换器以降低的取样速率取样。为了使用单个A/D转换器对调制后的非相邻频段的模拟信号数字化，该转换器必须以足够高的速率取样，以包括两个频段。这是一种低效的方法，因为A/D转换器使用的带宽中包括了对频段间隙这部分多余频率的取样。为了减小非相邻频段间的频率间隙，各频段的下变频级用来对各频段信号下变频，并且控制各频段信号在IF中的位置，从而使频段之间更为紧凑，以适应较小的A/D转换器带宽。另外一种提高A/D转换器带宽利用率的方法包括对两个频段下变频使其中一个频段的拷贝位于两个频段的频率间隙内。
当A/D转换器以大于或等于两倍合路信号带宽的取样速率对IF频谱取样时，A/D转换器输入信号带宽以取样频率一半的倍数周期性自身翻转或折叠，其中该取样速率被称为奈奎斯特取样速率。这样，信号带宽和信号带宽的镜像以对应于A/D转换器取样速率的频率间隔周期性重复。信号带宽的每个拷贝可以被称为一个奈奎斯特区，IF信号带宽折回到0Hz到取样频率一半之间的第一奈奎斯特区。奈奎斯特区带宽对应于奈奎斯特带宽。
数字域中频谱密度的周期性是通过确定时间取样波形的傅立叶变换来预测的取样波形的基本特性。通常，为了得到调制后的模拟IF信号的数字表示，A/D转换器要以至少两倍复合频段信号带宽(即奈奎斯特取样速率)的速率取样。因此，选择A/D转换器的取样速率，以使奈奎斯特带宽包含所需要的频段。取样速率越高，则奈奎斯特带宽越宽。如果以小于两倍信号带宽(奈奎斯特带宽)的速率对信号波形取样，会发生不希望出现的相邻周期频谱的重叠——众所周知的被称为混叠的现象。因此，选择取样速率和IF频段，以使A/D转换器的取样速率降低时，奈奎斯特带宽包含将被转换的频段，从而能够使用带有低成本的低取样速率A/D转换器。因此，频段间的间隔或频隙越宽，目前使用单独一个A/D转换器的接收机结构已经被一致认为是不实际的或效率低的。如果频段分离得较远或需要这样，各分离频段使用单独的天线。在不同频段使用专用天线的多天线结构中，一般各个天线路径分别使用一个单独的A/D转换器。
无线通信基站也使用多个天线接收相同频段，来支持称为N-路接收分集技术以减少多径衰落效应。基站包括一个或多个包含N个空分接收天线(“Rx1”到“RxN”)的无线电设备。因为多径衰落是一种本地现象，所有的空分接收天线同时经历多径衰落的可能性极小。所以，如果一个接收天线的输入信号微弱，可能在其他天线的某个天线中该信号会令人满意。例如，当地形结构为丘陵或高山时，或有像建筑物或树木这样的物体时，无线单元发送的信号会被吸收或反射，这样到达基站的信号质量就不一致。因此，在无线单元与基站之间或周围存在的许多物体对信号的散射和反射将产生许多独立的路径。由信号的散射和反射产生的传输信号(“多径信号”)的许多不同的“拷贝”以不同的时延，相移和衰减到达基站的接收天线。结果，基站接收的来自无线单元的信号由许多信号之和组成，每个信号来自一个单独的路径。多径信号在基站的接收天线处被叠加或抵消，因此接收信号强度会发生严重的本地变化。这种现象就是广为熟知的多径衰落或快速衰落或瑞利衰落。
前面的技术中已经众所周知，分集合路器能够合路来自N个接收天线的N个输入信号，为了减小多径衰落的不利影响并且改善输入信号的接收，采用了各种技术(例如，选择分集，等增益合路分集，最大合路分集，等)。在数字域中采用的分集合路技术中，N个接收天线的输入模拟信号被保持在独立的信道分支中，并且被送到各信道分支上的单独的模数(A/D)转换器中，以被转换到数字域，数字域中可以采用分集技术来改善输入信号的接收。使用多个A/D转换器增加了开销，而且由于N个接收天线的模拟信号各自的A/D转换器的时间取样之间的非相干性，导致了使用率降低。当需要准确测量时延和相移时，消除N个接收天线的输入信号间时间取样之间的非相干性是很重要的。或者，根据模拟域中采用的分集技术，N个接收天线的输入信号可以先被合路或选择然后再数字转换，产生的模拟信号被送到一个的模数(A/D)转换器，以转换到数字域。
上述多分支接收机结构没有利用A/D转换器在将模拟信号转换到数字域时所能提供的潜在带宽，灵活性和/或时间及相位相干能力。
本发明涉及一种为多个信道分支提供接收模拟信号的接收机，在至少一个信道分支上，接收模拟信号的频率被调整为与模拟信号在射频(RF)频谱中对应的相对位置无关。接着信道分支上的模拟信号被合路，合路的模拟信号被转换到数字域。例如，接收机包括至少一个接收射频(RF)模拟信号的天线。信道分支装置从天线接收模拟RF信号并且将该RF模拟信号提供给多个信道分支。频率转换装置包括信道分支中至少一个相应信道分支上的至少一个频率转换器，以调整相应信道分支上的模拟RF信号的频率，使该频率与模拟信号在不同信道分支的RF频谱中对应的相对位置无关。信道分支上的模拟信号被合路，一个模数转换器将合路的模拟信号转换为数字信号。在将复合模拟信号转换到数字域时，模拟信号的频段位于数字域的多个奈奎斯特区信道中。通过恰当地选择信道分支中模拟信号的频段和A/D转换器的取样速率，A/D转换器的有效带宽可以得到更高效的利用，和/或可以提供时间和/或相位的相干性。
通过阅读下面的详述并且参考附图，本发明的其他方面和优点可以变得清楚，其中
图1示出了根据本发明原理的多分支接收机的总体方框图；图2示出了根据本发明原理的多分支接收机的一个实施例的方框图；图3示出了在接收来自不同天线的、具有相同频段的两个版本的信号的多分支接收机的实施例中，在不同奈奎斯特区中，A/D输入频率上的模拟信号和折回到数字域的第一奈奎斯特区中的该模拟信号的拷贝；图4示出了根据本发明原理的多分支接收机的另外一个实施例的总体方框图；图5示出了在图4中的多分支接收机中，A/D输入频率上的模拟信号和第一奈奎斯特区的数字域频率的频段的拷贝。
下面将要详述根据本发明原理使用多信道分支的接收机系统的示范性实施例，在该示范性实施例中，多信道分支上的RF模拟信号的信号带宽被设置于奈奎斯特带宽中该信号带宽的相对位置上，但与该信号带宽在RF中的相对位置无关。例如，如果至少两个信道分支上的两个频段对应RF中具有一定间隔的频段，与RF中的对应频段相比较，一个信道分支上转换后的频段与另外一个信道分支上的频段之间的距离可能更近或者更远。至少两个信道分支上的频段的位置与各自的信号带宽在奈奎斯特带宽中的位置有关，其中的频段占用A/D转换器的奈奎斯特带宽的不同部分，但是频段的位置与它们彼此在RF中的相对位置无关。因此，在一个分集装置中，如果至少两个信道分支中的两个频段对应RF中相同的频段，只要该频段占用奈奎斯特带宽的不同部分，经过转换一个信道分支中的频段就会与另外一个信道分支中的频段有所不同。
详细参考图1，接收机10包括N个从RF通信信道接收模拟信号的天线12a-n，其中n≥1。天线12a可以是一个多频段天线。频率信道化器13包括一个信道分支装置14，像N路复用(N-plexer)滤波器或合路器阵列，用于合路和/或分离接收的RF模拟信号或部分该信号，并且按照所需方式将接收的模拟信号送到X个信道分支16a-x中，其中X≥2。例如，不同的信道分支16a-x能够传送对应RF频段的模拟信号，信道分支16a-x能够载有不同天线或天线组接收的RF模拟信号，和/或多个信道分支具有多频段或同频段的RF模拟信号的拷贝。频率转换装置18在至少一个信道分支16a-x上，包括至少一个变频器20a-x，用于将该信道分支16a-x中的模拟信号转换为相对于至少另外一个信道分支16a-x的频段在A/D转换器的奈奎斯特带宽中不发生重叠的至少一个中频(IF)频段。在这个实施例中，所示的每一个信道分支16a-x都有一个频率转换级20a-x。但是，信道分支数不必与频率转换级20a-x数相等。
合路装置22根据需要将信道分支16a-x的模拟信号合路。产生的复合模拟信号连同不同频段的模拟信号被送到模数转换器24。这些模拟信号的不同频段折回到由模数(A/D)转换器24以大于不同频段信号合路后带宽2倍的取样速率对合成模拟信号取样所得到的奈奎斯特带宽的非重叠区。将复合模拟信号转换到数字域时，A/D转换器24将合成模拟信号处理为在奈奎斯特区信道或第一奈奎斯特区中的频段中。数字域中奈奎斯特区信道对应于模拟信号的不同频段。数字信号处理电路26能够从第一奈奎斯特区的奈奎斯特区信道恢复数字信号，因为模拟信号数字化后不同的信道最终会在第一奈奎斯特区终结，例如利用数字滤波器，数字合路器，数字检波器，数字解调器，诸如具有数字控制振荡器(NCO)的数字下变频器(DDC)的数字下变频器用于对数据速率(被称为取样)作数字下变频，和/或其他处理。为作进一步信号处理，DDC能够调谐到各自的频率。所以，通过调整不同信道分支中不同RF频段的相对位置，接收机10能够更高效的使用一个A/D转换器的有效带宽。
根据该实施例，并且由于依据本发明原理的接收机的灵活性，为了更高效地使用A/D转换器的潜在带宽，接收机10可以用不同的方法实现。例如，图2所接收机30的一个实施例中包括接收RF模拟信号的天线12a-n。在图1的实施例中，信道化器13接收来自与各天线12a-n相连的诸如低噪音放大器(LNAs)的接收电路32a-n的RF模拟信号。信道化器13包括信道分支装置14，在本实施例中该分支装置是一个接收来自天线12a-n的具有相同和/或不同频段的RF模拟信号的信道网络。信道网络将RF模拟信号和/或部分该信号送到合适的信道分支16a-x。本实施例中，信道网络包括X个N路复用滤波器或N-输入合路器34a-x阵列，在该信道网络中每X个N路复用滤波器或N-输入合路器34a-x能够与N个天线12a-n中的一个相连。依据本实施例，多路调制器或合路器34a-x的数目可以与信道分支16a-x的数目对应但不是必需对应。滤波器或合路器34a-x阵列为至少两个信道分支16a-x提供来自至少一个天线12a-n的RF模拟信号，至少一个射频(RF)频段，以及任何来自多个天线12a-n的射频信号的组合和/或具有相同或不同频段的RF信号。
信道分支16a-x的RF模拟信号受频率转换装置18的支配，该转换装置在至少两个信道分支16a-x的至少一个上包括至少一个频率转换级，用于在至少两个信道分支的至少两个不同频段上提供模拟信号。为了获得至少两个频段中的一个频段，来自两个或多个不同天线12a-n的具有相同频段的RF模拟信号能够在变频级20a-x之前或之后被合路，例如使用信号分集合路或以RF单独合路。另外，信道分支装置14可以包括天线12a-n或分集复用器与各信道分支16a-x上的变频级20a-x之间的专用连接。在本实施例中，变频级20a-x将来自N个天线12a-n的RF信号带宽搬移为中频(IF)频段。在搬移与其他信道分支频段相关(被搬移前可以是相同，相互重叠或不同频段)的信道分支16a-x上的频段的过程中，频段的位置与对应RF频段之间的相对位置无关。根据本实施例，只要至少其他频段的位置与对应频段在RF中的相对位置无关，一个信道分支16a-x不需要具备一个变频级20a-x。
本实施例中，每个变频级20a-x包括一个滤波器36a-x，用于对输入的RF信号滤波，以产生一个将被变频的RF频段。将被变频级20a-x转换的RF频段可以是来自至少一个天线12a-n的相同，不同和/或重叠频段，输出频段至少占用两个不同频段。在每个变频级20a-x，滤波后的RF频段送到混频器38a-x，混频器通过本地振荡器(LO)的本地振荡信号与RF模拟信号频段混频，从而变换RF模拟信号的频段，这已为本领域技术人员所熟知。
来自变频装置18的、具有至少两个不同频段的模拟信号被送到合路装置22。在本实施例中，合路装置22包括一个合路器/分路器网络42，其用于按所需方式合路来自变频装置18的频段，并且按所需方式分离模拟信号，例如将信号分离成不同的频段，将模拟信号送到M个信道路径44a-m，其中M≥2。信道分支16a-x可以与信道路径44a-m对应。另外一种情况是，信道分支16a-x上的至少两个不同频段可以被分路到不同的信道路径44a-m上和/或来自多个信道分支16a-x的模拟信号被合路到一个信道路径44a-m上。
在本实施例中，合路器/分路器网络42包括一个X输入的合路器46，用于合路信道分支16a-x的模拟信号，并且将模拟信号频谱送到一个M-输出分路器48。依据本实施例，M-输出分路器48可以是一个M路复用滤波器，用于选择性地产生相应信道路径44a-m上的频段。M-plexer滤波器可以选择匹配频带或信道的阻抗以减小损耗。M-输出分路器48可以是用于提供信道路径44a-m上信号带宽拷贝的M-输出分路器。所述合路器/分路器网络42具有X个被合路和分路到M个信道路径44a-m上的输入端。输入端或信道分支16a-x的数目可以与信道路径44a-m对应，但不是必须对应。依据本实施例，提供给信道分支16a-x的RF模拟信号被变频，合路及分离到M个信道路径的结构和方式可以不同。
信道路径44a-m中的频段可以与信道分支16a-x上两个不同频段中的至少一个频段，来自至少两个不同信道分支16a-x的合路信号或至少两个频段中的一个频段的子集相对应。每个信道路径44a-m上的滤波器50a-m允许与信道路径44a-m对应的频段或信道通过。另外一种情况是，多信道路径44a-m可以传送相同的频段，但是至少有两个信道路径44a-m要传送占用奈奎斯特带宽非重叠部分或第一奈奎斯特区的不同信道的不同频段。在本实施例中，各信道路径44a-m上的放大器52a-m将该信道路径上的模拟信号放大。信道路径44a-m中放大的模拟信号被诸如M-输入端合路器或M-plexer滤波器的信号合路器54合路，以产生一个受M信道路径44a-m中滤波器50a-m滤波支配的M频道模拟信号的复合或合路信号。在本实施例中，信号合路器54将不同频道的合路模拟信号送到用于放大高功率信号的放大器56。依据本实施例，在放大器级52a-m，在放大器56和/或在接收机结构中的其他位置能够产生放大的IF模拟信号。合路后的模拟信号送到模数转换器，转换器以取样速率对模拟信号取样，以将调制后的模拟信号转换到数字域。
本领域技术人员业已知道在模拟信号转换到数字域过程中，A/D转换器24以取样速率对模拟信号取样，并且产生与模拟信号取样值对应的数字值。已调制的模拟信号的奈奎斯特取样速率，例如，在消息信号调制到一个载波信号时，可以被定义为消息信号最高频率分量的两倍，而不必考虑被调制消息信号的载波频率。话音，数据，视频，文本和/或其他消息信号在信号带宽内传送。消息信号的最高频率分量直接关系到信号带宽。因为信号带宽被以至少消息信号最高频率分量2倍的速率取样，才能使消息信号在数字域中再生。
在A/D转换器24以至少两倍合路信号带宽的取样速率对频谱取样时，信号带宽以取样速率一半的频率倍数或间隔(“奈奎斯特区”)，周期性自身翻转或折叠到数字域中0Hz到0.5倍取样速率的第一奈奎斯特区，其中该取样速率称为奈奎斯特取样速率。这样，信号带宽和该信号带宽的镜像以与A/D转换器取样速率相对应的频率间隔周期性重复。例如，奇数倍奈奎斯特区中的信号带宽折回到第一奈奎斯特区时，会出现在与信号带宽在奇数倍奈奎斯特区中相对位置相同的位置，还作为偶数倍奈奎斯特区中的信号带宽的镜像出现。此外，偶数倍奈奎斯特区中的信号带宽折回到第一奈奎斯特区时，作为奇数倍奈奎斯特区带宽中信号带宽的镜像出现，而与偶数倍奈奎斯特区中信号带宽的相对位置相同。所以信号带宽的拷贝以0.5倍取样速率的间隔重复出现。选择A/D转换器的取样速率，以使模拟信号数字化后所需频段拷贝占用奈奎斯特区的非重叠部分或信道。数字变换在奈奎斯特区带宽中有效地保存了以小于或等于0.5倍取样速率所产生的信息。如果取样速率增加，第一奈奎斯特区或奈奎斯特带宽将变宽。
在本实施例中，数字信号值的快速傅立叶变换(FFT)产生的信号频段(奈奎斯特区信道)在0.5倍取样速率(“第一奈奎斯特区”)内代表被转换的模拟信号。如果以小于两倍信号带宽(奈奎斯特带宽)的速率对该信号取样，会发生不希望出现的相邻周期频谱重叠——众所周知的交叠现象。因此，选择取样速率和IF频段以避免由于交叠产生的信息丢失，而提高奈奎斯特有效带宽的使用率。
根据本发明的原理的多分支接收机的一个实施例可以被蜂窝通信中A频段服务提供商用于提供数字域中使用单一A/D转换器的分集接收。在美国，“A”频段蜂窝通信服务提供商使用的基站接收频道在A(825-835M),A”(824-825MHz)和A’(845-846.5MHz)频段范围内。在本例中，调制在A,A’和A”频段内的模拟信号被第一天线12a和第二天线12b接收。来自第一天线12a的A,A’和A”频段的频率被转换到一个IF频段，来自第二天线12b的A,A’和A”频段被频率转换到另一个不同的IF频段。在将IF模拟信号频谱转换到数字域时，A/D转换器24对IF模拟信号频谱取样，IF频谱折回到第一奈奎斯特区(约为0Hz到0.5倍取样频率)。在第一奈奎斯特区中，在由第一和第二天线12a和12b的被转换信号所提供的第一奈奎斯特区的不同部分或信道上产生IF频带的拷贝。处理电路26，诸如数字信号处理器，能够得到已变换的信号，并且对独立奈奎斯特区信道中的信号执行分集合路或其他处理。
图3所示是根据本发明原理，用于移动通信A频段接收提供分集的接收机中A/D转换器的输入频率和数字域频谱密度。例如，用一个取样速率为65兆样本/每秒(Msps)(大于A,A’和A”频段或25MHz所需信号带宽的两倍)的A/D转换器24,A/D转换器输入频率的频谱结果与应用于A/D转换器的频率相同。另外，该输入IF频谱在数字域中0Hz至0.5倍取样速率Fs的第一奈奎斯特区中0.5倍取样频率处自身周期性翻转或折叠。在0.5倍取样频率处重复的每个IF频谱的拷贝称为一个奈奎斯特区。在本例中，IF输入频率在0Hz,32.5MHz,65MHz等0.5倍取样频率处产生翻转或折叠。数字处理频率占用0Hz到32.5MHz的第一奈奎斯特区，A/D输入频率占用第二奈奎斯特区(32.5-65MHz)，第三奈奎斯特区(65-97.5MHz)等。
详细参考图2和图3，来自第一天线12a的A和A”频段的RF模拟信号被送到信道分支16a，并由第一变频级20a下变频为第一IF频段。例如，使用一个带通滤波器36a以允许A和A”RF频段和一个771.875MHz的LO40a通过，来自第一天线12a的A和A”频段能够被下变频为第二奈奎斯特区中的第一IF频段60(52.125-63.125MHz)。来自第一天线12a的A’RF频段的RF模拟信号可以被送到信道分支16b，并由第二变频级20b下变频为第二IF频段。例如，使用一个带通滤波器36b以允许A’频段和794.375MHz的LO40b通过，来自第一天线12a的A’频段能够被下变频为第二IF频段62(50.625-52.125MHz)。
来自第二天线12b的A和A”频段的RF模拟信号可以被送到第三信道分支16c，并且由第三变频级20c下变频为第三IF频段64。例如，使用一个带通滤波器36c以允许A和A”频段和一个740.875MHz的LO40c通过，来自第二天线12b的A和A”频段能够被下变频为83.125-94.125MHz的第三IF频段64。来自第二天线12b的A’频段的RF模拟信号可以被送到第四信道分支16d，并由第四变频级20d下变频为第四IF频段66。例如，使用一个带通滤波器36d以允许A’频段和一个750.875MHz的LO40d通过，来自第二天线12b的A’频段能够被下变频为94.125-95.625MHz的第四IF频段66。信道分支16a-d中不同IF频段的模拟信号被合路装置18合路，合路后的模拟信号被送到A/D转换器24进行数字转换。
当IF频谱被A/D转换器24以示例性取样速率65Msps(大于两组A,A’和A”频段所需的25MHz信号带宽的两倍)取样时，A/D转换器的输入频率如图3所示数字域频谱结果与应用于A/D转换器24的IF频率相同。另外，输入IF频谱在0.5倍取样频率处自身翻转或折叠，由此组成了奈奎斯特区。因此，输入IF频谱的拷贝在对应0.5倍A/D转换器取样速率的频率间隔处周期性重复。重点包含A,A’和A”频段信号的IF频段也在折回到第一奈奎斯特区的非重叠奈奎斯特区信道的奈奎斯特区范围内周期性复制。例如，来自第一天线12a的A和A”频段折回到1.875-12.875MHz，来自第一天线12a的A’频段折回到12.875-14.375MHz。此外，来自第二天线12b的A和A”频段折回到18.125-29.125MHz，来自第二天线12b的A’频段折回到29.1 25-30.625MHz。
因此，根据A/D转换器产生的单独的奈奎斯特区信道，数字处理器26能够接收到来自两个不同天线12a和12b的对应于相同的A,A’和A”频段的两个版本的转换后的频段。数字处理器26能够执行任何需要的分集合路，或选择使用对应不同奈奎斯特区信道的转换信号，或执行任何其他处理动作。这样，在本例中，根据本发明原理的接收机能够利用一个A/D转换器转换来自不同天线的模拟信号，从而使用数字域中分集技术实现空间分集。通过使用一个A/D转换器，接收机提供不同天线接收的具有相同频段或信道的不同版本信号的时间和/或相位相干取样。因此，在需要准确的时延和/或相位抖动测量的分集应用场合，时间和/或相位相干性被保存。另外一种情况是，通过使用一个A/D转换器来提供不同天线上接收的具有相同和/或不同频段或信道的信号的时间和/或相位相干取样，根据本发明原理的接收机可以提供在不同天线上接收的具有相同和/或不同频段的信号之间的时间和/或相位相干取样。其他应用或信号处理电路，诸如多径缩减电路，定位测定系统，相控阵天线和/或其他智能天线应用等都可以从改进后的时间和/或相位相干测量系统中获益。
此外，通过使频段或其子集相对于它们对应的RF模拟信号独立定位于折叠在第一奈奎斯特区的非重叠部分或信道的频段，根据本发明原理的接收机改进了A/D转换器的灵活性和带宽利用率。独立定位进一步意味着在用于A/D转换器的频段或其子集的定位除了需要位于折叠在第一奈奎斯特区的非重叠频段或信道外，不需要保持RF频段之间或RF频段内的关系图4示出了使根据本发明原理的接收机70的例子，图5示出了该接收机如何通过将频段独立定位于适合A/D转换器产生的奈奎斯特区信道，来改进A/D转换器的带宽利用率。在这个例子中，接收机70包括多个天线12a-n。应该明确的是在信道化器13中将不同RF频段的RF模拟信号送到的不同信道分支72a-f时采用多频段天线。本实施例中，第一天线12a接收频道在A(825-835MHz),A”(824-825MHz)和A’(845-846.5MHz)频段范围内，并且第二天线12b接收A(825-835MHz),A”(824-825MHz)和A’(845-846.5MHz)频段内的相同频道，以提供上述的接收分集。信道分支装置14将来自第一天线12a的A’频段送到第一分支72a，来自第一天线12a的A和A”频段送到第二分支72b，来自第二天线12b的A和A”频段送到第三分支72c，来自第二天线12b的A’频段送到第四分支72d。本实施例中，第三天线12c接收个人通信系统(PCS)D-区(1865-1870MHz)的RF模拟信号。信道分支装置14将来自第三天线12c的PCS频段的RF模拟信号送到第五分支72e。第四天线12d接收FM广播频段(88-108MHz)的RF模拟无线信号，信道分支装置14将来自第四天线12d的FM信号送到第六分支72f。
两个A频段(每个12.5MHz),5MHzPCS频段及20MHzFM广播频段相加后，不同分支72a-fRF模拟信号的总带宽为50MHz。这样，A/D转换器24就要使用足够处理RF模拟信号的50MHz带宽的奈奎斯特区带宽的取样速率。为了说明起见，A/D转换器24使用100MHz的取样速率，以提供50MHz(0.5倍取样速率)的奈奎斯特带宽。实际上，为了提供不同频段或信道分支信号之间的带宽余量或保护带宽可以选择更高的取样速率。变频装置18单独将不同分支的RF频段独立定位于折回到第一奈奎斯特区非重叠频段或信道的频段。变频装置18改变多分支72a-f的RF模拟信号的位置，使其仅与该模拟信号在奈奎斯特带宽中的定位有关，而与它们在RF中的位置无关，使对A/D转换器24的奈奎斯特带宽的利用得到提高。
在本实施例中，每个分支72a-f包括一个变频级20a-f，以将RF模拟信号转换为折回到奈奎斯特带宽或第一奈奎斯特区的非重叠部分或信道中的IF频段。例如，第一变频级20a用来自LO40a的682.5MHz的信号与RF信号混频，将第一分支72a中的A’频段的RF模拟信号转换为162.5-164MHz频段的信号。第二变频级20b用来自LO40b的760MHz的信号与RF信号混频，将第二分支72b中的A和A”频段的RF模拟信号转换为64-75MHz频段的信号。第三变频级20c用来自LO40c的686.5MHz的信号与RF信号混频，将第三分支72c中的A和A”频段的RF模拟信号转换为137.5-148.5MHz频段的信号。第四变频级20d用来自LO40d的695MHz的信号与RF信号混频，将第四分支72d中的A’频段的RF模拟信号转换为150-151.5MHz的信号。第五变频级20e用来自LO40e的1745MHz的信号与RF信号混频，将第五分支72e的PCS频段中的D-区RF模拟信号转换为120-125MHz频段。第六分支上的第六变频级20f用来自LO40f的92MHz的信号与RF信号混频，将第六分支72f中的FM广播频段的RF模拟信号转换为的180-200MHz频段。
上面提到的位于IF频段的模拟信号能够被合路装置22合路，以由A/D转换器24转换。A/D转换器对IF频谱的模拟信号取样，并产生对应于被定位于IF频谱的不同分支72a-f上RF模拟信号的第一奈奎斯特区信号．本实施例中使用100MHz的取样速率，第一奈奎斯特区从0到50MHz有六条奈奎斯特区，信道数字处理器26从中可以获取对应来自不同RF频段或分支的RF信号的信号。例如，0Hz到20MHz的第一奈奎斯特区信道对应来自第四天线12d的FM射频信号。20到25MHz的第二奈奎斯特区信道对应来自第三天线12c的PCS频段中的D-区信号。25到36MHz的第三奈奎斯特区信道对应来自第一天线12a的A和A”频段的信号，36到37.5MHz的第四奈奎斯特区信道对应来自第一天线12a的A’频段的信号。37.5到48.5MHz的第五奈奎斯特区信道对应来自第二天线12b的A和A”频段的信号，48.5到50MHz的第六奈奎斯特区信道对应来自第二天线12b的A’频段的信号。
通过适当地将RF频段定位在合适的IF频段，根据本发明原理的接收机能够提高A/D转换器24所提供的有效奈奎斯特带宽的利用率。在上面的例子中，100MHz取样频率的全部奈奎斯特带宽被装满。在其他实施例中，可以采用不同的取样速率来提高或降低奈奎斯特带宽。在另外一个实施例中，如果RF频段位于频谱中所需的位置，就不需要对RF频段进行频率变换。例如，详细参考图4，如果提高取样速率以提供一个较宽的奈奎斯特带宽，AM广播频段(550-1600KHz)可以被天线76接收并且被加到合路的或合成的模拟信号中，A/D转换器24可以对AM频段的模拟信号数字化。AM广播频段位于第一奈奎斯特区的千赫兹范围，且不需变频。因此，根据本发明原理的接收机能够接收来自不同信源的信号，像蜂窝或PCS系统的基站，AM或FM广播无线电台和/或GPS卫星。
除了上面描述的实施例，根据本发明原理的多个模拟分支接收机结构的可选配置，可以省略和/或增加组件和/或使用不同于上述接收机结构的结构或使用部分上述接收机结构。本领域技术人员知道，不同组件组成的接收机结构和它们各自的工作参数及特性应正确匹配以提供正确的操作。例如，接收机系统的一个实施例可以用来接收北美洲TDMA系统，全球通移动通信(GSM)系统，码分多址(CDMA)系统，频分多址(FDMA)系统，全球定位系统(GPS)，FM无线电广播和/或AM无线电广播的信号。因此，根据本发明原理的接收机接收来自使用不同，相同或非多址技术系统，使用相同和/或不同调制技术，和/或使用不同和或相同频段或电路的模拟信号，并且在一个单一的A/D转换器中进行数字化转换。可以使用宽波带，宽带和/或窄带表示模拟信号的特征。另外，根据本发明原理的接收机的实施例用与基站接收频率相关的频段来描述，但是根据本发明原理的接收机结构可以用无线单元，如移动单元，接收来自其他频段像无线单元接收频段这样的信息。
此外，用一个使用特殊组件的特别配置来描述接收机系统，但应该明白该接收机系统及其各部分可以用特定的集成电路，软件驱动处理电路，固件，可编程逻辑装置，硬件或其他本领域技术人员知道的对本专利有用的分立元件结构来实现。尽管所示的示范性实施例中是一个特定电路，与所示电路相比较，测量无线电结构可以使用组合在一起执行类似功能的不同元件。上述内容仅为说明本发明原理的应用。本领域技术人员将很容易地知道可以用于本发明的各种其他的改进，装置和方法而不必严格遵从这里说明和描述的示范性实例，而不背离本发明的范畴和精神。
权利要求
1．一种处理接收信号的方法，该方法特征在于提供多个信道分支(16a-b)的模拟信号；调整上述多个信道分支(16a-b)中至少一个信道分支上的模拟信号的频率，使其与上述模拟信号在射频(RF)频谱中的相对位置无关；合路上述多个信道分支(16a-b)上的模拟信号；且数字转换上述合路的模拟信号。
2．权利要求1的方法，其特征在于接收至少两个天线(12a-b)的上述模拟信号。
3．权利要求2的方法，其特征在于，上述提供步骤包括利用第一天线(12a)来提供第一信道分支(16a)上一个频段的模拟信号；利用第二天线(12b)来提供第二信道分支(16b)上上述频段的模拟信号。
4．权利要求2的方法，其特征在于，上述提供步骤包括利用第一天线(12a)来提供第一信道分支(16a)上第一频段的模拟信号；利用第二天线(12b)来提供第二信道分支(16b)上第二频段的模拟信号。
5．权利要求2的方法，其特征在于，上述提供步骤还进一步包括合路上述由至少一个天线(12a)接收的模拟信号；对各信道分支(16a-b)上的上述模拟信号滤波，使提供的模拟信号具有与上述信道分支(16a-b)对应的频段。
6．权利要求2的方法，其特征在于接收来自至少一个天线(12a)的模拟信号；且在每个信道分支(16a-b)上，选择性产生具有对应于上述信道分支(16a-b)的频段的模拟信号。
7．权利要求1的方法，其特征在于，上述调整步骤还包括将各信道分支(16a-b)上的模拟信号变频到对应的中频(IF)频段。
8．一种接收机(10)，其特征在于，它包括信道分支装置(14)，其与至少一个天线(12a)相连，用来接收模拟信号并将模拟信号提供到多个信道分支(16a-b)上；至少一个变频装置(18)，用于调整上述多个信道分支(16a-b)中至少一个信道分支上的模拟信号的频率，使该频率与该信号在射频(RF)频谱中的相对位置无关；合路装置(22)，其与上述多个信道分支(16a-b)相连，用于合路上述多个信道分支(16a-b)上的模拟信号；一个模数转换器(24)，用于接收上述合路后的模拟信号，并数字化转换该信号。
9.权利要求8的接收机，其特征在于至少两个天线(12a-b)为上述信道分支装置(14)提供上述模拟信号。
10．权利要求9的接收机，其特征在于上述信道分支装置(14)用于在第一信道分支(16a)上提供来自第一天线(12a)的一个频段的模拟信号，并且在第二信道分支(16b)上提供来自第二天线(12b)的上述频段的模拟信号。
11．权利要求9的接收机(10)，其特征在于上述信道分支装置(14)用于在第一信道分支(16a)上提供来自第一天线(12a)的第一频段的模拟信号，并且在第二信道分支(16b)上提供来自第二天线(12b)的第二频段的模拟信号。
12．权利要求9的接收机(10)，其特征在于上述信道分支装置(14)包括一个合路器，其用于接收上述来自至少一个天线(12a)的模拟信号，且提供上述多个信道分支(16a-b)的模拟信号的拷贝，以及一个滤波器，其在上述各信道分支(16a-b)上提供具有与上述信道分支(16a-b)相对应的频段的模拟信号。
13．权利要求9的接收机，其特征在于上述信道分支装置(14)中包括多路一个复用器，其用于接收来自至少一个天线(12a)的上述模拟信号，并且在上述各信道分支(16a-b)上提供具有与该信道分支相对应的频段的模拟信号。
14．权利要求8的接收机(10)，其特征在于上述至少一个变频器(20a)包括一个变频器(20a-b)，该变频器在每个信道分支(16a-b)上将上述各信道分支上的模拟信号转换为对应的中频(IF)频段。
15．一种处理接收信号的方法，该方法特征在于在至少两个信道分支上(16a-b)上，提供来自至少两个天线(12a-b)的模拟信号；调整上述至少两个信道分支中至少一个信道分支(16a)上的模拟信号的频率，以使上述至少两个信道分支(16a-b)上的模拟信号的频率不同；合路上述至少两个信道分支(16a-b)中的模拟信号；数字转换上述合路的模拟信号。
16．一种处理接收信号的方法，该方法特征在于在至少两个信道分支(16a-b)上，提供来自至少两个天线(12a-b)的模拟信号；调整上述至少两个信道分支(16a-b)中至少一个信道分支(16a)上的模拟信号的频率，以使上述至少两个信道分支(16a-b)的模拟信号的频率相同；合路上述至少两个信道分支上的模拟信号；数字转换上述合路的模拟信号。
全文摘要
一种接收机,它包括:信道分支装置,其与至少一个天线相连,用来接收模拟信号并将模拟信号提供到多个信道分支上;至少一个变频装置,用于调整上述多个信道分支中至少一个信道分支上的模拟信号的频率,使其与该信号在射频频谱中的相对位置无关;合路装置,其与上述多个信道分支相连,用于合路上述多个信道分支上的模拟信号;一个模数转换器,用于接收上述合路后的模拟信号,并数字化转换该信号。
文档编号H03M1/12GK1318958SQ0111654
公开日2001年10月24日 申请日期2001年4月12日 优先权日2000年4月14日
发明者沃尔特·J·卡敏斯基, 阿里尔德·科尔斯拉德 申请人:朗迅科技公司