专利名称：处理接收信号的方法和电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及接收一个射频信号的方法和电路装置，本发明优先应用于数字、时分数据传送系统的接收机中，诸如移动电台中。
在直接变换的接收机中，也就是在零中频接收机中，射频信号不经中频便直接变换成基带。因为不需中频级，接收机中只需几个器件，这使其在各种不同应用中是一个优选的解决方案。然而在移动电台中，直接变换接收机很少被采用。一方面这是由于这个事实，即先前已知的方法实际上几乎不可能实现工业生产中实施，或者是另一方面，即在现有的解决方案中，数字移动电话系统的特有特性未被考虑。在实现直接变换接收机中最重要的问题是控制偏移电压。一个设备的电压被一个偏移电压按信号形式叠加，实际上，在一个接收到的有用信号中是不包括直流电压的。
图1所示是一个先前已知的移动电台的发射机一接收机方框图。在该方块图中，接收机是一直接变换接收机。这里，天线138接收到的射频信号经双工滤波器102被传送到前置放大器104。双工滤波器的目的是在发射和接收时两者都采用同一个天线。在时分系统中，也可以用一个同步天线转换开关来替代双工滤波器。从放大器104接收的射频信号经低通滤波器106，在I/Q解调器108解调，变成同相信号108a和正交信号108b。解调所需的本地振荡信号114b来自综合器114。在方框110中，完成直流电压的隔离和自动增益控制(AGC)。方框110由一个可包含例如一个微处理器的处理方框116控制。自动增益控制受信号110a调节，偏移电压隔离受信号110b调节。从方框110接收到的信号在方框112变换成数字信号，这些数字信号又进一步送到处理方框116中的数字信号处理电路中。
发射机单元包含一个I/Q调制器128，调制器由同相信号128a和正交信号128b构成。一个载频信号经滤波器130低通滤波和/或高通滤波。载频信号经射频放大器132放大。已放大信号经双工滤波器102发送到天线138。发射机的功率控制单元134根据测量得到的输出功率136和从处理器接收到的控制信号134a来控制射频放大器132的放大量。
图1还示出与处理单元相接的存储器单元126和用户的接口装置，它包括显示器118、键盘120、麦克风122和耳机124。
实现直接变换接收机的实际解决方案比较近期的在下列出版物中已进行了描述，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参考文献[1]中提出的接收机的解决方案是以直流电压耦合的基带部分为基础，在那里DC偏移电压补偿是用非常复杂的控制系统来达到，控制系统包含D/A变换器，A/D变换器，数字滤波器和预测控制算法(predicting control algorithm)。各种不同的修正值存在存储器中，例如，对不同的通道和对AGC的调节。
当DC-耦合基带部分被采用时，直流电压中的很大波动会产生问题。信号的直流电压分量中的波动可能由于，例如，温度的改变，在这样情况下，典型地是慢变，或者由于，例如，本地振荡器信号频率或电平的变化，在这样情况下，直流电压中的波动是快速的。由于调制，一个接收到的信号亦可能包含不可去除的直流电压分量，它使得确定真正偏移电压变得非常困难和复杂。当上面提出的为了控制偏移电压复杂的解决方案被采用时，设备的制造费用会变得如此之大，以致直接变换接收机的优点都丧失殆尽了。
AC-耦合基带部分的优点是偏移电压的慢波动消失了，偏移电压的总量被减小了。然而缺点是可能会有充电，并被遗留在直流电压隔离电容器中，而放电很慢。
图2示出为了减小信号偏移电压的一个先前已知的解决办法。在按照图2的电路里，基带信号Vin被引导到放大器21，放大器输出端P21经电容器C21被导引到放大器22的输入P22。在放大器22里，亦可能有，例如，一个模/数转换器。参考电压经过一个电阻R21被接到放大器22的输入端。在开始接收之前，一个短控制脉冲DCN接到开关23使其处于接通状态，这样，电容器C21输出端变为参考电压Vref，如果有任何偏移电压在点P22，它将被消失。如果在除去偏移电压的一瞬间，譬如说有一个正基带有用信号叠加在信号通道里的偏移电压上，DCN控制脉冲消除发生在点P22的偏移电压，但是当DCN控制脉冲终止时，在点P22会产生一个负的偏移电压。在这种情况下，偏移电压不消失，但偏移电压消除电路的运作导致一个新的慢慢地向参考电压Vref靠近的偏移电压。由偏移电压消除电路引起的偏移电压决定于当DCN控制脉冲终止时的一瞬间电容器C21中产生的基带信号的瞬时值大小。
为了阻止由偏移电压去除电路产生的新偏移电压，在上面描述的解决方案中，当接收到的信号实际上是噪声，即意味着实际上在接收信号之前的一瞬间必需完成偏移电压的调零。在很多移动通信的时分系统中，如GSM(Global System for Mobile Communication)和PCN(Personal Communication Network)系统，基台发送的功率在一个新的时间间隔开始之前并没有中断连接。这样，在真正接收瞬间开始之前，也就是偏移电在必需被去除的时候，在接收机中，仍有基带信号存在。这就是为什么早期提出的减小偏移电压的解决方案不适用于上面所提的系统。
本发明的目的是设计一个简单的解决方案，以便按照先前技术的解决方案相关的上面所提问题得以避免，使直接变换接收机得以实现。
本发明的一个想法是已经接收到并已变换为基带的信号的直流分量在信号线路内用第一直流隔离装置进行隔离，此外，隔离装置前面的信号和隔离装置后面的信号两者的直流分量均受控制信号控制。这样，第一隔离装置前面的基带信号线路实质上实现了直流电压耦合。上面说到的第一隔离装置前面的信号强度控制电路最好包含一个第二隔离装置，其作用是使控制电路中产生的直流电压分量与电路装置的恒定电位譬如说地电平相隔离。然后上面说到的控制信号之一优先选择安排用来控制第二隔离装置的充电状态。隔离装置后面的基带信号最好变换为数字形式以作进一步信号处理。
按照本发明的一个方法特征在于在上面说到的直流电压第一隔离装置之前的第一信号的直流电压分量根据第一控制信号进行控制，在上面说到的直流电压第一隔离装置之后的第二信号的直流电压分量根据第二控制信号进行控制，第二控制信号也可以与所说第一控制信号为同一信号。
按照本发明的一个电路装置的特征在于电路装置包含了根据第一控制信号控制上面说到的隔离装置前面的信号直流电压分量的装置，和根据第二控制信号控制隔离装置后面的信号直流电压分量的装置，第二控制信号可以与上面说到的第一控制信号为同一信号。本发明的优选实施例在相关的权利要求中已经提出。
下面用附图对本发明进行更详细的描述，附图为图1示出一个先前已知的采用直接变换接收机的移动通信台的方框图，图2示出一个为了去除偏移电压的先前技术电路装置，图3示出一个按照本发明的方法流程图，图4示出一个按照本发明为实现直接变换接收机的电路装置，图5示出一个按照本发明的电路装置以电路图表示的实现方案，和图6示出一个按照本发明为减小偏移电压的解决方案。
图1和图2在上面说明先前技术的文中已经进行描述。下面，用图3对本发明的一个方法进行简单的描述，并用图4和图5对本发明的电路装置和它的工作进行详细描述。最后，参见图6描述按照本发明减小偏移电压的一个解决方案。
图3示出一个按照本发明的方法300的流程图。在这里，首先把所有增益控制置于增益最小可能位置，方框301。此后，频率综合器的本地振荡频率置于通道频率。在频率综合器已经开始置于期望的通道频率以后，射频的前面增益控制被接成这样状态，即在接收的时间间隔期间，增益控制被使用，方框303。然后基带频率部分的增益控制部分的第一信号的直流电压分量受到控制信号DCN1控制，方框304，并且在直流电压隔离部分后面的第二信号的直流电压分量受到控制信号DCN2控制，方框305。最后，在接收的时间间隔开始之前控制DCN1和DCN2都被去除，在接收开始时用基带部分的AGC控制使基带部分选定一个所希望的增益，方框306。
图4示出一个描述按照本发明的电路装置原理的框图。图4中所呈现的部分相应于示于图1中移动通信台的发射机/接收机部分的方框104-112。在图4所示的布局中，从天线接收到的射频信号RFin在方框1中经滤波和放大，在I/Q解调器2中解调为基带频率。接收机的RF前部1包括RF放大和RF滤波操作和自动增益控制AGC30操作。
在I/Q解调器2中，射频信号被解调，I/Q解调器包含相位和功率分配单元、混频器和参考电压V1的接线。参考电压可以是正值、负值或零值，这决定于I/Q解调器和基带部分实现的方式。用一个本地振荡器信号L0送到解调器实现解调。从解调器接收到的正交信号Vq1和同相信号Vil被连接到基带频率部分3a和3b。这基带频率部分3a,3b包含前置放大器和滤波部分(4),(4)还进一步包含一个无源低通滤波器部分41，它直接置于I/Q解调器的混频器之后和第一个有源级前置放大器部分42之前，前置放大级之后，安置了第二个低通滤波器43。
在前置放大和滤波之后，信号被导送到增益控制部分5,5包含放大部分12、反馈部分8和反馈部分的第二直流电压隔离装置9,9之中优先选择至少为一个电容器。增益控制部分5的直流电压的回复速率受选择开关10控制，而选择开关又受信号DCN1控制。
直流电压的第一隔离装置6已经被连接到增益控制的输出端，6优选至少包含一个电容器。在直流电压的隔离部分6之后，安置了一个去除偏移电压系统7，对它的实现的解决方案在后面提出。消除在第二隔离装置后面的信号中产生的偏移电压受信号DCN2控制。A/D变换器部分的参考电压V2，也可以与参考电压V1为同一电压，又被馈送到直流电压隔离部分。
对于接收机在本发明与先前已知解决方法之间的一个区别是从I/Q解调器的参考电压V1到AGC放大器5的输出的整个基带信号路径已与直流电压相耦合，在AGC部分后面，每一分支中只有一个DC隔离部分6的信号路径上。通过这样布局与其他方法比较有下述优点由不同原因出现在I/Q解调器输出端的偏移电压不需从I/Q解调器输出端、从基带前置放大器输出端或AGC放大器部分输出端去除，但直流电压会自由地波动。用一个加速开关10当直流电压建立的时间内，反馈电路的时间常数保持快速。在直流电压隔离部分6后面，直流电压可以被调节到等于参考电压V2，与已经调节好的AGC放大器部分直流电压工作点无关。在此方法中，DC-和AC-耦合基带部分的优点被组合起来，它们的缺点被消除。
按照图4，在上面所描述的电路装置中，采用数字控制信号如下开始，所有AGC控制置于增益尽可能低的位置。频率综合器开始置于所希望的通道频率位置以后，前面的增益控制AGC30接到这样位置，即在接收的时间间隔内它开始起作用。此后，基带部分的增益控制部分的时间常数电路被DCN1控制到快速态，DC偏移电压的去除电路11被DCN2置于活动态。在接收时间间隔开始之前，控制信号DCN1和DCN2被去掉。接收开始时，用基带部分的AGC控制AGC20,AGC40对基带部分选定一个希望的增益。当接收到强的天线信号时，由于基带部分所用的增益小，相应地偏移电压也低，控制DCN1并非必需采用。
在图4中，基带部分示出两个AGC控制AGC20和AGC40，但是它们是可多可少，这决定于，例如，A/D变换器的动态范围和实现基带部分的方法。
图5示出图4中的方框5,10和6是如何工作的一个例子。在这里，放大电路的增益由反馈电阻器R1,R3和R7，和从反馈电路接地的电阻器R2,R4,R5和R6,以及电容器C1和C2决定。电容器C1和C2作用为直流电压隔离器，这样在反馈支路有两个DC隔离部分C1,R5以及C2，R6。采用两个隔离DC的隔离部分，可以大大减小所用电容器的电容值和直流电压的建立速度增加。电阻器R5和R6当加速电路工作时可减低放大器的增益。开关可以是，例如，CMOS开关。
图6示出一个描绘按照本发明的为实现偏移电压的去除电路11的电路装置工作原理的电路图。此电路装置可被用在，例如，图4中所示接收机的方框6和7中。在图6所示的布局中，基带信号Vin被接到放大器61的输入端，放大器61的输出P61端产生的第一信号s61被引入两分支经电容器C61到放大器62和经高通滤波器64到加法器65。用加法器使高通滤波信号s63和参考电压Vref相加。相加的结果也就是第二信号s62被接到开关63，开关被一个短控制脉冲DCN控制到接通状态。在整个DCN控制脉冲期间，在电容器C61的两端，实际上有同样的基带信号，在这样情况下，很难被基带信号引起对电容器任何充电。在这样方法下，当DCN控制脉冲终了时和开关63断开时，在输出端有不大的偏移电压形成。
在按照本发明的解决方法中，通过信号线路的基带信号在DCN控制脉冲整个非常时期内不会被中断，但是在DCN控制脉冲期间在电容器输出端产生一高通滤波的基带信号。高通滤波器64的下限频率最好高于信号线路的下限频率。则发生在第二信号中的偏移电压迅速地衰减，以及通过将第二信号连接到隔离装置的输出端也可迅速地减小发生在其中的偏移电压。然而，高通滤波器较高的下限频率除在DCN控制脉冲期间以外，对现行的信号线路的频带没有任何影响。
采用本发明，简易地设计一个直接变换接收机用于移动电台制作中是可能的。在移动台，直接变换接收机的实现会导致节省很多费用，因为只需一台频率综合器而不需中频部分或中频滤波器。RF屏蔽要求亦降低了，双工滤波器不需要了。这样就有可能去制作一个体积小、重量轻、价格便宜的移动台。此外，移动台的电流消耗量亦能降低。
采用按照本发明控制信号直流电压分量的解决方案，与按照先前技术的解决方案相比，可以得到下列的附加优点-数字信号处理不需对偏移电压进行修正，-因为偏移电压可以从模拟信号得到可靠地减小，模/数转换器的动态范围不需因为偏移电压而增加，-减小偏移电压的操作不会使信号线路中的基带信号甚至是一个短暂的中断，-按照本发明的解决方案，以很少数量元件(这样所需空间也就很小)与非常少的附加制造费用就可以被实现，-电路解决方案中所需元件很容易集成到A/D变换器的接线上，-用按照本发明的解决方案，可以做到接收机的小电流损耗，-采用本解决方案，由时钟信号和其他稳定频率的干扰信号产生的对接收机通道频率的影响的问题可以被减小，这减轻了对器件屏蔽的需要。
按照本发明的解决方案优先选择应用于数字时分移动通信系统的接收机，诸如GSM和PCN系统，但是本发明亦可用于模拟系统的接收机，例如，如果接收到的模拟信号被变换为用于信号处理的数字形式。
按照本发明解决方案的一些实施例上面已经给出。当然在权利要求范围的框架内，按照本发明的原理可能有些改变，例如，实现详情的改变和应用的范围。必需注意所提出的电路连接和所描述的元件值只是作为例子，按照一般的已知设计原理，它们可以变动。
权利要求
1一种处理接收信号的方法，当这接收到的射频信号被解调为基带时，基带信号的强度受一个控制电路的控制，基带信号中产生的直流电压被信号线路中直流电压的第一隔离装置(6,C1)隔离，此后信号被A/D变换，其特征在于在所说第一直流电压隔离装置前面的第一基带信号的直流电压分量是根据第一控制信号(DCN1)进行控制(304)，在所说第一直流电压隔离装置后面的第二基带信号的直流电压分量是根据第二控制信号(DCN2)进行控制(305)，这第二控制信号可以与第一控制信号为相同信号。
2按照权利要求1的一个方法，其特征在于被解调为基带的信号被引导到实质上作为直流电压耦合的所说隔离装置。
3按照权利要求1或2的一个方法，其特征在于产生在所说强度控制电路的直流电压分量被一个直流电压的第二隔离装置(9,C2,C3)与恒定电位相隔离，所说第二直流电压隔离装置的充电位置由第二控制信号(DCN2)控制，从而控制由控制电路产生的直流电压分量。
4按照前面权利要求中任何一条的一个方法，其特征在于所说第一和第二控制信号在同时至少它们中的部分被转换到运行位置。
5按照前面权利要求中任何一条的一个方法，其特征在于所说第一和第二控制信号是在包含所接收信号信息的时间隙缝开始之前被转换到运行位置。
6按照前面权利要求中任何一条的一个方法，其特征在于为了减小偏移电压，由所说隔离装置前面第一信号(s61)基础上形成的第二信号(Vref,s62)被连接到所说隔离装置的输出端(P2)。
7为了处理接收信号的一个电路装置，它包含解调接收到的射频信号成为一个基带的解调器(2)，控制基带信号强度的控制电路(5)，隔离产生在基带信号中的直流电压和变换A/D变换器信号为数字形式的第一隔离装置(6,C1)，其特征在于这电路装置包含根据第一控制信号(DCN1)控制所说隔离装置前面的第一基带信号的直流电压分量的装置(10)，和根据第二控制信号(DCN2)控制隔离装置后面的第二基带信号的直流电压分量的装置(11)，这第二控制信号可以与所说第一控制信号为相同的信号。
8按照权利要求7的一个电路装置，其特征在于为使产生在所说控制电路中的直流电压分量与恒定电位隔离，它包含有一个第二隔离装置(9,C2,C3)。
9按照权利要求7或8的一个电路装置，其特征在于为了控制产生在控制电路中的直流电压分量，它包含用所说第二控制信号控制所说第二隔离装置(C2,C3)充电状态的装置。
10按照前面权利要求7-9中任何一条的一个电路装置，其特征在于在解调器(2)与第一隔离装置(6,C1)之间的信号线路已经是直流电压耦合。
11按照前面权利要求7-10中任何一条的一个电路装置，其特征在于解调器(2)是一个I/Q解调器，为了处理基带的正交信号，第一分支(3a)被连接到解调器的正交信号输出端，为了处理基带的同相信号，第二分支(3b)被连接到解调器的同相信号输出端。
12按照前面权利要求7-11中任何一条的一个电路装置，其特征在于它包含为了连接第二信号(Vref,s62)到隔离装置(C61)输出端(P62)的装置(63)和为根据在隔离装置(C61)前面的第一信号(s61)形成所说第二信号(s62)的装置(64,65)。
13采用按照上面权利要求1-6中任何一条的一个方法或采用按照上面权利要求7--12中任何一条的一个电路装置在一台直接变换的接收机中。
14采用按照上面权利要求1-6中任何一条的一个方法或采用按照上面权利要求7--12中任何一条的一个电路装置在一台移动台的接收机中。
15采用按照上面权利要求1-6中任何一条的一个方法或采用按照上面权利要求7-12中任何一条的一个电路装置在数字、时分移动通信系统中。
全文摘要
本发明涉及在直接变换的接收机中处理接收信号的一个方法和一个电路装置。本发明优先应用于移动电台中,它采用数字、时分蜂窝多路系统。已被接收到并被变换为基带的一个信号的直流电压分量被信号线路中第一直流电压隔离装置(6)隔离,此外,隔离装置前的信号和隔离装置后的信号两者的直流电压分量均受控制信号(DCN1,DCN2)所控制。因而第一隔离装置(6)前面的基带信号线路(4,5)实质上被实现作为直流电压耦合。在所说的第一隔离装置(6)前面的信号强度控制电路(5)最好包含一个第二隔离装置(9),用来使发生在控制电路(5)中的直流电压分量与电路装置的恒定电位譬如说地电平相隔离。所说控制信号的一个(DCN1)优先安排去控制第二隔离装置(9)的充电位置。为了对信号进一步处理,优选方案是把隔离装置后面的基带信号变换成数字形式。
文档编号H04B1/10GK1214817SQ97193455
公开日1999年4月21日 申请日期1997年2月6日 优先权日1996年2月8日
发明者R·韦瑟仁 申请人:诺基亚流动电话有限公司