专利名称：无线电收发信机和防止传送杂散响应的方法
技术领域：
本发明涉及一种在无线电收发信机中防止传送杂散(乱真)响应的方法，尤其是在接收机部分防止杂散响应的方法和一种无线电收发信机。
在常规的使用时分双工(TDD)系统的收发信机中，发送频率是与接收频率非常接近或是相同。
因此，仅使用一个带通滤波器是很难衰减漏入接收信号中的发送信号的分量。
在日本公开的专利申请9-116459中描述了一种在这种发送和接收信号共用一个天线的无线电收发信机中消除干扰的技术。根据该申请，除去发送信号和接收信号之间干扰的装置是如下工作的。如
图1所示，在收发信机中，来自发送部分31的发送信号通过限制发送信号带宽的一带通滤波器(BPF)32并通过第一金属通道41馈送到发送和接收环行器33，并且被环行器33导入天线34，自天线34馈送来的信号被环行器33经第二金属通道43传递到通过接收信号的带通滤波器(BPF)35，并且在滤波之后被传送到接收部分(RX)36。
收发信机还包括在发送部分(TX)31和环行器33之间分配发送信号的环行器45，在接收部分36和环行器33之间的接收机一侧直接耦合器44，以及在环行器45和耦合器44之间的包括放大器51和移相器52的第三金属通道42。
从环行器45经第一和第二通道41和43到耦合器44的长度和从环行器45经第三通道42到耦合器44的相关长度之间的差值设置为λ/2(λ＝波长)或为λ/2的奇数倍，以便于消除发送信号的泄漏成分。
由于环行器33的反方向的或直接的分配使发送信号的泄漏成分流入接收部分36的输入端部。使用耦合器44，来自环行器45的泄漏信号在幅度上和相位上被放大器51和移相器52调整，并将通过第三通道42馈送作为发送信号分量。
该信号分量消除了由通过环行器33经金属通道43的泄漏的发送信号造成的干扰。即使这些信号在发送信号和接收信号在频率上是相似的情况下，这种消除也可以确保除去发送信号和接收信号之间的干扰。因此，通过最小化这两频率之间的差别可以有效地使用无线电频带。
这种公开的技术在来自环行器45的泄漏发送波的消除方面是非常有效的，即通过与通道长度、信号幅度和移相的匹配导致抑制发送和接收之间的干扰。然而，公开的申请没有描述任何方法以除去具有与发送频率相似的频率的发送杂散响应。
在使用TDD系统的收发信机中，当发射该发送信号时，一高功率的发送信号被输入到收信放大器，既使该放大器还没有被供电，导致因收信放大器的输入级的非线性特性产生失真，并且不仅产生所期望的接收信号频率而且也产生被称为杂散响应的未预料到的有害频率。
尤其是，在同时使用两种发送频率的收发信机中，具有不同频率的两个发送信号的成分通过未预料到的路径进入接收机。这引起了交互调制干扰并增强了发送杂散响应。
本发明的目的是提供一种发送杂散响应防止方法，该方法通过利用与泄漏发送信号具有相反相位和相同幅度的一信号消除泄漏信号，可以防止自大功率发射机发送的信号造成的泄漏信号。
本发明的另一目的是提供一种收发信机，该收发信机是在时分双工(TDD)系镜中工作并具有一收信放大器，该放大器包括与为信号发送选择的天线系统连接的一输入端口。
该收发信机设置有提供从发送信号中分出的与泄漏发送信号具有相同的幅度和相反的相位的一信号到收信放大器的输入端口的装置，用于消除该泄漏发送信号，该收信放大器的输入端口被连接到为发送选择的一天线。
该无线电收发信机还包括用于分开发送和接收通道的第一环行器、发信放大器、以及设置在发信放大器输出侧的第二环行器。该发送信号是经第一环行器馈送到天线，而供消除所使用的发送信号的分量经第二环行器馈送到收信放大器。
根据本发明，一种在时分双工(TDD)系统中工作的无线电收发信机包括发送和接收信号共同使用的一天线；与该天线连接的旋转隔离型第一环行器；通过第一带状线和收信放大器接收来自所述第一环行器的一信号的接收部分；高频放大发送信号的发信放大器；与所述的发信放大器的输出端口连接的第二环行器；用于建立从所述第二环行器的正常方向性出口到所述第一环行器的连接的第三带状线和第四带状线；以及用于建立从所述第二环行器的反方向性出口到接收部分的所述收信放大器的输入端口的连接的第六带状线和第七带状线。
在该收发信机中，经第一通道到达收信放大器的输入端口的泄漏发送信号和经第二通道到达收信放大器的输入端口的分配的发送信号相互具有相同的幅度和相反的相位，该第一通道包括第二环行器的正常方向性出口、所述第三和第四带状线、所述第一环行器的反方向性出口、所述第一带状线、以及所述接收部分的输入端口，该第二通道包括所述第二环行器的反方向性出口、所述第六和第七带状线。
本发明提供了一种在时分双工(TDD)系统中工作的无线电收发信机使用的发送杂散响应防止方法，其中包括如下步骤输入从发信放大器分配的高频信号到与为发送信号选择的天线系统连接的接收部分的收信放大器的输入端口，通过将分配的高频信号的幅度设置为与泄漏的发送信号相同的幅度和将分配的高频信号的相位设置为与泄漏信号的相位相反，以消除产生杂散响应的泄漏发送信号。
本发明的发送杂散响应防止方法是在时分双工系统中工作的无线电收发信机中实现的，其包括一个单元，该单元向与为发送所选择的一天线系统连接的收信放大器的输入端提供一发送信号，该发送信号的相位与来自该天线的泄漏信号的相位相反，以便于抑制在收信放大器中出现的杂散发射成分。
更具体地说，如从图2所看到的，来自发信放大器11的信号是经第二环行器13和第三带状线14馈送到第一开关15。然后将该信号经第四带状线16和第一环行器2传递到第一天线1并将从那里发送。或是，将该信号经第五带状线17和第三环行器7馈送到第二天线2并将从那里发送。在此情况下，输入到第一或第三环行器2或7的发送信号大部分能量馈送到相关天线。然而，也有部分能量通过第一带状线3馈送到第一收信放大器4或经第二带状线8馈送到第二收信放大器9。此外在第二环行器13中，输入到那里的一部分发送信号经第六带状线18被馈送到第二开关19。第二开关19、第三开关21和第四开关23在来自控制器24的信号的控制下工作，将第六带状线18与天线系统的相关系统耦合以发送信号。输入到第二开关19的信号经第七带状线20馈送到第一收信放大器4的输入端口或经第八带状线22馈送到第二收信放大器9的输入端口。
这些带状线的长度是这样确定的，即致使通过第三、第四和第一带状线14、16和3传递到第一收信放大器4的发送信号和经第六和第七带状线18和20馈送到那里的发送信号之间以及通过第三、第五和第二带状线14、17和8传递到第二收信放大器9的发送信号和经第六和第八带状线18和23馈送到那里的发送信号之间出现180度的相位差。因此具有180度相位差的两个发送信号被输入到分别与为发送所选择的天线系统连接的各收信放大器。这就导致衰减了提供到放大器4和9的功率，并进一步防止了由放大器4和9造成的信号失真引起的发送杂散响应。
通过下面结合说明本发明实施例的附图描述，将使本发明的以上目的和其它目的、特征及优点变得更加清晰。
在附图中图1是已有技术的常规无线电收发信机的结构方框示意图；图2示出了应用本发明的杂散响应防止方法的无线电收发信机的第一实施例的方框图；图3示出了本发明的包括两个收发信机的一实施例的示意图；图4是用于表示在应用本发明的杂散响应防止方法之前由于在收发信机的第一收信放大器中交叉调制造成的信号失真的图形；图5是用于表示在应用本发明的杂散响应防止方法之后由于在收发信机的第一收信放大器中交叉调制造成的信号失真的图形；图6示出了本发明的无线电收发信机的第二实施例结构的方框图。
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图2示出了应用本发明的杂散响应防止方法的无线电收发信机的第一实施例的方框图。
图2包括用于发送信号和接收信号的第一天线1和第二天线6。第一实施例包括两个相似的系统方块，因此主要描述其中的一个系统。换句话说，该余下的系统在下面的描述中将在圆括号中表示。第一天线1(第二天线6)与第一环行器2(第三环行器7)连接。具有自己的定向性或方向性的第一环行器2(第三环行器7)具有将接收的信号经第一带状线3(第二带状线8)发送到第一放大器4(第二放大器9)的功能，以及将经第一开关15和第四带状线16(第五带状线17)接收的发送信号传递到第一天线1(第二天线6)的作用。
与第一带状线3(第二带状线8)耦合的第一放大器4(第二放大器9)产生一输出信号，然后将该输出信号经第一接收部分5(第二接收部分10)馈送到控制部分24，并将在那里解调。第一放大器4(第二放大器9)和第一接收部分5(第二接收部分10)仅在信号接收操作中被正常供电，即，在信号发送操作中这些单元是不被供电的。
发送部分11接收来自控制器24的信号并响应该信号而产生一发送信号，然后将该发送信号提供到发信放大器12。放大器12产生一输出信号并将被馈送到第二环行器13。环行器13要求将是与第一和第三环行器2和7相似。输入到第二环行器13的发送信号根据环行器的定向性经第三带状线14馈送到第一开关15，第一开关15选择由控制器24确定的信号线路或通道。因此如上面所描述的该发送信号经天线1或6发送。相类似的，馈送到第二环行器13的很小功率的一部分发送信号经第六带状线18馈送到第二开关19，而不必考虑第二环行器13的定向性。
在控制器24的管理下，第二开关19连接到与一天线相关的电路系统以发射信号。由第二开关19接收的发送信号经第七带状线20(第八带状线22)馈送到第三开关21(第四开关23)。在发射阶段，第三开关21(第四开关23)处于闭合状态，致使发送信号被传递到第一收信放大器4(第二收信放大器9)。在接收状态，第三和第四开关21和23没有通电因此处于释放状态。
在这种结构中，通过将第三带状线14、第四带状线16(第五带状线17)、以及第一带状线3(第二带状线8)各自的长度相加获得的总长度和将第六带状线18与第七带状线20(第八带状线22)各自的长度相加获得的总长度被选择为，致使当一信号通过这些通道时，从那里输出的信号具有180度的相位差。
下面将描述第一实施例的工作过程。表1示出了在第一实施例的信号发送和接收阶段开关的状态。
表1本发明第一实施例的开关控制方法
下面将描述第一天线1的信号发送工作过程。
来自发送部分11的发送信号经发信放大器12馈送到第二环行器13。由于环行器的方向性，环行器13包括与一输入端对应的两个输出端，即，一个按照环行器方向性的输出端和一个与其反相的反方向性的输出端。前者在输入和输出信号之间几乎不产生任何差异(无插入损耗)并且在此系统中对应于到第三带状线14的一输出端口。后者在输入和输出信号之间产生相当大的差异(即，隔离)并在此电路结构中与带状线18对应。
例如，设定发信放大器的输出功率是33dBm而且第二环行器13的插入损耗和隔离分别是-0.3dB和-20dB，那么从第二环行器13的方向性端口输出到第三带状线14的功率可以表示为33dBm-0.3dB＝32.7dBm并且经第三带状线14被馈送到第一开关15。
第一开关15与第一天线系统耦合并提供具有固定插入损耗的发送信号到第四带状线16。设定第一开关15具有-0.5dB的插入损耗，在第四带状线16的输入部分的发送信号功率也可以概念地表示为32.7dBm-0.5dB＝32.2dBm。
经第四带状线16馈送到第一环行器2的发送信号经与第一环行器2的方向性相关的端口传递到第一天线1，然后从那里发射出去。
该信号还经第一环行器2的与定向性反相的端口传递到第一带状线3。在第一和第二环行器2和13在结构上相同时，提供到第一天线1的功率基本上表示为(此后只用相同公式表示)32.2dBm-0.3dB＝31.9dBm而到带状线3的功率表示为32.2dBm-20dB＝12.2dBm，其是经第一带状线3提供到第一收信放大器4的一输入端口的。
另一方面，来自与第二环行器13的方向性反相的端口的功率被馈送到第二开关19，表示如下33dBm-20dB＝13dBm从表1中可以看出，在任何情况下，第二开关19都受控将连接到与为发射所选择的天线相关的电路系统。通过第二开关19的发送信号变成13dBm-0.5dB＝12.5dBm并将经第七带状线提供给第三开关21。这个开关在接收阶段是开路的，在发射阶段是闭合的。因此，从第三开关21输出的信号的功率为12.5dBm-0.5dB＝12dBm并且被馈送到第一收信放大器4的一输入端口。
表2示出了从发信放大器12的输出端口到第一收信放大器4的发送信号的路径。
表2在第一天线1的发射过程中，从发信放大器12的输出端口到第一收信放大器4的发送信号的路径
下面将给出通过两条路径的发送信号的相位变化。表2示出了在每个相关部分产生的相位变量λ的量。因此当发送信号通过两条路径时出现的相位差λdiff1计算如下λdiff1＝(λc1+λ3+λs+λ4+λc2+λ1)-(λc2+λ6+λs+λ7+λs)＝(λ1+λ3+λ4)-(λ6+λ7)+(λc2+λs)。第三项，(λc2+λs)，是一固定值并将是唯一确定的值，以至于为了简化说明将其设定为零。
那么，相位差被简化为λdiff1＝(λ1+λ3+λ4)-(λ6+λ7)。
当带状线的长度选择为以设定λdiff1的值为180°+360°×n(n＝0，±1，±2，±3，…)时，具有180°相位差的两个信号被提供到收信放大器4的输入端部。
具体地说，当发送信号具有2.0GHz的频率而且基片具有一特定的介电常数εs为4.8时，波长λf的一个周期为λf＝光速/频率/εs＝30×109/2×109/4.8＝3.12(厘米)因此，通过将两条带状线的长度相互改变约1.56厘米，可以在两个信号之间获得180°的相位差。
这些信号分别具有12.5dBm和12.2dBm的功率，因此由于存在相位差而适当地相互抵消。在收信放大器4没有通电时，产生的功率被认为是小于能够造成信号失真的功率。具体地说，当大功率的高频信号被施加到在非工作状态的放大器4或9的输入级时，除了出现基本的发送载波频率之外，还会出现如二次谐波和三次谐波这样的与交叉调制相关的其它频率，其中交叉调制是因为输入级中含p-n结的半导体器件的非线性造成的。换句话说，基本的发送载波信号被发送信号调制从而具有一预定的带宽，由于交叉调制产生大量的杂散响应成分。
然而，当小功率的高频信号被提供到输入级时，杂散响应成分几乎得到抑制。但是当具有两个或多个高电压波形的高频信号被加到收信放大器4或9的输入级时，由于这些波形的交叉调制，杂散响应成分易于出现。
表3示出了从发信放大器13的输出端口到第二收信放大器9的输入端口的发送信号的路径。
表3在第二天线6的发射过程中，从发信放大器13的输出端口到第二收信放大器9的输入端口的发送信号的信号路径<
>在第二天线6的信号发送过程中，当发送的信号通过如表3所示的两条路径时，产生一个相位差λdiff2。该相位差的值是按下式得到的λdiff2＝(λ2+λ3+λ5)-(λ6+λ8)。
当带状线的长度选择为以设定λdiff2的值为180°+360°×n(n＝0，±1，±2，±3，…)时，在收信放大器4中发送信号的功率可以同样地设置为低于造成信号失真的功率的一功率值。
图3示出了包括两个图2所示的收发信机单元的设备。在此实施例中当一设备包括两个或多个收发信机时，第二收发信机的发送信号经天线馈送到第一收发信机1。在收信放大器的输入部分，存在如图3所示的分别具有频率f1和f2的信号。当两个频率的这些信号被馈送到收信放大器4或9时，由于交叉调制产生了2×f1-f2和2×f2-f1的失真成分，并且有害地作为杂散响应成分从天线发送。
然而，如图5所示，本发明的杂散响应防止方法衰减第一收发信机的频率成分f1，并且抑制由于交叉调制造成的信号失真。
即使采用高频信号传输器件如同轴电缆或微带线替代在上述实施例中的带状线，也能够获得相同的优点。在这种情况中，通过适当的设置同轴电缆和/或微带线的路径长度，如果在有关发送信号之间出现180°的相移，则可以抑制发送杂散响应。
在上述的实施例中，幅度和相位分量是按实例的方式通过设定带状线的路径长度调整的。然而，可以构造一个杂散响应防止电路以便高精度地抑制杂散响应的产生。换句话说，可以在第六带状线18的部分中设置一具有可变放大系数的放大器和能够移位信号相位的一移相器。
虽然此实施例包括两个接收系统，本发明的技术思想也适用于设备包括一个发送系统和一个接收系统的情况。即使在包括一个发送系统和多个接收系统的收发信机中，在从天线系统发送的到每个收信放大器的泄漏发送信号和在发信放大器的输出一侧经环行器的反相输出端口从发送信号获得的输入信号在幅度上相等并具有180°的相位差(即，相互反相)，这就能够按要求在信号发送中抑制杂散响应。
图6示出了一种结构，其中附加了一些构成元件，以适用于在仅使用带状线不能实现相位调整的情况。
图6示出了第二实施例，其与图2所示的第一实施例不同，包括一存储器27用于存储来自控制器24的数据，一数字-模拟(D/A)转换器26以便将存储器27的数字数据转换成模拟数据，以及一移相器25。
其它元件与图2所示的相同。
在图6所示的第二实施例的操作中，移相器25根据从D/A转换器26输出的转换的模拟信号改变接收的信号的相位。D/A转换器26产生与来自存储器27的数字信号一致的模拟电压。
存储器27中包含用于相位修正值所需的数据，以便在使用第一天线1发送信号的情况下，经各自路径的两个发送信号之间在第一收信放大器4的输入端口处产生180°的相位差(即，相位相反)；还包含相位修正值需要的数据，以便在使用第二天线6发送信号的情况下，在经各自路径的两个发送信号之间在第二收信放大器9的输入端口处产生180°的相位差(即，相位相反)。
响应来自控制器24的信号，存储器27输出对应于选择的天线1或6的相位修正值。
如上所述，根据本发明，对于来自靠近天线的一点上的泄漏发送信号，可以在为发射信号所选择的天线系统的收信放大器的输入端口中，同步地施加与该泄漏的发送信号功率相等而相位相反的一发送信号。
这些信号相互抵消，而且输入到收信放大器的发送信号变成在发送信号中占的很小。因此这就抑制了仅通过中断收信放大器的电源不能防止的信号失真事件。
在参照特定的实施例描述本发明的同时，应认识到本发明不受这些实施例的限制，而是仅受所附权利要求书的限制。在没有脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术熟练人员是能够对这些实施例做出改变和修改的。
权利要求
1.一种收发信机，其具有用于将发送信号和接收信号分配到相对应的通道的一第一环行器，并且是在时分双工(TDD)系统中工作，其中包括提供与泄漏发送信号具有相反的相位和相同的幅度的一信号到收信放大器的输入端口的装置，用于消除进入收信放大器的泄漏发送信号，该收信放大器的输入端口被连接到接收和发送共用的一天线。
2.根据权利要求1所述的无线电收发信机，其特征在于，所述的提供一信号用于消除泄漏发送信号的装置包括设置在发信放大器输出一侧和收信放大器的输入端口之间的一第二环行器，用于分割发送信号以分配用于消除泄漏发送信号的信号；以及将用于消除从第二环行器输出的泄漏发送信号的信号连接到收信放大器的输入端口的装置。
3.一种在时分双工(TDD)系统中工作的无线电收发信机，其中包括发送信号和接收信号共同使用的一天线；与该天线连接的旋转隔离型第一环行器；通过第一带状线和收信放大器接收经所述第一环行器的一信号的接收部分；高频放大发送信号的发信放大器；与所述的发信放大器的输出端口连接的第二环行器；用于建立从所述第二环行器的正常方向性出口到所述第一环行器的连接的第三带状线和第四带状线；用于建立从所述第二环行器的反方向性出口到所述收信放大器的输入端口的连接的第六带状线和第七带状线；其中经第一通道到达收信放大器的输入端口的泄漏发送信号和经第二通道到达收信放大器的输入端口的分配发送信号相互具有相同的幅度和相反的相位，该第一通道是由第二环行器的正常方向性出口、第三和第四带状线、第一环行器、第一环行器的反方向性出口和第一带状线组成，该第二通道是由第二环行器的反方向性出口、第六和第七带状线组成。
4.根据权利要求3所述的无线电收发信机，其特征在于，还包括在所述第二环行器的反方向性出口和所述第六带状线之间的用于调整预定的相位差的一移相器。
5.根据权利要求3所述的无线电收发信机，其特征在于，还包括插在所述第三带状线和所述第四带状线之间的具有预定损耗的第一开关；以及插在所述第六带状线和所述第七带状线之间的具有预定损耗的第二开关。
6.时分双工系统(TDD)中工作的无线电收发信机使用的发送杂散响应防止方法，其中包括如下步骤输入从发信放大器分配的高频信号到与发送信号共用的天线系统连接的收信放大器的输入端口，以消除产生杂散响应的泄漏发送信号；将分配的高频信号的幅度设置为与泄漏的发送信号相同的幅度；将分配的高频信号的相位设置为与泄漏信号的相位成180度的相位。
全文摘要
在时分双工系统中工作的无线电收发信机中,一种使用发送信号的消除方法,该发送信号与来自发送信号的天线泄漏信号在幅度上相同而相位上相反,该信号被提供到与发送信号共用的天线连接的接收机的收信放大器的输入端口。该发送信号经将发送路径和接收路径分开的环行器到天线。来自天线的泄漏信号经环行器输入到收信放大器。该消除所用的发送信号经分配发信放大器输出端的发送信号和消除使用的信号的第二环行器馈送到收信放大器。
文档编号H04B1/54GK1246001SQ99110809
公开日2000年3月1日 申请日期1999年7月21日 优先权日1998年7月27日
发明者渡边望, 矢岛裕仁 申请人:日本电气株式会社