具有可变带宽以便最小化防护频带的耙式接收器的制作方法

专利名称：具有可变带宽以便最小化防护频带的耙式接收器的制作方法
技术领域：
本技术领域涉及无线电通信。所描述的技术涉及无线电接
收装置。
背景技术：
由于带宽是有限的资源，因此总是需要更灵活有效地使用 通信带宽，并且对于无线电通信尤其是这样。在传统上，按分配给运 营商和用户的固定频带来分配带宽。近来的通信系统已经引入了可变 带宽发射器和接收器，使得可根据需要按量分配带宽。为了适应这种 可变带宽灵活性，接收器必须能够接收大频带上的信号。但是存在宽带接收的问题。 一个问题是所谓的阻塞信号。 阻塞信号是接收了比较高幅度的信号，它们使接收器中的一个或多个 组件饱和、失灵或者以非期望方式工作。例如，阻塞信号可使接收器 链中的一个或多个放大器或者数字通信接收器的模数转换器饱和。阻 塞信号可仅具有窄频带，然而，其高幅度可使宽带接收器的整个操作 饱和和过功率。带宽可改变的频率越宽，就越有可能接收到阻塞信号 并且使接收器过载。宽带接收的另一个问题涉及接收器中通常使用的初始频 带限制滤波器。带通滤波器使某个范围之内的频率通过，但抑制(衰减) 那个范围之外的频率。实际上，没有带通滤波器是理想的，因此没有 完全衰减期望频率范围之外的所有频率。具体来说，就在预期通带之 外存在频率^^皮衰减但没有^^充分抑制的区域。这称作滤波器滚降，并 且通常以每频率倍频程的衰减分贝(dB)表示。滤波器设计设法使滚降 尽可能P走一有时称作具有高Q或品质因数的滤波器一因而使滤波器表现为尽可能接近其设计。但是，当滚降变窄时，通带不再平坦了，并 且开始"波动"。滤波器滚降越陡，滤波器越多选择性。随着通带宽度的增加，4吏陡的滤波器滚降变得越来越难以
实现。结果是，与较窄带宽带通滤波器相比，越宽带宽带通滤波器使
用已分配带宽的百分比越低。例如，1 MHz带通比相同数量极点的5 MHz带通滤波器具有更陡的滤波器滚降"边缘"。图1A和图1B示出了 这种现象。图1A中的1 MHz带通滤波器使5 MHz滤波器的五分之一 通过。1 MHz滤波器中通带任一侧的滚降边缘大约为0.12 MHz。在这 些滤波器边缘频带不能可靠地4秦收信息，因此1 MHz带宽的0.24 MHz 不能使用并且^皮浪费了 。图IB中的5 MHz带通滤波器仅使3.84 MHz 通过。通带任一侧的滚降边缘为0.58 MHz。因此，带宽的1.16 MHz 不能使用，并且与lMHz滤波器相比，浪费了大约五倍的此类带宽。
但是组合多个窄带通滤波器以接近更宽带通也有问题。即 使使用更陡的滤波器边缘，也仍然存在明显的不可用带宽。这是因为 正常情况下必须在相邻频带之间提供充分的防护频带，以防止它们相 互千扰。与滤波器滚降边缘的带宽相比，防护频带通常是相同或更大 的带宽。图2示出两个相邻5MHz频带。既不允许滤波器通带重叠， 也不允许滤波器边缘重叠。因此，两个范围之间的防护频带是滤波器 边缘一侧带宽的两倍即1.16MHz。更糟糕的是，通信规范通常还要求 从最接近阻塞信号到通带中心频率保持甚至比防护频带更大的距离偏 移。在图2中，示例阻塞信号偏移示为2.9 MHz。由于所有这些各种 限制，图2这个实例中，10MHz中实际上只有7.68MHz可用于通信。

发明内容
可变带宽接收器更有效地使用所分配带宽，并降低阻塞信 号会不利地影响一个或多个接收器組件的可能性。接收器包括用于接 收第一带宽信号的多个接收器分支。每个接收器分支具有用于使对应 于小于第一带宽的第二带宽的频带中的信号通过的滤波器以及用于将基带信号转换成数字信号的模数转换器。控制器以数字方式从接收器 分支中的两个或更多分支选择和组合数字信号，以便产生具有基本上 比第 一带宽更宽的带宽的接收信号。由于在才莫数转换之后在数字域进 行组合，所以控制器可以数字方式组合来自具有相邻对应频带而没有 分隔它们的正常防护频带的接收器分支中两个或更多分支的数字信 号。在组合信号之前，可从数字信号中有效地去除相邻窄带滤波器之 间的滤波器滚降边缘。通过以数字方式选择要使用的接收分支，控制器还可避免 选择在其对应频带中具有阻塞信号的接收分支。或者，如果阻塞信号
出现在所选滤波器分支之一的通带中，则控制器可调整那个接收器分 支的自动增益控制，以便明显地衰减那个阻塞信号，从而使阻塞信号 对相邻接收分支的影响最小。在一个示例实现中，使用正交频分复用(OFDM)来发射信 号，其中这样一种实例中的接收器为OFDM接收器。控制器对于来自 接收器分支的所选分支的数字信号执行快速傅立叶变换处理，以便生 成多个子带信号。那些子带信号中的某些信号净支选取，然后被组合， 以便生成宽带宽接收信号。


图1A示出lMHz滤波器的通带；
图1B示出5MHz滤波器的通带；
图2示出由防护频带分隔的相邻5MHz滤波器的通带；
图3是示出具有宽带带通滤波器的非限制性示例接收器的 简图；图4A示出宽带带通滤波器的通带中的阻塞信号；
图4B示出相邻窄带带通滤波器之一通带附近的阻塞信号；
图5是示出具有多个接收分支的非限制性示例接收器的功 能框图，其中在数字域组合其车lr出，以便生成宽带接收信号；
图6示出在模拟域组合相邻窄带滤波信号的问题和低效；图7示出在数字域组合相邻窄带滤波信号的优点和效率；图8是示出可用于使用具有数字域组合的多个接收器分支 来实现可变带宽滤波器的非限制性示例过程的流程图；图9是使用具有数字域组合的多个接收器分支的可变带宽 滤波器的另 一个非限制性示例实施例的功能框图；图10是使用具有数字域组合的多个^^收器分支的可变带 宽滤波器的另 一个非限制性示例实施例的功能框图；图11是使用具有数字域组合的零差型接收器的多个接收 器分支的可变带宽滤波器的一个非限制性示例实施例的功能框图；及图12是使用具有数字域组合的多个OFDM接收器分支的 可变带宽滤波器的 一个非限制性示例实施例的功能框图。
具体实施例方式为了说明而不是限制的目的，以下描述阐述了具体细节， 例如特定实施例、过程、技术等。但是，本领域的技术人员会理解， 可采用与这些具体细节不同的其它实施例。例如，虽然采用对不同无 线电接收器实施例的非限制性示例应用来便于进行以下描述，但是本 技术可用于任何类型的无线电接收器。在一些情况下，省略了对众所 周知的方法、接口、电路和装置的详细描述，以免不必要的细节影响 对描述的理解。此外，在一些附图中示出了各个块。本领域的技术人 员会理解，那些块的功能可使用各个硬件电路、结合适当编程的数字 微处理器或通用计算机使用软件程序和数据、使用专用集成电路(ASIC) 和/或^f吏用 一个或多个数字信号处理器(DSP)来实现。图3示出具有宽带带通滤波器的非限制性示例接收器10 的功能框图。天线12接收无线电信号，该信号在射频(RF)混频器16 中被下变频到中频(IF)之前，在放大器14中^i文大。然后，在"X"MHz 宽带带通滤波器18中对中频信号进行滤波。宽带滤波器18的频带"X"通常设置用于某个带宽。滤波信号在IF混频器22中被下变频到基带 之前，在放大器20中被^:大器。然后，在抗混叠滤波器24中对基带 信号进行滤波。在模数(A/D)转换器26中将滤波器24的输出转换为数 字格式，以便在数字域进行进一步处理。在背景技术部分概述的使用单个宽带滤波器的问题之一 在于，渐进的滚降边缘可使阻塞信号通过，该阻塞信号可使接收器链 组件中的一个或多个饱和/过载。图4A是示出宽带(WB)滤波器的带通 滤波器轮廓的一个实例。在滤波器通带的一侧，阻塞信号(示为垂直粗 箭头)超过接收器饱和/过载极限。例如，在超过这个接收器极限的通带 中接收到阻塞信号时，图3所示的接收器10的转换器26可完全饱和。 因此，只要阻塞信号存在，才莫数转换器的输出就是不可靠的。如背景技术部分所述的，改善阻塞信号的问题的一种方式 是级联多个相邻窄带滤波器，它们合在一起时提供与图4A所示的宽 带带通滤波器实质上相同的通带。滤波器滚降"边缘"的斜率充分陡， 使得它没有使高幅度阻塞信号通过。因此，接收器10未饱和/过载。 但是，级联多个窄带带通滤波器的问题是，在分隔相邻通带的防护频 带上以及在距窄带任务频带中心和阻塞信号所需的最小距离上浪费了 大量带宽。那种浪费的带宽不能用于传送数据，因而降低了通信系统 的效率和容量。考虑图4B中的实例，其中合相邻窄带通滤波器 Xl+X2+X3+X4产生X的更宽带宽通带。但是，必须存在分隔XI和 X2的防护频带、分隔X2和X3的防护频带以及分隔X3和X4的防护 频带，以便补偿每个滤波器的滚降边缘。本发明人发现了一种方式，其中具有相邻频带的多个窄带 带通滤波器可用于并行接收分支，以便使期望宽带信号通过，同时仍 避免与典型的单个宽带带通滤波器关联的阻塞信号的问题以及与使用 多个窄带相邻频率带通滤波器关联的低效和浪费带宽。在这方面，参
照图5所示的非限制性示例接收器30。天线32耦合到多个接收器分 支34A.,.34N。每个接收器分支34包括窄带滤波器，并且接收器30中的窄带(NB)滤波器具有相邻频带。控制器38选择多个接收器分支 34的输出。在组合电路36中在数字域有效地组合所选接收器分支输 出，以便提供接收的宽带信号，而没有在分隔相邻窄带滤波器的防护 频带上浪费带宽。如图4B所示，使用各具有窄带滤波器的多个分支的一个 优点是滤波器边缘的斜率非常陡，这使频率上接近通带的非期望阻塞 信号以高幅度电平通过带通滤波器之一。使用多个窄带滤波器的另一 个好处在于，控制器38可以只选择在窄带滤波器的对应通带中窄带滤 波器当前没有阻塞的那些接收器分支。在图4B的实例中，如果在第二 通带中存在阻塞信号，那么在确定在第二接收分支的窄带滤波器的通 带中不再存在阻塞信号的情况下，控制器38可以仅选择第一、第三和 第四接收分支。或者，控制器38可调整第二接收器分支中的自动增益 控制器(AGC)，以便衰减其通带中的信号一包括阻塞信号一因而充分 地减小或避免来自阻塞信号的不利影响。当阻塞信号不再存在时，控 制器38可指示第二接收器分支中的AGC将增益恢复到较高值。图5所示的多个分支4妄收器30的又一个优点是在数字域组 合接收器分支信号。图6示出图4B所示的四个相邻窄带带通滤波器的 总的宽带宽X，每个相邻窄带带通滤波器具有其对应的通带，标记为 XI、 X2、 X3和X4，即X=X1+X2+X3+X4。如果在模拟域组合这四个 带通信号而没有插入防护频带，则它们的滤波器滚降边缘将重叠，如 图6的交叉阴影区域所示的。逸种重叠引起相当大的信号失真。但是，因为图5中的多个分支接收器在才莫数转换之后，在 数字域组合每个接收器分支的每一个窄带滤波器输出，所以避免了这 种障碍。在这方面，消除了图6所示的滤波器滚降重叠失真，这是相 邻滤波器通带之间的防护频带的需要。图7以图形形式示出了这些益 处。四个接收分支的每一个相邻窄带滤波器的带通波形在各行上示为 梯形。将每个梯形分为具有对4秦三角形的中心矩形。这些三角形表示 在窄带滤波器通带的任一侧上适应滤波器滚降边缘通常所需的防护频带。由于在数字域合滤波器输出，所以插入防护频带是不必要的。数
字处理电路36只提取滤波器输出矩形部分的通带信号。只有第一接收 器分支的窄带滤波器的最低频率以及最后一个"l妄收器分支的窄带滤波 器的最高频率上的外侧防护频带才是避免干扰分配给其它运营商、用 户等的其它频带所必需的。与图6中的情况相比，从图7所示的最大 可得到带宽获得了更大的可用带宽。更大的带宽意味着更大的呼叫容 量、吞吐量、速度和服务。图8是示出可用于使用具有数字域组合的多个接收器分支 来实现可变带宽滤波器的非限制性示例过程的流程图。在步骤1确定 可得到频率带宽X。根据该可得到频率带宽X，在步骤S2确定具有窄 带带通滤波器的多个接收器分支。每一个较窄带带通滤波器使小于较 宽带宽X的频带通过。当那些带通滤波器净皮组合时，它们累计使基本 上X、即小于第一和最后一个窄带滤波器的外侧防护频带的频带通过。控制器38可检测到在窄带滤波器频带的一个或多个中存 在干扰或阻塞信号。然后，控制器38可选择没有干扰或阻塞信号的那 些接收器分支(步骤S3)。接收器中的控制电路还可设置所选接收器分 支的一个或多个中的增益控制，以便充分衰减阻塞信号，因此它例如 不会使那个接收器分支中的一个或多个组件饱和/过载(步骤S4)。每个 接收器分支包括一莫数转换器，它将每个接收器分支信号转换成数字信 号，并且来自所选接收器分支的数字信号在数字域组合，以便产生接 收宽带信号(步骤S5)。所述的技术可适用于任何类型的接收器。现在结合图9-11 来描述具有多个接收分支的非限制性示例接收器，图中相似的参考标 号表示相似的元件。图9所示的接收器40经由天线42和放大器44向 多个RF混频器46A、 46B、 ...46N传递RF信号。每个混频器对应于 接收器40的接收器分支之一。混频器的输出被下变频为中频信号，该 信号被提供给对应的带通滤波器48A、 4犯、...48N。每个滤波器具有 对应的通带X1、 X2、 ...XN。那些通带优选地彼此相邻。每个滤波器的输出被提供给对应的放大器50A、 50B、 ...50N，并且放大的输出被 提供给对应的自动增益控制器(AGC) 52A、 52B、 ...52N。每个AGC 输出净皮提供给对应的IF混频器54A、 54B、 ...54N。 IF混频器将信号 转换为基带，并且基带信号通过对应抗混叠滤波器56A、 56B、 ...56N, 其去除由混频所引起的非期望混叠。来自每个分支的抗混叠滤波器的 输出被提供给对应的模数转换器58A、 5犯、...58N。提供控制器41 以便选择接收器分支中的多个4妄收器分支，使得来自所选才莫数转换器 的输出被提供给数字域信号组合器60进行组合。图10示出非限制性示例接收器50，它与接收器40相似， 但只使用一个RF混频器46,而不是每个滤波器分支都具有它自己的 RF混频器。这个实施例节省成本，因为仅需要一个RF混频器。与图 9的实例相比，示例接收器50对于除了第一接收器分支外的所有分支， 仅需要一种类型的带通滤波器。图11所示的非限制性示例接收器60与图IO所示的接收器
50相似，但接收信号被分裂并提供给RF混频器46a、 46b.....46n，
以便每个接收器分支将接收信号转换为基带。在每个支路中去除了第 二 IF混频器54和抗混叠滤波器56。再者，成本考虑因素可使图11 所示的简化接收器配置成为合乎需要的配置。虽然这些实例描述了具体组件，但是，每个接收器分支仅 需要具有带通滤波器和用于将基带信号转换成数字信号的模数转换 器。每个分支中的滤波器和才莫数转换器也不需要是独立的组件。而是， 可使用通用电子电路来执行对多个接收器分支的处理。正交频分复用(OFDM)是目前许多通信系统中使用的流行 无线电传输技术。图12示出接收器可从多个接收器分支(图中示出三 个)接收OFDM信号以便在数字域组合的实例。在对应的快速傅立叶 变换(FFT)处理器72A、 72B和72C中接收来自三个接收器分支的每个 的数字数据流。这些快速傅立叶变换处理器生成大量子带，这些子带 然后被馈送到数字子带选择和合计块78。数字子带选择和合计块78选择每个FFT输出的某些子带，但仅将所选边带合在一起，以便获得 例如图7所示的而不是图6所示的无失真合成信号。然后传递该合成 信号以便进行进一 步基带处理。考虑在三个接收器分支之间划分15 MHz的总带宽的非限 制性实例，每个分支具有标称通带为5MHz的窄带带通滤波器。第一 接收器分支被提供给第一快速傅立叶变换器(FFT1)72A，它将数字流转 换为512个子带(SB)或副载波(SC)。每个子带近似为15KHz。对于第 一接收器分支，实际上仅使用5MHz中的4MHz,因为通带的大约1 MHz用于整个15 MHz频带外侧边缘上的两个防护频带。为了简洁起 见，从第一FFT子带中去除这两个防护频带所需的带宽。因此，从由 第一FFT1 72A输出的总共512个子带中，数字子带选择和合计块78 仅选择266个子带。虽然块78可沿512个子带的任何位置选择266个 相连子带，但在一个优选示例实现中，从512个子带的中间而不是从 下端或上端开始选择266个相连子带。另一方面，两个其它接收器分支能够使用所有所分配的5 MHz。因此，对于由以72B和72C表示的FFT2和FFT3的每个所输 出的512个子带，数字子带选择和合计块78选择333个子带。再者， 虽然数字子带选择和合计块78可沿512个子带的任何位置选择333个 相连子带，但在一个优选示例实现中，从512个子带的中间而不是从 下端或上端开始选择333个相连子带。然后，数字子带选择和合计块 78将所有所选子带合在一起，在这个实例中其总共为932 (266+333+333=932)个子带，以便生成14 MHz接收信号(可能的15 MHz通带中的)，其可净皮进一步处理。虽然已经详细示出和描述了本发明的各种实施例，但权利 要求书不限于任何具体实施例或实例。以上描述不应纟支理解为表示任 何具体元件、步骤、范围或功能是必需的而使得它必须包含在权利要 求书范围内。专利主题的范围仅由权利要求书定义。法律保护的范围 由允许的权利要求及其等效方案中所述的词语定义。权利要求并不是 意在援引35 USC §112的第6段，除非使用了词语"用于...的部件"。
权利要求
1.一种接收器(30)，包括用于接收第一带宽信号的多个接收器分支(34a...34n)，所述接收器其特征在于每个接收器分支包括用于使对应于小于第一带宽的第二带宽的频带中的信号通过的滤波器(48a...48n)和用于将基带信号转换成数字信号的模数转换器(58a...58n)，以及控制电路(36)，用于以数字方式组合来自所述多个接收器分支中两个或更多分支的所述数字信号，以便产生具有基本上比第一带宽更宽的带宽的接收信号，其中所述控制电路配置成组合来自具有相邻的对应频带而在所述对应频带的相邻频带之间无需防护频带的所述接收器分支中两个或更多分支的所述数字信号。
2.如权利要求1所述的接收器，其中所述控制电路配置成组合来字信号，以便改进第一带宽之外的非期望信号的阻塞。
3. 如权利要求1所述的接收器，其中所述接收器是可变带宽接收 器，并且其中所述控制电路配置成选择所述接收器分支中的一些来获 得期望的可变带宽。
4. 如权利要求3所述的接收器，其中所述控制电路配置成选择所 述接收器分支中具有没有干扰或阻塞信号的对应频带的一些接收器分 支。
5. 如权利要求3所述的接收器，其中每个接收器分支包括自动增 益控制器(52a... 52n)，并且其中所述控制电路配置成控制所选接收器分 支之一的所述自动增益控制器中的增益设置。
6. 如权利要求3所述的接收器，其中使用正交频分复用(OFDM) 来发射所述信号，并且所述控制电路(70)配置成对所述数字信号执行傅立叶变换处理(72a, 72b和72c)，以便生成多个数字子带信号；选择(74)所述多个数字子带信号中的一些但不是所有；以及 在数字域组合(74)所选数字子带信号，以便产生接收信号。
7. 如权利要求6所述的接收器，其中所述控制电路配置成将所选 数字子带信号选择为在所生成多个数字子带信号中间的相连块，使得 不选择在所生成多个数字子带信号的上端和下端的多个子带。
8. 如权利要求l所述的接收器，其中每个接收器分支包括第一 混频器(46a…46n)，用于对第一带宽信号进行变频，并将第一变频信号 提供给其带通滤波器的输入；自动增益控制器(52a.,.52n)，连接到其带 通滤波器的输出；第二混频器(54a.,.54n)，用于对所述自动增益控制器 的输出进行变频，并将第二变频输出提供给抗混叠滤波器(56a…56n)， 所述抗混叠滤波器的输出连接到其才莫数转换器。
9. 如权利要求1所述的接收器，其中所述接收器包括一个混频器 (46a),所述混频器(46a)用于对第一带宽信号进行变频，并将第一变频 信号提供给每个接收器分支中的所述带通滤波器的输入，其中每个接 收器分支包括自动增益控制器(52a…52n)，连接到其带通滤波器的输 出；第二混频器(54a…54n),用于对所述自动增益控制器的输出进行变 频，并将第二变频输出提供给抗混叠滤波器(56a…56n),所述抗混叠滤 波器的输出连接到其才莫数转换器。
10. 如权利要求1所述的4妄收器，其中每个接收器分支包括第 一混频器(46a…46n)，用于对第一带宽信号进行变频，并将第一变频信 号提供给那个接收器分支中的所述带通滤波器的输入；以及自动增益 控制器(52a…52n),连接到所述4妾收器分支带通滤波器的输出，用于将 增益控制输出提供给所述接收器分支才莫数转换器。
11. 一种用于具有多个接收器分支(34a...34n)的接收器(30)中的方 法，其特征在于每个接收器分支接收第一带宽信号；每个"^妄收器分支对第一带宽信号进行滤波，并使对应于小于第一带宽的第二带宽的频带中的信号通过；每个接收器分支将所通过信号才莫数转换成数字信号，以及 以数字方式组合来自具有相邻的对应频带而在所述对应频带的相 邻频带之间无需防护频带的所迷多个接收器分支中两个或更多分支的 所述数字信号，以产生具有基牟^比第一带宽更宽的带宽的接收信号。
12. 如权利要求11所述的方法，其中组合来自具有相邻的对应频带的所述接收器分支中两个或更多分支的所述数字信号改进了第一带 宽之外的非期望信号的阻塞。
13. 如权利要求ll所述的方法，其中所述接收器是可变带宽接收 器，所述方法还包括选择所述接收器分支中的一些来获得期望的可变带宽。
14. 如权利要求13所述的方法，还包括选择所述接收器分支中具有没有干扰或阻塞信号的对应频带的一 些接收器分支。
15. 如权利要求13所述的方法，其中每个接收器分支包括自动增 益控制器，所述方法还包括控制所选接收器分支之一的所述自动增益控制器中的增益设置。
16. 如权利要求13所述的方法，其中使用正交频分复用(OFDM) 来发射所述信号，所述方法还包括对于来自所述接收器分支中所选分支的所述数字信号执行傅立叶变换处理，以便生成多个数字子带信号；选择所述多个数字子带信号中的一些但不是所有；以及在数字域组合所选数字子带信号，以便产生所述接收信号。
17. 如权利要求16所述的方法，其中将所选数字子带信号选择为 在所生成多个数字子带信号中间的相连块，使得不选择在所生成多个 数字子带信号的上端和下端的多个子带。
全文摘要
可变带宽接收器(30)更有效地使用所分配带宽，并确保阻塞信号没有使接收器组件过载。接收器包括用于接收第一带宽信号的多个分支(34a…34n)。每个接收器分支具有用于使对应于小于第一带宽的第二带宽的频带中的信号通过的滤波器(48a…48n)和用于将基带信号转换成数字信号的模数转换器(58a…58n)。控制器(36，60)以数字方式组合来自接收器分支中两个或更多分支的数字信号，以便产生具有基本上比第一带宽更宽的带宽的接收信号。由于在模数转换之后在数字域进行组合，所以控制器可以组合来自具有相邻对应频带而没有分隔它们的正常防护频带的接收器分支中两个或更多分支的数字信号。
文档编号H04L27/26GK101310500SQ200680042341
公开日2008年11月19日 申请日期2006年10月12日 优先权日2005年11月14日
发明者K·G·萨尔曼, U·斯卡比 申请人:艾利森电话股份有限公司