用于宽带信号处理的装置和方法

专利名称：用于宽带信号处理的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及电磁处理，特别涉及宽带信号处理。
背景技术：
电磁波和信号(以下称为“波”)被用于许多不同的目的。例如，可以对电磁波进行处理以传递信息，例如通过减小和/或放大电磁波的特性，如当对电流或者射频(RF)波的幅度、频率或者相位进行调制以发送数据时所看到的。如另一个例子，通过减小和/或放大电磁波的特性，可以沿着波以受控的方式传递能量，如当对电路中的电压和电流进行调制时所看到的。而且，可以将这些用途进行组合，例如当通过对功率特性进行处理可以经过波来传递信息时。
电磁波特性处理可以通过数字或者模拟技术实现。数字和模拟衰减和/或放大也可以进行组合，就是说，在一个系统中，对相同的波而言可以进行各种类型的数字和/或模拟缩小和/或放大以实现想要的任务。
然而，处理电磁波特性可能很难。例如，由于几个原因，选择适当的技术或者器件以修改波的特性可能很难。这些原因之一包括要修改的波类型。例如，低频波，如60Hz功率波，需要的处理技术可能不同于如24GHz雷达波一样的高频波。所以通常对于不同波使用具有不同特性的不同器件。例如，在计算机中使用的用于60Hz功率波的开关半导体具有的功率处理特性不同于24GHz雷达系统中使用的功率半导体。
在对最近使用的技术和器件进行标准化上的一个尝试是使用波的特性作为修改波的信息。例如，通过将波转化成具有幅度和相位特性的极坐标，可以使用和/或控制任何一个或者两个特性从而为各种波频率提供标准化技术。然而，至今这种尝试受到应用困难的约束。例如，使用多个放大器的尝试已经遭受了伴随而来的放大器组合的困难。具体地讲，使用诸如变换器或者四分之一波线一样的器件将放大器的输出加起来以驱动负载。这些器件增加了放大器阵列的成本和尺寸。
因此，为处理电磁波提供高效并且同时精确的技术将有助于电磁处理技术。

发明内容
本发明的实施例包括处理电磁波和信号的装置、方法和制造的产品。在一个实施例中，提供一种用于电磁波处理的装置，其包括调制器，用于产生代表输入信号的一个或多个成分；分频器，由所述一个或多个成分控制并且接收电磁波以产生已修改的信号；比较器，用于比较已修改的信号和参考信号并且基于所述的比较产生已处理的信号；和信道数计算器，用于为已处理的信号选择信道，其中所述输入信号包括信道选择。
在另一个实施例中，提供对相位成分信号进行宽带处理的方法，其包括用于产生代表输入信号的一个或多个成分；基于所述一个或多个成分对电磁波进行分频以产生已修改的信号；比较所述已修改的信号和参考信号；并且基于所述的比较产生已处理的信号。


图1是示出示例性发送机的方框图。
图2是示出图1的发送机中使用的宽带调制器的实施例的方框图。
图3是示出图2的宽带调制器中使用的增量总和(sigma-delta)调制器的实施例的示意性图解。
图4是示出图2的宽带调制器中使用的增量总和调制器的另一实施例的示意性图解。
具体实施例方式
本发明的实施例包括处理电磁波和信号的装置、方法和制造的产品。为了说明，示例性实施例包括适合于处理电磁波和信号的宽带调制器。这里所公开的宽带调制器可以在很宽的应用范围内实施，例如，发送机、接收机、变换器等。为了说明，图1中公开了示例性发送机，其中加入了根据本发明图1所示的示例性发送机10可以包括例如，适合于接收输入信号的基带处理器100、幅度/相位信号处理器101、宽带调制器102、自适应相位再对准器件103、功率放大器104和连接到天线的一个或者多个负载线105。发送机10的细节和其各种部件将在下面进行更详细的描述。
这里所使用的词汇“信号”应当被广泛地理解为包括从一处到另一处传递数据的任何方式，例如，电流或者电磁场，其包括但不限于接通和切断的直流、或者交流、或者包含一个或者多个数据流的电磁载波。例如，数据可以通过调制的手段加在载流或者载波上，可以以模拟或者数字的形式实现。这里所使用的词汇“数据”也应当被广泛理解为包括任何类型的信息或者其它信息，例如但不限于音频例如声音、文本和/或视频等。
如图1所示，在本实施例中基带处理器100可以包括数字信号处理器，例如，响应于例如可能是基带信号的输入信号，能够产生功率控制信号和数据控制信号的数字信号处理器。随着以下更详细的描述，可以由数据控制信号调节电功率以产生作为放大的输入信号的用于传输的输出信号。
在本实施例中由基带处理器100产生的数据控制信号包括包含从输入信号得到的数据的电磁波。数据控制信号从基带处理器100传输到幅度/相位信号处理器101。
在一个实施例中，I、Q数据由基带处理器100转换成极坐标信号以产生包含输入信号的幅度波特性am的模拟或者数字数据控制信号和包含输入信号的相位波特性ap的电磁信号。例如，可以使用直角坐标到极坐标转换器来以R、P(sin)和P(cos)的形式输出极坐标。R坐标表示波幅度特性。P(sin)和P(cos)坐标表示波的相位特性。
然后，输入信号的幅度和相位特性可以经分开的路径被发送到功率放大器104。可以将原始信号的幅度特性调制为包括数字字的数字脉冲串，将数字字量化成具有最高有效位到最低有效位的比特B0到Bn-1，数字字在各种实施例中的长度可以改变。
依次，相位特性可以分开进行处理，然后将其应用到功率放大器104。图2示出一种处理相位特性的示例性方式。图2详细示出用于图1的信号处理器101、宽带调制器102和自适应相位再对准器103的示例性实施例。
在本实施例中，来自输入信号的相位数据首先优选地通过数据定标处理器120，其对数据信号的幅度进行正确地定标。对由数据定标处理器120产生的信号幅度中的变化进行计算以补偿来自宽带调制器102的输出信号中的任何增益。可以通过与数据格式相兼容的任何传统的手段来完成对信号的定标，例如，在优选的实施例中，相位数据信号是数字的并且定标可以通过数字处理来完成。在本实施例中，宽带调制器102本质上是频率调制器，从而为了数据的频率和相位的表示按照图2所示的dθ/dt 123进行对数据的转换。
然后相位分量信号优选地通过调制补偿(均衡)滤波器121，对该滤波器进行计算以使其具有作为宽带调制器102的闭环响应逆的幅值和相位响应。如以下将要讨论的，在一些情况下，调制器102具有设计在内部的带宽以使信号中的噪声最小化。然而，以这种方式限制带宽可能引起信号较高频率分量的下降，即衰减。均衡滤波器121和总调制响应滤波器122通过增加这些较高频率分量的增益来补偿衰减，因此为系统产生更平坦(平滑)的频率响应，并且有效地扩展了宽带调制器102的调制带宽。通过使用数字信号处理器，均衡滤波器121优选地以数字方式实现，但不限于此，并且作为例子，均衡滤波器121可以是FIR(有限冲击响应)或者IIR(无限频率响应)滤波器。相位分量数据也可以通过总调制响应滤波器122，对该滤波器进行计算以设置宽带调制器102的总通带响应(如4MHz)。与均衡滤波器121类似，总调制响应滤波器122可以是模拟或者数字FIR或者IIR滤波器。从功能上讲，滤波器121和122可以组合成所需要的信号滤波器。
在本实施例中，可以将基带输入信号调制到在宽带调制器102中选择的中心频率的载波上。通过信道计算来确定给定信号将要被调制到其上的中心频率，通过信道计算使载波频率(如1880MHz)除以参考源的频率以为信号建立信道。
在本实施例中，信道计算产生具有整数部分和小数部分的数。如图2所示，信道计算器124从基带处理器100接收信道数，并且确定一可选择的非整数(non-whole number)，用该非整数除宽带调制器102的载波，允许选择用相位数据信号所调制的信道。作为信道计算过程的说明，假设以载波频率1880MHz为例，由于从参考频率而确定所以这个数可以在23.5到24.5之间。然后该数的小数部分与数据信号组合，组合后的信号被传递到宽带调制器102中的增量总和调制器(SDM)125。SDM 125与锁相环(PLL)126相连使用以实现利用输入信号宽带调制载波。SDM 125用于使输入的相位数据随机化并对其进行过采样，使输出的多个采样的平均值等于输入。在本实施例中SDM 125工作的方式是将来自数字化过程的内部量化噪声进行频率整形，从而在期望的频率处，低噪声。
SDM 125可以包括，例如一系列加法器/累加器和反馈器件，用于输入小数相位/信道数数据(其可以是模拟或者数字信号)并且输出等于小数输入的数字化的整数系列。在本实施例中SDM 125优选地配置成这样的方式使输入范围对相位调制数据和信道数的小数部分是足够的。在一个示例性实施例中，SDM 125是一个3比特系统，因此其能够产生8个不同输出数字(如-3、-2、-1、0、1、2、3、和4)，但是应当理解，在另一个实施例中SDM 125可以包括任何想要数目的比特或者元素。在本实施例中，SDM 125优选地为每个输入采样产生4个输出整数，从而产生了四倍于输入的过采样率。在SDM 125中以这种方式对输入调制数据的采样可能给输入调制信号引入噪声。任何这样的噪声可以由PLL 126中的低通环路滤波器131滤掉。图3和图4示出SDM125的两种示例性电路拓扑。图3示出MASH III拓扑，图4示出三阶环路拓扑。然而，应当理解，在需要的情况下，其它适合的电路拓扑也可以用于SDM125。
在本实施例中SDM 125的输出然后与从信道计算器124接收的信道数的整数部分组合在一起。在这里讨论的例子中，该组合将产生20到28之间的数。在本实施例中信道数的小数和整数部分的组合被输入到分频器128中，并且用于将PLL 126锁到期望的RF载波上。
本实施例中，优选地使用PLL 126以便利用输入信号的相位部分调制已由RF载波信号源，如载波源129，合成的载波信号。载波源129可以是能够产生载波的任何电磁波源，例如射频压控振荡器(VCO)。
如图2所示，在本实施例中，将参考源127的频率(或者由某个数对其的分频)与载波源129的输出频率进行比较，其频率由分频器128从SDM 125和信道计算器124接收的一系列数进行分频。参考源127可以包括固定或者基本固定频率的VCO，或者可以得自另一频率的源。
如图2所示，相位频率探测器(PFD)130用于比较两信号的相对相位，然后输出与它们之间的偏差(相移)成比例的信号。这个输出信号用于调节载波源129的频率，从而使在PFD 130测得的相位偏差基本接近并且最好等于零。因此，信号的相位被反馈环锁住以防止由于载波源129的相位和频率中的变化(如畸变)导致的信号相位的不期望的漂移。
如图2所示，来自载波源129的反馈信号通过分频器128，分频器的分频比由表示从SDM 125接收的相位分量信息和从信道计算器124接收的信道信息的一系列数控制。将得到的信号传递到PFD 130，并且如上所述与来自参考源127的信号进行比较。将这个组合的信号通过低通环路滤波器131，并且与载波源129的载波信号组合。
在本实施例中，SDM 125用于执行输入到SDM 125中的相位数据的宽带调制。由于输入到SDM 125中的相位数据不是恒定的，所以将SDM 125与分频器128的输出同步可能引起频率偏移，该偏移取决于调制信号。因此，在特定的实施例中可能需要由参考源127将SDM 125和分频器128进行同步。例如，可以在SDM 125的输出和分频器128的输入之间使用缓存，从而分频器128可以在更新新采样数系列之前完成分频计数。
如图1所示，自适应相位再对准器103也可以用于动态地调整PLL响应，以确保均衡滤波器121和PLL 126的闭环响应紧密匹配。自适应相位再对准器103优选地测量宽带调制器102的输出相位，并且将其与从基带输入数据得到的理论上完美的版本和从信道计算器124得到的中心频率信息进行比较。这个比较的结果用于调整宽带调制器102中的PLL 126的环路增益。这个反馈系统工作以使已发送的信号的误差最小化。当发送机处于服务状态时自适应相位再对准器103最好工作，并且较小对系统手动校准的需要。
图2中详细示出了自适应相位再对准器103的示例性实施例。应当理解，在需要的情况下也可以使用自适应相位再对准器103其它适合的实施例。如图2所示的自适应相位再对准器103可以包括，例如数字锁相环(DPPL)140、参考误差滤波器142、载波相位探测器/跟踪和保持器144、增益误差探测器146和RF相位量化器148。
DPLL140通过去除由于经过SDM和RF量化解调过程而产生的延迟所导致的任何恒定的相位偏移Φ和随机漂移Tdrift，来对准理想相位和实际RF相位。
RF_VCO_Out＝cos(ωct+Ktot(1+δ)dn∫g(t)dt+wdrift+Φ)参考误差滤波器142从估计的环路滤波器传递函数产生参考相位误差波形。该参考误差信号基本上用作测量真实相位误差。通过将真实相位误差信号和参考相位误差信号相乘，PLL增益误差的极性优选地与自动校准反馈输出的极性匹配。此外，自动校准反馈输出的平均值优选地与PLL增益误差的幅度成比例(不考虑相位信息信号的极性)。
载波相位探测器/跟踪和保持器144对数字相加的载波和相位(理想)与已采样的VCO RF真实相位输出直接进行比较。载波相位探测器/跟踪和保持器144去除相位多值性(phase ambiguity)，例如2p-弧度的相位多值性。并且提供相位/频率检测。
增益误差探测器146产生估计的PLL增益误差的增量，并且向PLL频率相位探测器提供校正的信号以调整环路增益。
RF相位量化器148用于对RF载波进行采样以提取基带相位信息从而重现调制信号。该功能可以使用例如A/D转换器来实现。
现在返回到图1，从宽带调制器102输出的已处理的波优选地具有恒定的包络，即其没有幅度上的变化，然而其具有原始输入波的相位特性。该输出波然后被发送到需要的地方，例如功率放大器104，其可以包括大量适合的放大器器件的任何一种。在一个示例性实施例中，当功率放大器104根据从幅度分量输出的数字字正确调节时，其适于作为电流源。输入信号的幅度部分分离地从幅度/相位信号处理器101传输到功率放大器104，并且可以用于作用于功率放大器104中各个段以放大或者衰减与原始输入信号相关的已调相的载波信号。这从功率放大器104产生了输出电流，该输出电流表示包含已放大或者衰减的包含来自输入信号信息的载波。
在一些实施例中，例如具有发送机、接收机、和无线电收发机的实施例，这些设备可以由于特殊的输入信号、载波和输出信号而定制，例如，各种蜂窝电话，如CDMA、CDMA2000、W-CDMA、GSM、TDMA，还有各种其它类型的有线和无线设备，例如蓝牙、802.11a、-b、-g、雷达、1×RTT、无线电、GPRS、计算机和计算机或非计算机通信设备，手持设备等。在由各种实施例支持的调制方案中包括例如，GMSK，其用于GSM；GFSK，其用于DECT和蓝牙；8-PSK，其用于EDGE；OQPSK和HPSK，其用于IS-2000；p/4DQPSK，其用于TDMA；OFDM，其用于802.11。
在需要的情况下，由于在这些实施例中控制处理波和信号需要模拟和数字器件，所以实施例可以使用模拟和数字器件。例如，蜂窝电话实施例可以使用模拟和数字器件。可以使用各种类型的系统结构来构造实施例。例如，在需要的情况下，实施例或者各种器件设置在半导体器件上，例如集成电路或者特定应用的集成电路的组成，一些例子包括硅(Si)、硅锗(SiGe)或者砷化镓(GaAs)基底。
对本发明的几个特殊实施例进行了描述，对本领域的技术人员来说，容易遇到这个改变、修改和改进。作为本公开所做的这些明显的改变、修改和改进意在属于本描述的一部分，尽管这里没有直接表述，并且包括在本发明的精神和范围中。本领域的一般技术人员将因此而理解本发明的实施例或者这种器件和/或器件的特性可以完全由硬件、软件组成和/或可以是软件和硬件的组合。因此，如本领域的技术人员众所周知，附图的每个块和附图的块的组合可以以许多不同的方式实施。因此，前面的描述仅仅是为了举例，而不是限制。本发明仅限于由后面的权利要求和其等同物所限定的范围。
权利要求
1.一种对相位分量信号进行宽带处理的方法，包括用于产生输入信号的一个或多个分量代表；基于所述一个或多个分量对电磁波进行分频以产生已修改的信号；比较所述已修改的信号和参考信号；并且基于比较的结果产生已处理的信号。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括为所述已处理的信号选择信道，其中所述输入信号包括所述信道选择。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述信道选择由两个分量表示，第一分量包括在所述输入信号中，第二分量包括第二输入信号，其中所述组合步骤还包括组合所述第二输入信号和所述电磁波的一个或多个分量以产生已修改的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括基于信道选择计算所述第一分量和所述第二分量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述信道选择由一个数指定，并且所述第一分量包括所述数的分数部分，所述第二分量包括所述数的整数部分。
6.根据权利要求3所述的方法，还包括组合所述第一分量和第二电磁波以提供所述输入信号。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括在和所述第一分量组合之前处理所述第二电磁波。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤包括均衡滤波。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤包括定标。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述处理步骤包括调制响应滤波。
11.根据权利要求7所述的方法，其中基于所述已修改信号和参考信号的比较而产生已处理信号的步骤还包括补偿在所述已处理信号中检测到的误差。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述补偿步骤包括从所述第二电磁波中得到参考电磁波，并且基于所述参考电磁波调整所述已修改信号
13.一种对相位分量信号进行宽带处理的装置，包括用于产生输入信号的一个或多个分量代表的手段；基于所述一个或多个分量对电磁波进行分频以产生已修改的信号的手段；比较所述已修改的信号和参考信号的手段；并且基于所述的比较产生已处理信号的手段。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括为所述已处理信号选择信道的手段，其中所述输入信号包括所述信道选择。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述信道选择由两个分量表示，第一分量包括在所述输入信号中，第二分量包括第二输入信号，其中将所述第二输入信号和所述一个或多个分量与所述电磁波进行组合以产生所述已修改的信号。
16.根据权利要求15所述的装置，还包括基于信道选择计算所述第一分量和所述第二分量的手段，其中所述信道选择由一个数指定，并且所述第一分量包括所述数的分数部分，所述第二分量包括所述数的整数部分。
17.根据权利要求16所述的装置，还包括在和所述第一分量组合之前处理所述第二电磁波的手段。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述处理手段包括从由补偿滤波器、定标处理器和调制响应滤波器组成的组中选择的一个或多个手段。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括补偿在所述已处理信号中检测到的误差。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述补偿手段包括从所述第二电磁波中得到参考电磁波，并且基于所述参考电磁波调整所述已修改信号。
21.一种电磁处理装置，包括调制器，用于产生输入信号的一个或多个分量代表；分频器，由所述一个或多个分量控制并且接收电磁波产生已修改的信号；比较器，用于比较所述已修改的信号和参考信号并且基于所述的比较产生已处理的信号。信道数计算器，用于为所述已处理信号选择信道，其中所述输入信号包括所述信道选择。
22.根据权利要求21所述的装置，还包括信道计算器，用于将所述信道选择指定为由两个分量表示，第一分量包括在所述输入信号中，第二分量包括第二输入信号，其中将所述第二输入信号和所述一个或多个分量与所述电磁波进行组合以产生所述已修改的信号。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述信道选择由一个数指定，并且所述第一分量包括所述数的分数部分，所述第二分量包括所述数的整数部分，其中所述第一分量和第二电磁波组合起来提供所述输入信号。
24.根据权利要求23所述的装置，还包括补偿滤波器、定标处理器和调制响应滤波器。
25.根据权利要求24所述的装置，还包括自适应相位再对准器件以补偿在所述已处理信号中检测到的误差。
26.根据权利要求21所述的装置，其中自适应相位再对准器件与所述比较器通信，并且从所述第二电磁波中得到参考电磁波，其中当基于所述参考电磁波检测到所述已处理信号中的误差时调整所述已修改信号。
27.一种电磁处理装置，包括调制器，用于产生输入信号的一个或多个分量代表；分频器，由所述一个或多个分量控制并且接收电磁波产生已修改的信号；比较器，用于比较所述已修改的信号和参考信号并且基于所述的比较产生已处理的信号；和自适应相位再对准器件，用于补偿在所述已处理信号中检测到的误差。
28.根据权利要求27所述的装置，其中自适应相位再对准器件与所述比较器通信，并且从所述第二电磁波中得到参考电磁波，其中当基于所述参考电磁波检测到所述已处理信号中的误差时调整所述已修改信号。
29.根据权利要求28所述的装置，还包括信道数计算器，用于为所述已处理信号选择信道，其中所述输入信号包括所述信道选择。
30.根据权利要求29所述的装置，还包括信道计算器，用于将所述信道选择指定为由两个分量表示，第一分量包括在所述输入信号中，第二分量包括第二输入信号，其中将所述第二输入信号和所述一个或多个分量与所述电磁波进行组合以产生所述已修改的信号。
31.根据权利要求30所述的装置，其中所述信道选择由一个数指定，并且所述第一分量包括所述数的分数部分，所述第二分量包括所述数的整数部分，其中所述第一分量和第二电磁波组合起来提供所述输入信号。
32.根据权利要求23所述的装置，还包括从补偿滤波器、定标处理器和调制响应滤波器组成的组中选择的一个或多个器件。
全文摘要
本申请公开了一种用于电磁处理的装置，该装置包括调制器，用于产生输入信号的一个或多个成分代表；分频器，由所述一个或多个成分控制并且接收电磁波以产生已修改的信号；比较器，用于比较已修改的信号和参考信号并且基于所述的比较产生已处理的信号；和信道数计算器，用于为已处理的信号选择信道，其中所述输入信号包括信道选择。
文档编号H03C3/09GK1714499SQ200380103933
公开日2005年12月28日 申请日期2003年10月7日 优先权日2002年10月8日
发明者戴维·本特森 申请人:M/A-Com公司