專利名稱：發(fā)射機功率放大器的斜升方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及通信電子設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種在數(shù)字收發(fā)信機功率放大器的斜坡發(fā)生期間降低頻干擾(glitch)的方法。
應(yīng)用擴頻技術(shù)的目的之一是為了便于各分離電子設(shè)備之間的無線或無線電通信。例如，作為一種柔性數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的無線局域網(wǎng)(WLAN)就采用無線電技術(shù)經(jīng)由空中發(fā)射與接收數(shù)據(jù)，從而降低了對線路連接的需求，或?qū)⑦@種需求減至最小。在典型的WLAN中，由從固定位置連接有線網(wǎng)的收發(fā)信機設(shè)置接入點。各終端用戶通過收發(fā)信機連接到WLAN；這里所述的收發(fā)信機，常采用膝上型計算機中的PC卡或臺式計算機中的ISA或PCI卡加以實現(xiàn)。上述收發(fā)信機也可以與諸如手持式計算機、個人數(shù)字助理等設(shè)備。
目前市售的大部分WLAN產(chǎn)品為面向工作于900MHz與2.4GHzISM頻帶的特定對象應(yīng)用的專用擴頻產(chǎn)品。如上所述，這些產(chǎn)品包括設(shè)在PCMCIA、ISA及定制PC板等平臺上的無線轉(zhuǎn)接器與接入點裝置。典型的擴頻收發(fā)信機包括跟基帶處理器連接的常規(guī)IF無線電電路，該電路對要發(fā)射的信號進行要求的調(diào)制，并對收發(fā)信機收到的信號進行要求的解調(diào)。所述IF無線電電路包括具有壓控振蕩器(VCO)與鎖相環(huán)(PLL)的頻率合成器。所述基帶處理器執(zhí)行特定的擴頻調(diào)制技術(shù)，如直接序列(DS)調(diào)制、跳頻(FH)調(diào)制、跳時(TH)調(diào)制或結(jié)合多種不同的調(diào)制方法的混合調(diào)制。
上述擴頻收發(fā)信機一般工作于時分雙工(TDD)方式，在以該方式工作時，分組傳輸時發(fā)射機接通，分組接收時發(fā)射機斷開。該發(fā)射機包括許多部件，其中有功率放大器和一對上變頻混頻器。一般，所述發(fā)射機功率放大器只是在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(或許在緊臨該時刻前)接通。該功率放大器以“斜升”方式接通(而不采用硬開關(guān)方式)，以減少頻譜鄰道干擾(即RF信號漏入鄰接信道)。功率的斜升通過調(diào)整(即增加)功率放大器的增益實現(xiàn)。
相反地，無論在TDD信號的發(fā)射還是接收過程中，所述頻率合成器必須保持接通狀態(tài)。但是，當功率放大器被斜升時，由于放大器輸入阻抗的改變，頻率合成器中會產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的頻率變動。鎖相環(huán)不能瞬時對這些頻率變動作出校正。還有，由于頻率誤差增大，遠端的接收機不能跟發(fā)射信號完好同步。
先有技術(shù)曾尋求通過將發(fā)射機功率放大器跟合成器VCO隔離的方式來解決上述問題。圖3示出了附加的隔離，即設(shè)于VCO 322與功率放大器314之間的緩沖器326與312。緩沖器326與312通常有多級分區(qū)，以獲得為°S21i/°S12i所定義的高度隔離，S12為前向增益(從A至B)，而S21為反向增益。

圖1表示了隔離過程，該過程涉及在接收周期Rx結(jié)束時接通發(fā)射機部件(除功率放大器以外)，然后在稍后的時刻(通常在發(fā)送位于實際信號有效負載之前的前同步信號時)斜升功率放大器。但是，如圖1所示，斜升功率放大器時，此項操作仍造成人們所不希望的VCO頻率瞬變(即低頻干擾)。而且，這種隔離方法不足以滿足快速轉(zhuǎn)換收發(fā)信機應(yīng)遵守IEEE 802.11標準的要求，該標準要求頻率精度優(yōu)于25ppm。
本發(fā)明的目的就在于解決這一問題。
發(fā)明概要依據(jù)本發(fā)明，在前一分組接收周期結(jié)束后而新的分組傳輸開始前，發(fā)射機功率放大器連同其他發(fā)射機部件被接通。由于該功率放大器已經(jīng)接通，功率的“斜升”通過單調(diào)遞增施加于上變頻混頻器的同相與正交相位基帶調(diào)制信號來加以實現(xiàn)。因而，本發(fā)明的方法是斜升施加于功率放大器的調(diào)制信號，而不是斜升功率放大器的功率增益。結(jié)果，在接通功率放大器時可能出現(xiàn)的VCO頻率瞬變，在新的分組傳輸開始前有機會得以衰減。此項技術(shù)有效地將發(fā)射機功率放大器跟頻率合成器VCO隔離開，有助于快速轉(zhuǎn)換收發(fā)信機的工作。
前面概述了與本發(fā)明更直接相關(guān)的目的與特征。應(yīng)理解，這些目的與特征僅是為了說明本發(fā)明的一些較突出的特征與應(yīng)用。其實，以不同方式應(yīng)用本發(fā)明，可以獲得如下所述的許多其他有益的結(jié)果。因此，閱讀了以下的詳細說明，可獲知本發(fā)明的其他目的，從而對本發(fā)明有更為全面的理解。
優(yōu)選實施例的詳細說明圖2描述了已知的無線收發(fā)信機200，其中實施了本發(fā)明。該收發(fā)信機可用于依據(jù)所推薦的IEEE 802.11標準的2.4GHzISM頻帶WLAN應(yīng)用，但本發(fā)明的范圍并不依此為限。所述收發(fā)信機包括與RF功率放大器相連的可選擇天線202和發(fā)射/接收開關(guān)204。低噪聲放大器206工作時連接到所述天線。收發(fā)信機還包括上/下變頻器208后者既連接到低噪聲放大器206又連接到RF功率放大器和發(fā)射/接收開關(guān)204。上/下變頻器208連接到雙頻率合成器210和正交IF調(diào)制/解調(diào)器212。IF調(diào)制/解調(diào)器212包括一個接收信號強度指示器(RSSI)，用以提供眾所周知的RSSI監(jiān)測(“察覺”)功能。還可設(shè)置一個或多個濾波器214和壓控振蕩器(VCO)216。上述部件包括傳統(tǒng)的擴頻收發(fā)信機的無線電部分。作者推定本文讀者熟悉這些部件的工作過程。
擴頻基帶處理器218跟上述無線電部分相連，并包括所有為給全雙工或半雙工基于分組的擴頻通信帶來便利所必需的功能部件，本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知這些功能部件。特別是，所述處理器有一板上快速雙A/D轉(zhuǎn)換器220與222，用以從IF調(diào)制器212接收同相(I)與正交(Q)信號?；鶐幚砥鬟€包括另一個快速A/D轉(zhuǎn)換器224用以處理來自IF調(diào)制器212的接收信號強度指示器(RSSI)的電壓。無干擾信道評估(CCA)電路226提供無干擾信道評估功能，用以避免數(shù)據(jù)沖突并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)吞吐量。解調(diào)器228接收快速A/D轉(zhuǎn)換器的輸出信號，將接收的信號收縮。調(diào)制器230執(zhí)行擴展功能(這點已經(jīng)清楚)。接口電路232同時跟解調(diào)器228和調(diào)制器230相連，用以連接進入/離開基帶處理器的數(shù)據(jù)。所有上述部件均為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員熟知。
直接序列調(diào)制是擴頻技術(shù)的一種類型。為了便于說明，這里以直接序列基帶處理器為例對本發(fā)明進行描述，讀者將會明白，這并不是對本發(fā)明范圍的限制。直接序列調(diào)制是這樣形成的將偽隨機數(shù)(PN)發(fā)生器的輸出序列線性調(diào)制到一串脈沖上，每個脈沖的持續(xù)時間稱為片時(chip time)。11位的巴克(Barker)序列(即+++---+--+-)可用于此目的。當然，此處采用11位的巴克序列，僅作為示例而已。巴克序列為一個長度為n的二進制{-1，+1}序列{s(t)}，具有非周期自相關(guān)值|ρs(τ)|＜1，對于所有τ，-(n-1)＜τ＜n-1。一般，這種調(diào)制用于二進制相移鍵控(BPSK)信息信號。通過用直接序列調(diào)制乘以BPSK信號產(chǎn)生直接序列BPSK信號。為了解調(diào)接收的BPSK信號，本機PN隨機數(shù)發(fā)生器(在接收機處產(chǎn)生PN波形用于收縮處理)須同步到接收的BPSK信號的PN波形的一個碼片(chip)以內(nèi)。此項功能由搜索例程實現(xiàn)，該例程使本機PN波形在時間上順序按幾分之一碼片的步長階躍，并在每個位置搜索接收波形與本機PN基準波形之間的強相關(guān)性。當相關(guān)性超過給定閾值時搜索終止，這表示已達到粗對準。兩個PN波形進入粗對準后，采用延遲鎖定或τ高頻脈動(tau-dither)跟蹤環(huán)來維持細對準。關(guān)于此項處理的更詳盡的資料，例如可參閱本說明書中作為參考的“通信手冊”(16.4(1997)，CRC出版社)(TheCommunications Handbook，16.4(1997)，CRC Press)。
下面參考圖3圖中示出擴頻收發(fā)信機發(fā)射機的常規(guī)功率放大器電路300。飛利浦SA2400型2.46HZ直接轉(zhuǎn)換零中頻收發(fā)信機即為其中一種具有代表性的收發(fā)信機，雖然本發(fā)明實際可在采用功率斜升的任何收發(fā)信機或發(fā)射機上實現(xiàn)。功率放大器電路包括一對(F1，F(xiàn)2)信道濾波器302與304、同相與正交相位的上變頻混頻器306與308、加法器310、緩沖放大器312以及功率放大器314。頻率合成器320包括壓控振蕩器322、鎖相環(huán)(PLL)324、緩沖器326以及移相器328。一般，功率放大器314是斷開的，除了在分組傳輸期間(或剛要開始分組傳輸時)。但是，頻率合成器保持接通狀態(tài)，因為它同時用于分組傳輸與接收，例如在時分雙工(TDD)收發(fā)信機中。為了避免頻譜鄰道干擾，當有此必要時(即在起始或終止分組傳輸時)，功率放大器314采用與硬開關(guān)方式相反的斜升方式，這也已是眾所周知的做法。但是，在先有技術(shù)中，斜升通常在分組的前同步信號開始或結(jié)束時通過提高或降低放大器增益來實現(xiàn)。但是，當放大器接通時，其輸入阻抗改變了，由此造成頻率合成器320中的頻率變動。PLL 324并不能瞬時校正這些頻率變動。
為了解決這一問題，本發(fā)明實現(xiàn)了一種新穎的功率斜升控制方法。按照該方法，在前一分組接收周期結(jié)束后和新的分組傳輸開始前，功率放大器314才接通。該方法采用斜升供給上變頻混頻器的基帶調(diào)制信號的方式，取代斜升功率放大器的增益的方式。結(jié)果，在接通功率放大器時可能出現(xiàn)的任何VCO頻率瞬變，在新的分組傳輸開始前有機會得以衰減。此項技術(shù)可完全將發(fā)射機功率放大器跟頻率合成器VCO隔離開。
在優(yōu)選的實施例中，功率放大器在足夠早的時間被接通，使得VCO頻率中的任何擾動得以在下一分組傳輸開始前安定下來。在特別優(yōu)選的實施例中，功率放大器在接收機部分接收一數(shù)據(jù)分組后被盡快地接通。眾所周知，有許多方法可以確定分組接收周期結(jié)束的時間。例如，確定分組接收周期的結(jié)束時間可以通過尋找傳輸突發(fā)的方法、尋找CRC碼的方法、查驗數(shù)據(jù)字段中的幀定界符的方法、基于幀頭標中的長度數(shù)據(jù)計算接收周期的方法以及其他各種方法?？梢圆捎萌魏魏弦说姆椒?，因為本發(fā)明的方法設(shè)計成能與現(xiàn)有的收發(fā)信機電路后向兼容。
一旦接收機識別到分組接收結(jié)束(或必須發(fā)射信號的任何時候)且功率放大器已被預(yù)先接通時，發(fā)射機就等待新的分組傳輸?shù)拈_始。一般，在分組接收結(jié)束和新的分組傳輸開始之間存在強制延遲。當新的分組傳輸開始時，或剛要開始時(在分組的前同步信號期間)，加到上變頻混頻器306與308上的同相與正交相位基帶信號被斜升。在優(yōu)選的實施例中，斜升通過基帶處理器輸出的數(shù)字字的簡單線性遞增得以實現(xiàn)。圖4描述了最后得到的效果。該例中，所述基帶信號的斜升400最好跟分組的前同步信號一起開始，該斜升持續(xù)約2微秒。前同步信號一般比斜升持續(xù)時間要長得多。不難發(fā)現(xiàn)，功率放大器的提早接通402會造成VCO輸出中的頻率變動，但是這種輸出變動在VI與VQ基帶信號被斜升前已經(jīng)平息。結(jié)果，當實際信號傳輸開始時，就不再存在低頻干擾或頻率瞬變。跟先有技術(shù)的功率放大器斜升方法相比，所述控制方法具有顯著的優(yōu)點。
在上述方法中，無需改變常規(guī)發(fā)射機或頻率合成器的電路。提供本發(fā)明功能性所必需的控制信號可用任何適宜的方式產(chǎn)生，例如可以采用軟件驅(qū)動的處理器、微控制器、有限狀態(tài)機、硬布線邏輯、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其他方式。盡管優(yōu)先推薦數(shù)字實現(xiàn)方式，但是本技術(shù)領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將完全了解斜升信號也可為模擬信號。圖5所示便是一個這樣的實施例。
圖5中，來自基帶處理器的數(shù)字字輸出先由數(shù)模轉(zhuǎn)換器502與504轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后利用一對乘法器506與508將所得到的輸出斜升。所述乘法器連接到I與Q輸入并被加上功率斜升信號r(t)。模擬斜升信號r(t)可以通過如下方式產(chǎn)生。在觸發(fā)TX/RX引腳(在t＝t0時)后，在t＝t1時經(jīng)由第一低通濾波器512觸發(fā)比較器510。由比較器510控制的第二低通濾波器514對每個乘法器實施控制。
在以上給出的實例中已經(jīng)描述了功率的斜升。用于斜升的原理同樣適用于功率的斜坡下降，即通過對調(diào)制信號作斜坡處理來實現(xiàn)。
以下為本發(fā)明的一些方面。
1.一種在具有功率放大器(314)與一對上變頻混頻器(306、308)的收發(fā)信機(200)中實施的改進的功率斜升方法包括如下步驟在前一分組接收周期(402)結(jié)束后接通功率放大器；在新的分組傳輸(400)開始時，斜升加到所述上變頻混頻器的調(diào)制信號。
2.第1項中所述的方法，其中調(diào)制信號為同相與正交相位信號。
3.第2項中所述的方法，其中通過令一組代表同相與正交相位信號的數(shù)字字單調(diào)遞增來實現(xiàn)所述調(diào)制信號的斜升。
4.第2項中所述的方法，其中通過將模擬斜升信號加到同相與正交相位信號上來實現(xiàn)所述調(diào)制信號的斜升。
5.第1項中所述的方法，另外包括以下步驟在前一分組接收周期結(jié)束后，將新的分組傳輸?shù)拈_始延遲一段給定時間。
6.第1項中所述的方法，其中新的分組傳輸用前同步信號開頭。
7.第1項中所述的方法，其中所述斜升步驟出現(xiàn)在給定的時間周期。
8.一種收發(fā)信機(200)，它包括接收機；包括功率放大器(312)與一對上變頻混頻器(306、308)的發(fā)射機；包括壓控振蕩器(VCO)(322)的頻率合成器(320)；用以隔離功率放大器與VCO的控制器(330)，后者包括在前一分組接收周期(402)結(jié)束后接通所述功率放大器的裝置；以及用以在新的分組傳輸(400)開始時使加到上變頻混頻器的調(diào)制信號斜升的裝置。
9.第8項中所述的收發(fā)信機，其中，所述調(diào)制信號為同相與正交相位調(diào)制信號。
10.第9項中所述的收發(fā)信機，其中，所述斜升裝置單調(diào)遞增一組代表同相與正交相位信號的數(shù)字字。
11.第9項中所述的收發(fā)信機，其中，所述斜升裝置包括用以產(chǎn)生模擬斜升信號(510、512、514)的裝置以及用以將所述模擬斜升信號加到同相與正交相位基帶信號上的裝置。
12.第11項中所述的收發(fā)信機，其中所述信號施加裝置為乘法器(506、508)。
13.第8項中所述的收發(fā)信機，它符合IEEE 802.11標準。
14.一種用于無線局域網(wǎng)(WLAN)的收發(fā)信機，它包括
包括功率放大器(312)、一對上變頻混頻器(306、308)和頻率合成器(320)的無線電電路；連接到所述無線電電路的處理器，該處理器包括用以產(chǎn)生加到上變頻混頻器的調(diào)制信號的裝置；控制器(330)，用以在前一分組接收周期(402)結(jié)束時接通所述功率放大器并用以在新的分組傳輸(400)剛開始時就將加到上變頻混頻器的調(diào)制信號斜升。
15.第14項中所述的收發(fā)信機，其中所述控制器(330)單調(diào)遞增一組代表調(diào)制信號的數(shù)字字。
16.第14項中所述的收發(fā)信機，其中所述控制器(330)包括用以產(chǎn)生模擬斜升信號(510、512、514)的裝置以及用以將所述模擬斜升信號加到調(diào)制信號上的裝置。
17.一種在具有功率放大器(312)的發(fā)射機中使用的功率斜升方法，所述方法包括如下步驟在分組接收剛開始時將功率放大器斷開；在分組接收剛完成時將功率放大器(402)接通；以及在新的分組傳輸(400)剛開始時將斜升調(diào)制信號加到所述功率放大器。
18.第17項中所述的功率斜升方法，其中所述調(diào)制信號為同相與正交相位信號。
19.第18項中所述的功率斜升方法，其中通過單調(diào)遞增一組代表同相與正交相位信號的數(shù)字字來斜升所述調(diào)制信號。
20.第17項中所述的功率斜升方法，其中以前同步信號開始所述新的分組傳輸。
21.一種在具有功率放大器(312)和一對上變頻混頻器(306、308)的擴頻收發(fā)信機(200)中實施的改進的功率斜升方法包括如下步驟分組傳輸(402)前接通功率放大器；以及在新的分組傳輸(400)剛開始時使加到上變頻混頻器的調(diào)制信號斜升。
22.一種收發(fā)信機，它包括接收機；包括功率放大器和一對上變頻混頻器的發(fā)射機；包括壓控振蕩器的頻率合成器；用以在分組傳輸前將功率放大器隔離的控制器；以及用以在新的分組傳輸剛開始時就將加到上變頻混頻器的調(diào)制信號斜升的裝置。
23.第22項中所述的收發(fā)信機，其中另外還用以在分組傳輸結(jié)束時斜降信號的裝置。
24.第11項中所述的收發(fā)信機，其中所述信號施加裝置為乘法器。
25.第17項中所述的功率斜升方法，其中還包括用以在傳輸功率被斜降后斷開功率放大器的步驟。
至此完成了對本發(fā)明的描述，有關(guān)新的權(quán)利要求在后附的權(quán)利要求書中給出。
權(quán)利要求
1.一種在具有功率放大器(314)與一對上變頻混頻器(306、308)的收發(fā)信機(200)中實施的改進的斜升方法包括如下步驟在前一分組接收周期(402)結(jié)束后接通所述功率放大器；以及在新的分組傳輸(400)剛開始時斜升加到所述上變頻混頻器的調(diào)制信號。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于所述調(diào)制信號為同相與正交相位信號。
3.權(quán)利要求2中所述的方法，其特征在于通過令一組代表所述同相與正交相位信號的數(shù)字字單調(diào)遞增來實現(xiàn)所述調(diào)制信號的斜升。
4.權(quán)利要求2中所述的方法，其特征在于通過將模擬斜升信號加到所述同相與正交相位信號上來實現(xiàn)所述調(diào)制信號的斜升。
5.權(quán)利要求1、或2、或3、或4中所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述前一分組接收周期結(jié)束后，將所述新的分組傳輸?shù)拈_始延遲一段給定的時間。
6.一種收發(fā)信機(200)，它包括接收機；包括功率放大器(312)與一對上變頻混頻器(306、308)的發(fā)射機；包括壓控振蕩器(VCO)(322)的頻率合成器(320)；用以隔離所述功率放大器與所述VCO的控制器(330)，后者包括用以在前一分組接收周期(402)結(jié)束后接通所述功率放大器的裝置；以及用以在新的分組傳輸(400)剛開始時就將加到所述上變頻混頻器的調(diào)制信號斜升的裝置。
7.權(quán)利要求6中所述的收發(fā)信機，其特征在于所述調(diào)制信號為同相與正交相位調(diào)制信號。
8.權(quán)利要求7中所述的收發(fā)信機，其特征在于所述斜升裝置單調(diào)遞增一組代表所述同相與正交相位信號的數(shù)字字。
9.權(quán)利要求7中所述的收發(fā)信機，其特征在于所述斜升裝置包括用以產(chǎn)生模擬斜升信號的裝置(510、512、514)，以及將所述模擬斜升信號加到所述同相與正交相位基帶信號上的裝置。
10.權(quán)利要求6至9中任何一項中所述的收發(fā)信機，其特征在于所述收發(fā)信機符合IEEE 802.11標準。
全文摘要
一種用以減小數(shù)字收發(fā)信機中因輸入阻抗變化導(dǎo)致的低頻干擾的方法。依據(jù)該方法,在前一分組接收周期結(jié)束后和新的分組傳輸開始前接通功率放大器。所述方法使調(diào)制信號斜升而不是使功率放大器增益斜升。結(jié)果,任何本來會因功率放大器的接通造成的VCO頻率瞬變,就有機會在新的分組傳輸開始前得到衰減。該方法有效地將發(fā)射機功率放大器與頻率合成器的VCO隔離,以利于快速切換收發(fā)信機操作。
文檔編號H03G3/30GK1384999SQ00806557
公開日2002年12月11日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者R·莫欣德拉 申請人:皇家菲利浦電子有限公司