CN1087525C - 发送机和收发机 - Google Patents

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    • H04B1/405—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency with multiple discrete channels

Abstract

一种发送机或收发信机，包括：用于振荡具有第一频率信号的振荡器；用于将振荡信号分频的第一分频器；基于第一分频器的分频信号产生第二频率的时钟的时钟产生电路；用于分频振荡信号的第二分频器基于该分频信号产生第三频率载波的载波产生电路；基于振荡信号产生第四频率的本机信号的频率合成器；基于载波发生电路产生的载波调制预定发送数据的调制装置和利用频率合成器输出的本机信号将已调制信号变成希望的发送频率的频率变换器。

Description

发送机和收发机
本发明涉及一种发送机和一种收发机，特别是涉及一种用于数字无绳电话设备的发送机和收送机。
迄今，已经建议利用FDMA-TDD(频分多址-时分双工)系统的数字无绳电话设备在基本单元(基站)与终端单元(终端站)之间建立进行呼叫的通信网络。其技术标准是由ETSI(欧洲电信号标准协会)正式宣布的数字无绳电话设备CT-2系统是这种数字无绳电话设备的一个例子。
附图1以方框图形式表示称为CT-2系统的数字无绳电话设备的一个例子。
如图1所示，振荡器101是利用晶体谐振器的TCXO(温度补偿晶体振荡器)。振荡器101产生一个具有频率12.8MHz的正弦波。该12.8MHz的振荡信号被馈送到PLL电路(锁相环电路)102。PLL电路102根据具有频率12.8MHz的振荡信号产生具有频率300.1MHz的信号S1。PLL电路102利用安排在其中的分频器和压控振荡器(VCO)产生具有300.1MHz频率的稳定的信号。
2分频电路103分频具有300.1MHz频率的信号S1，提供具有150.05MHz频率的信号S2。这个信号S2被馈送到90°相移器104。
90°相移器104将具有150.05MHz频率的信号相移90°，提供每个相位都被相移90°的两个系统信号。这两个系统信号被提供给安置在调制器110中的混频器111和112，作为载波。
调制器110是用来正交调制I分量和Q分量的两系统的发送数据的正交调制器。
I分量的发送数据被馈送到一个混频器111和Q分量的发送数据被馈送给另一个混频器112。混频器111和112混频具有90°相移载波的发送数据，提供已调信号。然后，加法器113相加该已调信号，提供一个系统的已调信号S3。
已调信号S3是由150.05MHz载波调制的信号，因此是在150.05MHz频段的信号。
从加法器113输出的已调信号S3被馈送到变频混频器107。变频混频器107将已调信号S3和从缓冲电路106侧向其馈送的第一本机信号S4相乘，频率变换该频率为发送频率。
当来自振荡器101的13.8MHz的振荡信号被馈送到PLL电路105时，产生该第一本机信号S4，第一本机信号S4的频率是利用安排在PLL电路105中的分频器(未示出)的分频比在从714.1MHz到718MHz(或者1014.2MHz到1018.1MHz)的范围内按100KH2为单位改变的。
从PLL电路105产生的第一本机信号S4通过缓冲电路106馈送到混频器107。混频器107将第一本机信号S4与已调信号S3进行混频，提供其频率被变换(所谓上变换)为发送频率的信号S5。
第一本机信号S4的频率在上述范围中选择，因此发送信号的频率是在从864.15MHz到868.05MHz范围内按100KHz的单位选择的。
发送信号S5由发送放大器108放大，然后馈送给带通滤波器(BPF)109，该滤波器从提供给它的放大的发送信号S5中消除不希望的分量。带通滤波器109的输出提供给天线开关120。天线开关120适合于转换天线122到发送系统和接收系统。当天线天关120连接到带通滤波器109侧(即，连接到发送系统)时，带通滤波器109的输出通过其它带通滤波器121馈送到天线122。馈送到天线122的信号被作为无线电波发送。
接收系统安排如下。
无线电波由天线122变换为电信号。从天线122的输出通过带通滤波器121馈送到天线开关120。当天线开关连接到接收系统时，带通滤波器121的输出通过天线开关120馈送到带通滤波器123。
带通滤波器123提取接收频带的信号和传送接收信号S5。
接收信号S6具有与发送信号S5相同的频率。
从带通滤波器123输出的接收信号由接收放大器124放大，然后馈送到变频混频器125。
变频混频器125将接收信号S6和从缓冲器电路126向其馈送的第一本机信号S4进行混频，变频(所谓的下变换)该信号为第一中频信号。
第一中频信号S7的频率是150.05MHz并且是与在发送系统中的调制信号S3的频率相同。
第一中频信号S7通过带通滤波器127被馈送到变频混频器128。变频混频器128通过将第一中频信号S7和第二本机信号S8进行混频对该信号变频。当振荡信号(28MHz)从利用晶体谐振器的振荡器129输出时产生第二本机信号S8，该振荡信号利用乘5电路130被变换为具有原来频率的五倍那么高(140MHz)频率的信号。然后，混频器128将140MHz的第二本机信号S8与第一中频信号S7进行混频，提供具有10.05MHz的第二中频信号S9。
第二中频信号S9被馈送给解调器131。解调器131解调已调信号为接收信号。
上述设备能够发送和接收数字信号。该数字无绳电话设备能够利用相同频率发送和接收数字信号。
由于数字无绳电话设备需要使用晶体谐振器的两个振荡器101、129，在电路安排上变得复杂了。再者，包括在振荡器中的晶体谐振器不能包括在集成电路(IC)中，因此作为外部组件附加到IC上。如果外部组件的数量增加，则这些组件所占用的基底的面积也要增加，这成为妨碍该设备小型化的因素之一。
虽然在图1中没有表示出，一些电路要求产生一个时钟信号，用于数字电路中或在该无绳电话设备中处理发送数据和接收数据。取决于时钟信号和频率，应当提供用于产生时钟信号的其他振荡器。利用这种另外的振荡器，数字无绳电话设备在安排上变得更为复杂。
另外，如果提供多个振荡器，则发送和接收信号所需的功率消耗增加了许多。
从上述方面来看，本发明的一个目的是提供一种发送机或收发机，它们能够基于来自单个振荡器的振荡信号满意地发送信号或发送和接收信号。
按照本发明的一个方面，提供具有一个振荡器的发送机，该发送机包括：用于振荡一个预定频率信号的振荡器；用于变换该振荡器的输出信号为具有第一频率的第一信号的第一变换装置；用于变换该振荡器的输出信号为具有第二频率的第二信号的第二变换装置；和用于变换振荡器的输出信号为具有第三频率的第三信号的第三变换装置。
按照本发明的另外一个方面，根据一种用于发送和接收信号的收发机，该收发机包括：用于振荡一个预定频率信号的振荡器；用于变换该振荡器的输出信号为具有第一频率的第一信号的第一变换装置；用于变换该振荡器的输出信号为具有第二频率的第二信号的第二变换装置；和用于变换该振荡器的输出信号为具有第三频率的第三信号的第三变换装置。
图1是表示一个收发信机的方框图；
图2是表示按照本发明的一个实施例的收发信机的方框图；
图3和图4是表示振荡频率、分频比和载波频率的例子的表；
图5A是用于本发明的改进的电路的例子的示意图；和
图5B是输出到如图5A所示的改进电路的例子的和从其输出的信号的波形图。
下面将参考附图描述按照本发明的实施例的发送机和收发机。
按照本发明的数字无绳电话设备是通过FDMA-TDD系统能够在基本单元(基站)和终端单元(终端站)之间进行呼叫的CT-2系统。图2以方框图形式表示基本单元和终端单元的收发信机系统。
如图2所示，被发送的模拟音频信号被加到输入端11。加到输入端11的模拟音频信号被馈送到模数(A/D)变换器12，在该变换器中被变换为数字音频数据。从而变换的数字音频数据被馈送到ADPCMC(自适应差分脉冲编码调制)编码器13，在该编码器中被变换为压缩的数据。压缩的音频数据被馈送到帧控制器14，在该控制器中按照传输格式变换为帧结构的数据。
具有帧结构的数据被馈送到基带处理器15，该处理器处理该数据，提供I分量数据和Q分量数据的2系统的发送数据。
基带处理器15输出的I分量数据和Q分量数据馈送到安排在调制器20中的混频器21、22。混频器21、22对I分量数据和Q分量数据与载波进行混频。
在这种情况下，馈送到混频器21、22的载波是相同频率的信号，但它们相移了90°。用于产生这些载波的装置将在下文描述。
加法器23相加由混频器21、22调制的信号，提供一个系统的已调制信号。这个已调信号被馈送到变频混频器16。变频混频器16将该已调信号与从缓冲器电路92馈送的本机信号进行混频，从而变频该信号为发送频率。产生本机信号的装置将在下文描述。
变频为发送频率的信号由发送放大器17放大，而后馈送到带通滤波器(BPF)18，在BPF18信号中不希望的分量被去除。带通滤波器18的输出被馈送到天线开关31。天线开关31转换天线33到发送系统和接收系统。
当天线开关31连接到带通滤波器18侧(即，连接到发送侧)时，带通滤波器18的输出通过另外的带通滤波器32馈送到天线33，从而作为无线电波从天线33发送。
在接收系统的安排中，天线33变换接收的无线电波为电信号和通过带通滤波器32馈送该电信号到天线开关31。当天线开关31被连接到接收系统时，带通滤波器32的输出通过天线开关31馈送到带通滤波器41。带通滤波器41仅通过接收频带频率的信号。
从带通滤波器41输出的接收信号由接收放大器42放大，而后馈送到变频混频器43。
变频混频器43通过将接收放大器42的输出和从缓冲器电路93侧馈送来的本机信号进行混频，变频(称为下变频)输入信号为中频信号。这个本机信号是和在发送系统中所用的本机信号一样频率的信号。
这样得到的中频信号通过带通滤波器44馈送到解调器45。带通滤波器44是用于通过中频信号附近的整个频段的一个滤波器。在这个实施例中，带通滤波器44是由一个陶瓷滤波器构成的。带通滤波器44的输出被馈送给解调器45，在解调器45中根据用于这个数字无线电话设备的通信体制进行解调(FM解调)，从而调制到接收信号的信号被解调。
来自解调器45的解调输出被馈送到基带处理器46，在处理器46中在基带中进行处理以便接收。来自基带处理器46的输出信号被馈送到帧控制器47。帧控制器47从要传送的帧结构的接收数据中提取预定的数据，从而馈送提取的数据到ADPCM解码器48。ADPCM48扩展在发送侧压缩的音频数据为原来的音频数据。来自ADPCM解码器48的这样扩展的音频数据被馈送到数模(D/A)变换器49，在D/A 49中音频数据被变换为模拟的音频信号。这样变换的模拟音频信号被馈送到输出端50。
在发送系统的数据发送处理系统和接收系统的数据接收系统是按照上面的描述安排的。在这个实施例中，用于发送和接收处理的时钟、载波和本机信号是根据单个振荡器的振荡输出产生的。用于产生时钟、载波和本机信号的装置将在下面描述。
这个装置包括一个温度补偿的晶体谐振器电路(TCXO)51和用于从TCXO51产生振荡信号S11的振荡电路52。在这个实施例中，振荡信号S11的频率是19。2MHz。时钟、载波和本机信号是根据19.2MHz的振荡信号产生的。
将首先描述用于产生时钟的装置。
为了产生时钟，来自振荡电路52的振荡信号通过缓冲器电路53馈送到除N1电路54。设定分频比的值N1选择为25。因此除N1电路54产生具有19.2MHz的1/25的频率的信号S12。
频率信号S12作为基准信号馈送到安排在PLL电路60中的相位比较器63。PLL电路60包括中心振荡频率设置在18.432MHz的压控振荡器(VCO)61，用于分频压控振荡器61的振荡输出的除M1电路62，用于比较除M1电路62的分频输出与基准信号的相位的比较器63和用于平滑比较器63的比较误差信号的滤波器64。
滤波器64输出的电压信号用于控制压控振荡器61的振荡。在这种情况下，压控振荡器61的振荡信号S13被馈送到中央控制装置(CPU)91，作为操作这个设备的时钟控制各个电路的操作。这个振荡信号S13通过端子55馈送到需要这个时钟的其他电路。要求这个时钟的其它电路是D/A变换器49，ADPCM编码器13，ADPCM解码器48和帧控制器14与47。
用于设置安排在PLL电路60中的除M1电路62的分频比的值M1选择为24。因此，除M1电路62输出具有18.432MHz的1/24的频率(768KHz)的信号S14。
因此，当这个环路稳定时，相位比较器63比较具有768KHz频率的每个信号S12和S14的相位。压控振荡器61稳定地振荡出具有18.432MHz频率的信号。这个稳定的18.432MHz时钟被馈送到CPU91和其它电路。
用于产生载波的装置将在下面描述。
从振荡电路52产生的振荡信号S11通过缓冲电路56馈送到除N2电路57。
用于设置分频比的值选为64，因此除N1电路57输出具有19.2MHz的1/64的频率(300KHz)的信号S15。
频率信号S15被馈送到安排在PLL电路70中的相位比较器，作为基准信号。
PLL电路70包括压控振荡器(VCO)71、用于分频压控振荡器71的振荡输出的除M1电路72、用于比较除M1电路72的分频输出与基准信号的相位的比较器73和用于平滑比较器73的比较误差信号的滤波器74。滤波器74输出的电压信号用于控制压控振荡器71的振荡。
压控振荡器71输出的振荡信号S16馈送到分频电路58，得到具有振荡信号S16的1/2频率的信号S18。载波频率信号S18被馈送到90°移相器59，得到具有90°相移的两系统载波。两系统载波被馈送到调制器20。然后调制器20调制I分量和Q分量。
用于设置安排在PLL电路70中的除M2电路72的分频比的值M2选择为133，因此除M2电路72输出具有39.9MHz的1/133的频率(300KHz)的信号S17。因此，当这个环路稳定时，相位比较器73相位比较具有300KHz频率的每个信号S15和S17。然后，压控振荡器71稳定地振荡39.9MHz的频率和从39.9MHz除2产生的具有19.95MHz频率的载波S18通过90°相移器59馈送到调制器20。结果，由调制器20调制的已调信号S19的中心频率变为19.95MHz。
用于产生本机信号的装置将描述如下，该本机信号用于变频已调信号S19为发送频率。
从振荡电路52产生的振荡信号S11作为基准信号馈送到安排在PLL电路80中的相位比较器93。PLL电路80是一个组成信道设置的频率综合器的电路。PLL电路80包括一个压控振荡器81，用于分频压控振荡器81的振荡输出的分频器82，用于相位比较分频器82的分频输出与基准信号的相位比较器83和用于平滑从相位比较器83馈送到其中的比较误差信号的滤波器84。从滤波器84输出的电压信号用于控制压控振荡器81的振荡。分频器82的分频输出在CPU91的控制下变化。压控振荡器81的振荡频率通过分频器82的分频比以100KHz为单元变化。
在这个实施例中，发送频率和接收频率的频率范围位于从864.15MHz到868.05MHz的范围内。为了以100KHz为单位在这个频率范围内改变频率，本机信号S20的频率应当选择这个发送和接收信号频率范围±载波频率。
当上述载波频率(19.95NHz)被设置时，本机信号S20的频率应当在从884.1MHz到888MHz范围或在从844.2MHz到848.1MHz范围以100KHz为单位变化。PLL电路80应当被安排为满足上述条件。
按照这个实施例的数字无绳电话设备，有可能仅使用一个振荡电路52的振荡信号产生时钟、载波和本机信号。因此，数字无绳电话设备仅要求一个晶体振荡器和数字无绳电话设备在安排上可以简化。另外，因为仅要求外部连接到IC的一个晶体谐振器，与常规的多个晶体谐振器外部连接到构成发送和接收系统电路的IC的情况相比较，电路的面积可减小。因此，数字无绳电话设备可以小型化，用于驱动振荡器的电功率可以减小和数字无绳电话设备的功耗可以减小。
特别是，按照这个实施例，频率是以这样的方式选择的，0.05MHz是发送和接收信号S21、S22的频率的最低数字的分数频率值，它包含在载波频率S18和中频信号S23的最低数字中。(因此，本机频率信号S20不含有0.05MHz的分数频率值。因此，仅利用振荡电路52的输出信号就可能产生操作时钟、载波和本机信号)。并且也可能加速PLL电路的锁相速度，因为相位检测器83的输入频率可以设定在100KHz下(与相位检测器83的输入频率为50KHz的情况比较)。
另外，在这个实施例中，在接收系统得到的中频信号S23的频率被设置为19.95MHz。如果这个中频信号S23的频率低于20MHz，则用于中频信号S23中消除不希望分量的带通滤波器44可以以满意的滤波特性的相对经济的滤波器实现，诸如陶瓷滤波器。从虚假响应观点，中频信号S23的频率应当最好选择为高于18MHz和中频信号S23的频率应当最好选择为高于18MHz并低于20MHz。
当发送信号和接收信号的频率范围位于864.15到868.05MHz范围中，其中发送信号和接收信号是以每100KHz变化的和时钟频率选为18.432MHz时，可选择表示在图3和4中的表的例子。
例1表示上述实施例的频率值和例2、3、4、5和6表示当振荡频率和分频比改变时得到的频率值。例5和6是实施例，其中分频电路58将VCO71的输出信号S16的频率分频到1/4。而且，在这种情况下，VCO71的频率为81.0MHz。这些例子使90度相移器59的工作稳定。
虽然频率可以在例1～6的任何一个中选择，实际上存在着如下的限制。
因为构成发送系统电路和接收系统电路的IC阻止500KHz的虚假向应的能力弱，PLL电路处理的分频信号S12、S14应当最好选择尽量远离500KHz的频率。因此，选择信号S12、S14最远离500KHz的768KHz的例子1或2是最可取的。
当本发明应用于如上所述的CT-2系统的数字无绳电话设备的情况下，本发明的原理可类似地应用其它系统的数字无绳电话设备和非数字无绳电话设备的收发信机。再有，本发明可以应用到仅具有发送系统的发送机中。
按照本发明的发送机可以根据一个振荡器输出的振荡产生操作时钟、载波频率和本机信号并且根据一个振荡器输出的振荡可以满意地发送音频信号。
当各发送频率的预定频率间隔设置时，频率综合器输出的本机信号的频率变为该预定频率的整数倍。结果，发送频率可以满意地利用本机信号设置。
振荡电路52的输出信号S11的频率和VCO61的输出时钟信号S13的频率，以及振荡电路52的输出信号S11的频率和VCO71的输出信号S16的频率有最大公约数，因此，有可能使该系统只采用一个振荡电路52。另外，通过使用这些公约数中最大的一个公约数，使PLL电路60和70的比较频率更高。从而，这些PLL电路的锁相速度可以变得更高。
另外，因为载波频率是从包含在低位数频率的本机信号频率中减去或加上发送频率得到的频率中固有的分数频率，甚至当分数频率被加到发送频率时，相应频率的发送信号也能很容易地产生。
另外，因为载波产生电路产生一个具有两倍载波频率的信号，该载波是通过分频具有两倍载波频率的信号为一半得到的和发送数据是通过调制装置对该载波正交调制的。对于正交调制发送数据所需的正交载波可以容易地满意地产生。
一个这种电路的例子将参照图5A和5B在下面描述。
图5A以方框图的形式表示一种简化安排装置的电路的例子，其中除2电路58和90°相移器59简化为单个电路。
如图5A所示，标号201表示反相输入信号的一个反相器。标号202、203表示触发器(FF1、FF2)，其每个触发器检测输入信号的一个前沿和每次检测该输入信号的前沿时反相输出。
图5B是输入到图5A所示的这个电路的和从其输出的波形图。
开始，具有图5B的波形a的信号被输入到反相器201和触发器(FF1)202。如图5B所示，反相器201输出其波形表示为b的频率。触发器(FF1)202输出被二分频的波形C。因为波形b被馈送到触发器(FF2)203，触发器(FF2)203输出波形d，该波形d是在其前沿对波形b二分频产生的。
图5B的波形c和d是输入频率的二分之一的频率和彼此之间具有90°相位差。此外，这个相位差是稳定的。与由模拟延迟电路或类似电路组成的电路相比较，例如按照上面描述的电路，由于温度等等的波动引起的相位差的波动是相当小的。
因为具有两倍于载波频率的信号是100KHz的整数倍，时钟、载波和本机信号可基于公共振荡器的振荡输出通过处理很容易地产生。
按照本发明的收发机可以基于单一振荡器的振荡输出产生时钟、载波和本机信号，发送处理和接收处理基于单一振荡器的振荡输出满意地进行。
另外，因为在接收侧由变频器变频的中频信号是通过滤波器馈送给解调装置，该滤波器提取包括这个中频信号的频率的频段，和该中频信号的信号频率被设计为高于约20MHz和低于约18MHz，所以有可能利用相对简单设计的滤波器。
另外，如果陶瓷滤波器被用作上述的滤波器，则有可能利用具有满意特性的滤波器。
已经参照各附图对本发明的一个优选实施例做了描述，但应当懂得本发明不限于该精确的实施例，在不脱离由所附的权利要求书所限定的本发明的精神或范围下，本专业的技术人员可以做出各种改变的修改。

Claims (13)

1.一种具有一个振荡器的发送机，包括：
振荡一个预定频率信号的一个振荡器；
第一变换装置，用于变换所述振荡器的输出信号为具有第一频率的第一信号；
第二变换装置，用于变换所述振荡器的输出信号为具有第二频率的第二信号；
第三变换装置，用于变换所述振荡器的输出信号为具有第三频率的第三信号，其中所述第一变换装置产生用于调制的信号，所述第二变换装置产生用于操作时钟的信号，和所述第三变换装置产生用于变频的信号。
2.如权利要求1所要求的具有一个振荡器的发送机，其中所述第一、第二和第三变换装置中的至少一个包括一个锁相环。
3.如权利要求1所要求的具有一个振荡器的发送机，其中所述振荡器是一个温度补偿的晶体振荡器。
4.如权利要求1所要求的具有一个振荡器的发送机，其中由所述第三变换装置产生的信号频率是所述振荡器产生的信号的频率的倍频。
5.如权利要求4所要求的具有一个振荡器的发送机，还包括混频装置，利用所述第三变换装置馈送的信号变换基带调制的信号为射频信号，而其中所述基带调制的信号及所述射频信号的频率包括低于由第三变换装置产生的所述频率间隔的分数频率值，和所述第三变换装置的输出信号的频率不包括所述分数频率值。
6.根据权利要求1的具有一个振荡器的发送机，还包括：
分频装置，用于以n分频所述第一变换装置的信号和产生频率为所述分频装置的输入信号的1/n的输出信号；和
用于相移所述分频装置的输出信号的相位90°的相移装置。
7.根据权利要求1的具有一个振荡器的发送机，还包括用于反相所述第一变换装置的输出信号的反相装置和两个分频装置，用于分频所述第一变换装置的输出信号及所述反相装置的输出信号和产生其频率是所述第一变换装置输出信号的一半及所述两个信号的相位差是90°的两个信号。
8.一种用于发送和接收信号的收发信机，包括：
振荡一个预定频率信号的一个振荡器；
第一变换装置，用于变换所述振荡器的输出信号为具有第一频率的第一信号；
第二变换装置，用于变换所述振荡器的输出信号为具有第二频率的第二信号；
第三变换装置，用于变换所述振荡器的输出信号为具有第三频率的第三信号，其中所述第一变换装置产生用于发送调制的信号，所述第二变换装置产生用于发送的/或接收的操作时钟的信号，和所述第三变换装置产生用于发送和接收的变频的信号。
9.如权利要求8所要求的用于发送和接收信号的收发信机，其中所述第一、第二和第三变换装置中的至少一个包括一个锁相环。
10.如权利要求8所要求的用于发送和接收信号的收发信机，其中所述振荡器是一个温度补偿的晶体振荡器。
11.如权利要求8的用于发送和接收信号的收发信机，还包括混频器装置，用于以所述第三变换装置馈送的一个信号变换射频信号为一个中频信号和其中所述射频信号及所述中频信号的频率包括低于所述频率间隔的一个分数频率值，而所述第三变换装置的输出信号的频率不包括所述分数频率值。
12.根据权利要求8的用于发送和接收信号的收发信机，还包括混频装置，通过所述第三变换装置馈送的一个信号，变换射频信号为中频信号，和用于处理所述中频信号的中频信号处理装置，其中所述中频信号的频率在约18MHz和约20MHz之间。
13.如权利要求12所要求的用于发送和接收信号的收发信机，其中所述中频信号处理装置包括一个陶瓷带通滤波器。
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