专利名称：具有插在发射机变频器和发射机天线之间的可变增益电路的cdma发射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CDMA(码分多址)发射机。该发射机有助于用于根据在北美占主导的TIA/EIA/IS-95标准的CDMA系统。
到1995年底，美国的蜂窝系统用户的总数已达到34,000,000，并且预期每年会保持两位数的增长率。因此。预期模拟系统不能满足要求，并因此已对具有超频可用性的数字蜂窝系统进行调查，以便在实际中应用。由于Qualcomm公司已公开了CDMA系统。该系统作为实现大容量的系统已引起大量注意。在这方面，参考由M.Leonar在设在东京的Nikkei BP公司1993年1月的Nikkei电子上发表的题为″美国的数字蜂窝系统，CDMA和TDMA正在竞争″一文。CDMA系统使用扩展频谱方案将发送信号的频带宽度扩展到1.25MHz，并执行精确的发送功率控制。希望通过采用分集效应和软过区切换实现大容量系统。
因此，便携电话制造商已开发了CDMA蜂窝系统以满足数字蜂窝的要求。目前正在开发的便携电话系统是按照美国TIA/EIA/IS-95标准的CDMA/AMPS双模蜂窝系统。从现在起的某一阶段可认为模拟蜂窝系统(AMPS)和CDMA蜂窝系统将共存。在这方面，也可参考1993年7月发表的TIA/EIA/IS-95中的″TIA/EIA/INTERIM标准用于双模宽带扩展频谱蜂窝系统的移动站-基站兼容标准″。
然而，常规系统的CDMA发射机有这样一个问题，它们必需满足对象发射端变频器这样的组件的严格要求，诸如低噪声系数NF、高增益G和低非线性失真率k，以满足该标准。这样会在组件的选择和设计上存在问题，并对成本和象系统的消耗电流之类的特性有较大影响。
因此。本发明的一个目的是提供一种CDMA发射机。该发射机可便于其组件的选择和设计。
根据本发明的一个方面，提供一种CDMA(码分多址)发射机。该发射机对最大RF(射频)输出功率处杂散发射电平的限定没有对比该最大RF输出功率小预定数量的RF输出功率处的杂散发射电平的限定严格，该CDMA发射机包括一个发射机变频器，用于将待发送的信号与本振信号变频；一个发射机天线，用于辐射待发送信号；和一个插在发射机变频器和发射机天线之间的可变增益电路，用于响应RF输出功率控制增益。
在此，CDMA发射机可进一步包括一个检测电路，用于检测接收信号的功率，一个差分电路用于获得接收信号和预定功率基准之间的差值；一个发生器，用于从该差值产生功率控制信号；和一个控制电路，用于响应功率控制信号控制可变增益电路的增益。
可变增益电路可包括一个可变增益放大器、一个可变衰减器、以及一个可变增益放大器和一个可变衰减器组合之一。
该CDMA发射机可进一步包括一个连接到发送端频器输出端的带通滤波器，该带通滤波器具有一个连接到可变增益电路的输出端。
该CDMA发射机可进一步包括一个连接到发射机变频器输入侧的功率控制放大器。
该CDMA发射机可进一步包括一个用于在可变增益电路和功率控制放大器之间共用增益的装置。
根据本发明，可同时满足对最大RF输出功率处的杂散发射电平的限定和对比该最大RF输出功率小的RF输出功率处的杂散发射电平的限定。另外，也可增加选择RF级中电路组件的自由程度，以便于组件选择。
从下面结合附图所做的详细描述将使本发明的目的和特性变得更加显而易见，其中
图1示出图1A和1B的组合；当如图1所示组合时，图1A和1B是根据本发明包括CDMA发射机的发射机和接收机优选实施例的示意方框图；图2示出与图1A和1B所示实施例有关的最大RF输出功率范围表；图3是该实施例中在最大RF输出功率处对杂散发射限定的表；图4是描绘该实施例中在最大RF输出功率处对杂散发射限定的示意图；图5也是表示对传导杂散发射限定的表；图6描绘了用于理解对传导(conducted)杂散发射限定的频谱；图7描绘了用于理解对传导杂散发射限定的频谱；和图8是表示用于产生提供给包括在图1A和1B说明实施例中的功率控制放大器和信号转换器的增益调节信号的数据处理电路部分的示意方框图。
现在将参考附图描述本发明。在详细描述一个实施例之前，将通过该限定中所涉及的一些问题描述在按照TIA/EIA/IS-95的双模蜂窝系统中对CDMA发射机的杂散发射的限定。
提供对杂散发射的限定是为防止发射机的发送信号影响其它无线电设备，并依据最大RF输出功率和传导杂散发射两项来定义。
图2和3示出按照最大RF输出功率对杂散发射的限定，其中图2说明最大RF输出功率的允许范围，图3说明最大RF输出功率处的允许杂散电平。
为根据移动站的最大RF输出功率划分的三个等级提供最大RF输出功率的范围。如果RF输出功率出现在上限和下限之间可满足这些范围。另外，提供如图3所说明的最大RF输出功率处的发送信号的频谱。如图3所示，发送信号的杂散电平自传输载频fc±900kHz的区域之外不能超过-42dBc/30kHz的等级，和自发送载频fc±1.98MHz的区域之外不能超过-54dBc/30kHz的等级。该限定可由阶梯限定线L表示，该阶梯限定线L相对于图4中表示载频fc的垂线对称。图4示出两个发送系统的发送信号的两个频谱SPP和SPF。频谱中的频率fc周围1.23MHz扩展信号带宽之外的上升是由组成发射系统的电路设备的非线性造成的。因其组件造成的发送系统失真增加可导致诸如不满足该限定的SPF之类的频谱。
图5说明对依据传导杂散发射提供的杂散发射的限定。如图5所示，当RF输出功率为-13dBm而不是当其在最大值时规定传导杂散发射。因此。为依据传导杂散发射估算发送系统，必须响应接收信号功率中的变化或根据系统的自动调节(由一开环控制或闭环控制作用)为AGC改变功率控制放大器的增益。以便将天线端子处的RF输出功率设定在-13dBm。此后，分析从天线端子辐射的发送信号的频谱。
在两个限定中提供传导杂散发射，适度限定(a)以及严格限定(b)和(c)。由于严格限定(b)和(c)可满足适度限定(a)，从现在起希望实现严格限定(b)和(c)。
图6说明依据30KHz带宽的杂散电平的界线(-60dBm/30kHz)，提供了象来自发送端变频器的本地载波泄漏这样的线状频谱的杂散电平。另一方面，图7说明依据1MHz带宽的杂散电平的界线(-55dBm/lMHz)，提供了象传输频带中频谱的噪声电平N这样的宽带信号频谱的杂散电平。
通过TIA/EIA/IS-95标准对杂散发射的严格限定提供了CDMA发射机，该CDMA发射机在选择和设计构成发射机的电子线路方面具有难题。主要依据三个特性评估电子线路的性能，即噪声系数NF、增益G和非线性失真率k。下面将描述造成该难点的原因。
(1)首先。虽然可实现对如图2所示最大RF输出功率的要求，但存在不能满足对如图3所示传输频谱的杂散限定的可能性。将更详细地对此进行描述。
由于扩展频谱功能，CDMA发射机的发射信号(RF信号)具有例如800MHz的高载频，和例如1.23MHz的宽带宽。以该高频和宽带宽处理RF信号的区段，即从发送端变频器到天线端子的区段被设计为具有固定增益。
如果该固定增益被设定为一个较小值，则必须增加到发送端变频器的输入信号电平以满足最大RF输出功率的要求，它表明到发送端变频器之后的组件的输入信号电平也增加。
如果输入电平超过每个组件的特定值，由于该信号进入非线性放大区域。非线性失真率k将劣化，导致输出信号中的失真。这将妨碍实现发送频谱的杂散。
(2)第二，当固定增益增加时，存在天线端子处的发送噪声电平不能满足对如图5和6所示传导杂散发射限定的可能性。下面也将对此详细描述。
为满足对最大RF输出功率的限定，可增加从发送端变频器到天线端子的固定增益而不是增加到发送端变频器的输入信号电平，并使用具有低非线性失真率k的组件。
然而，增加固定增益将放大象由发送端变频器引起的本地载波泄漏这样的线状频谱，这将妨碍满足对如图5和6所示传导杂散发射的限定。另外，线状频谱将对天线端子处的传输噪声电平具有不利影响。
天线端子处的传输噪声电平与噪声系数NF和发送端变频器以及用于驱动功率放大器的驱动放大器的增益而不是线状频谱成比例。由于所增加的增益将增大天线端子处的传输噪声电平，因此存在着不能满足对如图5和6所示的传导杂散发射限定的可能性。
(3)因此，很难选择发送端变频器的部件。
必须选择具有小噪声系数NF，和具有小中频泄漏和本地载波泄漏的组件，以满足对因本地载波泄漏(线状频谱)和传输噪声电平造成的传导杂散发射的限定。另外，考虑到发送端变频器后级组件的选择，该发送端变频器必须具有较大的变换增益G和较小的非线性失真率k。
然而，与上面(2)中描述的原因相同，较大的变换增益G将有碍于满足对传导杂散发射的限定。这种情况下，必须降低发送端变频器和其后级的增益以实现该限定，这种情况下存在着不能满足对最大RF输出功率限定的可能性。
与此相反，较小的发送端变频器变换增益G将满足对传导杂散发射的限定。然而，这种情况下，必须增加发送端变频器之后的级的增益，这样会存在因单个组件的非线性失真率k而不能满足对如图3所示的最大RF输出功率处的杂散发射限定的可能性。另外，由于发送端变频器的输出信号电平取决于其非线性失真特性。如果非线性失真率k较大，即如果变频器的变换增益G较小，该变频器仅能输出小电平的信号，这种情况下必须增加变频器之后的增益。结果是，因单个组件的非线性失真率k而存在不能满足对如图3所示在最大RF输出功率处的杂散发射限定的可能性。现在将描述根据本发明的CDMA发射机的实施例，该发射机适用于双模蜂窝系统的CDMA传输部分以解决这些问题。
当如图1所示组合时，图1A和1B构成表示本发明优选实施例的发射机和接收机的示意方框图。首先描述发送系统。图1中，数据处理器电路10提供一个由带有发送信号的正交调制器构成的数字调制器11，该发送信号包括经受扩展频谱处理的I-相数据信号TX I DATA和Q-相数据信号TX Q DATA。数字调制器11响应正交数据信号TX I DATA和TX Q DATA对从中频(IF)振荡器12提供的中频本振信号进行数字调制。该数字调制信号(QPSK信号)由中频放大器(IFAMP)13放大固定增益，通过带通滤波器(BPF)14去除不需要的频率分量，并提供给功率控制放大器(PC AMP)15。
从下面结合图8描述的部分向功率控制放大器15提供增益调节信号TXAGC ADJ，以便其将输入数字调制信号放大由调节信号TX AGC ADJ确定的增益，并将其输出提供给发射机变频器16。中频信号(IF信号)处理系统的上述构成可与常规系统中的相同。
向发射机变频器16提供来自行频振荡器17的传输线频率的本振信号，以便将中频带中的数字调制信号上行变换成传输频带中的数字调制信号。从而使上行变换的数字调制信号(发送信号RF信号)通过带通滤波器18去除不需要的频率分量，并提供给功率控制放大器19。
通过信号转换器20向功率控制放大器19提供从数据处理器电路10输出的调节信号TX AGC ADJ，并将该输入RF信号放大由从信号转换器20输出的增益调节信号确定的增益，从而将该输出提供给驱动功率放大器(PA)22的驱动放大器21。将通过驱动放大器21和功率放大器22已经被功率放大的RF信号通过天线共用器23提供发射机和接收机天线以便辐射到空间。
本实施例的系统与常规系统的主要区别在于其在具有上述传输频率的发送信号(RF信号)的处理系统中包括功率控制放大器19和信号转换器20。新组件19和20的作用在于使按照TIA/EIA/IS-95对最大RF输出功率处的杂散发射的限定和对传导杂散发射的限定都得到满足。其原因将在下文描述。
按常规。由于RF级的载频高达约800MHz，在RF级具有功率控制放大器的CDMA发射机仍未提出，并且更便于用更低频率在IF级进行传输AGC。
接下来将描述接收系统。由发射机和接收机天线24捕获的无线电波被与天线共用器23连接的天线变换成电信号(接收信号)，以提供给LNA(低噪声放大器)25。由LNA25放大到固定增益的接收信号通过BPF26消除不需要的频率分量，并由接收机变频器27下行变换成中频带(IF信号)中的数字调制信号，该接收机变频器适合于将接收信号与从行频振荡器17提供的传输线频率的本振信号变频。该IF信号又由中频放大器(IF AMP)28放大，并在由带通滤波器(BPF)29限定的频带之后提供给自动增益控制放大器(AGC AMP)30。
向自动增益控制放大器30提供来自数据处理电路10的增益调节信号RXAGC ADJ，以便将已转换成中频带的接收信号(QPSK信号)放大到由增益调节信号RX AGC ADJ表示的增益。使用从中频振荡器12提供的中频本振信号的数字解调器31对数字调制信号执行正交检波，以产生由I-相数据信号RX I DATA和Q-相数据信号RX Q DATA组成的基带信号，并将它门提供给数据处理器电路10。数据处理电路10解扩输入信号，随后确定接收信号的代码序列。
接下来，参考图8描述产生提供给功率控制放大器15和信号转换器20的增益调节信号TX ADG ADJ的数据处理器电路10的内部构成。图8中，I-相数据信号RX I DATA和Q-相数据信号RX Q DATA提供给累加电路41。还向累加电路41提供功率基准信号(接收AGC环路中的基准信号)POWER REF，并由累加电路41输出功率基准信号POWER REF与I-相数据信号RX I DATA和Q-相数据信号RX Q DATA的和信号之间的差信号。由与AGC环路滤波器对应的积分器42对差信号积分，乘法器43将所得到的积分信号与对应于AGC环路增益的增益信号GAIN CONSTANT相乘，从而产生所接收的场强信号RSSI IN，该场强信号与天线端子处24所要求信号的平均接收场强信号成比例，并将其提供给适合于产生增益调节信号RX AGC ADJ的发生器(未示出)和数/模(D/A)转换器44。D/A转换器44将所接收的场强信号RSSI IN数模转换成模拟信号，从而为发送系统的AGC产生增益调节信号TX AGC ADJ。
接下来，描述功率控制放大器19和信号转换器20工作，以使其满足按照TIA/EIA/IS-95对依据最大RF输出功率的杂散发射的限定和对传导杂散发射的限定的原因。本专利申请的发明人考虑到依据最大RF输出功率的图5的频谱杂散发射电平(b)和(c)与依据TIA/EIA/IS-95中传导杂散发射的区别实现本实施例。
依据传导杂散发射提供的图5的频谱杂散发射电平(b)和(c)比依据最大RF输出功率的频谱杂散发射电平更严格。然而，前者是在天线端子处RF输出功率为13dBm时的频谱杂散发射电平。因此。在RF级中新提供的功率控制放大器19可满足这两个限定通过将功率控制放大器19的增益增加到其最大值可满足对如图2和3所示的最大RF输出功率的限定；通过将增益降低到一确定范围可满足对如图5所示传导杂散发射的限定。
当在最大RF输入功率设计发送系统时，非线性失真率k和单个组件的增益作为选择组件的关键指标，以便满足对如图2和3所示最大RF输出功率的限定。虽然对因发送端变频器16的噪声系数在天线端子产生的噪声电平和本地载波泄漏没有特殊限定，它们小于如图3所示频谱杂散电平是足够的。因此，具有适当噪声系数NF和本地载波泄漏的发射机变频器16可实现对最大RF输出功率的限定。因此，非线性失真率k和增益可作为选择组件的关键指标。
另外，与常规系统相比，在RF级中加入功率控制放大器19可将发射机变频器16的输出电平降低与功率控制放大器19的增益相对应的量值。这表明该发射机变频器16可作为到饱和区的转向点的指标为低于1dB压缩点的发射机变频器使用。换句话说，发射机变频器16可采用比常规非线性失真率k大的非线性失真率k。
虽然这样可满足对最大RF输出功率的限定，对满足传导杂散发射的限定将有一定困难。然而，在-13dBm的RF输出功率处提供该限定，通过将RF级中的功率控制放大器19的增益从其最大增益减小某些数量可满足-13dBm的RF输出功率，这样也可使其减小因发射机变频器16的噪声系数NF而产生的噪声电平和本地载波泄漏电平。
虽然上述描述主要涉及包括比常规组件具有更低特性的组件的发射机变频器16并满足这些限定，RF级中剩余的元件21和22也可用具有比常规组件更低特性的组件满足这些限定。
主要由运算放大器组成的信号转换器20根据功率控制放大器19的增益控制特性执行增益调节信号(直流信号)TX AGC ADJ的放大、衰减、偏移和反转，并将其施加到功率控制放大器19的增益控制端。信号转换器20起到调节功率控制放大器19和发射机变频器16之前的IF级中的功率控制放大器15之间的增益控制量共用的作用，以便不仅满足对依据最大RF输出功率的杂散发射的限定和对传导杂散发射的限定，而且满足对开环功率控制特性(AGC特性)的限定。通过分离数据处理器电路而不使用信号转换器20可产生功率控制放大器15和19的控制信号。
IF级中的功率控制放大器15起到如常规系统中的发送系统中AGC的作用。
根据CDMA发射机。即本实施例的双模蜂窝系统的CDMA模式中的发送系统可提供下列优点。
(1)可在最大RF输出功率和已减小的输出功率两处改善杂散发射电平，即使除功率控制放大器19外的RF级使用与常规组件具有相同特性的组件。该特性包括噪声系数NF、增益G和非线性失真率k。换句话说。即使常规结构不能按照TIA/EIA/IS-95标准满足对最大RF输出功率和传导杂散发射的限定，使用相同组件的示范实施例的结构可实现该限定。
(2)发射机变频器16和其它组件可接受较不严格的设计规定。结果是，可缩短开发该组件所需的事项，并降低其成本。导致降低整个CDMA发射机的开发事项和成本降低。
(3)在TIA/EIA/IS-95标准中，发射机中的开环功率控制需要80dB或更大的动态范围。在常规系统中，IF级中的功率控制放大器15单独控制RF输出功率，并因此必须具有不小于80dB的动态范围。与此相反，由于上面示出和描述的示范实施例用IF和RF级中的两个功率控制放大器15和19控制RF输出功率，允许单个放大器15和19小于80dB的动态范围。换句话说，可放松对RF级中功率控制放大器15的规定。
不能将对CDMA发射机的示范实施例的详细描述理解为对本发明的限定，而是例如可实现下列变化。
(1)本发明不仅能应用于按照TIA/EIA/IS-95标准的CDMA发射机。而且可应用其中在最大RF输出功率处的杂散发射电平与在所降低的输出功率处的杂散发射电平不同的CDMA发射机。并且后者更加严格，包括自置限制的应用。
(2)RF级中的功率控制放大器19的位置不限于上述实施例中的位置。可将其插在RF级中的任何位置。例如，可将其连接到驱动放大器21的输出侧。
(3)虽然在上述实施例中用功率控制放大器19实施RF级的可变增益，通过向驱动放大器21或功率放大器22施加可变增益放大器可实现满足对杂散发射限定的增益控制。
(4)虽然功率控制放大器15和19分别设置在IF级和RF级中，在上述实施例中，可省略IF级中的功率控制放大器15，以便RF级中的功率控制放大器19在AGC操作中执行两种功率控制，并且该功率控制用于满足对杂散发射的限定。
(5)用于控制功率控制放大器15和19的结构不限于上述实施例的结构。例如，也可根据两个放大器15和19之间共用的增益通过信号转换器向IF级中的功率控制放大器15提供增益调节信号。另一方面，通过数据处理电路10中的数字处理可分开地从提供给功率控制放大器19的增益调节信号产生提供给IF级中功率控制放大器15的增益调节信号。这种情况下，可去掉信号转换器20。
(6)虽然RF级中的可变增益装置包括前级中的功率控制放大器，可用可变衰减器，或可变衰减器和可变增益放大器的组合将其代替。
至此已参考特定实施例描述了本发明，但本发明不限于该实施例。可以理解，本领域的那些技术人员在不脱离本发明范围和精神的情况下可修改或改进本发明。
权利要求
1.一种CDMA(码分多址)发射机。其中该发射机对最大RF(射频)输出功率处杂散发射电平的限定没有对比该最大RF输出功率小预定数量的RF输出功率处的杂散发射电平的限定严格，所述CDMA发射机包括一个发射机变频器，用于将待发送的信号与本振信号变频；一个发射机天线，用于辐射待发送信号；和一个互连在所述发射机变频器和所述发射机天线之间并响应RF输出功率具有可控制增益的可变增益电路。
2.根据权利要求1所述的CDMA发射机，进一步包括一个检测电路，用于检测接收信号的功率；一个差分电路，用于获得接收信号的功率和预定功率基准之间的差值；一个发生器，用于从该差值产生功率控制信号；和一个控制电路，用于响应功率控制信号控制所述可变增益电路的增益。
3.根据权利要求1所述的CDMA发射机，其中所述可变增益电路可包括一个可变增益放大器、一个可变衰减器、以及一个可变增益放大器和一个可变衰减器组合之一。
4.根据权利要求2所述的CDMA发射机。其中所述可变增益电路可包括一个可变增益放大器、一个可变衰减器、以及一个可变增益放大器和一个可变衰减器组合之一。
5.根据权利要求1所述的CDMA发射机。进一步包括一个连接到所述发送机变频器输出端的带通滤波器，所述带通滤波器具有一个连接到所述可变增益电路的输出端。
6.根据权利要求1所述的CDMA发射机。进一步包括一个连接到所述发射机变频器输入测的功率控制放大器。
7.根据权利要求6所述的CDMA发射机。进一步包括一个用于在所述可变增益电路和所述功率控制放大器之间共用增益的装置。
全文摘要
一种CDMA发射机具有一个插在发射机变频器和发射机天线之间的可变增益电路。响应RF输出功率控制该增益,以使在最大RF输出功率处的杂散发射电平和被减少预定数量的输出功率处的杂散发射电平都可被满足,这样可增加选择RF级中电路组件的自由度。
文档编号H04B1/04GK1169625SQ97110298
公开日1998年1月7日 申请日期1997年3月24日 优先权日1997年3月24日
发明者王禾丰, 胜山力 申请人:冲电气工业株式会社