CN1613189A

CN1613189A - 没有agc的无线接收机

Info

Publication number: CN1613189A
Application number: CN02826911.XA
Authority: CN
Inventors: 马西亚斯·凯尼格
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2005-05-04
Also published as: ES2262886T3; AU2002361428A1; GB2384124A; DE60211752T2; GB0200496D0; DE60211752D1; ATE327593T1; WO2003058831A1; US20050079837A1; EP1466415A1; GB2384124A8; EP1466415B1; US7302241B2; GB2384124B

Abstract

无线通信单元(300)包括接收机，该接收机包括射频电路(210，220，230，240)，用于接收射频信号，并将射频信号转换为低频信号。信号电平调整电路接收低频信号，以及可操作的连接到信号电平调整电路的模拟到数字转换器(370)接收调整的低频信号，并提供数字接收信号。可操作的连接到模拟到数字转换器(370)的信号处理器(108)处理数字接收信号。信号电平调整电路包括低频放大器(360)，其增益被配置为取决于模拟到数字转换器(370)的限幅点。上述接收机避免了在这样的无线通信单元中需要自动增益控制电路。

Description

没有AGC的无线接收机

技术领域

本发明涉及无线接收机技术。本发明可应用于(但不限于)在便携式或移动无线和/或蜂窝电话技术中无需自动增益控制，同时保持高动态范围。

背景技术

无线通信系统，例如蜂窝电话或个人移动无线通信系统，通常在多个收发基站(BTS)和多个用户单元，术语称为移动站(MS)，之间配置有无线通信链路。术语移动站通常包括手持便携式以及车载无线单元。

从BTS到MS的通信链路通常被称为下行链路通信信道。相反，从MS到BTS的通信链路通常被称为上行链路通信信道。

无线通信系统与例如公共交换电话网络(PSTN)的固定通信系统不同，主要在于移动站在服务提供商(和/或不同BTS)之间移动，并当这样做时，碰到变化的无线传播环境。

在无线通信系统中，每个BTS都有和它相关的特定地理覆盖区域(或小区)。每个覆盖区域规定了BTS可以维持和其服务小区内的MS可接受的通信的特定的区域。通常，这些小区组合产生扩展的系统覆盖区域，具有支持通过集中式交换设备互连的各个小区的基础结构。

通常由接收机从发射单元接收并解码极低的电平信号的能力来确定覆盖区域。能够接收的信号电平的范围用术语被称为无线接收机的“动态范围”。

对于当前的手持便携式或移动接收机，例如那些用在便携式双向无线和蜂窝电话中的，较大的动态范围性能等于较少的掉话以及较少的小区到小区切换。这进一步导致系统额外开销传输的减少以及系统服务质量的普遍提高。因此，通常期望接收机设计者增加/改进接收机的动态范围。

然而，在这样的接收机中存在动态范围和电流消耗之间的折衷。在便携式无线设计领域，这样一种折衷尤其重要，在这里，电池寿命以及因此的功耗非常重要。为获得较高动态范围，接收机射频(RF)组件的现行阶段(active stages)必须工作在较高DC电流，因此降低了待机期间的电池寿命。因此，在较高DC电流工作导致电池寿命的减少。

一种为提高动态范围，补偿电池寿命减少的选择是增加电池容量。然而，这样一种选择通常被认为在便携式蜂窝/无线领域是不可行的，因为这需要增加电池的尺寸和重量。

总之，不期望便携式产品减少待机时间或增加电池容量，在此需要小尺寸和重量以及长的待机时间，从而使产品在市场中有竞争力。

无线接收机通常按照“前端”和“后端”特性来规定。接收机的前端包括所有RF电路，而后端包括所有基带处理电路。

在本发明的领域中，已知多数接收机都有自动增益控制(AGC)，它控制接收机末级增益。当AGC电路操作在RF频率时，此AGC操作需要是宽带的，而如果AGC电路仅运行在中频或基带频率时，是窄带的。

当在接收机电路中使用时，放大器经常碰到非常宽范围的信号电平；通常它们需要运行(即能够接收和恢复信号)在120-dB范围。为防止这些现行组件的过载，当信号强度增加时，必须降低接收机增益。通常通过改变RF晶体管的偏压点来自动获得。然而，除增益改变之外，偏压的改变也会改变接收机前端的输入和输出阻抗，从而使放大器工作更加非线性。

全部放大器增益通常由两个放大器参数的性能来支配。第一个分量是晶体管自身的功率增益，第二个分量是由于输入和输出不匹配而导致的增益损失。

一个差的设计可能以高增益不匹配阶段开始。当为降低晶体管增益而改变偏压时，为提供改进的功率传递，必须改变输入和输出匹配。

一个较好的设计会以当需要最高增益时的理想匹配开始，然后当改变偏压时，同时从失配和晶体管增益损失中获益。这样一种设计通常需要在最高增益设定的平衡。

已知改变晶体管增益的方法有一到两种。第一种方法是，改变集电极电流或集电极到发射极电压。任何高于或低于最佳值的电流改变都会导致增益损失。在较低电流，电压几乎对增益没有影响，而在较高电流，集电极电压有显著影响。然后两种自动增益控制的方法取决于集电极电流是否从最佳值增加(前向控制)或减少(反向控制)。

通过降低集电极电流获得增益控制的最简单的方法。这会同时降低电流增益以及增加输入阻抗。这两种作用都会降低功率增益，输入阻抗的增加会导致进一步的失配损失。

总之，已知在无线产品中提供稳定的AGC电路是有问题以及复杂的，通常需要相当大数目的硬件(RF)组件。更具体的，对于确保RF操作的稳定性、并获得快速接收机操作(术语通常称为“接收机出动时间”)，AGC设计非常关键。为确保准确的性能，需要从基带处理电路控制昂贵的硬件，这增加了AGC解决方案的复杂性。

因此需要一种高动态范围的无线接收机，特别是适于TETRA的线性技术，其中将减轻上述缺点。

发明内容

根据本发明的优选实施例，提供一种包括如权利要求1所述的接收机的无线通信单元。还提供一种如权利要求16所述的方法。本发明的其他方面在从属权利要求中说明。

总之，本发明的优选实施例建议了一种接收机配置，它使用动态压缩器功能以及修改的放大器，提供接收机的高动态范围，从而排除了使用AGC电路或组件的需要。

附图说明

现在将参考附随附图说明本发明的示范实施例，其中：

图1显示适于支持本发明优选实施例不同发明概念、和接收机动态范围相关的无线通信单元的框图；

图2显示采用自动增益控制以提高接收机动态范围的现有技术接收机配置的详细框图表示；

图3显示适于包括本发明的发明概念，无需AGC电路的接收机配置和方法的详细框图表示。

具体实施方式

现在参考图1，显示适于支持本发明优选实施例的发明概念的用户站/移动站100的框图。

MS100包括天线102，上述天线优选的连接到双工滤波器或循环器或天线开关104，它们在MS100内的接收和发射链路之间提供隔离。

接收机链路包括扫描接收机前端电路106(有效提供接收、滤波和中频或基带频率转换)。扫描前端电路106经基带(后端)处理电路107串行链接到信号处理功能(处理器，通常用DSP实现)108。参考图2详细说明接收机链路的优选配置。

根据本发明的优选实施例，实际上采用根据图3详细说明的接收机链路100。更具体的，信号处理功能108，和扫描前端电路106以及基带处理电路107一起，适于使接收的MS在高动态范围内接收和处理信号，而无需自动增益控制电路。

控制器114可操作地连接到扫描前端电路106，从而接收机可以从恢复的信息中通过接收信号强度指示(RSSI)112功能计算接收误码率(BER)或误帧率(FER)，或类似链路质量测量数据。RSSI 112功能可操作地连接到扫描前端电路106。存储装置116存储特定MS数据的宽矩阵，例如解码/编码函数，基于从例如RSSI功能112获得的“信道上”和“离开信道”的信号测量的动态范围性能信息。

计时器118可操作地连接到控制器114，以控制定时操作，即MS100内与时间相关的信号的发射或接收。

正如本领域所知的，由信号处理功能处理的接收信号通常输入到输出装置，例如扬声器或视觉显示单元(VDU)。

为了完整，发射链路实质上包括输入装置120，例如麦克风，与处理器108，发射机/调制电路122以及功率放大器124串行连接。处理器108，发射机/调制电路122以及功率放大器124可响应控制器操作，并且功率放大器的输出连接到双工滤波器或循环器或天线开关104，正如本领域所公知的。

微处理器108和控制器配置114可组合为一个单个元件，以本领域公知的合理方式可操作地连接或互连各个的独立功能也在本发明的预期之内。

如本领域所知的，在服务通信单元/BTS内实际上包含和图1(以及图3)相同的电路，虽然有些电路适于处理功率、较高输出功率，从而传输到多个远端通信单元，经多条信号路径从多个远端通信单元接收信号等。同样地，当应用图1的电路到服务收发基站(BTS)时，根据本发明优选实施例，服务BTS具有适当接收机/处理器配置，以避免需要AGC电路。更具体地，如果使用多条接收机路径，每条路径不再需要AGC电路或一个或多个AGC循环，因此大大简化了BTS接收机的设计。

在MS100或BTS的情况中，发射链路的信号处理器功能108可不同于接收链路内的处理器实施。可选地，信号处理器108可用于实现发射和接收信号的处理，如图1所示。

当然，MS100或类似BTS内的不同组件可以分离或集成组件形式实现。此外，MS100可以是无线接收机装置，例如便携式或移动PMR无线设备、移动电话、个人数字助理、多种无线互连膝上型计算机，也在本发明预期之内。

现在参考图2，显示现有技术通用接收机配置的详细框图，包括AGC电路，给接收机提供高动态范围。该接收机配置适于接收线性调制信号，例如遵照TETRA标准的π/4差分四相相移键控(DQPSK)调制信号。

线性调制技术是用信号的不同相位和/或幅度值来传送数据，正如本领域技术人员已知的。这些数据以多个相位/幅度位置等于多个比特的格式传送，例如四相相移键控(QPSK)信号包括四个相移星座位置，每个位置由两个比特定义—“0，0”，“1，0”，“0，1”和“1，1”。术语“线性”通常用作描述这种数字调制技术，接收信号需要保持在用于发射或恢复信号的电路和组件的“线性”区域内。

因此，线性调制接收机不使用限幅器，已知限幅器会使接收信号的完整性失真。根据向量误差的幅度来判断接收信号的完整性，借此在向量环境中评价比特(在QPSK情况中是2比特)特定接收集，来查看偏移理想状况多远。在2维环境中判断该向量，考虑接收信号的幅度和相位。

在图2中，信号经天线202进入接收机链路，并经可调整RF衰减器205到达RF预选择带通滤波器(BPF)210的输入。RF滤波器210在这样的RF频率上不能是窄带(信道上)装置，而是用于拒绝带外信号。滤波后的信号被输入到低噪声预放大器(LNA)220。LNA220通常具有可调节DC电流设定，它确定了LNA220的动态范围。

放大的信号离开LNA220，并经第二RF衰减器225输入到第二RF带通滤波器230。第二RF滤波器230进一步滤除带外干扰信号，例如滤除混合器敏感的、将干扰期望的信号的图像信号。

RF滤波后的信号然后通常被输入到混合器240，该混合器使用本地振荡器信号来下变换接收信号的频率到中频(IF)(或直接变换到基带频率)。如果使用外差接收机结构，由IF滤波器250对中频信号进行进一步滤波，并被输入到后端电路207，在此由IF放大器260放大该IF信号。

然后放大的IF信号由IF/基带衰减器265衰减，然后在A/D转换器270中，例如使用sigma-delta转换技术，将IF/基带信号从模拟信号转换为数字信号，如本领域技术人员所公知的一样。

已知A/D转换器具有有限的动态范围25dB，它导致实际需要AGC电路来确保到达A/D转换器的输入信号在合适的信号电平上。此外，A/D转换器270包括消除混叠滤波器(一个或多个)和抽取滤波器(一个或多个)，来帮助接收机基带滤波器的操作。从A/D转换器的输出信号然后被解调，并使用信号处理器208处理。

在操作中，信号处理器208和/或A/D转换器270通过调整任意数目的组件来执行接收机电路动态范围的控制，即AGC功能，例如RF衰减器205，225，LNA220，混合器240，IF/基带放大器260或IF/基带衰减器265。很清楚，AGC功能中使用的组件越多，AGC“循环”的数目越大，不稳定的几率越大。在通常的接收机中，使用可交换衰减器或线性AGC功能性0实现衰减器块，它们十分准确，并易于控制，但昂贵并需要大量空间。

如果在LNA220的输入端出现非常强或非常弱的信号，信号处理器208和/或A/D转换器270调节一个或多个上述组件的性能来确保接收信号的后续处理不会扭曲或影响它的完整性。这样，信号处理器208和/或A/D转换器270确保接收机运行在大动态范围内。更具体地，信号处理器208和/或A/D转换器270防止接收机过载期望或干扰信号，从而避免增益损失和/或期望信号的失真。

现在参考图3，显示了根据本发明优选实施例的接收机配置的详细框图表示和方法。特别注意的是和例如参考图2说明的现有技术接收机配置比较，没有AGC电路和AGC组件。

和已知射频接收机相同，信号经天线102输入接收机链路，并到达RF预选择带通滤波器(BPF)210的输入。RF滤波器210输入信号被输入到低噪声预放大器(LNA)220。LNA220可包括可调节DC电流设定，它可帮助确定LNA220的动态范围。可选地，作为在此描述的发明概念的结果，LNA220控制电压/电流值可以固定。

放大的信号离开LNA220并输入到第二RF带通滤波器230。第二RF带通滤波器230进一步滤除带外干扰信号，例如在LNA放大过程中产生的图像信号。

RF滤波后的信号通常再次被输入到混合器240，混合器240使用本地振荡器信号来下变换接收信号的频率到中频(IF)(或直接变换到基带频率)。如果使用外差接收机结构(如图所示)，由IF滤波器250对中频信号进行进一步滤波，并被输入到后端电路207。

在本发明的优选实施例中，后端电路107包括修改的IF/基带放大器(XAmp)360。

优选的方程为：

GXAmp＝GIFamp+|LCP-ADCP|+ADCPM (1)

其中，GXAmp＝XAmp增益(dB)；

GIFamp＝IF放大器260(图2)增益；

LCP＝动态压缩器限幅位置；

ADCP＝A/D限幅点；以及

ADCPM＝A/D限幅点的额外余量。

如上所示，修改的IF/基带放大器(XAmp)360用比通用已知现有技术IF放大器高的增益放大IF滤波信号。XAmp360的输出连接到动态压缩器功能362的输入。

在本发明的优选实施例中，动态压缩器功能362可采取简单的“限幅器”级形式。优选的，在动态压缩器功能362中还使用带通滤波，从而去除任何信号谐波。

动态压缩器功能362的输入被输入到修改的IF/基带衰减器功能365。修改的IF/基带衰减器功能365连接到A/D，例如数字后端SigmaDelta转换器370，并衰减接收的信号电平到足够的电平，防止在A/D内被限幅。

值得注意的是修改的IF/基带衰减器功能365是固定的，它的值计算作：

衰减(dB)＝|LCP-ADCP|+ADCPM [2]

从A/D转换器270输出的信号然后被解调，并使用微处理器108处理。

在根据本发明的优选实施例中，较高和特定增益IF/基带放大器360的引入，以及和动态压缩器362一起能使A/D转换器270和/或微处理器108操作改变，从而它们不再需要支持AGC功能。

本发明的优选实施例尤其应用于TETRAπ/4-DQPSK调制信号。然而，在此说明的发明概念也可和其他多种线性调制方案一起使用也在本发明预期之内。

此外，本发明的发明人发现，当和修改XAmp360一起实施动态压缩器时，对向量误差幅度的影响可以忽略。此外，动态压缩器的使用避免了超过sigma-deltaA/D转换器370限幅点的高接收信号的可能性。

尽管在本发明优选实施例中除去了所有AGC电路和组件，采用较少的AGC在本发明预期之内。一个例子是提供10dB或20dB的AGC性能，它可用作在集成数字后端IC中提供的标准。虽然不再需要AGC，在sigma-delta A/D转换器中通常提供这样的电平，因此在调整接收信号电平中可能有用。

在实施图3的接收机配置中，可以获得没有AGC的130Db或更大的操作动态范围，或如果在A/D(数字后端Sigma Delta)转换器370中使用10dB或20dB的AGC。使用此方法，对于高达16dBm的信号，可以获得零错误TETRA误码率，同时满足所有接收机规范。有利的，上述接收机配置消除了许多需要AGC电路的通用线性接收机，以及需要更复杂宽带AGC操作的接收器(非线性)的缺点，如上所述。

可使用可选的接收机结构从在此说明的发明概念中受益也在本发明的预期之内，例如直接变换接收机，超外差接收机等。

因此，说明了一种包括接收机的无线通信单元。该接收机包括射频电路，用于接收射频信号，并将所述射频信号转换为低频信号。信号电平调整电路接收所述低频信号；以及可操作的连接到所述信号电平调整电路的模拟到数字转换器，接收调整的低频信号，并提供数字接收信号。可操作的连接到模拟到数字转换器的信号处理器，用于处理所述数字接收信号。信号电平调整电路包括低(或中)频放大器，它的增益可配置为取决于所述模拟到数字转换器的限幅点。

这样，不需要AGC电路和组件，特别是遵守TETRA标准的数字接收机。

虽然以上描述了本发明的特定优选实现，应当清楚，本领域技术人员可以容易应用这些发明概念的变化和修正。

Claims

1.一种包括接收机的无线通信单元(300)，该接收机包括：

射频电路(210，220，230，240)，用于接收射频信号，并将所述射频信号转换为低频信号；

信号电平调整电路，用于接收所述低频信号；

模拟到数字转换器(370)，可操作地连接到所述信号电平调整电路，用于接收调整后的低频信号，并提供数字接收信号；以及

信号处理器(108)，可操作地连接到模拟到数字转换(370)，用于处理所述数字接收信号；

其中该接收机特征在于，所述信号电平调整电路包括低频放大器(360)，其增益取决于所述模拟到数字转换器(370)的限幅点。

2.根据权利要求1的无线通信单元(300)，其中，信号电平调整电路进一步特征在于：可操作地连接到所述低频放大器(360)的动态压缩器功能(362)，用于限制从所述低频放大器(360)的信号输出。

3.根据权利要求2的无线通信单元(300)，其中，所述低频放大器(360)的增益被配置取决于所述动态压缩器功能(362)的限幅点。

4.根据权利要求3的无线通信单元(300)，其中，所述低频放大器(360)的增益被配置取决于所述动态压缩器功能(362)的限幅点减去所述模拟到数字转换器(370)的限幅点。

5.根据权利要求2到4任意之一的无线通信单元(300)，其中，所述信号电平调整电路进一步特征在于：可操作地连接到所述动态压缩器功能(362)的固定衰减器(365)，用于衰减从所述动态压缩器功能(362)输出的接收信号到所述模式到数字转换器(370)的限幅点阈值之下。

6.根据权利要求5的无线通信单元(300)，其中，所述固定衰减器(365)被配置为取决于所述模拟到数字转换器(370)的限幅点。

7.根据权利要求5或6的无线通信单元(300)，其中，所述固定衰减器(365)被配置为取决于所述动态压缩器功能(362)的限幅点。

8.根据从属于权利要求6的权利要求7的无线通信单元(300)，其中，所述固定衰减器(365)被配置为取决于所述动态压缩器功能(362)的限幅点减去所述模拟到数字转换器(370)的限幅点。

9.根据任意在先权利要求的无线通信单元(300)，其中，所述低频组件在中频或基带频率。

10.根据任意在先权利要求的无线通信单元(300)，其中，所述接收机具有高动态范围，例如超过100dB。

11.根据任意在先权利要求的无线通信单元(300)，其中，所述信号电平调整电路不需要自动增益控制电路。

12.根据任意在先权利要求的无线通信单元(300)，其中，所述通信单元是运行在无线通信系统中的用户单元或收发基站。

13.根据权利要求12的无线通信单元(300)，其中，用户站是便携式或移动PMR无线设备、移动电话、个人数字助理、无线膝上型计算机中之一。

14.根据任意在先权利要求的无线通信单元(300)，其中，所述接收信号是数字调制信号。

15.根据权利要求14的无线通信单元(300)，其中，所述接收机是线性接收机，用于接收所述数字调制信号。

16.一种用于无线通信单元(300)的信号接收方法，该方法包括：

接收射频信号(210，220，230，240)，并将所述射频信号变换为低频信号；

调整所述低频信号的信号电平；

在所述信号电平调整步骤之后，用模拟到数字转换器(370)对信号进行模拟到数字转换(370)，从而提供数字接收信号；以及

对所述数字接收信号进行信号处理(108)；

其中该方法特征在于：所述信号电平调整电路包括低频放大(360)，其增益取决于所述模拟到数字转换器(370)的限幅点。