[发明专利]用于软件无线电系统的前端收发机

说明书

技术领域

本发明的领域是无线电收发机，尤其是在软件无线电系统的收发机中使用的前端系统。本发明的一个应用示例是无线通信系统收发机的前端。 

背景技术

移动无线通信的普及已经引起许多新的且不同的无线通信规范、技术和标准的开发和使用。一些当前标准的示例为：时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、正交频分复用(OFDM)和正交频分多址(OFDMA)。各种无线通信标准能够使包括语音通信、数据通信或任何类型的数字净荷在内的多种无线通信会话同时工作。 

以不同的射频和带宽运作的诸多不同通信标准通常需要专门针对不同通信标准而开发的收发机体系结构。因此，各个系统将使用不同的硬件体系结构。 

通过使用软件无线电来尝试克服当前和未来无线系统的专用硬件体系结构的问题得到了发展，其中，能够在相同硬件上通过软件变化来修改射频和带宽。软件无线电系统目标在于尽可能地使用软件将波形处理成经过采样的数字信号，而不是针对每个处理功能需要专用模拟硬件。随着处理器容量的提高，传统上由硬件执行的功能可以用软件执行。 

当前的软件无线电实施方案利用参数化的数字功能体(例如数字信号混频器、滤波器、插值器和抽取器(decimator))，从而对于各种无线通信技术(例如，TDMA、CDMA、OFDM或OFDMA)，将空中传输的具有高载波频率的信号转换成基带信号以用于数字信号处理。 

所有以上的无线通信技术通过正交调制使空中传输最佳化，其中，提供了隔开90°相移的两种传输信道，即，同相信道和正交信道(IQ信道)。通过两个IQ信道传输的信号或数据在以较高频率进一步传输之前被组合。IQ信道的优点在于，通过利用经过余弦振荡的振荡信号的周期性，能够顺 序地且几乎同时传输两个经过采样的信号或数据，即，经过如图1所示的正弦振荡能够使其在相位上最佳地且自然地相隔90°。 

在宽带数字通信系统中，最普遍的方法是将信道中的射频(RF)信号或中频(IF)信号直接转换成基带信号或将基带信号直接转换成射频信号或中频信号，如图1所示，其中，信号的中心频率是在0Hz，从而在进行至更高层的通信水平之前使高效的数字信号处理算法应用于信号校正和恢复。图1中的模拟发射机电路将信号从基带逐步转换到更高频率，直到该信号达到发射天线9处的期望发射频率为止。模拟接收机电路10执行反操作，将频率从在天线19处接收到的频率开始的RF信号和IF信号逐步进行转换，直到其达到基带为止。 

特定于正交混频器的模拟电路实施方案的缺陷是在混频器2和11以及振荡器3和12中产生偏移和误差。例如，这些分量通常受到较高的电路温度、热噪声以及所用的材料和设计方案的实现缺陷的影响。由混频器和振荡器产生的偏移和误差影响来自同相(I)信号路径和正交(Q)信号路径的经过组合的调制信号的质量，如在针对发射混频器输出8的公式1、针对接收混频器输出13的公式2和针对接收机混频器输出14的公式3中所示。其中，X_T是I路径的信号，X_Q是Q路径的信号，ε_T是由非理想的发射混频器产生的发射增益误差，ε_R是由非理想的接收混频器产生的接收增益误差， 是由非理想的发射振荡器产生的发射振荡相位偏移， 是由非理想的接收振荡器产生的接收振荡相位偏移。 

模拟电路的缺点产生正交调制的缺点，继而导致射频信号劣化，例如信号的幅值偏移、相位偏移和频率偏移。 

对这一问题的现有技术对策是：通过数字混频器、数字余弦和正弦振荡、理想的衰减数字滤波器、插值器和抽取器来执行数字化的正交调制，从而在从高频到基带的信号频率的不同阶段正确地对数字信号进行采样，反之亦然，如图2所示，图2示出了当前在商业通信应用中使用的典型数字前端无线电实施方案。 

使用IF采样方法，通过图2所示的数字实施方案，能够消除模拟正交混频器的误差和偏移。该方法的实施方案提供了术语数字前端无线电实施方案。数字发射正交混频器20实现数字乘法21，其中，混频器、数字振荡器22或数控振荡器(NCO)数字化地生成余弦和正弦波形以及数字加法器23。该体系结构利用单个数模转换器(DAC)28，这是该体系机构的主要优点之一。数字接收机正交混频器29执行数字乘法30，如混频器和数字振荡器31。同样，接收机体系结构利用单个模数转换器(ADC)38。