Новая архитектура недорогостоящего/маломощного аналогового приемопередатчика
Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для приема и передачи сигнала. Приемопередатчик с одной боковой полосой (ОБП) содержит передающее устройство, включающее в себя фазовращатель для сдвига фазы звукового входного сигнала, причем входной звуковой сигнал включает в себя сдвинутые по фазе сигналы, используемые для модуляции сигнала для передачи, которое выдает частотно-манипулированный сигнал (ЧМ) с одной боковой полосой (ОБП), соответствующий входному звуковому сигналу, причем ЧМ сигнал ОБП включает в себя аналоговую информацию, приемное устройство, выполненное с возможностью генерирования верхней боковой полосы и нижней боковой полосы, и устройство управления соединением, содержащее микроконтроллер, который автоматический выбирает одну из верхней и нижней боковых полос в зависимости от помех, обнаруженных во время передачи или приема. Технический результат - создание недорогостоящего приемопередатчика, не нуждающегося в настройке, в котором обеспечивается автоматический четкий выбора канала, не пораженного помехой. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к приемопередатчикам и, в частности, к приемопередатчику, имеющему передающую систему частотно-манипулированных сигналов (ЧМ) с одной боковой полосой (ОБП) и связанную с ней архитектуру с нулевой промежуточной частотой (ПЧ) для приема передаваемого сигнала.
Предшествующий уровень техники
В большинстве архитектур для недорогостоящих 900 МГц и 2,4 ГГц портативных бытовых беспроводных систем используются архитектуры либо дуплексного разделения по частоте (ДРЧ), либо дуплексного разделения по времени (ДРВ). В архитектурах ДРВ используются схемы цифровой модуляции, так что во время передачи оцифрованный (представленный в цифровой форме) голос можно буферизовать и разбивать на части с последующим обратным преобразованием к нормальной скорости после преобразования скорости в схемах основной полосы частот приемного устройства. Архитектуры ДРВ приводят к весьма недорогостоящим радиочастотным (РЧ) архитектурам, поскольку в них не требуются дуплексные фильтры, а также вследствие того, что для поддержания двухсторонней линии связи необходима только одна система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Однако, из-за ограничений стоимости реализации интегральной схемы (ИС) со всей необходимой обработкой сигнала основной полосы частот, использование ДРВ не является оптимальным с точки зрения цены.
Дуплексное разделение по частоте, как правило, используется в аналоговых системах, которые осуществляют передачу и прием на строго различных полосах частот. Для предотвращения ухудшения функциональных характеристик приемного устройства из-за мощности передающего устройства во входных каскадах используются дорогостоящие фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) или диэлектрические фильтры. В ДРЧ, поскольку аналоговый сигнал передается без преобразования в цифровую область значений, стоимость секций основной полосы частот является низкой. Однако РЧ секции являются более дорогостоящими, и полосы приема и передачи занимают относительно небольшую полосу частот доступного спектра. В противоположность этому, система ДРВ способна работать во всей доступной полосе частот.
В соответствии с этим в основу изобретения положена задача создания архитектуры аналогового приемопередатчика, не имеющей недостатков известных архитектур ДРВ и ДРЧ.
Сущность изобретения
Поставленная задача решается аналоговым приемопередатчиком с одной боковой полосой (ОБП) согласно настоящему изобретению. Аналоговый приемопередатчик ОБП по настоящему изобретению является альтернативой более дорогостоящим (в плане стоимости и потребляемой мощности) известным приемопередатчикам и обеспечивает ряд дополнительных преимуществ по сравнению с ними.
Согласно первому варианту осуществления изобретения предложен приемопередатчик дуплексного разделения по времени (ДРВ) с одной боковой полосой (ОБП). Приемопередатчик включает в себя передающее устройство, выполненное с возможностью ввода аналогового звукового сигнала, дискретизирования аналогового звукового сигнала и вывода частотно-манипулированного сигнала (ЧМ сигнала) ОБП, соответствующего аналоговому звуковому сигналу, причем ЧМ сигнал ОБП включает в себя аналоговую информацию. Приемное устройство выполнено с возможностью переключения с приема в верхней боковой полосе на прием в нижней боковой полосе внешнего сигнала ОБП.
Приемное устройство может содержать гетеродин приемного устройства, выполненный с возможностью генерирования аналогового сигнала, двойной кольцевой балансный смеситель, выполненный с возможностью смешения синфазного сигнала и квадратурного сигнала (со сдвигом по фазе на 90°) аналогового сигнала, генерируемого гетеродином приемного устройства, с внешним сигналом ОБП с получением на выходе смешанного синфазного сигнала и смешанного квадратурного сигнала, схему суммирования, выполненную с возможностью суммирования смешанного синфазного сигнала и смешанного квадратурного сигнала, для получения на выходе нижней боковой полосы внешнего сигнала ОБП, и дифференциальную схему, выполненную с возможностью разностного сложения смешанного синфазного сигнала и смешанного квадратурного сигнала, с получением на выходе верхней боковой полосы внешнего сигнала ОБП.
Передающее устройство дополнительно может содержать фазовращатель, обеспечивающий фазовый сдвиг аналогового звукового сигнала и формирующий сигналы с фазовым сдвигом в 0 градусов, 90 градусов, 180 градусов и 270 градусов, и квадратурный модулятор, на выходе которого получают сигнал нижней боковой полосы аналогового звукового сигнала из сигнала с фазовым сдвигом в 0 градусов и сигнала с фазовым сдвигом в 90 градусов, и сигнал верхней боковой полосы аналогового звукового сигнала из сигнала с фазовым сдвигом в 180 градусов и сигнала с фазовым сдвигом в 270 градусов.
Приемопередатчик ДРВ ОБП дополнительно может содержать устройство управления соединением, выполненное с возможностью обнаружения радиопомех при приеме упомянутым приемным устройством в верхней боковой полосе или нижней боковой полосе внешнего сигнала ОБП, с целью формирования при обнаружении радиопомех сигнала управления для приемного устройства, и с возможностью обнаружения радиопомех при передаче упомянутым передающим устройством в верхней боковой полосе или нижней боковой полосе аналогового звукового сигнала, для формирования ответного сигнала управления для приемного устройства.
Приемное устройство может быть выполнено с возможностью переключения с приема в верхней боковой полосе на прием в нижней боковой полосе внешнего сигнала ОБП в ответ на сигнал управления, а упомянутое передающее устройство может быть выполнено с возможностью переключения с передачи в верхней боковой полосе на передачу в нижней боковой полосе аналогового звукового сигнала в ответ на сигнал управления.
Согласно второму варианту осуществления предложен приемопередатчик дуплексного разделения по времени (ДРВ) с одной боковой полосой (ОБП), содержащий квадратурный модулятор, выполненный с возможностью модулирования аналоговых звуковых сигналов для передачи, первый переключатель боковых полос, выполненный с возможностью переключения с передачи сигнала в верхней боковой полосе на передачу сигнала в нижней боковой полосе аналогового звукового сигнала, и второй переключатель боковых полос, выполненный с возможностью переключения с приема сигнала верхней боковой полосы на прием сигнала нижней боковой полосы внешнего сигнала ОБП.
Приемопередатчик ДРВ ОБП может дополнительно содержать гетеродин приемного устройства, выполненный с возможностью генерирования аналогового сигнала, причем упомянутый второй переключатель боковых полос содержит двойной кольцевой балансный смеситель, выполненный с возможностью смешения синфазного и квадратурного аналоговых сигналов, генерируемых гетеродином приемного устройства, с внешним сигналом ОБП для получения на выходе смешанного синфазного сигнала и смешанного квадратурного сигнала, схему суммирования, выполненную с возможностью суммирования смешанного синфазного сигнала и смешанного квадратурного сигнала, с получением на выходе нижней боковой полосы внешнего сигнала ОБП, и дифференциальную схему, выполненную с возможностью разностного сложения смешанного синфазного сигнала и смешанного квадратурного сигнала, с получением на выходе верхней боковой полосы внешнего сигнала ОБП.
Приемопередатчик ДРВ ОБП дополнительно может содержать фазовращатель, обеспечивающий фазовый сдвиг аналогового звукового сигнала с формированием сигналов с фазовым сдвигом в 0 градусов, 90 градусов, 180 градусов и 270 градусов, причем на выходе упомянутого квадратурного модулятора получают сигнал нижней боковой полосы аналогового звукового сигнала из сигнала с фазовым сдвигом в 0 градусов и сигнала с фазовым сдвигом в 90 градусов и сигнал верхней боковой полосы аналогового звукового сигнала из сигнала с фазовым сдвигом в 180 градусов и сигнала с фазовым сдвигом в 270 градусов.
Приемопередатчик ДРВ ОБП дополнительно может содержать устройство управления соединением для обнаружения радиопомех, когда упомянутый приемопередатчик ДРВ ОБП производит прием в верхней боковой полосе или нижней боковой полосе внешнего сигнала ОБП, с целью формирования при обнаружении радиопомех сигнала управления для второго переключателя боковых полос, и для обнаружения радиопомех, когда упомянутый приемопередатчик ДРВ ОБП производит передачу в верхней боковой полосе или нижней боковой полосе аналогового звукового сигнала, с целью формирования при обнаружении радиопомех сигнала управления для первого переключателя боковых полос.
Второй переключатель боковых полос может быть выполнен с возможностью переключения с приема в верхней боковой полосе на прием в нижней боковой полосе внешнего сигнала ОБП в ответ на сигнал управления, а упомянутый первый переключатель боковых полос выполнен с возможностью переключения с передачи в верхней боковой полосе на передачу в нижней боковой полосе аналогового звукового сигнала в ответ на сигнал управления.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж, представляющий блок-схему, иллюстрирующую 900 МГц аналоговый приемопередатчик с одной боковой полосой (ОБП) согласно изобретению.
Лучший вариант осуществления изобретения
В настоящем изобретении раскрыт аналоговый приемопередатчик с одной боковой полосой (ОБП). В приводимом предпочтительном варианте осуществления изобретения приемопередатчик используется для недорогостоящего, высокопроизводительного 900 МГц аналогового телефона.
В частности, в изобретении раскрыт способ реализации системы дуплексного разделения по времени (ДРВ) с приближением квазинулевой промежуточной частоты (ПЧ) при передаче аналогового сигнала, дискретизируемого с 4Х скоростью, которая также является скоростью ДРВ. Звуковой сигнал сдвигается по фазе и преобразуется в сигналы с фазовым сдвигом 0 градусов и 90 градусов фазовращателем 172 звукового сигнала и модулируется квадратурным модулятором. Выходной сигнал квадратурного модулятора представляет собой частотно-манипулированный сигнал (ЧМ сигнал) ОБП, который содержит аналоговую информацию. Девиация находится между -fm и f0. Выходной сигнал квадратурного модулятора (см. чертеж, 170а, b) суммируется и подается в передающий драйвер, который может посылать на антенну выходной сигнал 0 dBm (децибел относительно уровня 1 мВт). Выходные сигналы с фазовым сдвигом в 180 и 270 градусов фазовращателя звукового сигнала можно использовать для генерирования сигнала верхней боковой полосы между f0 и +fm.
Чертеж представляет блок-схему, иллюстрирующую маломощный 900 МГц аналоговый приемопередатчик 100 ОБП согласно варианту осуществления изобретения. Приемопередатчик 100 ОБП включает в себя антенну 110; переключатель приемопередачи (Пд/Пр) 112; радиочастотный (РЧ) фильтр 114; малошумящий усилитель (МШУ) 116; первый двойной кольцевой балансный смеситель 118а с 90-градусным фазовращателем 118b; первый полосовой фильтр (ППФ) 120; второй ППФ 122; первый усилитель с регулируемым усилением (УРУ) 124; второй УРУ 126; фазосдвигающую схему 127 звукового сигнала, которая включает в себя фазовращатель 128 звукового сигнала I канала и фазовращатель 130 звукового сигнала Q канала; первый буферный усилитель 131; второй буферный усилитель 132; схему 136 суммирования; дифференциальную схему 138; ИУПС (RSSI) 150 (индикатор уровня принимаемого сигнала); преобразователь 181 уровня; фазовый детектор (ФД) 152; первый фильтр нижних частот (ФНЧ) 154; VCXO контур 156; генератор 158 опорной частоты синтезатора (04); делитель 1/800 160; систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 162; второй ФНЧ 164; варактор 166; генератор, управляемый напряжением (ГУН) 168; второй двойной кольцевой балансный смеситель 170а с 90-градусным фазовращателем 170b; фазовращатель 172 звукового сигнала; суммирующий усилитель 174; усилитель мощности 176 и устройство 182 управления соединением.
В режиме приемного устройства сигнал принимается антенной 110, фильтруется РЧ фильтром 114, усиливается МШУ 116 и затем разделяется на две составляющие сигнала. Синфазная и квадратурная (со сдвигом по фазе на 90°) составляющие сигнала из фазовращателя 118b+/-45 градусов (который принимает входной сигнал с гетеродина (ГУН 168)) смешиваются с этими двумя составляющими в первом двойном кольцевом балансном смесителе 118 с целью обеспечения I и Q выходных сигналов. I и Q выходные сигналы фильтруются первым ППФ 120 и вторым ППФ 122 соответственно. Фильтры ППФ 120, 122 могут быть либо полосовыми, либо фильтрами нижних частот. Отфильтрованные I и Q выходные сигналы усиливаются первым УРУ 124 и вторым УРУ 126 соответственно. Усиленные и отфильтрованные I и Q выходные сигналы затем подаются на фазосдвигающую схему 127 звукового сигнала, которая включает в себя фазовращатель 128 звукового сигнала I канала и фазовращатель 130 звукового сигнала Q канала. Выходные сигналы фазосдвигающей схемы 127 звукового сигнала подаются в схему 136 суммирования и дифференциальную схему 138 после выравнивания уровней в буферных усилителях 131, 132. В результате процесса, выполняемого фазовращателем 127 звукового сигнала и схемой 136 суммирования или дифференциальной схемой 138, получают скалярное произведение I и Q со сдвинутыми по фазе на 90 градусов версиями. Выходной сигнал схемы 136 суммирования формирует нижнюю боковую полосу передаваемого сигнала, тогда как выходной сигнал дифференциальной схемы 138 формирует верхнюю боковую полосу.
Для удовлетворительной работы системы прежде всего необходимо компенсировать смещения постоянной составляющей, возникающие от смещений несущей РЧ между гетеродином (ГУН 168) передающего устройства мобильной трубки и гетеродином базового приемного устройства. В противном случае может возникать искажение в демодулированном звуковом сигнале из-за наложения доплеровского сигнала с искомым звуковым сигналом. Приемное устройство отслеживает частоту передающего устройства, используя систему отслеживания частоты, как будет показано ниже. Генератор 158 опорной частоты, которая составляет 9,6 МГц, используется в качестве генератора опорной частоты для ФАПЧ 162 с целью управления ГУН 168. Используется единственный генератор 156 опорной частоты так, чтобы можно было реализовать полосу удержания +/-40 кГц. Опорная частота (9,6 МГц) делится на 800 (делителем 1/800 160) для реализации сигнала 12 кГц, который используется для переключения приемопередатчика из режима передачи в режим приема. Конструктивное решение усилителей 124, 126 с регулируемым усилением в приемном устройстве должно иметь быстродействие, превышающее 20 мкс, с тем чтобы гетеродин не вызвал в приемном устройстве радиоэлектронного самоподавления. Поскольку сигналы передающего устройства и приемного устройства имеют одну и ту же частоту, любая утечка сигнала передающего устройства в сигнал приемного устройства сделает невозможным для приемного устройства обнаружение какого-либо входного сигнала низкого уровня с антенны 110. Таким образом, переданный сигнал Пд/Пр дискретизирует модулированный ЧМ передаваемый сигнал на 12 кГц, что является почти 3Х частотой звукового сигнала и таким образом удовлетворяет критерию Найквиста. Приемное устройство сначала отслеживает 12 кГц Пд/Пр сигнал и сравнивает полученный сигнал в 12 кГц с локальным сигналом в 12 кГц приемного устройства. Фазовый детектор 152 используется для нахождения ошибки частоты в локальном 12 кГц сигнале, который интегрируется и подается как управляющий сигнал на VCXO 156 приемного устройства. Во время начальной фазы захвата нет данных, посланных по линии связи. Как только начинается отслеживание, восстановленный принятый сигнал подается на полосовой фильтр, который фильтрует Пд/Пр сигнал и передает полученный звуковой сигнал в динамик.
Ниже будут приведены некоторые преимущества настоящего изобретения. Изобретение обеспечивает компенсацию ухода частоты, гарантируя, таким образом, долговременную стабильность. Помимо этого, изобретение дает возможность работать во всей полосе частот (26 МГц). Изобретение не нуждается в настройке. Дополнительно, изобретение использует недорогостоящую РЧ архитектуру и обеспечивает двойное количество каналов относительно известных приемопередатчиков (позволяющую пользователю решать, использовать ли верхнюю боковую полосу или нижнюю боковую полосу частот). Далее, изобретение включает в себя автоматический четкий выбор канала (механизм исключения радиопомех). Механизм исключения радиопомех включает в себя устройство 182 управления соединением, которое, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, представляет собой основанный на программном обеспечении микроконтроллера решающий модуль. Могут быть использованы и другие устройства без нарушения сущности и ограничения объема притязаний изобретения. Устройство 182 управления линией связи осуществляет переключение с верхней боковой полосы на нижнюю боковую полосу и наоборот при обнаружении во время передачи или приема радиопомех.
Настоящее изобретение не ограничено вышеприведенными вариантами осуществления, и специалисты в данной области техники могут внести дополнительные видоизменения и модификации, не выходя при этом за пределы сущности и объема притязаний изобретения. Все подобные видоизменения и модификации должны быть включены в объем притязаний изобретения, определяемый прилагаемой формулой изобретения.
1. Приемопередатчик с одной боковой полосой (ОБП), содержащий передающее устройство, включающее в себя фазовращатель для сдвига фазы звукового входного сигнала, причем входной звуковой сигнал включает в себя сдвинутые по фазе сигналы, используемые при модуляции сигнала для передачи, и передающее устройство выдает частотно-манипулированный сигнал (ЧМ) с одной боковой полосой (ОБП), соответствующий входному звуковому сигналу, причем ЧМ сигнал ОБП включает в себя аналоговую информацию, и приемное устройство, выполненное с возможностью генерирования верхней боковой полосы и нижней боковой полосы, и устройство управления соединением, содержащее микроконтроллер, который автоматически выбирает одну из верхней и нижней боковых полос в зависимости от помех, обнаруженных во время передачи или приема.
2. Приемопередатчик по п.1, в котором сдвинутые по фазе сигналы включают в себя сигналы, сдвинутые по фазе на 0 и 90°.
3. Приемопередатчик по п.1, в котором сдвинутые по фазе сигналы включают в себя сигналы, сдвинутые по фазе на 180 и 270°.
4. Приемопередатчик по п.1, в котором приемное устройство включает в себя двойной кольцевой балансный смеситель для получения на выходе смешанного синфазного и смешанного квадратурного сигнала, используемых при генерировании верхней и нижней боковых полос.
5. Приемопередатчик по п.1, дополнительно содержащий систему отслеживания частоты, включенную между приемником и передатчиком, для компенсации смещений постоянной составляющей и предотвращения искажения между ними.
