CN1968246B - 无线通信电路及传输信息的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种无线通信元件，包括有一频率合成器、I/Q调制器、第一及第二可编程分频器、相位检测器、可变控制振荡器以及混频器。频率合成器可产生一参考信号。第一可编程分频器将上述参考信号的频率除以一除数N，以产生一调制信号。第二可编程分频器将上述参考信号的频率除以一除数M，以产生一分频信号。混频器将一传输信号以分频信号降频，以产生一传输回路信号。I/Q调制器接受I基带信号及Q基带信号，并将I基带信号及Q基带信号以上述调制信号升频，以产生比较信号。相位检测器比较传输回路信号与比较信号的相位。可变控制振荡器根据相位检测器的输出更新上述传输信号。

Description

无线通信电路及传输信息的方法
技术领域
本发明有关于一种射频收发技术，特别是多频带的射频传输技术。
背景技术
图1显示一通信单元的概略架构。通信单元可以大致上分为三个部分，射频(radio frequency，RF)收发器102、基带(base band，BB)信号处理器104以及天线108。天线108自传输媒介，例如空气，接收信号，或可用以传输信号至传输媒介中。滤波器106将目标频带以外的信号滤除，再将滤波过后的信号传送至射频收发器102中。低噪声放大器110(low-noise amplifier，LNA)将目标频带以内的信号放大处理后，射频接收器114将接收到的信号自射频降到基带。一般来说，基带信号即为同相(in-phase(I))信号以及正交(quardature(Q))信号。I/Q信号被送到基带信号处理器104作后续的信号处理，例如信道译码、解压缩、图像处理等。射频传输器116负责将两基带信号调制成射频信号。功率放大器112将射频传输器116所产生的信号调整至适当的功率大小。频率合成器118产生一具有适当频率的参考信号，以便射频传输器116可据此参考信号将基带信号升频，且射频接收器114可以据此参考信号将射频信号降频。
在某些通信***中，将传输与接收功能整合在一个电路上可增加整体的使用效率。例如，全球移动通信***(Global System for Mobile；GSM)并不会同时进行传输与接收的功能，因此，传输器与接收器共享一个频率合成器可使频率合成器的使用效率增加。然而，在将传输器、接收器与频率合成器整合在一个电路时，各元件更容易受到彼此的影响而降低输出信号的品质。
频率合成器118利用可变控制振荡器(variable controlled oscillator)产生一周期波。振荡器的频率必须要可以调整是因为射频传输器116通常用来传输一个频带内、不同频道的信号。射频收发器大多可支持多规格，例如，可接收GSM、DCS(digital communication system)及PCS(personal communicationservice)等无线传输规格。GSM***的信号为824M-915M赫兹；DCS***的信号分布为1710M-1785M赫兹；PCS***的信号分布为1850M-1910M赫兹，可说分布范围相当广。
理论上来说，收发器的频率合成器包括多个振荡器，每一振荡器各自负责一个频带，以减少频带间的杂散(spurious)。然而，多频带收发器若使用多振荡器的频率合成器的话，势必也需要多个表面声波滤波器(surface acousticwave，SAW)。表面声波滤波器不但占去相当的面积，也增加收发器制造的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种不需表面声波滤波器，亦不会产生不必要的杂散的多频带射频收发器。
本发明一实施例提出一种无线通信元件，包括有一频率合成器、I/Q调制器、第一及第二可编程分频器、相位检测器、可变控制振荡器，以及混频器.频率合成器可产生一参考信号.第一可编程分频器将上述参考信号的频率除以一除数N，以产生一调制信号.第二可编程分频器将上述参考信号的频率除以一除数M，以产生一分频信号.混频器将一传输信号以分频信号降频，以产生一传输回路信号.I/Q调制器接受I基带信号及Q基带信号，并将I基带信号及Q基带信号以上述调制信号升频，以产生一比较信号.相位检测器204比较传输回路信号与一比较信号的相位.可变控制振荡器根据相位检测器的输出更新上述传输信号.
在本发明另外的实施例提出一传输及接收多频带信号的方法。此方法包括提供一参考信号。参考信号的频率分别除以除数N及M，产生一调制信号及一分频信号。根据上述分频信号及一传输回路信号将一传输信号降频。以上述调制信号调制I/Q基带信号，以产生比较信号。检测比较信号和传输回路的相位差，以产生相位差信号，传输信号可以再根据相位差信号更新。
附图说明
图1显示一通信单元的概略架构；
图2显示依据本发明一实施例所提出的无线通信元件；
图3显示依据本发明一实施例的射频收发器的架构；以及
图4显示本发明一传输及接收多频带信号的方法流程图。
【主要元件符号说明】
102～射频收发器；104～基带信号处理器；106～滤波器；108～天线；110～低噪声放大器；112～功率放大器；114～射频接收器；116～射频传输器；118～频率合成器；202～I/Q调制器；204～相位检测器；206～充电泵；208～回路滤波器；210～可变控制振荡器；222～可变控制振荡器；214～分频器；216～频率合成器；218～分频器；212～混频器；220～混频器302～频率合成器；304～分频器；306～混频器；310～分频器；312～混频器；314～低通滤波器；316～相位检测器；318～振荡器；320～振荡器；322～混频器；324～混频器；326～低噪声放大器；328～低噪声放大器；330～低噪声放大器。
具体实施方式
本节将揭露实施本发明的最佳实施例。本节揭露的内容仅为使本发明获得更好的了解，并非用以限定本发明的应用范围。本发明的保护范围应以后面所附的权利要求所界定的为准。
本发明的一个实施例揭露了一种无线通信装置，其中上述无线通信装置使用一频率合成器以及一本地振荡器来接收或传输信号。上述无线通信装置的接收器采用零中频的架构，而传输器采用传输循环(translation loop)的架构。其中，传输循环亦被称为锁相偏移环(offset phase look loop，OPLL)。锁相偏移环可视为一个锁相回路(PLL)，而其中反馈路径上的分频器由混频器取代。在锁相回路中，一但进入锁频(locked)的状态后，相位检测器的两个输入信号将会维持在一样的相位。因此，在传输端利用锁相偏移环，可以让输出维持在***射频频段、但是相位信息与输入端的信号是相同的。故本发明可以在射频完整重现所要传输的相位信号。通过设计参考信号及分频器的除数，上述无线通信装置可减少杂散(spurs)的发生并提供频谱上较好的屏蔽性(spectral masking).此干净的输出频谱在输出锁相偏移环之后可以不必再加上一般常用的射频表面声波滤波器(RF SAW filter)，故能减少所需电路成本及电流消耗。
图2显示依据本发明一个实施例所提出的无线通信元件。上述无线通信元件包括有频率合成器216、I/Q调制器202、第一及第二可编程分频器218及214、相位检测器204、可变控制振荡器210及222，以及一混频器212。频率合成器216可产生一参考信号Sref。第一可编程分频器218将上述参考信号Sref的频率除以一除数N，以产生一调制信号Smod。I/Q调制器202接受I基带信号及Q基带信号，并将I基带信号及Q基带信号以上述调制信号Smod升频，以产生一比较信号Scomp。可变控制振荡器210及222可为压控振荡器，以根据其接收信号产生并更新一传输信号Strans。在图2的实施例中，可变控制振荡器210及222皆为压控振荡器，且适用于产生GSM、DCS及PCS传输信号。压控振荡器210的工作频率约为824M-915M赫兹，以产生符合GSM收发频带的频率。压控振荡器222的工作频率为1710M-1785M赫兹及1850M-1910M赫兹，以产生符合DCS及PCS收发频道的频率。混频器212将上述传输信号Strans以一分频信号Sdiv降频，以产生一传输回路信号Sloop。假设上述传输信号Strans的频率为ftrans，分频信号的频率为fdiv，则上述传输回路信号Sloop的频率可为ftrans-fdiv或fdiv-ftrans。在本实施例中，传输回路信号Sloop的频率为ftrans-fdiv。此外，在本发明的较佳实施例中，混频器212可为一谐波混频器(harmonic mixer)。上述分频信号Sdiv是由第二可编程分频器214将上述参考信号Sref的频率除以一除数M而产生的。在本发明的较佳实施例中，除数M与除数N互质。相位检测器204比较传输回路信号Sloop与比较信号Scomp的相位。当这两个信号的相位相同时，代表此锁相偏移环已将这两个信号锁住。此时可变控制振荡器210或222将维持目前的振荡频率。当两信号中有一个信号领先或落后于另一个信号时，相位检测器204输出一脉冲，其脉冲宽度与两信号的相位差成正比。相位检测器204输出的脉冲可能代表“上”或“下”，分别指示充电泵(charge pump)206应增加或减少输出电流。充电泵206输出的电流可通过回路滤波器208调整压控振荡器210与222的输入电压，进而改变压控振荡器210与222的振荡频率。亦即，通过由充电泵206输出不同极性及脉冲宽度的脉冲，可改善相位检测器204输入端传输回路信号Sloop与比较信号Scomp的相位差异。在本发明的实施例中，回路滤波器(loop filter)208可以一单极(single-pole)低通滤波器实现。上述单极低通滤波器可能仅需使用到一电阻及一电容。频率合成器216将参考信号Sref送入一接收器的混频器220。此参考信号Sref可用以将接收器接收到的信号降频至所需的频带。
图3显示依据本发明一实施例的射频收发器的架构。此收发器可约略分为传输端及接收端两部分，另外，传输端及接收端共享一频率合成器302。频率合成器302可产生频率约为3.4G赫兹至4.15赫兹的参考信号。频率合成器320可以以分数N频率合成器(fractional-N synthesizer)实现.上述参考信号经由一第一可编程分频器304分频以产生一调制信号.在本发明的较佳实施例中，第一可编程分频器304的除数可选36或40，根据本射频收发器架构是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定.第二可编程分频器310以除数4或8将参考信号分频以产生分频信号，同样地，第二可编程分频器310的除数选择也根据射频收发器架构是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定.混频器306将I/Q基带信号升频，并产生一比较信号.混频器312将一传输信号以上述分频信号降频，以产生一传输回路信号.传输回路信号经过低通滤波器314后，送入相位检测器316.相位检测器316检测比较信号以及传输回路信号.比较信号以及传输回路信号的相位差一般来说会先经过滤波后，送入压控振荡器318或320中.选择318或320压控振荡器也根据射频收发器架构是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定.压控振荡器318的输出频率约为824M赫兹至915M赫兹之间，以涵盖GSM的传输频带.压控振荡器320的输出频率约为1710M赫兹至1910M赫兹之间，以涵盖DCS/PCS的传输频带.在接收端的部分，频率合成器302将参考信号送入混频器322或324以将接收到的信号降频.若接收GSM信号则将参考信号送入混频器322，若接收DCS/PCS信号则将参考信号送入混频器324.低噪声放大器326接收频率约为869M-960M赫兹的信号(GSM信号)；低噪声放大器328接收频率约为1850M-1880M赫兹的信号(DCS)；低噪声放大器330接收频率约为1930M-1990M赫兹的信号(PCS).混频器322、324皆为I/Q混频器，每一个混频器均包括两个子混频器及一个分频器.在混频器324中，分频器将参考信号除以2，其子混频器将接收到的信号以分频器产生的信号降频.其中上述子混频器可以是双平衡混频器(double-balanced mixer)。除了混频器322的分频器将参考信号除以2以外，混频器322完成与混频器324相似的动作。
在本发明其它实施例中，第一可编程分频器304的除数可选40或48。此外，第一可编程分频器304的除数可选50或56。
在本发明另外实施例中，第一可编程分频器包括一分频器及频率乘法器。亦即，第一可编程分频器可先将参考信号的频率除以一除数N1，再将此频率除以N1的信号乘上一因子N2。举例来说，第一可编程分频器的除数可选为90，再以频率乘法器乘上因子2，如此第一可编程分频器的净除数范围可以更广。此外，若将第一可编程分频器的除数调整为与第二可编程分频器的除数互质则更可显现本实施例的优点。由于第一可编程分频器的除数与第二可编程分频器的除数互质，则调制信号与分频信号的交互影响会变小，也进而使比较信号和传输回路信号的品质提升。
本发明还提出一种传输及接收多频带信号的方法，如图4的流程图所示。此方法包括提供一参考信号Sref，如步骤S401所示，其中上述参考信号Sref可以由一频率合成器或振荡器产生。在步骤S402及S403中，参考信号的频率分别除以除数N及M，产生一调制信号Smod及一分频信号Sdiv。在步骤S404中，根据上述分频信号Sdiv将一传输信号Strans降频并产生一传输回路信号Sloop。在步骤S405中，I/Q基带信号以上述调制信号Smod调制，以产生比较信号Scomp。在步骤S406中，检测比较信号Scomp和传输回路Sloop的相位差，以产生相位差信号，传输信号Strans可以再根据相位差信号更新。在步骤S407和S408中接受射频信号，并根据参考信号Sref降频。值得注意的是，在本实施例中，传输或接收射频信号都共享一个参考信号Sref。换句话说，收发器应用本实施例的方法仅需一个频率合成器或一个振荡器以产生参考信号。
本发明虽以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做一些变更与润饰，因此本发明的保护范围应以后面所附的权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种无线通信电路，包括：
一第一可编程分频器，用以将一参考信号的频率除以一除数N，以产生一调制信号；
一调制器，以多个基带信号调制上述调制信号，并产生一比较信号；
一第二可编程分频器，用以将上述参考信号的频率除以一除数M，并产生一分频信号；
一混频器，以上述分频信号将一传输信号降频，以产生一传输回路信号；
一相位检测器，用以检测上述比较信号及上述传输回路信号的相位差；以及
一可变控制振荡器，以上述相位差更新上述传输信号，
其中上述可变控制振荡器产生一GSM传输信号，且上述无线通信电路还包含有一第二可变振荡器，用以产生一DCS传输信号及一PCS传输信号，
其中，上述除数N选36或40，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定，并且上述除数M选4或8，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定。
2.如权利要求1所述的无线通信电路，其中，上述除数N选40或48，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定，并且上述除数M选4或8，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定。
3.如权利要求1所述的无线通信电路，其中，上述除数N选50或56，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定，并且上述除数M选4或8，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定。
4.如权利要求1所述的无线通信电路，其中上述参考信号由一频率合成器所产生，上述频率合成器为一分数N频率合成器，用以在频率3.4G赫兹至4.15G赫兹附近产生上述参考信号。
5.如权利要求1所述的无线通信电路，还包括：
一接收混频器，用以根据上述参考信号降频多个接收信号；
一第一低噪声放大器用以放大多个GSM信号；
一第二低噪声放大器用以放大多个DCS信号；
一第三低噪声放大器用以放大多个PCS信号；
一第一接收混频器，根据上述参考信号将上述放大的GSM信号降频；以及
一第二接收混频器，根据上述参考信号将上述放大的DCS及放大的PCS信号降频。
6.如权利要求1所述的无线通信电路，还包括一充电泵，上述充电泵根据上述相位差产生一电流，用以控制上述可变控制振荡器的控制电压。
7.一种传输信息的方法，包括：
将一参考信号的频率除以一除数N以产生一调制信号；
将上述参考信号的频率除以一除数M以产生一分频信号；
将一传输信号根据上述分频信号降频，并输出一传输回路信号；
将多个基带信号以上述调制信号调制，以输出一比较信号；
检测上述比较信号及上述传输回路信号的相位差，以产生一相位差信号；以及
根据上述相位差更新上述传输信号，
其中上述传输信号是GSM传输信号、DCS传输信号及PCS传输信号中的一个，
其中，上述除数N选36或40，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定，并且上述除数M选4或8，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定。
8.如权利要求7所述的传输信息的方法，其中，上述除数N选40或48，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定，并且上述除数M选4或8，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定。
9.如权利要求7所述的传输信息的方法，其中，上述除数N选50或56，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下工作而定，并且上述除数M选4或8，根据是在GSM模式还是DCS/PCS模式下操作而定。
10.如权利要求7所述的传输信息的方法，还包括接收多个接收信号，并根据上述参考信号将上述接收信号降频。
11.如权利要求10所述的传输信息的方法，还包括将上述参考信号分频，并将上述接收信号根据上述分频信号降频。
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