УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ ВЗАИМНОЙ МОДУЛЯЦИИ И ПАРАЗИТНЫХ ПРЕДНАМЕРЕННЫХ ПОМЕХ В ПЕРЕДАЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ ОСНОВНОЙ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ
APPARATUS FOR SUPPRESSING INTERMODULATION AND SPURIOUS DELIBERATE INTERFERENCE IN BASEBAND TRANSMITTING DEVICE

Уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в общем относится к устройству, системе и способу подавления помех в приемном устройстве. Более конкретно, один признак изобретения может удалять помехи взаимной модуляции, вызываемые передаваемыми сигналами или другими сигналами, которые просачиваются в приемное устройство, в основной полосе частот.
Уровень техники
Многие системы связи поддерживают полнодуплексную передачу, когда информация (к примеру, речь, цифровые данные, видео и т.д.) может отправляться в обоих направлениях линии связи одновременно. Это позволяет, к примеру, двум участникам на различных сторонах линии связи разговаривать одновременно. Традиционные устройства полнодуплексной связи передают на одной частоте и принимают на другой частоте. Во многих устройствах связи (к примеру, беспроводных телефонах, сотовых телефонах, телефонах, базовых станциях и т.д.) передающее устройство и приемное устройство совместно используют одну антенну (посредством дуплексора или коммутатора), и передаваемый сигнал сильнее принимаемого сигнала. Т.е. поскольку передаваемый сигнал зачастую должен проходить существенные расстояния, чтобы достичь своего пункта назначения (к примеру, приемного устройства, базовой станции, ретрансляционной станции и т.д.), он, вероятно, имеет существенное ослабление на время, когда он достигает приемного устройства. Передаваемый сигнал также должен иметь достаточную мощность, чтобы быть различимым поверх шума и помех, воспринимаемых в пункте назначения.
В полнодуплексных системах связи, имеющих приемо-передающее устройство (т.е. комбинацию передающего устройства и приемного устройства), передаваемый сигнал усиливается посредством одного или более усилителей мощности (PA) перед передачей. Этот усиленный передаваемый сигнал зачастую просачивается в путь приемного устройства вследствие конечного затухания схемы дуплексора, тем самым создавая помехи принимаемому сигналу. Дополнительно, путь приемного устройства зачастую включает в себя помехи (называемые "сигналами преднамеренных помех"), которые могут быть значительно сильнее по амплитуде, чем желательный или требуемый принимаемый сигнал Rx.
В идеальной полностью линейной цепочке радиочастотного (RF) преобразования с понижением частоты пересечение передаваемого сигнала не должно представлять проблемы, поскольку передаваемые и принимаемые сигналы занимают различные полосы частот, отделенные тем, что называется дуплексной частотой (к примеру, 45 МГц для множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) в сотовой полосе). Поскольку более сильный передаваемый сигнал отстоит на 45 МГц от принимаемого сигнала, совершенно линейная цепочка преобразования с понижением частоты должна поддерживать это разделение на всем протяжении до нулевой частоты (основной полосы частот), где мешающий передаваемый сигнал может быть отфильтрован.
BB
T
R
Фиг.1 - это блок-схема, иллюстрирующая типичную компоновку передающего устройства 102/приемного устройства 104 для устройства полнодуплексной связи, такое как устройство связи CDMA. Дуплексор 106 соединяет передающее устройство 102 и приемное устройство 104, чтобы дать возможность передачи сигналов посредством антенны 108. Передающее устройство 102 в типичном варианте включает в себя источник 114 сигнала, который формирует основополосный сигнал (TX), который преобразуется с повышением частоты посредством микшера 115 до частоты несущей передачи ω116. Сигнал из микшера 115 затем усиливается посредством усилителя мощности 118 и передается посредством дуплексора 106 и антенны 108. Приемное устройство 104 в типичном варианте включает в себя малошумящий усилитель (LNA) 120, который принимает композитный принимаемый (Rx) сигнал 119 от дуплексора 106. Микшер 121 приемного устройства демодулирует сигнал из частоты несущей передачи ω122 в основную полосу частот и затем передает его в фильтр 124 нижних частот, аналого-цифровой (A/D) преобразователь 126, цифровой 127 фильтр нижних частот и в приемное устройство 128. Композитный Rx-сигнал 119 может включать в себя просочившийся Tx-сигнал 110, сигнал преднамеренных помех и целевой Rx-сигнал 112.
Tx-сигнал 111, который в типичном варианте гораздо сильнее целевого Rx-сигнала 112, зачастую просачивается через дуплексор 106 в малошумящий усилитель (LNA) 120 приемного устройства. В типичной ситуации для множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), например, максимальная мощность Tx-сигнала 111 составляет примерно +28 dBm, переходное затухание между передающим и приемным устройством в дуплексоре 106 составляет примерно 60 дБ. Это означает, что мешающая мощность просочившегося Tx-сигнала 110 в усилителе 120 приемного устройства составляет примерно -32 dBm, что гораздо больше, чем для целевого Rx-сигнала 112, которая может быть низкой до -100 dBm и менее. Если микшер 121 приемного устройства является идеально линейным, отделение частот просочившегося Tx-сигнала 110 и целевого Rx-сигнала 112 должно сохраняться (к примеру, 45 МГц отделения), и фильтр нижних частот (LPF) 124 должен исключить просочившийся Tx-сигнал 110.
Схема или компонент является "линейным", когда он применяет линейную передаточную функцию (т.е. функции, которая в том случае, если вход масштабирован посредством определенного коэффициента, инструктирует выходу также быть масштабированным на идентичный коэффициент) к входным сигналам независимо от характеристик входных сигналов. Например, компонент свободен от нелинейности, если он применяет одинаковый коэффициент масштабирования ко всем входным сигналам независимо от амплитуды входного сигнала. Одно следствие нелинейных компонентов состоит в том, что полоса пропускания частот входного сигнала расширяется. Например, входной сигнал, который изначально занимает узкую полосу пропускания частот, достигает занятия более широкого диапазона частот. Следовательно, схемы с нелинейностью зачастую увеличивают полосу пропускания модулированных входных сигналов
Как результат нелинейности микшера 121, просочившийся Tx-сигнал 110 возводится в квадрат и занимает ту же зону вокруг основной полосы частот (т.е. 0 Гц), что и преобразованный с понижением частоты (более слабый) целевой Rx-сигнал 112. Таким образом, традиционное приемное устройство 104 не может в достаточной мере отфильтровывать просочившийся Tx-сигнал 110, затрудняя обнаружение принимаемых сигналов.
Композитный Rx-сигнал 119 также включает в себя один или более сигналов преднамеренных помех, который может быть или не быть модулированным способом, аналогичным просочившемуся Tx-сигналу 110. Например, в различных реализациях сигналом преднамеренных помех может быть тон или модулированный сигнал (к примеру, возможно, согласно какому-либо другому стандарту или сети беспроводной связи) с центральной частотой, близкой в центральной Rx-частоте COR. Модуляция передаваемого сигнала переносится (переходит) в сигнал преднамеренных помех. Вследствие близости частоты приемного устройства COR к типичным частотам помех (т.е. преднамеренных помех) частотный спектр сигнала преднамеренных помех может накладываться на частоту приема COR. Таким образом, более сильный сигнал преднамеренных помех может затемнять целевой принимаемый (Rx) сигнал 112, затрудняя его различение.
Один способ для того, чтобы уменьшить нежелательные сигналы в приемном устройстве 104, заключается в том, чтобы отфильтровать выходной сигнал усилителя 120, чтобы удалить нежелательные сигналы, к примеру, посредством резкого RF-фильтра, зачастую на практике внешнего SAW-фильтра 123, между LNA 120 и микшером 121. Тем не менее, внешний SAW-фильтр 123 является дорогим и эффективен только для удаления мешающего Tx-сигнала 110, а не преднамеренных помех. Поскольку частотный спектр сигнала преднамеренных помех может занимать такое же частотное пространство, что и целевой Rx-сигнал 112, эта фильтрация должна также отфильтровывать целевой Rx-сигнал. Другая методика заключается в том, чтобы фильтровать просочившийся Tx-сигнал 110 и сигнал преднамеренных помех из пути приема до усиления. Эта методика не является полностью адекватной, поскольку (a) просочившийся Tx-сигнал и сигнал преднамеренных помех могут быть слишком близко к целевому Rx-сигналу 112, чтобы отфильтровать его, и (b) могут потребоваться крупные и дорогие дуплексоры и фильтры.
Таким образом, традиционные приемные устройства 104 в типичном варианте используют внешние SAW-фильтры 123 в комбинации с высоколинейным микшером, чтобы не допускать просачивание и отфильтровывание просочившихся передаваемых сигналов. Тем не менее, внешние SAW-фильтры являются дорогими, и высоколинейные микшеры увеличивают энергопотребление.
Сущность изобретения
Один аспект изобретения касается устройства беспроводной связи, такого как приемо-передающее устройство (т.е. комбинация передающего устройства и приемного устройства), имеющее схему, которая подавляет помехи взаимной модуляции, вызываемые посредством передаваемых сигналов (или других сигналов), просочившихся или утекших в приемное устройство в основной полосе частот, чтобы упрощать обнаружение интересующего принимаемого сигнала.
Некоторые реализации предоставляют устройство подавления помех взаимной модуляции на основной полосе частот в приемном устройстве. Устройство содержит схему восстановления, выполненную с возможностью (a) принимать первый сигнал, (b) аппроксимировать нелинейные характеристики приемного устройства и (c) предоставлять восстановленный выходной сигнал. Сумматор сигналов принимает восстановленный выходной сигнал и вычитает его из второго сигнала из приемного устройства. Второй сигнал может включать в себя модулированный по амплитуде утекший сигнал, сигнал преднамеренных помех и принимаемый сигнал. Вычитание восстановленного выходного сигнала из второго сигнала практически устраняет помехи, ассоциативно связанные с утекшим сигналом и сигналом преднамеренных помех, из второго сигнала. Утекшим сигналом может быть затухшая и, возможно, отфильтрованная версия первого сигнала (к примеру, передаваемого сигнала). Схема восстановления может включать в себя (a) таблицу поиска, которая аппроксимирует нелинейные характеристики усилителя мощности передающего устройства, (b) схему, которая формирует возведенный в квадрат по величине передаваемый просачивающийся сигнал, и (c) адаптивный фильтр, который аппроксимирует линейные характеристики стадии усиления приемного устройства. Один признак дает возможность схеме восстановления не предоставлять восстановленный выходной сигнал, когда первый сигнал находится ниже порогового уровня мощности.
Также предусмотрен способ подавления помех взаимной модуляции в приемном устройстве. Способ содержит (a) прием композитного сигнала, имеющего помехи взаимной модуляции и принимаемый сигнал в основной полосе частот; (b) обработку композитного сигнала посредством схемы нелинейного преобразования с понижением частоты до вычитания сигнала подавления помех; (c) применение линейного и/или нелинейного преобразования к первому сигналу, чтобы получить сигнал подавления помех; и (d) вычитание сигнала подавления помех из композитного сигнала, чтобы получить принимаемый сигнал. Первый сигнал может быть немодулированной версией утекшего сигнала, обнаруженного в композитном сигнале. Композитный сигнал может включать в себя модулированный по амплитуде утекший сигнал, сигнал преднамеренных помех и принимаемый сигнал. Вычитание сигнала подавления помех из композитного сигнала практически устраняет помехи, ассоциативно связанные с утекшим сигналом и/или сигналом преднамеренных помех, из композитного сигнала. Вычитание сигнала подавления помех из композитного сигнала практически устраняет помехи взаимной модуляции второго и//или третьего порядка из композитного сигнала. Применение нелинейного преобразования к первому сигналу включает в себя (a) аппроксимацию нелинейных характеристик усилителя мощности передающего устройства; и (b) аппроксимацию линейных характеристик стадии усиления приемного устройства.
Другая реализация предоставляет систему приемо-передающего устройства, содержащую: (a) схему преобразования с повышением частоты передающего устройства для модуляции и усиления передаваемых сигналов; (b) схему преобразования с понижением частоты приемного устройства для демодуляции и усиления принимаемых сигналов; и (c) схему подавления взаимных помех, выполненную с возможностью (1) принимать первый передаваемый сигнал, (2) применять нелинейное и адаптивное линейное преобразование к первому передаваемому сигналу, чтобы получить сигнал подавления помех, (3) принимать композитный сигнал из схемы преобразования с понижением частоты приемного устройства и (4) вычитать сигнал подавления помех из композитного сигнала, чтобы получить требуемый принимаемый сигнал. Коммутатор может быть подключен к схеме преобразования с повышением частоты при передаче и схеме преобразования с понижением частоты приемного устройства для подключения передаваемых сигналов к антенне и приема принимаемого сигнала от антенны. Сигнал подавления помех может быть вычтен из композитного сигнала в основной полосе частот. Применение нелинейного преобразования к первому передаваемому сигналу включает в себя (a) аппроксимацию линейных и/или нелинейных характеристик схемы преобразования с повышением частоты передающего устройства; и (b) аппроксимацию линейных и/или нелинейных характеристик схемы преобразования с понижением частоты приемного устройства. Схема подавления взаимной модуляции может быть отключена, когда передаваемые сигналы находятся ниже определенного порога мощности.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - это блок-схема, иллюстрирующая типичную компоновку передающего устройства/приемного устройства для устройства полнодуплексной связи.
Фиг.2 - это блок-схема, иллюстрирующая беспроводное приемо-передающее устройство, имеющее адаптивное подавление помех согласно одному варианту осуществления.
Фиг.3 - это блок-схема, иллюстрирующая схему преобразования с понижением частоты приемного устройства, отличающуюся посредством помех взаимной модуляции, которые подавляются посредством схемы адаптивного подавления помех согласно варианту осуществления.
Фиг.4 иллюстрирует график, показывающий требуемый принимаемый сигнал в основной полосе частот, а также составляющие взаимной модуляции второго порядка (IM2) и составляющие взаимной модуляции третьего порядка (IM3).
Фиг.5 иллюстрирует математическое представление составляющих взаимной модуляции сигнала, проходящего через нелинейное устройство.
Фиг.6 иллюстрирует общий способ подавления компонентов помех взаимной модуляции второго и третьего порядка в основной полосе частот согласно одной реализации.
Фиг.7 - это блок-схема, иллюстрирующая приемо-передающее устройство, имеющее адаптивную схему подавления взаимной модуляции второго порядка согласно одной реализации.
Фиг.8 - это блок-схема, иллюстрирующая приемо-передающее устройство, имеющее адаптивную схему подавления взаимной модуляции третьего порядка согласно одной реализации.
Фиг.9 иллюстрирует способ подавления помех взаимной модуляции в приемном устройстве в основной полосе частот согласно одной реализации.
Подробное описание изобретения
В нижеследующем описании конкретные подробности представлены с тем, чтобы обеспечить полное понимание вариантов осуществления. Тем не менее, специалисты в данной области техники должны понимать, что варианты осуществления могут быть применены на практике без этих конкретных подробностей. Например, схемы могут быть показаны на блок-схемах так, чтобы не затруднять понимание вариантов осуществления необязательными подробностями. В других случаях широко распространенные схемы, структуры и методики могут не быть показаны в подробностях, чтобы не затруднять понимание вариантов осуществления.
Кроме того, следует отметить, что варианты осуществления могут быть описаны как процесс, который обозначается блок-схемой последовательности операций способа, блок-схемой, структурной схемой или блок-схемой. Хотя блок-схема последовательности операций способа может описывать операции как последовательный процесс, многие операции могут выполняться параллельно или одновременно. Помимо этого, порядок операций может быть переопределен. Процесс завершается, когда его операции закончены. Процесс может соответствовать способу, функции, процедуре, вложенной процедуре, подпрограмме и т.д. Когда процесс соответствует функции, его завершение соответствует возврату функции в вызывающую функцию или главную функцию.
Кроме того, носитель хранения может представлять одно или более устройство для хранения данных, включая постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), носители хранения на магнитных дисках, оптические носители хранения, устройства флеш-памяти и/или другие машиночитаемые носители для хранения информации. Термин "машиночитаемый носитель" включает в себя, но не только, переносные или стационарные устройства хранения, оптические устройства хранения, беспроводные каналы и различные другие носители, допускающие хранение, содержание в себе или перенос команд(ы) и/или данных.
Кроме того, варианты осуществления могут быть реализованы посредством аппаратных средств, программного обеспечения, микропрограммного обеспечения, промежуточного программного обеспечения, микрокода или комбинации вышеозначенного. Когда реализован в программном обеспечении, микропрограммном обеспечении, промежуточном программном обеспечении или микрокоде, программный код или сегменты кода для того, чтобы выполнять требуемые задачи, могут быть сохранены на машиночитаемом носителе, таком как носитель хранения или другое устройство(а) хранения. Процессор может выполнять требуемые задачи. Сегмент кода может представлять процедуру, функцию, подпрограмму, программу, стандартную процедуру, вложенную процедуру, модуль, комплект программного обеспечения, класс или любое сочетание команд, структур данных или операторов программы. Сегмент кода может быть связан с другим сегментом кода или аппаратной схемой посредством передачи и/или приема информации, данных, аргументов, параметров или содержимого памяти. Информация, аргументы, параметры, данные и т.д. могут быть переданы, переадресованы или пересланы посредством надлежащего средства, в том числе совместного использования памяти, передачи сообщений, эстафетной передачи данных, передачи по сети и т.д.
В нижеследующем описании определенная терминология используется для того, чтобы описать конкретные признаки одного или более варианта осуществления изобретения. Например, термин "устройство связи" относится к любому проводному или беспроводному устройству, которое передает и/или принимает модулированные сигналы. Термин "взаимная модуляция" относится ко всем типам сигнальных помех, перекрестной модуляции и сигналов преднамеренных помех.
Один аспект изобретения касается устройства беспроводной связи, такого как приемо-передающее устройство (т.е. комбинация передающего устройства и приемного устройства), имеющее схему, которая подавляет помехи взаимной модуляции, вызываемые посредством передаваемых сигналов (и/или других сигналов), просочившихся или утекших в приемное устройство в основной полосе частот, чтобы упрощать обнаружение интересующего принимаемого сигнала.
Фиг.2 - это блок-схема, иллюстрирующая беспроводное приемо-передающее устройство, имеющее адаптивное подавление помех согласно одному варианту осуществления. Приемо-передающее устройство 200 включает в себя передающее устройство 202 и схему 204 преобразования с понижением частоты приемного устройства, подключенную к антенне 206 посредством дуплексора 208. Дуплексор 208 направляет принимаемые сигналы из антенны 206 в схему 204 преобразования с понижением частоты приемного устройства, а в противоположном направлении направляет передаваемые сигналы из передающего устройства 202 в антенну 206. Дуплексор 208 может быть реализован посредством ряда различных широко распространенных конструкций, таких как дуплексоры, используемые в предлагаемых на рынке беспроводных устройствах. В некоторых реализациях дуплексор 208 применяется в CDMA-системах, которые используют различные частоты для передачи и приема. В других реализациях коммутатор может быть заменен на дуплексор 208 для вариантов осуществления, использующих множественный доступ с временным разделением каналов (TDMA) или другое кодирование, которое использует такую же частоту, но другие временные интервалы, чтобы отправлять и принимать данные. В зависимости от подробностей варианта применения множество компонентов может быть использовано вместо дуплексора 208 или коммутатора, чтобы обмениваться передаваемыми и принимаемыми сигналами с антенной 206. Альтернативно, дуплексор 208 или коммутатор могут быть исключены, когда для передачи и приема используются отдельные антенны.
Передающее устройство 202 может включать в себя различные схемные компоненты для кодирования, модуляции, усиления и/или иной обработки сигналов для передачи. Схема 204 преобразования с понижением частоты приемного устройства может включать в себя схемные компоненты для декодирования, демодуляции, фильтрации, усиления и/или иной обработки принимаемых сигналов. Эти компоненты могут быть реализованы посредством различных известных схем, таких как используемые в предлагаемых на рынке устройствах беспроводной связи. Один или более таких компонентов схемы 204 преобразования с понижением частоты приемного устройства могут быть нелинейными устройствами, такими как усилитель и/или микшер, которые служат для того, чтобы усиливать и фильтровать относительно слабые принимаемые сигналы.
IM
IM
comp
Схема 210 восстановления взаимной модуляции оценивает или аппроксимирует линейные и/или нелинейные характеристики пути приема, в том числе эффекты, обусловленные дуплексором 208 и схемой 204 преобразования с понижением частоты приемного устройства. Схема 210 восстановления взаимной модуляции принимает передаваемый (Tx) сигнал и применяет нелинейное, а также адаптивное линейное преобразование к Tx-сигналу, чтобы предоставить восстановленный сигнал взаимной модуляции s. Восстановленный сигнал взаимной модуляции sзатем вычитается из композитного выходного сигнала s из схемы 204 преобразования с понижением частоты приемного устройства, чтобы получить целевой принимаемый (Rx) сигнал (т.е. интересующий принимаемый сигнал). Этот целевой сигнал далее предоставляется в пункт 212 назначения принимаемого сигнала.
Один или более из компонентов и функций, проиллюстрированных на фиг.2, могут быть перекомпонованы и/или комбинированы в один компонент или осуществлены в нескольких компонентах без отступления от изобретения. Дополнительные элементы или компоненты также могут быть добавлены без отступления от варианта осуществления.
Одна проблема полнодуплексных передающих/приемных устройств заключается в том, что схема радиочастотного преобразования с понижением частоты, в частности микшер 121 и/или усилитель 120 (фиг.1), предоставляет нелинейность второго и третьего порядка в ходе преобразования с понижением частоты композитного принимаемого сигнала в основную полосу частот. Такой композитный принимаемый сигнал может включать в себя целевой принимаемый сигнал, а также просочившийся передаваемый сигнал и сигнал преднамеренных помех.
t
J
r
r
Фиг.3 - это блок-схема, иллюстрирующая схему 300 преобразования с понижением частоты приемного устройства, отличающуюся посредством помех взаимной модуляции, которые подавляются посредством схемы адаптивного подавления помех согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Схема 300 преобразования с понижением частоты приемного устройства в типичном варианте включает в себя, возможно, нелинейное устройство 302, подключенное к микшеру 304, который подключен к аналоговому фильтру нижних частот с защитой от наложения спектра LPF 307, который подключен к A/D-преобразователю 305, и затем к цифровому фильтру нижних частот LPF 306. Аналоговый фильтр нижних частот 307 выступает в качестве фильтра с защитой от наложения спектра до того, как сигнал дискретизируется посредством A/D-преобразователя 305. Цифровой LPF 306 - с более крутыми фронтами и лучше контролируемый и отклоняет сигналы вне полосы целевого Rx-сигнала. Нелинейное устройство 302 (к примеру, усилитель) и/или микшер 304 может предоставлять нелинейности второго и третьего порядка, тем самым формируя ряд членов взаимной модуляции (IM), когда композитный сигнал 312 из дуплексора проходит через него. В некоторых реализациях микшер 304 и нелинейное устройство 302 могут быть комбинированы в одно устройство, имеющее нелинейную входную стадию, за которой следует линейная выходная стадия. Композитный сигнал 312 из дуплексора может включать в себя сильный просочившийся Tx-сигнал (модулированный посредством частоты передающего устройства ω), сигнал подавления помех (J) (имеющий частоту ω, близкую к частоте приемного устройства ω) и требуемый принимаемый Rx-сигнал (имеющий частоту приема ω).
1
2
3
x
t
y
t
J
x
y
x
y
l
2
3
2
2
Большинство членов взаимной модуляции (IM), сформированных посредством нелинейного устройства 302 и микшера 304, являются нерелевантными, поскольку они занимают частоты вне полосы пропускания фильтра нижних частот LPF 306. Т.е. большая часть членов взаимной модуляции имеют частоты, которые отфильтрованы посредством фильтра нижних частот LFP 306. Тем не менее, некоторые IM-составляющие второго и третьего порядка могут быть релевантными. Фиг.4 иллюстрирует график, показывающий требуемый принимаемый (Rx) сигнал (т.е. интересующий принимаемый сигнал) в основной полосе частот, а также составляющие взаимной модуляции второго порядка (IM2) и составляющие взаимной модуляции третьего порядка (IM3). Фиг.5 иллюстрирует математическое представление составляющих взаимной модуляции сигнала, проходящего через нелинейное устройство. Отличительная характеристика нелинейного устройства может быть моделирована как aυ+aυ+aυ, где линейный член может быть задан как: A[s cos ωt-s sin ωt]+Jcos ωt, где A - это затухание дуплексора, s и s - это компоненты основной полосы частот Tx-сигнала s(t) (где s(t)=s+js), ω - это частота передачи, а J - это амплитуда сигнала подавляемых помех. Члены второго и третьего порядка также показаны. Релевантные нелинейные члены 502 (IM2 на фиг.4) и 504 (IM3 на фиг.4) - это члены, спектр которых находится рядом с основной полосой частот принимаемого (Rx) сигнала (фиг.4). Оставшиеся члены переводятся посредством микшера 304 в частоты, которые ослабляются посредством фильтра LPF 306, и, следовательно, могут игнорироваться. Вследствие нелинейности второго порядка член второго порядка |s(t)| мешающего модулированного Tx-сигнала находится в или рядом с DC (т.е. основной полосы частот) и просачивается через микшер 304 (IM2 на фиг.4). Кроме того, вследствие нелинейности третьего порядка составляющая взаимной модуляции Tx-сигнала |s(t)|с сигналом преднамеренных помех (IM3 на фиг.4) преобразуется с понижением частоты близко к DC (т.е. основной полосе частот) и создает помехи для целевого Rx-сигнала.
В традиционных архитектурах приемного устройства с входным RF-каскадом помехи второго и третьего порядка зачастую снижаются посредством размещения с крутыми фронтами, а значит, зачастую внешнего и дорогого, полосового фильтра сразу после малошумящего усилителя (к примеру, LNA 120 на фиг.1). Таким образом, мешающий Tx-сигнал в пути приемного устройства исключается на ранней стадии в цепочке преобразования с понижением частоты, так что нет IM-составляющих ниже. Тем не менее, полосовой фильтр приемного устройства (обычно SAW-фильтр требуется, поскольку крутая частотная характеристика) является дорогим и также увеличивает площадь платы и контакты для интегрированных приемных устройств.
Другие существующие способы для того, чтобы подавлять сильный мешающий сигнал от передающего устройства, включают в себя адаптивное подавление на RF-частоте до схемы преобразования с понижением частоты. Эта схема встроена в аналоговые компоненты и, следовательно, вероятно, является неточной, потребляет мощность и вводит дополнительный шум в цепочку преобразования с понижением частоты приемного устройства, тем самым повышая общий шум приемного устройства.
Альтернативное решение заключается в том, чтобы создать идеально линейную цепочку преобразования с понижением частоты в попытке исключить нелинейное искажение, которое вызывает проблемы взаимной модуляции. Однако относительно высокая стоимость такой высоколинейной цепочки RF-преобразования с понижением частоты в типичном варианте является неприемлемой. Улучшение линейности RF-схемы увеличивает площадь, занимаемую на микросхеме, а также энергопотребление.
Один аспект изобретения разрешает недостатки традиционных подходов подавления взаимной модуляции посредством предоставления схемы восстановления взаимной модуляции (после цепочки преобразования с понижением частоты приемного устройства), которая воссоздает компоненты взаимной модуляции второго и третьего порядка (к примеру, IM2 и IM3) и вычитает их из композитного принимаемого сигнала. Устройство подавляет помехи, вызываемые просочившимся Tx-сигналом в основной полосе частот после того, как нелинейное искажение второго и третьего порядка микшера приемного устройства применено. Это решение не требует полосового фильтра после малошумящего усилителя приемного устройства, а также не требует подавления просочившегося Tx-сигнала при высоких RF-частотах.
Фиг.6 иллюстрирует общий способ подавления компонентов помех взаимной модуляции второго и третьего порядка в основной полосе частот согласно одной реализации. В общем, передаваемый сигнал помех взаимной модуляции (IM второго и третьего порядка) приблизительно восстанавливается, включая линейную и/или нелинейную характеристику пути утечки из передающего устройства в приемное устройство, и вычитается из композитного принимаемого сигнала. Передаваемый сигнал формируется и направляется через второй путь, отличный от основного пути, в антенну 602. Передаваемый сигнал затем проходит через схему линейного и/или нелинейного восстановления, которая аппроксимирует просачивание через путь 604 приемного устройства, включая дуплексор и нелинейные компоненты. Результирующий сигнал помех взаимной модуляции затем вычитается из композитного принимаемого (Rx) сигнала, чтобы получить целевой принимаемый сигнал 606.
0
UT
UR
Фиг.7 - это блок-схема, иллюстрирующая приемо-передающее устройство 700, имеющее адаптивную схему подавления взаимной модуляции второго порядка согласно одной реализации. Приемо-передающее устройство 700 включает в себя передающее устройство 702 и схему 704 преобразования с понижением частоты приемного устройства, подключенную к дуплексору 706, чтобы передавать и принимать сигналы посредством антенны 708. Передающее устройство 702 включает в себя источник 726 Tx-сигналов, подключенный к цепочке преобразования с повышением частоты, имеющей микшер 728, который модулирует Tx-сигнал s с помощью несущей частоты передачи Cдо того, как усилитель 730 мощности усиливает сигнал для передачи посредством дуплексора 706 и антенны 708. Схема 704 преобразования с понижением частоты приемного устройства включает в себя малошумящий усилитель 732, который принимает композитный принимаемый сигнал от дуплексора 706, микшер 734, который демодулирует Rx-сигнал с помощью несущей частоты приемного устройства C, аналоговый фильтр 735 нижних частот удаляет наложение спектра из сигнала, A/D-преобразователь 736 обрабатывает сигнал, а цифровой фильтр 738 нижних частот фильтрует оставшийся сигнал вне полосы целевого Rx-сигнала. Отметим, что различные реализации могут использовать только аналоговый фильтр 735 нижних частот, цифровой фильтр 738 нижних частот или оба фильтра.
0
IM2
comp
Схема 710 восстановления взаимной модуляции второго порядка принимает передаваемый сигнал s из передающего устройства 702 и аппроксимирует либо реплицирует линейную и нелинейную характеристику пути утечки из передающего устройства 702 посредством схемы 704 преобразования с понижением частоты приемного устройства. Схема 710 восстановления предоставляет аппроксимированный сигнал взаимной модуляции второго порядка s, который вычитается 712 из композитного принимаемого сигнала s из приемного устройства 704, чтобы получить целевой принимаемый сигнал r(t) плюс неустранимый белый шум.
0
0
Поскольку форма Tx-сигнала основной полосы частот s известна, так как он исходит из источника 726 передаваемых сигналов основной полосы частот, он проходит через таблицу 714 поиска усилителя мощности, которая имитирует нелинейный эффект усилителя 730 мощности передающего устройства, дуплексора 706 и малошумящего усилителя 732 и другие известные нелинейности, которым подвергается Tx-сигнал s до достижения микшера 734. Результирующая форма сигнала из таблицы 714 поиска возводится в квадрат 716 (чтобы смоделировать эффект микшера 734) и передается через фильтр 718 нижних частот, который имитирует композитный эффект аналогового фильтра 735 нижних частот и цифрового фильтра 738 нижних частот. Сигнал из фильтра 718 нижних частот далее проходит через линейный адаптивный фильтр 720, и результат умножается на скалярное усиление 722. Эта схема 714, 716, 720 и 722 пытается адаптивно сопоставить линейное и нелинейное усиление IM2-помех, вызываемых посредством усилителя 730 мощности, дуплексора 706, малошумящего усилителя 732 и микшера 734, до достижения аналого-цифрового преобразователя 736 при определенном уровне мощности.
В некоторых реализациях эта стадия 716 и 718 усиления может быть исключена посредством включения усиления в коэффициенты (отводы) линейного адаптивного фильтра 720. Тем не менее, стадия 722 усиления может помочь ограничить диапазон изменчивости (динамический диапазон) отводов адаптивного фильтра 720 рациональными значениями, фактически нормализуя отводы. При условии что точка пересечения второго порядка микшера 734 известна, мощность IM2-составляющих помех задается следующим образом:
IM2
Tx
P [dBm]=2 (P [dBm]-DuplexerAttenuation [дБ])-IIP2 [dBm] (Уравнение 1),
Tx
0
где мощность (P) передаваемого сигнала s известна, затухание a(ttt) приемного устройства дуплексора 706 неизвестно, но находится в рамках некоторого диапазона, предоставленного посредством изготовителя, и точка IIP2 пересечения второго порядка микшера 734 также известна с достаточно большой точностью разработчиками микросхемы. Уравнение 1 используется посредством схемы 710 восстановления для того, чтобы прогнозировать уровень мощности, при котором IM2-составляющие достигают A/D-преобразователя 736, и поэтому усиление 722 может быть задано соответствующим образом, с тем чтобы адаптивный фильтр 720 был нормализован.
IM2
comp
Адаптация линейного адаптивного фильтра 720 может направляться посредством сигнала e(t) ошибки обратной связи, который получается посредством вычитания 712 восстановленных IM2-помех s из композитного сигнала s, исходящего из приемного устройства 704, тем самым позволяя сигналу e(t) ошибки содержать целевой принимаемый сигнал r(t).
Адаптивный алгоритм, реализованный посредством адаптивного фильтра 720, которым может быть алгоритм минимальной среднеквадратичной ошибки (LMS), или алгоритм нормализованной LMS (NLMS), или алгоритм рекурсивной среднеквадратичной ошибки (RLS), или любой другой адаптивный алгоритм, направляет адаптацию отводов фильтра 720 таким образом, что это приводит к минимизации среднеквадратической ошибки. Например, при адаптивном алгоритме LMS уравнение обновления вектора w отводов фильтра во время с индексом t (на основе их значения во время с индексом t-1) следующее:
t
t-1
t
w=w+µ•u•e(t) (Уравнение 2),
t
где e(t) - это сигнал ошибки, µ - это константа, а u- это вектор с содержимым линии задержки с отводами адаптивного фильтра в момент времени с индексом t. Назначение задержки 740 в пути приема состоит в том, чтобы центрировать самые значимые коэффициенты (отводы) адаптивного фильтра 720 в направлении их центра, при условии что характеристики дуплексора 706 являются практически плоскими или линейными в полосе частот приемного устройства.
comp
Второй фильтр 742 может быть использован для того, чтобы удалять белый шум из сигнала e(t) ошибки, чтобы получить принимаемый сигнал r(t). Таким образом, схема 710 восстановления второго порядка может подавлять IM-помехи второго порядка из композитного принимаемого сигнала s и предоставлять целевой принимаемый сигнал r(t).
0
T
R
Фиг.8 - это блок-схема, иллюстрирующая приемо-передающее устройство 800, имеющее адаптивную схему подавления взаимной модуляции третьего порядка согласно одной реализации. Приемо-передающее устройство 800 включает в себя передающее устройство 802 и схему 804 преобразования с понижением частоты приемного устройства, подключенную к дуплексору 806, чтобы передавать и принимать сигналы посредством антенны 808. Передающее устройство 802 включает в себя источник 826 Tx-сигналов, подключенный к цепочке преобразования с повышением частоты, имеющей микшер 828, который модулирует Tx-сигнал sс помощью несущей частоты передачи ωдо того, как усилитель 830 мощности усиливает сигнал для передачи посредством дуплексора 806 и антенны 808. Схема 804 преобразования с понижением частоты приемного устройства включает в себя малошумящий усилитель 832, который принимает композитный принимаемый сигнал от дуплексора 806, микшер 834, который демодулирует Rx-сигнал из несущей частоты приемного устройства ωв основную полосу частот, аналоговый фильтр 835 нижних частот удаляет наложение спектра из сигнала, A/D-преобразователь 836, который оцифровывает сигнал, и цифровой фильтр 838 нижних частот, который фильтрует оставшийся сигнал вне полосы целевого Rx-сигнала.
0
IM3
comp
Схема 810 восстановления взаимной модуляции третьего порядка работает аналогично схеме взаимной модуляции второго порядка на фиг.7 с добавлением детектора 837 преднамеренных помех и микшера 817 в пути восстановления IM3. Схема 810 восстановления взаимной модуляции третьего порядка принимает передаваемый сигнал sиз передающего устройства 802 и аппроксимирует либо реплицирует нелинейную характеристику пути утечки из передающего устройства 802 посредством схемы 804 преобразования с понижением частоты приемного устройства. Схема 812 восстановления взаимной модуляции третьего порядка предоставляет аппроксимированный сигнал взаимной модуляции третьего порядка s, который вычитается 812 из композитного сигнала s из схемы 804 преобразования с понижением частоты приемного устройства, чтобы получить целевой принимаемый сигнал r(t) плюс неустранимый белый шум.
0
0
Поскольку форма Tx-сигнала основной полосы частот s известна, так как он исходит из источника 826 передаваемых сигналов основной полосы частот, он проходит через таблицу 814 поиска усилителя мощности, которая моделирует эффект усилителя 830 мощности передающего устройства, дуплексора 806 и малошумящего усилителя 832 и другие известные нелинейности, которым подвергается Tx-сигнал s до достижения микшера 834. Результирующая форма сигнала из таблицы 814 поиска возводится в квадрат 816 (моделируя эффект микшера 834) и передается через микшер 817, который модулирует сигнал на основе источника или источников преднамеренных помех рядом с DC (основной полосой частот). Источник(и) преднамеренных помех рядом с DC (основной полосой частот) получаются из детектора 837 преднамеренных помех, подключенного к схеме 804 преобразования с понижением частоты приемного устройства. В некоторых вариантах осуществления детектором 837 преднамеренных помех может быть полосовой фильтр или даже фильтр нижних частот либо любой другой механизм обнаружения преднамеренных помех. Далее сигнал проходит через фильтр 818 нижних частот, который моделирует композитный режим работы аналогового фильтра 835 нижних частот и цифрового фильтра 838 нижних частот. Линейный адаптивный фильтр 820 берет результирующий сигнал, обрабатывает его согласно адаптивному алгоритму и передает результирующий сигнал в скалярное усиление 822. Эта схема 814, 816, 817, 820 и 822 пытается сопоставить усиление IM3-помех, вызываемых посредством дуплексора 806, усилителя 832 и микшера 834 до достижения аналого-цифрового преобразователя 836 при определенном уровне мощности. Адаптивный фильтр 820 может реализовывать адаптивный алгоритм, аналогичный алгоритму фильтра 720 на фиг.7.
IM3
comp
Восстановленный спектр после фильтра 818 показан. Если подавление идеально, оно соответствует IM3-содержимому в Rx-пути после A/D-преобразователя. Обнаруженные преднамеренные помехи требуются для того, чтобы умножить (т.е. сдвинуть по частоте) возведенный в квадрат Tx-сигнал до того, как он достигает адаптивного фильтра 820, с тем чтобы IM3-составляющие восстановились. Восстановленные IM3-составляющие s далее вычитаются 812 из композитного принимаемого сигнала s, поступающего из схемы 804 преобразования с понижением частоты приемного устройства, чтобы получить сигнал e(t), который состоит из целевого принимаемого сигнала r(t) плюс белый шум n(t).
Схемы подавления взаимной модуляции в основной полосе частот, представленные на фиг.7 и 8, могут иметь некоторые преимущества над существующими решениями. Во-первых, они могут быть интегрированы в приемное устройство, поскольку внешние компоненты (такие как SAW-фильтры) не используются. Во-вторых, это решение может экономить площадь в приемном устройстве и потреблять меньше мощности, поскольку все операции выполняются в основной полосе частот, где схема гораздо меньше и более эффективна.
В-третьих, схемы подавления не добавляют шум в аналоговую цепочку RF-преобразования с понижением частоты, поскольку все выполняется в цифровой форме в основной полосе частот с произвольно высокой точностью (к примеру, ширина по битам адаптивного фильтра и других блоков основной полосы частот может быть такой большой, как требуется для того, чтобы получить точность). Схемы подавления взаимной модуляции особенно оптимально подходят к современным интегрированным реализациям схемы передающего и приемного устройства на одной микросхеме, где приемное устройство знает важные параметры, такие как мощность передачи, которая предоставляется в CDMA-системе посредством регулирования мощности.
Ссылаясь на фиг.7 и 8, таблицы 714/814 поиска усилителей мощности могут включать в себя известные нелинейности, которые применяются к просачивающемуся сильному Tx-сигналу до возведения в квадрат (т.е. до поступления в микшер 734/834). Таблицы 714 и 814 поиска предоставляют коэффициенты преобразования при различных уровнях мощности, которые модулируют нелинейную характеристику, ожидаемую от усилителя 730/830 мощности, дуплексора 706/806, малошумящего усилителя 732/832 и других компонентов, по пути приемного устройства до A/D-преобразователя 736/836. Хотя таблицы поиска 714 и 814 являются необязательным компонентом адаптивных алгоритмов, их использование может значительно повысить производительность подавления, поскольку нелинейное искажение, которое они моделируют, не фиксируется и/или реплицируется посредством линейных адаптивных фильтров 720/820.
Другой вопрос - это конструкция фильтров 718, 738 и 742 (фиг.7) и 818, 838 и 842 нижних частот (фиг.8). В частности, полоса пропускания фильтров 718, 735/738 (фиг.7) и 818, 835/838 (фиг.8) должна быть шире полосы пропускания второго фильтра 742 (фиг.7) и 842 (фиг.8), так что имеется больше помех (IM2 или IM3) после фильтров 718, 735/738 (фиг.7) и 818, 835/838 (фиг.8), которые должны коррелироваться с композитным принимаемым сигналом после A/D-преобразователя 736/836 в пути приема. Тем не менее, если полоса пропускания фильтра 718, 735/738 (фиг.7) и 818, 835/838 (фиг.8) сделана слишком маленькой, гораздо больше шума разрешается в сравнении, и производительность ухудшается. Таким образом, при наличии второго фильтра 742/842 (который прикреплен к полосе пропускания целевого Rx-сигнала) имеется оптимальное значение для полосы пропускания фильтров 718, 735/738 (фиг.7) и 818, 835/838 (фиг.8).
Схемы адаптивного подавления, описанные в данном документе, могут хорошо работать при отсутствии второго фильтра 742/842, посредством чего фильтрация нижних частот выполняется посредством фильтра 735/738 и 835/838, который имеет свою полосу пропускания прикрепленной к полосе пропускания целевого Rx-сигнала r(t).
Другой признак предоставляет более быструю сходимость адаптивного фильтра 720/820.
t
t-1
t
comp
Часто выгодно начинать с коэффициентами (отводами) фильтра, имеющими значения [0… 0 1 0… 0], т.е. когда только D-й отвод является единицей, где D - это задержка 740/840 на фиг.7 и 8. Это предполагает, что оценка мощности Уравнения (1) является корректной и отличительная характеристика дуплексора является относительно плоской в сравнении с частотами, занимаемыми посредством Tx. Типично оба этих допущения близки к истине на практике, и небольшие адаптации отводов адаптивного фильтра 720/820 затем могут выполняться на основе выбранного правила адаптации (к примеру, Уравнения (2): w=w+µ•u•e(t)) для алгоритма фильтрации. Эта инициализация отводов адаптивного фильтра 720/820 отличается от часто используемого способа инициализации всех отводов адаптивных фильтров до нуля и предоставления возможности адаптации направлять их к корректным значениям. В одном варианте осуществления данная уникальная инициализация используется, поскольку она приводит к более быстрой сходимости. Важно выбирать небольшую константу адаптации µ для алгоритма адаптации Уравнения (2) по двум причинам. Во-первых, после того как адаптивные фильтры 720/820 сходятся, меньшее µ гарантирует меньшую остаточную ошибку. Во-вторых, меньшее µ дает возможность отводам адаптивного фильтра становиться очень небольшими (т.е. фактически дает возможность адаптивному фильтру отключать себя) в случае, когда Tx-мощность очень низкая (т.е. достаточно низкая для того, чтобы сформировать пренебрежительно малую величину IM2). В данном случае задача адаптивного фильтра 720/820 становится все более сложной, а именно обнаружить очень низкие IM2-составляющие, спрятанные за целевым Rx-сигналом и шумом. Если константа µ не очень мала, адаптация должна бесцельно смещаться, формируя некорректно восстановленный IM2 и мешая приемному устройству больше, чем если бы вообще ничего не делалось. Таким образом, для низкой мощности IM2 µ мало, поскольку в таком случае (т.е. в ситуациях очень низких IM2) адаптивный фильтр 720/820 отключает себя. Результатом является то, что ничего не вычитается из композитного принимаемого сигнала s в модуле 712/812 сравнения. Альтернативно, эта задача отключения адаптивного фильтра при очень низкой мощности IM2 может выполняться посредством приемного устройства 704, когда оно обнаруживает, что мощность передачи низкая, тем самым экономя усилие (т.е. мощность) для работы схем 710/810 восстановления, когда они неполезны.
В одной реализации изобретения схема подавления IM2 второго порядка по фиг.7 и схема подавления IM3 третьего порядка по фиг.8 могут быть комбинированы в одну схему, тем самым экономя затраты на реализацию и пространство. Один или более из компонентов и функций, проиллюстрированных на фиг.7 и 8, могут быть перекомпонованы и/или комбинированы в один компонент или осуществлены в нескольких компонентах без отступления от реализации. Дополнительные элементы или компоненты также могут быть добавлены без отступления от реализации.
В различных реализациях одна или более функций схемы восстановления и подавления, проиллюстрированных на фиг.2, 7 и 8, могут быть реализованы посредством блока обработки, выполненного с возможностью выполнять одну или более функций схем 710 и 810 восстановления взаимной модуляции второго и/или третьего порядка.
Фиг.9 иллюстрирует способ адаптивного подавления помех взаимной модуляции в приемном устройстве в основной полосе частот согласно одной реализации. Этот способ может быть реализован, к примеру, посредством схемы и/или процессора в различных реализациях. Композитный сигнал, имеющий помехи взаимной модуляции и принимаемый сигнал, в основной полосе частот получается 902. Линейное и/или нелинейное преобразование выполняется для первого сигнала, чтобы получить сигнал 904 подавления помех. Сигнал подавления помех вычитается из композитного сигнала, чтобы получить принимаемый сигнал 908. Композитный сигнал может быть обработан посредством линейной и/или нелинейной схемы 906 преобразования с понижением частоты до вычитания сигнала подавления помех. Нелинейное преобразование может аппроксимировать нелинейные характеристики усилителя мощности передающего устройства и нелинейные характеристики стадии усиления приемного устройства. Аналогично, линейное преобразование аппроксимирует линейные характеристики по путям передающего устройства и просачивания.
Следует отметить, что предшествующие варианты осуществления являются просто примерами и не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение. Описание вариантов осуществления предназначено быть иллюстративным и не ограничивать область применения формулы изобретения. По сути, настоящие методики могут быть легко применены к другим типам устройств, и множество альтернатив, модификаций и вариаций должно быть очевидным специалистам в данной области техники.