宽带软件定义的rf接收的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种RF接收器(300)。包括(a)用于将模拟中频信号转换为数字中频信号的模拟-数字转换器(325)，(b)级联耦合的多个抽取单元(326)，该抽取单元用于在数字中频信号上产生抽取的信号，(c)用于处理所抽取的信号的信号处理单元(328)，以及(d)用于提供旁路信号给信号处理单元(328)的旁路路径(329)，旁路信号是数字中频信号或来自抽取单元(326)的一个抽取单元的输出信号，该抽取单元不是级联耦合的抽取单元(326)的最后一个，其中，信号处理单元(328)适用于(e)基于旁路信号检测临界接收条件并且(f)根据所检测的临界接收条件改变对所抽取的信号的处理。本发明还提供了一种DAB无线装置，一种接收RF信号的方法。
【专利说明】宽带软件定义的RF接收机
【技术领域】
[0001]本发明涉及软件定义的RF接收机领域，尤其是具有自适应接收技术的宽带软件定义的RF接收机。
【背景技术】
[0002]在传统的RF接收机中，模拟滤波器电路是用来在执行模拟-数字转换和解调之前选择想要的中频(IF)带。这种模拟滤波器电路是昂贵的，并且在许多情况下，例如，在VLSI (甚大规模集成)CMOS (互补金属-氧化物-半导体)设计中，难以与数字电路结合。
[0003]随着低成本的强大的数字信号处理器和宽带模拟-数字转换器(ADC)可用性的增力口，可以省略昂贵的、并且往往是复杂的模拟滤波电路，取而代之的是一次性采样和处理大部分接收频带。除了降低成本，新的功能，例如同时接收多个广播和后台搜索算法用于交替的无线电台，可以用这种方法来实现。
[0004]然而，由于这种接收机的宽通带，特定的想要的频带之外的信号内容可能对想要的频带内的信号内容产生负面影响，从而导致在最终的解调级阶段的条件困难。
[0005]因此，需要一种能够处理上述问题的改进的宽带RF接收机。
【发明内容】
[0006]根据本发明独立权利要求的主题可以满足这种需求。本发明的优选实施例在从属权利要求中。
[0007]根据第一个方面，提供了一种RF接收机，包括(a)用于将模拟中频频带信号转换为数字中频频带信号的模拟-数字转换器，(b)级联耦合的多个抽取单元，该抽取单元用于基于数字中频频带信号产生抽取的信号，(C)用于处理所抽取的信号的信号处理单元，以及(d)用于提供旁路信号给信号处理单元的旁路路径，旁路信号是数字中频频带信号或来自抽取单元之一的输出信号，提供该输出信号的抽取单元不是级联耦合的抽取单元的最后一个，其中，信号处理单元(e)适用于基于旁路信号检测临界接收条件并且(f)根据所检测的临界接收条件改变对所抽取的信号的处理。
[0008]这一方面是基于分析旁路信号的思想，即可以检测由模拟-数字转换器(ADC)输出的数字中频频带信号，或从ADC的输出中提取的没有完全抽取的信号，ADC输出的宽带(中频频带)数字信号中的某些地方出现的临界或潜在的干扰信号内容，并在处理阶段将其考虑在内。由此，可以以相对较低的价格提供一种强大的RF接收机。
[0009]在本文中，术语“模拟中频频带信号”可具体表示为来自包括滤波的RF混频器级的模拟输出信号，RF混频器阶段被设计成提供中频(IF)带信号，该中频(IF)带信号具有与所需要的带宽相应的带宽，即，RF接收机所要接收信号的总带宽。换言之，模拟中频频带信号的带宽大到包含所需要的广泛的频带，即广泛的窄频带，其中每个窄频带包含所需要的特定的信号，例如，特定的无线电台。因此，模拟的中频频带信号不只是具有与所需要的单个信号相应的带宽，而且具有在所需要的广泛的频率上延伸的带宽。[0010]模拟-数字转换器(ADC)优选地是宽带Σ - Λ ADC，能够将模拟中频频带信号转换成相应的数字中频频带信号，即该数字信号的带宽与模拟中频频带信号的带宽实质相同。换句话说，ADC是适于以能充分地保持模拟信号的带宽的足够高的采样率对模拟中频频带信号进行采样。
[0011]在本文中，术语“抽取单元”可具体表示为用于降低数字信号输入到抽取单元的采样率的包括抗混滤波器和下变频器单元的抽取单元。
[0012]在本文中，术语“级联耦合的抽取单元”可具体表示为第一抽取单元的输出端被耦合到第二抽取单元的输入端，第二抽取单元的输出端被耦合到第三抽取单元的输入端，等等。换句话说，级联耦合的抽取单元逐步减少输入信号的采样率。
[0013]在本文中，术语“抽取的信号”可具体表示为来自最后一个级联耦合的抽取单元的输出，最后一个级联耦合的抽取单元提供最后一步抽取。因此，与数字中频频带信号相比，抽取的信号具有降低的采样率(并因此减小的带宽)。
[0014]在本文中，术语“信号处理单元”可具体表示为包括软件定义的无线(SDR)处理器和解调电路的处理单元。
[0015]在本文中，术语“临界接收条件”可具体表示为中频频带中的信号内容(由于从RF输入到信号处理单元途中的信号的模拟和/或数字处理导致的各种影响)可能会导致信号处理单元处理的基带内出现不需要的信号内容。这种基带中的不需要的信号内容可能导致最终的解码信号中的错误或者甚至不能对信号进行解码。
[0016]通过基于旁路信号检测临界接收条件并根据检测到的临界接收条件改变对所抽取的信号的处理，即使对宽带中频频带，解码所想要的信号中也是可能的。
[0017]与传统的接收机中使用高质量模拟旁路滤波器电路相比，旁路路径和信号处理单元的实施可以显著降低成本。
[0018]通过在数字域中处理宽带中频信号，进一步使同时接收和解码多个广播信号(例如，无线电台)成为可能，以执行后台搜索算法用于替换的站台等。
[0019]根据一个实施例，RF接收机，进一步包括布置在级联耦合的抽取单元和信号处理单元之间的数字信道滤波器。
[0020]在本文中，术语“数字信道滤波器”可具体表示为能够让仅在一个或多个窄带中的信号内容通过的数字滤波器或数字滤波器组(信道，例如与应该出现的无线电台的频带相应)。
[0021 ] 换句话说，数字信道滤波器，只提供落在信道中的信号内容，该信道是信号处理单元所需要的。
[0022]根据进一步的实施例，每个抽取单元适用于通过有理分式或整数因子减少采样率。
[0023]在本文中，术语“有理分式”可具体表示为有理数，如m/n，其中m和η是整数，且η> mD
[0024]整数因子为η的情况下，抽取单元从输入信号中挑选出每第η个样本，例如，当η=2时为每第2个样品。
[0025]应当指出，在一些实施例中，每个抽取单元可以应用相同的有理分数或整数因子，而在其它实施例中，至少一些抽取单元可能应用不同的有理分数或整数因子。[0026]根据进一步的实施例，信号处理单元适用于通过检测是否存在以下至少一个来检测临界接收条件:(a)杂散干扰信号，(b)DC伪影信号，(C)图像信号，以及⑷不想要的信号的谐波。
[0027]在本文中，术语“杂散干扰信号”可具体表示为由于不充分的电隔离而在所需要的频带中出现的不想要的信号组分。
[0028]在本文中，术语“DC伪影信号”可具体表示为由有源电路引起的不想要的信号，并在接收机的混合/调谐阶段中出现在本地振荡器频率周围。因此，这种不想要的信号内容出现在中频水平OHz周围，并可能落入所想要的频带中，从而影响信号处理单元中的基带解码。
[0029]在本文中，术语“图像信号”可具体表示为由于频率转换或抽取导致的落入所需要的频带中的信号内容。
[0030]在本文中，术语“不想要的信号的谐波”可具体表示为在所需要的频带中的不想要的信号内容，这是位于所需要的频带外的强大的不想要的信号的谐波(即第二，第三，...第η次谐波)。
[0031]根据另一个实施例，信号处理单元适用于通过分析旁路信号的FFT(快速傅里叶变换)来检测临界接收条件。
[0032]通过分析在每个FFT-位中的旁路的内容，信号处理单元可确定上述类型的不需要的信号(或其它不想要的信号)中的一个是否会引起所需要的频带中的问题。
[0033]根据另一个实施例，FFT的分辨率的范围是50kHz至500kHz，如范围是IOOkHz至400kHz，如范围是 200kHz 至 300kHz，如约 250kHz。
[0034]这种粗略的FFT分析，可以在信号的主处理的同时很容易地由信号处理单元执行并行对用户没有明显影响。
[0035]根据另一个实施例，信号处理单元适于调节调谐，使得中频频带内的所想要的信号或干扰信号发生位移。
[0036]这可以例如通过输出控制信号到本地振荡器实现，使得后者改变其频率。
[0037]根据另一个实施例，信号处理单元适用于通过应用陷波滤波器去除干扰信号。
[0038]这可以由信号处理单元执行。
[0039]根据另一个实施例，中间频带的带宽至少为IOMHz，例如20MHz，30MHz，40MHz，50MHz, 60MHz, 70MHz, 80MHz, 90MHz,或 IOOMHz。
[0040]应当指出，用于DAB(数字音频广播)接收机的实施例，中频频带优选为40MHz的带宽。
[0041]根据第二个方面，提供了一种DAB(数字音频广播)无线装置，包括第一方面或任一上述实施例中的RF接收机。
[0042]根据本发明第二个方面的DAB无线装置得益于与第一方面及其相关实施例有关的上述优点。具体地，DAB无线装置能够同时接收和解码多个广播信号(例如，无线电台)，能够进行后台搜索算法用于替换的站台，而不需要昂贵的模拟滤波电路。
[0043]根据第三个方面，提供了一种接收RF信号的方法，包括(a)将模拟中频频带信号转换为数字中频频带信号，(b)基于数字中频频带信号使用多个级联耦合的抽取单元产生抽取的信号，(C)在信号处理单元中处理所抽取的信号，(d)经由旁路路径提供旁路信号给信号处理单元，旁路信号是数字中频频带信号或来自抽取单元中的一个抽取单元的输出信号，该抽取单元不是级联耦合的抽取单元的最后一个，以及在信号处理单元中，(e)基于旁路信号检测临界接收条件并且(f)根据检测到的临界接收条件改变所抽取的信号的处理。
[0044]如上述的第一个方面，该第三个方面可以基于分析旁路信号的思想，S卩，旁路信号是模拟一数字转换器(ADC)输出的数字中频频带信号或从ADC的输出中提取的不完全抽取的信号，由ADC输出的宽带(中频频带)数字信号中某处出现的临界或潜在的干扰信号可以被检测到，并在处理阶段中将其考虑在内。因此，可以以相对较低的价格提供强大的RF信号接收。
[0045]优选地，该方法可以在根据第一个方面及上述的任何实施例的设备中实施。
[0046]值得注意的是，本发明的实施例根据不同的主题描述。具体地，一些实施例根据方法类型权利要求描述，而其他实施例根据产品类型权利要求描述。然而，本【技术领域】的技术人员将从上面和下面的描述中得到，除非另有说明，属于一种类型的主题的特征可以与不同主题的特征组合，具体地，方法类型的权利要求的特征和产品类型权利要求的特征的组合是本文所披露的一部份。
[0047]上面定义的方面和本发明的其它方面，在下文将要描述的实施例中是明显的，并根据实施例进行说明。下文中，参照本发明的实施例，但不限于这些实施例，将详细描述本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1示出了常规的RF接收机的框图。
[0049]图2示出了一般的软件定义的RF接收机的框图。
[0050]图3示出了根据本发明一个实施例的一种软件定义的RF接收机的框图。
【具体实施方式】
[0051 ] 附图中的图示是示意性的。值得注意的是，在不同的图中，对相似或相同的元件提供相同的附图标记或附图标记，不同之处仅在第一个数字。
[0052]图1示出了常规的RF接收机I的框图。接收机I包括RF滤波器3，该RF滤波器3接收来自天线(未示出)的RF输入信号2。该RF滤波器3是带通滤波器，被设计为让在一定的频率范围内的信号内容通过。经滤波的信号由低噪声放大器4放大，并转发到RF I/Q混频器5，RF I/Q混频器5产生的同相(I)和正交相位(Q)信号，并将这些信号转发通过IF滤波器6。IF滤波器6是模拟带通滤波器，它具有在所需要的信号内容所在的频率范围周围的相对窄的通带。滤波后的IF信号被IF放大器7放大，并由ADC8转换为数字信号。该ADC8具有至少满足Nyquist准则的采样率，使得滤波后的模拟IF信号的全部带宽被保持在转换后的数字信号中。最后，通过硬件解调器9解调该数字信号，以获得所需要的信号内容。
[0053]规定线10包围形成集成电路的元件。更具体地，集成电路10包括低噪声放大器4，I/Q混频器5，IF滤波器6，IF放大器7，ADC8和解调器9。
[0054]因此，当在数字域中只处理所需要的窄带信号时，图1示出的常规的RF接收机I在模拟域处理中非常重要。模拟处理，特别是滤波，需要高的成本和努力并且在某些技术中是难以实施的，如VLSI CMOS。此外，同时接收多个频道或平行搜索用于替换的站台需要额外的模拟滤波电路，从而进一步增加了成本。
[0055]图2示出了一般的软件定义的RF接收机200的框图，即，通过可编程的信号处理单元228使其中的大部分处理发生在数字域的接收机。具体地，如图1中所示的常规的RF接收机以及上述描述，软件定义的RF接收机200包括RF输入滤波器210和包括其余的接收机组件的集成电路220。与图1中所示的传统的接收机I的RF滤波器3相比，RF滤波器210是具有更宽通带的成本更低的粗RF滤波器。
[0056]集成电路220包括接收机的其它部件，即低噪声放大器221，RFI/Q混频器222，粗IF滤波器223，IF放大器224，宽带Σ - Λ ADC225，抽取单元226，数字信道滤波器227，和信号处理单元228。信号处理单元228包括软件定义的无线处理器(SDR处理器)和解调电路。
[0057]在操作中，RF滤波器210例如从天线(图中未示出)接收RF输入信号211，将通带滤波后的RF信号发送到集成电路220的输入端，在那里由低噪声放大器221放大，然后由I/Q混频器222和IF滤波器223混合到中频(IF)带，最后由IF放大器224放大。与图1中所示的常规的接收机I相比，由此产生的模拟中频频带信号具有显著增大的带宽。如果接收机200被用在DAB无线装置中，IF带宽，可以例如是约40MHz。迄今描述的接收机200的模拟部分不同于图1中所示的常规的接收机I的相应部分，与图1所示的常规的接收机I的RF滤波器3和IF滤波器6相比，主要是RF滤波器210，尤其是，IF滤波器223具有更大的带宽(即，相比之下，它们是粗滤波器)。这一事实已经显著降低了接收机200的模拟组件的成本。
[0058]Σ AADC225转换IF放大器224输出的宽带模拟中频频带信号到相应的宽带数字中频频带信号。然后，这种数字信号，通过级联的抽取单元226，这些级联的抽取单元226逐步降低数字信号的采样率(以及带宽)。图2示出了两个抽取单元226。但是，明确指出的是，可以提供更多的抽取单元226 (即3，4，5，6或更多)。抽取阶段后，由数字信道滤波器227选择所需要的窄频带(信道)，并转发给信号处理单元228，在信号处理单元228中由软件定义的无线处理器和解调器电路提取(解码)所需要的信号内容。
[0059]然而，由于中频频带信号的大带宽，由信号处理单元228处理的窄带信号可能除了所需要的信号内容还包含由各种硬件影响产生的不需要的信号内容。这种不需要的信号内容可能会严重降低接收机的性能，或者甚至导致不能解码所需要的信号内容。不想要的信号内容例如包括(但并不限于)干扰所需要的信号内容的杂散信号，DC伪影信号，图像信号，和其它信号的谐波。由于信号处理单元227仅接收抽取和信道滤波中频频带信号后所想要的窄频带，处理单元228不能区分所想要的和不想要的信号内容。
[0060]图3示出了根据本发明的一个实施例的一种改进的软件定义的RF接收机300的框图。改进的接收机300能够克服在图2中所示的接收机200的上述缺点，特别是来自宽中频频带的不想要的信号内容的负面影响。
[0061]接收机300的结构和元件与图2中所示和上面详细描述的结构和元件相应，在下面描述图2中没有包括的结构和元件。为简便起见，相应的结构和元件的描述将不再重复。
[0062]接收机300与接收机200有以下两点不同。第一点是，旁路路径329在级联耦合的抽取单元326的第一抽取单元326的输出端和信号处理单元328之间。第二点是，信号处理单元328适用于处理和分析经由旁路路径329提供的旁路信号。应该指出的是，图3中所示的旁路路径329的具体布置是示例性的。旁路路径329的目的，是绕过级联抽取单元326和信道滤波器327的至少一部分(或者甚至是全部)，从而提供(几乎)整个IF频带信号到信号处理单元。由此，信号处理单元328能够识别潜在的IF频带内的临界信号内容，即可能对接收质量有负面影响的内容。
[0063]通过应用FFT到旁路信号来执行识别潜在的临界信号内容。FFT的应用不会中断RF信号，即，与接收处理并行，如果有必要，可以在RF输入311瞬时切断时应用FFT。在后者的情况下，RF输入的瞬时切断持续时间约I/ Λ f，其中Λ f表示FFT的频率分辨率。RF信号311的瞬时切断的持续时间非常短，以致于不会对接收机性能产生任何明显的影响。在本实施例中，FFT分辨率为250kHz，相应的RF信号311的瞬时切断时间为约4 μ S。通过分析FFT的结果，会干扰或掩盖所想要的信号内容的杂散信号和DC伪影可以被检测到。同样地，导致干扰所想要的信号的频带内的图像信号或谐波的频带中的信号内容可以被检测至IJ。应当指出，例如杂散信号和DC伪影可以在许多情况下最好是通过迅速切断RF信号311来检测，而当应用FFT到旁路信号时，所需要的图像信号和谐波最好在RF信号311未切断时检测。
[0064]如果旁路信号的FFT分析显示上述一个或多个(或其他)不想要的信号源出现，该信号处理单元328可以做出相应的反应。例如，在杂散信号干扰所想要的信号的情况下，信号处理单元328将发送控制信号到I/Q混频器322和/或IF滤波器323以调节调谐(即本地振荡器的频率)，使得干扰信号移动(位移)到所需要的频带之外的位置。类似的策略适用于DC伪影，图像信号和谐波信号的情况。作为上述调谐调整的替代或附加，陷波滤波器可以用于去除由信号处理单元328执行的基带处理中的干扰信号成分。当IF带中的干扰信号不固定而随着所需要的信号移动时，这种方法特别有用。尽管应用陷波滤波器也会去除部分所想要的信号，在所想要的信号的编码/解码中使用错误纠正算法，在许多情况下，将保证剩余的信号是可用的，即可以成功获得信号内容。这是在特定的情况下，即在DAB传播信号中使用正交频分复用(OFDM)信号。
[0065]注意，除非另有说明，使用的术语，如“上”，“下”，“左”和“右”仅是指相应的图的方向。
[0066]应当指出的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤。此外，可以组合不同实施例中描述的元件。还应当指出的是，在权利要求中的附图标记不应被理解为限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种RF接收机，其特征在于，包括: 用于将模拟中频频带信号转换为数字中频频带信号的模拟-数字转换器(325)， 级联耦合的多个抽取单元(326)，用于基于数字中频频带信号产生抽取的信号， 用于处理所抽取的信号的信号处理单元(328)，以及 用于提供旁路信号给信号处理单元(328)的旁路路径(329)，旁路信号是数字中频频带信号或来自多个抽取单元(326)中的一个抽取单元的输出信号，该抽取单元不是级联耦合的多个抽取单元(326)中的最后一个， 其中，信号处理单元(328)适用于基于旁路信号检测临界接收条件并且根据所检测的临界接收条件改变对所抽取的信号的处理。
2.根据权利要求1所述的RF接收机，其特征在于，还包括布置在级联耦合的多个抽取单元(326)和信号处理单元(328)之间的数字信道滤波器(327)。
3.根据权利要求1或2所述的RF接收机，其特征在于，每个抽取单元(326)适用于通过有理分式或整数因子来减少采样率。
4.根据前述任一项权利要求所述的RF接收机，其特征在于，信号处理单元(328)适用于通过检测是否存在以下至少一个来检测临界接收条件:(a)杂散干扰信号，(b)DC伪影信号，(c)图像信号，以及⑷不想要的信号的谐波。
5.根据前述任一项权利要求所述的RF接收机，其特征在于，信号处理单元(328)适用于通过分析旁路信号的FFT来检测临界接收条件。
6.根据前述任一项权利要求所述的RF接收机，其特征在于，FFT的分辨率的范围是50kHz 至 500kHz。
7.根据前述任一项权利要求所述的RF接收机，其特征在于，信号处理单元(328)适用于调节调谐，以使得中频频带内想要的信号或干扰信号发生位移。
8.根据前述任一项权利要求所述的RF接收机，其特征在于，信号处理单元(328)适用于通过应用陷波滤波器以去除干扰信号。
9.根据前述任一项权利要求所述的RF接收机，其特征在于，中频频带的带宽至少为IOMHz。
10.一种DAB无线装置，其特征在于，包括根据前述任一项权利要求所述的RF接收机(300)。
11.一种接收射频信号的方法，其特征在于，该方法包括: 将模拟中频频带信号转换为数字中频频带信号， 基于数字中频频带信号使用级联耦合的多个抽取单元产生抽取的信号， 在信号处理单元中处理所抽取的信号， 经由旁路路径提供旁路信号给信号处理单元，旁路信号是数字中频频带信号或来自多个抽取单元(326)中的一个抽取单元的输出信号，该抽取单元不是级联耦合的多个抽取单兀(326)中的最后一个，以及 在信号处理单元中，基于旁路信号检测临界接收条件并且根据所检测的临界接收条件改变对所抽取的信号的处理。
【文档编号】H04H40/18GK103812515SQ201310520345
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】安德里亚·汉斯·沃尔特·维切恩 申请人:Nxp股份有限公司