СНИЖЕНИЕ ИСКАЖЕНИЯ ВТОРОГО ПОРЯДКА, ВЫЗЫВАЕМОГО ПРОСАЧИВАНИЕМ ПЕРЕДАВАЕМОГО СИГНАЛА
REDUCING SECOND-ORDER DISTORTION CAUSED BY TRANSMITTED SIGNAL LEAKAGE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное раскрытие относится в общем к беспроводной связи, и более конкретно к методам сокращения неблагоприятных воздействий просачивания передаваемого сигнала в системе дуплексной беспроводной связи.
Предшествующий уровень техники
Беспроводное устройство в системе дуплексной связи может одновременно передавать и принимать радиосигналы, чтобы поддерживать двустороннюю связь. В передающем тракте усилитель мощности усиливает радиочастотный (РЧ) сигнал для передачи. Передаваемый (TX) сигнал направляется через антенный переключатель и передается через антенну. В приемном тракте, полезный (RX) сигнал принимается через антенну и подводится через антенный переключатель к малошумящему усилителю (LNA). После усиления с помощью LNA RX сигнал фильтруется и затем преобразуется с понижением частоты в основную полосу частот посредством смесителя. Преобразованный с понижением частоты RX сигнал обрабатывается другими компонентами для восстановления принимаемых данных.
В системе дуплексной связи передающий тракт может вызывать радиопомехи в приемном тракте. Часть TX сигнала может подводиться из антенного переключателя в приемный тракт, образуя просачивание TX сигнала. Просачивание TX сигнала может вызывать радиопомехи в полезном сигнале, обрабатываемом приемным трактом. Поскольку частота передатчика отличается от частоты приемника, просачивание TX сигнала может быть отфильтровано. Однако даже с фильтрованием там обычно остается остаточное количество просачивания TX сигнала, вызывающее искажение, которое может пространственно накладываться на полезный RX сигнал, принимаемый через антенну. Это искажение может ухудшать чувствительность приемника. Полезный RX сигнал представляет собой сигнал, принимаемый через антенну, в отличие от TX сигнала, принимаемого из просачивания через антенный переключатель.
Сущность изобретения
Данное раскрытие описывает методы сокращения неблагоприятных воздействий просачивания TX сигнала в системе дуплексной беспроводной связи. В частности, раскрытие описывает методы сокращения неблагоприятных воздействий искажения второго порядка от просачивания TX сигнала, которые могут быть вызваны нелинейностями в смесителе, используемом для преобразования с понижением частоты принимаемого сигнала.
В приемном тракте беспроводного устройства полезный RX сигнал объединяется с TX сигналом просачивания. Объединенный сигнал преобразуется с понижением частоты в основную полосу частот с помощью смесителя. Смеситель создает искажение второго порядка из-за присущей ему нелинейности. Искажение второго порядка может происходить на тех же частотах, которые заняты полезным RX сигналом, и, таким образом, снижать чувствительность приемника. В частности, искажение второго порядка от остаточного TX просачивания может ослаблять преобразованный с понижением частоты полезный RX сигнал в основной полосе частот.
Для уменьшения или устранения искажения второго порядка от просачивания передаваемого сигнала устройство возводит в квадрат объединенный сигнал, который несет и полезный RX сигнал, и TX сигнал просачивания. Например, устройство может включать в себя устройство, которое демонстрирует сильную нелинейность второго порядка, чтобы, по существу, возводить в квадрат объединенный сигнал. Затем устройство вычитает возведенный в квадрат сигнал из выходного сигнала смесителя, выполняющего преобразование с понижением частоты, в приемном тракте, нейтрализуя по меньшей мере часть искажения второго порядка, вызываемого смесителем. Таким образом, устройство может уменьшать неблагоприятные воздействия искажения второго порядка от просачивания TX сигнала и, таким образом, усиливать или поддерживать чувствительность приемника.
В одном аспекте данное раскрытие обеспечивает беспроводный приемник, содержащий смеситель, который преобразует с понижением частоты входной сигнал для образования преобразованного с понижением частоты входного сигнала, модуль возведения в квадрат, который возводит в квадрат входной сигнал для образования возведенного в квадрат входного сигнала, и модуль вычитания, который вычитает возведенный в квадрат входной сигнал из преобразованного с понижением частоты входного сигнала.
В другом аспекте раскрытие обеспечивает способ, содержащий преобразование с понижением частоты входного сигнала для образования преобразованного с понижением частоты входного сигнала, возведение в квадрат входного сигнала для образования возведенного в квадрат входного сигнала и вычитание возведенного в квадрат входного сигнала из преобразованного с понижением частоты входного сигнала.
В дополнительном аспекте раскрытие обеспечивает устройство беспроводной связи, содержащее радиочастотный (РЧ) передатчик, РЧ приемник, РЧ антенну и антенный переключатель, который подсоединяет передатчик и приемник к антенне, в котором антенный переключатель пропускает передаваемый сигнал просачивания в малошумящий усилитель. Приемник дополнительно содержит смеситель, который преобразует с понижением частоты входной сигнал для образования преобразованного с понижением частоты входного сигнала, модуль возведения в квадрат, который возводит в квадрат входной сигнал для образования возведенного в квадрат входного сигнала, и модуль вычитания, который вычитает возведенный в квадрат входной сигнал из преобразованного с понижением частоты входного сигнала.
В другом аспекте раскрытие обеспечивает беспроводный приемник, содержащий антенну, антенный переключатель, подсоединенный к антенне, малошумящий усилитель, подсоединенный для усиления входного сигнала, принимаемого через антенный переключатель и антенну, в котором антенный переключатель пропускает передаваемый сигнал просачивания в малошумящий усилитель, фильтр, который фильтрует усиленный входной сигнал, смеситель, который преобразует с понижением частоты отфильтрованный усиленный входной сигнал для образования преобразованного с понижением частоты входного сигнала, модуль возведения в квадрат, который возводит в квадрат отфильтрованный усиленный входной сигнал для образования возведенного в квадрат входного сигнала, и модуль вычитания, который вычитает возведенный в квадрат входной сигнал из преобразованного с понижением частоты входного сигнала.
Подробности одного или более аспектов раскрытия сформулированы на прилагаемых чертежах и в описании, приведенном ниже. Другие признаки, цели и преимущества раскрытия станут очевидны из описания и чертежей, а также из формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая примерную РЧ часть устройства беспроводной связи.
Фиг.2A и 2B - графики, иллюстрирующие сигналы и компоненты искажения в приемном тракте устройства фиг.1.
Фиг.3 - блок-схема примерного приемника, сконфигурированного для уменьшения искажения второго порядка в приемном тракте устройства фиг.1.
Фиг.4 - блок-схема примерного модуля возведения в квадрат для использования в приемнике фиг.3.
Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая дополнительные подробности примерного приемника.
Фиг.6 - блок-схема, иллюстрирующая дополнительные подробности примерного приемника вместе с основанным на процессоре модулем вычитания.
Фиг.7 - блок-схема процесса, иллюстрирующая метод снижения искажения второго порядка в приемном тракте устройства фиг.1.
Подробное описание
В приемном тракте беспроводного устройства полезный RX сигнал объединяется с TX сигналом просачивания. Объединенный сигнал преобразуется с понижением частоты в основную полосу частот с помощью смесителя. Смеситель создает искажение второго порядка из-за присущей ему нелинейности. Искажение второго порядка может происходить на тех же самых частотах, которые заняты полезным RX сигналом, и, таким образом, уменьшать чувствительность приемника. В частности, искажение второго порядка остаточного TX просачивания может ослаблять преобразованный с понижением частоты RX сигнал в основной полосе частот.
Для уменьшения или устранения искажения второго порядка от просачивания передаваемого сигнала, в соответствии с этим раскрытием, устройство может возводить в квадрат объединенный сигнал, который несет и полезный RX сигнал, и TX сигнал просачивания. Например, устройство может включать в себя модуль, который демонстрирует сильную нелинейность второго порядка, чтобы, по существу, возводить в квадрат объединенный сигнал. Затем устройство вычитает возведенный в квадрат сигнал из выходного сигнала смесителя, выполняющего преобразование с понижением частоты, в приемном тракте, нейтрализуя искажение второго порядка, вызываемое смесителем. Таким образом, устройство может уменьшать неблагоприятные воздействия искажения второго порядка от просачивания TX сигнала и, таким образом, усиливать или поддерживать чувствительность приемника.
Методы, описанные в этом раскрытии, можно использовать в любой из ряда систем дуплексной беспроводной связи. Некоторыми примерами систем дуплексной беспроводной связи являются PCS (система персональной связи), DCS (цифровая система сотовой связи) и IMT-2000 (международные мобильные телекоммуникации-2000). В качестве одного конкретного примера эти методы могут применяться в устройстве беспроводной связи, оборудованном для связи множественного доступа с кодовым разделением (CDMA). Примеры устройств беспроводной связи включают в себя мобильные радиотелефоны, спутниковые телефоны, персональные цифровые ассистенты, платы беспроводной связи, компактные портативные или настольные компьютеры или связанные радиоинтерфейсы, точки беспроводного доступа, цифровые аудио- или видеоустройства, пульты видеоигр или подобные устройства.
Фиг.1 представляет блок-схему, иллюстрирующую примерную РЧ-часть устройства 10 беспроводной связи. В примере фиг.1 устройство 10 включает в себя антенну 12, антенный переключатель (дуплексор) 14, усилитель мощности (PA) 16, приемник 18, LNA 20, фильтр 22, смеситель 24, гетеродин (LO) 26 и передатчик 28. В некоторых случаях также можно обеспечивать фильтр основной полосы частот для фильтрования выходного сигнала смесителя 24.
В передающем тракте усилитель мощности (PA) 16 в передатчике 28 принимает и усиливает РЧ передаваемый сигнал. Передаваемый сигнал можно обеспечивать посредством модема и преобразовывать из цифрового сигнала в аналоговый сигнал, фильтровать и преобразовывать с повышением частоты из основной полосы частот в диапазон передачи до усиления с помощью PA 16. Передатчик 28 может быть сконфигурирован для связи CDMA. Передаваемый сигнал направляется через антенный переключатель 14 и передается через антенну РЧ 12, например, на одно или более отдаленных устройств, таких как базовая станция. Часть передаваемого сигнала также просачивается через антенный переключатель 14 в приемный тракт.
В приемном тракте полезный принимаемый сигнал (RX) принимается через антенну 12, направляется через антенный переключатель 14 и подается в приемник 18. Приемник 18 может быть оборудован для связи CDMA. В примере по фиг.1 приемник 18 включает в себя малошумящий усилитель (LNA) 20, фильтр 22, смеситель 24 и гетеродин (LO) 24. LNA 20 также принимает через антенный переключатель TX сигнал просачивания из передающего тракта 14. Следовательно, LNA 20 усиливает и RX сигнал, и TX-сигнал просачивания. Можно обеспечивать фильтр 22 для фильтрования усиленного РЧ сигнала, чтобы снижать сигнальные компоненты в полосе частот, включая TX сигнал просачивания, и обеспечивать отфильтрованный РЧ сигнал.
Смеситель 24 принимает и преобразует с понижением частоты отфильтрованный РЧ сигнал из LNA 20. В частности, смеситель 24 преобразует с понижением частоты отфильтрованный РЧ сигнал из РЧ-диапазона в основную полосу частот для обработки в приемнике 18. Смеситель 24 может выполнять преобразование с понижением частоты, смешивая отфильтрованный усиленный сигнал с сигналом гетеродина (LO) 24, выбираемым для обеспечения требуемой частоты основной полосы частот. Выходной сигнал смесителя 24 может быть преобразован из аналогового сигнала в цифровой сигнал и обработан в оцифрованной форме, например, посредством модема, чтобы демодулировать и декодировать данные, которые несет сигнал.
В некоторых случаях фильтр 22 может быть фильтром на поверхностных акустических волнах (на ПАВ), предназначенным для того, чтобы подавлять TX сигнал просачивания. Фильтр на ПАВ имеет множество преимуществ, таких как крутые фронты переходных полос фильтров и большое ослабление внеполосных составляющих. Хотя фильтр 22 может быть эффективен в удалении некоторых из воздействий TX сигнала просачивания, существенная часть TX сигнала просачивания остается и может ухудшать избирательность приемника.
Фиг.2A и 2B представляют графики, иллюстрирующие сигналы и компоненты искажения в приемном тракте устройства 10 на фиг.1. Фиг.2A показывает принимаемый сигнал на выходе фильтра 22, показанного на фиг.1. Как показано на фиг.2A, на выходе фильтра 22 принимаемый сигнал содержит полезный RX сигнал 32 и остаточный TX сигнал 30 просачивания. TX сигнал 30 просачивания и полезный RX сигнал 32 занимают разные полосы частот.
Фиг.2B показывает принимаемый сигнал на выходе смесителя 24, где входной сигнал смесителя 24 представляет собой принимаемый сигнал, содержащий и полезный RX сигнал 32, и остаточный TX сигнал 30 просачивания. В идеале смеситель 24 преобразует с понижением частоты полезный сигнал 32 в основную полосу частот и преобразует с понижением частоты остаточный TX сигнал 30 просачивания на промежуточную частоту, которая может быть равна разности между частотой гетеродина (LO) и TX РЧ частотами. Однако смеситель 24 не идеален и из-за нелинейности создает искажения второго порядка.
Нелинейность смесителя 24 может генерировать искажение второго порядка из остаточного TX сигнала 30 просачивания. Часть этого искажения второго порядка может попадать в основную полосу частот преобразованного с понижением частоты полезного RX сигнала 32. Искажение основной полосы частот может упоминаться как наложение 38 смесителя. Наложение 38 смесителя действует как дополнительный шум, который ухудшает чувствительность приемника так, что самый малый полезный сигнал, который может быть надежно обнаружен приемником, должен иметь большую амплитуду.
Фиг.3 представляет блок-схему примерного приемника 18, сконфигурированного для уменьшения искажения второго порядка в приемном тракте устройства, показанного на фиг.1. В примере по фиг.3 приемник 18 включает в себя LNA 20, фильтр 22, смеситель 24 и LO 26. Приемник 18 также может включать в себя фильтр 25 основной полосы частот, подсоединенный, например, к выходу смесителя 24. Фильтр 25 основной полосы частот может быть сконфигурирован так, чтобы удалять внеполосные частоты из выходного сигнала смесителя 24. Как дополнительно показано на фиг.3, чтобы уменьшать или устранять искажение второго порядка от просачивания передаваемого сигнала, приемник 18 может включать в себя модуль 40 возведения в квадрат и модуль 42 вычитания. Модуль 42 вычитания можно обеспечивать в приемнике 26, или это может быть отдельный модуль, подсоединенный к приемнику 18.
LNA 20 принимает объединенный сигнал, который несет полезный RX сигнал 32 и TX сигнал просачивания. Фильтр 22, подсоединенный к LNA 20, фильтрует полезный сигнал 32 и остаточный TX сигнал 30 просачивания. Затем смеситель 24 преобразует с понижением частоты отфильтрованный сигнал в основную полосу частот, смешивая этот сигнал с частотой LO, обеспечиваемой LO 26. Однако для уменьшения искажения второго порядка от сигнала просачивания TX модуль 40 возведения в квадрат возводит в квадрат отфильтрованный сигнал. Затем модуль 42 вычитания вычитает возведенный в квадрат сигнал из преобразованного с понижением частоты сигнала, производимого смесителем 24. Вычитание служит для подавления значительной части искажения второго порядка, образующегося от подачи TX сигнала просачивания на смеситель 24.
Модулем 40 возведения в квадрат может быть любое полупроводниковое устройство, демонстрирующее сильную нелинейность второго порядка. Устройство с сильной нелинейностью второго порядка может демонстрировать передаточную функцию с высоким коэффициентом усиления для ее члена второго порядка. Следовательно, модуль 40 возведения в квадрат выбирают и/или конфигурируют так, чтобы преднамеренно генерировать искажения второго порядка, имеющие частотные характеристики, подобные наложению 38 смесителя (фиг.2B). Вычитание возведенного в квадрат сигнала из преобразованного с понижением частоты сигнала в модуле 42 вычитания приводит по существу к подавлению искажения второго порядка.
Выходные сигналы смесителя 24 и модуля 40 возведения в квадрат подают в модуль 42 вычитания. Модуль 42 вычитания может содержать любое устройство, способное выполнять вычитание двух сигналов либо в аналоговой форме, либо в оцифрованной форме. Модуль 42 вычитания может вычитать выходной сигнал модуля 40 возведения в квадрат из выходного сигнала смесителя 24. Как упоминалось выше, выходной сигнал смесителя 24 может обеспечивать полезный RX сигнал 32, который частично ослабляется наложением 38 смесителя, вызываемым TX сигналом просачивания.
Благодаря вычитанию выходного сигнала модуля 40 возведения в квадрат из выходного сигнала смесителя 24 амплитуда наложения 38 смесителя может быть уменьшена, приводя к уменьшенному ослаблению полезного RX сигнала 32. Это уменьшение наложения 38 смесителя может улучшать чувствительность приемника, потому что амплитуда полезного сигнала, который может быть надежно обнаружен приемником, снижается.
Фиг.4 представляет блок-схему примерного модуля 40 возведения в квадрат для использования в приемнике 18, представленном на фиг.3. В примере по фиг.4 модуль 40 возведения в квадрат содержит смеситель 44 с радиочастотным (РЧ) портом и портом гетеродина (LO), соединенными вместе. Смеситель 44 по частотной характеристике может быть по существу подобен смесителю 24. Однако при соединении РЧ входного порта и порта LO вместе смеситель 44 смешивает входной сигнал с самим собой, обеспечивая эффект возведения в квадрат. Входной сигнал, прикладываемый и к РЧ порту, и к порту LO смесителя 44, может быть выходным сигналом фильтра 22, показанного на фиг.3.
Выходной сигнал модуля 40 возведения в квадрат может быть центрирован на нулевой частоте. Если смеситель 24 сконфигурирован как преобразователь с понижением нулевой промежуточной частоты (ZIF), то порты IF (промежуточной частоты) смесителей 24, 44 просто формируют сигнал на полезной частоте основной полосы частот. Если приемник имеет гетеродинную архитектуру, то между фильтром 22 и модулем 42 вычитания могут быть включены более одного каскада преобразования частоты. Соединение РЧ порта и порта LO смесителя 44 может создавать сильную нелинейность второго порядка, которая может быть вычтена из искажения второго порядка, создаваемого смесителем 24, чтобы усиливать избирательность приемника 18.
Фиг.5 представляет блок-схему, иллюстрирующую дополнительные подробности примерного приемника 18. На фиг.5 приемник 18 по существу соответствует приемнику на фиг.3, но дополнительно включает в себя фильтр 46, подсоединенный между выходом модуля 40 возведения в квадрат и выходом модуля 42 вычитания. Фильтр 46 может быть фильтром основной полосы частот, который удаляет внеполосные частоты из выходного сигнала модуля 40 возведения в квадрат.
Фиг.6 представляет блок-схему другого примерного приемника 26, содержащего LNA 20, фильтр 22, модуль 40 возведения в квадрат, смеситель 24, фильтр 25 и фильтр 46, подсоединенный к модулю 42 вычитания. Как описано выше, выходной сигнал смесителя 24 может содержать полезный сигнал 32, частично ослабленный наложением 38 смесителя, а выходной сигнал модуля 40 возведения в квадрат может быть сигналом, содержащим частотные характеристики, подобные наложению 38 смесителя. Выходной сигнал модуля 40 возведения в квадрат может быть отфильтрован фильтром 46, чтобы удалить частоты вне полосы частот. Фильтр 46 может быть фильтром основной полосы частот. Беспроводный приемник, как описано в этом раскрытии, можно применять для множества диапазонов частот. Например, для множественного доступа с кодовым разделением (CDMA) диапазон приема может составлять приблизительно 869-894 МГц, диапазон передачи может составлять приблизительно 824-849 МГц, а основная полоса частот может составлять приблизительно 0-630 кГц. В качестве другого примера, для US PCS (персональной службы связи США) диапазон приема может составлять приблизительно 1930-1990 МГц, диапазон передачи может составлять приблизительно 1850-1910 МГц, а основная полоса частот может составлять приблизительно 0-630 кГц.
В примере, представленном на фиг.6, приемник 18 в общем соответствует приемнику, показанному на фиг.4, но дополнительно включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 48 и АЦП 50. Кроме того, модуль 42 вычитания включает в себя процессор цифровых сигналов (ПЦС). Следовательно, фиг.6 иллюстрирует пример, в котором выходной сигнал приемника 18 преобразуется в цифровые данные до операции вычитания. АЦП 48 преобразует аналоговый сигнал, выводимый смесителем 24, через дополнительный фильтр 25, в первый оцифрованный сигнал. АЦП 50 преобразует аналоговый сигнал, выводимый модулем 40 возведения в квадрат и дополнительным фильтром 46, во второй оцифрованный сигнал.
Модуль 42 вычитания может включать в себя ПЦС 52, который принимает первый и второй цифровые сигналы из приемника 18. ПЦС 52 вычитает второй оцифрованный сигнал, формируемый модулем 40 возведения в квадрат, фильтром 46 и АЦП 50, из первого цифрового сигнала, формируемого смесителем 24 и АЦП 48, чтобы уменьшать искажение второго порядка, производимое при смешивании смесителем 26 сигнала TX просачивания. Например, ПЦС 52 может выполнять математическую операцию вычитания в цифровой области.
Для ПЦС 52 требуются оцифрованные входные сигналы, но выходные сигналы смесителя 24 и фильтра 46 могут быть аналоговыми. Соответственно, АЦП 48 преобразует аналоговый выходной сигнал смесителя 24 в оцифрованный сигнал, а АЦП 50 преобразует аналоговый выходной сигнал фильтра 46 в оцифрованный сигнал. Хотя модуль 42 вычитания показан в виде отдельного модуля, он может образовывать часть приемника 18. Кроме того, в некоторых случаях вычитание может выполняться на аналоговых сигналах, а не на цифровых сигналах. Выходным сигналом ПЦС 52 может быть оцифрованный сигнал, который обрабатывается модемом так, чтобы демодулировать и декодировать данные, переносимые цифровым сигналом. Модем может быть сформирован, по меньшей мере частично, посредством ПЦС 52.
Фиг.7 представляет блок-схему процесса, иллюстрирующую метод снижения искажения второго порядка в приемном тракте устройства фиг.1. Как показано на фиг.7, смеситель 24 преобразует с понижением частоты принимаемый сигнал (54). Принимаемый сигнал может включать в себя полезный RX сигнал и TX сигнал просачивания и может усиливаться LNA 20 и приниматься через антенный переключатель 14. Модуль 40 возведения в квадрат возводит в квадрат принимаемый сигнал (56). Модуль 42 вычитания вычитает возведенный в квадрат принимаемый сигнал из преобразованного с понижением частоты принимаемого сигнала (58) для уменьшения искажения второго порядка.
В некоторых случаях описанные в этом раскрытии методы могут использоваться в системах дуплексной беспроводной связи. В каждом случае секция приемника и передатчика могут работать одновременно. Во время такой работы часть передаваемого сигнала может просачиваться в приемный тракт. Этот сигнал просачивания может быть отфильтрован, но может оставаться некоторый остаточный сигнал просачивания. Искажения второго порядка, вызываемые смесителем, могут переносить остаточный сигнал просачивания в диапазон частот полезного сигнала, таким образом частично подавляя полезный сигнал и снижая чувствительность приемника. С помощью преднамеренного формирования отдельного сигнала с искажением второго порядка и посредством вычитания его из выходного сигнала смесителя искажение второго порядка, вызываемое смесителем, может быть уменьшено, повышая чувствительность приемника.
Были описаны различные аспекты раскрытия. Вышеизложенное описание было представлено с целью иллюстрации и не предназначено для того, чтобы быть исчерпывающим или ограничивающим. В пределах объема последующей формулы изобретения возможны многочисленные модификации и вариации.