[发明专利]通信系统中执行频率变换的装置

说明书

本发明涉及通信系统，具体涉及通信系统中的频率变换。

信号从一种载波频率变换到另一种载波频率或频率调制(其中信号的带宽远小于载频频率)是任何无线电接收机或发射机的一个明显的核心部分。在传统的线性超外差接收机设计中，已调制射频(RF)载波通过一个下降序列的中频(IF)而被变换直至基带信号(有时叫做“包络”或“基带信号”)以零频率为中心并且所嵌入的信息(不管它是模拟信号还是已调制的数字数据)可以被提取出来为止。同理，有效的传输和频谱共享要求将基带信号变换成为一个合适的载频频率。不过为了简单起见，下文讨论的重点是频率解调和下变频。

大多数现代频率变换器(或混频器)电路是以双平衡混频器(DBM)或二极管环设计为基础的。众所周知，因二极管器件特性的允差和变换器的杂散电容和电感使DBM可能会受到载频馈送(即本地振荡器端口到RF输出端口的耦合)影响和在IF至RF的通路中非线性信号失真。这种问题在采用诸如BPSK、QPSK、OQPSK、π／4-QPSK、M-ary PSK等调制方式的数字通信系统中更为复杂。在这种情况下，通常需要通带信号的正交解调以便恢复传输中所用的复数的(complex)基带信号。在正交混频器中，模拟DBM的基本问题依然存在，但因需要两个幅度相等且相位差90°的本地振荡基准频率，这又增加了本地振荡的幅度和相位的平衡问题。

DBM中的固有问题可以通过使用离散时间数字信号处理(DSP)技术来避免，而这又导致开发一种称作数控振荡器(NCO)的一种通用的装置。一个NCO典型地包括：一个多比特相位累加器、单象限正弦函数查阅表及一个复数数字乘法器。作为混频器工作时，其功能是通过离散时间复数频移运算子y(k)=x(k)e^{-J2πkfc／fs}来变换通带信号y(k)；以形成复数基带信号x(k)信号，其中f_c为通带的中心频率，f_s为取样速率。NCO通过对相位〔k△θ〕_2π进行模2π累加并用其对正弦查阅表进行寻址来执行这种功能。将所得到的结果的复数指数项与通带信号的样值y(k)相乘，便生成了x(k)。△θ是建立有效归一化变换频率f_c／f_s的相位步长(Phase step size)。

在数字通信接收机中应用这种类型的数字下变换还使所需的A／D变换器的个数从两个(每个用于由模拟正交混频器产生的同相信号分量I和正交信号分量Q)减少为一个，如图1所示。这一点是由A／D变换器(102)中对接收到的信号作为实数值的通带波形(100)取样，而后用NCO(103)和低通滤波器(104)将数字样值流变换为正交分量。请注意，A／D变换器(102)的取样时种频率fs(101)被选用以满足奈奎斯特条件，即取样速率应为已调载频最高频率的两倍。图2示出一种可替代的不太通用的方法在NCO之前使用Hilbert滤波器(201)有时叫做“相位分割器”。Hilbert滤波器(201)执行对连续时间脉冲响应h(t)=1／πt的数字等效，这与对滤波器输入信号执行Hilbert变换相同。示于图2的时延(200)和Hilbert滤波器(201)的净响应将在频率域负半平面产生零和在正半平面产生1的频率响应，其结果是在由NCO(103)下变频到基带信号之前使通带信号降低为单边带分解信号。在文献中数字Hilbert滤波器的有效设计方法和实施的方法是众所周知的，例如：可参见“Digital Communications E．A．Lee．D．G．Messerschmitt，Kluw-er Academic”1988美国，第240页。