專利名稱：數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及轉(zhuǎn)發(fā)器。更具體地，本發(fā)明涉及具有數(shù)字信號處理器的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，它可以用軟件配置來接收和重新發(fā)射射頻信號。
轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)典型地被使用于這樣的情況下，即其中要被覆蓋的區(qū)域和/或容量需求證明帶有管理的頻道分配的全部基站系統(tǒng)安裝是不適當?shù)摹＿@樣，常常使用安裝在塔上的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)來擴展基站的范圍和填充基站覆蓋區(qū)域中的空白點?？瞻c是指被阻擋而無法接收射頻(RF)信號的區(qū)域。空白點包括山、樹、建筑物等。
典型的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)包括三個基本部分指向/瞄準基站天線的鏈路天線；轉(zhuǎn)發(fā)器電子電路；以及指向感興趣區(qū)域的廣播天線。通常，鏈路天線具有非常窄的波束寬度的高方向性(高增益)，因為它只需要“看到”基站天線。廣播天線具有較寬的波束寬度，該寬度由想要被覆蓋的區(qū)域確定。轉(zhuǎn)發(fā)器電子電路可以包含各種雙工器、濾波器、分路器和RF放大器等。典型的轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)包括從基站(BS)天線到接收設(shè)備的前向通路和從接收設(shè)備到BS天線的反向通路。
天線系統(tǒng)依據(jù)的兩個主要性能因素是增益和輸出功率。輸出功率主要由鏈路和廣播天線增益的總和與放大器的最大(線性)輸出功率來確定。系統(tǒng)增益由無源天線增益的總和加上放大器的增益來確定。這是由廣播與鏈路天線之間的隔離(或互耦)來限制的。隔離依賴于天線類型，前后(F/B)比和波束寬度。
轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)被使用于各種應(yīng)用中，例如，TV和無線電發(fā)射、蜂窩/PCS通信、以及尋呼機業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)發(fā)器使用模擬技術(shù)和典型地只提供用于前向通路的一個信道和用于反向通路的一個信道。為了得到很大的相鄰的信道抑制，RF信號必須被變換成確定的中頻(IF)。這樣，在傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)器中的每個信道需要專用的下變頻器、專用的IF濾波器、專用的上變頻器、和專用的合成器。傳統(tǒng)的模擬轉(zhuǎn)發(fā)器使用具有12.5kHz和200kHz的分辨率的本地振蕩器(LO)。這設(shè)定了整個轉(zhuǎn)發(fā)器的信道分辨率。模擬轉(zhuǎn)發(fā)器的IF和帶寬根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器被設(shè)計用于的調(diào)制格式而被確定。另外，模擬轉(zhuǎn)發(fā)器由于IF聲表面波(SAW)濾波器或晶體濾波器的逐個器件的變化而受到群時延與通帶變化的影響。小的阻抗失配會造成通帶響應(yīng)上很大起伏。在模擬轉(zhuǎn)發(fā)器中，SAW濾波器的形狀因子在15dB和40dB點之間可能有200kHz到400kHz的頻率差值。模擬轉(zhuǎn)發(fā)器的通帶響應(yīng)由IF SAW濾波器或晶體濾波器確定。
所以，需要一種轉(zhuǎn)發(fā)器，它能夠發(fā)射和接收多個信道，對于每條通路它只使用單個RF下變頻器/RF上變頻器對，有更大的本地振蕩器分辨率，處理多種調(diào)制格式而不改變轉(zhuǎn)發(fā)器硬件，不管阻抗失配如何都有基本上相同的濾波器性能，由于濾波器在15dB和40dB點之間具有小于1kHz頻率差值的形狀因子而允許把更多的信道一起放置得更靠近，匹配于由通信網(wǎng)使用的調(diào)制格式，以及自動檢測調(diào)制格式和根據(jù)所檢測的調(diào)制格式改變?yōu)V波器帶寬。本發(fā)明著重解決這些需要中的一個或多個。
一種數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器被用于發(fā)射和接收射頻(RF)信號。該數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器包括用于把第一RF信號下變頻到中頻(IF)信號的下變頻器，用于把IF信號變換成數(shù)字信號的模擬-數(shù)字變換器，用于濾波和放大該數(shù)字信號的數(shù)字信號處理器，用于把該數(shù)字信號變換成模擬信號的數(shù)字-模擬變換器。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器還包括上變頻器，用于把模擬信號上變頻成適合于天線發(fā)射的第二RF信號。
當參考附圖閱讀以下的詳細說明時將明白本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點，其中

圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的、用于發(fā)送數(shù)據(jù)的天線系統(tǒng)；圖2是天線系統(tǒng)中使用的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的示意圖；圖3是數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)字信號處理器模塊的示意圖；圖4a和4b是數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的上變頻器模塊的示意圖；圖5a和5b是數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的下變頻器模塊的示意圖；以及圖6a和6b是顯示按照本發(fā)明的一個實施例的、轉(zhuǎn)發(fā)器是如何用軟件配置的流程圖。
雖然本發(fā)明容易有各種修改和替換的形式，通過附圖中的例子給出了具體的實施例以及這里將進行詳細描述。然而，應(yīng)當看到，本發(fā)明并不想限于所揭示的特定的形式。而是本發(fā)明將覆蓋屬于由所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有的修改例、等同例、和替換例。
參照圖1，圖上顯示用于在基站天線6與接收設(shè)備14之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的天線系統(tǒng)5。天線系統(tǒng)5包括數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10，它被連接在鏈路天線8與廣播天線12之間。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10擴展了起源的基站天線6的覆蓋區(qū)域和/或填充了起源的基站天線6的覆蓋區(qū)域中的空白點。
數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10發(fā)射RF信號到接收設(shè)備14和從接收設(shè)備14接收RF信號，如圖2所示。接收設(shè)備14可包括尋呼機、TV或無線電接收機、蜂窩或PCS電話等。轉(zhuǎn)發(fā)器10運行在發(fā)射模式和接收模式。例如，在一個實施例中，鏈路天線8用來接收來自基站(BS)天線6或來自另一個轉(zhuǎn)發(fā)器10的進入的RF信號。顯示的轉(zhuǎn)發(fā)器10通常工作在要被接收的一個或多個進入的RF信號的頻段。廣播天線12被使用來在廣播/轉(zhuǎn)發(fā)模式中發(fā)射(和接收)一個或多個信號到接收設(shè)備14，或發(fā)射一個或多個信號到使用多個轉(zhuǎn)發(fā)器10廣播或散布RF信號的系統(tǒng)中的另一個轉(zhuǎn)發(fā)器10。
這樣，轉(zhuǎn)發(fā)器10在全雙工模式(即，同時在兩個方向上運行)使用兩個不同的頻率運行，每個方向一個頻率。如圖2所示，數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10包括前向通路16(下行鏈路通路)和反向通路18(上行鏈路通路)。因此，轉(zhuǎn)發(fā)器10提供與一個或多個接收設(shè)備14的雙向通信。前向通路16把RF信號從BS天線6傳送到接收設(shè)備14，而反向通路把RF信號從接收設(shè)備14傳送到BS天線6。雙工器100被連接在前向通路16的輸入端與反向通路18的輸出端之間。同樣地，第二雙工器200被連接在前向通路16的輸出端與反向通路18的輸入端之間。雙工器100、200被使用來分開每條通路16、18的功率和阻止來自前向通路16的噪聲回繞到反向通路18，以及反之亦然。RF信號19在鏈路天線8處被接收，以及被通過雙工器100和前向通路16來進行傳送。第二雙工器200然后把濾波的信號43傳送到廣播天線12，后者發(fā)射處理的信號。在反方向時，廣播天線12接收RF信號52，它被通過雙工器200和反向通路18饋送。第一雙工器100然后把濾波的信號82傳送到鏈路天線8，后者發(fā)射處理的信號。
數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10是多信道轉(zhuǎn)發(fā)器，它可以同時處理在每條通路16，18上的多個信道。所以，RF信號(諸如RF信號19、52)每個都包含一個或多個處于不同的頻率(信道)的信號。
雙工器100起到帶通濾波器的作用，它適用于接收進入的RF信號19和只允許在第一特定的頻帶內(nèi)的濾波信號21通過。在一個實施例中，第一特定頻帶是在約1850MHz與1865MHz；1870MHz與1885MHz；和/或1890MHz與1905MHz之間。雙工器100也允許用一個端口作為進入的下行鏈路信號和外出的上行鏈路信號的公共連接。雙工器100和200確定哪些運行頻帶將被轉(zhuǎn)發(fā)器10接收。例如，在一個實施例中，PCS 1900MHz轉(zhuǎn)發(fā)器將運行在三個頻帶之一子頻帶A、子頻帶B或子頻帶C。這些頻帶的運行頻率如下頻帶上行鏈路輸入頻率下行鏈路輸出頻率A 從1850到1865MHz 從1930到1945MHzB 從1870到1885MHz 從1950到1965MHzC 從1890到1905MHz 從1970到1985MHz雙工器100用來把低功率下行鏈路輸入信號19與高功率上行鏈路輸出信號82分開。例如，外出的上行鏈路信號(濾波的信號82)的功率電平典型地是幾瓦，而進入的下行鏈路信號(RF信號19)的功率電平典型地是在微瓦到毫瓦量級。雙工器100隔離下行鏈路通路與高功率上行鏈路通路。在一個實施例中，前向通路16也包括低噪聲放大器110，用于放大濾波的信號21和產(chǎn)生放大的信號22。低噪聲放大器110是寬帶RF器件，其輸入必須與高功率上行鏈路信號隔離。雙工器100隔離低噪聲放大器110與那些高功率上行鏈路信號，因為后者可以阻止轉(zhuǎn)發(fā)器10的正常運行。
低噪聲放大器110設(shè)定下行鏈路方向的轉(zhuǎn)發(fā)器噪聲系數(shù)。噪聲系數(shù)與噪聲因子有關(guān)，后者是轉(zhuǎn)發(fā)器10的輸入端處的信號噪聲比(S/N)除以轉(zhuǎn)發(fā)器10的輸出端處的S/N。噪聲系數(shù)=10×Log10(噪聲因子)。
第一RF下變頻器120被包括在內(nèi)，用于下變頻放大的信號22。如圖4a所示，RF下變頻器120接收放大的信號22。放大的信號22與本地振蕩器(LO)信號34被混頻器24組合，以便產(chǎn)生中頻(IF)信號30。在一個實施例中，IF是在約10MHz到30MHz之間，這取決于應(yīng)用。這樣，當LO信號34是1860MHz和放大的信號22是1850MHz時，IF信號就是10MHz。IF信號30被放大器33放大和被帶通濾波器35濾波。帶通濾波器35大大地減小放大的信號22和LO信號34的復(fù)合分量或鏡頻。IF信號30每個都包含處于不同頻率(信道)的一個或多個信號。所有的下行鏈路信道都要通過第一RF下變頻器120。
在一個實施例中，在轉(zhuǎn)發(fā)器10中使用的放大器(諸如放大器33)包括相對較低的功率的、線性集成電路芯片元件，諸如單片微波集成電路(MMIC)芯片。這些芯片可包括由砷化鎵(GaAs)異質(zhì)結(jié)晶體管制造工藝制成的芯片。然而，硅處理芯片或CMOS處理芯片也可被利用。
下面是MMIC功率放大器芯片的一些例子1．RF Micro Devices公司(7625 Thorndike Road,Greensboro,NC 27409,或7341-D W.Friendly Ave.,Greensboro,NC 27410)的RFMicrodevices PCS線性功率放大器RF 2125P,RF 2125,RF 2126,或RF 2146；2．Pacfic Monolithics公司(1308 Moffett Park Drive,Sunnyvale,CA)的Pacfic Monolithics PM 2112單電源RFIC功率放大器；3．西門子AG(1301 Avenue of the Americas,紐約,NY)的西門子CGY191、CGY180或CGY181、GaAs MMIC雙模式功率放大器；4．Stanford Microdevices(522 Almanor Avenue,Sunnyvale,CA)的Stanford Microdevices SMM-208、SMM-210或SXT-124；5．摩托羅拉公司(505 Barton Springs Road,Austin,TX)的摩托羅拉MRFIC1817或MRFIC1818；6．惠普公司(933 East Campbell Road,Richardson,TX)的惠普HPMX-3003；7．Anadigics(35 Technology Drive,Warren,NJ 07059)的Anadigics AWT1922；8．SEI公司.P0501913H,1,Taya-cho,Sakae-ku,Yokohama,日本；以及9．Celeritek(3236 Scott Blvd.,Santa Clara,CA 95054)的Celeritek CFK2062-P3、CCS1930或CFK2162-P3.
回到圖2，前向通路16還包括第一多信道數(shù)字信號處理器(DSP)模塊130，它包括模擬-數(shù)字變換器420，用于把進入的寬帶IF信號30變換成數(shù)字信號32，如圖3所示。在一個實施例中，DSP模塊是四信道DSP；然而，每個都能夠處理一個或多個信道的一個或多個DSP可被交替地使用。數(shù)字信號32包含一個或多個信道。數(shù)字信號32的第一信道然后被第一數(shù)字下變頻器500進行數(shù)字處理。同樣地，數(shù)字信號32的其它信道被各自的數(shù)字下變頻器560、570和580進行數(shù)字處理。第一信道被數(shù)字下變頻為基帶中心頻率約為0Hz，以及被加到一系列可軟件配置的低通濾波器和增益級，如下面相對于圖3詳細描述的。處理的信道然后被數(shù)字上變頻回到原先的IF頻率。在說明的實施例中，來自四個信道的四個處理的信號然后被數(shù)字地相加在一起，以形成一個數(shù)字信號36(具有一個或多個信息信道，每個信道具有不同的頻率)。數(shù)字信號36然后被加到數(shù)字-模擬變換器700。DSP模塊130輸出第二IF信號38。
回到圖2，RF上變頻器140被包括在內(nèi)，用于上變頻第二IF信號38。上變頻器140把第二IF信號38變換成第二RF信號42，如圖5a所示。第二IF信號38被帶通濾波器44濾波和被放大器46放大。放大的信號與本地振蕩器(LO)信號50被混頻器48組合，以便產(chǎn)生第二RF信號42。濾波器44大大地減小IF信號38和LO信號50的復(fù)合分量或鏡頻。IF信號38每個都包含處于不同頻率(信道)的一個或多個信號。在一個實施例中，IF是在約10MHz到30MHz之間，這取決于應(yīng)用。這樣，當LO信號50是1860MHz和lF信號是10MHz時，第二RF信號42就是1850MHz。所有的上行鏈路信道都要通過上變頻器140。
回到圖2，功率放大器150被包括在內(nèi)，用于將第二RF信號42放大成為具有想要的輸出電平的放大信號51。功率放大器150的線性度決定轉(zhuǎn)發(fā)器10的動態(tài)范圍的上限。功率放大器150的輸出通過第二雙工器200而與反向通路18隔離，該雙工器被連接在前向通路16的輸出端與反向通路18的輸入端之間。雙工器200起到帶通濾波器的作用，它適用于只允許在第一特定的頻帶內(nèi)的外出的濾波信號43通過。再次地，在一個實施例中，第一特定頻帶是在約1850MHz與1865MHz；1870MHz與1885MHz；和/或1890MHz與1905MHz之間。濾波的信號43被發(fā)送到廣播天線12和被發(fā)送到接收設(shè)備14。
雙工器200也起到帶通濾波器的作用，它適用于只允許在第二特定的頻帶內(nèi)的進入的濾波信號54通過。在一個實施例中，第二特定頻帶是在約1930MHz與1945MHz；1950MHz與1965MHz；和/或1970MHz與1985MHz之間。這樣，雙工器200允許用一個端口作為外出的下行鏈路信號43和進入的上行鏈路信號52的公共連接。雙工器100和200確定哪些運行頻帶將被轉(zhuǎn)發(fā)器10接受。正如先前的例子那樣，PCS 1900MHz轉(zhuǎn)發(fā)器將運行在三個頻帶之一子頻帶A，子頻帶B或子頻帶C。每個頻帶的運行頻率如下頻帶下行鏈路輸入頻率上行鏈路輸出頻率A 從1930到1945MHz 從1850到1865MHzB 從1950到1965MHz 從1870到1885MHzC 從1970到1985MHz 從1890到1905MHz雙工器200用來把低功率上行鏈路輸入信號與高功率下行鏈路輸出信號分開。例如，外出的下行鏈路信號(濾波的信號43)的功率電平典型地是幾瓦，而進入的上行鏈路信號(RF信號52)的功率電平典型地是在微瓦到毫瓦量級。雙工器200隔離上行鏈路通路與高功率下行鏈路通路。在一個實施例中，反向通路18也包括低噪聲放大器210，用于放大濾波的信號54和產(chǎn)生放大的信號56。低噪聲放大器210設(shè)定上行鏈路通路18中轉(zhuǎn)發(fā)器的噪聲系數(shù)。低噪聲放大器210是寬帶RF器件，其輸入必須與高功率下行鏈路信號隔離，后者可以阻止轉(zhuǎn)發(fā)器10的正常運行。雙工器200隔離低噪聲放大器210與那些高功率下行鏈路信號。
第二RF下變頻器220被包括在內(nèi)，用于下變頻放大的信號56。如圖4b所示，RF下變頻器220接收放大的信號56。放大的信號56與本地振蕩器(LO)信號64被混頻器58組合，以便產(chǎn)生中頻(IF)信號65。在一個實施例中，IF是在約10MHz到30MHz之間，這取決于應(yīng)用。這樣，當LO信號64是1940MHz和放大的信號56是1930MHz時，IF信號就是10MHz。IF信號65被放大器62放大和被帶通濾波器63濾波。帶通濾波器63大大地減小了放大的信號56和LO信號64的復(fù)合分量或鏡頻。所有的上行鏈路信道都要通過第二RF下變頻器220。
回到圖2，反向通路18還包括第二多信道DSP模塊230，它以與DSP模塊130相同的方式運行。來自第二RF下變頻器220的進入的寬帶IF信號65被模擬-數(shù)字變換器420采樣，和被分成數(shù)字信號32，如圖3所示。在一個實施例中，DSP模塊是四信道DSP；然而，每個都能夠處理一個或多個信道的一個或多個DSP可被交替地使用。數(shù)字信號32的第一信道然后被第一數(shù)字下變頻器500進行數(shù)字處理。同樣地，數(shù)字信號32的其它信道被各自的數(shù)字下變頻器560、570和580進行數(shù)字處理。第一信道被數(shù)字下變頻為基帶中心頻率約為0Hz，以及被加到一系列可軟件配置的低通濾波器和增益級，如下面相對于圖3詳細描述的。處理的信道然后被數(shù)字上變頻回到原先的IF頻率。來自每個信道的多個處理的信號然后被數(shù)字地相加在一起，以形成一個數(shù)字信號36(具有一個或多個信息信道，每個信道具有不同的頻率)。數(shù)字信號36然后被加到數(shù)字-模擬變換器700。DSP模塊230輸出第四IF信號70，如圖2所示。
第二RF上變頻器240被包括在內(nèi)，用于上變頻第四IF信號70。上變頻器240把第四IF信號70變換成第四RF信號72，如圖5b所示。第四IF信號70被帶通濾波器74濾波和被放大器76放大。放大的信號與本地振蕩器(LO)信號80被混頻器78組合，以便產(chǎn)生第四RF信號72。在一個實施例中，IF是在約10MHz到30MHz之間，這取決于應(yīng)用。這樣，當LO信號80是1940MHz和IF信號是10MHz時，第四RF信號72是1930MHz。帶通濾波器74大大地減小了放大的信號70和LO信號80的復(fù)合分量或鏡頻。轉(zhuǎn)發(fā)器的所有上行鏈路信道都要通過上變頻器240。
第二功率放大器250被包括在內(nèi)，用于將第四RF信號72放大成具有想要的輸出電平的放大的信號81。功率放大器250的線性度決定轉(zhuǎn)發(fā)器10的動態(tài)范圍的上限。功率放大器250的輸出通過第一雙工器100而與前向通路16隔離，該雙工器被連接在反向通路18的輸出端與前向通路16的輸入端之間。雙工器100起到帶通濾波器的作用，適用于接收放大的信號81和只允許在第二特定的頻帶內(nèi)的外出的濾波信號82通過。再次地，在一個實施例中，第二特定頻帶是在約1930MHz與1945MHz；1950MHz與1965MHz；和/或1970MHz與1985MHz之間。濾波的信號82被發(fā)送到鏈路天線8和被發(fā)送到BS天線6。
參見圖2和3，合成器/時鐘300被包括在內(nèi)，用于產(chǎn)生LO信號34、50、64、和80，以便用于RF下變頻器120、220和RF上變頻器140、240。在一個實施例中，RF下變頻器120和RF上變頻器140使用同一個LO頻率；這樣，LO信號34、50必須是互相充分隔離的，以阻止在RF下變頻器120和RF上變頻器140之間的串擾。在一個實施例中，第二RF下變頻器220和第二RF上變頻器240也使用同一個LO頻率；這樣，LO信號64、80必須是互相充分隔離的，以阻止在第二RF下變頻器220和第二RF上變頻器240之間的串擾。所以，合成器/時鐘300提供互相充分隔離的LO信號，以阻止在前向與反向通路16、18之間的串擾。合成器/時鐘300也產(chǎn)生采樣時鐘fclk，用于模擬-數(shù)字變換器420、DSP模塊130、230和數(shù)字-模擬變換器700。
用戶接口310被提供來用于與DSP模塊130、230接口。用戶接口310允許DSP模塊130、230被編程來調(diào)節(jié)和配置某些參量，如下面結(jié)合圖3描述的。電源320把原來的交流(AC)電源轉(zhuǎn)換成直流(DC)電源。
回到圖3，圖上顯示DSP模塊130的詳細的示意圖。因為DSP模塊230是以與DSP模塊130相同的方式運行的，所以只顯示和詳細描述DSP模塊130。在一個實施例中，DSP模塊130是四信道DSP，它能夠同時處理四個信道，然而，每個都能夠處理一個或多個信道的一個或多個DSP可以被交替地使用?？烧{(diào)節(jié)的衰減器400被提供來適應(yīng)各種IF信號電平。阻抗變換器410把衰減器400的低輸出阻抗變換成適用于模擬-數(shù)字變換器420的輸入端的高輸出阻抗。例如，如果輸入IF信號30對于模擬-數(shù)字變換器420太大，則反饋信號84使得衰減增加，由此減小在阻抗變換器410的輸入端處出現(xiàn)的信號電平。模擬-數(shù)字變換器420把進入的寬帶IF信號30變換成數(shù)字信號32，它以fclk確定的速率被采樣。在一個實施例中，fclk的近似值是60MHz，這取決于應(yīng)用。
提供了數(shù)字下變頻器500。因為每個信道以相同的方式運行，所以只詳細描述和顯示數(shù)字下變頻器500。數(shù)字下變頻器500包括數(shù)控振蕩器(NCO)510。NCO 510的頻率確定處理數(shù)字信號32的哪個信道，即，它確定數(shù)字下變頻器500要調(diào)諧到的中心頻率。NCO 510可被調(diào)諧到(通過用戶接口310)具有小于例如1Hz間隔的離散頻率。在一個實施例中，NCO 510的可使用的頻率范圍是0Hz到大約0.4×fclk。NCO 510產(chǎn)生處于相同輸出頻率的兩個LO信號，一個同相形式86和一個正交形式88，后者相對于同相形式86移相90度(以產(chǎn)生1/4周期延時)。LO信號的輸出頻率和相位是通過用戶接口310可編程的。
一對數(shù)字混頻器520把數(shù)字信號32的特定信道的頻率下變頻為由NCO 510確定的頻率。當來自NCO 510的頻率等于特定信道的頻率時，混頻器的輸出是以0Hz為中心。一個混頻器使用來自NCO 510的LO信號的同相形式86。這個混頻器把特定的信道變換成以0Hz為中心的、同相的下變頻的數(shù)字信號90?；祛l器中的第二個使用來自NCO 510的LO信號的正交形式88。這個混頻器把特定的信道變換成以0Hz為中心的、正交的下變頻的數(shù)字信號91。這時，由每個混頻器產(chǎn)生的樣本速率等于原先的采樣速率fclk。
數(shù)字分樣器530包括數(shù)字低通濾波器。數(shù)字分樣器530丟棄不需要的下變頻數(shù)字信號90、91的樣本。這是可能的，因為感興趣的信號以0Hz為中心以及占用窄的帶寬。分樣速率是丟棄的樣本數(shù)目的度量。當分樣速率增加時，未丟棄的樣本的帶寬降低。分樣速率是通過用戶接口310可編程的。數(shù)字低通濾波器是帶有可編程系數(shù)的有限沖激響應(yīng)(FIR)型濾波器，該系數(shù)規(guī)定了濾波器的形狀。濾波器系數(shù)也是通過用戶接口310可編程的。
數(shù)字下變頻器500還包括一個二信道數(shù)字放大器540。數(shù)字放大器540的一個信道放大同相的下變頻的數(shù)字信號90，以及第二信道放大正交的下變頻的數(shù)字信號91。數(shù)字放大器540的兩個信道被設(shè)置成有相同的增益。在一個實施例中，數(shù)字放大器540具有0到28dB的增益范圍，步進量大約為0.1dB。增益量是通過用戶接口310可編程的。這樣，用戶可以通過調(diào)節(jié)數(shù)字放大器540的增益而控制轉(zhuǎn)發(fā)器10的覆蓋區(qū)域。
數(shù)字復(fù)用器550被包括在內(nèi)，用于把來自數(shù)字放大器540的同相的下變頻的數(shù)字信號90和正交的下變頻的數(shù)字信號91變換成一個具有交織的同相和正交樣本的復(fù)用信號92。
DSP模塊130的數(shù)字下變頻器560、570和580以與上述的數(shù)字下變頻器500相同的方式運行。
也提供了數(shù)字上變頻器600。因為每個信道以相同的方式運行，所以只詳細描述和顯示數(shù)字上變頻器600。數(shù)字上變頻器600包括數(shù)字多路分離器610，它把來自數(shù)字下變頻器500的復(fù)用信號92變換成分開的同相和正交信號93、94。
數(shù)字內(nèi)插器620包括數(shù)字低通濾波器。數(shù)字低通濾波器是帶有可編程系數(shù)的有限沖激響應(yīng)(FIR)型濾波器。這些系數(shù)規(guī)定了濾波器的形狀。濾波器系數(shù)也是通過用戶接口310可編程的。數(shù)字內(nèi)插器620產(chǎn)生所需要的數(shù)據(jù)樣本，以便將采樣速率增加到原先的頻率fclk。內(nèi)插速率是對產(chǎn)生多少樣本的度量。通常，內(nèi)插速率等于數(shù)字分樣器530所使用的分樣速率。內(nèi)插速率也是通過用戶接口310可編程的。
數(shù)字上變頻器600還包括數(shù)控振蕩器(NCO)630。NCO 630的頻率確定上變頻器要調(diào)諧到的頻率。這個NCO可被調(diào)諧到具有小于1Hz間隔的離散的頻率。在一個實施例中，NCO 630的可使用的頻率范圍是0Hz到大約0.4×fclk。NCO 630(像NCO 510那樣)產(chǎn)生處于相同輸出頻率的兩個LO信號，一個同相形式95和一個正交形式96，后者相對于同相形式95移相90度(以產(chǎn)生1/4周期延時)。LO信號的輸出頻率和相位是通過用戶接口310可編程的。
一對數(shù)字混頻器640把中心為0Hz的分開的信號93、94的頻率上變頻為被編程到NCO 630中的頻率。一個混頻器使用來自NCO 630的LO信號的同相形式95。這個混頻器把分開的信號93變換成其中心為IF的、同相的上變頻的數(shù)字信號97?；祛l器中的第二個使用來自NCO 630的LO信號的正交形式96。這個混頻器把分開的信號94變換成其中心為IF的、正交的上變頻的數(shù)字信號98。這時，由每個混頻器產(chǎn)生的樣本速率再次等于原先的采樣速率fclk。
數(shù)字加法器650被包括在內(nèi)，用于代數(shù)地相加同相的、上變頻的數(shù)字信號97和正交的、上變頻的數(shù)字信號98，以產(chǎn)生第一輸出信號99a。數(shù)字上變頻器600的信道660、670和680以與上述的數(shù)字上變頻器信道相同的方式運行。在一個實施例中，信道660、670和680分別產(chǎn)生輸出信號99b、99c、和99d。
多信道數(shù)字加法器690被包括在內(nèi)。數(shù)字加法器690代數(shù)地相加數(shù)字輸出信號(例如，99a-99d)以及將可編程的比例因子(從0到1)應(yīng)用到輸出信號99a-99d的總和上。比例因子防止總計的信道溢出。例如，在其中有四個信道和每個信道處理16比特字的情況下，四個16比特字的總和會大于16比特。所以，總和被按比例縮放，以避免溢出情形。數(shù)字比例因子是通過用戶接口310可編程的。
數(shù)字-模擬變換器700把輸出信號(例如99a-99d)的總和變換成差分模擬信號37。差分信號是其幅度等于在兩個端口處的電壓之間差值的信號。平衡到非平衡信號變換器710被提供來把差分模擬信號37變換成單個低阻抗模擬輸出信號(圖2的第二IF信號38)。這個單個輸出信號使用地(0伏)作為它的基準。
微處理器800控制數(shù)字下變頻器500和數(shù)字上變頻器600。微處理器800為多信道DSP模塊130提供編程數(shù)據(jù)，和報告模塊130的狀態(tài)。微處理器800與用戶接口310交互作用，以允許用戶編程和配置DSP模塊130來設(shè)置，例如數(shù)字信號處理器的增益、第一數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位、第一數(shù)字信號被分樣的速率、數(shù)字信號的放大以便控制數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的覆蓋區(qū)域，分開的信號被內(nèi)插的速率，以及數(shù)字比例因子，參照圖6a和6b，圖上顯示了描繪多信道DSP模塊130如何被編程的流程圖。微處理器800在方塊900開始執(zhí)行程序。微處理器800然后監(jiān)視用戶接口310，以確定用戶是否想要新的信道建立(方塊902)。如果表示否的話，則微處理器800回到方塊900。否則，如果表示是的話，微處理器800確定用戶請求的新的信道是否被安裝在DSP模塊上，即信道是否可提供(方塊904)。DSP模塊例如可以具有1和16之間的可提供的信道。如果新的信道是不可提供的，則微處理器800在方塊906報告分配錯誤，以及程序結(jié)束(方塊908)。否則，如果請求的信道是已安裝的以及可提供的，則微處理器800確定進入的頻率是否是有效的頻率，即頻率是否可提供(方塊910)。例如，有效的中心頻率可以是5kHz的倍數(shù)。所以，如果27kHz的頻率被選擇，則這個頻率是不可提供的。如果頻率是不可提供的，則微處理器800在方塊912報告頻率錯誤，以及程序結(jié)束(方塊908)。否則，微處理器800在方塊914確定相應(yīng)于新的信道的調(diào)制格式是否可提供。如果調(diào)制格式是不可提供的，則微處理器800在方塊916報告格式錯誤，以及程序結(jié)束(方塊908)。否則，微處理器800通過使用來自NCO查找表的數(shù)據(jù)(方塊922)來編程數(shù)字下變頻器NCO510(方塊918)和數(shù)字上變頻器NCO 630(方塊920)。
然后，微處理器800通過使用來自分樣器/內(nèi)插器查找表的數(shù)據(jù)(方塊928)來編程數(shù)字下變頻器分樣器530(方塊924)和數(shù)字上變頻器內(nèi)插器620(方塊926)。微處理器800接著通過使用來自FIR濾波器查找表的數(shù)據(jù)(方塊934)來編程數(shù)字下變頻器FIR濾波器530(方塊930)和數(shù)字上變頻器FIR濾波器620(方塊932)。微處理器800然后通過使用來自增益/比例查找表的數(shù)據(jù)(方塊940)來編程數(shù)字下變頻器放大器540(方塊936)和數(shù)字上變頻器比例因子690(方塊938)。微處理器800開始刷新寄存器(方塊942)以及程序結(jié)束(方塊944)。在用戶編程DSP模塊的時間段內(nèi)，沒有數(shù)據(jù)被寫入到數(shù)據(jù)寄存器中。一旦圖6a和6b的編程的例行程序被完成后，寄存器被刷新，以便清除被包含在其中的任何老的數(shù)據(jù)。然后，轉(zhuǎn)發(fā)器開始使用新編程的參量運行，以及只有新的數(shù)據(jù)被處理，老的數(shù)據(jù)已從數(shù)據(jù)“流水線”上被刷新。
應(yīng)當看到，BS天線6可以用一個或多個轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)代替，每個轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)包括鏈路天線8、數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10和廣播天線12。這樣，轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)可以被串形鏈接在一起，以擴展起源的基站天線的范圍。
以上描述的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10可以獨立于被處理的頻段來運行。也就是，轉(zhuǎn)發(fā)器10可以被使用于任何頻段，包括但不限于以下頻段(a)蜂窩(800MHz頻段)(b)PCS(1800和1900MHz頻段)-(個人通信業(yè)務(wù))(c)GSM(900和1800MHz頻段)-(全球移動通信系統(tǒng))(d)MMDS(2500MHz頻段)-(多信道多點傳播業(yè)務(wù))(e)LMDS(26GHz頻段)-(本地多點傳播業(yè)務(wù))(f)藍牙(Bluetooth)應(yīng)用(2400MHz頻段)-(藍牙是愛立信公司提出的無線協(xié)議標準的名字)(g)室內(nèi)無線LAN(2400MHz頻段)-(局域網(wǎng))(h)處于1900MHz(美國)和1800-2200MHz(歐洲)的3G(第三代PCS系統(tǒng))所以，本發(fā)明提供數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10，它包括一對數(shù)字信號處理器，每條通路一個，它們是可軟件配置的，這樣，用戶能編程和配置某些參量。這些參量包括，例如數(shù)字信號處理器的增益，第一數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位，第一數(shù)字信號被分樣的速率，數(shù)字信號的放大以便控制數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的覆蓋區(qū)域，分開的信號被內(nèi)插的速率，以及數(shù)字比例因子，而且，數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10能夠通過對于每條通路只使用單個RF下變頻器/RF上變頻器對來發(fā)送和接收多個信道。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10提供更大的信道分辨率，它允許更多的信道被一起放置得更靠近。這是通過使用具有在15dB與40dB點之間的、小于1kHz頻率差值的精確的數(shù)字濾波器完成的。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10可以處理多種調(diào)制格式而不用改變轉(zhuǎn)發(fā)器硬件，作為替代，數(shù)字信號處理器是可編程的，這樣就使得改變調(diào)制格式是很快速和容易的。事實上，數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10可編程來匹配由多個通信網(wǎng)使用的調(diào)制格式。數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10甚至可以自動檢測由特定的網(wǎng)絡(luò)使用的調(diào)制格式，以及根據(jù)所檢測的調(diào)制格式來改變?yōu)V波器的帶寬。而且，數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器10提供基本上相同的濾波器性能，而不管阻抗失配如何。
雖然顯示和描述了本發(fā)明的具體的實施例和應(yīng)用，但應(yīng)當看到，本發(fā)明并不限于這里所揭示的精確的結(jié)構(gòu)和組合，以及可以從以上的說明作出各種修改、改變和變化，而不背離所附權(quán)利要求中規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．使用數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器來發(fā)射和接收射頻信號(RF)的方法，包括把第一RF信號下變頻到中頻(IF)信號；把IF信號變換成數(shù)字信號；用數(shù)字信號處理器處理該數(shù)字信號；通過使用數(shù)字信號處理器把該數(shù)字信號放大成放大的信號；把該放大的信號變換成模擬信號；以及把該模擬信號上變頻成適合于天線發(fā)射的第二RF信號。
2．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中處理包括濾波和分樣該數(shù)字信號。
3．權(quán)利要求2的方法，其特征在于，其中數(shù)字信號被分樣的速率是可編程的。
4．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生數(shù)字信號的同相形式和數(shù)字信號的正交形式，以及把數(shù)字信號的同相和正交形式下變頻成其中心為0Hz的下變頻的信號。
5．權(quán)利要求4的方法，其特征在于，其中處理包括把數(shù)字信號的同相和正交形式復(fù)用成一個復(fù)用的信號。
6．權(quán)利要求4的方法，其特征在于，其中處理包括把數(shù)字信號的同相和正交形式多路分離成分開的信號。
7．權(quán)利要求6的方法，其特征在于，其中分開的信號被內(nèi)插和被濾波。
8．權(quán)利要求7的方法，其特征在于，其中分開的信號被內(nèi)插的速率是可編程的。
9．權(quán)利要求4的方法，其特征在于，還包括把數(shù)字信號的同相和正交形式變頻成具有同相和正交形式的上變頻的信號。
10．權(quán)利要求9的方法，其特征在于，還包括相加上變頻的信號的同相和正交形式。
11．權(quán)利要求9的方法，其特征在于，其中上變頻的信號的同相和正交形式的頻率和相位是可編程的。
12．權(quán)利要求4的方法，其特征在于，其中數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位是可編程的。
13．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中放大是可編程來控制數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的覆蓋區(qū)域的。
14．權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括處理相應(yīng)于轉(zhuǎn)發(fā)器的一個信道的數(shù)字信號的一部分。
15．權(quán)利要求14的方法，其特征在于，其中數(shù)字信號包括四個信道，還包括分別地處理四個信道中的每個信道。
16．權(quán)利要求15的方法，其特征在于，還包括相加四個處理的信道和應(yīng)用可編程的比例因子。
17．權(quán)利要求4的方法，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器被編程來配置從以下的組中選擇的參量，所述組包括增益，數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位，分樣速率，數(shù)字信號的放大，內(nèi)插速率，和數(shù)字比例因子。
18．用于發(fā)射和接收射頻(RF)信號的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，該數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器包括下變頻器，用于把第一RF信號下變頻到中頻(IF)信號；模擬-數(shù)字變換器，用于把IF信號變換成數(shù)字信號；數(shù)字信號處理器，用于處理數(shù)字信號和把數(shù)字信號放大成放大的信號；數(shù)字-模擬變換器，用于把放大的信號變換成模擬信號；以及上變頻器，用于把模擬信號上變頻成適合于天線發(fā)射的第二RF信號。
19．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器是可編程的，這樣便使得數(shù)字信號的放大可被調(diào)節(jié)來控制數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器的覆蓋區(qū)域。
20．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器濾波和分樣該數(shù)字信號。
21．權(quán)利要求20的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器是可編程的，這樣便使得數(shù)字信號被分樣的速率可被調(diào)節(jié)。
22．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，還包括產(chǎn)生同相本地振蕩器信號和正交本地振蕩器信號的數(shù)控振蕩器，以及一對數(shù)字混頻器，它產(chǎn)生數(shù)字信號的同相形式和數(shù)字信號的正交形式。
23．權(quán)利要求22的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字混頻器把數(shù)字信號的同相和正交形式下變頻成其中心為0Hz的下變頻的信號。
24．權(quán)利要求22的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器把數(shù)字信號的同相和正交形式復(fù)用成一個復(fù)用的信號。
25．權(quán)利要求22的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器把數(shù)字信號的同相和正交形式多路分離成分別具有同相和正交形式的分開的信號。
26．權(quán)利要求25的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器包括第二對數(shù)字混頻器，用于把分開的信號的同相和正交形式上變頻成具有同相和正交形式的上變頻的信號。
27．權(quán)利要求26的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器包括數(shù)字加法器，用于相加上變頻的信號的同相和正交形式。
28．權(quán)利要求22的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)控振蕩器控制數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位。
29．權(quán)利要求22的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器是可編程的，這樣便使得數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位可被調(diào)節(jié)。
30．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器內(nèi)插和濾波該數(shù)字信號。
31．權(quán)利要求30的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號是可編程的，這樣便使得分開的信號被內(nèi)插的速率可被調(diào)節(jié)。
32．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，還包括用戶接口，用于與數(shù)字信號處理器交互作用。
33．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器處理相應(yīng)于轉(zhuǎn)發(fā)器的一個信道的數(shù)字信號的一部分。
34．權(quán)利要求33的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號包括四個信道。
35．權(quán)利要求34的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中四個信道被數(shù)字信號處理器分別地處理。
36．權(quán)利要求35的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，還包括多信道數(shù)字加法器，用于相加四個處理的信道和應(yīng)用可編程的比例因子。
37．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中模擬-數(shù)字變換器以預(yù)定的速率被采樣。
38．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，還包括鏈路天線和廣播天線，數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器被連接在鏈路天線與廣播天線之間。
39．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，還包括前向通路，該前向通路包含下變頻器、模擬-數(shù)字變換器、數(shù)字信號處理器、數(shù)字-模擬變換器和上變頻器，以及數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器還包括反向通路，該反向通路包含第二下變頻器、第二模擬-數(shù)字變換器、第二數(shù)字信號處理器、第二數(shù)字-模擬變換器和第二上變頻器，前向通路發(fā)送第二RF信號到廣播天線以及反向通路發(fā)送第四RF信號到鏈路天線，每條通路互相獨立地運行。
40．權(quán)利要求39的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中第二數(shù)字信號處理器包括第二對數(shù)字混頻器，它們產(chǎn)生第二數(shù)字信號的同相形式和第二數(shù)字信號的正交形式，第二對數(shù)字混頻器把第二數(shù)字信號的同相和正交形式下變頻成其中心為0Hz的第二下變頻的信號。
41．權(quán)利要求40的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器是可編程的，這樣便使得第二數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位可被調(diào)節(jié)。
42．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中IF信號是在約10MHz和約30MHz之間。
43．權(quán)利要求18的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器的增益是在約0dB和約28dB之間。
44．權(quán)利要求22的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其中數(shù)字信號處理器被編程來配置從以下的組中選擇的參量，所述組包括增益，數(shù)字信號的同相和正交形式的頻率和相位，分樣速率，數(shù)字信號的放大，內(nèi)插速率，和數(shù)字比例因子。
45．權(quán)利要求44的數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，還包括用戶接口，用于編程數(shù)字信號處理器。
全文摘要
使用數(shù)字轉(zhuǎn)發(fā)器來接收和重新發(fā)射射頻(RF)信號的方法。該方法包括把第一RF信號下變頻到中頻(IF)信號,把IF信號變換成數(shù)字信號,用數(shù)字信號處理器處理該數(shù)字信號,通過使用數(shù)字信號處理器把該數(shù)字信號放大成放大的信號,以及把該放大的信號變換成模擬信號。該方法還包括把模擬信號上變頻成適合于天線發(fā)射的第二RF信號。
文檔編號H04Q7/30GK1300168SQ00134959
公開日2001年6月20日 申請日期2000年12月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月13日
發(fā)明者B·W·洛文古德, W·P·奎珀, J·W·金茲 申請人:安德魯公司