无线通信设备及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无线通信设备，其包括：被配置为从周围环境接收射频信号的天线。所述天线的特征由天线阻抗来表征，而所述射频信号的特征由预定的频率来表征。无源混频器组件，其被耦连到天线，而无需射频匹配网络。该无源混频器组件的特征由对于天线所表现出的无源混频器阻抗来表征。该无源混频器组件包括多个基带混频器端口。所述无源混频器组件被配置为对所述射频信号进行降频转换并提供多个基带信号。所述多个基带信号中的每个基带信号从多个基带混频器端口中的一对应端口被直接输出，并且其特征由多个预定相位中的一个预定相位来表征。基带低噪声放大器(基带LNA)组件，其被耦连到所述无源混频器组件。该基带LNA组件包括一基带LNA输入部分，该基带LNA输入部分被配置为接收来自所述无源混频器组件的多个基带信号。所述基带LNA组件被配置为从一基带LNA输出部分提供多个经放大的基带信号。基带反馈网络，其被耦连在所述基带LNA输出部分和所述基带LNA输入部分之间。所述基带反馈网络包括多个第一可调电阻性元件。所述多个第一可调电阻性元件可以被有选择性地调节，使得无源混频器阻抗在预定的射频频率下基本上相匹配于天线阻抗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及软件无线电系统，尤其是涉及射频接口。2.
技术介绍
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I (a)_l (d)所示，SDR可以用各种不同的形式要素来实现。图I (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
技术人员很容易理解，本专利技术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(I)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。从原理上讲，直接转换接收机除了为实现功能所需的混频器和本地振荡器之外不需要任何射频部件。事实上，早期的零差接收机只包括这些部件；天线被直接连接到混频器，而不使用射频LNA。然而，为了提供天线阻抗匹配，这种方法需要在天线和混频器之间增加一些额外的元件。如上所述，LC阻抗匹配电路是和频率相关的，因此，在本质上是窄带的。此外，这种方法并不提供任何抗带外干扰的能力。因此，需要有一种宽带可编程的软件无线电(SDR)接收机，它能够解决上述方法中所存在的问题。尤其是需要有这样一种SDR，其能够解决与阻抗匹配、噪声系数、以及抗带外干扰相关的问题。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种具有基带可编程RF带通滤波器(BPF)的软件无线电(SDR)接收机来解决上述需求，并实现了复阻抗匹配。本专利技术所述接收机采用了第一种方法中的无源混频器，省去了传统的射频滤波器、射频匹配网络和LNA。此外，本专利技术在基带上实现了这三个组成部件，并利用无源混频器的透明性质将它们的作用传递到天线。其结果是，本专利技术提供了显著的好处，如具有极低的功率，或者大大提高了调谐范围及线性度。本专利技术的一个方面涉及一种无线通信设备，其包括被配置为接收来自周围环境的射频信号的天线。所述天线的特征由天线阻抗来表征，而所述射频信号的特征由预定的频率来表征。无源混频器组件，其被耦连到所述天线，而无需射频匹配网络。所述无源混频器组件的特征由对于天线所表现出的无源混频器阻抗来表征。所述无源混频器组件包括多个基带混频器端口。所述无源混频器组件被配置为对射频信号进行降频转换，并提供多个基带信号。所述多个基带信号中的每个基带信号从所述多个基带混频器端口中的一对应端口被输出，并且其特征由多个预定相位中的一个预定相位所表征。基带低噪声放大器(基带LNA)组件，其被耦连到所述无源混频器组件。所述基带LNA组件包括一基带LNA输入部分，该基带LNA输入部分被配置为从所述无源混频器组件接收多个基带信号。所述基带LNA组件被配置为从一基带LNA输出部分提供多个经放大的基带信号。基带反馈网络，其被耦连在所述基带LNA输出部分和所述基带LNA输入部分之间。所述基带反馈网络包括多个第一可调电阻性元件。所述多个第一可调电阻性元件能够被有选择性地调节，使得无源混频器阻抗在预定的射频频率下基本上匹配于天线组抗。另一方面，本专利技术涉及一种无线通信设备，其包括被配置为接收来自周围环境的射频信号的天线。所述天线的特征由天线阻抗来表征，而所述射频信号的特征由预定的频率来表征。无源混频器组件，其被耦连到天线，而无需射频匹配 网络。所述无源混频器组件的特征由对于天线表现出的无源混频器阻抗来表征。所述无源混频器组件包括多个基带混频器端口。所述无源混频器组件被配置为对射频信号进行降频转换，并提供多个基带信号。所述多个基带信号中的每个基带信号由所述多个基带混频器中的一对应端口输出，并且其特征由多个预定相位中的一个预定相位来表征。基带低噪声放大器(基带LNA)，其被耦连到所述无源混频器组件。所述基带LNA包括一基带LNA输入部分，该基带LNA输入部分被配置为从所述无源混频器组件接收多个基带信号。所述基带LNA被配置为从一基带LNA输出部分提供多个经放大的基带信号。基带反馈网络本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.04 US 61/301,3301.一种无线通信设备，包括 被配置为接收来自周围环境的射频信号的天线，所述天线的特征由天线阻抗来表征，而所述射频信号的特征由预定的频率来表征； 无源混频器组件，其被耦连到所述天线，而无需射频匹配网络，所述无源混频器组件的特征由对于天线所表现出的无源混频器阻抗来表征，所述无源混频器组件包括多个基带混频器端ロ，所述无源混频器组件被配置为对射频信号进行降频转换，并提供多个基带信号，所述多个基带信号中的每个基带信号从所述多个基带混频器端ロ中的一对应端ロ被输出，并且其特征由多个预定相位中的一个预定相位所表征； 基带低噪声放大器(基带LNA)组件，其被耦连到所述无源混频器组件，所述基带LNA组件包括一基带LNA输入部分，该基带LNA输入部分被配置为从所述无源混频器组件接收多个基带信号，所述基带LNA组件被配置为从一基带LNA输出部分提供多个经放大的基带信号；以及 基带反馈网络，其被耦连在所述基带LNA输出部分和所述基带LNA输入部分之间，所述基带反馈网络包括多个第一可调电阻性元件，所述多个第一可调电阻性元件能够被有选择性地调节，使得无源混频器阻抗在预定的射频频率下基本上匹配于天线组抗。2.如权利要求I所述的设备，其中所述多个第一可调阻性部件能够被有选择性地调节，以调节与所述基带LNA相关的增益。3.如权利要求I所述的设备，其中所述基带反馈网络还包括一可切換的基带网络，其被耦连在所述基带LNA输出部分和所述多个基带混频器端ロ之间，该可切換的基带电路包括多个第二可调电阻性元件，这些第二可调电阻性元件能够被有选择性地调节，使得所述无源滤波器阻抗在预定的射频频率下基本上匹配于天线阻抗的复共轭。4.如权利要求3所述的设备，其中所述可切換的基带网络被配置为根据选定的连接状态使所述多个经放大的基带信号中的第一部分被可切換地互连到所述多个基带混频器端口中的第二部分，并使所述多个经放大的基带信号中的第二部分被可切換地互连到所述多个基带混频器端ロ中的第一部分。5.如权利要求4所述的设备，其中所述选定的连接状态能够至少在第一连接状态和第ニ连接状态之间切換，所述无源混频器阻抗的电抗极性可通过下述方式来选择即选择所述第一连接状态或第二连接状态中的ー个，使第一连接状态的极性与第二连接状态的极性相反。6.如权利要求3所述的设备，其中所述复共轭包括一个实部和ー个电抗虚部，所述实部对应于所述多个第一可调电阻性元件，所述电抗虚部对应于所述多个第二可调电阻性元件。7.如权利要求6所述的设备，其中所述电抗虚部的极性对应于所述可切換的基带网络的互连状态。8.如权利要求I所述的设备，其中所述多个预定相位包括2N个预定相位，其中N为大于或等于2的整数。9.如权利要求I所述的设备，其中所述无源混频器组件还包括多个可调谐采样电容，所述无源混频器阻抗是与所述多个可调谐采样电容中的每个采样电容相关的数值的函数。10.如权利要求9所述的设备，其中所述多个可调谐采样电容中的每个采样电容在所述多个基带混频器端口中的每ー个端ロ处被耦连到所述多个第一可调电阻性元件中对应的一个电阻性元件，每个可调谐采样电容及其相应的第一可调电阻性元件形成了一个可调谐的带通滤波器，该带 通滤波器具有可调谐的预定品质因数(Q)。11.如权利要求I所述的设备，其中所述无源混频器组件还包括 分频器组件，其被配置为将本振(LO)信号划分成多个本振(LO)脉冲，每个LO脉冲的特征由所述多个预定相位中的一个预定相位来表征；以及 耦连到所述分频器的多个开关，所述多个开关中的每个开关被配置为将射频信号与所述多个本振(LO)脉冲中的ー个LO脉冲相乘,从而产生所述多个基带信号中的一个基带信号。12.如权利要求11所述的设备，其中所述多个基带信号包括多个同相基带信号和多个正交相基带信号，并且其中所述多个经放大的基带信号包括多个经放大的同相基带信号和多个经放大的正交相基带信号。13.如权利要求12所述的设备，其中所述多个基带信号包括多个差分基带信号，并且其中所述多个经放大的基带信号包括多个经放大的差分基带信号。14.如权利要求11所述的设备，其中所述多个开关包括多个开关对，所述多个开关对中的每个开关对包括一第一开关和一第二开关，所述第一开关被配置为将所述射频信号与第一 LO脉冲相乘，所述第二开关被配置为将所述射频信号与第二 LO脉冲相乗，所述第二 LO脉冲的相位与所述第一 LO脉冲相差180°。15.如权利要求14所述的设备，其中所述基带LNA组件包括耦连到所述多个开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·莫尔纳，C·安德鲁斯，
申请(专利权)人：康奈尔大学，
类型：
国别省市：