CN101647205A - 无线通信设备中对发送信号泄露的抑制 - Google Patents

无线通信设备中对发送信号泄露的抑制 Download PDF

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Abstract

本公开描述了用于降低全双工无线通信系统中发送信号泄露的负面影响的技术。本公开描述了用于降低经由双工器来自发射机的发送信号泄露的二阶失真和互调失真的负面影响的技术。所述技术在抑制发送泄露信号的至少一部分时是有效的，由此降低或消除失真。所述自适应滤波器可以包括估计器电路，用于生成发送泄露信号估计。加法器从所接收的信号中减去所述估计，以消除发送泄露并产生输出信号。所述估计器电路基于参考信号和来自所述输出信号的反馈，生成发送泄露信号估计。所述参考信号近似等于用于在发射机中生成发送信号的载波信号。所述参考信号可以由用于产生发送载波信号的同一振荡器提供。

Description

无线通信设备中对发送信号泄露的抑制
技术领域
本公开通常涉及无线通信设备，并且更为具体地，涉及用于降低无线全双工通信系统中发送信号泄露的负面影响的技术。
背景技术
无线全双工通信系统可以同时发送和接收信号，以支持双向通信。在发送路径中，功率放大器对射频(RF)信号进行放大以用于发送。发送(TX)信号被路由通过双工器，并且经由天线来发送。在接收路径中，经由天线接收期望的接收(RX)信号，并且通过双工器将所述期望RX信号耦合到低噪声放大器(LNA)。在由所述LNA进行放大后，可以对所述RX信号进行滤波，并通过混频器将所述RX信号下变频到基带。利用其它组件对经过下变频后的RX信号进行处理，以恢复所接收的数据。
在全双工通信系统中，发送路径可以对RX路径产生干扰。可以将TX信号的一部分从双工器耦合到RX路径，从而导致TX信号泄露。TX信号泄露可以在由RX路径处理的所述期望信号中产生干扰。所述干扰可以包括二阶失真和互调失真(XMD)。由于发射机频率不同于接收机频率，所以可以滤除所述TX信号泄露。然而，即使利用滤波，通常还保留有残余量的TX信号泄露，从而导致经由所述天线接收的期望RX信号的潜在恶化。与经由双工器上的泄露接收的TX信号不同，所述期望RX信号是经由天线接收的信号。
发明内容
通常，本公开描述了用于降低全双工无线通信设备中的TX信号泄露的负面影响的技术。具体地，本公开描述了用于降低经由双工器来自发射机的TX信号泄露的二阶失真和互调失真(XMD)的负面影响的技术。所述技术可以在抑制TX泄露信号的至少一部分时是有效的，由此降低或消除RX路径中的TX信号泄露的失真。
根据各个方面，本公开提供了一种射频(RF)接收机的滤波器电路，所述滤波器电路包括：加法器，用于接收具有发送(TX)泄露信号的RF接收(RX)输入信号，并且从所述RX输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生RX输出信号；以及估计器，用于基于所述RX输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计。
根据其它方面，本公开提供了一种用于在射频(RF)接收机中从所接收的输入信号中滤除发送(TX)泄露信号的方法，所述方法包括：接收具有TX泄露信号的RF接收(RX)输入信号，从所述输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生输出信号，并且基于所述输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计。
根据其它方面，本公开提供了一种射频(RF)接收机，所述接收机包括：天线，用于接收接收(RX)输入信号；低噪声放大器，用于对所述RX输入信号进行放大；双工器，用于将来自所述天线的所述RX输入信号耦合到所述低噪声放大器，并且将发送(TX)泄露信号传递到所述低噪声放大器，作为所述RX输入信号的一部分；加法器，用于从所述RX输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生RX输出信号；估计器，用于基于所述RX输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计；以及混频器，用于将所述RX输出信号下变频到基带。
在如下的附图和具体实施方式中阐述了本发明的一个或多个实例的细节。根据具体实施方式、附图和权利要求，其它特征、目的和优点将是明显的。
附图说明
图1是例示无线通信设备的示例RF部分的方框图。
图2A到2C是频率和幅度之间的关系曲线图，其例示了图1中的设备的RX路径内的TX信号泄露的失真。
图3是例示根据本公开的包括具有用于抑制TX泄露的自适应滤波器的示例接收机的无线通信设备的方框图。
图4A是例示图3的接收机中的用于抑制TX泄露的示例自适应滤波器的示意图。
图4B是例示图3的接收机中的用于抑制TX泄露的具有交叉耦合的I和Q分支的示例自适应滤波器的示意图。
图4C是例示图3的接收机中的用于抑制TX泄露的具有交叉耦合的I和Q分支的另一示例自适应滤波器的示意图。
图5是例示根据本公开的包括具有用于抑制TX泄露的组合的自适应滤波器/LNA的示例接收机的无线通信设备的方框图。
图6是例示图5的接收机中的用于抑制TX泄露的示例组合的滤波器/LNA的示意图。
图7是例示包括与单端LNA一起使用的有源差分到单端变换的示例组合的滤波器/LNA的示意图。
图8是例示包括与单端LNA一起使用的无源差分到单端变换的示例组合的滤波器/LNA的示意图。
图9是例示与差分LNA一起使用的示例组合的滤波器/LNA的示意图。
图10是例示与差分LNA一起使用的示例组合的滤波器/LNA的另一示意图。
图11是更加详细地例示自适应滤波器的示例分支的示意图。
图12是例示用于消除或降低发送信号泄露的自适应滤波技术的流程图。
具体实施方式
通常，本公开描述了用于降低全双工无线通信设备的接收(RX)信号路径中的发送(TX)信号泄露的负面影响的技术。具体地，本公开描述了用于降低经由双工器来自发射机的TX信号泄露的二阶失真和互调失真的负面影响的技术。所述技术可以在抑制TX泄露信号的至少一部分时是有效的，由此降低或消除TX信号泄露的失真。
根据本公开的各个方面，无线接收机可以包括自适应滤波器，用于消除在RX输入信号中存在的TX泄露信号的至少一部分。所述自适应滤波器可以包括估计器电路，用于生成TX泄露信号估计。加法器从RX输入信号中减去所述估计，以消除TX泄露并产生RX输出信号。可以针对TX抑制比(TXRR)来表述对TX信号泄露的抑制，所述TX抑制比定义在自适应滤波器输出端处的TX泄露信号功率与在自适应滤波器输入端处的TX泄露信号功率的比。
所述估计器电路基于参考信号和RX输出信号，生成TX泄露信号估计。所述参考信号近似等于在发射机中用来生成TX信号的载波信号。或者，所述参考信号可以与用于生成TX信号的载波信号相同。例如，所述参考信号可以由与用于产生TX载波信号的振荡器相同的振荡器提供，所述振荡器可以称为TX压控振荡器(VCO)或TX本振器(LO)。
所述自适应滤波器可以包括同相(I)分支和正交(Q)分支，所述I分支和所述Q分支一起形成发送泄露信号估计器。每个分支接收RX输出信号，作为反馈信号。I分支接收所述参考信号的同相版本(I参考信号)，并且Q分支接收所述参考信号经过90度延迟的正交版本(Q参考信号)。每个分支包括第一乘法器，用于将参考信号(I或Q)与所述RX输出信号相乘，以产生基频频带中的经过下变频后的TX泄露信号，即，基带TX泄露信号。每个分支包括低通滤波器，用于对基带TX泄露信号进行滤波，以抑制基带外的频率，包括经过下变频后的RX信号。
在每个分支中，第二乘法器将基带TX泄露信号与所述参考信号相乘，以产生TX频带中的经过上变频后的信号，即TX载波频率上的TX频带信号。第一加法器将来自I和Q分支的输出TX频带信号组合，以产生TX泄露信号估计。第二加法器例如在LNA的输入端或输出端处从所接收的信号中减去TX泄露信号估计，以消除由双工器传递的TX泄露信号的至少大部分。通过消除所述TX泄露信号，所述技术可以降低可能在将TX泄露信号下变频到基带时产生的二阶失真和互调失真。在如下所述的一些实现中，所述I和Q分支可以交叉耦合，以便例如在对频率响应进行整形时提供附加的灵活性。
如上所述，自适应滤波器应用TX载波信号或TX载波信号的近似值。因此，每个分支(I分支和Q分支)中的第一乘法器将所述RX输出信号乘以所述TX载波信号。因此，第一乘法器将调制后的TX泄露信号从载波频率下变频到DC，从而产生TX泄露基带信号。低通滤波器被配置用来抑制TX泄露信号的调制频带外的经过下变频后的信号分量。按照这种方式，所述低通滤波器产生经过滤波后的TX泄露基带信号。所述第二乘法器将经过滤波后的TX泄露基带信号乘以TX载波信号，以再生TX载波频率上的TX泄露信号估计。随后，可以例如在LNA的输入端或输出端处从所述RX输入信号中减去所述TX泄露信号估计，以消除所述TX泄露信号。
注意，所述自适应滤波器使用TX载波信号作为参考信号，而不是TX输出信号。按照这种方式，所述自适应滤波器可以避免所述双工器造成的组延迟的影响。具体地，如果使用TX输出信号作为参考信号，则传输通过所述双工器的发送泄露信号和直接耦合到所述自适应滤波器的参考信号之间的组延迟将造成实际的TX泄露信号调制包络和TX泄露信号调制估计包络之间的时间失配。这种失配可以降低所述自适应滤波器在抑制TX信号泄露时的性能。使用例如由TXLO提供的TX载波信号，减轻了所述组延迟问题。
在本公开中描述的自适应滤波器可以允许省去在LNA和混频器之间经常用来进行发送泄露信号抑制的表面声波(SAW)滤波器。因此，在一些实现中，通过省去所述SAW滤波器，RF接收机的LNA-混频器接口可以完整地构建在单片上(on-chip)，从而减小了封装、尺寸、成本和管脚要求。而且，如在本公开中所描述的，使用TX载波信号作为参考信号的自适应滤波器，可以提供与双工器组延迟无关的TX泄露信号抑制性能。不需要将TX功率放大器(PA)输出耦合到自适应滤波器，作为参考信号，从而省去了对额外管脚的需求。相反，在一些实现中，可以在单片上获得TX载波信号，作为TX调制器所使用的TX LO信号。另外，在没有片外耦合的情况下，由于参考信号耦合而导致的发送信号泄露抑制的降级也很小。如果期望，自适应滤波器中的乘法器可以实现为混频器，以助于降低噪声。
在本公开中描述的自适应滤波器可以被配置为在各种无线全双工通信系统中以及在各种频带上使用。实例包括从824MHz到894MHz的蜂窝频带、从1850MHz到1990MHz的个人通信系统(PCS)频带、从1710MHz到1880MHz的数字蜂窝系统(DCS)频带和从1920MHz到2170MHz的国际移动电信-2000(IMT-2000)频带等。针对蜂窝频带(作为例子)装配的无线通信设备具有824MHz到849MHz的发送频带和869MHZ到894MHz的接收频带。所述无线通信设备可以具有低中频(LIF)或零中频(ZIF)混频器架构。通常，本公开考虑ZIF混频器架构以用于说明。
图1是例示无线通信设备10的示例RF部分的方框图。如图1中所示，设备10包括天线12，用于发送和接收无线RF信号。双工器14将天线12接收的RX输入信号(RX SIGNAL)耦合到接收机16，以及将由发射机18生成的TX输出信号(TX SIGNAL)耦合到天线12。接收机16包括LNA20、滤波器22、混频器24和本振器(LO)26。发射机18包括功率放大器28，用于对输出信号进行放大，以产生TX信号，以供经由双工器14和天线12进行发送。发射机18还可以包括调制器、数/模变换器、混频器和滤波器电路(未示出)，以对输出信号进行调制和滤波，以及将所述信号从基带上变频到发送频带。
在接收机16中，LNA 20对RX输入信号进行放大。滤波器22抑制RX频带外的干扰，包括经由双工器14接收的TX信号泄露。混频器24将经过滤波后的信号与RX LO频率相乘，以将期望的RX信号下变频到基带，由此产生RX基带信号。接收机16还可以在混频器24之后包括基带滤波器，以及模/数变换器和调制器(未示出)，以对期望RX信号进行解调。
如在图1中所示，天线12可以接收期望信号和干扰信号两者。因此，LNA 20可以接收RX信号，包括期望信号和可能的干扰信号，以及经由双工器14来自发送路径的TX泄露信号。LNA 20对组合的输入信号进行放大，以产生放大后的RF信号x(t)。滤波器22接收并滤波所述放大后的RF信号，以除去RX频带外的干扰，并产生经过滤波后的RF信号y(t)。所述RX频带外的干扰可以包括TX泄露信号。混频器24将所述经过滤波后的RF信号与RX本振(LO)信号进行混频，以对所述经过滤波后的RF信号进行下变频。从而将所述期望RF信号下变频到RX基带。可以由基带滤波器滤波的期望RX基带信号形成模/数变换(ADC)和解调电路的输入信号。
图2A到2C是频率与幅度之间的关系图，其例示了由于图1的设备的接收路径内的TX信号泄露而导致的失真。频率在水平轴上，而幅度在垂直轴上。图2A示出了由天线12接收的信号。所接收的信号可以包括期望信号30和干扰信号31。干扰信号31是不期望信号，其与从比如无线基站这样的邻近源生成的信号对应。在一些情况下，干扰信号31的幅度可能远高于期望信号的幅度，并且干扰信号31可能位于紧靠期望信号的频率中。
图2B示出了经由双工器14的在LNA 20的输入端处的接收信号。通过双工器14耦合的信号包括在RX频带中的期望信号30和干扰信号31，以及来自发送路径的TX泄露信号32。因为功率放大器28所产生的发送信号在幅度上通常远大于期望信号，所以TX泄露信号32可以相对于期望信号而言具有大幅度。TX泄露信号32位于RX频带外。然而，如下所述，TX泄露信号32仍然可能造成不期望的失真。
图2C示出了在LNA 20的输出端处的接收信号。LNA 20中的非线性可以造成对要传送到窄带干扰器31的TX泄露信号的调制，从而导致干扰附近的加宽频谱34。这种频谱加宽34被称为互调失真(XMD)。如在图2C中所示，利用阴影示出的加宽频谱34的一部分36可以落在期望信号30的带内。部分36充当使无线通信设备的性能降级的附加噪声。这种噪声降低了灵敏度，从而能够由接收机16可靠检测到的最小期望信号需要较大的幅度。如果滤波器22效率低，则在混频器24中也可能生成XMD。
在许多接收机中，为了减轻由于干扰和TX信号泄露导致的XMD，滤波器22是SAW滤波器。SAW滤波器的特征在于陡峭的转换频带边缘和RX频带外的接收分量的大衰减。为此，通常使用SAW滤波器来抑制混频器24的输入端处的TX泄露信号，这随后降低了混频器生成的XMD量。不幸地是，使用RF SAW滤波器来进行TX泄露信号滤波具有若干缺点。例如，SAW滤波器通常必须相对于LNA 20和混频器24在片外实现，这要求匹配电路、附加的封装管脚和成本。另外，SAW滤波器和相关的分立组件通常要求附加的板空间和成本。SAW滤波器还可以导致插入损耗，该插入损耗降低了接收机16的增益和噪声系数。根据本公开的自适应滤波器可以用作SAW滤波器的替换，以抑制TX泄露信号。
图3是例示根据本公开的包括具有用于抑制TX信号泄露的自适应滤波器40的示例接收机16的无线通信设备38的方框图。如图3中所示，设备38可以基本上对应于图1中的设备10。然而，接收机16包括自适应滤波器40，而不是SAW滤波器。自适应滤波器40使用参考信号，以自适应地抑制TX信号泄露。在图3的实例中，所述参考信号是发送载波信号，在发射机18中对其进行调制，以产生TX信号。
自适应滤波器40接收的作为参考信号的TX载波信号可以被近似出或者直接从发送压控振荡器(TX VCO)42产生，所述发送压控振荡器可以称为TX LO。TX VCO 42产生用于发射机18的载波信号。因此，TX VCO42可以是与用于产生用于发射机18和自适应滤波器40的VCO相同的VCO。换言之，TX VCO 42可以是如下振荡器，其耦合到自适应滤波器40中的用于生成TX泄露信号估计的估计器和用于对产生TX泄露信号的TX基带信号进行上变频的发射机。混频器44将TX VCO 42所产生的TX载波信号与TX基带信号进行混频。PA 28对所得到的TX信号进行放大，以供经由双工器14和天线12发送。
如同所述，自适应滤波器40使用TX载波信号，来从经由双工器14接收的信号中提取TX基带信号。自适应滤波器40将所提取的TX基带信号上变频到TX载波频率，并在LNA 20的输入端或输出端处将其从RX信号中减去，以至少部分地消除所述TX泄露信号，从而减少在这些节点处施加的TX泄露信号。使用所提取的基带信号，而不是原始TX基带信号，可以降低自适应滤波器性能对双工器14的组延迟的灵敏度。
图4A是例示图3的接收机16中的用于抑制TX泄露的示例自适应滤波器40A的示意图。在图4A的实例中，自适应滤波器40A包括正交分离器46，用于从TX VCO 42接收TX载波信号作为参考信号r(t)。分离器46产生同相(0度)分量i(t)和正交(-90度)分量q(t)，用于分别施加到自适应滤波器40A的I分支和Q分支。因此，所述i(t)和q(t)信号分别包含参考信号的同相分量和正交分量，其中所述i(t)信号和所述q(t)信号成90°。所述I分支包括乘法器48、低通滤波器50和乘法器52。所述Q分支包括乘法器54、低通滤波器56和乘法器58。低通滤波器50，56实际上用作基带滤波器。加法器60分别对I和Q分支的输出zi(t)和zq(t)进行求和，以产生TX泄露信号估计e(t)。
如图4A中进一步所示，加法器62从LNA 20的输出中减去所述TX泄露信号估计e(t)，以从LNA20所产生的信号x(t)中消除所述TX泄露信号中的至少一部分。因此，消除或减少了被施加到混频器24上以用于下变频到基带的信号y(t)中存在的TX信号泄露。所述信号x(t)和y(t)可以分别称为滤波器输入和输出信号。所述I和Q分支还从加法器62的输出端接收反馈信号y(t)。自适应滤波器40A消除或显著减少可能在混频器24中产生二阶失真和XMD的TX泄露信号，由此提高接收机灵敏度。
在所述I分支中，乘法器48接收信号i(t)和信号y(t)，并将信号i(t)与信号y(t)相乘，并且提供信号mi(t)，其为mi(t)＝y(t)·i(t)。将信号y(t)与信号i(t)相乘，这将TX泄露信号下变频到基带，从而产生信号mi(t)。I分支中的低通滤波器50抑制TX信号的基带外的信号，并且产生同相信号wi(t)，该同相信号wi(t)保留TX泄露基带信号。I分支中的乘法器52接收信号i(t)和信号wi(t)，并将信号i(t)与信号wi(t)相乘，并且提供信号zi(t)，其为zi(t)＝wi(t)·i(t)。将信号wi(t)与TX载波信号r(t)的同相分量相乘，这将经过滤波后的TX泄露基带信号上变频到TX载波频带。按照这种方式，所述I分支产生所述TX泄露信号的经过放大和滤波后的同相估计。
类似地，在所述Q分支中，乘法器54接收信号q(t)和信号y(t)，并将信号q(t)与信号y(t)相乘，并且提供信号mq(t)，其为mq(t)＝y(t)·q(t)。Q分支中的低通滤波器56接收信号mq(t)，并抑制TX信号的基带外的信号，从而产生正交信号wq(t)。乘法器58接收信号q(t)和信号wq(t)，并将信号q(t)与信号wq(t)相乘，并且提供经过放大和滤波后的正交估计信号zq(t)，其为zq(t)＝wq(t)·q(t)。
加法器60接收信号zi(t)和zq(t)并对其进行求和，并且提供估计器信号e(t)，该估计器信号包含TX泄露信号估计。加法器62从加法器60接收估计器信号e(t)以及从LNA 20接收滤波器输入信号x(t)。滤波器输入信号x(t)包含所接收的信号以及TX泄露信号。加法器62从滤波器输入信号中减去估计器信号e(t)，并提供滤波器输出信号y(t)。所述相减运算从所述滤波器输入信号x(t)中消除了TX泄露信号的至少一部分。因此，所得到的滤波器输出信号y(t)降低了乘法器24中的TX泄露信号的二阶失真和XMD。
在替换实现中，所述I分支和Q分支可以交叉耦合。图4B是例示图3的接收机中的用于抑制TX泄露的具有交叉耦合的I和Q分支的示例自适应滤波器40B的示意图。除了I和Q分支交叉耦合外，图4B中的自适应滤波器40B基本上与图4A中的滤波器40A一致。对于交叉耦合，如在图4B中所示，低通滤波器50的输出端可以耦合到Q分支中的低通滤波器56的输入端，以及低通滤波器56的输出端可以耦合到I分支中的低通滤波器50的输入端。具体地，来自低通滤波器50的信号wq(t)可以耦合到低通滤波器56的输入端以及乘法器54的输出端，即，信号mq(t)耦合到滤波器的另一输入端。类似地，来自低通滤波器56的信号wi(t)可以耦合到低通滤波器50的输入端以及乘法器48的输出端，即，信号mi(t)被耦合到滤波器的另一输入端。
图4C是例示图3的接收机中的用于抑制TX泄露的具有交叉耦合的I和Q分支的另一示例自适应滤波器40C的示意图。除了I和Q分支交叉耦合外，图4C中的自适应滤波器40C基本上与图4A中的滤波器40A一致。在图4C的实例中，乘法器48的输出端可以耦合到低通滤波器50的输入端和低通滤波器56的输入端两者。类似地，乘法器54的输出端可以耦合到低通滤波器56的输入端和低通滤波器50的输入端两者。因此，每个低通滤波器50、56可以具有用于从乘法器48接收信号mi(t)的第一输入端，以及用于从乘法器54接收信号mq(t)的另一输入端。在图4B和4C的实例中，I和Q分支之间的交叉耦合可以为低通滤波器50、56提供额外的灵活度，以进一步对所述滤波器频率响应进行整形。如果期望，每个滤波器50、56可以被配置为对交叉耦合的输入提供附加移位，以更灵活地限定所述滤波器频率响应。通常，滤波器50、56的交叉耦合结构可以改变。
在图4A到4C的实例中，有源滤波器40A-40C形成负反馈系统。实际上，乘法器48、54形成由来自TX VCO 42的TX本振(LO)信号驱动的下变频器。低通滤波器50、56形成基带滤波器，用于抑制TX基带外的信号。乘法器52、58形成由同一TX LO信号驱动的上变频器。上变频器52、58的逆输出端和下变频器48、54的输入端实际上连接在一起并且连接到RX信号链。在操作中，自适应滤波器40A-40C使用TX LO信号，经由乘法器48、54对包含TX泄露的所接收的信号进行下变频。随后，通过基带滤波器50、56对经过下变频后的信号进行滤波，从而保留TX泄露中的TX基带分量。随后，使用TX LO信号，利用乘法器52、58来对所得到的信号进行上变频，并以确保TX泄露消除或降低的相位和幅度将其反射回RX信号链中。由于自适应滤波器40A-40C所提供的负反馈环的特性，自动地生成所反射的信号的校正相位和幅度。
在图4A到4C的实例中，自适应滤波器40A与双工器14中的组延迟无关地抑制TX信号泄露。为了自适应滤波器40A-40C跟踪TX泄露包络并且相应地对参考信号进行调制，连接到下变频乘法器48、54的滤波器50、56应该具有与包络最大频率相等的带宽。作为例子，对于CDMA 1x信号，滤波器50、56的带宽可以近似为630kHz。
根据本公开的各个方面，如上所述，自适应滤波器40A-40C使用TXVCO 42所产生的TX载波信号，而不是发射机18所产生的TX输出信号，作为参考信号。因此，自适应滤波器40A-40C可以提供TX泄露信号消除，而不具有由于双工器组延迟而导致的性能限制。可以容易地提供来自TXVCO 42的TX载波信号，并且与接收机16一起存在于单片上。
低通滤波器50、56的带宽应该接近于TX信号带宽，以跟踪TX数据调制包络。这些滤波器可以简单地实现为单极滤波器。在一些实现中，可以将附加极或传输零点添加到低通滤波器50、56的频率响应中，以在TX载波频率和期望RX信号的中心频率之间的频率偏移处提供更大的衰减。这种衰减可以有助于降低在该偏移频率处由乘法器48和54生成的噪声和XMD分量，并且，由此降低自适应滤波器的噪声和XMD。滤波器50、56的频率响应应该与闭环系统的稳定性准则一致，因为对于0dB增益，相对于180度，自适应滤波器40A-40C的开环响应应该提供足够的相位容差。
尽管图4A、4B和4C中的组件被示为单端，但是自适应滤波器40A-40C和LNA 20、或者两者可以被实现为具有差分输入和输出。相应地，为了例示容易而不是限制，示出了单端组件，如果期望，可以存在差分实现。
图5是例示根据本公开的包括具有用于抑制TX泄露的组合的自适应滤波器/LNA 68的另一示例接收机66的无线通信设备64的方框图。在图5的实例中，设备64基本上对应于图3中的设备38。然而，设备64包括替换接收机66，在接收机66中，LNA和自适应滤波器形成在一起作为组合的滤波器/LNA 68。组合的滤波器/LNA 68在LNA输入端处而不是在LNA输出端处抑制TX泄露。LNA和自适应滤波器的组合可以减轻LNA的IIP3(3阶交调截点)要求，并且可以降低自适应滤波器中的电流消耗。另外，使用LNA作为自适应滤波器环的一部分，这促进了高开环增益，并且，由此促进了高传输抑制比(TXRR)。将LNA与自适应滤波器组合，可以造成LNA噪声系数(NF)降级。然而，可以针对缩减的NF来设计所述LNA，以抵消对自适应滤波器的噪声贡献。
图6是例示图5的接收机64中的用于抑制TX泄露的示例组合的滤波器/LNA 68的示意图。组合的滤波器/LNA 68可以包括图4A的自适应滤波器40A的所有组件加上LNA20。然而，组件的布置是不同的，从而可以在LNA的输入端处，而不是在LNA的输出端处，抑制TX信号泄露。例如，如在图6中所示，加法器62被布置用来在LNA 20的输入端处从输入RX信号x(t)中减去TX泄露信号估计e(t)。按照这种方式，在由LNA 20进行放大之前，消除或降低TX泄露信号。
类似于图4A中的自适应滤波器40A，自适应滤波器68包括正交分离器46，用于从TX VCO 42接收TX载波信号作为参考信号r(t)。分离器46产生I分量i(t)和Q分量q(t)，用于分别施加到I分支和Q分支。所述I分支包括乘法器48、低通滤波器50和乘法器52。所述Q分支包括乘法器54、低通滤波器56和乘法器58。
加法器60分别对I和Q分支的输出zi(t)和zq(t)进行求和，以产生TX泄露信号估计e(t)。加法器62从RX信号中减去所述TX泄露信号估计e(t)，以从滤波器输入信号x(t)中消除所述TX泄露信号中的至少一部分，所述滤波器输入信号x(t)是从双工器14获得的。加法器62将所得到的信号n(t)施加到LNA 20的输入端。LNA 20对信号n(t)进行放大，并产生滤波器输出信号y(t)。所述滤波器输出信号y(t)还用作施加到乘法器48和54的输入端的反馈信号。
利用组合的滤波器/LNA 68，可以消除或降低在被施加到混频器24以用于下变频到基带的信号y(t)中存在的TX信号泄露。所述信号x(t)和y(t)可以分别称为滤波器输入和输出信号。所述I和Q分支还从加法器62的输出端接收反馈信号y(t)。自适应滤波器40A消除或显著减少可能在混频器24中产生二阶失真和XMD的TX泄露信号，由此提高接收机灵敏度。
如同在图4A的实例中，组合的滤波器/LNA 68中的乘法器48接收信号i(t)和反馈信号y(t)，并将信号i(t)与反馈信号y(t)相乘，并且提供信号mi(t)，该信号mi(t)被下变频到TX基带。I分支中的低通滤波器50抑制TX信号的基带外的信号，并且产生同相信号wi(t)。I分支中的乘法器52接收信号i(t)和信号wi(t)，并将信号i(t)与信号wi(t)相乘，并且提供信号zi(t)，该信号zi(t)被上变频到TX载波频带。类似地，在所述Q分支中，乘法器54接收信号q(t)和信号y(t)，并将信号q(t)与信号y(t)相乘，并且产生信号mq(t)，该信号mq(t)被下变频到TX基带。
Q分支中的低通滤波器56接收信号mq(t)，并抑制TX信号的基带外的信号，从而产生正交信号wq(t)。随后，组合的滤波器/LNA 68中的乘法器58接收信号q(t)和信号wq(t)，并将信号q(t)与信号wq(t)相乘，并且提供信号zq(t)，该信号zq(t)被上变频到TX载波频带。加法器60接收信号zi(t)和zq(t)并对其进行求和，并且提供估计器信号e(t)，其中，加法器62在LNA 20的输入端处从RX信号x(t)中减去该估计器信号e(t)。
如参照图4B和4C所述，在一些替换实现中，I分支和Q分支可以交叉耦合。例如，在图6的组合的滤波器/LNA 68中，按照与图4B相同的方式，低通滤波器50的输出端可以耦合到低通滤波器56的输入端，并且低通滤波器56的输出端可以耦合到低通滤波器50的输入端。或者，如同图4C，图6中的乘法器48的输出端可以耦合到低通滤波器50的输入端和低通滤波器56的输入端两者，并且乘法器54的输出端可以耦合到低通滤波器56的输入端和低通滤波器50的输入端两者。
图7是例示包括与单端LNA 20一起使用的有源差分到单端变换器的示例组合的滤波器/LNA 70的示意图。如上所述，根据本公开的各个方面，针对TX泄露消除，可以选择自适应滤波器或组合的滤波器/LNA。如果选择组合的滤波器/LNA，并且LNA是单端的，则该组合的滤波器/LNA通常需要针对其输出的差分到单端变换器。在图7的实例中，组合的滤波器/LNA70包括晶体管对80、电容器82和电感式耦合器84。组合的滤波器/LNA 70通常与图6中的组合的滤波器/LNA 68一致。然而，图7还例示了差分架构。
例如，图7示出了分离器46的差分输出i、ib、q和qb。输出i和ib表示由TX VCO 42产生的TX载波信号的差分正同相分量和负同相分量。类似地，输出q和qb表示TX载波信号的差分正正交分量和负正交分量。乘法器48、52接收同相分量i和ib，而乘法器54、58接收正交分量q和qb。基带滤波器50和56可以包括一对电容器，乘法器48、54的差分输出端中的每个上分别有一个电容器。
将各个乘法器52、58的正差分输出端耦合到一起，并且耦合到晶体管对80的第一端。类似地，将乘法器52、58的负差分输出端耦合到一起，并且耦合到晶体管对80的第二端。晶体管对80的第二端还被耦合用来接收RX信号x(t)。晶体管对80从所述RX输入信号x(t)中减去乘法器52、58的输出。LNA 20对在晶体管对80的第二端处提供的单端输入信号进行放大，并且将得到的单端输出信号y(t)施加到电感式耦合器84。电感式耦合器84将所述单端输出信号y(t)变换为差分信号，该差分信号被施加到乘法器48、54的输入端和混频器24。
图8是例示包括与单端LNA 20一起使用的无源差分到单端变换器的示例组合的滤波器/LNA 86的示意图。图8的实例中的组合的滤波器/LNA 86基本上完全对应于图7中的组合的滤波器/LNA 70。然而，取代有源晶体管对80，组合的滤波器/LNA 86包括无源电路，该无源电路的形式为一对电感器以及交叉耦合的电容器。该无源实现提供图8的有源实现的替换例。
图9是例示与差分LNA 20A、20B一起使用的另一示例组合的滤波器/LNA 90的示意图。组合的滤波器/LNA 90基本上与图7和图8中的组合的滤波器/LNA 70和组合的滤波器/LNA 80一致。然而，组合的滤波器/LNA 90包括差分LNA 20A、20B、电感器92、94和电容器82A、82B。如果LNA是差分的，则不需要单端到差分变换器。然而，差分LNA 20A、20B可以耦合到具有平衡RX端口的双工器14。另外，可以期望的是，在双工器14中，为TX消除组件的输出提供接地的DC返回路径。例如，如在图9中所示，可以经由各自的电感器92、94和电容器82A、82B将双工器14耦合到差分LNA 20A、20B的输入端。将差分LNA 20A、20B的输出端耦合到混频器24的差分输入端。
图10是例示了与差分LNA 20A、20B一起使用的另一示例组合的滤波器/LNA 96的示意图。组合的滤波器/LNA 96表示图9中的组合的滤波器/LNA 90的替换例。然而，双工器14的差分RX端口经由电容器102、82A和104、82B耦合到LNA 20A、20B的输入端。DC电流经由电感器98、100，从乘法器52、58的输出端流到地。
图11是更加详细地例示自适应滤波器40的示例分支110的示意图。在图11的实例中，分支110是I分支，其中乘法器48具有差分输入端，用于例如从TX VCO 42接收正参考信号分量r(t)+和负参考信号分量r(t)-，以及接收正滤波器输出信号分量y(t)+和负滤波器输出信号分量y(t)-。参考信号的DC偏置可以为0伏。乘法器48将所述滤波器输出信号y(t)下变频到TX基带。低通滤波器50提供分支110的频率响应的第一极，并且抑制TX基带外的信号。
乘法器52接收乘法器48和低通滤波器50的输出，并将该输出上变频到TX载波频带，以产生I分支差分输出zi(t)+和zi(t)-，用于与Q分支输出相加，并且最后从滤波器输入信号x(t)中减去，以消除TX信号泄露。还可以由乘法器52中的滤波器106提供第二极，以抑制由乘法器48和滤波器50造成的噪声。图11示出了用于例示自适应滤波器40中的分支的实例实现的各种电阻器、电容器和晶体管。图11中的这些组件的布置用作实例，并且不应该被认为是对本公开中更广范围地描述的主题的限制。
如本公开中所描述的单独体现的或与LNA组合的自适应滤波器，可以在干扰附近生成其自身的XMD，主要在下变频乘法器48中。这种XMD以与干扰RF频率和TX载波频率之间的偏移频率相等的频率，出现在下变频乘法器48的输出端处。滤波器50对XMD以及干扰进行衰减，并且乘法器52将XMD从干扰-TX偏移频率上变频回干扰RF频率。如果干扰RF频率接近于期望的RX信号频率，则由自适应滤波器生成的XMD可以污染期望信号的频带。为了将干扰的XMD降低到接近期望RX信号，低通滤波器50可以被构建为在TX载波频率和期望RX信号的中心频率之间的偏移处具有足够的衰减。这种衰减可以通过降低第一极频率(图11中的50)和/或在RX-TX偏移频率之前添加第二极(图11中的106)来实现。
图12是例示用于降低或消除发送信号泄露的自适应滤波技术的流程图。如图12中所示，自适应滤波器技术可以包括将TX LO信号与RX信号相乘，以将TX信号泄露从TX LO频带下变频到TX基带(112)。在应用TX基带滤波器(114)后，将经过滤波后的TX基带信号与TX LO信号相乘，以将TX泄露信号从TX基带上变频到TX LO频带(116)。随后，从所述RX信号中减去TX LO频带中的经过上变频后的TX泄露，以消除所述RX信号中的TX泄露的至少一部分(118)。图12中所例示的技术可以通过使用本公开中所描述的任何组件和布置来实现。
在本公开中所描述的自适应滤波技术不仅可以在主RX路径中使用，而且可以在分集RX和全球卫星定位(GPS)RX路径中使用，以减轻对相应的LNA和混频器的线性要求。
本文中所描述的自适应滤波器可以用于各种系统和应用。例如，所述自适应滤波器可以用于无线全双工通信系统中，比如，蜂窝系统、OFDM系统、正交频分多址(OFDMA)系统、多输入多输出(MIMO)系统、无线局域网(LAN)等。全双工蜂窝系统包括CDMA系统和全球移动通信(GSM)系统的一些版本，并且所述CDMA系统包括IS-95、IS-2000、IS-856和宽带CDMA(W-CDMA)系统。所述自适应滤波器可以用于无线全双工通信系统中的无线设备以及基站。
全双工无线通信系统的一些实例是个人通信系统(PCS)、数字蜂窝系统(DCS)和国际移动电信-2000(IST-2000)系统。作为一个具体例子，所述技术可以应用在针对码分多址(CDMA)通信配备的无线通信设备中。在本公开中描述的接收机组件可以并入在无线通信设备中，所述无线通信设备还包括模/数变换器电路、数字信号处理器(DSP)、调制解调器和其它可用于发送、接收、编码和解码数据、语音或其它信号的合适的组件。所述调制解调器可以(至少部分)由DSP形成。所述无线通信设备可以是移动无线电话、卫星电话、移动游戏操纵杆、个人数字助理(PDA)、智能电话、电视控制器、数字视频或音频设备、膝上型或台式计算机、机顶盒、无线接入点、基站或针对无线通信装备的其它设备。
本文所描述的自适应滤波器可以在集成电路(IC)、RF集成电路、专用集成电路(ASIC)或被设计来执行本文所描述的功能的其它电子单元中实现。所述自适应滤波器可以采用各种IC处理技术制造，比如互补金属氧化物半导体(CMOS)技术、双极结型晶体管(BJT)技术、双极CMOS(BiCMOS)技术、锗化硅(SiGe)技术、砷化镓(GaAs)技术等。
已经描述了本公开的各个方面。前述描述已经被呈现来用作例示，并不意在排它性或限制性。可以在下述权利要求的范围内进行许多修改和变更。

Claims (47)

1、一种用于射频(RF)接收机的滤波器电路，所述滤波器电路包括：
加法器，用于接收具有发送(TX)泄露信号的RF接收(RX)输入信号，并且从所述RX输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生RX输出信号；以及
估计器，用于基于所述RX输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计。
2、如权利要求1所述的电路，还包括：振荡器，用于生成所述载波频率上的所述参考信号，所述振荡器耦合到所述估计器和发射机，其中，所述估计器用于生成所述TX泄露信号估计，所述发射机用于对产生所述TX泄露信号的TX基带信号进行上变频。
3、如权利要求2所述的电路，其中，所述振荡器与所述加法器和所述估计器一起在单片上形成。
4、如权利要求1所述的电路，其中，所述估计器包括：
第一乘法器，用于将所述输出信号与所述参考信号的同相分量相乘，以生成第一同相信号；
第一低通滤波器，用于对所述第一同相信号进行滤波，以生成第二同相信号；
第二乘法器，用于将所述第二同相信号与所述参考信号的所述同相分量相乘，以生成第三同相信号；
第三乘法器，用于将所述输出信号与所述参考信号的正交分量相乘，以生成第一正交信号；
第二低通滤波器，用于对所述第一正交信号进行滤波，以生成第二正交信号；
第四乘法器，用于将所述第二正交信号与所述参考信号的所述正交分量相乘，以生成第三正交信号；以及
第二加法器，用于将所述第三同相信号和所述第三正交信号相加，以生成所述TX泄露信号估计。
5、如权利要求4所述的电路，其中，所述第一和第二低通滤波器是交叉耦合的。
6、如权利要求4所述的电路，其中，所述第一和第二低通滤波器中的每个被耦合用来接收所述第一同相信号和所述第一正交信号两者。
7、如权利要求1所述的电路，其中，所述估计器将所述输出信号乘以所述参考信号以将所述输出信号中的所述TX泄露信号下变频到TX基带，以及将所述经过下变频后的TX泄露信号乘以所述参考信号以将所述经过下变频后的TX泄露信号上变频到所述载波频率。
8、如权利要求1所述的电路，其中，所述加法器被耦合用来在放大器的输入端处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
9、如权利要求1所述的电路，其中，所述加法器被耦合用来在放大器的输出端处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
10、如权利要求1所述的电路，其中，所述加法器被耦合用来在下变频混频器之前的接收链中的节点处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
11、如权利要求1所述的电路，还包括：放大器，用于对所述输入信号进行放大，以产生所述输出信号。
12、如权利要求1所述的电路，其中，所述加法器被耦合用来将所述输出信号提供给混频器，所述混频器用于将所述输出信号下变频到接收基带。
13、一种用于在射频(RF)接收机中从所接收的输入信号中滤除发送(TX)泄露信号的方法，所述方法包括：
接收具有TX泄露信号的RF接收(RX)输入信号；
从所述输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生输出信号；并且
基于所述输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计。
14、如权利要求13所述的方法，还包括：从振荡器中生成所述载波频率上的所述参考信号，所述振荡器被耦合到估计器和发射机，其中，所述估计器用于生成所述TX泄露信号估计，所述发射机用于对产生所述TX泄露信号的TX基带信号进行上变频。
15、如权利要求14所述的方法，其中，所述振荡器与所述估计器一起在单片上形成。
16、如权利要求13所述的方法，其中，生成所述TX泄露信号估计的步骤包括：
将所述输出信号与所述参考信号的同相分量相乘，以生成第一同相信号；
对所述第一同相信号进行滤波，以生成第二同相信号；
将所述第二同相信号与所述参考信号的所述同相分量相乘，以生成第三同相信号；
将所述输出信号与所述参考信号的正交分量相乘，以生成第一正交信号；
对所述第一正交信号进行滤波，以生成第二正交信号；
将所述第二正交信号与所述参考信号的所述正交分量相乘，以生成第三正交信号；以及
将所述第三同相信号和所述第三正交信号相加，以生成所述TX泄露信号估计。
17、如权利要求16所述的方法，还包括：利用第一低通滤波器对所述第一同相信号进行滤波，以及利用第二低通滤波器对所述第一正交信号进行滤波，其中，所述第一和第二低通滤波器是交叉耦合的。
18、如权利要求16所述的电路，还包括：利用第一低通滤波器对所述第一同相信号进行滤波，以及利用第二低通滤波器对所述第一正交信号进行滤波，其中，所述第一和第二低通滤波器中的每个被耦合用来接收所述第一同相信号和所述第一正交信号两者。
19、如权利要求13所述的方法，其中，生成所述TX泄露信号估计的步骤包括：将所述输出信号乘以所述参考信号以将所述输出信号中的所述TX泄露信号下变频到TX基带，以及将所述经过下变频后的TX泄露信号乘以所述参考信号以将所述经过下变频后的TX泄露信号上变频到所述载波频率。
20、如权利要求13所述的方法，还包括：在放大器的输入端处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
21、如权利要求13所述的方法，还包括：在放大器的输出端处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
22、如权利要求13所述的方法，还包括：在下变频混频器之前的接收链中的节点处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
23、如权利要求12所述的方法，还包括：对所述输入信号进行放大，以产生所述输出信号。
24、如权利要求12所述的方法，还包括：将所述输出信号提供给混频器，所述混频器用于将所述输出信号下变频到接收基带。
25、一种用于射频(RF)接收机的滤波器电路，所述滤波器电路包括：
用于接收具有发送(TX)泄露信号的RF接收(RX)输入信号的模块；
用于从所述输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生输出信号的模块；以及
用于基于所述输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计的模块。
26、如权利要求25所述的电路，还包括：用于从振荡器中生成所述载波频率上的所述参考信号的模块，所述振荡器耦合到估计器和发射机，其中，所述估计器用于生成所述TX泄露信号估计，所述发射机用于对产生所述TX泄露信号的TX基带信号进行上变频。
27、如权利要求26所述的电路，其中，所述振荡器与所述估计器一起在单片上形成。
28、如权利要求25所述的电路，其中，所述用于生成所述TX泄露信号估计的模块包括：
用于将所述输出信号与所述参考信号的同相分量相乘，以生成第一同相信号的模块；
用于对所述第一同相信号进行滤波，以生成第二同相信号的模块；
用于将所述第二同相信号与所述参考信号的所述同相分量相乘，以生成第三同相信号的模块；
用于将所述输出信号与所述参考信号的正交分量相乘，以生成第一正交信号的模块；
用于对所述第一正交信号进行滤波，以生成第二正交信号的模块；
用于将所述第二正交信号与所述参考信号的所述正交分量相乘，以生成第三正交信号的模块；以及
用于将所述第三同相信号和所述第三正交信号相加，以生成所述TX泄露信号估计的模块。
29、如权利要求28所述的电路，其中，所述第一和第二低通滤波器是交叉耦合的。
30、如权利要求28所述的电路，其中，所述第一和第二低通滤波器中的每个被耦合用来接收所述第一同相信号和所述第一正交信号两者。
31、如权利要求25所述的电路，其中，所述用于生成所述TX泄露信号估计的模块包括：用于将所述输出信号乘以所述参考信号以将所述输出信号中的所述TX泄露信号下变频到TX基带的模块，以及用于将所述经过下变频后的TX泄露信号乘以所述参考信号以将所述经过下变频后的TX泄露信号上变频到所述载波频率的模块。
32、如权利要求25所述的电路，还包括：用于在放大器的输入端处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计的模块。
33、如权利要求25所述的电路，还包括：用于在放大器的输出端处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计的模块。
34、如权利要求25所述的电路，其中，所述用于相减的模块被耦合用来在下变频混频器之前的接收链中的节点处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
35、如权利要求25所述的电路，还包括：用于对所述输入信号进行放大，以产生所述输出信号的模块。
36、如权利要求25所述的电路，还包括：用于将所述输出信号提供给混频器的模块，所述混频器用于将所述输出信号下变频到接收基带。
37、一种射频(RF)接收机，所述接收机包括：
天线，用于对接收(RX)输入信号进行接收；
放大器，用于对所述RX输入信号进行放大；
双工器，用于将来自所述天线的所述RX输入信号耦合到所述放大器，并且将发送(TX)泄露信号作为所述RX输入信号的一部分来传递到所述放大器；
加法器，用于从所述RX输入信号中减去TX泄露信号估计，以产生RX输出信号；
估计器，用于基于所述RX输出信号和所述TX泄露信号的载波频率上的参考信号，生成所述TX泄露信号估计；以及
混频器，用于将所述RX输出信号下变频到基带。
38、如权利要求37所述的接收机，还包括：振荡器，用于生成所述载波频率上的所述参考信号，所述振荡器耦合到所述估计器和发射机，其中，所述估计器用于生成所述TX泄露信号估计，所述发射机用于对产生所述TX泄露信号的TX基带信号进行上变频。
39、如权利要求38所述的接收机，其中，所述振荡器与所述加法器和所述估计器一起在单片上形成。
40、如权利要求37所述的接收机，其中，所述估计器包括：
第一乘法器，用于将所述输出信号与所述参考信号的同相分量相乘，以生成第一同相信号；
第一低通滤波器，用于对所述第一同相信号进行滤波，以生成第二同相信号；
第二乘法器，用于将所述第二同相信号与所述参考信号的所述同相分量相乘，以生成第三同相信号；
第三乘法器，用于将所述输出信号与所述参考信号的正交分量相乘，以生成第一正交信号；
第二低通滤波器，用于对所述第一正交信号进行滤波，以生成第二正交信号；
第四乘法器，用于将所述第二正交信号与所述参考信号的所述正交分量相乘，以生成第三正交信号；以及
加法器，用于将所述第三同相信号和所述第三正交信号相加，以生成所述TX泄露信号估计。
41、如权利要求40所述的接收机，其中，所述第一和第二低通滤波器是交叉耦合的。
42、如权利要求40所述的接收机，其中，所述第一和第二低通滤波器中的每个被耦合用来接收所述第一同相信号和所述第一正交信号两者。
43、如权利要求37所述的接收机，其中，所述估计器将所述输出信号乘以所述参考信号以将所述输出信号中的所述TX泄露信号下变频到TX基带，以及将所述经过下变频后的TX泄露信号乘以所述参考信号以将所述经过下变频后的TX泄露信号上变频到所述载波频率。
44、如权利要求37所述的接收机，其中，所述加法器被耦合用来在所述放大器的输入端处，从所述RX输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
45、如权利要求37所述的接收机，其中，所述加法器被耦合用来在所述放大器的输出端处，从所述经过放大后的输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
46、如权利要求37所述的接收机，其中，所述加法器被耦合用来在下变频混频器之前的接收链中的节点处，从所述输入信号中减去所述TX泄露信号估计。
47、如权利要求37所述的接收机，其中，所述加法器被耦合用来将所述输出信号提供给所述混频器。
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