专利名称：全双工多模无线收发机的制作方法
技术领域：
本发明涉及多模无线收发机中信号的同时发射和接收。本发明尤其涉及接收处于同时发射的宽带信号频段内的窄带信号。在某种操作条件下所接收的窄带信号频谱位于该发射信号的频谱内。
背景技术：
无线通信中众所周知的问题是接收机从已经耦合到接收机中的附近的发射机接收强发射信号。通常的安排是在频率或时间上把发射和接收信号分开。然而对于双模无线收发机因为要求同时接收和发射所以不可能安排这样的分隔。
为了取得双模无线收发机中的同时接收和发射，耦合到接收机中的发射信号必须被抵消。这个只有在信道带宽不同的情况下才可以完成。抵消的要求是严格的而且很可能只对强接收信号起作用。这是因为耦合到接收机天线中的发射信号的幅度、相位和延迟将比窄带信号接收信号的高得多而且不断变化。该抵消机制必须不断估算并抵消这个变化着的干扰信号，必须在随两个系统的频移而变的宽带宽上工作。
美国专利6,115,368的说明书公开了一种CDMA扩频通信系统，用来将多个用户中两两之间的数据和/或数字化语音传送给多个个人通信网络(PCN)单元。为了使CDMA系统能够工作在同一个被现有微波系统所覆盖的地理区域，现有的微波系统工作在位于CDMA系统带宽内的窄带信道上，PCN基站的发射机部分具有可调的陷波滤波器，它在从基站发射出来的功率谱上插入一个或多个陷波。陷波滤波器有其中心频率及带宽集合，以便对在固定业务、微波信道上无论什么期望频率及带宽上的PCN发射机发出的功率谱都进行陷波。如果用横跨该基站地理区域发射的各个固定业务微波用户的频率及带宽信道给该基站编程，则它可以发送命令信号给PCN单元指示哪部分频谱用可调的陷波滤波器陷出去了。在一个替换的或附加的实施例中基站和/或PCN单元具有传感器，检测一个或多个固定业务、微波信道的微波功率或能量。该传感器确定固定业务微波信道的中心频率及带宽，然后该控制器调整可调的陷波滤波器以将扩频处理后在这些频率及带宽上的数据陷波出去。这个所提到的系统使用可调的陷波滤波器来防止固定业务微波系统受CDMA系统干扰。然而没有考虑到防止为基站设计的窄带发射被基站同时进行的宽带发射所干扰。
同时发射和接收的问题很可能发生于按照例如IEEE 802.11b标准和蓝牙(BluetoothTM)工作的多模无线收发机，这两种标准都工作在ISM(工业、科学和医疗)频段上。蓝牙发射信号是位于IEEE 802.11b系统频段内的跳频后的窄带发射信号。
发明内容
该发明的一个目的是当使用多模无线收发机同时接收和发射信号时保护接收信号。
按照本发明的一个方面提供一种操作多模无线收发机的方法，包括同时发射具有较宽输出频谱的信号和接收具有比该输出频谱更窄但位于发射信号频段内的频谱的信号，将至少一个陷波引入发射信号的输出频谱以增强接收信号的接收以及根据该无线收发机至少一个工作特性修改该陷波的至少一个参数。
按照本发明的第二方面提供一种多模无线收发机，包括接收机，用来接收具有较窄频谱的信号，包括发射机，用来发射具有比接收频谱更宽的输出频谱的信号，该窄频谱和该输出频谱位于同一频段内，包括一个装置，用来将至少一个陷波引入到发射信号的输出频谱中以增强对接收信号的接收，并且包括修改装置，用来根据该无线收发机的至少一个工作特性修改至少一个陷波的至少一个参数。
借助本发明，同一个无线收发机保护窄带接收信号同时发射宽带信号，由于陷波存在该宽带信号的恶化减小了。可以动态改变该陷波的大小以适应窄带信号的频率及带宽，由此使发射信号的损失等级得以优化。陷波深度和带宽可以作为接收和发射信号强度、接收和发射信号相对频移和由该陷波引起的发射信号质量恶化的可容忍程度的一个函数来修改。进一步来说，多模无线收发机使用例如发射信号的中心频率和/或该发射信号在接收信号中心频率上的重叠部分使接收信号中的自适应抵消得以完成。
现在将参照附图通过实例的方式描述本发明，图中图1是简化了的可配置双模无线收发机的方框示意图，图2是发射信号的频谱图，图3是接收信号的频谱图，图4与本发明实施过程有关的流程图，图5是一个图形，图示说明一个发射信号频谱没有进行陷波的被耦合部分和一个不重叠的接收信号频谱的实例，图6是图示说明发射信号频谱中心上一个抵消信号的图形，图7是一个图形，图示说明使用图6所示的抵消信号对图5所示的信号谱的影响，图8是一个图形，图示说明发射信号频谱中的陷波和信号抵消对图5所示的信号谱的影响，图9是一个图形，示出IEEE 802.11b标准的发射误差向量大小(EVM)作为一个陷波带宽及深度和离开发射机频谱中心的偏移的函数进行仿真的结果，以及图10为方便接收符合蓝牙标准的信号在按照IEEE 802.11b标准所发射的信号的发射频谱中放一个陷波的仿真结果。
这些图中相同的参考数字用来表示对应的特征。
具体实施例方式
参照图1到3，图示说明的可配置的多模无线收发机是一个IEEE802.11b和蓝牙双模无线收发机。然而为了使本发明理解起来更容易，只示出了蓝牙接收机和IEEE 802.11b发射机，但要理解的是互补的蓝牙发射机和IEEE 802.11b接收机也可以作为该无线收发机的部件。两个工作标准都使用ISM频段，但IEEE 802.11b要求宽段频谱10(图2)而BluetoothTM具有位于频谱10内的窄段频谱12(图3)并且是跳频的。该无线收发机包括发射分支Tx和接收分支Rx。
该发射分支Tx包括输入端14，以供要按IEEE 802.11b标准发射的比特使用。输入端14被耦合到调制器16上，该调制器有一个耦合到快速傅立叶变换(FFT)滤波器18上的输出端。逆FFT(FFT-1)滤波器20被耦合到FFT18一个输出端上。低通滤波器22被耦合到FFT-118的一个输出端上。来自低通滤波器22的信号在混频器24中进行频率上转换，混频器24还被耦合到由方框26表示的频率合成器上。发射机天线28被耦合到混频器24的一个输出端上。
接收分支Rx包括天线30，该天线经由频率抵消电路32被耦合，频率抵消电路32上连接着自适应频率抵消级34。电路32的一个输出端经由低噪声放大器(LNA)36被耦合到另一个混频器38上，在其中使用从频率合成框26得到的本地振荡信号对所接收的信号进行频率下转换。低通滤波器40选择想要的混频产物并经由信号监测级42供给解调器级44。解调器级44供所接收的比特使用的输出端被耦合到输出端子46上。控制器48控制无线收发机的工作。该控制器具有耦合到自适应抵消级36、监测级42和滤波器修改级50上的端口。该滤波器修改级50控制滤波器衰减级19。
天线28和30将被分开合适的距离并被正交极化，以便它们之间有最小耦合。耦合保持低于某个预定水平以确保LNA36不被发射信号饱和由此不允许任何其他方案用来抵消接收频率上的发射信号。在替换的、未图示说明的安排中发射和接收天线可能被实施成有分开的连接点的接线天线以获得不重叠的辐射图。
无线收发机能够同时发射按照IEEE 802.11b标准的宽频段信号和接收符合蓝牙标准的窄频段信号，或者相反，使用未图示说明的上面提过的蓝牙发射机和IEEE 802.11b接收机。然而，认识到在同一频段上同时发射和接收的问题是发射信号的一部分52被耦合回接收机Rx中并干扰接收信号，特别是如果接收信号落入发射信号的频谱内。该干扰信号在幅度、相位和延迟上将不断变化。
为了克服这个问题按照本发明所述的无线收发机在发射信号频谱中插入一个有恰当深度和带宽的自适应陷波54(图2)，该陷波的位置与窄带接收信号12的频段对应。控制器48根据由检测级42所确定的发射和接收信号特性来决定自适应陷波54的深度和带宽。这些特性包括一个或多个如下功能(a)接收和发射信号强度、(b)接收和发射信号的相对频移、以及(c)由该陷波引起的发射信号质量恶化的可容忍程度(深陷波将使例如IEEE 802.11b中的误差向量大小(EVM)恶化)。修改该陷波以考虑接收和发射信号既在频率又在时间上重叠的时刻，即使其中一个系统是跳频的。该陷波的深度直接减小被窄带接收机接收的宽带发射信号的共信道干扰。
在图1所示本发明的实施例中，在陷波54中要发射信号的幅度在与窄带信号对应的频段上减小，这种陷波可能通过衰减该信号FFT中一个或多个抽头的数值来实施。这通过控制器48确定应当衰减的抽头并相应地向滤波器修改级50发指令来完成。滤波器修改级50控制对所选择的滤波器抽头进行操作的滤波器衰减级19。这样作的好处是使陷波深度得以被精确控制而且因为容易对它进行实施以用于IEEE802.11。在无线收发机没有图示说明的实施例中，FFT 18和FFT-120可以被替换为有可变的中心频率及带宽的陷波滤波器，该陷波滤波器实施起来可以是有源的模拟装置或数字装置。
图2和3图示说明陷波的深度可以变化，从它被布置在发射频段中心频率附近而且是较大深度的位置54’到从中心频率偏移而且具有较小深度的位置，如陷波54所示。
为了增强按照本发明所述的方法的性能，即具有在所说的发射频率中心上的陷波(图2和3中的陷波54’)和/或在接收频率中心上的陷波(图2和3中的陷波54)，在发射信号中心频率上的抵消或在与发射频率重叠的接收信号中心频率上的抵消可以被实施。例如，将发射陷波放在接收频率中心并在发射信号中心抵消可能使得只有一个天线可以使用。这个增强使用图1中的自适应抵消级34。然而应当指出，发射信号中心上的陷波很可能使发射信号质量恶化34但某些发射标准容许这样的恶化。
参照图4中所示的流程图，方框60表示发射机Tx发射具有陷波的宽带信号。方框62表示该接收机Rx接收窄带信号。方框64表示监测级42监测接收信道(图1)。方框66涉及确定上面提过的特性(a)到(c)中的一个或多个是否应用。在方框68中进行检查以确认陷波是否需要修改。如果答案为是(Y)那么在方框70中作出变更陷波的深度和/或带宽的决定。在方框72中发射频谱中的陷波54按照要求而变更。在方框74中，进行检查以确认具有更改后的陷波的发射频谱是否可以接受，如果为是(Y)，则这部分流程图中的最后一级，方框76是检查接收机频谱是否可以接受，以及如果为是(Y)，该流程图回到方框62的输入。
如果从方框68、74或76中至少一个给出否定答复(N)，则该流程图回到方框66的输入。
方框78、80和84到88分别涉及在接收信号中发射信号中心频率处的抵消，和在接收信号中心频率上的发射信号的抵消。方框78涉及检查发射机中心频率是否就要在接收信号频谱中被抵消而且如果它要被抵消(Y)则方框80涉及从接收频谱中抵消发射中心频率。在这个方框80之后，流程图和来自方框78的否定输出(N)继续进行到方框76。
方框84涉及检查是否在中心接收频率上的发射信号就要被抵消并且如果它要被抵消(Y)则方框86涉及确定中心接收频率。方框88涉及从发射频谱中抵消发射信号在中心接收频率上的那部分。在88这个方框之后，流程图和来自方框84的否定输出(N)继续进行到方框72。
为了完整起见，图5到7图示说明为什么在许多情况下单单在发射信号中心频率上抵消信号不会对想要接收的信号给以期望的保护。
图5图示说明发射信号被反向耦合到天线30(图1)中的部分52和想要接收的信号12的频谱。在这个图示说明中，两个信号谱位于同一频段的不同部分并且接收信号12的幅度比被反向耦合的部分52的幅度少ΔA1，被反向耦合的部分52的幅度可以大得足以使LNA 36饱和，导致两个信号都失真。图6图示说明由自适应频率抵消级34产生的在发射频率中心上的抵消信号CS。图7图示说明频率抵消电路32(图1)的输出，该输出包括发射信号被反向耦合的部分52中未被抵消的部分52’和想要接收的信号12。然而，未被抵消的部分52’的波峰比接收信号12的峰值高出ΔA2，可能导致LNA 36中接收信号的失真。
参照图8，为了保护接收信号12，有足够宽度和深度的陷波N1、N2被引入发射信号，以便未被抵消的部分52’(图7)的波峰被加盖(capped)而且这些加盖后的波峰52”的最大幅度比接收信号12的峰值小ΔA3。所以通过发射频谱和频率抵消中陷波的结合而保护了接收信号12避免使LNA36饱和的风险。
图9是当深度和带宽可变的陷波在离开中心的不同偏移处被引入时，按照IEEE 802.11b标准发射的信号的误差向量大小(EVM)的仿真图表。从这里，有可能选择一个使EVM不会在任何一个特定带宽上大大恶化的陷波。在图9中，加号(+)涉及所要求FFT陷波宽度等于300kHz，叉号(×)涉及要求FFT陷波宽度等于600kHz，而星号(*)涉及所要求FFT陷波宽度等于900kHz。
在该图表中，90所参引的线条涉及IEEE 802.11b EVM规定0.35，92、93、94所参引的线条分别涉及陷波300kHz、600kHz和900kHz的-9dB衰减，线条96、97、98涉及各个陷波的-6dB衰减，线条100、101、102涉及各个陷波的-3dB衰减，而且线条104涉及900kHz陷波的0dB衰减。
在下表中示出根据相对IEEE 802.11b频段中心的频移来确定陷波深度的简化算法。作为简化形式，将陷波带宽保持在900kHz，这大约为蓝牙信号的带宽，但要理解的是，按照本发明所述的方法的确计划陷波宽度还有陷波深度随频率偏移的变化而改变。
这些陷波深度值被挑选得使EVM不差于0.3，对蓝牙的规定是0.35。
如果信号强度(RSSI)差为＞20dB(蓝牙＞IEEE 802.11b)，则不使用陷波。进一步明确来说如果信号强度差大于某个小于20dB的数量并且偏移为＞0就不使用陷波。
使用这个简化的算法，性能上的改进(误码率和灵敏度)被仿真成图10所示那样。在图10中，横坐标代表以dBm为单位的蓝牙信号功率，纵坐标代表在有IEEE 802.11b的情况下利用陷波接收BluetoothTM”的误码率。加号(+)代表使用陷波，叉号(×)代表不使用陷波。线条106、107代表2MHz的偏移频率，线条108、109代表4MHz的偏移频率，线条110、111代表6MHz的偏移频率，而且线条112、113代表8MHz的偏移频率。
虽然参考多模特别是双模无线收发机使用IEEE 802.11b和蓝牙系统描述了本发明在同时发射和接收时的使用，本发明可以被用在其他系统结合情况中，其中的一个系统比另一个具有宽得多的带宽而且期望真正同时接收和发射，例如IEEE 802.15.3(Wi-Media)和Zigbee(IEEE 802.15.4)的结合。
在本说明书和权利要求中，在元件前面的词语“一个”不排除多个这样的元件存在的情况。进一步来说，词语“包括”不排除所列出这些以外的其他元件和步骤存在的情况。
读了本公开内容之后，对本领域技术人员来说显然可以进行其它修改。这样的修改牵扯到设计、制造和使用多模无线收发机及其零部件时已知的其他特征，它可以被用来代替或附加到已经在此描述过的特征中。
权利要求中的参考标记仅用于示例而非加以限定。
权利要求
1.一种操作多模无线收发机(Tx，Rx)的方法，包括同时发射具有较宽输出频谱的信号和接收具有比该输出频谱更窄但位于发射信号频段内的频谱的信号，将至少一个陷波引入到发射信号的输出频谱中以增强对接收信号的接收并且根据该无线收发机至少一个操作特性修改该陷波的至少一个参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个特性是发射和接收信号强度的函数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个特性是由该陷波引起的发射信号质量恶化的可容忍程度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于至少一个特性是发射和接收信号相对频移的函数。
5.如权利要求1到4中任何一个所述的方法，其特征在于至少一个陷波在接收信号中心上。
6.如权利要求1到4中任何一个所述的方法，其特征在于至少一个陷波在有最大功率的发射频谱点上。
7.如权利要求1到5中任何一个所述的方法，其特征在于至少一个陷波跟踪接收信号的跳频。
8.如权利要求1到7中任何一个所述的方法，其特征在于陷波的深度在发射机频谱边缘比在发射机频谱中心更大。
9.如权利要求1到8中任何一个所述的方法，其特征在于将发射信号的中心频率从重叠的接收信号中抵消。
10.如权利要求1到8中任何一个所述的方法，其特征在于抵消在接收信号中心频率上的发射信号。
11.如权利要求1到10中任何一个所述的方法，其特征在于至少一个陷波是通过选择性地衰减要发射的信号的一部分带宽而创建的。
12.一种多模无线收发机(Tx，Rx)，包括接收机(Rx)，用来接收具有较窄频谱的信号，包括发射机(Tx)，用来发射具有比接收频谱更宽的输出频谱的信号，该窄频谱和该输出频谱位于同一频段内，包括装置(19)，用来将至少一个陷波引入到发射信号的输出频谱中以增强对接收信号的接收，并且包括修改装置(50)，用来根据该无线收发机至少一个操作特性修改至少一个陷波的至少一个参数。
13.如权利要求12所述的无线收发机，其特征在于修改装置(50)根据一个发射和接收信号强度的函数来修改该陷波。
14.如权利要求12所述的无线收发机，其特征在于修改装置(50)根据由该陷波引起的发射信号质量恶化的可容忍程度来修改该陷波。
15.如权利要求12所述的无线收发机，其特征在于修改装置(50)根据一个发射和接收信号相对频移的函数来修改该陷波。
16.如权利要求12到15中任何一个所述的无线收发机，其特征在于所述用来引入至少一个陷波的装置(19)适于用来将至少一个陷波放置在接收信号中心上。
17.如权利要求12到15中任何一个所述的无线收发机，其特征在于所述用来引入至少一个陷波的装置(19)适于用来将至少一个陷波放置在有最大功率的发射频谱点上。
18.如权利要求12或16所述的无线收发机，其特征在于控制装置(48)用来促使至少一个陷波跟踪接收信号的跳频。
19.如权利要求12到18中任何一个所述的无线收发机，其特征在于修改装置(19)促使陷波的深度在发射机频谱边缘比在发射机频谱中心更大。
20.如权利要求12到19中任何一个所述的无线收发机，其特征在于抵消装置(32)用来将发射信号的中心频率从重叠的接收信号中抵消。
21.如权利要求12到19中任何一个所述的无线收发机，其特征在于抵消装置(32)用来抵消在接收信号中心频率上的发射信号。
22.如权利要求10到17中任何一个所述的无线收发机，其特征在于数字滤波装置(18、19、20)具有多个抽头而且装置(19)用来选择性地衰减多个抽头中的至少一个以在要发射信号的一部分带宽中创建至少一个陷波。
全文摘要
一种操作多模无线收发机的方法，包括同时发射(Tx)具有较宽输出频谱的信号和接收(Rx)具有比输出频谱更窄但位于同一频段内的频谱的信号。在与接收信号对应位置上，陷波被滤波器(18，19，20)引入到发射信号的输出频谱中，根据该无线收发机至少一个操作特性来修改该陷波。该陷波深度和宽度可以是接收和发射信号强度、接收和发射信号的相对频移以及由该陷波引起的发射信号质量恶化的可容忍程度的函数。进一步来说，使用例如发射频谱的中心或者发射频谱在接收信号频谱中心频率上的部分，自适应抵消(34)可以在多模无线收发机中完成。
文档编号H04B1/713GK1781259SQ200480011628
公开日2006年5月31日 申请日期2004年4月20日 优先权日2003年5月1日
发明者A·W·帕内, R·J·卡德维尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司