[发明专利]无线通信设备及系统

说明书

政府资助

本发明是在美国政府支持下做出的，受到国家科学基金的资助，资助编号为0925670。美国政府对本发明享有一定的权益。

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.§l19(e)，本申请要求2010年2月4日提交的美国临时专利申请第61/301,330号的优先权，该美国临时专利申请的内容作为本申请的基础，在此通过整体引用被并入本申请中。

发明背景

1.技术领域

本发明总体上涉及软件无线电系统，尤其是涉及射频接口。

2.背景技术

理想情况下软件无线电(SDR)允许所有的无线电参数都能通过其计算机软件来动态编程。无线电系统典型地包括诸如混频器、滤波器、放大器、调制/解调器、检测器等元件。在标准的无线电中，这些元件仅通过硬件来实现，其操作设置是预先设定的并且是不变的。在SDR中，操作参数可通过软件来调整，从而使该SDR可以被用于各种不同的目的，并且可以在超过一种类型的无线网络上使用。因此，SDR可以被用于多种应用，包括军事、紧急服务(如警察、消防、医疗救护等)、商用和民用。例如，武装力量的不同分支部门(如陆军和海军)可以用不同类型的通信格式在不同频率下工作。SDR向特定的用户提供动态更改SDR的能力，从而实现内部服务通信。在另一个例子中，由不同移动电话提供商所运营的网络可使用不同的频率或者格式；当用户从一个网络移动到另外一个网络的时候，SDR将对其自身动态地进行重新配置。

如图1(a)-1(d)所示，SDR可以用各种不同的形式要素来实现。图1(a)示出了实现为典型移动电话的SDR 1000，其具有扬声器400、麦克风401、显示器700和键盘输入800。图1(b)示出了SDR的另一个例子，其除了麦克风/扬声器400、键盘输入800、显示器700之外还可包括例如照相机850。图1(c)示出了SDR的另一形式要素。该实施例一般被称为个人数字助理，可以为用户提供移动电话服务、无线互联网接入、照相机、数字视频或其他的服务。图1(d)是商业设备的一个例子，其包括照相机850、条形码阅读器(未示出)、键盘及数据输入部件(800，820)以及显示器700。本技术领域技术人员很容易理解，本发明不应被解释为仅限于这里所提供的实施例。

近年来，在电路结构和处理技术方面的革新使得人们对带宽、振荡频率、增益以及调制类型都获得强大的可编程能力。但是，在天线及可能包含RF LNA、网络匹配和/或RF频段滤波器(通常是SAW滤波器)的接收机之间的接口的调谐仍然十分困难。

在理想情况下，射频接收机的天线接口应能够执行三种功能：(1)匹配天线阻抗，从而从天线提取尽可能最大的所需(带内)信号功率并避免反射，(2)以低噪声放大所需信号，以及(3)拒绝不需要的(带外)干扰。但是，目前为获得良好的阻抗匹配和对阻塞信号(blockers)的低敏感性而使用的结构需要固有地与频率高度相关的谐振结构。因此，现有技术的一个缺点在于，要在宽的射频调谐范围内实现上述目标是很困难的。

被考虑用来实现宽带接收机(即能够捕捉几个间隔较宽的频带)的一种方法是并联地采用多个窄带前端。在某一时刻只能使用这些并联接收机中的一个。已经考虑到的另一种方式是采用一个宽带接收机，该宽带接收机在不同的频带内对于干扰(带外IIP3<0dBm)只有稍许拒绝能力。前一种方法会导致片上及片外领域的成本很高，而后一种方法对于很多应用(例如移动电话等)来说根本达不到必要的性能。因此，现有技术并不能提供高性能、高调谐范围的SDR。

具有高性能(因而)窄带直接转换的接收机的结构通常包括(按照输入信号路径的顺序)：片外RF频段滤波器、匹配网络、低噪声放大器(LNA)、混频器、以及基带电路。难以跨频率调谐的元件是那些“看得到”射频信号的元件；即在信号路径上设置在混频器上游的元件。本领域技术人员能够理解的是，RF频段滤波器拒绝频外阻塞信号，该RF频段滤波器通常使用诸如SAW滤波器的高Q值片外部件来实现。匹配网络通常采用谐振LC网络来实现，把尽可能多的功率传送到LNA。LNA吸收了射频功率，并以尽可能低的噪声将信号放大。事实上，LNA的一个良好定义就是能提供小于3dB噪声系数的阻抗匹配的放大器(这是简单的电阻匹配网络所无法实现的)。当采用第二种方法(即可宽调谐的接收机)时，完全不采用RF频段滤波器；而是用较低性能的宽带LNA来代替RF频段滤波器。对LNA进行匹配，以传送较高的功率，就像第一种方法所实现的那样。