專利名稱：使用折疊選擇頻帶濾波的低噪聲發(fā)射器結構及其方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及無線電通信領域。特別地，本發(fā)明涉及使用折疊選擇頻帶濾波以產(chǎn)生低噪聲發(fā)射信號的發(fā)射器結構。
現(xiàn)今在無線電話中使用的通用發(fā)射器(Tx)結構使用了后功率放大器(PA)以使電話符合具體接收器的頻帶噪聲要求，此要求是由具體RF頻帶的具體標準和電話所工作的系統(tǒng)限定的。Rx頻帶的噪聲源之一是由通常被叫做PA噪聲折疊的機制產(chǎn)生的。PA噪聲折疊是一種交叉調制(IM)現(xiàn)象，其中，Tx帶內噪聲在PA器件中與更高功率的載波信號交叉調制(或混合)，導致噪聲出現(xiàn)在系統(tǒng)Rx頻帶。從Tx噪聲變換來的Rx噪聲的電平是由PA器件的變頻損耗決定的。


圖1說明了無線電話的常規(guī)Tx順序框圖。圖2說明了在個人通信系統(tǒng)(PCS)中使用的Tx和Rx頻帶。Tx頻帶的帶寬TxBW210是60MHz，其中最低Tx頻率為1850MHz處的Txmin212，最高Tx頻率為1910MHz處的Txmax214。Rx頻帶的帶寬RxBW216是60MHz，其中最低Rx頻率為1930MHz處的Rxmin218，最高Rx頻率為1990MHz處的Rxmax220。Tx和Rx頻帶之間的頻率間隔Int 222是20MHz。圖3說明了出現(xiàn)在無線電話Tx信號312的濾波器114之前的一般調制器110輸出端的線112上的固有噪聲電平Nfl310，該無線電話以與1910MHz處的Txmax316相等的載波頻率fc314發(fā)射。如圖4中所說明的，典型情況下，濾波器114在Tx頻帶422內有較低的介入損耗TxIL410，而在Tx頻帶之外有較高的介入損耗RxIL。如圖5所說明的，如果fc處的Tx信號510及其相關的噪聲通過濾波器114，由于TxIL516的介入損耗，出現(xiàn)在Tx頻帶512中的線116上的固有噪聲電平從Nfl514降到NTx518，同時由于RxIL522的介入損耗，在Rx頻帶520中的固有噪聲電平從Nfl514降到NRx524。
圖6中說明了從PA 118的輸出端觀察到的信號的表示。PA 118通過增益因子GpA610放大了Tx信號510和NTx518，同時伴隨NTx614產(chǎn)生了Tx信號612。此外，如圖6所說明的，由于PA 118的非線性，固有噪聲電平Nfl518將從1850MHz到1910MHz明顯地折疊在位于fc＝1910MHz的Tx信號612之上，并將從1910MHz到1970MHz通過變頻損耗Lfold616變換為NRx_out618。與Rx頻帶622在從1930MHz到1970MHz交疊的NRx_out618的一部分620必須減到由標準限定的符合系統(tǒng)Rx頻帶的噪聲要求。
對于設計工作在四個不同頻帶內的無線電話，Rx的噪聲要求可能需要使用四個不同的諸如圖1中示出的122的后PA濾波器，其中的每一個都被具體設計為符合各自頻帶的Rx噪聲要求。這些后PA濾波器一般與無線電話相比很大，并且價格昂貴。通過消除這些濾波器，可以較少成本制造較小的無線電話。此外，應該去除PA必須消除的、通過濾波器的介入損耗，從而提高發(fā)射器的整體效率。例如，如果通過后PA濾波器的損耗為3dB且期望的輸出功率為30dBm(或者1瓦特)，那么為了消除損耗，PA必須在PA的輸出端產(chǎn)生3dB以上或者33dBm(或者2瓦特)的功率。這意味著，將不得不損失產(chǎn)生功率的一半以減小不希望的噪聲。通過后PA濾波器的損耗將依據(jù)標準限定的要求和所使用濾波器的類型而不同，然而，仍舊損失PA產(chǎn)生的RF功率的重要部分?？梢酝ㄟ^除去PA后的濾波器來降低PA輸出功率的要求。PA在降低輸出功率要求的同時將消耗更少的功率，這將帶來更長的通話時間，并且也可以使用更小、更低成本的PA器件。因此，通過除去后PA濾波器或多個濾波器并使用一個或幾個更小的PA器件，可以減小無線電話的整體大小并且改善其效率。
根據(jù)具體TX頻帶內的Tx信號的頻率，將調制器產(chǎn)生的Tx信號傳送通過不同濾波器，同時設計每個濾波器以降低具體TX頻帶內某個預定區(qū)域的固有噪聲電平。例如，個人通信系統(tǒng)(PCS)具有從1850MHz到1910MHz的Tx頻帶，可以將該Tx頻帶分成兩個頻帶，一個從1850MHz到1890MHz，另一個從1890MHz到1910MHz，使用具有相應頻率通帶的兩個不同的濾波器。如果產(chǎn)生的Tx信號具有1900MHz的頻率，那么將發(fā)送該Tx信號通過具有從1890MHz到1910MHz通帶的濾波器。由于通過了具有從1890MHz到1910MHz通帶的濾波器，該1900MHz的Tx信號將降低從1890MHz到1910MHz的通帶外的、包括從1850MHz到1890MHz的Tx頻帶一部分的固有噪聲電平。由于PA非線性引起的交叉調制現(xiàn)象，Tx信號的固有噪聲電平對折疊噪聲的產(chǎn)生起了作用。然而，因為對于Tx信號，通過適當帶通濾波器可以降低Tx頻帶內的部分固有噪聲電平，而且因為折疊噪聲的產(chǎn)生是一個非線性現(xiàn)象，因此生成的降低了的固有噪聲電平將明顯無助于由PA產(chǎn)生的折疊噪聲。
調制器710在Tx信道上產(chǎn)生發(fā)射(Tx)信號，Tx信道具有與期望要被發(fā)射的射頻(RF)Tx信號基本上相等的頻率。
經(jīng)由線714與調制器連接以接收Tx信號的第一切換開關712基于Tx信道將Tx信號傳到一個合適的預設路徑——線716或718，并產(chǎn)生第一已切換Tx信號。
經(jīng)由線716與第一切換開關712連接以接收第一已切換Tx信號的第一濾波器720在線722上產(chǎn)生第一已濾波Tx信號。第一濾波器720在Tx頻帶內具有第一通帶，在第一通帶外提供比第一通帶內更高的介入損耗。
經(jīng)由線718與第一切換開關712連接以接收第一已切換Tx信號的第二濾波器724在線726上產(chǎn)生第二已濾波Tx信號。第二濾波器724在同樣的Tx頻帶內具有與第一通帶不同的第二通帶，并且在第二通帶外提供比第二通帶內更高的介入損耗。
經(jīng)由線722和726與第一和第二濾波器連接的第二切換開關728基于Tx信道，分別接收第一或第二已濾波Tx信號，并產(chǎn)生第二已切換Tx信號。
與第二切換開關連接的功率放大器(PA)730經(jīng)由線732接收第二已切換Tx信號，并在線734上的PA輸出端產(chǎn)生用于發(fā)射的放大Tx信號。
接下來的例子說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例在工作于PCS頻帶的無線電話中的實施。圖8說明了用于個人通信系統(tǒng)頻帶的該發(fā)射器結構例的框圖。
PCS中的Tx頻帶是從大約1850MHz到大約1910MHz，并且可以用下面的公式來計算與信道號n有關的頻率TxfreqTxfreq＝0.030*n+1849.98(MHz)，1≤n≤1999PCS中的Rx頻帶是從大約1930MHz到大約1990MHz，并且可以用下面的公式來計算與信道號n有關的頻率RxfreqRxfreq＝0.030*n+1930.02(MHz)，1≤n≤1999噪聲折疊現(xiàn)象是由具有造成Tx信號和Tx信號附近噪聲之間交叉調制的非線性響應的PA造成的。對于位于最高Tx頻率的Tx信號，可以折疊出現(xiàn)在Rx頻帶并與Rx頻帶交疊的Tx頻帶中的范圍是從1850MHz到1890MHz。降低Tx頻率的同時，交疊的Tx頻率范圍也會降低。對于1900MHz的Tx信號，交疊的Tx頻帶中的頻率范圍是從1850MHz到1870MHz。因此，可以將Tx頻帶分成兩個頻帶一個從1850MHz到1890MHz，另一個從1890MHz到1910MHz。
將這些頻帶分配給圖8中的濾波器后，圖9說明了具有從1850MHz 914到1890MHz 916的通帶TxpB1912的第一濾波器820的頻率響應910，圖10說明了具有從1890MHz 1014到1910MHz 1016的通帶TxPB21012的第二濾波器824的頻率響應1010。濾波器820和824分別具有帶內介入損耗IL1_in918和IL2_in1018，同時分別具有帶外介入損耗IL1_out920和IL2_out1020。
首先給無線電話分配一個Tx信道，例如頻率為1909.92MHz的信道1998?；谛诺婪峙?，預先設定Tx信號的路徑，同時，通過確認此信道中產(chǎn)生的Tx信號必將通過第二濾波器824路徑，使無線電話適當?shù)胤謩e激活第一和第二切換開關814和828。然后，調制器810在頻率為1909.92MHz的信道1998上產(chǎn)生Tx信號。圖11中說明了調制器810輸出端812處的Tx信號1110的示意。在這一階段，對應于Tx信號1110的固有噪聲電平1112相對地均勻一致。
由于第一和第二切換開關，Tx信號可以發(fā)送通過濾波器824，并在PA 832的輸入端產(chǎn)生已濾波Tx信號。圖12中說明了PA 832輸入端830處的已濾波Tx信號1210及其相對應的固有噪聲電平1212的示意。如圖所示，對應于Tx信號1210的固有噪聲電平1212不再是均勻一致的，可以在Rx頻帶1216折疊出現(xiàn)為噪聲的Tx頻帶范圍1214相對于折疊時落在Rx頻帶1216之外的濾波器824的通帶1220內的固有噪聲電平1218(的頻率范圍)將減小。固有噪聲電平在幅度上的減少量1222與濾波器824的帶外衰減1020是相等的。該Tx信號1210連同降低了的固有噪聲電平現(xiàn)在進入PA 832。由于因PA非線性而引起的交叉調制現(xiàn)象，對應于Tx信號的固有噪聲電平有助于折疊噪聲的產(chǎn)生。然而，因為通過濾波器824會減小Tx頻帶1222內的固有噪聲電平范圍1214，并且因為折疊噪聲的產(chǎn)生是一個非線性現(xiàn)象，在范圍1214內，生成的降低了的固有噪聲電平將明顯無助于由PA產(chǎn)生的折疊噪聲。圖13中說明了在PA 832的輸出端834生成的Tx信號1310的示意。在PA輸出端834，Tx信號1310現(xiàn)在在Rx頻帶具有足夠低的噪聲電平1312，從而不需要由后PA濾波器進行進一步的濾波以滿足Rx頻帶的噪聲要求1316。
通過去除后PA濾波器，將不會再要求PA產(chǎn)生額外的功率以消除由通過后PA濾波器的Tx信號所帶來的損耗，因此就可以使用小功率的而且更小的PA器件了。無線電話將會消耗更少的功率來產(chǎn)生相同輸出功率級的RF Tx信號，同時節(jié)省了原本將由后PA濾波器所占用的電路板空間，從而使減小無線電話的大小成為可能。
本例介紹了將工作在PCS中的具有Tx結構的無線電話，該Tx結構使用了覆蓋Tx頻帶的兩個帶通濾波器，其中每個濾波器在Tx頻帶內都具有不同的通帶。根據(jù)無線電話及其工作的諸如高級移動電話服務(AMPS)、時分多址(TDMA)、全球移動電話系統(tǒng)(GSM)、碼分多址(CDMA)、寬帶碼分多址(W-CDMA)和第三代服務(3G)系統(tǒng)的頻率覆蓋和噪聲電平的要求，可以在類似于本例所介紹的方法和結構的Tx結構中使用多于兩個的濾波器。
雖然本發(fā)明集中蜂窩系統(tǒng)的無線電話，但是也可以不局限于諸如雙向尋呼機、無線電話的電信傳輸系統(tǒng)，諸如電纜調制解調器和LAN的高速調制解調器，以及如有線電視應用的電纜傳輸，而在使用窄帶或寬帶系統(tǒng)的其他領域中使用。
盡管說明和介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本發(fā)明并非是受這樣限制的。本領域普通技術人員都將認識到，在不背離由權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍，存在眾多的修改、改變、變種、置換以及等價替換。
權利要求
1.一種用于將在具體Tx頻帶內的射頻(RF)發(fā)射(Tx)信號發(fā)送到分離路徑的設備，其包括切換開關；與所述切換開關連接的第一濾波器，用于接收已切換的Tx信號并且產(chǎn)生第一已濾波的Tx信號；和與所述切換開關連接的第二濾波器，用于接收已切換的Tx信號并且產(chǎn)生第二已濾波的Tx信號；其中，所述切換開關基于具體Tx頻帶內的Tx信號的信道分配與所述第一和第二濾波器中的一個相連。
2.根據(jù)權利要求1的設備，其中所述第一濾波器在Tx頻帶內具有第一通帶，并在第一通帶外提供比第一通帶內更高的介入損耗。
3.根據(jù)權利要求1的設備，其中所述第二濾波器在Tx頻帶內具有不同于所述第一通帶的第二通帶，并在第二通帶外提供比第二通帶內更高的介入損耗。
4.根據(jù)權利要求1的設備，其中所述的均位于Tx頻帶內的第一通帶和第二通帶不具有公共的頻率范圍。
5.根據(jù)權利要求1的設備，其中所述的均位于Tx頻帶內的第一通帶和第二通帶交疊。
6.根據(jù)權利要求1的設備，進一步包括與所述切換開關連接的調制器，用于產(chǎn)生具有與所期望的RF Tx頻率完全相等的Tx信號頻率的Tx信號。
7.根據(jù)權利要求1的設備，進一步包括與所述第一和第二濾波器連接的第二切換開關，其中，所述第二切換開關根據(jù)在具體Tx頻帶內基于的信道分配，與所述第一和第二濾波器中的一個相連，并且產(chǎn)生第二已切換的Tx信號。
8.根據(jù)權利要求1的設備，進一步包括與所述第二切換開關連接的功率放大器(PA)，用于接收第二已切換的Tx信號并且在PA輸出端產(chǎn)生用于發(fā)射的放大Tx信號。
9.一種用于通過將具體Tx頻帶內的RF Tx信號發(fā)送到分離路徑以產(chǎn)生具有減小了的噪聲的射頻(RF)發(fā)射(Tx)信號的設備，其包括用于產(chǎn)生具有與期望的RF Tx頻率基本相等的Tx信號頻率的Tx信號的調制器；與所述調制器連接、用于接收Tx信號的第一切換開關；與所述第一切換開關連接的、用于接收第一已切換Tx信號并產(chǎn)生第一已濾波Tx信號的第一濾波器，該濾波器在Tx頻帶內具有第一通帶，并且在第一通帶外提供比第一通帶內更高的介入損耗；與所述第一切換開關連接的、用于接收第一已切換Tx信號并產(chǎn)生第二已濾波Tx信號的第二濾波器，該濾波器在Tx頻帶內具有不同于所述第一通帶的第二通帶，并且在第二通帶外提供比第二通帶內更高的介入損耗；與所述第一和第二濾波器連接的、用于分別接收第一和第二已濾波Tx信號的第二切換開關，該第二切換開關產(chǎn)生第二已切換Tx信號；和與第二切換開關連接的、用于接收第二已切換Tx信號以在PA輸出端產(chǎn)生用于發(fā)射的放大Tx信號的功率放大器(PA)；其中，所述第一和第二切換開關根據(jù)在具體Tx頻帶內基于Tx信號的信道分配，與所述第一和第二濾波器中的一個相連。
10.一種用于通過將具體Tx頻帶內的RF Tx信號發(fā)送到分離路徑以產(chǎn)生具有減小了的噪聲的射頻(RF)發(fā)射(Tx)信號的方法，其步驟包括基于Tx信號的信道分配，為Tx信號決定合適的路徑，其中該合適路徑為均具有帶通濾波器的多條路徑中的一條；為Tx信號建立合適的路徑；和通過所述合適的路徑傳送Tx信號。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述的多條路徑中每一條的帶通濾波器在Tx頻帶內具有一個通帶，并且該通帶不同于其它帶通濾波器的通帶。
12.根據(jù)權利要求10的方法，其中所述的合適路徑具有帶通濾波器，該帶通濾波器具有包含分配給Tx信號的信道的通帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了能產(chǎn)生射頻(RF)發(fā)射(Tx)信號、用于無線電話的一種設備，其中該無線電話可以無需后功率放大器(PA)吸收濾波器而噪聲足夠低。第一和第二切換開關(714和728)基于Tx信號的頻率，將調制器(710)產(chǎn)生的Tx信號傳送通過不同的濾波器，同時設計每個濾波器(720和724)以降低具體TX頻帶內某個預定區(qū)域的固有噪聲電平。由于PA(732)非線性引起的交叉調制現(xiàn)象，Tx信號的固有噪聲電平有助于折疊噪聲的產(chǎn)生。然而，因為對于Tx信號，通過適當帶通濾波器可以降低Tx頻帶內的部分固有噪聲電平，而且因為折疊噪聲的產(chǎn)生是一個非線性現(xiàn)象，因此生成的降低了的固有噪聲電平將明顯無助于由PA(732)產(chǎn)生的折疊噪聲。
文檔編號H04B1/04GK1473407SQ02802888
公開日2004年2月4日 申請日期2002年8月20日 優(yōu)先權日2001年9月21日
發(fā)明者丹·諾貝, 唐納德·約克姆, 戴維P·科瓦奇, 約克姆, た仆咂, 丹 諾貝 申請人:摩托羅拉公司