CN103036827B - 全分双工***及泄露消除方法 - Google Patents

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Abstract

一种全分双工***及泄露消除方法，该全双工***包含接收器、传输器以及辅助电路。传输器用来根据振荡信号，将出站基带信号上变频，以产生具有第一频带的出站射频信号；辅助电路用来基于该传输器使用的振荡信号产生因该出站射频信号的泄露而引起的阻断复制信号，以及用于接收该出站基带信号并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；以及接收器用来接收具有第二频带的入站射频信号，并从该入站射频信号中减去该阻断复制信号，其中该接收器使用的振荡信号不同于该传输器与辅助电路使用的振荡信号。上述全分双工***可避免使用声表面波滤波器带来的缺陷，并达到精确调节信号指数时更方便、更灵活及可编程的效果。

Description

全分双工***及泄露消除方法
技术领域
本发明是有关于全分双工(Full Division Duplex,以下简称为FDD)***，特别是有关于传输器与接收器同时启用的宽带码分多址(Wideband Code DivisionMultiple Access,WCDMA)***中,阻断滤波(blocker filtering)的方法与装置。
背景技术
请参阅图1a，图1a为受到干扰的信号音(signal tones)在频率轴上的示意图。无线蜂窝***(wireless cellular system)中，阻断信号(blocker)源于自身传输器(selftransmitter)，例如宽带码分多址，或源于用户的传输器，例如全球移动通讯***(Global System for Mobile Communication,GSM)。如图1a所示，当接收到的所需信号RX微弱时，总会出现大的阻断信号TX。由于传输器与接收器同时启用，所以，一般地，阻断信号为全分双工***中的自身传输器，例如WCDMA。通常，阻断信号从三个方面降低接收器的灵敏度。首先，阻断信号可能使接收器饱和。其次，阻断信号会与强烈的干扰相互调制(inter-modulate)，从而产生带内交互调制失真(in-band cross-modulation distortion,XMD)。第三，阻断信号可在沿着所需接收信号的基频产生低频二阶(2nd-order)相互调变失真(inter-modulationdistortion,IMD2)。因此，由于阻断影响，集成接收器的设计受到了严格的阻碍。
请参阅图1b，图1b为现有技术的利用声表面波滤波器(Surface AcousticWave Filter,SAW filter)105的FDD***100的示意图。FDD***100中，双工器(duplexer)104设置在接收器110的输入端，以平均45-55dB来抑制带外阻断信号(out-of-band blocker)，并且也将传输器120功率放大器(Power Amplifier,PA)噪声底线(noise floor)至少缩减至低于热噪声(thermal noise)(3.84MHZ频宽中为kTB)的10dB。为进一步降低由阻断信号(例如图1a中的信号音TX)产生的失真，将具有一般为20-25dB阻断信号排斥(blocker rejection)的片外(off-chip)射频声表面波滤波器105设置在接收器110中，耦接于低噪声放大器(Low Noise Amplifier,以下简称为LNA)112与下变频器(down converter)116之间。然而，使用声表面 波滤波器105会引入缺陷。首先，在所需的接收频带上具有2-3dB的***损失(insertion loss)。第二，LNA 112的输出需要与声表面波滤波器105的输入阻抗(例如，50ohm)匹配。为补偿较低的负载电阻值，LNA 112消耗更多的偏压电流来维持高增益。第三，声表面波滤波器105的输出需要与继续进行阶段(一般为下变频器116)的输入阻抗相匹配，由此进一步降低混频器噪声。最后，声表面波滤波器105为片外元件，其会降低收发器的集成水平，并且增加成本。因此，发展一种提高的方式来替代声表面波滤波器105是有需要的。
发明内容
为解决上述使用声表面波滤波器所引入的缺陷，本发明提供全分双工***以及泄漏消除方法，既达到了降低由阻断信号产生的失真的效果，又避免了声表面波滤波器所带来的缺陷。
根据本发明的一实施方式，其提供一种全分双工***，包含接收器、传输器以及辅助电路。传输器用来根据振荡信号，将出站基带信号上变频，以产生具有第一频带的出站射频信号；辅助电路用来基于该传输器使用的振荡信号产生因该出站射频信号的泄露而引起的阻断复制信号，以及用于接收该出站基带信号并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；以及接收器用来接收具有第二频带的入站射频信号，并从该入站射频信号中减去该阻断复制信号，其中该接收器使用的振荡信号不同于该传输器与辅助电路使用的振荡信号。
根据本发明的另一实施方式，其提供一种泄露消除方法，用于全分双工***，该全分双工***中同时使能传输器和接收器，该方法包含：根据该传输器的振荡信号，上变频出站基带信号以产生具有第一频带的出站射频信号；基于该传输器的振荡信号产生因该出站射频信号的泄露而引起的阻断复制信号，其中产生阻断复制信号的步骤包含接收该出站基带信号，并基于该出站基带信号执行比较操作以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；接收具有第二频带的入站射频信号；以及从该入站射频信号中减去该阻断复制信号，其中该接收器使用的振荡信号不同于该传输器与辅助电路使用的振荡信号。
根据本发明的另一实施方式，其提供一种全分双工***，包含接收器、传输器以及辅助电路。接收器用来接收具有第一频带的入站射频信号，以产生一入站基带信号；传输器用来根据振荡信号，将出站基带信号上变频，以产生具 有第二频带的出站射频信号；辅助电路包含来自该传输器的第一信号路径以及来自该接收器的第二信号路径，该第一信号路径用于接收该振荡信号，该第二信号路径用于获取与该出站射频信号的泄漏相关的信息，该辅助电路用来基于该振荡信号及获取到的该信息产生阻断复制信号，以及用于接收该出站基带信号并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；其中该接收器用来从该入站射频信号中减去该阻断复制信号，以及该接收器使用的振荡信号不同于该传输器与辅助电路使用的振荡信号。
根据本发明的另一实施方式，其提供一种泄露消除方法，用于全分双工***，该全分双工***中同时使能传输器和接收器，该方法包含：通过第一信号路径从该传输器接收振荡信号；通过第二信号路径从该接收器获取与出站射频信号的泄漏相关的信息，该出站射频信号具有第一频带，由该传输器产生；基于该振荡信号及获取到的该信息产生阻断复制信号，其中产生该阻断复制信号的步骤包括接收该出站基带信号，并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；以及从具有第二频带的入站射频信号中减去该阻断复制信号，其中该接收器使用的振荡信号不同于该传输器与辅助电路使用的振荡信号。
上述全分双工***及泄露消除方法，通过入站射频信号与阻断复制信号计算入站基带信号，消除阻断效果，避免了使用声表面波滤波器带来的缺陷，亦达到了精确调节信号指数时更方便、更灵活及可编程的目的。
附图说明
图1a为受到干扰的信号音(signal tones)在频率轴上的示意图。
图1b为现有技术的利用声表面波滤波器的FDD***的示意图。
图2a为根据本发明一实施方式的FDD***的示意图。
图2b为图2a中的调整电路的一实施方式的示意图。
图3为FDD***的另一实施方式的示意图。
图4为FDD***的另一实施方式的示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下：
请参阅图2a。图2a为根据本发明一实施方式的全分双工***的示意图。FDD***包含接收器110与传输器120。接收器110与传输器120经由双工器104共享天线102。当传输器120根据振荡信号＃LOTX，将出站基带信号(outboundbaseband signal)#DTX上变频(up convert)，以产生第二频带的出站射频信号(outbound radio frequency signal)#RFTX，用于传输时，接收器110同时启用，以接收第一频带的入站射频信号(inbound radio frequency signal)#RFRX，来产生入站基带信号(inbound baseband signal)#DRX。在本发明的一些实施方式中，可以将接收第一频带的入站射频信号进行下变频处理后产生入站基带信号。双工器104耦接于天线102，提供给接收器110与传输器120共享的路径，来传输出站射频信号#RFTX，并且接收入站射频信号#RFRX。出站射频信号#RFTX的泄露可能引起如图1a所示大的阻断信号TX，通过双工器104进入接收器110。为解决这一问题，如图2a所示，设置辅助电路200，来替代图1b中的声表面波滤波器105，以有效地消除泄露。辅助电路200包含上变频器204、第一下变频器206、低噪声放大器208及调整电路210。当辅助电路200启用时，来自出站射频信号#RFTX的泄露，首先通过从接收器110的输入端延伸的非导电耦合路径(non-conductivecoupling path)聚集，并且通过LNA 208，由此产生感应信号(induction signal)。之后，第一下变频器206利用由传输器120共享的振荡信号＃LOTX，来将感应信号下变频为初始(preliminary)基带信号＃BIN，并且调整电路210将初始基带信号＃BIN最佳化，以输出调整基带信号＃BOUT。调整基带信号＃BOUT中已滤除不想要的项，例如相位失衡(phase imbalance)、增益失衡(gain imbalance)与带外(out-of-band)噪声。上变频器204耦接调整电路210，根据振荡信号＃LOTX，将调整基带信号＃BOUT上变频，以产生阻断复制信号(blocker replica)＃BTX，作为阻断信号的估计。接着，阻断复制信号＃BTX被传送至接收器110，用于消除操作，由此产生没有阻断干扰的入站基带信号＃DRX。
接收器110中，LNA 112通过低噪声指数，放大入站射频信号＃RFRX，而下变频器116用于对入站射频信号＃RFRX执行下变频。在LNA 112将放大的入站射频信号＃RFRX输出至下变频器116之前，加法器114从放大的入站射频信号＃RFRX中减去由辅助电路200所输出的阻断复制信号＃BTX，由此，从加法器114得到的入站基带信号＃DRX中，大致上是没有阻断信号的。
因为仅在接收信号时才需要泄露消除，所以在接收器110没有启用时，辅助电路200可能是无效的。辅助电路200可更包含缓冲器202，以缓冲由传输器 120共享的振荡信号＃LOTX，用于上变频器204与第一下变频器206。缓冲器202的启用，视出站射频信号＃RFTX的传输功率而定。例如，当出站射频信号＃RFTX的传输功率超过临界值时，启用缓冲器202。相对的，当出站射频信号＃RFTX的传输功率低于临界值时，关闭缓冲器202。
请参阅图2b。图2b为图2a中的调整电路210的一实施方式的示意图。在此描述了一种缓和初始基带信号＃BIN中不想要项的范例方法。实作中，初始基带信号＃BIN与调整基带信号＃BOUT实际上分为两部分传送，同相部分I与正交部分Q。调整电路210包含移相器(phase shifter)222、增益调谐器224、低通滤波器(low pass filter)226与直流偏移消除器228(DC offset canceller)。移相器222从第一下变频器206接收初始基带信号＃BIN，并且调整其中同相与正交部分的相位失衡。接着，增益调谐器224调整同相与正交部分的增益失衡。并且后续的低通滤波器226执行低通滤波(low pass filtration)，以消除其中不想要的带外噪声。由此，产生调整基带信号#BOUT。更进一步说，直流偏移消除器228设置在低通滤波器226的输出端，以检测调整基带信号＃BOUT的直流偏移。直流偏移可被反馈，并且在增益调谐器224的输入阶段消除。如此一来，阻断信号首先经由下变频，以在直流或低的中频(Intermediate Frequency,IF)中被有效地滤除，并且接着再次上变频，以在接收器110中被减去。
请参阅图3。图3为FDD***的另一实施方式的示意图。出站基带信号＃DTX与感应信号共同用于计算阻断复制信号＃BTX，由此在接收器110与辅助电路300之间形成一个回路，以在正常操作过程中，递归地更新阻断复制信号＃BTX。这被称为在线(on-line)泄露消除模式。辅助电路300由对辅助电路200做些许改动所得到。辅助电路300中，移除LNA 208与调整电路210，而额外地设置了误差估计器212与补偿器214。与图2a中的辅助电路200不同，辅助电路300中，非导电耦接路径建立在从加法器114的输出端延伸至第一下变频器206输入端的不同路径中。因此，感应信号由此方式得到，并且由第一下变频器206直接下变频，以产生初始基带信号＃BIN。误差估计器212耦接于第一下变频器206，用于比较初始基带信号＃BIN与出站基带信号＃DTX，以估计来自出站射频信号＃RFTX的泄露的路径延迟、相位失衡与增益误差。估计结果以一组误差参数＃ERR表示。本实施方式中，阻断复制信号＃BTX从出站基带信号＃DTX产生。首先，补偿器214根据上述的一组误差参数＃ERR，补偿出站基带信号＃DTX中的路径延迟，相位失衡与增益误差，并且产生调整基带信号＃BOUT，用 于上变频器204中的上变频操作。上变频器204利用振荡信号＃LOTX来将调整基带信号＃BOUT上变频，并且由此产生阻断复制信号＃BTX。与图2a中的实施方式相似，在接收器110中设置加法器114，以从入站射频信号＃RFRX中减去阻断复制信号＃BTX。如此一来，由下变频器116执行的下变频操作得到没有阻断的结果，入站基带信号＃DRX。
请参阅图4。图4为FDD***的另一实施方式的示意图。此实施方式中，FDD***操作在校正模式与一般模式。阻断复制信号＃BTX也由出站基带信号＃DTX产生，然而，误差参数＃ERR是在校正模式，由接收器110的输出端得到。因为误差参数＃ERR仅在校正模式中计算一次，此方法也被称为离线(off-line)泄露消除模式。FDD***包含接收器110与传输器120。接收器110接收第一频带的入站射频信号＃RFRX，以产生入站基带信号＃DRX。并且，传输器120根据振荡信号＃LOTX，将出站基带信号＃DTX上变频，以产生第二频带的出站射频信号＃RFTX，用于传输。辅助电路400设置在接收器110与传输器120之间。首先，FDD***初始化(initialize)为校正模式。启用传输器120以根据振荡信号＃LOTX，将校正(calibration)出站基带信号(出站基带信号)＃DTX上变频，以产生第二频带的校正出站射频信号(出站射频信号)＃RFTX。同时，还启用接收器110，将通过双工器104的校正出站射频信号＃RFTX的泄露下变频，并且由此产生校正入站基带信号(入站基带信号)＃DRX。误差估计器212耦接于接收器110的输出端，接收校正入站基带信号＃DRX，以执行校正入站基带信号＃DRX与出站基带信号＃DTX的比较。如此一来，泄露指数(figure)，例如路径延迟、相位失衡与增益误差得到有效的估计并且被参数化为一组误差参数＃ERR。由于产生了误差参数＃ERR，校正模式结束，接着进行一般模式操作。一般模式中，无效误差估计器212，而启用上变频器204与补偿器214。当传输器120初始化为将出站基带信号＃DTX上变频用于传输时，补偿器214利用误差参数＃ERR，补偿出站基带信号＃DTX，并且产生调整基带信号＃BOUT，送至上变频器204。接着，上变频器204根据振荡信号＃LOTX，将调整基带信号＃BOUT上变频，以产生阻断复制信号＃BTX。接收器110中，入站射频信号＃RFRX被接收，并且在LNA 112中放大，以及，加法器114从放大的入站射频信号＃RFRX中减去阻断复制信号＃BTX。最后，下变频器116将相减的结果下变频，以输出没有阻断信号的入站基带信号＃DRX。
上述实施方式特别适用于接收器110与传输器120经常同时启用的宽带码 分多址***。省略现有技术的声表面波滤波器105，在避免缺陷的同时更得到优势。因为初始基带信号＃BIN为基频中的数字信号，所以误差估计器212与补偿器214用以细调(fine tune)信号指数的操作变得容易，灵活，并且可编程。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (27)

1.一种全分双工***，其特征在于，包含：
传输器，用来根据振荡信号，将出站基带信号上变频，以产生具有第一频带的出站射频信号；
辅助电路，用来基于该传输器使用的振荡信号产生因该出站射频信号的泄露而引起的阻断复制信号，以及用于接收该出站基带信号并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；以及
接收器，用来接收具有第二频带的入站射频信号，并从该入站射频信号中减去该阻断复制信号。
2.如权利要求1所述的全分双工***，其特征在于，该辅助电路具体用于计算该出站射频信号的泄露以产生第一基带信号，并基于该传输器使用的振荡信号上变频该第一基带信号以产生该阻断复制信号。
3.如权利要求2所述的全分双工***，其特征在于，该辅助电路具体用于根据该出站射频信号的泄露产生一感应信号，基于该传输器使用的振荡信号下变频该感应信号以产生初始基带信号，以及调整该初始基带信号以产生该第一基带信号。
4.如权利要求3所述的全分双工***，其特征在于，该辅助电路具体用于调整该初始基带信号的相位、增益与直流偏移以产生该第一基带信号。
5.如权利要求2所述的全分双工***，其特征在于，该辅助电路具体用于从该接收器接收一感应信号，基于该传输器使用的振荡信号下变频该感应信号以产生初始基带信号，比较该初始基带信号与该出站基带信号以计算该组误差参数，以及根据该组误差参数补偿该出站基带信号以产生该第一基带信号，其中该组误差参数表示来自该出站射频信号的泄露的路径延迟、相位失衡与增益误差。
6.如权利要求2所述的全分双工***，其特征在于，该接收器还用于下变频接收到的该入站射频信号与该阻断复制信号的相减结果，以产生入站基带信号。
7.如权利要求6所述的全分双工***，其特征在于，该辅助电路还用于比较该入站基带信号与该出站基带信号以计算该组误差参数，以及根据该组误差参数补偿该出站基带信号以产生该第一基带信号，其中该组误差参数表示来自该出站射频信号的泄露的路径延迟、相位失衡与增益误差。
8.一种泄露消除方法，用于全分双工***，该全分双工***中同时使能传输器和接收器，其特征在于，该方法包含：
根据该传输器的振荡信号，上变频出站基带信号以产生具有第一频带的出站射频信号；
基于该传输器的振荡信号产生因该出站射频信号的泄露而引起的阻断复制信号，其中产生阻断复制信号的步骤包含接收该出站基带信号，并基于该出站基带信号执行比较操作以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；
接收具有第二频带的入站射频信号；以及
从该入站射频信号中减去该阻断复制信号。
9.如权利要求8所述的泄露消除方法，其特征在于，所述产生该阻断复制信号的步骤更包含：
计算该出站射频信号的泄露以产生第一基带信号；以及
基于该传输器使用的振荡信号，上变频该第一基带信号以产生该阻断复制信号。
10.如权利要求9所述的泄露消除方法，其特征在于，所述产生该第一基带信号的步骤包含：
从自该接收器的输入端延伸的非导电耦接路径，收集该出站射频信号的泄漏，以产生感应信号；
根据该传输器使用的该振荡信号，下变频该感应信号，以产生初始基带信号；以及
调整该初始基带信号以输出该第一基带信号。
11.如权利要求10所述的泄露消除方法，其特征在于，所述调整该初始基带信号的步骤包括：调整该初始基带信号的相位、增益与直流偏移中的至少一个以产生该第一基带信号。
12.如权利要求9所述的泄露消除方法，其特征在于，所述方法还包括：
下变频接收到的该入站射频信号与该阻断复制信号的相减结果，以产生入站基带信号。
13.如权利要求12所述的泄露消除方法，其特征在于，所述产生该第一基带信号的步骤包括：
接收该入站射频信号与该阻断复制信号的相减结果以作为感应信号；
基于该传输器使用的振荡信号下变频该感应信号，以产生初始基带信号；
比较该初始基带信号与该出站基带信号以计算该组误差参数，其中该组误差参数表示来自该出站射频信号的泄露的路径延迟、相位失衡与增益误差；以及
根据该组误差参数补偿该出站基带信号以产生该第一基带信号。
14.如权利要求12所述的泄露消除方法，其特征在于，产生该第一基带信号的步骤包括：
比较该入站基带信号与该出站基带信号以计算该组误差参数，其中该组误差参数表示来自该出站射频信号的泄露的路径延迟、相位失衡与增益误差；以及
根据该组误差参数补偿该出站基带信号以产生该第一基带信号。
15.一种全分双工***，其特征在于，包含：
接收器，用来接收具有第一频带的入站射频信号，以产生一入站基带信号；
传输器，用来根据振荡信号，将出站基带信号上变频，以产生具有第二频带的出站射频信号；
辅助电路，包含来自该传输器的第一信号路径以及来自该接收器的第二信号路径，该第一信号路径用于接收该振荡信号，该第二信号路径用于获取与该出站射频信号的泄漏相关的信息，该辅助电路用来基于该振荡信号及获取到的该信息产生阻断复制信号，以及用于接收该出站基带信号并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；以及
其中该接收器用来从该入站射频信号中减去该阻断复制信号。
16.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该接收器还用于下变频该入站射频信号与该阻断复制信号的相减结果，以产生入站基带信号。
17.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该第二信号路径是自该接收器的输入端延伸至该辅助电路的低噪声放大器的非导电耦接路径，该第二信号路径用于收集该出站射频信号的泄漏。
18.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该第一信号路径用于传送该传输器的振荡信号至该辅助电路中的下变频器和上变频器。
19.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该第二信号路径是非导电耦接路径，用于传送一感应信号至该辅助电路的下变频器中，该感应信号中包含来自该接收器的低噪放大器的输出的信息。
20.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该辅助电路还包含第三信号路径，耦接至该传输器的输入端，该第三信号路径用于接收该出站基带信号。
21.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该第二信号路径用于传送来自该接收器的该入站基带信号至该辅助电路中的误差估计器，以及该第一信号路径用于传送该传输器的振荡信号至该辅助电路的上变频器中。
22.如权利要求15所述的全分双工***，其特征在于，该第二信号路径用于传送来自该接收器的该入站基带信号至该辅助电路中的下变频器，进而产生初始基带信号至该辅助电路中的误差估计器，以及该第一信号路径用于传送该传输器的振荡信号至该辅助电路的上变频器中。
23.一种泄露消除方法，用于全分双工***，该全分双工***中同时使能传输器和接收器，其特征在于，该方法包含：
通过第一信号路径从该传输器接收振荡信号；
通过第二信号路径从该接收器获取与出站射频信号的泄漏相关的信息，该出站射频信号具有第一频带，由该传输器产生；
基于该振荡信号及获取到的该信息产生阻断复制信号，其中产生该阻断复制信号的步骤包括接收出站基带信号，并基于该出站基带信号进行比较以产生一组误差参数来补偿该出站基带信号；以及
从具有第二频带的入站射频信号中减去该阻断复制信号。
24.如权利要求23所述的泄露消除方法，其特征在于，该获取与出站射频信号的泄漏相关的信息的步骤包括：
通过自该接收器的输入端延伸的非导电耦接路径，收集该出站射频信号的泄漏，以产生包含该信息的感应信号。
25.如权利要求23所述的泄露消除方法，其特征在于，该方法还包括：
下变频接收到的该入站射频信号与该阻断复制信号的相减结果，以产生入站基带信号。
26.如权利要求25所述的泄露消除方法，其特征在于，该获取与出站射频信号的泄漏相关的信息的步骤包括：
通过自该接收器的输入端延伸的非导电耦接路径，接收该入站射频信号与该阻断复制信号的相减结果，以作为包含该信息的感应信号。
27.如权利要求25所述的泄露消除方法，其特征在于，该获取与出站射频信号的泄漏相关的信息的步骤包括：
通过该第二信号路径从该接收器接收该入站基带信号；
通过耦接至该传输器的输入端的第三信号路径，接收该出站基带信号；
比较该入站基带信号与该出站基带信号以计算包含该信息的一组误差参数。
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