[发明专利]用于直接正交取样的装置和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张于2008年6月27日提出的美国非临时专利申请第12/163,962号的优先权，该美国非临时专利申请通过引用的方式结合在本文中。

技术领域

本公开涉及带通信号的取样，更具体地说，涉及宽带正交信号的直接模拟-数字转换。

背景技术

多种应用利用正交信号处理从接收信号中有效地提取信息。这些应用可包括但是非局限于，视频通信和分配系统以及无线数据和/或语音通信。这些应用可属于通常所说的相干通信系统这一大类系统。这些系统典型地保持接收信号的相位，并且可实现对其中所编码的任何信息的可靠提取。

对于相干通信系统，正交信号表示法提供用于提取相位信息的方便格式。此外，以正交格式表示的信号实现对以基带为中心的正和负频率的明确检测。利用接收信号的正交格式可使频率鉴别变得直接。

用于将接收信号转换成正交格式的技术被称为正交取样或同相/正交(IQ)取样。常规地，这可以通过以下方式来实现：首先，将以载波频率为中心的带通信号下变频为以直流(DC)(即，零-IF(中频))为中心的同相(I)和正交(Q)基带信号，接着以两个独立的I和Q模拟-数字转换器(ADC)对这些信号进行取样，如图1A所描绘。或者，可使用一个ADC以较高的速率(最少比图1A所示的速率快两倍，即，最小为Nyquist速率的四倍)对I和Q进行顺序地取样，如图1B所示。因为这些方法在I和Q取样之前涉及频率变换步骤，所以其可称为“间接正交取样”。另一方面，直接正交取样表示对信号直接取样而无需转换成零-IF。

图1A示出了常规“间接”正交取样的一个示例，其可包括本地振荡器118、移相器116、第一和第二乘法器102和114、第一和第二低通滤波器(LPF)104和112以及第一和第二ADC 106和110。I和Q通道的输出可被转到任何处理设备，例如，数字信号处理器(DSP)108，或者可进行数字记录以用于随后的处理。

图1B示出了常规间接取样结构的另一示例，其中可用开关120替换ADC 106和ADC 110以对I和Q通道两者进行顺序地取样，从而只需一个ADC 122(虽然以两倍速率进行取样)以产生I和Q样本。减少ADC的数量可改善IQ匹配并减少成本。因为通过开关120对I和Q通道进行“连续地”取样，所以所得的I和Q样本在时间上不重合且移位约半个样本时间，并且在进一步处理之后必须在时间上对齐。

图1C示出了IF频率下的常规正交取样的示例。在本示例中，输入信号最初可以476MHz的RF频率为中心。可通过使用信号乘法器130以及由本地振荡器(LO)135生成的471.1MHz的正弦信号将输入信号下变频成以4.9MHz为中心的IF信号。可通过以带通滤波器140进行滤波对频移中的图像进行抑制。可通过ADC 145使用4xIF中心频率(例如，19.6MHz)的时钟速率对滤波后的IF信号进行取样。多路分离器150可以两倍于IF中心频率的频率(例如，9.8MHz)将IF样本进行多路分离。随后，通过以1xIF中心频率速率(例如，4.9MHz)对IF信号进行相乘(执行变符)，可将各个经过多路分离后的流被下变频到基带。

用于精确地执行正交取样的传统技术可能局限在对应于系统取样时钟频率的单一频率周围的较窄的频率范围(例如，约1％)。因为随着IF信号的频率偏离取样频率，I和Q样本之间的相位偏移可能会漂移离开90度，所以出现此限制。此外，传统技术未能对RF输入信号直接取样，并且在执行取样之前典型地要求至少一个下变频步骤。

因此，这些传统技术可能不适合具有较大部分带宽的宽带信号。对于日益提高的对改进的系统性能的期待，宽带信号的使用变得更为普遍。用于增加正交ADC的频率覆盖范围的常规方法可导致更为复杂的处理结构。这些方法可涉及常常使用可调本地振荡器频率的、到基带的频率转换，其被适当地混和以提供正交信号，且接着通过ADC进行随后的取样。对于用于宽带信号正交取样的常规技术的日益提高的复杂性，这些实现方式可能涉及成本的增加、可靠性的降低以及性能的下降。

因此，需要一种直接正交取样技术，其可应用于宽带信号并且还避免常规方法的上述问题。

发明内容

本发明公开了一种用于对信号进行直接正交取样的装置和方法。用于对带通信号的正交基带分量进行取样的一个实施例包括：接收带通信号；使用第一取样时钟和第二取样时钟对所述带通信号进行取样，其中所述第一和第二取样时钟可具有相同的频率并以预定相位偏移；以及将所述取样信号在时间上对齐以产生对应于基带同相和正交分量的同相和正交样本。