CN1437797A - 具有补偿发射和接收物的相减滤波器的无线收发机 - Google Patents

Abstract

一种无线收发机，其特征在于一具有频率或振幅响应的补偿滤波电路(17)，具有与发射侧(15)和接收侧(13)中频段(IF)的结合滤波效应相同的功能。补偿滤波基本上使发射侧锁相环路效应和接收侧中频滤波效应，以及检波器的振幅失真加倍，这会使音频延时和失真。所以，根据相位的变化，从接收信号加进或减去补偿的音频，以致接收信号没有过滤物。

Description

具有补偿发射和接收物的相减滤波器的无线收发机

技术领域

本发明涉及无线数据收发机，具体地说，本发明涉及具有由频分多路复用提供的全双工功能的无线数据和语音收发机。

背景技术

无绳电话和移动电话用于将清晰调制话音传送到距离从几百呎至几英里范围内的呼叫电话。提供的电话除了能实现上述功能外，还要制造成本低，电池的使用寿命长以及符合无线发射的一般要求。满足上述要求最简单的一种结构是具有单本机振荡器采用直接发射和单变频接收。

在已有技术中，Cripps的美国专利US5,493,583、5,553,056，及美国专利US5,550,,865以及Cripps等人的美国专利US5,444,737叙述了一种在无线数据收发机中直接发射和单变频接收的结构。这种无线数据收发机用于发射和接收调频信号。收发机设有单振荡器，其既用作发射机的无线频率源，又用作接收机的本机振荡器信号源。在信号发射的过程中，振荡器的输出是调制频率，以向发射天线提供调频发射信号。振荡器输出的频率是通过调制用作锁相环路压控振荡器的控制电压的误差反馈信号而进行调制，从而产生调频发射信号。在接收信号的过程中，接收天线接收振荡器的输出，即发射的调频信号，以及为与该发射调频信号混合的调频接收信号，将调频接收信号向下变频。作为下变频的调频接收信号解调部分，就要减去二进制发射数据。

使用直接调制的本机振荡器来发射和接收会产生一个问题。当调制本机振荡器产生发射信号时，该同一本机振荡器也用于将接收信号向下变频至适合滤波和放大的中频。因此，用于发射的调制信号内有接收信号，并且可被检测到。在一模拟调频语音系统中，用户听到自己的声音百分之百产生回音，也就是说，回音的音量与远程检测的信号一样大。这种大音量的无线回音对用户来说是不能接受的。

本发明的目的在于提供一种改进的收发机结构，其最适合用在无绳电话、移动电话以及其它一些系统，其中发射本机振荡器调相或调频来产生发射信号以及该本机振荡器用于将接收信号向下变频，还消除回音。

发明内容

上述目的业已以一种无线收发机达到，其利用补偿滤波取消影响发射回音信号的滤波物，从而更精确地减去发射回音信号。补偿器是一滤波器，也可以选择为一振幅补偿器，其使锁相环路对收发机发射侧的调制压控振荡器的滤波影响以及中频滤波对接收侧的影响大约增加一倍，这会使接收信号延时和失真。所以，根据相位的变化，在基带音频段的接收信号中加进或减去补偿信号，以使接收信号没有发射的回音物。如果没有补偿滤波器，发射回音不容易减去，在一些情况下几乎不能减去。

本发明的收发机使用的射频(RF)电路几乎是最小的，故可满足政府(FCC)对大部分无绳电话的要求，而且音质良好。

附图说明

图1所示为本发明的无线收发机的框图。

图2所示为图1的收发机发射和接收侧的电路频率响应示意图。

图3所示为图1的收发机使用的补偿滤波电路的电路原理图。

图4所示为图3的补偿滤波电路的增益对频率的曲线图。

具体实施方式

参看图1，可以看到，本发明的无线收发机具有接收侧(也称接收电路)13和发射侧(也称发射电路)15。天线11既用于发射调制射频(RF)信号，又用于接收调制射频信号。当收发机接收调制射频信号时，接收信号70传到接收侧13，其由一使基带接收射频滤波器21引到下变频混频器23的射频放大器、一中频(IF)放大/滤波器25、一调频滤波器27、一减法器29以及一接收音频处理器20组成。

通过天线11传输的输出信号由发射侧15产生，发射侧是一个直接调频或调相的发射机，由一发射音频处理器30、一包括压控振荡器(VOC)35的锁相环路、一锁相环路合成器37与一参考振荡器39、一发射缓冲放大器33以及一发射谐波滤波器31组成。补偿滤波器17连接在发射电路15和接收电路13之间。补偿滤波器17用于补偿接收电路13解调器的频率失真以及如可能在压控振荡器35和锁相环路合成器37发生的发射调制失真，下文将作详细叙述。另外，振幅补偿器80连在补偿滤波器17和接收电路13之间。该振幅补偿器80用于补偿接收电路13解调器的振幅失真。微控制器40与收发机的音频处理器、键盘、指示灯以及其它外围设备面接，以提供处理控制功能。

射频滤波器21是一对接收信号70起作用的宽带滤波器，以便降低输入信号噪声、虚假信号以及减小到达接收机的发射信号的功率。滤波后的信号71传到下变频混频器23，压控振荡器35的输出信号与射频滤波器21的射频信号在下变频混频器23混频，从而产生中频(IF)信号。中频信号72经中频放大/滤波器25放大，放大信号73再传到调频检波器27，或者，在调相的情况下到达解调中频信号的相位解调器。中频滤波器通常是对中频信号有显著影响的窄带滤波器。因此，仿造中频滤波器要考虑本发明的补偿滤波器，而不会仿造和考虑对失真影响较小的射频滤波器。考虑到频率和振幅失真，解调器设有一可被仿造的特性滤波功能。

目前在音频基带段的解调信号74传输到减法器29，其中使解调信号74与补偿滤波器17的信号75进行微分相加。减法器29的目的是将发射调制从接收信号中去掉，所以必须要注意相位和频率响应。例如，如果本机振荡器35的频率随发射调制电压的增加而增大，下变频混频器23的本机振荡器35的频率就会比接收信号低，然而混频器23在其出口端使本机振荡器35的频率反转过来。这样，当发射调制增加时，中频频率72和73就会减少。所以必须考虑调频检波器27的相位。为了便于解释，我们假设调频检波器27的输出随中频频率73的增大而增加。最终得到的减法器接收输入74随反射调制的增加而减少。在这种特殊情况下，要使补偿滤波器17不发生逆转，减法器需要同时加进两个信号74和75以消除上述影响。为了避免混淆，我们将补偿块29称为减法器，这是因为它能减去内有信号74的信号75，然而，我们从上文可以看到，每种结构均要判断减法器是否需要加进或减去信号以便消除上述影响。随后进行的频率补偿是一种振幅补偿80，这种振幅补偿使解调电路中仿真的振幅失真偏移。

之后，差信号76传到接收音频处理器20。在仿真语音调制的情况下，音频处理器通常包括一压缩扩展电路，其借助压缩器压缩发射机语音信号的体积范围来改善信噪比，而用扩展器在接收端恢复正常范围。另外，通常使语音信号滤波以防止在发射过程中带有不希望得到的调频范围，并且限于防止在发射过程中出现过度调制电平。为了去掉音频范围外的噪声，通常也会使接收音频滤波。这个过程还包括增益或音量控制。对于数据通常不用音频处理器，或者只用一个比处理语音简单得多的处理器。若语音信号已经由声码器数字化，则音频处理器通常只以发射侧的脉冲整形滤波器和接收侧的噪声/带宽控制滤波器组成。

基带接收射频滤波器21、下变频混频器23、中频放大/滤波器25、调频检波器27以及减法器29为本技术领域公知的一般设备。接收音频处理器20可采用任何一种适合模拟或数字信号的音频处理器。

对于待发射信号，模拟语音或数字数据信号68传到发射音频处理器30，其将发射调制变成发射基带信号67，而发射基带信号67可输入到补偿滤波器17，也可输入到压控振荡器35。锁相环路合成器37具有自稳定参考振荡器39来的输入66和自压控振荡器35来的反馈输入65。如果系统无输入信号，误差电压就是锁相所需要的数值。因此，压控振荡器35的工作频率为载波频率fo。当施加发射调制信号67，即可调制压控振荡器的频率控制输出信号62，不过该信号经锁相环路37滤波。换句话说，当调制信号67在压控振荡器的中心频率位置摆动时，锁相环路以可用已知程序模拟的滤波特性来衰减摆动，但仍然将压控振荡器调制到环路带宽以外。在锁相环路带宽内，减少这种调制。该射频信号62通过发射天线发射出去。调频射频信号62经过输出缓冲放大器33和谐波滤波器31到达天线发射。与接收电路一样，发射电路15的组件块，如压控振荡器35、锁相环路合成器37、参考振荡器39、缓冲放大器33以及谐波滤波器31可使用本技术领域公知的一般设备。发射音频处理器30可为与上述接收音频处理器同一种类型的处理器，发射音频处理器30通常由一压缩器、一限幅器以及一模拟语音用的滤波器组成。

如以上所讨论的一样，补偿滤波器17连接在发射电路15的发射音频处理器30和接收电路13的减法器29之间。补偿滤波器17用于改变发射调制67的频谱和相谱，使发射调制67与发射调制的接收信号74分量更匹配，因而使该信号精确地去掉，得到纯接收信号76。为了说明补偿滤波电路，一典型锁相环路的带宽定为约150Hz，一锁相环路的零位引出线定为10Hz。这些数值应当包含一衰减良好的锁相环路。这些假设意味着锁相环路会影响调制信号，低于150Hz为单高通效应和低于10Hz为双高通效应。由此可见，补偿滤波器也应该有同样的功能，以致减法器将所有发射音频信号从接收信号中完全消除。

接收机也具有某些滤波功能，主要对中频放大/滤波器而言，而且这对音频信号也有影响。为了便于说明，假定接收电路的中频滤波具有在10Hz下使带两极响应的音频信号的低通效应。所以，补偿滤波器在调制信号到达减法器之前需要对它进行补偿，使减法器输出准确信号。

参看图2，滤波器17必须补偿发射电路15中的锁相环路影响以及接收电路25中的滤波影响。在通常情况下，射频滤波器13对基带接收侧的滤波影响并不重要，这是由于射频滤波器的带宽与基带信号相比宽得多，与上述实施例中讨论的一样，锁相环路低于150Hz可具有单高通效应和低于10Hz可具双高通效应。这一高通效应在图2中以发射电路15的一对高通滤波器83，84来表示。同样，如上所讨论，接收电路中的中频滤波器可具有在10Hz下使带两极响应的音频信号的低通效应。而这一低通效应在图2中以接收电路13的一对低通滤波器81，82来表示。

为了在减法器的出口端得到纯接收信号76，补偿滤波器17必须补偿发射电路15的高通效应以及接收电路25的低通效应。图2所示的补偿滤波电路17包括两个高通滤波器85和86以及两个低通滤波器87和88。图2所给出的高通和低通效应的数量只作举例说明，要得到精确的补偿滤波特性必须通过模拟锁相环路滤波对压控振荡器输出信号62的影响以及中频滤波对混频器输出信号62的影响来确定。补偿滤波器与这一组合相同。发射电路和接收电路的各级分支电路还有其它滤波效应，这些滤波效应均可通过补偿滤波电路模拟和相配。

图3所示为滤波器17的一个实施例。应该注意，图3所示的滤波器17实施例仅仅是一种可用于实施补偿滤波器17的结构。滤波器还可以作其它许多具备相同功能的结构，即将发射信号从接收信号中消除。在图3的电路17中，输入点51从发射电路的发射音频处理器接收发射音频信号。电阻R1和电容C1与输入点51串联。电阻R2连接在电容C1的一端和接地之间。电容C2在电容C1的一端和接地之间与电阻R2并联。电容C3在电阻R2和电容C2之后在电容C1和电阻R3之间串联。电阻R3的第二端连接到工作放大器60的负输入端N1。工作放大器60的正输入端N3接地。电阻R4和电容C4并联连接在工作放大器60的负输入端N1和输出端N2之间。输出端N2连接到补偿滤波电路的输出点52。而补偿滤波电路17的输出点52又与发射机接收电路的减法器相连。

如对图2讨论那样，典型锁相环路的带宽约为150Hz，锁相环路的零位引出线为10Hz，这意味锁相环路影响调制信号，低于150Hz为单个高通效应和低于10Hz为双高通效应。因此，图3的补偿滤波器应该具有相同的功能，以致减法器将所有发射音频信号从接收信号中完全消除。参看图3，电容C1为22nF，与1MΩ的电阻R2形成高通滤波器53。此外，电容C3为22nF，与100KΩ的电阻R3形成第二高通滤波器55。

接收侧也具有某些滤波功能，主要在中频段，这对音频信号有影响。如上述实施例所讨论的一样，假定接收电路的滤波具有在10Hz下使带两极响应的音频信号的低通效应。因而补偿滤波器需要在调制信号到达减法器之前进行补偿。在图3的电路图中，10KΩ的电阻R1与1.5nF的电容C2形成低通滤波器54。此外，100KΩ的电阻R4和150pF的电容C4形成第二低通滤波器56。这两个低通滤波器具有与接收电路中的任何有效中频滤波效应相配合的效应，而射频滤波器53和55具有与发射音频的锁相环路的任何效应相配合的效应。

图4所示为补偿滤波效应的曲线图。曲线的Y轴92表示信号增益，以分贝(dB)为单位，X轴91表示频率(Hz)，以对数为刻度。在10至150Hz之间的曲线部分94中，每十倍高通的斜率为20dB。这是由于高通滤波器55的作用。在低于10Hz的曲线部分93中，每十倍高通的斜率为40dB。这是由于高通滤波器53和55共同起作用的结果。而高于150Hz的曲线部分95，其斜率几乎等于零，直到频率到达10KHz，这时需要补偿中频滤波的两极响应。从这个频率开始，低通滤波器54和56影响高于10KHz的曲线部分96，每相差十倍，其斜率为40dB。

根据滤波器已知的制作模式，补偿滤波器和振幅补偿器可以以各种方式实施。应用这些模式将发射侧的锁相环路效应和接收侧的中频滤波的滤波效应以及检波电路的振幅失真结合起来。

Claims (12)

1.一种无线收发机，其特征在于：所述无线收发机包括

一发射侧，其设有一产生射频(RF)信号的压控振荡器，该压控振荡器具有一由参考电路稳定的中心频率，根据自基带调制信号源来的调制信号相对中心频率的摆动，参考电路对产生调制射频输出信号的射频信号施加一特性滤波功能，和

一接收侧，其设有一使射频输入信号与调制射频输出信号混频的下变频混频器，该混频器产生一传输到中频放大滤波器的中频信号，该中频放大滤波器具有以中频(IF)信号工作的特性滤波功能，因而可产生一滤波中频信号，一连接成用于接收该滤波中频信号及产生一调制音频信号的检波电路，以及一连接成用于接收该调制音频信号的减法器，以及

一补偿滤波器，其具有一与减法器连接的输出和一滤波功能，该补偿滤波器的功能等于射频输出信号的特性滤波功能和中频放大滤波器的特性滤波功能的总和，补偿滤波器的输入用于接收调制信号，并施加补偿信号，从而从接收调制音频信号中去掉发射调制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述参考电路为一锁相环路。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置还包括一振幅补偿器，其与补偿滤波器相连并具有一施加到与检波电路的振幅失真相同的减法器的振幅衰减特性。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述接收侧的输入与射频放大滤波器连接，而放大滤波器的输出是所述射频输入信号。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述滤波功能是射频输出信号的特性滤波功能和中频放大滤波器的特性滤波功能的线性结合。

6.一种发射和接收射频信号的收发机，其特征在于：所述发收机包括

一既用于发射第一调制射频信号，又用于接收第二调制射频信号的天线，

一与天线耦合，并产生第一射频信号的发射电路，该发射电路包括一以发射音频信号调制第一射频信号的调制器，该发射电路还包括一具有特性滤波通带，并与送到天线的压控振荡器输出信号相连的锁相压控振荡器，

一与天线耦合，并接收第二射频信号的接收电路，该接收电路具有一下变频混频器及一中频放大滤波器，其输入为压控振荡器的输出信号，其输出为具有第一频率响应的混频器输出，以及一将第一频率响应转换成基带信号的解调电路，该解调电路与减法器相连，以及

一耦合在发射电路的压控振荡器和接收电路的减法器之间的补偿滤波电路，其具有与第一频率响应相同的第二频率响应，其中第一频率响应信号与第二频率响应信号结合，从而从接收电路的基带信号中精确地去掉发射调制。

7.如权利要求6所述的收发机，其特征在于：所述发射电路包括一耦合在压控振荡器上的锁相环路(PLL)合成器，该锁相环路(PLL)合成器具有第三频率响应。

8.如权利要求6所述的收发机，其特征在于：所述补偿滤波电路包括至少一高通滤波器。

9.如权利要求1所述的收发机，其特征在于：所述补偿滤波电路包括至少各一个高通滤波器和低通滤波器。

10.如权利要求6所述的收发机，其特征在于：所述补偿滤波电路包括至少一与至少一低通滤波器串联的高通滤波器。

11.如权利要求6所述的收发机，其特征在于：所述发射电路的压控振荡器直接以基带音频信号进行调制。

12.如权利要求6所述的收发机，其特征在于：所述收发机还包括一振幅补偿器，其与补偿滤波器连接，并具有一施加到与检波电路的振幅失真相同的减法器的振幅衰减特性。

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