專利名稱：直接相位數(shù)字化設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及無線電接收機，更具體地說涉及數(shù)字化中頻(IF)信號相位的裝置和方法。
在無線電接收機中，相位檢測器一般用于恢復(fù)接收信號的相位信息。在利用數(shù)字相位調(diào)制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，符號限制器(slicer)確定由恢復(fù)的相位信息代表的符號。多種檢測接收信號的相位的方法都是可用的。
檢測接收信號相位的一種方法是用

圖1所示的裝置進行直接相位數(shù)字化。用這種方法，直接相位數(shù)字化裝置接受一個被限制的IF信號電壓101?；鶞?zhǔn)振蕩器103產(chǎn)生一個基準(zhǔn)振蕩器信號107。該基準(zhǔn)振蕩器信號107驅(qū)動相位區(qū)計數(shù)器并對零交叉檢測器105計時。相位區(qū)計數(shù)器產(chǎn)生一個估計的相位映象(map)109，當(dāng)限制的IF輸入信號101穿過預(yù)定電壓電平時，零交叉檢測器105進行指示。然后，在限制的IF輸入信號101每次發(fā)生零交叉時，用N位鎖存器113對估計的相位映象進行取樣，以形成數(shù)字相位信號111。
用這種方法，數(shù)字相位信號111的分辨率根據(jù)下列導(dǎo)式fref＝2nfi，直接取決于基準(zhǔn)振蕩器的頻率，其中N是相位字中想要的位數(shù)，fi是被限制的IF信號的輸入頻率，fref是基準(zhǔn)振蕩器的頻率。具有中步1.25MHz的系統(tǒng)需要40MHz的基準(zhǔn)振蕩頻率，以產(chǎn)生5位相位字和32個相位區(qū)的分辨率。直接相位數(shù)字化儀的優(yōu)勢在于，它可產(chǎn)生具有相同分辨率且使用較低頻率的基準(zhǔn)振蕩器的相位字。較低頻率的基準(zhǔn)振蕩器減少了相位解調(diào)器所需的體積、成本和功耗。而體積成本和功耗對評價無線電接收機的性能是很重要的。
圖1是說明現(xiàn)有技術(shù)的直接相位數(shù)字化儀的框圖。
圖2是根據(jù)圖1的現(xiàn)有技術(shù)的時序圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的無線電話系統(tǒng)的框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的相位解調(diào)器的框圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的直接相位數(shù)字化儀的框圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的時序圖的說明。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的4位相位區(qū)映象的說明。
圖3-7所示的無線電通信系統(tǒng)實現(xiàn)一個最佳實施例。無線電通信系統(tǒng)的接收機直接對中頻(IF)信號的相位進行數(shù)字化。在最佳實施例中，基準(zhǔn)頻率振蕩器頻率是發(fā)明背景中所述的現(xiàn)有技術(shù)的基準(zhǔn)振蕩器頻率的一半。但是，在最佳實施例中，直接數(shù)字化裝置的有效分辨率等于現(xiàn)有技術(shù)中的接直相位數(shù)字化裝置的分辨率。
基準(zhǔn)振蕩器頻率的減小是通過對在基準(zhǔn)振蕩器循環(huán)的第一個半周期發(fā)生的IF零交叉點和基準(zhǔn)振蕩器的第二個半周期發(fā)生的零交叉點之間的差分來實現(xiàn)的。最佳實施例的實現(xiàn)使用了2個零交叉檢測器。第一個零交叉檢測器由基準(zhǔn)振蕩器信號的正邊沿驅(qū)動，而第二個零交叉檢測器由基準(zhǔn)振蕩器信號的負邊沿驅(qū)動。根據(jù)負邊沿零交叉指示器和正邊沿零交叉指示器的組合，N位相位信號被修改成移位1/2個相位區(qū)。這引起輸入頻率和基準(zhǔn)頻率之間關(guān)系的修改，如fref＝2N-1fi。在這種情況下，基準(zhǔn)振蕩器頻率不是輸入頻率乘以2的多次冪(即.2x)，它使用了1991年12月13日遞交的并轉(zhuǎn)讓給同一受讓人的US.專利申請No.806，511中的頻率偏移電路。
圖3示出了應(yīng)用本發(fā)明的無線電話系統(tǒng)框圖。在該無線電話系統(tǒng)中，固定臺收發(fā)信機303向在其服務(wù)的固定地理區(qū)域內(nèi)的移動臺和便攜式無線電話發(fā)送并從所述移動臺和便攜式無線電話中接收射頻(RF)信號。無線電話301就是由固定臺收發(fā)信機303服務(wù)的這樣一個無線電話。
當(dāng)從固定臺收發(fā)信機303中接收信號時，無線電話301用一副天線305將RF信號耦合并轉(zhuǎn)換成電RF信號。該電RF信號由無線電接收機311接收。無線電接收機311電話RF電路327和相位解調(diào)器319。RF電路327產(chǎn)生個中頻(IF)信號315。該信號輸入到相位解調(diào)器319。相位解調(diào)器319輸出用于處理器321的符號信號323。處理器321把符號信號323形成用于用戶接口325的聲音或數(shù)據(jù)。用戶接口325包括麥克風(fēng)、揚聲器以及鍵盤。
當(dāng)RF信號從無線電話301向固定臺收發(fā)信機303傳送時，處理器321格式化來自用戶接口325的聲音和/或數(shù)據(jù)信號。格式化后的信號輸入發(fā)射機309。發(fā)射機309把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電RF信號。該電RF信號被轉(zhuǎn)換成RF信號并由天線305輸出。該RF信號由固定臺收發(fā)信機303接收。
圖4未示出了圖3中的相位解調(diào)器319的框圖的說明。該相位解調(diào)器319包括限制器401、直接相位數(shù)字化儀403、相位處理電路405和符號限制器419。限制器401接收IF信號315，并把該IF信號315的電壓限制為與邏輯電平0和邏輯電平1相應(yīng)的兩個電壓電平。限制器401輸出一個被限制的接收信409。如下面將要全面說明的，直接相位數(shù)字化儀403用被限制的接收信號409的零交叉點對模為2π的相位斜升函數(shù)進行取樣。在最佳實施例中模2π相位斜升函數(shù)由相位區(qū)計數(shù)器產(chǎn)生。這些樣值用于產(chǎn)生數(shù)字化的相位信號407(θ(t)+φ)。θ(t)是所要求的數(shù)字化相位信號，φ是恒定的相位偏移，它取決于固定臺收發(fā)信機303與無線電話301之間的延遲。數(shù)字化的相位信號407輸入相位處理單元405。相位處理單元405去掉恒定相位偏移(φ)。相位處理單元405可包含相干相位處理器或差分相干相位處理器。在最佳實施例中，使用差分相干相位處理器來消除恒定相位偏移(φ)。所得到的數(shù)字相位信號(θ(t)413輸入符號限制器419。符號限制器419輸出與檢測的相位信號413相應(yīng)的符號決定323。
圖5是圖4所示的直接相位數(shù)字化儀403的詳細的框圖的說明。這里，被限制的IF信號409輸入到正邊沿零交叉檢測器503和負邊沿零交叉檢測器505。在最佳實施例中，兩個零交叉檢測器503、505都在被限制的IF輸入信號409的正和負交叉點指示零交叉點。這種零交叉檢測器就是圖1中的零交叉檢測器105。本發(fā)明不依賴于特別的零交叉檢測器。其它的零交叉檢測器如僅指示被限制的IF信號的正邊沿零伏電平交叉點或僅指示被限制的IF信號的負邊沿零伏電平交叉點的檢測器也是可用的。此外，任何其它預(yù)定電壓電平交叉檢測器也查可用的。
基準(zhǔn)振蕩器501產(chǎn)生基準(zhǔn)振蕩器信號517。該基準(zhǔn)振蕩器信號517驅(qū)動N-1位相位區(qū)計數(shù)器507和用其正邊沿驅(qū)動正邊沿零交叉檢測器503，并用其負邊沿驅(qū)動負邊沿零交叉檢測器505。在最佳實施例中，N-1位相位區(qū)計數(shù)器507是4位數(shù)字計數(shù)裝置。N-1位計數(shù)器可產(chǎn)生2N-1個相位區(qū);因此，4位計數(shù)器產(chǎn)生16個相位區(qū)，如圖7中所示。分辨率M定義為可用的相位區(qū)數(shù)。這里，分辨率為16。最低有效位(LSB)或位0可接到電路的地，達到一預(yù)定電壓，或如最佳實施例所示，由頻率偏移補償(FOC)電路509產(chǎn)生。當(dāng)基準(zhǔn)振蕩器501不產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率(fref)，即基準(zhǔn)頻率為2的冪乘以中間頻率(fi)時，F(xiàn)OC電路509是很有用的。關(guān)于FOC電路509的詳細說明可從1991年12月13日遞交的題為“頻率轉(zhuǎn)移裝置和方法”，且已轉(zhuǎn)讓給同一受讓人的美國專利No.806，511中找到。N-1位相位區(qū)計數(shù)器507的N-1位輸出和LSB被輸入到N位鎖存器511。N位鎖存器511鎖存負邊沿零交叉指示器信號521。鎖存器511的輸出是數(shù)字相位信號531。
超前/滯后檢測器513用于修正數(shù)字相位信號531，有效地增加數(shù)字相位信號531的分辨率。正邊沿零交叉指示器信號519和負邊沿零交叉指示器信號521輸入到超前/滯后檢測器513中。當(dāng)負邊沿零交叉指示器信號521在正邊沿零交叉指示器信號519有效之前有效時，超前/滯后檢測器513就產(chǎn)生一個修正啟動信號523。修正啟動信號523被輸入減法器515。當(dāng)修正啟動信號有效時，減法器515減去一個最低有效位。這有效地將數(shù)字相位信號531移動了半個相位區(qū)，產(chǎn)生了如圖6所示的具有有效分辨率M′等于32個相位正的直接相位數(shù)字化設(shè)備403。該有效的32相位區(qū)分辨率在分辨率上相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)的5位估計相位映象。當(dāng)零交叉點發(fā)生在基準(zhǔn)振蕩周期的第一個半周期時，不需進行減法。當(dāng)正邊沿零交叉指示器519在負邊沿過零指示器信號521之前有效時，這種情況被識別;而迫使修正啟動信號523為低電平，且數(shù)字相位信號531不發(fā)生任何修改。其它等效的1/2相位區(qū)移相器(shifter)的實施例也是可行的，例如減去一個大于數(shù)字相位信號531的最低有效位的值的裝置。
圖6示出了圖5所示的最佳實施例的時序圖。波形601是基準(zhǔn)振蕩器信號517的示例性說明。波形603是FOC電路509提供的具有最低有效位的N-1位相位區(qū)計數(shù)器輸出的信號525的示例性說明。波形605示出了在基準(zhǔn)振蕩器循環(huán)的第二半周期中，通過從信號525中減去一個LSB而得到的提交的分辨率。把圖6與圖2相比較，圖2的基準(zhǔn)振蕩器信號201的周期是圖6的基準(zhǔn)振蕩器信號601的周期的一半。而圖2的相位區(qū)計數(shù)器輸出203的結(jié)果與圖6的有效相位區(qū)計數(shù)器輸出605相同。因此，本實施例提供了一個具有相同的分辨率且需要減小的基準(zhǔn)振蕩器頻率的直接相位數(shù)字化設(shè)備。減小振蕩器所需的頻率有效地減少了無線電接收機的成本、功耗和大小。
權(quán)利要求
1.一種接受具有一相位和第一預(yù)定頻率的中頻信號的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其特征在于包括用于產(chǎn)生具有正、負邊沿和第二預(yù)定頻率的基準(zhǔn)振蕩器信號的裝置；用于產(chǎn)生根據(jù)所述第二預(yù)定頻率且具有第一預(yù)定的M個相位區(qū)的分辨率的估計相位映象的裝置；第一裝置，用于響應(yīng)所述基準(zhǔn)振蕩器信號的所述正邊沿，檢測中頻信號的預(yù)定電壓電平交叉點，形成正交叉信號的裝置；第二裝置，用于響應(yīng)所述基準(zhǔn)振蕩器信號的所述負邊沿，檢測中頻信號的預(yù)定電壓電平交叉點，形成負交叉信號的裝置；響應(yīng)所述第一裝置，取樣所述估計相位映象并構(gòu)成一數(shù)字相位信號的裝置；以及響應(yīng)所述第一和第二裝置，修正所述數(shù)字相位信號，使數(shù)字相位信號有一個大于第一預(yù)定分辨率M的有效分辨率M′的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其中所述第一和第二裝置僅檢測中頻信號的正預(yù)定電壓電平交叉點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其中所述第一和第二裝置僅檢測中頻信號的負預(yù)定電壓電平交叉點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其中所述第一和第二裝置檢測中頻信號的正的和負的預(yù)定電壓電平交叉點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其中所述產(chǎn)生所述估計相位映象的裝置還包括一個數(shù)字計數(shù)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其中所述修正所述數(shù)字相位信號的裝置還包括監(jiān)控正交叉和負交叉信號的裝置;當(dāng)負交叉信號在正交叉信號有效前有效時，產(chǎn)生修正啟動信號的裝置;響應(yīng)修正啟動信號，將數(shù)字相位信號移相半個相位區(qū)的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其中取樣所述估計相位映象的裝置響應(yīng)所述第二裝置。
8.一種接受具有一相位和第一預(yù)定頻率的中頻(IF)信號的直接相位數(shù)字化設(shè)備，其特征在于包括基準(zhǔn)振蕩器，產(chǎn)生具有正和風(fēng)邊沿以及第二預(yù)定頻率的基準(zhǔn)振蕩器信號;計數(shù)裝置，產(chǎn)生依賴所述第二預(yù)定頻率，并具有預(yù)定的M個相位區(qū)的分辨率的估計相位映象;第一零交叉檢測器，響應(yīng)所述基準(zhǔn)振蕩器信號的所述正邊沿，檢測IF信號的零交叉點，構(gòu)成正邊沿零交叉指示器信號;第二零交叉檢測器，響應(yīng)所述基準(zhǔn)振蕩器信號的所述負邊沿，檢測IF信號的零交叉點，構(gòu)成負邊沿零交叉指示器信號;鎖存裝置，響應(yīng)負邊沿零交叉指示器信號，取樣所述估計相位映象，以形成數(shù)字相位信號;檢測裝置，用于在負邊沿零交叉指示器信號超前正邊沿零交叉指示器信號時進行檢測，并作為響應(yīng)產(chǎn)生修正啟動信號;以及減法裝置，用于響應(yīng)修正啟動信號，從所述數(shù)字相位信號中減去1/2個相位區(qū)。
9.一種接收第一射頻(RF)信號的無線電接收機，其特征在于包括用于把第一RF信號轉(zhuǎn)換成具有一相位和第一預(yù)定頻率的中頻(IF)信號的裝置;一相位解調(diào)裝置，它包括用于限制IF信號的電壓范圍，形成限制的IF信號的裝置;用于產(chǎn)生具有正邊沿和負邊沿且有第二預(yù)定頻率的基準(zhǔn)振蕩器信號;用于產(chǎn)生依賴所述第二預(yù)定頻率并具有第一預(yù)定分辨率的估計相位映象的裝置，第一裝置，用于響應(yīng)所述基準(zhǔn)振蕩器信號的所述正邊沿，檢測限制的IF信號的預(yù)定的電壓電平交叉點，以形成正交叉信號，第二裝置，用于響應(yīng)所述基準(zhǔn)振蕩器信號的所述負邊沿，檢測限制的IF信號的預(yù)定的電壓電平交叉點，以形成負交叉信號;響應(yīng)所述第一裝置的檢測，取樣所述估計的相位映象，形成數(shù)字相位信號的裝置，響應(yīng)所述第一和所述第二裝置的檢測，修正所述數(shù)字相位信號的裝置，使數(shù)字相位信號具有大于估計相位映象的第一預(yù)定分辨率的有效分辨率，以及用于響應(yīng)修正的數(shù)字相位信號產(chǎn)生符號決定的裝置。
10.直接相位數(shù)字化的方法，其特征在于接受具有一相位和第一預(yù)定頻率的中頻信號;產(chǎn)生具有正和負邊沿以及第二預(yù)定頻率的基準(zhǔn)振蕩器信號;產(chǎn)生依賴于第二預(yù)定頻率且有第一預(yù)定的M個相位區(qū)分辨率的估計相位映象;響應(yīng)基準(zhǔn)振蕩器信號的正邊沿檢測中頻信號的預(yù)定電壓電平交叉點，并形成正交叉信號;響應(yīng)基準(zhǔn)振蕩器信號的負邊沿檢測中頻信號的預(yù)定電壓電平交叉點，并形成負交叉信號;響應(yīng)檢測的第二步，取樣估計的相位映象，并形成數(shù)字相位信號;以及響應(yīng)檢測的第一和第二步，修正數(shù)字相位信號。
全文摘要
一種無線電接收機，直接數(shù)字化具有所要分辨率的IF信號的相位。直接相位數(shù)字化儀中基準(zhǔn)振蕩器的頻率與相同分辨率所需的現(xiàn)有技術(shù)的頻率相比被減小。該頻率減小是通過在基準(zhǔn)振蕩器周期的第一個半周期出現(xiàn)的IF零交叉點和第二個半周期出現(xiàn)的零交叉點之間的差分來實現(xiàn)的。該設(shè)備利用2個零交叉檢測器，第一個由基準(zhǔn)振蕩器信號的正邊沿驅(qū)動，第二個由負邊沿驅(qū)動。根據(jù)負、正沿零交叉指示器的組合，將N位移位信號修正或移位1/2個相位區(qū)。
文檔編號H03L7/085GK1100859SQ94104600
公開日1995年3月29日 申請日期1994年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月8日
發(fā)明者克里斯托弗·P·拉羅薩, 邁克爾·J·卡尼 申請人:莫托羅拉公司