CN1302628C - 数字转发器 - Google Patents
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Abstract
使用数字转发器来接收和重新发射射频RF信号的方法。该方法包括把第一RF信号下变频到中频IF信号，把IF信号变换成数字信号，用数字信号处理器处理该数字信号，通过使用数字信号处理器把该数字信号放大成放大的信号，以及把该放大的信号变换成模拟信号。该方法还包括把模拟信号上变频成适合于天线发射的第二RF信号。
Description
技术领域
本发明总的涉及转发器。更具体地，本发明涉及具有数字信号处理器的数字转发器，它可以用软件配置来接收和重新发射射频信号。
背景技术
转发器系统典型地被使用于这样的情况下，即：其中要被覆盖的区域和/或容量需求证明带有管理的频道分配的全部基站系统安装是不适当的。这样，常常使用安装在塔上的转发器系统来扩展基站的范围和填充基站覆盖区域中的空白点。空白点是指被阻挡而无法接收射频(RF)信号的区域。空白点包括山、树、建筑物等。
典型的转发器系统包括三个基本部分：指向/瞄准基站天线的链路天线；转发器电子电路；以及指向感兴趣区域的广播天线。通常，链路天线具有非常窄的波束宽度的高方向性(高增益)，因为它只需要“看到”基站天线。广播天线具有较宽的波束宽度，该宽度由想要被覆盖的区域确定。转发器电子电路可以包含各种双工器、滤波器、分路器和RF放大器等。典型的转发器系统包括从基站(BS)天线到接收设备的前向通路和从接收设备到BS天线的反向通路。
天线系统依据的两个主要性能因素是增益和输出功率。输出功率主要由链路和广播天线增益的总和与放大器的最大(线性)输出功率来确定。系统增益由无源天线增益的总和加上放大器的增益来确定。这是由广播与链路天线之间的隔离(或互耦)来限制的。隔离依赖于天线类型，前后(F/B)比和波束宽度。
转发器系统被使用于各种应用中，例如，TV和无线电发射、蜂窝/PCS通信、以及寻呼机业务。现有的转发器使用模拟技术和典型地只提供用于前向通路的一个信道和用于反向通路的一个信道。为了得到很大的相邻的信道抑制，RF信号必须被变换成确定的中频(IF)。这样，在传统转发器中的每个信道需要专用的下变频器、专用的IF滤波器、专用的上变频器、和专用的合成器。传统的模拟转发器使用具有12.5kHz和200kHz的分辨率的本地振荡器(LO)。这设定了整个转发器的信道分辨率。模拟转发器的IF和带宽根据转发器被设计用于的调制格式而被确定。另外，模拟转发器由于IF声表面波(SAW)滤波器或晶体滤波器的逐个器件的变化而受到群时延与通带变化的影响。小的阻抗失配会造成通带响应上很大起伏。在模拟转发器中，SAW滤波器的形状因子在15dB和40dB点之间可能有200kHz到400kHz的频率差值。模拟转发器的通带响应由IF SAW滤波器或晶体滤波器确定。
发明内容
所以，需要一种转发器，它能够：发射和接收多个信道，对于每条通路它只使用单个RF下变频器/RF上变频器对，有更大的本地振荡器分辨率，处理多种调制格式而不改变转发器硬件，不管阻抗失配如何都有基本上相同的滤波器性能，由于滤波器在15dB和40dB点之间具有小于1kHz频率差值的形状因子而允许把更多的信道一起放置得更靠近，匹配于由通信网使用的调制格式，以及自动检测调制格式和根据所检测的调制格式改变滤波器带宽。本发明着重解决这些需要中的一个或多个。
一种数字转发器被用于发射和接收射频(RF)信号。该数字转发器包括用于把第一RF信号下变频到中频(IF)信号的下变频器，用于把IF信号变换成数字信号的模拟-数字变换器，用于滤波和放大该数字信号的数字信号处理器，用于把该数字信号变换成模拟信号的数字-模拟变换器。数字转发器还包括上变频器，用于把模拟信号上变频成适合于天线发射的第二RF信号。
按照本发明的第一方面，提供了一种转发射频RF信号的方法，包括：在下行链路通路上把第一RF信号下变频到中频IF信号；把IF信号变换成数字信号；用数字信号处理器处理该数字信号；把该数字信号放大成放大的信号；把该放大的信号变换成模拟信号；把该模拟信号上变频成适合于天线发射的第二RF信号并且将该第二RF信号转发到一个广播天线；以及在一个操作独立于该下行链路通路的上行链路通路上，将一个第三RF信号下变频到一个中频(IF)信号；将那个IF信号变换成相应的数字信号；用数字信号处理器处理该相应的数字信号；把该相应的数字信号放大成放大的信号；把该放大的信号变换成模拟信号；以及把该模拟信号上变频成适合于天线发射的第四RF信号并且将该第四RF信号转发到一个链路天线，在上行链路和下行链路通路的至少一个中产生该数字信号的同相形式和该数字信号的正交形式，以及将该数字信号的同相和正交形式下变频到一个下变频的信号而不需显著变化那个通路中的调制方案。
按照本发明的第二方面，提供了用于发射和接收射频(RF)信号的数字转发器，该数字转发器包括：一个下行链路通路包含：下变频器，用于把第一RF信号下变频到中频(IF)信号；模拟-数字变换器，用于把IF信号变换成数字信号；数字信号处理器，用于处理数字信号和把数字信号放大成放大的信号；数字-模拟变换器，用于把放大的信号变换成模拟信号；以及上变频器，用于把模拟信号上变频成适合于天线发射的第二RF信号；以及一个上行链路通路包含：用于下变频第三RF信号的第二下变频器、第二模拟-数字变换器、第二数字信号处理器、第二数字-模拟变换器、以及用于把模拟信号变换成第四RF信号的第二上变频器；该下行链路通路被配置成耦合到一个广播天线，而该上行链路通路被配置成耦合到一个链路天线，每个通路相互独立地操作，在上行链路和下行链路通路的至少一个中，一数控振荡器，它产生同相本地振荡器信号和正交本地振荡器信号，以及一对数字混合器，它们产生该数字信号一个下变频的同相形式和该数字信号的一个下变频的正交形式；该上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器处理该信号而不需显著变化那个通路中的调制方案。
附图说明
当参考附图阅读以下的详细说明时将明白本发明的其它目的和优点，其中：
图1是按照本发明的一个实施例的、用于发送数据的天线系统；
图2是天线系统中使用的数字转发器的示意图；
图3是数字转发器的数字信号处理器模块的示意图；
图4a和4b是数字转发器的上变频器模块的示意图；
图5a和5b是数字转发器的下变频器模块的示意图；以及
图6a和6b是显示按照本发明的一个实施例的、转发器是如何用软件配置的流程图。
具体实施方式
虽然本发明容易有各种修改和替换的形式，通过附图中的例子给出了具体的实施例以及这里将进行详细描述。然而，应当看到，本发明并不想限于所揭示的特定的形式。而是本发明将覆盖属于由所附权利要求规定的本发明的精神和范围内的所有的修改例、等同例、和替换例。
参照图1，图上显示用于在基站天线6与接收设备14之间发送和接收数据的天线系统5。天线系统5包括数字转发器10，它被连接在链路天线8与广播天线12之间。数字转发器10扩展了起源的基站天线6的覆盖区域和/或填充了起源的基站天线6的覆盖区域中的空白点。
数字转发器10发射RF信号到接收设备14和从接收设备14接收RF信号，如图2所示。接收设备14可包括寻呼机、TV或无线电接收机、蜂窝或PCS电话等。转发器10运行在发射模式和接收模式。例如，在一个实施例中，链路天线8用来接收来自基站(BS)天线6或来自另一个转发器10的进入的RF信号。显示的转发器10通常工作在要被接收的一个或多个进入的RF信号的频段。广播天线12被使用来在广播/转发模式中发射(和接收)一个或多个信号到接收设备14，或发射一个或多个信号到使用多个转发器10广播或散布RF信号的系统中的另一个转发器10。
这样，转发器10在全双工模式(即，同时在两个方向上运行)使用两个不同的频率运行，每个方向一个频率。如图2所示，数字转发器10包括前向通路16(下行链路通路)和反向通路18(上行链路通路)。因此，转发器10提供与一个或多个接收设备14的双向通信。前向通路16把RF信号从BS天线6传送到接收设备14，而反向通路把RF信号从接收设备14传送到BS天线6。双工器100被连接在前向通路16的输入端与反向通路18的输出端之间。同样地，第二双工器200被连接在前向通路16的输出端与反向通路18的输入端之间。双工器100、200被使用来分开每条通路16、18的功率和阻止来自前向通路16的噪声回绕到反向通路18，以及反之亦然。RF信号19在链路天线8处被接收，以及被通过双工器100和前向通路16来进行传送。第二双工器200然后把滤波的信号43传送到广播天线12，后者发射处理的信号。在反方向时，广播天线12接收RF信号52，它被通过双工器200和反向通路18馈送。第一双工器100然后把滤波的信号82传送到链路天线8，后者发射处理的信号。
数字转发器10是多信道转发器，它可以同时处理在每条通路16，18上的多个信道。所以，RF信号(诸如RF信号19、52)每个都包含一个或多个处于不同的频率(信道)的信号。
双工器100起到带通滤波器的作用，它适用于接收进入的RF信号19和只允许在第一特定的频带内的滤波信号21通过。在一个实施例中，第一特定频带是在约1850MHz与1865MHz；1870MHz与1885MHz；和/或1890MHz与1905MHz之间。双工器100也允许用一个端口作为进入的下行链路信号和外出的上行链路信号的公共连接。双工器100和200确定哪些运行频带将被转发器10接收。例如，在一个实施例中，PCS 1900MHz转发器将运行在三个频带之一：子频带A、子频带B或子频带C。这些频带的运行频率如下：
频带 上行链路输入频率 下行链路输出频率
A 从1850到1865MHz 从1930到1945MHz
B 从1870到1885MHz 从1950到1965MHz
C 从1890到1905MHz 从1970到1985MHz
双工器100用来把低功率下行链路输入信号19与高功率上行链路输出信号82分开。例如，外出的上行链路信号(滤波的信号82)的功率电平典型地是几瓦，而进入的下行链路信号(RF信号19)的功率电平典型地是在微瓦到毫瓦量级。双工器100隔离下行链路通路与高功率上行链路通路。在一个实施例中，前向通路16也包括低噪声放大器110，用于放大滤波的信号21和产生放大的信号22。低噪声放大器110是宽带RF器件，其输入必须与高功率上行链路信号隔离。双工器100隔离低噪声放大器110与那些高功率上行链路信号，因为后者可以阻止转发器10的正常运行。
低噪声放大器110设定下行链路方向的转发器噪声系数。噪声系数与噪声因子有关，后者是转发器10的输入端处的信号噪声比(S/N)除以转发器10的输出端处的S/N。噪声系数＝10×Log10(噪声因子)。
第一RF下变频器120被包括在内，用于下变频放大的信号22。如图4a所示，RF下变频器120接收放大的信号22。放大的信号22与本地振荡器(LO)信号34被混频器24组合，以便产生中频(IF)信号30。在一个实施例中，IF是在约10MHz到30MHz之间，这取决于应用。这样，当LO信号34是1860MHz和放大的信号22是1850MHz时，IF信号就是10MHz。IF信号30被放大器33放大和被带通滤波器35滤波。带通滤波器35大大地减小放大的信号22和LO信号34的复合分量或镜频。IF信号30每个都包含处于不同频率(信道)的一个或多个信号。所有的下行链路信道都要通过第一RF下变频器120。
在一个实施例中，在转发器10中使用的放大器(诸如放大器33)包括相对较低的功率的、线性集成电路芯片元件，诸如单片微波集成电路(MMIC)芯片。这些芯片可包括由砷化镓(GaAs)异质结晶体管制造工艺制成的芯片。然而，硅处理芯片或CMOS处理芯片也可被利用。
下面是MMIC功率放大器芯片的一些例子：
1.RF Micro Devices公司(7625 Thorndike Road，Greensboro，NC 27409，或7341-D W.Friendly Ave.，Greensboro，NC 27410)的RFMicrodevices PCS线性功率放大器RF 2125P，RF 2125，RF 2126，或RF 2146；
2.Pacfic Monolithics公司(1308 Moffett Park Drive，Sunnyvale，CA)的Pacfic Monolithics PM 2112单电源RF IC功率放大器；
3.西门子AG(1301 Avenue of the Americas，纽约，NY)的西门子CGY191、CGY180或CGY181、GaAs MMIC双模式功率放大器；
4.Stanford Microdevices(522 Almanor Avenue，Sunnyvale，CA)的Stanford Microdevices SMM-208、SMM-210或SXT-124；
5.摩托罗拉公司(505 Barton Springs Road，Austin，TX)的摩托罗拉MRFIC1817或MRFIC1818；
6.惠普公司(933 East Campbell Road，Richardson，TX)的惠普HPMX-3003；
7.Anadigics(35 Technology Drive，Warren，NJ 07059)的Anadigics AWT1922；
8.SEI公司.P0501913H，1，Taya-cho，Sakae-ku，Yokohama，日本；以及
9.Celeritek(3236 Scott Blvd.，Santa Clara，CA 95054)的Celeritek CFK2062-P3、CCS1930或CFK2162-P3.
回到图2，前向通路16还包括第一多信道数字信号处理器(DSP)模块130，它包括模拟-数字变换器420，用于把进入的宽带IF信号30变换成数字信号32，如图3所示。在一个实施例中，DSP模块是四信道DSP；然而，每个都能够处理一个或多个信道的一个或多个DSP可被交替地使用。数字信号32包含一个或多个信道。数字信号32的第一信道然后被第一数字下变频器500进行数字处理。同样地，数字信号32的其它信道被各自的数字下变频器560、570和580进行数字处理。第一信道被数字下变频为基带中心频率约为0Hz，以及被加到一系列可软件配置的低通滤波器和增益级，如下面相对于图3详细描述的。处理的信道然后被数字上变频回到原先的IF频率。在说明的实施例中，来自四个信道的四个处理的信号然后被数字地相加在一起，以形成一个数字信号36(具有一个或多个信息信道，每个信道具有不同的频率)。数字信号36然后被加到数字-模拟变换器700。DSP模块130输出第二IF信号38。
回到图2，RF上变频器140被包括在内，用于上变频第二IF信号38。上变频器140把第二IF信号38变换成第二RF信号42，如图5a所示。第二IF信号38被带通滤波器44滤波和被放大器46放大。放大的信号与本地振荡器(LO)信号50被混频器48组合，以便产生第二RF信号42。滤波器44大大地减小IF信号38和LO信号50的复合分量或镜频。IF信号38每个都包含处于不同频率(信道)的一个或多个信号。在一个实施例中，IF是在约10MHz到30MHz之间，这取决于应用。这样，当LO信号50是1860MHz和IF信号是10MHz时，第二RF信号42就是1850MHz。所有的上行链路信道都要通过上变频器140。
回到图2，功率放大器150被包括在内，用于将第二RF信号42放大成为具有想要的输出电平的放大信号51。功率放大器150的线性度决定转发器10的动态范围的上限。功率放大器150的输出通过第二双工器200而与反向通路18隔离，该双工器被连接在前向通路16的输出端与反向通路18的输入端之间。双工器200起到带通滤波器的作用，它适用于只允许在第一特定的频带内的外出的滤波信号43通过。再次地，在一个实施例中，第一特定频带是在约1850MHz与1865MHz；1870MHz与1885MHz；和/或1890MHz与1905MHz之间。滤波的信号43被发送到广播天线12和被发送到接收设备14。
双工器200也起到带通滤波器的作用，它适用于只允许在第二特定的频带内的进入的滤波信号54通过。在一个实施例中，第二特定频带是在约1930MHz与1945MHz；1950MHz与1965MHz；和/或1970MHz与1985MHz之间。这样，双工器200允许用一个端口作为外出的下行链路信号43和进入的上行链路信号52的公共连接。双工器100和200确定哪些运行频带将被转发器10接受。正如先前的例子那样，PCS 1900MHz转发器将运行在三个频带之一：子频带A，子频带B或子频带C。每个频带的运行频率如下：
频带 下行链路输入频率 上行链路输出频率
A 从1930到1945MHz 从1850到1865MHz
B 从1950到1965MHz 从1870到1885MHz
C 从1970到1985MHz 从1890到1905MHz
双工器200用来把低功率上行链路输入信号与高功率下行链路输出信号分开。例如，外出的下行链路信号(滤波的信号43)的功率电平典型地是几瓦，而进入的上行链路信号(RF信号52)的功率电平典型地是在微瓦到毫瓦量级。双工器200隔离上行链路通路与高功率下行链路通路。在一个实施例中，反向通路18也包括低噪声放大器210，用于放大滤波的信号54和产生放大的信号56。低噪声放大器210设定上行链路通路18中转发器的噪声系数。低噪声放大器210是宽带RF器件，其输入必须与高功率下行链路信号隔离，后者可以阻止转发器10的正常运行。双工器200隔离低噪声放大器210与那些高功率下行链路信号。
第二RF下变频器220被包括在内，用于下变频放大的信号56。如图4b所示，RF下变频器220接收放大的信号56。放大的信号56与本地振荡器(LO)信号64被混频器58组合，以便产生中频(IF)信号65。在一个实施例中，IF是在约10MHz到30MHz之间，这取决于应用。这样，当LO信号64是1940MHz和放大的信号56是1930MHz时，IF信号就是10MHz。IF信号65被放大器62放大和被带通滤波器63滤波。带通滤波器63大大地减小了放大的信号56和LO信号64的复合分量或镜频。所有的上行链路信道都要通过第二RF下变频器220。
回到图2，反向通路18还包括第二多信道DSP模块230，它以与DSP模块130相同的方式运行。来自第二RF下变频器220的进入的宽带IF信号65被模拟-数字变换器420采样，和被分成数字信号32，如图3所示。在一个实施例中，DSP模块是四信道DSP；然而，每个都能够处理一个或多个信道的一个或多个DSP可被交替地使用。数字信号32的第一信道然后被第一数字下变频器500进行数字处理。同样地，数字信号32的其它信道被各自的数字下变频器560、570和580进行数字处理。第一信道被数字下变频为基带中心频率约为0Hz，以及被加到一系列可软件配置的低通滤波器和增益级，如下面相对于图3详细描述的。处理的信道然后被数字上变频回到原先的IF频率。来自每个信道的多个处理的信号然后被数字地相加在一起，以形成一个数字信号36(具有一个或多个信息信道，每个信道具有不同的频率)。数字信号36然后被加到数字-模拟变换器700。DSP模块230输出第四IF信号70，如图2所示。
第二RF上变频器240被包括在内，用于上变频第四IF信号70。上变频器240把第四IF信号70变换成第四RF信号72，如图5b所示。第四IF信号70被带通滤波器74滤波和被放大器76放大。放大的信号与本地振荡器(LO)信号80被混频器78组合，以便产生第四RF信号72。在一个实施例中，IF是在约10MHz到30MHz之间，这取决于应用。这样，当LO信号80是1940MHz和IF信号是10MHz时，第四RF信号72是1930MHz。带通滤波器74大大地减小了放大的信号70和LO信号80的复合分量或镜频。转发器的所有上行链路信道都要通过上变频器240。
第二功率放大器250被包括在内，用于将第四RF信号72放大成具有想要的输出电平的放大的信号81。功率放大器250的线性度决定转发器10的动态范围的上限。功率放大器250的输出通过第一双工器100而与前向通路16隔离，该双工器被连接在反向通路18的输出端与前向通路16的输入端之间。双工器100起到带通滤波器的作用，适用于接收放大的信号81和只允许在第二特定的频带内的外出的滤波信号82通过。再次地，在一个实施例中，第二特定频带是在约1930MHz与1945MHz；1950MHz与1965MHz；和/或1970MHz与1985MHz之间。滤波的信号82被发送到链路天线8和被发送到BS天线6。
参见图2和3，合成器/时钟300被包括在内，用于产生LO信号34、50、64、和80，以便用于RF下变频器120、220和RF上变频器140、240。在一个实施例中，RF下变频器120和RF上变频器140使用同一个LO频率；这样，LO信号34、50必须是互相充分隔离的，以阻止在RF下变频器120和RF上变频器140之间的串扰。在一个实施例中，第二RF下变频器220和第二RF上变频器240也使用同一个LO频率；这样，LO信号64、80必须是互相充分隔离的，以阻止在第二RF下变频器220和第二RF上变频器240之间的串扰。所以，合成器/时钟300提供互相充分隔离的LO信号，以阻止在前向与反向通路16、18之间的串扰。合成器/时钟300也产生采样时钟fclk，用于模拟-数字变换器420、DSP模块130、230和数字-模拟变换器700。
用户接口310被提供来用于与DSP模块130、230接口。用户接口310允许DSP模块130、230被编程来调节和配置某些参量，如下面结合图3描述的。电源320把原来的交流(AC)电源转换成直流(DC)电源。
回到图3，图上显示DSP模块130的详细的示意图。因为DSP模块230是以与DSP模块130相同的方式运行的，所以只显示和详细描述DSP模块130。在一个实施例中，DSP模块130是四信道DSP，它能够同时处理四个信道，然而，每个都能够处理一个或多个信道的一个或多个DSP可以被交替地使用。可调节的衰减器400被提供来适应各种IF信号电平。阻抗变换器410把衰减器400的低输出阻抗变换成适用于模拟-数字变换器420的输入端的高输出阻抗。例如，如果输入IF信号30对于模拟-数字变换器420太大，则反馈信号84使得衰减增加，由此减小在阻抗变换器410的输入端处出现的信号电平。模拟-数字变换器420把进入的宽带IF信号30变换成数字信号32，它以fclk确定的速率被采样。在一个实施例中，fclk的近似值是60MHz，这取决于应用。
提供了数字下变频器500。因为每个信道以相同的方式运行，所以只详细描述和显示数字下变频器500。数字下变频器500包括数控振荡器(NCO)510。NCO 510的频率确定处理数字信号32的哪个信道，即，它确定数字下变频器500要调谐到的中心频率。NCO 510可被调谐到(通过用户接口310)具有小于例如1Hz间隔的离散频率。在一个实施例中，NCO 510的可使用的频率范围是0Hz到大约0.4×fclk。NCO 510产生处于相同输出频率的两个LO信号，一个同相形式86和一个正交形式88，后者相对于同相形式86移相90度(以产生1/4周期延时)。LO信号的输出频率和相位是通过用户接口310可编程的。
一对数字混频器520把数字信号32的特定信道的频率下变频为由NCO 510确定的频率。当来自NCO 510的频率等于特定信道的频率时，混频器的输出是以0Hz为中心。一个混频器使用来自NCO 510的LO信号的同相形式86。这个混频器把特定的信道变换成以0Hz为中心的、同相的下变频的数字信号90。混频器中的第二个使用来自NCO 510的LO信号的正交形式88。这个混频器把特定的信道变换成以0Hz为中心的、正交的下变频的数字信号91。这时，由每个混频器产生的样本速率等于原先的采样速率fclk。
数字分样器530包括数字低通滤波器。数字分样器530丢弃不需要的下变频数字信号90、91的样本。这是可能的，因为感兴趣的信号以0Hz为中心以及占用窄的带宽。分样速率是丢弃的样本数目的度量。当分样速率增加时，未丢弃的样本的带宽降低。分样速率是通过用户接口310可编程的。数字低通滤波器是带有可编程系数的有限冲激响应(FIR)型滤波器，该系数规定了滤波器的形状。滤波器系数也是通过用户接口310可编程的。
数字下变频器500还包括一个二信道数字放大器540。数字放大器540的一个信道放大同相的下变频的数字信号90，以及第二信道放大正交的下变频的数字信号91。数字放大器540的两个信道被设置成有相同的增益。在一个实施例中，数字放大器540具有0到28dB的增益范围，步进量大约为0.1dB。增益量是通过用户接口310可编程的。这样，用户可以通过调节数字放大器540的增益而控制转发器10的覆盖区域。
数字复用器550被包括在内，用于把来自数字放大器540的同相的下变频的数字信号90和正交的下变频的数字信号91变换成一个具有交织的同相和正交样本的复用信号92。
DSP模块130的数字下变频器560、570和580以与上述的数字下变频器500相同的方式运行。
也提供了数字上变频器600。因为每个信道以相同的方式运行，所以只详细描述和显示数字上变频器600。数字上变频器600包括数字多路分离器610，它把来自数字下变频器500的复用信号92变换成分开的同相和正交信号93、94。
数字内插器620包括数字低通滤波器。数字低通滤波器是带有可编程系数的有限冲激响应(FIR)型滤波器。这些系数规定了滤波器的形状。滤波器系数也是通过用户接口310可编程的。数字内插器620产生所需要的数据样本，以便将采样速率增加到原先的频率fclk。内插速率是对产生多少样本的度量。通常，内插速率等于数字分样器530所使用的分样速率。内插速率也是通过用户接口310可编程的。
数字上变频器600还包括数控振荡器(NCO)630。NCO 630的频率确定上变频器要调谐到的频率。这个NCO可被调谐到具有小于1Hz间隔的离散的频率。在一个实施例中，NCO 630的可使用的频率范围是0Hz到大约0.4×fclk。NCO 630(像NCO 510那样)产生处于相同输出频率的两个LO信号，一个同相形式95和一个正交形式96，后者相对于同相形式95移相90度(以产生1/4周期延时)。LO信号的输出频率和相位是通过用户接口310可编程的。
一对数字混频器640把中心为0Hz的分开的信号93、94的频率上变频为被编程到NCO 630中的频率。一个混频器使用来自NCO 630的LO信号的同相形式95。这个混频器把分开的信号93变换成其中心为IF的、同相的上变频的数字信号97。混频器中的第二个使用来自NCO 630的LO信号的正交形式96。这个混频器把分开的信号94变换成其中心为IF的、正交的上变频的数字信号98。这时，由每个混频器产生的样本速率再次等于原先的采样速率fclk。
数字加法器650被包括在内，用于代数地相加同相的、上变频的数字信号97和正交的、上变频的数字信号98，以产生第一输出信号99a。数字上变频器600的信道660、670和680以与上述的数字上变频器信道相同的方式运行。在一个实施例中，信道660、670和680分别产生输出信号99b、99c、和99d。
多信道数字加法器690被包括在内。数字加法器690代数地相加数字输出信号(例如，99a-99d)以及将可编程的比例因子(从0到1)应用到输出信号99a-99d的总和上。比例因子防止总计的信道溢出。例如，在其中有四个信道和每个信道处理16比特字的情况下，四个16比特字的总和会大于16比特。所以，总和被按比例缩放，以避免溢出情形。数字比例因子是通过用户接口310可编程的。
数字-模拟变换器700把输出信号(例如99a-99d)的总和变换成差分模拟信号37。差分信号是其幅度等于在两个端口处的电压之间差值的信号。平衡到非平衡信号变换器710被提供来把差分模拟信号37变换成单个低阻抗模拟输出信号(图2的第二IF信号38)。这个单个输出信号使用地(0伏)作为它的基准。
微处理器800控制数字下变频器500和数字上变频器600。微处理器800为多信道DSP模块130提供编程数据，和报告模块130的状态。微处理器800与用户接口310交互作用，以允许用户编程和配置DSP模块130来设置，例如数字信号处理器的增益、第一数字信号的同相和正交形式的频率和相位、第一数字信号被分样的速率、数字信号的放大以便控制数字转发器的覆盖区域，分开的信号被内插的速率，以及数字比例因子，
参照图6a和6b，图上显示了描绘多信道DSP模块130如何被编程的流程图。微处理器800在方块900开始执行程序。微处理器800然后监视用户接口310，以确定用户是否想要新的信道建立(方块902)。如果表示否的话，则微处理器800回到方块900。否则，如果表示是的话，微处理器800确定用户请求的新的信道是否被安装在DSP模块上，即信道是否可提供(方块904)。DSP模块例如可以具有1和16之间的可提供的信道。如果新的信道是不可提供的，则微处理器800在方块906报告分配错误，以及程序结束(方块908)。否则，如果请求的信道是已安装的以及可提供的，则微处理器800确定进入的频率是否是有效的频率，即频率是否可提供(方块910)。例如，有效的中心频率可以是5kHz的倍数。所以，如果27kHz的频率被选择，则这个频率是不可提供的。如果频率是不可提供的，则微处理器800在方块912报告频率错误，以及程序结束(方块908)。否则，微处理器800在方块914确定相应于新的信道的调制格式是否可提供。如果调制格式是不可提供的，则微处理器800在方块916报告格式错误，以及程序结束(方块908)。否则，微处理器800通过使用来自NCO查找表的数据(方块922)来编程数字下变频器NCO510(方块918)和数字上变频器NCO 630(方块920)。
然后，微处理器800通过使用来自分样器/内插器查找表的数据(方块928)来编程数字下变频器分样器530(方块924)和数字上变频器内插器620(方块926)。微处理器800接着通过使用来自FIR滤波器查找表的数据(方块934)来编程数字下变频器FIR滤波器530(方块930)和数字上变频器FIR滤波器620(方块932)。微处理器800然后通过使用来自增益/比例查找表的数据(方块940)来编程数字下变频器放大器540(方块936)和数字上变频器比例因子690(方块938)。微处理器800开始刷新寄存器(方块942)以及程序结束(方块944)。在用户编程DSP模块的时间段内，没有数据被写入到数据寄存器中。一旦图6a和6b的编程的例行程序被完成后，寄存器被刷新，以便清除被包含在其中的任何老的数据。然后，转发器开始使用新编程的参量运行，以及只有新的数据被处理，老的数据已从数据“流水线”上被刷新。
应当看到，BS天线6可以用一个或多个转发器系统代替，每个转发器系统包括链路天线8、数字转发器10和广播天线12。这样，转发器系统可以被串形链接在一起，以扩展起源的基站天线的范围。
以上描述的数字转发器10可以独立于被处理的频段来运行。也就是，转发器10可以被使用于任何频段，包括但不限于以下频段：
(a)蜂窝(800MHz频段)
(b)PCS(1800和1900MHz频段)-(个人通信业务)
(c)GSM(900和1800MHz频段)-(全球移动通信系统)
(d)MMDS(2500MHz频段)-(多信道多点传播业务)
(e)LMDS(26GHz频段)-(本地多点传播业务)
(f)蓝牙(Bluetooth)应用(2400MHz频段)-(蓝牙是爱立信公司提出的无线协议标准的名字)
(g)室内无线LAN(2400MHz频段)-(局域网)
(h)处于1900MHz(美国)和1800-2200MHz(欧洲)的3G(第三代PCS系统)
所以，本发明提供数字转发器10，它包括一对数字信号处理器，每条通路一个，它们是可软件配置的，这样，用户能编程和配置某些参量。这些参量包括，例如：数字信号处理器的增益，第一数字信号的同相和正交形式的频率和相位，第一数字信号被分样的速率，数字信号的放大以便控制数字转发器的覆盖区域，分开的信号被内插的速率，以及数字比例因子，
而且，数字转发器10能够通过对于每条通路只使用单个RF下变频器/RF上变频器对来发送和接收多个信道。数字转发器10提供更大的信道分辨率，它允许更多的信道被一起放置得更靠近。这是通过使用具有在15dB与40dB点之间的、小于1kHz频率差值的精确的数字滤波器完成的。数字转发器10可以处理多种调制格式而不用改变转发器硬件，作为替代，数字信号处理器是可编程的，这样就使得改变调制格式是很快速和容易的。事实上，数字转发器10可编程来匹配由多个通信网使用的调制格式。数字转发器10甚至可以自动检测由特定的网络使用的调制格式，以及根据所检测的调制格式来改变滤波器的带宽。而且，数字转发器10提供基本上相同的滤波器性能，而不管阻抗失配如何。
虽然显示和描述了本发明的具体的实施例和应用，但应当看到，本发明并不限于这里所揭示的精确的结构和组合，以及可以从以上的说明作出各种修改、改变和变化，而不背离所附权利要求中规定的本发明的精神和范围。
Claims (45)
1.一种转发射频RF信号的方法，包括：
在下行链路通路上把第一RF信号下变频到中频IF信号；
把IF信号变换成数字信号；
用数字信号处理器处理该数字信号；
把该数字信号放大成放大的信号；
把该放大的信号变换成模拟信号；
把该模拟信号上变频成适合于天线发射的第二RF信号并且将该第二RF信号转发到一个广播天线；以及
在一个操作独立于该下行链路通路的上行链路通路上，将一个第三RF信号下变频到一个中频IF信号；
将从该第三RF信号下变频的IF信号变换成相应的数字信号；
用数字信号处理器处理该相应的数字信号；
把该相应的数字信号放大成放大的信号；
把该放大的信号变换成模拟信号；以及
把该模拟信号上变频成适合于天线发射的第四RF信号并且将该第四RF信号转发到一个链路天线，
在上行链路和下行链路通路的至少一个通路中产生该通路中的数字信号的同相形式和该通路中的数字信号的正交形式，以及将该数字信号的同相和正交形式下变频到一个下变频的信号而不需变化那个通路中的调制格式。
2.权利要求1的方法，其特征在于，其中处理包括滤波和分样该数字信号。
3.权利要求2的方法，其特征在于，其中数字信号被分样的速率是可编程的。
4.权利要求1的方法，其特征在于，还包括把数字信号的同相和正交形式下变频成其中心为0Hz的下变频的信号。
5.权利要求4的方法，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的处理包括把数字信号的同相和正交形式复用成一个复用的信号。
6.权利要求4的方法，其特征在于，其中处理包括把数字信号的同相和正交形式多路分离成分开的信号。
7.权利要求6的方法，其特征在于，其中分开的信号被内插和被滤波。
8.权利要求7的方法，其特征在于，其中分开的信号被内插的速率是可编程的。
9.权利要求4的方法，其特征在于，还包括把数字信号的同相和正交形式变换成具有同相和正交形式的上变频的信号。
10.权利要求9的方法，其特征在于，还包括相加上变频的信号的同相和正交形式。
11.权利要求9的方法，其特征在于，其中上变频的信号的同相和正交形式的频率和相位是可编程的。
12.权利要求4的方法，其特征在于，其中数字信号的同相和正交形式的频率和相位是可编程的。
13.权利要求1的方法，其特征在于，其中数字转发器的覆盖区域是通过对上行链路和下行链路通路的至少一个中的放大进行编程来控制的。
14.权利要求1的方法，其特征在于，还包括处理相应于转发器的一个信道的数字信号的一部分。
15.权利要求14的方法，其特征在于，还包括分别地处理该数字信号的四个信道中每个信道上的信号。
16.权利要求15的方法，其特征在于，还包括相加四个信道上的经处理的信号和应用可编程的比例因子。
17.权利要求4的方法，其特征在于，其中数字信号处理器被编程来配置从以下的组中选择的参量，所述组包括：增益，数字信号的同相和正交形式的频率和相位，分样速率，数字信号的放大，内插速率，和数字比例因子。
18.用于发射和接收射频RF信号的数字转发器，该数字转发器包括：
一个下行链路通路包含：
下变频器，用于把第一RF信号下变频到中频IF信号；
模拟-数字变换器，用于把IF信号变换成数字信号；
数字信号处理器，用于处理数字信号和把数字信号放大成放大的信号；
数字-模拟变换器，用于把放大的信号变换成模拟信号；以及
上变频器，用于把模拟信号上变频成适合于天线发射的第二RF信号；以及
一个上行链路通路包含；
用于将第三RF信号下变频成一IF信号的第二下变频器、用于将该IF信号变换成一数字信号的第二模拟-数字变换器、用于处理该数字信号的第二数字信号处理器、用于将经处理的信号变换成模拟信号的第二数字-模拟变换器、以及用于把该模拟信号变换成第四RF信号的第二上变频器；
该下行链路通路被配置成耦合到一个广播天线，而该上行链路通路被配置成耦合到一个链路天线，每个通路相互独立地操作，
在上行链路和下行链路通路的至少一个中，一个数控振荡器，它产生同相本地振荡器信号和正交本地振荡器信号，以及一对数字混频器，它们产生该数字信号的一个下变频的同相形式和该数字信号的一个下变频的正交形式；
该上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器处理该信号而不需变化那个通路中的调制格式。
19.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器是可编程的，这样便使得数字信号的放大可被调节来控制数字转发器的覆盖区域。
20.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器滤波和分样该数字信号。
21.权利要求20的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器是可编程的，这样便使得数字信号被分样的速率可被调节。
22.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中数字混频器把数字信号的同相和正交形式下变频成其中心为0Hz的下变频的信号。
23.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器把数字信号的同相和正交形式复用成一个复用的信号。
24.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器把数字信号的同相和正交形式多路分离成分别具有同相和正交形式的分开的信号。
25.权利要求24的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器包括第二对数字混频器，用于把分开的信号的同相和正交形式上变频成具有同相和正交形式的上变频的信号。
26.权利要求25的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器包括数字加法器，用于相加上变频的信号的同相和正交形式。
27.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中数控振荡器控制数字信号的同相和正交形式的频率和相位。
28.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器是可编程的，这样便使得数字信号的同相和正交形式的频率和相位可被调节。
29.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器内插和滤波该数字信号。
30.权利要求29的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器是可编程的，这样便使得分开的信号被内插的速率可被调节。
31.权利要求18的数字转发器，其特征在于，还包括用户接口，用于与在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器交互作用。
32.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器处理相应于转发器的一个信道的数字信号的一部分。
33.权利要求32的数字转发器，其特征在于，其中该上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器处理对应于该转发器的四个信道的该数字信号的一部分。
34.权利要求33的数字转发器，其特征在于，其中四个信道上的信号被数字信号处理器分别地处理。
35.权利要求34的数字转发器，其特征在于，还包括多信道数字加法器，用于相加四个信道上经处理的信号和应用可编程的比例因子。
36.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的模拟-数字变换器以预定的速率被采样。
37.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器每个都包括一对数字混频器，它们产生各个数字信号的同相形式和各个数字信号的正交形式，该数字混频器把数字信号的同相和正交形式下变频成其中心为0Hz的下变频的信号。
38.权利要求37的数字转发器，其特征在于，其中数字信号处理器是可编程的，这样便使得数字信号的同相和正交形式的频率和相位可被调节。
39.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的IF信号是在10MHz和30MHz之间。
40.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器的增益是在0dB和28dB之间。
41.权利要求18的数字转发器，其特征在于，其中在上行链路和下行链路通路的至少一个中的数字信号处理器被编程来配置从以下的组中选择的参量，所述组包括：增益，数字信号的同相和正交形式的频率和相位，分样速率，数字信号的放大，内插速率，和数字比例因子。
42.权利要求41的数字转发器，其特征在于，还包括用户接口，用于编程数字信号处理器。
43.权利要求18的数字转发器，其中该下行链路通路包括：
该数字信号处理器包括该对用于产生数字信号的同相形式和数字信号的正交形式的数字混频器，该数字混频器把该数字信号的同相和正交形式下变频成其中心为0Hz的下变频信号，该数字信号处理器滤波和分样该数字信号，将该数字信号的同相和正交形式复用成一个复用的信号，将该复用信号的同相和正交形式解复用成分开的信号，内插和滤波该分开的信号，该数字信号处理器还包括第二对数字混频器和数字加法器，该数字混频器将该分开的信号上变频成每个都具有同相和正交形式的上变频的信号，该数字加法器使该上变频信号的同相和正交形式相加以产生一个输出信号。
44.权利要求43的数字转发器，其特征在于，其中该第二数字信号处理器包括第二对数字混频器，它们产生第二数字信号的同相形式和该第二数字信号的正交形式，该第二对数字混频器将该第二数字信号的同相和正交形式下变频成其中心为0Hz的第二下变频的信号。
45.权利要求44的数字转发器，其特征在于，其中该第二数字信号处理器是可编程的，这样便使得该第二数字信号的同相和正交形式的频率和相位可被调节。
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