多信道接收机系统和用于多信道接收机监控的方法

摘要

一种多信道接收机系统(10)，包括：第一多个接收机电路(12，14)，其中的每个接收机电路具有与第二多个输入线(20，22)中对应的一个输入线连接的第一输(16，18)，每个输入线被布置成提供第三多个接收到的信号中对应的一个接收到的信号；第二输入(24，26)，其连接到本地振荡器(28)，所述本地振荡器被布置成提供本地振荡器信号；以及输出(30，32)，其被布置成提供第四多个输出信号(34，36)中对应的一个输出信号；以及上变频混频器(38)，所述上变频混频器具有用于接收基准信号(42)的第一混频器输入(40)；第二混频器输入(44)，其连接到所述本地振荡器；以及混频器输出(46)，其向第五多个定向耦合器(48，50)提供经上变频的基准信号，每个定向耦合器连接到所述第二多个输入线中对应的一个输入线。

说明书

技术领域

本发明总体涉及接收机，更具体来讲，涉及多信道接收机系统、 用于多信道接收机监控的方法、雷达系统、和车辆。

背景技术

多信道接收机系统用于与天线阵列通信，以构建(例如)雷达系 统中的相控阵，从而能够进行波束操控的同时避免可用于汽车应用的 雷达系统自身的部件发生机械移动。

多信道接收机系统的每个接收路径可以将不同的绝对相移引入到 其接收天线上接收到的特定信号，可以用可以在专用时隙中重复进行 的校准阶段期间或者没有专用校准阶段的常规接收操作期间确定的校 准值来补偿该信号。

发明内容

本发明提供了如所附权利要求所述的多信道接收机系统、用于多 信道接收机监控的方法、雷达系统、车辆、和计算机程序产品。

在从属权利要求中阐述了本发明的特定实施例。

参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得清楚并 得以说明。

附图说明

将参照附图描述仅作为示例的本发明另外的细节、方面和实施例。 附图中的元件出于简便和清晰的目的而示出，并且不必按比例绘制。 不同附图中相同的附图标记表示相同或类似的组件。

图1示出多信道接收机系统实施例的示例的示意性框图。

图2示出包括与基准信号耦合的接收到的信号的功率谱示例的示 意图。

图3示出相位差相对边带抑制比的示例的示意图。

图4示出用于多信道接收机监控的方法实施例的示例的示意性流 程图。

图5示意性示出包括具有多信道接收机系统的雷达系统的车辆实 施例的示例。

具体实施方式

参照图1，示出多信道接收机系统10的实施例的示例的示意性框 图。多信道接收机系统10包括：第一多个接收机电路12、14。这些接 收机电路12、14中的每个具有第一输入16、18，第一输入16、18连 接到第二多个输入线20、22中对应的一个输入线，每个输入线20、22 被布置成提供第三多个接收到的信号中的对应的接收到的信号。并且， 接收机电路12、14均包括：第二输入24、26，其与布置成提供本地振 荡信号的本地振荡器28连接；和输出30、32，其被布置成提供第四多 个输出信号34、36中的对应的一个输出信号。多信道接收机系统10 还包括上变频混频器38，该上变频混频器38具有用于接收基准信号 42的第一混频器输入40、与本地振荡器28连接的第二混频器输入44、 和向第五多个定向耦合器48、50提供经上变频的基准信号的混频器输 出46，每个定向耦合器48、50连接到第二多个输入线20、22中对应 的一个输入线。

输入线20、22可以携载接收到的信号。信号可以是携载信息的物 理量(例如，电磁波)的改变。例如，信号可以是射频信号或光学信 号。第二多个输入线20、22中的每个输入线可以连接到接收天线阵列 的对应的接收天线58、60。然而，输入线20、22可以连接到有线线路 而非天线。

示出多信道接收机实施例的图1所示的示例系统可以是双信道接 收机系统。应该注意，接收机系统可以包括不止两个接收路径。

接收到的信号可以是射频信号或毫米波信号，例如其经载波信号 调制。接收机电路12、14可以是信号转换器，例如，下变频器电路或 下变频混频器，例如，用于对接收到的信号进行解调并且提供输出信 号34、36。输出信号可以是中频信号或基带低频信号。为了转换接收 到的信号阵列，接收机电路还可以从本地振荡器电路28接收相同的本 地振荡器信号。

例如，所示的多信道接收机系统10可以用于雷达信号。为了降低 对机械移动雷达系统的部件的需要，可以向天线阵列应用波束操控。 对于接收机系统10，可以通过评估接收到的信号(例如，接收到的射 频信号)的相对相位来实现对接收到的辐射方向图的主瓣的检测。例 如，为了以高角度分辨率确定接收到的雷达信号的到达角(AOA)， 可以使用与天线阵列58、60连接的接收机系统10，其中，目标物的角 位置从经反射的信号在天线处的到达时间转变成输出信号中的相对相 位差，所述输出信号可以是经下变频的基带信号。

可以确定接收到的信号之间的相对相位差，尽管所有的接收路径， 即，接收机电路12、14和与天线58、60连接的输入线20、22，可以 将相移和幅值变化引入接收到的特定信号。然而，如果所引入的所有 接收路径或信道的相移是已知的，则可以评估相对相位差。由于由(例 如)制造差异、芯片装配、或寿命的老化造成的所使用的接收机硬件 的差异，导致这些相移会有所不同。尽管上变频混频器也可以引入相 移，但是其可以同样地馈送到接收路径，并且因此不会影响接收到的 信号之间的相对相位变化。对于由基准信号的耦合造成的可能的幅值 变化，亦会如此。

为了正确评估相位差，可以确定特定信道的偏差或相移，这可以 允许对接收机系统10进行校准。

上变频混频器38可以是调制器电路，其接收基准信号或测试信号 42以及与接收机电路12、14相同的本地振荡器28信号，所述信号42 可以是低频且带宽非常窄的信号。上变频混频器38可以混合这两种信 号，以产生频带接近接收到的信号的频带的经上变频的基准信号。然 而，如果经上变频的基准信号的频率接近接收到的信号的频带，则可 以使用不同的本地振荡器信号。

基准信号的频率可以被选定为使其不干扰在常规操作期间(例如) 借助天线58、60接收的信号。

与接收机系统10的输入线20、22中的至少一些输入线连接的定 向耦合器48、50可以接收经上变频的基准信号，并且将其耦合到特定 输入线20、22上接收到的信号。然后，可以将耦合的经上变频的基准 信号与在天线58、60接收到的信号一起下变频，并且可以提供可用于 进行校准的输出信号34、36内的基准，这是由于通过监控输出信号34、 36中包括的经下变频的基准信号的相对相位差，可以允许精确地确定 引入的相移。基准信号的能量可以被选定为刚好大得足以允许进行输 出信号中的相位检测，所述输出信号可以是中频信号。

对于所描述的示例，定向耦合器48、50可以是高频定向耦合器 (HFC)以及低损耗定向耦合器，其没有干扰接收机系统的常规接收操 作或者仅微弱地干扰其常规接收操作。例如，低损耗定向耦合器可以 造成0.6dB或更低的插入损耗。通过将基准信号耦合到接收到的信号， 信道与信道隔离不会发生劣化。

通过信号混频，可以产生信号的上下边带谱。通过将双边带经上 变频的基准信号耦合到接收到的信号，可以导致幅值取决于接收路径 引入的相移的经下变频的接收机输出信号。因此，上变频混频器38可 以是单边带混频器，例如，哈特利(Hartley)调制器电路。单边(SSB) 上变频混频器38可以产生具有上边带或下边带的经上变频的基准信 号。

例如，可以通过X_IF(t)＝cos(ω_LOt)cos(ω_reft)cos(ω_LOt+Φ)给出输出或 中频信号X_IF(t)，其中，ω_LO是本地振荡器的径向频率，ω_ref是基准信号 的频率，t是时间，并且Φ是接收机电路或下变频混频器12、14引入 的相移。在不去除(例如)下边带的情况下，可以通过 X_IF(t)＝{cos([ω_LO+ω_ref]t)+cos([ω_LO-ω_ref]t)}*cos(ω_LOt+Φ)给出这个信号。 SSB上变频混频器38可以去除一个边带，例如，下边带，从而给出 X_IF(t)＝cos([2ω_LO+ω_ref]t+Φ)+cos(ω_ref-Φ)。然后，低通滤波器可以去除频 率较高的频谱分量，并且接收机电路12、14可以提供输出信号X_IF(t)＝ cos(ω_ref-Φ)，其中，相移Φ保持在输出信号的相位中，而不用调制输 出信号的幅值。

如所示出的，上变频混频器38还可以被构造用于抑制经上变频的 基准信号中的本地振荡器信号，即，本地振荡器信号可以用于对基准 信号进行调制和频移，同时避免或至少减少自混频，不用本地振荡器 28信号自身变成经上变频的基准信号的一部分，因此使下变频之后的 接收机电路12、14的输出信号中的寄生分量减少，并且使接收机电路 12、14的性能劣化程度降低。出于相同的原因，接收机电路12、14的 第一输入16、18处的经上变频的基准信号的信号功率可以至多为 10dB，其低于接收机电路12、14的1dB压缩点。

现在还参照图2，示出包括耦合基准信号的接收到的信号的功率谱 示例的示意图。该图示意性示出以dBm为单位测得的功率比P，即， 在接收机电路的输出中间频率的频率f(以Hz为单位测得)上基于1 毫瓦的测得的功率的分贝(dB)数的功率比。与天线上接收到的信号 对应的信号的功率谱可以具有最大带宽62。上变频混频器38可以被构 造用于产生经上变频的基准信号，其频率值超出第三多个接收到的信 号的频率范围。这样会导致基准或测试信号64处于输出信号的功率谱， 其接近但是不干扰天线信号频谱。

例如，可以由外部产生施加到上变频混频器38的基准信号42。或 者，多信道接收机系统10可以包括分频电路(未示出)，该分频电路 具有与本地振荡器28连接的分频器输入，和与第一混频器输入40连 接的分频器输出。分频器(例如)可以被实现为分频器链，其可以根 据本地振荡器28信号产生低频基准信号42。

并且，多信道接收机系统10可以被实现为单片集成电路，例如， 实现为单片微波集成电路(MMIC)。通过使用一个多信道接收机芯片 (die)，可以允许减少由接收路径引入的相移，这是因为由于制造差 异导致的接收路径间的硬件差异，以及由于单独电路的耦合导致的信 号干扰会减少。

基准信号的功率可以低于混频器38的压缩点，从而避免混频器引 入的失真。混频器38的1dB压缩点可以是混频器的动态范围的上阈值， 这里混频器也可以是信号放大器。例如，基准信号的功率可以至多是 10dB，其低于混频器38的1dB压缩点。

现在参照图3，示出相位差PD相对边带抑制比SSR的示例的示 意图。所示的图可以应用于如图1所示的双信道接收机系统，其中， 例如，接收电路12、14都可以接收均包括基准信号的信号，但是其引 入相差10°的相移。并且，示出通过第一和第二接收机电路12、14递 送的第一和第二中频输出信号34、36之间的以度数为单位的相位差PD 与上变频混频器实现的以分贝(dB)为单位的可变边带抑制比SSR之 间的关系。可以看到，对于40dB的边带抑制，可以恢复10°的相移。 上变频混频器可以被构造用于将IQ相位变化应用到基准信号，即，应 用会进一步增加边带抑制比SSR的基准信号的同相(in-phase)或正交 相位分量的相位变化。

返回参照图1，所示的多信道接收机系统可以包括与混频器输出 46连接的峰值检测器电路52。峰值检测器电路52可以确定经上变频 的基准信号的最大功率。当将这个基准功率与包含在接收机电路12、 14的输出信号34、36中的基准信号的功率进行比较时，可以确定特定 接收路径的增益，从而允许精确比较特定接收路径的增益，并且自动 进行增益校准，即，通过将耦合到接收路径或信道之前的基准信号的 幅值与接收路径的输出信号中包括的基准信号的幅值相关，可以允许 消除或至少减少转换增益的变化。

例如，可以由(例如)多信道接收机系统10外部的处理器来执行 相位监控，所述处理器接收输出信号34、36。然而，多信道接收机系 统10可以包括相位监控模块54，该模块被连接，以接收第四多个输出 信号34、36中的至少两个并且至少提供差相位值。相位监控模块54 可以确定输出信号34、36的相位，包括由接收路径引入的相移。然而， 可以确定基准信号的相对相移，进而确定接收到的信号的相对相移， 并且将其用于校准特定的接收路径。这个校准以及监控过程可以在常 规操作期间原位地执行，而不用在校准模式下切换系统10或接收路径， 如果进行切换，则会(例如)中断或至少干扰系统10的接收操作。由 于系统10的相位校准，导致系统10可能能够对接收到的信号引入相 同或至少非常类似的相移，因此允许对不同信号路径上接收到的信号 之间的相对相位差或相位变化进行高分辨率的确定，这会(例如)允 许对正接收的信号的主瓣的到达角进行精确的确定。

并且，多信道接收机系统10可以包括增益监控模块56，该增益监 控模块56被连接以接收与经上变频的基准信号的功率对应的值并且接 收第四多个输出信号34、36中的至少一个，并且提供第四多个输出信 号34、36中的至少一个的增益值。增益监控模块56可以被构造用于 确定在经上变频的基准信号与接收机输出信号34、36中包括的基准信 号部分之间的增益，因此允许检测并补偿接收路径的增益变化，以及 接收路径之间的增益变化。如图1所示，系统10可以包括组合成相位 和增益监控模块或电路54、56的相位监控模块54和增益监控模块56。

现在参照图4，示出用于多信道接收机监控的方法实施例的示例的 示意性流程图。用于多信道接收机监控的方法可以包括：在第三多个 输入线中对应的一个输入线连接的第二多个接收机电路中对应的一个 接收机电路的对应的第一输入上接收66第一多个接收到的信号中的每 个信号；在上变频混频器的第一混频器输入上接收68基准信号；在第 二多个接收机电路中对应的一个接收机电路的对应的第二输入上，以 及在上变频混频器的第二输入上接收70本地振荡信号；在上变频混频 器的输出上提供72经上变频的基准信号；使用第四多个定向耦合器将 经上变频的基准信号耦合74到第一多个接收到的信号中；在第二多个 接收机电路中对应的一个接收机电路的对应的输出上提供76第五多个 经下变频的输出信号中的每个经下变频输出信号；对于包括经下变频 基准信号的经下变频的输出信号中的至少两个输出信号产生78差相位 值；并且确定80差相位值之间的相位变化。

所描述的方法可以允许实现所述的多信道接收机系统的优点和特 性，以作为用于多信道接收机监控的方法中的一部分。

用于多信道接收机监控的方法可以是用于相位和增益监控的方 法，并且可以包括接收与经上变频的基准信号的功率对应的值；接收 第五多个输出信号中的至少一个信号；并且针对第五多个输出信号中 的至少一个输出信号产生增益值。

现在还参照图5，示出车辆82的实施例的示例，该车辆82包括具 有多信道接收机系统10的雷达系统84。如所示出的，雷达系统84可 以包括多信道接收机系统10或者可以执行如上所述的方法中的步骤。 雷达系统84可以基于(例如)77GHz雷达芯片集来实现。雷达系统84 可以是汽车雷达系统。例如，雷达技术可以用于道路安全应用，如， 可以在(例如)77GHz下操作的自适应巡航控制(ACC)“远距离雷 达”。这可以使车辆能够与前方的车辆保持巡航距离。作为另一个示 例，雷达还可以用于(例如)在24GHz、26GHz或79GHz的范围内操 作的防碰撞“近距离雷达”。在此，它可以作为系统的一部分，用于 警告驾驶者即将发生碰撞，从而能够避免发生碰撞。在碰撞不可避免 的情况下，车辆可以(例如)通过应用刹车、预先拉紧安全带等自身 做好准备，从而降低对乘客及其它人的损伤。应该注意，所提出的系 统可以应用于使用任何其它频率范围的应用，例如，(例如)在122GHz 下工作的其它毫米波应用或者使用(例如)在60GHz下工作的无线个 人局域网(WPAN)通信、并且采用IEEE 802.15标准、car2car自组织 网络的应用，仅以这些为例。

车辆82可以包括如上所述的雷达系统84或多信道接收机系统10。 车辆82可以是汽车。然而，它可以是任何机动设备，诸如，飞机、轮 船、直升机等。

另外，计算机程序产品可以包括代码部分，当在可编程装置上运 行时，这些代码部分用于执行方法中的步骤，或者用于实现如上所述 的多信道接收机系统的一些部分。例如，本发明可以至少部分用在计 算机系统上运行的计算机程序来实现，所述程序至少包括当在诸如计 算机系统之类的可编程装置上运行时用于执行根据本发明的方法中的 步骤，或者使可编程装置能够执行根据本发明的装置或系统的功能的 代码部分。例如，计算机程序可以包括以下中的一个或多个：子程序、 函数、程序、目标方法、目标实现方式、可执行应用程序、小应用程 序、小服务程序、源代码、目标代码、共享库/动态加载库和/或设计用 于在计算机系统上执行的其它指令序列。计算机程序可以设置在诸如 CD-ROM或软盘之类的数据载体上，所述数据载体中存储了可在计算 机系统的存储器中加载的数据，所述数据代表计算机程序。所述数据 载体还可以是数据连接，如，电话线缆或无线连接。

在以上的说明书中，已经参照本发明实施例的特定示例描述了本 发明。然而，将明显的是，可以在不脱离如所附权利要求书阐述的本 发明更广的精神和范围的情况下，在本文中做出各种修改和改变。例 如，所述连接可以是(例如)借助中间装置传递来自节点、单元或装 置的信号或者将信号传递到节点、单元或装置的任何类型的连接。因 此，除非暗指或指明，否则所述连接可以(例如)是直接连接或间接 连接。

因为实现本发明的设备多半由本领域的技术人员已知的电子组件 和电路构成，所以为了理解和明白本发明的潜在构思，并且不模糊或 偏离本发明的教导，对电路细节的说明将不超过如上所述必要考虑的 程度。

可以使用各种不同的系统来实现可应用的以上的一些实施例。例 如，尽管图1和对其的讨论描述了示例性的系统，但是提出这个示例 性的系统只是为了在讨论本发明的各种方面时提供可用的参考。当然， 为了讨论的目的，已简化了描述，所述描述只是根据本发明可使用的 许多不同类型的合适构架中的一种。本领域的技术人员将认识到，逻 辑块之间的边界只是示例性的，并且替代实施例可以合并这些逻辑块， 或者对各种逻辑块施加可选的功能分解。

因此，要理解，本文所述的构架只是示例性的，并且事实上，可 以实现能实现相同功能的许多其它构架。抽象地但仍然明确地，用于 实现相同功能的组件的任何布置有效“关联”，使得所需功能得以实 现。因此，本文中被组合用于实现特定功能的任何两个组件可以被视 为彼此“关联”，使得所需功能得以实现，而这与构架或中间组件无 关。同样，如此关联的任何两个组件还可以被视为彼此“可操作地连 接”或“可操作地耦合”以实现所需功能。

此外，本领域的技术人员将认识到，上述操作的功能之间的边界 只是示例性的。多个操作的功能可以被组合成单个操作，和/或单个操 作的功能可以被分布在额外的操作中。此外，替代实施例可以包括特 定操作的多种情况，并且在各种其它实施例中可以改变这些操作的次 序。

另外，本发明不限于在非可编程硬件中实现的物理装置或单元， 而是可以还应用在通过根据合适的程序代码操作，而能够执行所需装 置功能的可编程装置或单元中。例如，可编程装置可以包括处理装置 或处理单元，即以下装置或单元组成的组中的一个或多个：微处理器、 中央处理单元、图形处理器、协处理器、数字信号处理器、嵌入式处 理器专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻 辑阵列(PLA)、实施状态机的装置、微控制器单元(MCU)。

此外，所述装置可以通过物理方式分布在多个装置中，同时在功 能上作为单个装置来操作。例如，在一个实施例中，多信道接收机系 统10可以包括本地振荡器模块。在另一个实施例中，可以从与接收机 系统10连接的振荡器接收本地振荡器信号。作为另一个示例，监控模 块54、56可以是系统10的一部分，或者可以至少部分包括在可编程 装置中，所述可编程装置例如是计算机系统。计算机系统是信息操纵 系统，其可以被设计用于为一个或多个用户提供单独的计算力。发现 计算机系统可以是许多形式，包括(但不限于)大型计算机、微型计 算机、服务器、工作站、个人计算机、笔记本、个人数字助理、电子 游戏机、汽车和其它嵌入式系统、手机和各种其它无线装置。另外， 例如，系统10或其一部分可以是物理电路或可转换成物理电路的逻辑 表示的软件或代码表示。如此，可以用任何合适类型的硬件描述语言 来实现系统10。

然而，其它修改形式、变化形式和可选择形式也是可行的。因此， 说明书和附图将被视为是示例性的而非限制性的。

在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记不应该被理解为 限制权利要求。词语“包括”不排除存在权利要求所列出的要素或步 骤之外的其它要素或步骤。此外，本文使用的术语“一”被定义为一 个或不止一个。另外，在权利要求书中使用诸如“至少一个”和“一 个或多个”之类的引语不应该被理解为暗指通过不定冠词“一”引入 的另一个权利要求的要素将包含这种引入的权利要求要素的任何特定 权利要求限制为仅包含一个这种要素的发明，即使是这个权利要求包 括引语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一”之类的不定冠词 是也是如此。对于定冠词的使用，同样如此。除非另外指明，否则诸 如“第一”和“第二”之类的术语用于任意地区分用这种术语描述的 要素。因此，这些术语不必旨在表明这种要素在时间或其它方面的优 先次序。在互不相同的权利要求中列举了某些手段的唯一事实不表明 不能利用这些手段的组合。

虽然以上已经结合特定装置描述了本发明的原理，但是要清楚地 理解，这个描述只是以举例的方式进行的而不作为对本发明范围的限 制。