專利名稱：頻帶分離信號數(shù)字化器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多信道數(shù)字收發(fā)信機(jī)，具體涉及有效地數(shù)字化頻帶分離信號的頻帶分離信號數(shù)字化器和方法。
使用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)。最明顯的是，增強(qiáng)系統(tǒng)容量，減少噪聲和減少硬件及有關(guān)的功耗。業(yè)已提出了幾個數(shù)字無線電通信系統(tǒng)，例如，共同受讓的美國專利申請，名稱為“多信道數(shù)字收發(fā)信機(jī)和方法”(與本申請在相同日期提交，本申請人是共同發(fā)明人)中已表示和敘述了實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)的無線電通信系統(tǒng)的幾個優(yōu)選實(shí)施例。
數(shù)字無線電通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)是要求對接收的模擬無線電信號數(shù)字化。公知的奈奎斯特準(zhǔn)則假定這種數(shù)字化是使用取樣率大于兩倍的模擬信號帶寬的模/數(shù)變換器(ADC)以最小誤差實(shí)現(xiàn)的。在美國專利5251218中，公開了用于數(shù)字化模擬射頻信號的現(xiàn)有技術(shù)的方法。但是，可以理解，無線電信號占用大的帶寬，要求ADC能夠以非常高的取樣速率工作。這種裝置在它們可利用的程度上是昂貴的而且經(jīng)常性能降低，即在高取樣速率工作時，具有顯著的失真和增加功耗。
針對數(shù)字化的要求而言，分配給無線電通信系統(tǒng)的頻譜通常很寬。但是，在一些無線電通信系統(tǒng)中，雖然需要的信號占用大的帶度，但不是所有的帶寬都是由感興趣的信號占用。例如在蜂窩無線電話通信系統(tǒng)中，通信帶寬不是鄰接的。在無線電頻譜開始分配給蜂窩無線電話通信時，兩個鄰接的10MHz頻譜段分別分配用于“A波段”操作者和“B波段”操作者。但是隨著增強(qiáng)蜂窩無線通信系統(tǒng)容量的需求聚增，需要額外的帶寬。遺憾的是，與原始分配頻段相鄰的足夠大的帶寬段不能使用。為此，分配另外的2.5MHz帶寬段。由此得到的A波段在圖2A中表示為以由B波段占用的一個10MHz頻段分隔開的一個11MHz頻段和一個1.5MHz頻段。鑒此，雖然蜂窩A波段和B波段在頻譜上各具有12.5MHz的帶寬，但是整個A波段覆蓋了在兩個連續(xù)部分的22.5MHz的帶寬。
為了數(shù)字化A波段，例如，根據(jù)奈奎期特準(zhǔn)則，需要一個ADC能夠至少以45MHz或每秒45百萬個樣值(Ms/s)，而更可靠地以56Ms/s工作。分離該信號成為較小的段允許以較低的取樣速率使用多個ADC。使用多個ADC具有需要更多的硬件的缺點(diǎn)。加之，時鐘頻率及其較高次諧波不可避免地落入被數(shù)字化的信號的頻帶中。再一個缺點(diǎn)是濾波、內(nèi)插、補(bǔ)償頻帶重疊和對得到的多個數(shù)字信號求和需要大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理。
據(jù)此，現(xiàn)在需要一種用于數(shù)字化頻帶分離信號的設(shè)備和方法，它不要求高的取樣速率，而且不顯著地增加通信系統(tǒng)所要求的硬件數(shù)量。本發(fā)明提供了這種設(shè)備和方法，而且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易從下面的詳細(xì)敘述和附圖知道本發(fā)明的許多優(yōu)點(diǎn)和特性。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的頻帶分離數(shù)字化器的方框圖；圖2A示出頻帶分離信號的頻譜；圖2B示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在傳輸之后圖2A所示的頻帶分離信號的頻譜；圖2C示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在變換為數(shù)字信號之后圖2B所示的頻帶分離信號的頻譜；和圖3示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例說明數(shù)字化頻帶分離信號的方法的流程圖。
本發(fā)明以降低的取樣頻率和降低的硬件要求實(shí)現(xiàn)了對于頻帶分離模擬信號的數(shù)字化。本發(fā)明提供對于以基準(zhǔn)頻率為中心的整個分離頻率帶寬進(jìn)行混合，這允許以降低的取樣頻率數(shù)字化。基準(zhǔn)頻率選擇得可使分離頻率帶寬的各段占用相鄰的混疊(aliasing)頻段。以降低的取樣頻率進(jìn)行的數(shù)字化產(chǎn)生一種數(shù)字信號，它具有在取樣頻率的單個奈奎期特頻段中表示的整個頻帶分離信號。
參見圖1，圖中示出了組成本發(fā)明數(shù)字化器的一個數(shù)字無線電接收機(jī)10。頻帶分離模擬信號由天線12接收，并且下混頻和經(jīng)過濾波器14放大器16進(jìn)行信號處理，如本領(lǐng)域所公知的。然后頻帶分離信號傳送到混頻器18，與本機(jī)振蕩器20來的的信號進(jìn)行頻率變換。
參見圖2A-2C，圖中示出頻帶分離信號200。信號200典型地是蜂窩A波段的信號，但是，可以理解，本發(fā)明可應(yīng)用于數(shù)字化任何類型的頻帶分離的模擬信號。在混頻器18中信號200與基準(zhǔn)頻率混頻的結(jié)果是圖2B的信號200’。如可看到的，在混頻之后，頻帶分離信號被變換了，使得信號200’的分離段位于以fs/2表示的基準(zhǔn)頻率附近?？梢岳斫猓鶕?jù)頻帶分離的信號可選擇適當(dāng)?shù)谋緳C(jī)振蕩頻率用于高端或低端插入，以變換基準(zhǔn)信號周圍的信號。
已混頻的頻帶分離信號通過濾波器22和放大器24作進(jìn)一步處理。然后變換的頻帶分離信號傳送到模/數(shù)變換器(ADC)26。模/數(shù)變換器26以公知的方法式以取樣率fs數(shù)字化頻帶分離模擬信號，產(chǎn)生數(shù)字信號27。數(shù)字信號27在圖2C中以200”表示。如從圖2C可看到的，數(shù)字化信號200’導(dǎo)致信號200’的分離頻帶段(以虛線表示)與包含在取樣頻率fs的奈奎斯特頻段中的混疊段相混淆。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，取樣頻率fs選擇約為2.5倍的頻帶分離信號的較寬段的帶寬?；鶞?zhǔn)頻率選擇約為其取樣頻率的一半或多倍?？梢岳斫?，使用取樣速率它小于頻帶分離信號的兩倍的總頻譜帶寬，(例如，如圖2A所示的)數(shù)字化整個頻帶分離信號。再參看圖2C，示出用于蜂窩A波段的選擇取樣頻率的具體例子。從所示的頻譜圖可進(jìn)行兩個計算，第一X＋1.5＋2Y＝10(a)和第二Z＋11＋X＋1.5＋Y＝fs/2 (b)由此可確定fs＝33.5＋X＋2Z (c)式中X、Y和z為圖2C中所示的，而11MHz和1.5MHz分別為被數(shù)字化段的帶寬。這個關(guān)系是正確的而不考慮混疊頻帶。從上面可看出，與56Ms/S相比fs可接近33.5Ms/S，這是數(shù)字化蜂窩A波段所要求的。在實(shí)際應(yīng)用中，fs取決于濾波，即X段必須寬得足以允許抗混疊濾波器通過11MHz波段，但衰減1.5MHz混疊。Z段必須足夠大，在混頻之后，由取樣產(chǎn)生的影象可被濾除掉。實(shí)際上，fs實(shí)際上可接近35Ms/S。
然后數(shù)字信號200”傳送到信道處理器28。信道處理器操作信號200”以恢復(fù)整個頻帶分離信號的數(shù)字表示。這種信道處理器的討論可在名稱為“多信道數(shù)字收發(fā)信機(jī)和方法”的前述美國專利申請中找到。應(yīng)該注意由于混疊而使該信號的數(shù)字表示包含頻帶分離信號的位移段，但這是技術(shù)人員的常識，以便從這些位移段恰當(dāng)?shù)刂貥?gòu)頻帶分離信號。
參見圖3，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例數(shù)字化頻帶分離信號的方法步驟300-308。在步驟302，收到頻帶分離信號，并且在步驟304進(jìn)行混頻，使得變換的頻帶分離信號段位于基準(zhǔn)頻率周圍。然后在306數(shù)字化該混頻的信號，產(chǎn)生包括頻帶分離信號的混疊的數(shù)字信號?；祛l的信號以小于頻帶分離信號的兩倍的總帶寬被數(shù)字化。然后，步驟308，從信道處理器卡中的數(shù)字信號中恢復(fù)頻帶分離信號。
正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從前面討論中可知道的，本發(fā)明提供一個數(shù)字化器和方法，它降低了用于數(shù)字化頻帶分離信號的取樣頻率和/或硬件要求。本發(fā)明的許多特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)和公正的范圍很容易從前面的討論和所附的權(quán)利要求書中了解。
權(quán)利要求
1.一種頻率分離信號數(shù)字化器，其特征在于，包括第一頻率交換器，被連接用于接收模擬頻帶分離信號，該模擬頻帶分離信號含有具有第一帶寬的第一段和具有第二帶寬的第二段，該模擬頻帶分離信號具有總帶寬大于第一與第二帶寬之和，該頻率變換器從接收的信號產(chǎn)生頻率交換的信號；一個模/數(shù)變換器，響應(yīng)該頻率交換器，該模/數(shù)變換器通過以小于頻帶分離信號的兩倍總帶寬的取樣速率取樣頻率，來數(shù)字化該頻率變換的信號以產(chǎn)生數(shù)字信號，該數(shù)字信號含有數(shù)字化型的第一和第二段和混疊型的第一與第二段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的頻率分離信號數(shù)字化器，其特征在于，包括一個處理器，從該數(shù)字信號恢復(fù)模擬頻帶分離信號的數(shù)字表示。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的頻率分離信號數(shù)字化器，其特征在于，第一和第二段和混疊型的第一和第二段的至少一段在頻譜上都位于小于模擬頻帶分離信號的兩倍總帶寬的一個帶寬內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的頻率分離信號數(shù)字化器，其特征在于，還包括分析裝置，響應(yīng)模/數(shù)變換器，用于接收該數(shù)字信號和提取模擬頻帶分離信號的數(shù)字表示。
5.一種用于數(shù)字化模擬頻帶分離信號的方法，其特征在于，包括以下步驟接收模擬頻帶分離信號，該模擬頻帶分離信號具有第一帶寬的第一段、第二帶寬的第二段和總帶寬大于第一和第二帶寬之和的總帶寬段；頻率變換該接收信號，產(chǎn)生頻率變換的信號，使得基準(zhǔn)頻率位于與該頻率變換的信號中的頻率變換型的第一段和第二段有關(guān)的頻率之間；和通過以小于模擬頻帶分離信號的兩倍總帶寬的取樣速率取樣該頻率變換的信號，來數(shù)字化該頻率變換的信號，以產(chǎn)生數(shù)字信號，該數(shù)字信號包含數(shù)字表示的第一和第二段和混疊型的第一與第二段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5數(shù)字化模擬頻帶分離信號的方法，其特征在于，該數(shù)字表示的第一與第二段和混疊型的第一和第二段的至少一個段位于小于頻帶分離信號的兩倍總帶寬的一個帶寬內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5數(shù)字化模擬頻帶分離信號的方法，其特征在于，該基準(zhǔn)頻率約為取樣速率的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求7數(shù)字化模擬頻帶分離信號的方法，其特征在于，該混疊型的第一和第二段的至少一個段包含在基于取樣速率的奈奎斯特段內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5數(shù)字化模擬頻帶分離信號的方法，其特征在于，頻率變換模擬頻帶分離信號的步驟包括變換整數(shù)倍奈奎斯特頻率的摸擬頻帶分離信號周圍的模擬頻帶分離信號。
10.一種數(shù)字接收機(jī)，其特征在于，包括一個接收機(jī)，檢測模擬頻率分離信號，該信號具有第一帶寬的第一段和具有第二帶寬的第二段，該模擬頻率分離信號的總帶寬大于該第一和第二帶寬之和；以及一個模/數(shù)變換器，響應(yīng)該接收機(jī)，該模/數(shù)變換器通過以小于模擬頻率分離信號的兩倍總帶寬的取樣速率取樣模擬頻率分離信號，來數(shù)字化該模擬頻率分離信號，以產(chǎn)生數(shù)字信號，該數(shù)字信號包含數(shù)字化型的第一和第二段及混疊型的第一和第二段。
全文摘要
一個頻帶分離信號數(shù)字化器(10)包括第一混頻器(18)，用于變換多倍取樣頻率周圍的頻帶分離信號(200)。這樣變換的頻帶分離信號然后傳送到模/數(shù)變換器(26)。分析數(shù)字化的信號，恢復(fù)頻帶分離信號的原始部分和混疊為單個奈奎斯特頻帶的信號的第二部分。
文檔編號H04B1/26GK1142291SQ95191828
公開日1997年2月5日 申請日期1995年11月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月29日
發(fā)明者保羅·菲爾丁·史密斯, 丹尼·托馬·平克利 申請人:摩托羅拉公司