在无线通信系统中生成振荡信号的装置和方法与流程

本公开一般地涉及无线通信系统，更具体地涉及一种在无线通信系统中生成振荡信号的装置和方法。

背景技术：

为了满足自部署4g通信系统以来对无线数据业务增加的需求，已努力开发改进的5g或pre-5g通信系统。因此，5g或pre-5g通信系统也称为“超4g网络”或“后长期演进(lte)系统”。

5g通信系统被认为是在更高的频率(mmwave(毫米波))频带(例如，60ghz频带)中实现的，以实现更高的数据速率。为了减少无线电波的传播损耗并增加传输距离，在5g通信系统中已经讨论了波束成形、大规模多输入多输出(mimo)、全维度mimo(fd-mimo)、阵列天线、模拟波束成形和大规模天线技术。

另外，在5g通信系统中，基于先进的小小区、云无线接入网(ran)、超密集网络、设备到设备(d2d)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协作多点(comp)、接收端干扰消除等的系统网络改进开发正在进行中。

在5g系统中，已经开发了作为先进编码调制(acm)的混合频移键控(fsk)和正交幅度调制(qam)调制(fqam)和滑动窗口叠加编码(swsc)，以及作为先进接入技术的滤波器组多载波(fbmc)、非正交多址(noma)和稀疏码多址(scma)等。

为了在如5g系统中的高频带中通信，终端或基站使用高频载波来发送数据。为此，发射器中包括的振荡器需要生成高频振荡信号。因此，研究了有效地生成高频振荡信号的各种方法。

技术实现要素：

技术问题

基于上述讨论，本公开提供了一种用于在无线通信系统中有效地生成高频的振荡信号的装置和方法。

另外，本公开提供了一种用于在无线通信系统中使用倍频器来生成预期频率的振荡信号的装置和方法。

另外，本公开提供了一种用于在无线通信系统中抑制由倍频器生成的不必要的相邻谐波分量的装置和方法。

技术方案

根据本公开的各个实施例，一种无线通信系统中的发射器的装置可以包括：振荡电路，所述振荡电路用于提供振荡信号；以及射频(rf)电路，所述射频电路用于使用所述振荡信号转换发射信号的频率，并且发送所述发射信号。所述振荡电路可以生成差分信号形式的基础振荡信号，通过对构成所述差分信号的第一信号和第二信号进行倍频，从所述第一信号生成第一信号集，并从所述第二信号生成第二信号集；以及生成信号，在该信号中利用所述第一信号集和所述第二信号集抑制了与预期频率分量相邻的至少一个谐波分量。

根据本公开的各个实施例，一种无线通信系统中的发射器的操作方法可以包括：生成差分信号形式的基础振荡信号；通过对构成所述差分信号的第一信号和第二信号进行倍频，从所述第一信号生成第一信号集，并从所述第二信号生成第二信号集；以及生成信号，在该信号中利用所述第一信号集和所述第二信号集抑制了与预期频率分量相邻的至少一个谐波分量。

有益效果

根据本公开的各个实施例的装置和方法可以通过使用差分信号抑制谐波分量有效地生成预期频率的振荡信号。

从本公开可获得的效果不限于上述效果，并且本公开领域的技术人员通过以下描述可以清楚地理解未提及的其他效果。

附图说明

图1示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统。

图2示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的发射器的配置。

图3示出了根据本公开的各个实施例的在无线通信系统中使用倍频器生成振荡信号的示例。

图4示出了根据本公开各个实施例的在无线通信系统中由倍频器生成的谐波分量的示例。

图5示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的配置。

图6示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的差分转换器的实施示例。

图7示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的倍频器的实施示例。

图8a和图8b示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的相邻谐波分量抑制单元的实施示例。

图9示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的非相邻谐波分量抑制单元的实施示例。

图10a和图10b示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的实施示例。

图11示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的发射器的流程图。

具体实施方式

在本公开中使用的术语用于描述特定的实施例，而不旨在限制其他实施例的范围。除非明确不同地表示，否则单数形式可以包括复数的形式。本文使用的所有术语，包括技术和科学术语，可以具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的术语相同的含义。在本公开中使用的术语中，在通用词典中定义的术语可以被解释为与相关技术的上下文具有相同或相似的含义，并且除非在本公开中明确定义，否则其不应被理想地或过度正式地解释。在一些情况下，即使在本公开中定义的术语也不应被解释为排除本公开的实施例。

在下面将描述的本公开的各个实施例中，将以硬件方法为例进行描述。然而，由于本公开的各个实施例包括使用硬件和软件两者的技术，因此本公开的各个实施例不排除基于软件的方法。

此后，本公开涉及一种用于在无线通信系统中生成振荡信号的装置和方法。具体地，本公开解释了一种用于在无线通信系统中抑制在生成振荡信号中引起的谐波分量的技术。

在下面的描述中使用的指示信号的术语、指示电路的组件的术语、指示网络实体的术语以及指示装置的组件的术语是出于解释的目的。因此，本公开不限于要描述的术语，而是可以使用技术上具有相同含义的其他术语。

另外，本公开使用在一些通信标准(例如，第三代合作伙伴计划(3gpp))中使用的术语来描述各个实施例，这些术语仅是示例性的说明。本公开的各个实施例可以容易地修改并应用于其他通信系统中。

图1示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统。图1将基站110、终端120和终端130描绘为在无线通信系统中使用无线信道的一些节点。尽管图1仅描绘了一个基站，但是还可以包括与基站110相同或相似的其他基站。

基站110是用于向终端120和130提供无线接入的网络基础设施。基站110具有基于信号传输距离而被定义为特定地理区域的覆盖范围。除了基站之外，基站110可以被称为接入点(ap)、enodeb(enb)、第五代节点(5g节点)、下一代节点b(gnb)、无线点、发送/接收点(trp)或其他在技术上具有相同含义的术语。

终端120和终端130均是用户使用的设备，并且通过无线信道与基站110通信。在某些情况下，终端120和终端130中的至少一个可以在没有用户参与的情况下进行操作。即，终端120和终端130中的至少一个是执行机器类型通信(mtc)的设备，并且可以不被用户携带。除了终端之外，终端120和终端130均可以被称为用户设备(ue)、移动台、订户台、远程终端、无线终端、用户设备、或技术上等效的其他术语。

基站110、终端120和终端130可以在毫米波(mmwave)频带(例如，28ghz、30ghz、38ghz、60ghz)上发送和接收无线电信号。如此，为了提高信道增益，基站110、终端120和终端130可以进行波束成形。在本文中，波束成形可以包括发射波束成形和接收波束成形。即，基站110、终端120和终端130可以将方向性应用于发送信号或接收信号。为此，基站110以及终端120和130可以通过波束搜索或波束管理过程来选择服务波束112、113、121和131。在选择服务波束112、113、121和131之后，可以使用准共址(qcl)的资源与承载服务波束112、113、121和131的资源来执行通信。

如果可以从在第二天线端口上承载符号的信道推断出在第一天线端口上承载符号的信道的大规模特性，则可以说第一天线端口和第二天线端口是qcl。例如，大规模属性可以包括延迟扩展、多普勒扩展、多普勒频移、平均增益、平均延迟和空间接收器参数中的至少一项。

图1中的基站110和终端120或终端130通过无线信道发送信号。为此，基站110和终端120或终端130可以包括用于生成射频(rf)信号的发射器。根据各个实施例的发射器可以如图2所示配置。

图2示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的发射器的配置。图2示出了包括在基站110、终端120或终端130中的发射器。

参考图2，发射器包括基带处理单元210、振荡器220、混频器230、放大器240和天线250。振荡器220、混频器230和放大器240可以被统称为rf电路。

基带处理单元210对基带信号执行各种操作，并控制rf电路。例如，基带处理单元210可以根据系统的物理层标准通过对发送比特流进行编码和调制来生成复杂符号。为此，基带处理单元210可以包括用于操作和控制的至少一个处理器。

振荡器220生成振荡信号，并将所生成的振荡信号提供给混频器230。为此，振荡器可以包括锁相环(pll)。在图2中，仅示出了一个振荡器220，但是根据另一实施例，可以包括两个或更多个用于生成不同频率的振荡信号的振荡器。替代地，根据另一实施例，振荡器220可以将不同频率的振荡信号提供给两个或更多个混频器。

混频器230使用从振荡器220提供的振荡信号来上变频从基带处理单元210提供的发射信号的频率。图2中仅示出了一个混频器230，但是根据另一实施例，可以包括使用不同频率的振荡信号的两个或更多个混频器。另外，尽管在图2中未示出，但是根据另一实施例，在基带处理单元210与混频器230之间还可以包括用于将数字信号转换为模拟信号的数模转换器(dac)。

放大器240放大由混频器230上变频的信号的功率。天线250在无线信道上辐射由放大器240放大的信号。该天线可以用包括多个天线元件的天线阵列来实现。另外，尽管在图2中未示出，但是根据另一实施例，可以在放大器240与天线250之间进一步包括用于波束形成的电路(例如，移相器)。

根据图2中描述的示例，发射器包括单个混频器和单个放大器。然而，根据另一实施例，可以包括两个或更多个混频器或两个或更多个放大器。如果包括两个或更多个混频器，则振荡器220可以向两个或更多个混频器提供相同或不同频率的振荡信号。

如图2所示，振荡信号可以用于被上变频为高频信号。通常，使用pll生成振荡信号。此时，通过改变pll的设计，振荡器可以直接生成其预期频率的振荡信号。替代地，通过对由pll生成的振荡信号进行倍频，振荡器可以获取更高频率的振荡信号。在下文中，将参考图3描述通过倍频获取预期频率的振荡信号的示例。

图3示出了根据本公开的各个实施例的在无线通信系统中使用倍频器生成振荡信号的示例。图3示出了两个rf电路使用不同频率的振荡信号的情况。

参考图3，pll310生成基础振荡信号。例如，基础振荡信号的频率可以是5.6ghz。接下来，基础振荡信号通过分割电路320被分为两个信号。例如，分割电路320可以用耦合器来实现。将分割后的基础振荡信号分别输入到不同的倍频器330-1和330-2。在图3的示例中，第一倍频器330-1执行m倍的乘法运算，第二倍频器330-2执行n倍的乘法运算。例如，m可以是3，n可以是4。在这种情况下，如果基础振荡信号的频率是5.6ghz，则可以通过第一倍频器330-1来生成16.8ghz的振荡信号，并且可以通过第二倍频器330-2生成22.4ghz的振荡信号。由第一倍频器330-1和第二倍频器330-2生成的振荡信号分别被提供给第一rf电路340-1和第二rf电路340-2。

如图3所示，即使使用单个pll，也可以通过倍频来生成各种频率的振荡信号。即，倍频器可以用于生成不同频率的振荡信号以及预期频率的振荡信号。即，可以使用倍频器来实现各种频带的rf系统。

倍频器430是基于使用由半导体器件的非线性特性生成的谐波分量的方法。如果rf信号通过非线性器件(例如，晶体管、二极管等)，则生成具有输入频率的n倍的频率(n是等于或大于1的整数)的谐波分量。因此，使用倍频器，可能会产生意外的信号分量，即谐波分量，如图4所示。

图4示出了根据本公开各个实施例的在无线通信系统中由倍频器生成的谐波分量的示例。参考图4，输入信号420的频率为f0。输入信号420被输入到三倍倍频器430，并且倍频器430生成包括频率为3·f0的信号的输出信号404。然而，输出信号404还可以包括除3·f0的预期频率分量之外的其他谐波分量，即，分量f0、2·f0、4·f0和5·f0。

谐波分量是意外信号，需要去除。通常，可以使用输出放大器的滤波特性或通过使用无源滤波器来去除谐波分量。然而，滤波方案可能不容易去除与预期信号(例如，图4的分量3·f0)相邻的谐波分量(例如，图4的分量2·f0和4·f0)。另外，由于不容易同时实现滤波特性和宽带特性，因此实现宽带倍频器的难度会增加。换句话说，如果滤波器或放大器被设计在窄带中以去除相邻的谐波分量，则可能难以扩展倍频器的工作频率范围。

因此，本公开提出了用于去除相邻谐波分量的各个实施例。在图5中示出了根据各个实施例的振荡器的结构。图5示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的配置。图5可以被理解为振荡器220的配置示例。图5中使用的组件的名称是为了理解，并且其名称不限制本发明的范围。

参考图5，振荡器包括基础振荡信号生成单元510、差分转换单元520、倍频单元530、相邻谐波分量抑制单元540和非相邻谐波分量抑制单元550。

基础振荡信号生成单元510生成基础振荡信号。基础振荡信号是频率倍频之前的振荡信号，并且具有比rf电路所需的振荡信号更低的频率。基础振荡信号生成单元510可以用pll来实现。

差分转换单元520将基础振荡信号转换为差分信号。换句话说，差分转换单元520生成与输入信号的相位相差180°的另一信号，并且输出输入信号和该另一信号。例如，差分转换单元520可以用至少一个电感器来实现。然而，根据另一实施例，如果基础振荡信号以差分信号的形式生成，则可以省略差分转换单元520。

倍频单元530对构成差分信号的每个信号进行倍频。换句话说，倍频单元530从构成差分信号的每个信号生成更高频率的信号。例如，倍频单元530可以用至少一个二极管或至少一个晶体管来实现。

相邻谐波分量抑制单元540抑制与预期频率分量相邻的谐波分量。为此，相邻谐波分量抑制单元540可以在构成差分信号的信号之间执行线性运算(例如，加法、减法等)。此时，线性运算的细节可以根据预期频率分量的频率与基础振荡信号的频率之间的关系而变化。例如，可以用至少一个电感器来实现相邻谐波分量抑制单元540。

非相邻谐波分量抑制单元550抑制与预期频率分量不相邻的谐波分量。为此，非相邻谐波分量抑制单元550可以执行滤波操作。例如，非相邻谐波分量抑制单元550可以使用带通滤波器或具有滤波特性的放大器来实现。

如参考图5所述的，根据各个实施例的发射器可以利用差分信号的特性来有效地抑制相邻谐波分量。下面通过参考图6至图9来描述图5中所示的每个组件的具体实施例。

图6示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的差分转换单元的实施示例。参考图6，可以使用两个电感器622和624来实现差分转换单元520。如果频率为f0的输入信号610通过第一电感器622，则差分信号形式的输出信号620-1和620-2通过第二电感器624被输出到两个输出端子。

图7示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的倍频单元的实施示例。参考图7，可以用二极管732或晶体管734来实现倍频单元530。如果输入了差分信号形式的输入信号710-1和720-2，则分别输出与输入信号710-1和720-2相对应的倍频后的信号720-1和720-2。即，生成分别包括输入信号710-1和720-2的谐波分量的输出信号720-1和720-2。此时，从相位为0°的第一输入信号710-1生成的第一输出信号720-1的分量都具有正(+)相。然而，从相位为180°的第二输入信号710-2生成的第二输出信号720-2的一些分量具有正(+)相，其余的具有正(+)相。具体地，在第二输出信号720-2的分量中，奇数分量具有基于以下<式1>的负(-)相，而偶数分量具有基于以下<式2>的正(+)相。

<式1>

(2n+1)×f0＜180°＝(2n+1)·f0∠(360n+180°)

＝(2n+1)·f0∠(360n+180°)

＝(2n+1)·f0∠180°

＝-(2n+1)·f0∠0°

<式2>

(2n)×f0∠180^°＝(2n)·f0∠(360n°)

＝(2n)·f0∠(360n°)

＝(2n)·f0＜0°

在<式1>和<式2>中，f0表示基础振荡信号的频率。

图8a和图8b示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的相邻谐波分量抑制单元的实施示例。参考图8a和图8b，可以用至少一个电感器842、844或846来实现相邻谐波分量抑制单元540。图8a是在预期倍频值是奇数的情况下的相邻谐波分量抑制单元540的实施示例，而图8b是在预期倍频值是偶数的情况下的相邻谐波分量抑制单元540的实施示例。

参考图8a，可以使用第一电感器842和第二电感器844来实现相邻谐波分量抑制单元540。如果倍频后的差分信号的输入信号810-1和820-2沿不同方向通过第一电感器842，则第二电感器844通过在输入信号810-1和820-2之间进行减法来生成输出信号820-1。因此，消除了偶数谐波分量。即，输出信号820-1不包括偶数谐波分量，而仅包括奇数谐波分量。

参考图8b，相邻谐波分量抑制单元540可以用电感器846实现。如果将倍频后的差分信号的输入信号810-1和820-2输入到电感器846的同一端，则输出信号820-2通过将输入信号810-1和820-2相加来生成。因此，消除了奇数谐波分量。即，输出信号820-2不包括奇数谐波分量，而仅包括偶数谐波分量。

图9示出了根据本公开的各个实施例的无线通信系统中的振荡器的非相邻谐波分量抑制单元的实现。图9示出了预期倍频值为3的情况。参考图9，非相邻谐波分量抑制单元550可以使用滤波器952或放大器954实现。如果包括奇数谐波分量的输入信号910通过滤波器952或放大器954，则分量3·f0为通过，并且其余的不相邻分量f0和5·f0的大小被减小。因此，可以获得主分量3·f0的输出信号920。

根据上述各个实施例，可以配置根据倍频方法的高频振荡器。可以选择性地组合根据如上所述的各个实施例的实施方式，并且现在图10a和图10b中描述两个组合的示例。

图10a和图10b示出了根据各个实施例的无线通信系统中的振荡器的实施示例。图10a示出了在预期倍频值是奇数的情况下使用放大器的滤波特性去除了非相邻谐波分量的示例，而图10a示出了在预期倍频值是偶数的情况下使用放大器的滤波特性去除了非相邻谐波分量的示例。

参考图10a，差分转换单元1020可以使用两个电感器实现，倍频单元1030可以使用两个晶体管实现，相邻谐波分量抑制单元1040-1可以使用用于减法运算的两个电感器来实现，并且非相邻谐波分量抑制单元1050可以用放大器来实现。参考图10b，差分转换单元1020可以使用两个电感器来实现，倍频单元1030可以使用两个晶体管来实现，相邻谐波分量抑制单元1040-2可以使用用于加法运算的一个电感器来实现，并且非相邻谐波分量抑制单元1050可以用放大器来实现。

图11示出了根据各个实施例的无线通信系统中的发射器的流程图。图11示出了包括振荡器220的发射器的操作方法。从不同角度，图11可以被理解为振荡器220的操作方法。

参考图11，在步骤1101中，发射器生成差分信号形式的振荡信号。例如，发射器可以使用pll生成振荡信号，并将该振荡信号转换为差分信号。但是，如果由pll生成的振荡信号具有差分信号的形式，则可以省略将单个信号转换为差分信号的操作。因此，可以生成具有180°的相位差的第一信号和第二信号。

在步骤1103中，发射器对构成差分信号的第一信号和第二信号进行倍频。即，通过对第一信号和第二信号进行倍频，发射器生成包括第一信号的谐波分量的第一信号集和包括第二信号的谐波分量的第二信号集。如此，第一信号集的所有分量都可以具有正(+)相，第二信号集的一些分量可以具有正(+)相，其余分量可以具有负(-)相。

在步骤1105中，发射器生成信号，在该信号中利用倍频后的信号抑制了与预期频率分量相邻的至少一个谐波分量。具体地，发射器对倍频后的信号进行线性地运算。根据各个实施例，发射器对第一信号和第二信号执行加法运算或减法运算，并且因此抑制和预期倍频值相对应的分量相邻的至少一个谐波分量。此时，可以对第一信号或第二信号施加适当的权重。例如，如果预期倍频值是奇数，则发射器可以执行减法运算。作为另一示例，如果预期倍频值是偶数，则发射器可以执行加法运算。

接下来，尽管未在图11中示出，发射器可以抑制至少一个非相邻谐波分量。为此，发射器可以使用放大器的滤波特性，或者可以使用单独的带通滤波器。预期频率的振荡信号被提供给rf电路，并且可以用于发射信号的频率转换。

根据如上所述的各个实施例，可以有效地抑制在使用倍频器时难以去除的相邻谐波分量。在本文中，抑制不仅包括去除值，而且还包括将其减小到小于特定阈值的大小。尽管未将输出滤波器或放大器设计在窄带中以获得良好的滤波特性，但是根据各个实施例的振荡技术有助于扩大倍频器的工作频率范围。因此，抑制了由于倍频器引起的不必要的谐波分量，从而可以大大减轻设计整个系统的负担。

根据本公开的权利要求或说明书中描述的实施例的方法可以以软件、硬件或硬件和软件的组合来实现。

对于软件，可以提供存储一个或更多个程序(软件模块)的计算机可读存储介质。可以将存储在计算机可读存储介质中的一个或更多个程序配置为由电子设备的一个或更多个处理器执行。一个或更多个程序可以包括用于控制电子设备执行根据本公开的权利要求或说明书中描述的实施例的方法的指令。

此种程序(软件模块、软件)可以存储到随机存取存储器、非易失性存储器(包括闪存)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程rom(eeprom)、磁光盘存储设备、光盘(cd)-rom、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储设备以及磁带盒。替代地，它可以被存储到组合了这些记录介质的一部分或全部的存储器中。可以包括多个存储器。

而且，程序可以存储在可通过通信网络(例如，因特网、内联网、局域网(lan)、广域网(wlan)或存储区域网络(san)或者通过组合这些网络的通信网络)访问的可连接存储设备中。此存储设备可以通过外部端口访问执行本公开的实施例的设备。另外，通信网络上的单独的存储设备可以访问执行本公开的实施例的设备。

在本公开的特定实施例中，以单数形式或复数形式表示本公开中包括的要素。然而，为了方便说明，根据提出的情况适当地选择单数或复数表述，本公开不限于单个要素或多个要素，以复数形式表示的要素可以被配置为单个要素，并且可以将以单数形式表示的要素配置为多个要素。

同时，尽管已经在本公开的说明中描述了特定实施例，但是应当注意，可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种改变。因此，本公开的范围不由所描述的实施例限制和限定，并且不仅由如下的权利要求的范围限定，而且还由其等同形式来限定。