相位噪声校正电路、发送设备、接收设备、无线电设备、无线电通信系统以及相位噪声校正方法

专利名称：相位噪声校正电路、发送设备、接收设备、无线电设备、无线电通信系统以及相位噪声校正方法
技术领域：
本发明涉及相位噪声校正电路、发送器、接收器、无线电设备、无线电通信系统以 及相位噪声校正方法，并且更具体地涉及当在无线电通信中执行射频与中频之间的频率转 换时生成的相位噪声的减小。
背景技术：
一般地，执行无线电数字通信的无线电设备中的解调器的主要功能是在可能使 信道质量变差的定相(phasing)等的影响下执行载波再现或时钟再现。同时，随着无线电 设备的工作频率的增大以及其价格的降低，由无线电设备中所包含的振荡器(本地振荡 器)引起的相位噪声对整个设备特性的影响越来越大。在这种情形下，解调器陷入了这样 的状态在增加了由相位噪声引起的劣化成分的情况下不能够获得充分的特性。如上所述， 当今，在本地振荡器中生成的相位噪声可被视为影响高频数字通信质量的问题之一。为了对用于高频数字通信的发送器进行说明，在图12中示出了发送器和接收器 的示意性配置。图12A例示出发送器的配置，图12B例示出接收器的配置。如图12A所示， 在发送器40中，BB(基带)信号46被正交调制器41和IF(中频)本地振荡器42转换为 IF信号47。此外，IF信号47被混频器43和RF(射频)本地振荡器44转换为RF信号48， 并且最终RF信号48被从天线45输出。另一方面，如图12B所示，在接收器60中，从发送 器40输出的信号被天线66接收。然后，由天线66接收到的RF信号67被混频器64和RF 本地振荡器65转换为IF信号68，并且被正交解调器62和IF本地振荡器63进一步转换为 BB信号69。在这种情况下，在发送器40和接收器60中总共使用了四个振荡器(RF本地振荡 器44和64，IF本地振荡器42和63)。从四个本地振荡器生成的相位噪声彼此无关。在图 12所示的配置中，在将接收到的RF信号67转换为BB信号69之后通过载波再现PLL (锁相 环)61执行发送器侧以及接收器侧的本地振荡器之间的频率误差校正的同时，执行相位噪 声的校正。然而，即使利用这样的方法，对于再现PLL 61而言也很难在存在强相位噪声成 分时执行令人满意的校正，因此导致载波再现性能的变差。作为与这一点有关的技术，例如，专利文献1公开了这样的频率转换设备，其中实 现了频率准确性的提高以及设备大小和成本的降低。该频率转换设备根据通过将预定信标 信号与本地振荡频率的信号进行混频而生成的中频信标信号，通过锁相环来仅生成本地振 荡频率的信号中的一些低频信号。通过使用所生成的信号来执行频率转换，该技术旨在消 除在转换时生成的频率误差或相位噪声。此外，例如，专利文献2公开了包括数字信号生成单元、定时再现单元、载波再现 单元和相位噪声校正单元的解调器。在该解调器中，相位噪声校正单元输出相位噪声校正 信号，该相位噪声校正信号在相位差正增长的情况下具有增量的值，并且在相位差负增长 的情况下具有通过将增量乘以-ι而得到的值。载波再现单元在基于相位噪声校正信号的
6定时再现之后设定数字信号的相位差的增益，并且通过根据该增益而振荡的振荡信号来在 相位噪声抑制方向上旋转符号，从而执行载波再现。通过采用上述配置，该技术旨在通过以 高精度高效执行对相位噪声的校正控制来改善质量和可靠性。引用列表专利文献专利文献1 JP-A-2000-91939专利文献2 JP-A-2003-18230

发明内容
技术问题在使用诸如QAM(正交幅度调制)之类的相位调制方法的无线电设备中，希望实现 产品的性能改进和价格降低二者的同时实现。考虑到这一点，即使在使用价格方面更适中 然而性能方面低于目前使用的设备的情况下，也需要用于提供质量等同于或好于目前使用 的产品的方法。具体地，因为相位噪声严重影响了通信质量，所以已经研究了用于降低相位 噪声影响的各种方法。在专利文献1中公开的技术根据中频信标信号通过锁相环来生成具有较低频率 的本地振荡频率信号，并且使用所生成的信号来执行对频率误差的校正。在专利文献2中 公开的技术基于相位差的增大或减小来设定相位差的增益，并且通过根据所设定增益而振 荡的振荡信号来在相位噪声抑制方向上旋转符号，从而执行载波再现。在专利文献1和2中公开的两种技术中，频率误差校正和相位噪声校正都是由接 收器中的载波再现PLL(专利文献1中的锁相环，专利文献2中的载波再现单元)执行的。 为了校正某一水平的相位噪声，必须加宽环路滤波器的通带。然而，当环路滤波器的通带被 加宽时，在载波再现PLL自身中生成的噪声增大，因而导致载波再现性能的变差。相反，当 环路滤波器的通带变窄以改善载波再现性能时，对相位噪声的满意校正无法实现，因而极 其不利地影响了通信质量。考虑到上述情形，本发明的一个目的在于提供一种能够在执行无线电通信的发送 器/接收器中充分呈现载波再现性能的相位噪声校正电路、发送器、接收器、具有该发送器 /接收器的无线电设备等等。问题的解决方案为了实现上述目的，根据本发明的第一相位噪声校正电路包括相位误差信息获 取单元，被设置在无线电设备的发送器中，并且获取由所述无线电设备的接收器所检测到 的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，被设置在所述发送器中，并且通过使用由所述相 位误差信息获取单元所获取的相位误差信息，在无线电发送时针对基带信号执行对在所述 发送器和所述接收器之间共享的本地振荡器所生成的相位噪声的校正。根据本发明的第一发送器是一种在无线电设备中与接收器一起设置的发送器。该 发送器包括与所述接收器共享的本地振荡器；以及相位噪声校正电路，包括相位误差信 息获取单元，获取由所述接收器所检测到的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，通过使 用由所述相位误差信息获取单元所获取的相位误差信息，在无线电发送时针对基带信号执 行对所述本地振荡器所生成的相位噪声的校正。
根据本发明的第一接收器是一种在无线电设备中与发送器一起设置的接收器。该 接收器包括与所述发送器共享的本地振荡器；以及频率误差校正电路，包括相位误差信 息检测单元，该相位误差信息检测单元检测包括在无线电接收时由所述本地振荡器生成的 相位噪声的相位误差信息并且将所检测到的相位误差信息发送到包括相位噪声校正电路 的发送器，该相位噪声校正电路在无线电发送时针对基带信号执行对所述本地振荡器所生 成的相位噪声的校正。根据本发明的第一无线电设备是一种设有发送器和接收器的无线电设备。所述接 收器包括与所述发送器共享的第一本地振荡器；以及频率误差校正电路，包括相位误差 信息检测单元，该相位误差信息检测单元检测包括在无线电接收时由所述本地振荡器生成 的相位噪声的相位误差信息。所述发送器包括与所述接收器共享的所述第一本地振荡器； 以及相位噪声校正电路，包括相位误差信息获取单元，获取由所述相位误差信息检测单元 所检测到的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，通过使用由所述相位误差信息获取单 元所获取的相位误差信息，在无线电发送时针对基带信号执行对所述第一本地振荡器所生 成的相位噪声的校正。根据本发明的第一无线电通信系统是一种包括每个都含接收器和发送器的多个 无线电设备的无线电通信系统。所述接收器包括与所述发送器共享的本地振荡器；以及 频率误差校正电路，包括相位误差信息检测单元，该相位误差信息检测单元检测包括在无 线电接收时由所述本地振荡器生成的相位噪声的相位误差信息。所述发送器包括与所述 接收器共享的所述本地振荡器；以及相位噪声校正电路，包括相位误差信息获取单元，获 取由所述相位误差信息检测单元所检测到的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，通过 使用由所述相位误差信息获取单元所获取的相位误差信息，在无线电发送时针对基带信号 执行对所述本地振荡器所生成的相位噪声的校正。根据本发明的第一相位噪声校正方法包括在无线电设备的发送器中设置的相位 噪声校正电路处，获取由所述无线电设备的接收器所检测到的相位误差信息；以及使用所 获取的相位误差信息来在无线电发送时针对基带信号校正由在所述发送器和所述接收器 之间共享的本地振荡器所生成的相位噪声。发明的有益效果根据本发明，在用于执行无线电通信的发送器/接收器中，在接收器中执行的相 位噪声校正被在发送器和接收器之间共享以允许接收器专注于频率误差校正，藉此能够充 分发挥载波再现性能。


图1是例示出应用了本发明的无线电设备的示意性配置的视图。图2是例示出由根据本发明各示例性实施例的无线电设备构成的无线电通信系 统的配置的视图。图3是例示出根据本发明第一示例性实施例的无线电设备的示意性配置的视图。图4是例示出根据本发明各示例性实施例的载波再现PLL的内部配置的视图。图5是例示出根据本发明各示例性实施例的相位噪声校正器的内部配置的视图。图6是例示出本发明各示例性实施例中的频率误差校正操作的流程的流程图。
图7是例示出本发明各示例性实施例中的相位噪声校正操作的流程的流程图。图8是用于说明本发明各示例性实施例中的相位噪声提取处理(时间平均处理) 的视图。图9是例示出根据本发明第二示例性实施例的无线电设备的示意性配置的视图。图10是例示出根据本发明第三示例性实施例的无线电设备的示意性配置的视 图。图11是例示出根据本发明第四示例性实施例的无线电设备的示意性配置的视 图。图12是用于说明高频无线电数字通信中的一般发送器和一般接收器的操作的视 图。标号列表1、100、102、103 无线电设备2、200、202 发送器3:相位噪声校正电路4:相位噪声校正单元5 相位误差信息获取单元6、300、302、303 接收器7:频率误差校正电路8 相位误差信息检测单元9 本地振荡器11、12、14 基带信号13 相位误差信息111、112、123、125 :BB 信号113、122: IF 信号114、121:RF 信号124 相位误差信号150 RF本地振荡器160、230、330 :IF 本地振荡器170 天线210 相位噪声校正器211 平均电路212 SIN/C0S213、311 复数乘法器220 正交调制器240、340 混频器310:载波再现 PLL312 载波相位检测器313 环路滤波器314 数值受控振荡器
9
320 正交解调器
具体实施例方式将参考附图详细描述实践本发明的示例性实施例。图1例示出本发明的示例性实 施例的示意性配置。如图1所示，无线电设备1具有发送器2、接收器6以及本地振荡器9。 发送器2和接收器6共享本地振荡器9。发送器2除了本地振荡器9之外还具有相位噪声校正电路3。相位噪声校正电路 3具有相位噪声校正单元4和相位误差信息获取单元5。接收器6除了本地振荡器9之外还具有频率误差校正电路7。频率误差校正电路 7具有相位误差信息检测单元8。接收器6主要针对通过解调经由无线电接收的射频信号 而得到的基带信号14执行频率误差校正，并且使用相位误差信息检测单元8来检测相位误 差信息13。相位误差信息检测单元8将检测到的相位误差信息13发送到发送器2侧。发 送器2通过相位误差信息获取单元5获取从接收器6发送的相位误差信息13，并使用相位 噪声校正单元4来基于所获取的相位误差信息13针对基带信号11执行相位噪声校正。然 后，发送器2经由无线电发送通过调制经过校正的基带信号12而得到的射频信号。本发明具有这样的配置其中，一直仅在接收器侧执行的相位误差校正在发送器 中被执行。更具体地，在发送器中生成的相位噪声、接收器中生成的相位噪声以及在发送器 /接收器的本地振荡器中生成的频率误差之中，发送器对其自身中生成的相位噪声进行校 正。也就是，接收器6使用相位误差信息检测单元8来检测包括在接收无线电信号时由本 地振荡器9生成的相位噪声的相位误差信息，然后将检测到的相位误差信息发送到发送器 2，并且接收器6主要执行频率误差校正。发送器2通过相位误差信息获取单元5获取相位 误差信息12，并且使用相位噪声校正单元4来基于包括在接收无线电信号时由本地振荡器 9生成的相位噪声的相位误差信息13，针对基带信号11执行对在发送无线电信号时由本地 振荡器9生成的相位噪声的校正。如上所述，在各自包括发送器和接收器的无线电设备之 间执行无线电通信的情况下，进行通信以使得一个无线电设备的发送器输出被另一无线电 设备的接收器接收，并且该另一无线电设备的发送器输出被该一个无线电设备的接收器接 收。 如上所述，在本发明中，本地振荡器被发送器和接收器共享，因此可以估计在接收 时加入的相位噪声与在发送时加入的相同。因此，在本发明中，通过在发送时添加在接收时 检测到的相位噪声的逆特性，能够抵消在本地振荡器中生成的相位噪声。该操作在所述一 个无线电设备以及所述另一无线电设备上被执行，藉此，要在发送时生成的相位噪声能够 在发送器侧的实际发送操作之前得到校正。因此，一直仅在接收器侧执行的相位噪声校正 可以在发送器和接收器之间被共享，从而减轻接收器侧的负担，以允许接收器专注于频率 误差校正。以下将参考图2到图11更详细地描述本发明的示例性实施例。[第一示例性实施例]图2是例示出根据本发明第一示例性实施例的由无线电设备构成的无线电通信 系统的示意性配置的视图。该无线电通信系统具有无线电设备IOOa和100b。无线电设备 IOOa和IOOb是具有相同配置的无线电设备。随后将参考图3描述无线电设备IOOa和IOOb的内部配置。无线电设备IOOa具有发送器200a和接收器300a并且具有执行无线电信号 发送和接收的功能。虽然未示出，但是发送器200a和接收器300a共享单个本地振荡器。无线电设备IOOa使用发送器200a来调制BB信号Illa并且经由无线电将经过调 制的BB信号作为RF信号114a来发送，并且无线电设备IOOb接收该无线电信号。无线电 设备IOOb然后解调由接收器300b接收的RF信号121b以得到BB信号125b。接收器300b 在解调时执行频率误差校正。此外，接收器300b检测包括由本地振荡器生成的相位噪声的 相位误差信息，并且将相位误差信息发送到发送器200b。当无线电设备IOOb执行无线电 发送时，发送器200b基于由接收器300b获取的相位误差信息来针对BB信号Illb执行相 位噪声校正，对结果信号进行调制以得到RF信号114b，并且经由无线电发送RF信号114b。 无线电设备IOOa解调经由无线电接收的RF信号121a以得到BB信号125a。所接收的RF信号121a已经在无线电设备IOOb的发送器200b的无线电发送时经 过了相位噪声校正，所以RF信号121a在紧接在无线电接收之前的时间点处具有较小的相 位噪声。这是因为发送器200b使用在无线电接收时由本地振荡器生成的相位噪声来执行 相位噪声校正，从而以抵消将会在无线电发送时由本地振荡器生成的相位噪声的方式向BB 信号Illb添加了旋转。也就是说，关于相位噪声，无线电设备IOOa的接收器300a需要应 付仅是在解调RF信号121a时由接收器300a的本地振荡器生成的相位噪声。因此，接收器 300a能够在目标信号具有低相位噪声的状态中专注于频率误差校正，从而减轻了在接收器 300a侧执行的校正处理方面的负担。图3是例示出根据本示例性实施例的无线电设备的内部配置的示意性视图。无线 电设备100具有发送器200、接收器300和天线170。发送器200具有相位噪声校正器210、 正交调制器220、IF本地振荡器230和混频器240，并且与接收器300共享RF本地振荡器 150。接收器300具有载波再现PLL 310、正交解调器320、IF本地振荡器330和混频器340， 并且与发送器200共享RF本地振荡器150。相位噪声校正器210对应于图1所示的相位噪 声校正电路3，载波再现PLL 310对应于图1所示的频率误差校正电路7，并且RF本地振荡 器150对应于图1所示的本地振荡器9。首先，描述接收器300。接收器300经由天线170通过无线电接收RF信号121。然 后，混频器340将所接收的射频频带的RF信号121与由RF本地振荡器150生成的本地信 号进行混频。随后，正交解调器320使用来自IF本地振荡器330的本地信号来将通过混频 而得到的中频频带的IF信号122解调为BB信号123。最后，载波再现PLL 310检测所得到 的BB信号123的相位误差信息，将相位误差信号124发送到发送器200，并且执行频率误差 校正以输出相位噪声经过了校正的BB信号125。接着，描述发送器200。相位噪声校正器210使用来自接收器300的相位误差信 号124来针对BB信号111执行相位噪声校正。然后，正交调制器220使用由IF本地振荡 器230生成的本地信号来将相位噪声经过了校正的BB信号112调制为中频频带的IF信号 113。随后，混频器240将由RF本地振荡器150生成的本地信号与IF信号113进行混频。 最后，发送器200经由天线170通过无线电将通过混频而得到的射频频带的RF信号114发 送到相对设备。接着，将更详细描述接收器300的载波再现PLL 310。图4是例示出载波再现PLL 310的内部配置的视图。载波再现PLL 310具有复数乘法器311、载波相位检测器312、环路滤波器313以及数值受控振荡器314。载波相位检测器312对应于图1所示的相位误差信 息检测单元8。载波再现PLL执行载波再现如下。复数乘法器311校正通过在信号接收之后执行 的解调而得到的BB信号123的载波相位误差并且输出结果信号。然后，载波相位检测器 312接收来自复数乘法器311的信号输出作为输入并且检测相位误差信息。所检测到的相 位误差信息被输入到环路滤波器313以供用于频率误差校正。此外，所检测到的相位误差 信息作为相位误差信号124被发送到发送器200的相位噪声校正器210。相位噪声校正器 210使用所发送来的相位误差信号124来在无线电发送时针对BB信号执行相位噪声校正。环路滤波器313从所接收的相位误差信息中去除高频成分并且将结果相位误差 信息作为频率信息(关于频率误差或相位噪声)输出到数值受控振荡器314。随后，数值受 控振荡器314基于由环路滤波器313生成的频率信息选择将相位旋转给予BB信号的SIN和 COS,并且将选出的SIN和COS输出到复数乘法器311。通过使用从数值受控振荡器314接 收的SIN和COS，复数乘法器311执行频率误差校正。在载波再现PLL 310中，上述的载波 再现环路被重复直到由本地振荡器所生成的频率误差被消除为止，并且校正后的BB信号 125被输出。如上所述，在本示例性实施例中，载波再现PLL 310使用数值受控振荡器314 来执行作为准同步检测方法的频率误差校正。接着，将更详细描述发送器200的相位噪声校正器210。图5是例示出相位噪声校 正器210的内部配置的视图。相位噪声校正器210具有平均电路211、SIN/C0S 212以及复 数乘法器213。平均电路211和SIN/C0S212对应于图1所示的相位误差信息获取单元5， 并且复数乘法器213对应于图1所示的相位噪声校正单元4。相位噪声校正器210执行相位噪声校正如下。平均电路211从发送自接收器300 的载波再现PLL 310的相位误差信号124中提取相位噪声。由载波相位检测器312检测到 的相位噪声信息主要包括相位噪声和热噪声。因此，平均电路211在降低热噪声的同时提 取相位噪声。平均电路211将提取出的相位噪声输出到SIN/C0S 212。平均电路211的输 出代表经过平均的相位噪声的相位旋转角度，并且SIN/C0S 212选择给予相位旋转的SIN 和COS并且将选出的SIN和COS输出到复数乘法器213。复数乘法器213将相对于所输入 SIN和COS的逆方向旋转给予将要通过无线电发送的BB信号111以校正相位噪声。如上所 述，相位噪声校正器210负责了一直以来在接收器侧上与频率误差校正一起执行的相位噪 声校正部分，从而校正在无线电发送时由本地振荡器生成的相位噪声。接着，将具体描述本示例性实施例中的对频率误差和相位噪声进行校正的操作。 如图3所示，在本示例性实施例中，在单个无线电设备中设置了三个本地振荡器IF本地振 荡器230、IF本地振荡器330和RF本地振荡器150。IF本地振荡器230是用于将BB信号 112调制为IF信号113的振荡器。IF本地振荡器330是用于将IF信号122解调为BB信 号123的振荡器。RF振荡器150是用于执行从IF信号113到RF信号114的频率转换以及 从RF信号121到IF信号122的频率转换的振荡器。由三个本地振荡器生成的信号包括彼 此无关的相位噪声成分。然而，IF本地振荡器230和IF本地振荡器330通常具有比RF本 地振荡器150的频率低很多的频率，因此由IF本地振荡器230和330生成的相位噪声十分 低。因此，本示例性实施例主要致力于校正在RF本地振荡器150中生成的相位噪声。首先，将参考图3和图4并利用图6来描述由载波再现PLL 310执行的频率误差校正操作。图6是例示出本示例性实施例中的频率误差校正操作的流程的流程图。如上所 述，载波再现PLL 310主要致力于校正在发送器/接收器中设置的本地振荡器中生成的频
率误差。无线电设备100经由天线170接收射频频带的RF信号121 (步骤Si)。然后，混 频器340将所接收的RF信号121与来自RF本地振荡器150的本地信号进行混频以将其频 率变换为IF信号122 (步骤S2)。随后，正交解调器320使用来自IF本地振荡器330的本 地信号来将IF信号122解调为BB信号123 (步骤S3)。随后，复数乘法器311校正通过解 调而得到的BB信号123的载波相位误差并且将结果信号输出到载波相位检测器312 (步骤
54)。如随后描述的，复数乘法器311被用于通过载波再现环路来去除在一般情形下残 留在BB信号123中的频率误差。为了此目的，复数乘法器311在校正前的BB信号123的 复向量与载波再现PLL 310 (数值受控振荡器314)中算出的BB信号123中包括的相位误 差复向量之间执行复共轭运算。对于第一次被输入的BB信号123，SIN和COS的初始设定 值被用于执行复共轭运算，然后校正后的BB信号123被输出。初始设定值通常是0，因此 在第一次载波相位误差校正中实质上未经过校正的BB信号123被输出到载波相位检测器 312。返回参考图6的流程，在复数乘法器311中校正了载波相位误差之后，载波相位检 测器312检测相位误差信息并且将所检测到的相位误差信息输出到环路滤波器313 (步骤
55)。环路滤波器313然后从由载波相位检测器312检测到的相位误差信息中提取对应于 低频成分的频率信息，并且将提取出的频率信息输出到数值受控振荡器314 (步骤S6)。随 后，数值受控振荡器314基于从环路滤波器313输入的频率信息来选择将相位旋转给予BB 信号123的SIN和COS并且将选出的SIN和COS输出到复数乘法器311 (步骤S7)。随后， 复数乘法器311执行复共轭运算并且将相对于输入的SIN和COS的逆方向旋转给予BB信 号123以校正频率误差(步骤S8)。载波相位检测器312将BB信号123的基准数据与其实际测量数据(校正前的BB 信号123)进行比较并且检测它们之间的差作为误差信息。在本示例性实施例中，如在专利 文献1中公开的使用已知信号(信标信号)的频率误差校正不被执行。作为替代，在本示 例性实施例中采用诸如128 QAM之类的调制方法。具体地，相位误差信息的检测被执行如 下。首先，通过估计各接收信号的接收点并且掌握发送状态的趋势，来从多个接收信号生成 理想信号数据(基准数据)。在掌握发送状态的趋势时，执行校正以允许每个接收信号到达 所估计出的接收点中的任一个。随后，当通过误差检测功能等进行了校正的信号被确定为 是正确的时，理想信号数据与实际信号数据之间的差在各接收点处被计算出来作为误差。 在本示例性实施例中的频率误差校正或者相位噪声校正被理想地执行的情况下，在发送器 中生成的相位噪声在发送器自身中被校正，并且在发送器/接收器中所设置的本地振荡器 中生成的频率误差被载波再现PLL校正。因此，最终，在载波再现PLL中检测到的相位误差 信息变为在接收器中生成的相位噪声。在本实施例中，该检测到的相位噪声被用于在发送 器中执行相位噪声校正。这样在载波相位检测器312中检测到的相位误差信息主要包括可能尚未被复数 乘法器311中所执行的校正去除的频率误差、相位噪声、热噪声及其相位误差成分，并且被
13作为角度信息输出。环路滤波器313从上述相位误差成分中去除高频相位噪声以及高频热 噪声，并且从其中取出仅十分低频率频带的频率误差和相位噪声用于频率误差校正。本来， 载波再现环路致力于校正在发送器/接收器中所设置的本地振荡器中生成的频率误差。频 率误差随时间的变化不大，所以在载波再现环路中使用的环路滤波器的通带可以被设定为 较窄频带。此外，针对比相位噪声校正中更低频率以及更窄频带的信号来执行频率误差校 正，所以在载波再现环路中使用的环路滤波器的通带可以被设定为较低频带。考虑到以上 两点，能够将在载波再现环路中使用的环路滤波器的通带设定为低频且较窄的频带。然而， 实际上，考虑到由相位噪声引起的信号特性的变差，环路滤波器的通带被迫加宽以抵御相 位噪声使载波再现性能变差的风险。在本示例性实施例中，在发送器中生成的相位噪声在 发送器自身中被校正，因此接收器仅需要处理在接收器自身中生成的相位噪声。因此，接收 器需要校正的相位噪声十分小，从而使得能够将环路滤波器的通带设定为十分低频率频带 但是足够用于频率误差校正。基于由环路滤波器这样提取的低频频率误差，数值受控振荡器314输出将相位旋 转给予BB信号123的SIN和COS。数值受控振荡器314致力于校正频率误差。因此，即使 在通过校正原始存在的频率误差而得到的稳定状态中，数值受控振荡器314也需要不断地 执行振荡。例如，在原始频率误差是IHz并且操作时钟是4Hz的情况下，从数值受控振荡器 314输出的COS和SIN重复(1，0)，(0，j)，(-1,0)，(0，-j)。此外，在输入到复数乘法器311 的信号是包括频率误差成分的(l,j), ("l,j), H，_j)，(l，_j)的情况下，复数乘法器311 根据以下表达式执行复共轭运算从而去除频率误差成分。在此描述中，频率误差校正被执 行；然而实际上，由环路滤波器313提取出的低频相位噪声与频率误差一起被校正。[数式1](ι"·)*硕= i*i+i”. = (i，y)(-1,7) "tCOJ) = -!* (-J) + J * i-j) = (W)(-l-j) *= -1 * (—1) + (-j) * (-1) = (l,j)(1,-y) * (0,-7) = 1*7+ (-j) * j = (IJ)返回参考图6的流程，在即使在通过复数乘法器311的复共轭运算执行了频率误 差校正之后也未消除被添加到所接收BB信号123的频率误差的情况下(步骤S9中的否)， 载波相位检测器312检测相位误差信息。然后，载波再现环路(步骤S5到S8)被继续。另 一方面，在消除了被添加到所接收BB信号111的频率误差的情况下(步骤S9中的是)，认 识到无线电接收已被正常进行。然后，由载波相位检测器312检测到的相位误差信息被作 为相位误差信号124发送到发送器侧(步骤S10)。接着，将参考图3和图5并利用图7来描述由相位噪声校正器210执行的相位噪 声校正操作。图7是例示出本示例性实施例中的相位噪声校正操作的流程的流程图。相位 噪声校正器210致力于在发送器侧执行对发送器中所生成的相位噪声的校正，这一直以来 都是在接收器侧执行的。当无线电接收状态是正常时(步骤S21中的是)，平均电路211接收由载波相位 检测器312检测到并从其发送的相位误差信号124作为输入并且获取相位误差信息(步骤 S22)。平 电路211执行时间平均处理从而从主要 括相位噪声和热噪声的所获取相位误差信息中提取相位噪声(步骤S23)。所提取的相位噪声被输出到SIN/C0S 212。SIN/COS 212基于所输入的相位噪声选择将相位旋转给予BB信号111的SIN和COS，并且将选出的 SIN和COS输出到复数乘法器213 (步骤S24)。随后，复数乘法器213执行复共轭运算并且 将相对于输入的SIN和COS的逆方向旋转给予BB信号111以校正相位噪声(步骤S25)。环路滤波器313致力于从相位误差信息中提取在接收器中生成的频率误差和相 位误差，而平均电路211致力于从在接收器中生成的相位噪声估计将在无线电发送时添加 的相位噪声。此外，被输入到环路滤波器313的相位误差信号和被发送到平均电路211的 相位误差信号是与由载波相位检测器312检测到并输出的相位误差信号相同的。环路滤波 器313提取在接收器中生成的频率误差和相位噪声，并且平均电路211提取在接收器中生 成的相位噪声。在提取相位噪声时，平均电路211对所输入的相位误差信号执行时间平均 处理。平均电路211执行时间平均处理的理由如下。所输入的相位误差信号主要包括相 位噪声和热噪声。因为相位噪声校正器210致力于校正相位噪声，所以不必要的热噪声需 要被去除。已知热噪声一般与时间不相关，所以为了减轻热噪声的影响而计算时间平均是 有效的。另一方面，相位噪声的变化速率比符号速率小很多，所以即使求取了时间平均相位 噪声的信息也被保留了下来。因此，平均电路211对包括相位噪声和热噪声的相位误差信 号执行时间平均处理，从而在去除热噪声的同时仅提取相位噪声。时间平均的概念如下。严 格地讲，所有样本的数据都需要用于平均计算。然而，在通过硬件、软件或其组合来实现本 示例性实施例的情况下资源是有限的，所以无法保持所有的样本数据。因此，通过计算紧接 在前的平均结果与新近输入数据之间的平均来获取平均数据。假设在紧接在前的平均结果 与新近输入数据之间以一比一的比率计算平均，并且被输入到平均电路的初始值是0且随 后输入的数据是连续的1，那么第一平均结果是(0+1)/2 = 0. 5。当此运算被顺序执行时， 平均结果被表示为如图8的曲线图所例示的那样。实际的平均处理是在改变平均结果与新 近输入的数据之间的相加比率的同时执行的。由平均电路211这样提取的相位噪声被输入到SIN/C0S 212。SIN/COS 212然后 输出将相位旋转给予BB信号111的SIN和COS。SIN/⑶S 212的输出是代表由相位噪声引 起的相位旋转误差的平均角度的角度信息，并且SIN/C0S 212使用换算表来将角度信息转 换为SIN和COS。SIN/COS 212和数值受控振荡器314的功能在它们输出SIN和COS数据 方面是相同的。然而，SIN/C0S 212致力于生成用于相位噪声校正的数据，因此，与数值受 控振荡器314不同的，SIN/C0S 212不必不断地执行振荡。例如，相位噪声固定在π/2处， 由SIN/C0S 212输出的COS和SIN总是(0，1)。然后，复数乘法器213执行在不包括任何频 率成分的输入信号与上述(0，1)之间的复共轭运算，从而得到-η/2的经校正的输出。与 复数乘法器311类似的，复数乘法器213执行复共轭运算，从而将相对于输入SIN和COS的 逆方向旋转给予基带信号。根据本示例性实施例，在一直以来都是在接收器侧执行的三个校正操作(对发送 器中生成的相位噪声的校正，对接收器中生成的相位噪声的校正，以及对由发送器/接收 器中的本地振荡器引起的频率误差的校正)之中，在发送器中生成的相位噪声在发送器侧 被校正。因此，关于相位噪声，接收器侧仅需要校正在接收器侧生成的相位噪声，从而创建 了其中载波再现PLL能够容易地发挥其原始功能(校正频率误差的功能)的环境。此外，在发送器中生成的相位噪声在发送器自身侧被校正，即，一直以来仅在接收器侧执行的相 位噪声校正在发送器和接收器之间被分担，从而减轻了接收器上的负担。此外，根据本示例性实施例，相位噪声校正功能被这样划分在一直以来在接收器 侧上执行的频率误差校正和相位噪声校正之中，在发送器侧上执行相位噪声校正中的一部 分(对发送器中生成的相位噪声的校正)，因此要由接收器侧校正的相位噪声的量大幅减 小。结果，可以预期在相位噪声校正准确性方面的改善。此外，要由接收器侧与频率误差一 起进行校正的相位噪声的量的大幅减小，使得能够出于将十分低的频率频带用于频率误差 校正的目的，使载波再现PLL的环路滤波器的通带变窄。因此，频率误差校正的准确性得到 改善，并且因此能够预期载波再现性能方面的改善。此外，在本实施例中，未使用如专利文献中公开的已知信号(例如，信标信号)来 校正频率误差和相位噪声。因此，不必将专用频率分配给该已知信号，从而在不使频率使用 效率变差的情况下维护了有利的状态。第二示例性实施例第一示例性实施例采用准同步检测方法，该方法将数值受控振荡器用来校正由发 送器/接收器中设置的本地振荡器所引起的频率误差。作为另一示例，第二示例性实施例 采用如图9所示的同步检测方法。根据本示例性实施例的无线电设备101具有发送器200 和接收器301。发送器200的配置与第一示例性实施例中发送器200的配置相同。接收器 301不具有设有数值受控振荡器的载波再现PLL，而是使用载波相位检测器312、环路滤波 器313和IF本地振荡器331来执行频率误差校正。在本示例性实施例中，接收器中的用于 执行频率误差校正的配置不同于第一示例性实施例中的配置。在发送器中执行的相位噪声检测与第一示例性实施例中的相同。也就是，接收器 301的载波相位检测器312检测通过由正交解调器320执行的解调而得到的BB信号123的 相位误差信息，并且将检测到的相位误差信息作为相位误差信号124输出到相位噪声校正 器210。这样检测到的相位误差信息主要包括诸如可能尚未被正交解调器320去除的频率 误差、相位噪声、热噪声之类的相位误差成分，并且被作为角度信息输出。通过将该角度信 息输入到发送器200的相位噪声校正器210，能够得到与由根据第一示例性实施例的准同 步检测方法的相位噪声校正所得到的益处一样的益处。接收器301中的频率误差校正被执行如下。环路滤波器313从由载波相位检测器 312检测到的相位误差信息中提取低频的频率误差，并且将所提取的频率误差输出到IF本 地振荡器331。然后，IF本地振荡器331基于从环路滤波器313输入的频率误差来调节要 振荡的频率，并且振荡出具有调节后的频率的本地信号。本示例性实施例中的IF本地振荡 器331采用频率可变配置，并且其中具有用于基于频率误差来执行频率调节的控制器。正 交解调器320使用来自IF本地振荡器331的调节后的本地信号以及IF信号122来执行到 BB信号123的信号解调。因为在本示例性实施例中采用了同步检测方法，所以针对添加了其中频率误差是 固有的本地信号的IF本地振荡器执行频率振荡控制。因此，能够以防止频率误差在IF本地 振荡器中生成的方式直接校正频率误差。此外，在本实施例中，与第一示例性实施例相比， 能够更多地减小组件数目，从而进一步简化了配置。第三示例性实施例
虽然在第一示例性实施例中，RF本地振荡器150被如图3所示地共享，但是可以 采用其中不仅RF本地振荡器被共享而且IF本地振荡器也被共享的配置。在第三示例性实 施例中，如图10所示，无线电设备102的发送器202和接收器302共享RF本地振荡器150 以及IF本地振荡器160。在这种情况下，发送器202的相位噪声校正器210除了校正在RF本地振荡器150 中生成的相位误差之外，还校正在IF本地振荡器160中生成的相位误差。然而，在IF本地 振荡器160中生成的相位噪声与在RF本地振荡器150中生成的相位噪声相比十分小，所以 即使在共享IF本地振荡器的配置中，也能够得到与通过第一示例性实施例的校正方法所 得到的相位噪声校正效果相同的相位噪声校正效果。在本示例性实施例中，IF本地振荡器被发送器和接收器共享，所以从发送器和接 收器振荡出相同的频率。这消除了在发送器和接收器之间生成的从IF本地振荡器振荡出 的频率的误差(即，要校正的元件的数目减少)，从而改善了频率误差校正和相位噪声校正 的准确性。此外，在本示例性实施例中，与第二示例性实施例相比，能够更多地减小组件数 目，从而进一步简化了配置。第四示例性实施例虽然在第二示例性实施例中，RF本地振荡器150被如图9所示地共享，但是可以 采用其中不仅RF本地振荡器被共享而且IF本地振荡器也被共享的配置。在第四示例性实 施例中，如图11所示，无线电设备103的发送器202和接收器303共享RF本地振荡器150 以及IF本地振荡器161。同样在本示例性实施例中，与第三示例性实施例的情况相同的，发送器202的相 位噪声校正器210校正在RF本地振荡器150中生成的相位误差以及在IF本地振荡器161 中生成的相位误差。在IF本地振荡器160中生成的相位噪声与在RF本地振荡器150中生 成的相位噪声相比十分小，所以即使在共享IF本地振荡器的配置中，也能够得到与通过第 二示例性实施例的校正方法所得到的相位噪声校正效果相同的相位噪声校正效果。在接 收器303中执行的频率误差校正与第二示例性实施例中的相同，并且在这里省略对它的描 述。在本示例性实施例中，与采用同步检测方法的第二示例性实施例的情况相同的， 能够以防止频率误差在IF本地振荡器中生成的方式直接校正频率误差。此外，与具有其中 在发送器和接收器间共享IF本地振荡器的配置的第三示例性实施例的情况相同的，能够 消除在发送器和接收器之间生成的从IF本地振荡器振荡出的频率的误差，从而改善了频 率误差校正和相位噪声校正的准确性。此外，在本示例性实施例中，与第三示例性实施例相 比，能够更多地减小组件数目，从而进一步简化了配置。依据巴黎公约，本申请基于并要求在先日本专利申请No. 2007-334110(2007年12 月26日递交)的优先权，该申请的全部内容通过引用被结合在本说明书中。虽然详细描述了本发明的代表性实施例，但是应理解，可以在其中作出各种改变、 替换以及变更而不会背离由随附权利要求来限定的本发明的精神和范围。此外，即使权利 要求在审查过程中被修改，发明人也意欲保留所主张发明的所有等同物。虽然上述示例性实施例是本发明的优选示例性实施例，但是本发明并不限于上述 的示例性实施例而是可以在本发明的范围之内进行各种修改。
权利要求
一种相位噪声校正电路，包括相位误差信息获取单元，被设置在无线电设备的发送器中，并且获取由所述无线电设备的接收器所检测到的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，被设置在所述发送器中，并且通过使用由所述相位误差信息获取单元所获取的相位误差信息，在无线电发送时针对基带信号执行对在所述发送器和所述接收器之间共享的本地振荡器所生成的相位噪声的校正。
2.根据权利要求1所述的相位噪声校正电路，其中所述相位噪声校正单元使用在所述相位误差信息中包括的、在所述接收器的无线电接 收时由所述本地振荡器所生成的相位噪声来在无线电发送时将该相位噪声的逆特性添加 到所述基带信号。
3.根据权利要求1或2所述的相位噪声校正电路，其中所述相位误差信息获取单元包括时间平均单元，该时间平均单元针对包括热噪声和相 位噪声的所述相位误差信息执行时间平均处理以在去除热噪声的同时从所述相位误差信 息提取相位噪声。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的相位噪声校正电路，其中所述相位误差信息获取单元包括相位噪声特性获取单元，该相位噪声特性获取单元获 取在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述本地振荡器所生成的相位噪声的 旋转角度信息作为该相位噪声的特性。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的相位噪声校正电路，其中所述相位噪声校正单元包括复共轭单元，该复共轭单元针对在所述相位误差信息中包 括的、在所述接收器的无线电接收时由所述本地振荡器所生成的相位噪声的旋转角度执行 复共轭运算，并且将对应于从所述复共轭运算得到的旋转角度的相位旋转给予所述基带信 号。
6.一种在无线电设备中与接收器一起设置的发送器，包括与所述接收器共享的本地振荡器；以及相位噪声校正电路，包括相位误差信息获取单元，获取由所述接收器所检测到的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，通过使用由所述相位误差信息获取单元所获取的相位误差信息， 在无线电发送时针对基带信号执行对所述本地振荡器所生成的相位噪声的校正。
7.根据权利要求6所述的发送器，其中所述相位噪声校正单元使用在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述本 地振荡器所生成的相位噪声来在无线电发送时将该相位噪声的逆特性添加到所述基带信号。
8.根据权利要求6或7所述的发送器，其中所述相位误差信息获取单元包括时间平均单元，该时间平均单元针对包括热噪声和相 位噪声的所述相位误差信息执行时间平均处理以在去除热噪声的同时从所述相位误差信 息提取相位噪声。
9.根据权利要求6到8中的任一项所述的发送器，其中所述相位误差信息获取单元包括相位噪声特性获取单元，该相位噪声特性获取单元获取在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述本地振荡器所生成的相位噪声的 旋转角度信息作为该相位噪声的特性。
10.根据权利要求6到9中的任一项所述的发送器，其中所述相位噪声校正单元包括复共轭单元，该复共轭单元针对在所述相位误差信息中包 括的、在无线电接收时由所述本地振荡器所生成的相位噪声的旋转角度执行复共轭运算， 并且将对应于从所述复共轭运算得到的旋转角度的相位旋转给予所述基带信号。
11.一种在无线电设备中与发送器一起设置的接收器，包括与所述发送器共享的本地振荡器；以及频率误差校正电路，包括相位误差信息检测单元，该相位误差信息检测单元检测包括 在无线电接收时由所述本地振荡器生成的相位噪声的相位误差信息并且将所检测到的相 位误差信息发送到包括相位噪声校正电路的发送器，该相位噪声校正电路在无线电发送时 针对基带信号执行对所述本地振荡器所生成的相位噪声的校正。
12.根据权利要求11所述的接收器，其中所述频率误差校正电路包括频率误差获取单元，该频率误差获取单元从由所述相位误 差信息检测单元所检测到的相位误差信息提取低频相位误差成分并且获取在所提取出的 相位误差成分中包括的频率误差。
13.一种设有发送器和接收器的无线电设备，其中所述接收器包括与所述发送器共享的第一本地振荡器；以及频率误差校正电路，包括相位误差信息检测单元，该相位误差信息检测单元检测包括 在无线电接收时由所述本地振荡器生成的相位噪声的相位误差信息，并且所述发送器包括与所述接收器共享的所述第一本地振荡器；以及相位噪声校正电路，包括相位误差信息获取单元，获取由所述相位误差信息检测单元所检测到的相位误差信 息；以及相位噪声校正单元，通过使用由所述相位误差信息获取单元所获取的相位误差信息， 在无线电发送时针对基带信号执行对所述第一本地振荡器所生成的相位噪声的校正。
14.根据权利要求13所述的无线电设备，其中所述相位噪声校正单元使用在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述第 一本地振荡器所生成的相位噪声来在无线电发送时将该相位噪声的逆特性添加到所述基带信号。
15.根据权利要求13或14所述的无线电设备，其中所述频率误差校正电路包括频率误差获取单元，该频率误差获取单元从由所述相位误 差信息检测单元所检测到的相位误差信息提取低频相位误差成分并且获取在所提取出的 相位误差成分中包括的频率误差。
16.根据权利要求13到15中的任一项所述的无线电设备，其中所述相位误差信息获取单元包括时间平均单元，该时间平均单元针对包括热噪声和相 位噪声的所述相位误差信息执行时间平均处理以在去除热噪声的同时从所述相位误差信息提取相位噪声。
17.根据权利要求13到16中的任一项所述的无线电设备，其中所述相位误差信息获取单元包括相位噪声特性获取单元，该相位噪声特性获取单元获 取在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述第一本地振荡器所生成的相位噪 声的旋转角度信息作为该相位噪声的特性。
18.根据权利要求13到17中的任一项所述的无线电设备，其中所述相位噪声校正单元包括第一复共轭单元，该第一复共轭单元针对在所述相位误差 信息中包括的、在无线电接收时由所述第一本地振荡器所生成的相位噪声的旋转角度执行 复共轭运算，并且将对应于从所述复共轭运算得到的旋转角度的相位旋转给予所述基带信 号。
19.根据权利要求13到18中的任一项所述的无线电设备，其中 所述频率误差校正电路包括频率误差特性获取单元，获取在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述 第一本地振荡器所生成的频率误差的旋转角度信息作为该频率误差的特性；以及第二复共轭单元，针对由所述频率误差特性获取单元作为角度信息获取的旋转角度执 行复共轭运算，并且将对应于通过该复共轭运算而获取的旋转角度的相位旋转给予经由无 线电接收的基带信号，并且所述接收器和所述发送器分别包括用于在所述接收器中执行的中频信号到基带信号 的解调的并且用于在所述发送器中执行的基带信号到中频信号的调制的第二本地振荡器。
20.根据权利要求13到18中的任一项所述的无线电设备，其中所述接收器和所述发送器分别包括用于在所述接收器中执行的中频信号到基带信号 的解调的并且用于在所述发送器中执行的基带信号到中频信号的调制的第二本地振荡器， 并且所述第二本地振荡器基于在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述第一 本地振荡器生成的频率误差来调节要振荡的频率。
21.根据权利要求13到18中的任一项所述的无线电设备，其中 所述频率误差校正电路包括频率误差特性获取单元，获取在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述 第一本地振荡器所生成的频率误差的旋转角度信息作为该频率误差的特性；以及第二复共轭单元，针对由所述频率误差特性获取单元作为角度信息获取的旋转角度执 行复共轭运算，并且将对应于通过该复共轭运算而获取的旋转角度的相位旋转给予经由无 线电接收的基带信号，并且所述接收器和所述发送器共享用于在所述接收器中执行的中频信号到基带信号的解 调的并且用于在所述发送器中执行的基带信号到中频信号的调制的第二本地振荡器。
22.根据权利要求13到18中的任一项所述的无线电设备，其中所述接收器和所述发送器共享用于在所述接收器中执行的中频信号到基带信号的解 调的并且用于在所述发送器中执行的基带信号到中频信号的调制的第二本地振荡器，并且 所述第二本地振荡器基于在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时由所述第一 本地振荡器生成的频率误差来调节要振荡的频率。
23.一种包括每个都含接收器和发送器的多个无线电设备的无线电通信系统，其中 所述多个无线电设备各自是根据权利要求13到18中的任一项所述的无线电设备。
24.—种相位噪声校正方法，包括在无线电设备的发送器中设置的相位噪声校正电路处， 获取由所述无线电设备的接收器所检测到的相位误差信息；以及 使用所获取的相位误差信息来在无线电发送时针对基带信号校正由在所述发送器和 所述接收器之间共享的本地振荡器所生成的相位噪声。
25.—种在包括发送器和接收器的无线电设备中采用的相位噪声校正方法，包括 在所述接收器和所述发送器处，共享本地振荡器； 在所述接收器处，检测包括在无线电接收时由所述本地振荡器生成的相位噪声的相位误差信息；以及 在所述发送器处，获取由所述接收器所检测到的相位误差信息；以及使用所获取的相位误差信息来在无线电发送时针对基带信号校正由所述本地振荡器 所生成的相位噪声。
26.根据权利要求24或25所述的相位噪声校正方法，其中对所述相位噪声的校正被执行以使得在所述相位误差信息中包括的、在无线电接收时 由所述本地振荡器所生成的相位噪声被用来在无线电发送时将所述相位噪声的逆特性添 加到所述基带信号。
全文摘要
本发明的一个目的在于在具有发送器和接收器并且执行无线电通信的无线电设备中充分发挥载波再现性能。在无线电设备中的发送器中设置的相位噪声校正电路包括相位误差信息获取单元，获取由无线电设备的接收器所检测到的相位误差信息；以及相位噪声校正单元，通过使用由相位误差信息获取单元所获取的相位误差信息，在无线电发送时针对基带信号执行对在发送器和接收器之间共享的本地振荡器所生成的相位噪声的校正。
文档编号H04J1/04GK101911511SQ20088012280
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月26日
发明者新井隼悟 申请人:日本电气株式会社