用于在超高频频段工作的无线电收发机、特别是无绳电话机进行频率预处理的可集成电路

摘要

采用跳频技术为时分双工而设计的电路方案在发射和接收路径(48、62)中总共只有2个频率合成装置(49、56)并且在发射路径中仅有一个向上混频器(54)。超高频合成器的频率在作为发射路径和接收路径内分派的混频器的叠加频率之前还要进行分频,由于较短的起振时间以致于可以将超高频合成装置用于发射和接收时隙的不同频率上。特别是在无绳电话中可以获得应用。

说明书

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的可集成电路。

一些特定的超高频频段在一些国家可以用于业余的无线电业务，如果能够遵守一些特定的，准确规定的条件。例如在美国，在902MHz和928MHz之间的频段可以作为所谓ISM(工业科学和医学)频段使用。

在此超高频频段允许开展无线电业务，例如无绳电话，但是在使用时应遵守由FCC(Federal Communications Commission美国联邦通信委员会)有关部门就通道间隔、20dB带宽、输出功率等所规定的边界条件。

对于无绳电话的实施主要有三种系统方案。第一种方案是以所谓直接序列扩展频谱(Direct Sequence Spread Spectrum)系统实施的。其中，无线电信号用一个数字信号的高位速率序列、即所谓PN(伪噪声)码如此调制，以便由信号叠加中产生一个宽带的发射信号。就是说待传输的通信信号的每一位在发射机中用PN码编码，此PN码可以在识别此码的接收机中重新解码。

第二种系统方案在于实现一种所谓的低功率系统。这里，在发射功率低于约0dBm的情况下没有限制它的规范。

第三种系统方案在于执行所谓跳频(Frequency Hopping)扩展频谱系统。这些系统允许例如在所谓ISM-频段具有最大为500kHz的通道间隔，其中99％的功率应在此带宽内发射。这样，在那里至少可以提供50个通道在伪随机序列的基础上加以利用。

借助图1将阐述一种系统，此系统到目前为止一直用作上述无线电业务、例如无绳电话。这里涉及一种具有较小输出功率(0dBm)的频分双工(FDD；Frequency division Duplex)系统。

图1所示收发机的发射路径1由一个超高频频率合成装置2，一个串联的发射带通滤波器7和一个发射末级8构成，其中，频率合成装置2包括一个压控振荡器(VCO；Voltage Controlled Oscillator)3，一个放大器4，一个锁相环路(PLL，Phase Locked Loop)5和一个低通滤波器6。此发射路径1与一个频率双工器9(即天线收发转换开关)的发送输入端相连，此双工器实际上是一个窄带滤波器。

天线10与频率双工器9连接，此天线既用于发射、也用于接收。在收发机的接收路径11上一个向下混频器12经过一个低噪声放大器13和一个带通滤波器14与频率双工器9的接收机接线端相连。此向下混频器12的另一个输入端与一个超高频频率合成装置15相连，此频率合成装置在所用元器件类型方面具有与发送路径1的超高频频率合成装置2相同的结构。

向下混频器12的输出端经一个第1中频滤波器16，一个中频放大器17，一个第二中频滤波器18和中频放大器19与一个解调器20连接。在图1所示示例中中频级的频率为10.7MHz。在发射路径1中的调制直接在那里的超高频频率合成装置2中进行。

此实施方案的缺点在于所需频率双工器9的高选择性以及由于低输出功率所决定的有限的作用距离。一种不用很高技术开销而改为跳频系统的实施方案由于两个超高频频率合成装置2和15的PLL-锁相环路的窄带宽而不可能实现。

将上述借助于图1所描述的系统配置转换成一个时分双工系统是采用跳频方法必须的，这样就形成了图2所示的一种系统，下面将对此系统加以阐述。这样一种系统可以用于上述无线电业务。例如无绳电话。图2所示收发机的发射路径21在其前级具有一个频率为10.7MHz的频率合成装置22，此频率合成装置包括一个压控振荡器23，一个放大器24，一个锁相环路25和一个低通滤波器26。在这个频率合成装置中可以进行直接调制。

发射路径21进入一个向上混频器27的一个输入端，而其另一个输入端则输入作为叠加信号的一个工作在100MHz的中频频率合成装置28的输出信号，此频率合成装置在所用元器件类型方面具有与频率合成装置22相同的结构。

向上混频器27的输出信号以较高的110.7MHz的中频频率经一个中频滤波器29输送到另一个向上混频器30的第1输入端，而在其第2输入端将输入一个超高频频率合成器31的输出信号作为叠加频率，此频率合成装置31的频率可以在790MHz和820MHz之间的频率范围变化并且在所用元器件类型方面与频率合成装置22具有相同的结构。

向上混频器27的输出信号被输送到下一个发射带通滤波器32和发射末级33。然后，发射路径21与一个时分双工开关34的发射输入端连接，该时分双工开关是一个由时间控制的转换开关并且交替地在发射和接收时隙起作用。天线36经一个902MHz至928MHz的带通滤波器35与该时分双工开关34的天线输出端连接。天线36既用于发射，也用于接收。

在所示收发机的接收路径37中，时分双工开关34的接收接线端经一个低噪声放大器39和一个带通滤波器40与向下混频器38的一个输入端连接。向下混频器38的另一个输入端由超高频频率合成装置31提供信号，此频率合成装置也用于发射路径21。

向下混频器38的输出端以较高的中频经一个110.7MHz的中频滤波器41与向下混频器42的一个输入端相连，而此混频器的另一个输入端由中频频率合成装置28提供信号，此中频频率合成装置是在发射线路21作为100MHz中频叠加频率的发生器时也用于向上混频器27。

然后，向下混频器42在低中频级经一个10.7MHz的中频滤波器43，一个中频放大器44，另一个10.7MHz的中频滤波器45和一个放大器46与解调器47连接。在发射路径21中的调制直接在第1频率合成装置22中进行。

这种实施可能性的缺点在于在发射路径21中对滤波器开销要求很高。另一个缺点是需要3个频率合成装置。除了对在第1发射和接收中频频率上的滤波器开销要求很高之外，且附加的接线端将降低可以实现的集成度。

本发明的任务在于对于可以自由支配的超高频无线电频段，特别是在900MHz频段提供一种频率预处理结构，用此结构在跳频方法中可以实现尽可能高的集成度。特别是将给出一个有效的频率分配，此种分配可以避免不希望的混频结果(Mischprodukt)并且同时可以实现一个最佳的时分多址(TDMA；Time Division Multiple Access)时帧格式。

此外应实现200kHz至300kHz的尽可能小的通道间隔，从而可以有效地去掉可能出现强烈干扰的动态通道，其中，应同时不超过4ms的帧持续时间，从而可以放弃回波补偿。

此项任务在所述类型的电路中是通过权利要求1前序部分所述特征加以解决的。在本发明电路中只需要2个频率合成装置。这样就取消了第3个频率合成装置，从而可以显著的提高了集成度。此外，本发明电路方案可以允许采用价位适中的外部滤波器。

通过将所需的超高频振荡器信号合成为至少是倍频。如图所示电路那样，可以提高相位检波器的参考频率，从而可以使超高频频率合成装置的起振时间减少一半。

这样，在相同的帧持续时间内可以安排2个起振过程。这种情况可以在发射或接收时隙的各种频率上使用超高频频率合成装置，就是说通过第2中频的频率偏移将通过超高频频率合成装置得到补偿。

有利的进一步发展，实施方案以及频率参数将在从属权利要求中给出。

通过一个具有镜像频率抑制的向上混频器以有利的方式在发射路径中进行向上混频，其中，在输入信号之间的90°-相移是通过分频器产生的。

下面对本发明电路的一个实施例加以阐述。

图1示出上述作为缺点看待的采用频分双工(FDD)系统的、输出功率小的电路方框图，

图2示出上述作为缺点看待的采用时分双工(TDD)系统和跳频技术的电路方框图，

图3示出本发明具有时分双工(TDD)系统并且可以实施跳频技术的电路方框图，

一种根据本发明形成的用于时分双工(TDD，Time Division Duplex)系统的电路、这是采用跳频方法所必需的，如图3所示并且在以下加以阐述。这样一种系统可以用于上述无线电通信业务，就是说例如无绳电话。

在所示示例中，此系统工作在902MHz和928MHz之间的工作频率范围，其通道间隔约为200kHz。图3所示收发机的发射路径48在其前级具有一个在99.9MHz工作的中频频率合成装置49，此装置包括一个压控振荡器50，一个放大器51，一个PLL-锁相环路52和一个低通滤波器53。

在此中频频率合成装置49中采用矢量调制器进行直接的调制，其中，所采用的调制是数字频率调制，最好是GMSK(Gaussian MinimumShift Keying(高斯最小移位键控))调制或GFSK(Gaussian FrequencyShift Keying(高斯频率移位键控))调制。

在发射路径48中只配置了唯一一个向上混频器54，将99.9MHz的中频频率合成装置49的直接调制的输出信号作为输入频率，并且将通过一个1∶2分频器55已分频的、在分频前为重叠频率2倍的一个超高频频率合成装置56的1580至1660MHz的输出频率作为超高频叠加频率输入到向上混频器54，其中，超高频频率合成装置56在所用元器件类型方面完全具有与上述中频频率合成装置49相同的结构。

在发射路径48中的向上混频器54具有一个镜像频率抑制装置。在发射路径48中向上混频器54的两个输入信号之间的90°相移是通过分频器产生的。向上混频器54的输出端通过一个带通滤波器57以及一个发射放大器末级58与一个时分双工开关59的发射输入端连接，该时分双工开关59是一个由时间控制的转换开关，并且发射和接收时隙交替地起作用。

天线61经一个带通滤波器60与时分双工开关59连接，此天线不仅用于发射，而且也用于接收。

在接收路径62中时分双工开关59的接收输入端经一个低噪声放大器63和一个超高频接收滤波器64与第1向下混频器65的第1输入端连接，而处于其第2输入端上是以经一个相应的1∶2分频器66引入的频率为1580MHz至1660MHz的超高频频率合成装置56的输出频率作为超高频叠加频率。

向下混频器65的输出端经频率为110.6MHz的高中频级的中频带通滤波器67与第2向下混频器68的一个输入端连接，而处在其第2输入端上是由中频频率合成装置49产生的99.9MHz的频率作为叠加频率。接收路径62的第2向下混频器68的输出端经第1中频滤波器69和一个第一中频放大器70以及一个第2中频带通滤波器71和频率为10.7MHz的低中频级的放大器与解调器73连接。在接收路径62中配置的解调器73优先采用矢量解调器或频率解调器。

下面在表格中列出了用上述实施例中给出的频率分配计划和另一个有利的频率分配计划，此计划同样可以在根据本发明实施的一个电路中优先加以应用。

    频率分配I    频率分配II    发射或接收频段    902-928MHz    902-928MHz    通道间隔    约200kHz    约200kHz    高中频    110,6MHz    153,4MHz    低中频    10,7MHz    10,7MHz    超高频频率合成装置    1580-1660MHz    1495-1575MHz    中频频率合成装置    99,9MHz    142,7MHz