接收电路和自适应阵列天线系统 本发明涉及接收电路和使用该接收电路的自适应阵列天线系统，特别涉及可以精确地在接收部分控制接收信号的传输延迟相位差的接收电路和自适应阵列天线系统。
作为接收机天线，可以使用自适应阵列天线，该天线波束可以在无线电波的到达方向上电控制。既，天线的方向性可以调节。这种自适应阵列天线被广泛用作为移动接收的天线，已经建议了各种类型的自适应阵列天线。一般来说，自适应阵列天线系统具有多个天线单元，并设计各自天线单元从提供的接收电路获得由合成输出要求的接收信号。
作为预处理部分的每一个常规接收电路与上述自适应阵列天线的各自天线单元组的组合包括一个用于本振信号的振荡器。在这种情况下，各个振荡器相位上不必要相互之间一致，在本振信号之间存在相位差。为此原因，当在每一个无线电信号接收部分(称为接收部分)中由混频器进行频率转换时，对应的相位差被加到接收信号上。但是，增加之后的每一个信号在对应的接收电路中随传输相位变化。既，这个相位不是固定的。因此，不可能在后面阶段通过天线检测接收的传输延迟相位差。
如上所述，无法在每一个接收电路中控制传输延迟相位差。为此原因，在自适应阵列天线设计中同时使用多个接收电路工作，具体说，在每一个接收电路中的随机传输延迟相位差直接地影响了设备的性能。既，当接收电路被用于自适应阵列天线系统时，由于不能够精确计算接收信号的传输延迟相位差，所以，不能进行校正。因此，如果可以管理和控制每一个接收电路中的传输延迟量，则可以改善设备的性能。
为解决此问题，可以使用共用合成器地方案。例如，日本专利公开10-224138公开了一个例子。但是，在这种类型的自适应阵列天线系统中，必须准备与信道一样多的振荡器。此外，因为信号必须通过同轴电缆分配到各个接收电路，所以，设备变得很大。
本发明的目的时提供一种可以精确再现接收信号的传输相位延迟特征的接收电路和自适应阵列天线系统。
本发明的另一目的是提供一种接收电路和自适应阵列天线系统，该系统与常规电路比较具有小变化的小尺寸电路配置。
为获得上述目的，按照本发明，提供的接收电路包括接收部分，其用于使用相位比较操作产生的本地频率信号进行输入信号的频率转换，控制部分，其根据来自接收部分的相位比较信号输出，把在接收部分中加上的传输相位误差除去。
图1A是图1B所示的使用在系统中的接收电路的方框图。
图1B是本发明第一实施例的自适应阵列天线系统的方框图。
图2是图1B中的接收部分的方框图。
图3是图2中PLL电路的方框图。
图4A到图4C是图3中PLL电路的各自部分波形的时序图。
图5是图1B中控制部分的方框图。
图6是本发明第二实施例的接收部分的方框图。
图7是本发明第二实施例中的控制部分方框图。
图8A到图8C是解释图7中相位合成部分的相位比较信号合成操作的时序图。
下面将参考附图详细论述本发明。
图1A是图1B所示的用于本发明自适应阵列天线系统中的接收电路。参考图1A，接收电路100包括：天线10-1；接收部分11-1，用于输出把天线10-1接收的RF信号转换成为具有低频和相位比较信号Fr-1的信号获得的信号IF-1；控制部分12，根据相位比较信号Fr-1，从信号IF-1除去传输相位误差；参考振荡器13，用于产生高精度参考信号，并将其输出到控制部分12。
天线10-1接收的信号被输入到接收部分11-1，用于频率转换(下变频)和模拟/数字转换。形成的信号IF-1被输出到控制部分12。参考振荡器13的输出被输入到接收部分11-1，用于电路中的相位比较(后面将描述PLL电路)，并为下变频产生本振信号。在产生本振信号的过程中获得的相位比较信号Fr-1从接收部分11-1输出到控制部分12。
图1B显示了本发明第一实施例的自适应阵列天线系统。图1B所示的自适应阵列天线系统由多个接收电路100构成，每一个接收电路显示在图1A中。下面将结合图1A中的接收电路100的操作详细描述图1B中的自适应阵列天线系统200。
如图1B所示，自适应阵列天线系统200由n个接收电路100构成。系统200包括对应接收电路100的n个天线10-1到10-n。所有天线10-1到10-n是全方向的，并以λ/4间隔或大于该间隔配置(λ是所用频率的波长)。各个接收电路100共用控制部分12和参考振荡器13。
由天线10-1到10-n分别接收的信号被输入到接收部分11-1到11-n，进行频率转换(下变频)和模拟/数字转换。形成的信号IF-1到IF-n被输出到控制部分12。参考振荡器13的输出被输入到接收部分11-1到11-n，用于在每一个本振信号产生电路中进行相位比较和进行下变频。当获得产生的本振信号时，接收部分11-1到11-n输出相位比较信号fr-1到fr-n到控制部分12。如上所述，图1A中的接收电路100被设置为对应自适应阵列天线系统200中的一个方框。
图2显示了超外差式接收部分11-n。接收部分11-1到11-n具有相同的配置。
参考图2，接收部分11-n由具有低-NF(噪声系数)特性的放大器21构成，并放大由天线10-n接收的信号，混频器22由双平衡混频器或晶体管混频器构成，并根据PLL(锁相回路)输出下变频放大器21的输出信号，PLL电路25，用于供给PLL输出到混频器22，滤波器23由SAW(声表面波)单元构成，并接收混频器22的输出，除去来自输出的频带之外的信号，A/D转换器24，把滤波器23输出的模拟信号转换成为信号IF-n，并将其输出到控制部分12。
来自参考振荡器13的参考信号被输入到PLL电路25。PLL电路25把相位比较信号fr-n输出到控制部分12。
图3显示了PLL电路25。根据参考振荡器13的输出信号fref,PLL电路25产生了由混频器22使用的下变频的本振信号(图1B)。PLL电路25由如下部分构成：VCO(压控振荡器)形成的振荡器30，分频器31用于频率分配振荡器30的输出，参考分频器32用于频率分配参考振荡器13的信号fref(图1B)，相位比较器33，用于把来自分频器31的输出信号fp(图4B)的相位与来自参考分频器32的输出信号fref(图4A)的相位进行比较，并输出相位比较结果作为数字信号，电荷泵34由晶体管构成，并根据相位比较器33的数字信号控制振荡器30。来自电荷泵34的相位比较信号fr(图4C)被输出到振荡器30和控制部分12(图1B)。
图5显示了控制部分12。控制部分12包括对应接收部分11-1到11-n的n个相位校正部分40-1到40-n。相位校正部分40-1到40-n分别具有移相器40-1到40-n。既，控制部分12包括对应n个天线10-1到10-n的n个相位校正部分40-1到40-n。相位校正部分40-1到40-n分别与移相器40-1到40-n合并，使用接收电路11输出的相位比较信号fr-1到fr-n，除去信号IF-1到IF-n的相位误差。控制部分12进行的处理是根据数字信号进行的，所以，该处理可由软件或硬件执行。
下面将描述具有这种配置的自适应阵列天线系统的操作。从天线10-1到10-n接收的接收信号在接收部分11-1到11-n被频率转换，并作为信号IF-1到IF-n输出到控制部分12。同时，在产生用于频率转换的本振信号f的过程中，通过使用PLL电路25，接收部分11-1到11-n进行相位比较，并输出形成的相位比较信号fr-1到fr-n到控制部分12。
通过使用相位比较信号fr-1到fr-n，控制部分12除去加到接收部分11-1到11-n中的信号IF-1到IF-n的相位误差，并固定(同步)各个接收部分11之间的传输相位。根据这种处理，各个解调信号之间的相位偏差代表了到天线的接收延迟相位。这稳定了自适应阵列天线系统的操作，并改善了可靠性。注意，这种相位检测对自适应阵列天线是唯一的，不是直接与本发明相关的。因此，省略了这个操作的详细描述。
下面将结合图2进一步详细描述接收部分11-1到11-n的操作。尽管接收部分11-1到11-n的操作被描述为一个例子，但同样可以适用于其它的接收部分。
通过天线10-n输入到接收部分11-n的接收信号由低-NF放大器21放大。使用来自PLL电路25的本振信号f由混频器22频率转换(下变频)放大的信号。滤波器23滤除混频器22输出的通带外的不必要的辐射，只通过所要求频率的信号。通过滤波器23的信号(模拟信号)由A/D转换器转换成为数字信号。然后，这个信号被输出到控制部分12。
如上所述，本振信号f由使用参考振荡器13的参考信号fref的PLL电路25产生。在这个实施例中，在产生本振信号f的过程中，用于相位比较的相位比较信号作为信号fr-n被输出到控制部分12。
下面将参考图3描述产生本振信号f的PLL电路的操作。参考振荡器13的输出信号fref被输入到参考分频器32，并被分频成为预定的频率f′ref。分频器31把振荡器(VCO)30的输出频率分配成为与参考分频器32的输出相同的频率。相位比较器33把分频器31的输出fp的相位与参考分频器32的输出fref的相位进行比较，并输出代表两个信号之间相位差的作为数字信号的结果信号。这个数字信号被输入到电荷泵34，并输出到振荡器30。如上所述，当电荷泵34产生的电压加到振荡器30时，振荡器30的振荡频率随之改变，因此，获得了要求的频率。振荡器30的本振信号f被输出到混频器22。
下面参考图4A到图4C详细描述在PLL电路25中进行的相位比较操作。图4A所示的信号fref从高稳定参考振荡器13输出，因此，它具有不变的时钟。信号fp从VCO形成的振荡器30输出，并按照电荷泵34施加的电压改变振荡频率。相位比较器33比较信号fref的相位与信号fp的相位，并使它们具有相同的频率。
在这个相位比较中，检测和输出信号f′ref的时钟前沿和信号fp的时钟前沿之间的差。因此，如果信号fp的相位滞后信号fref的相位，则输出“高”电平信号。如果信号的相位超前，则输出“低”电平信号。这个“高”或“低”电平信号是图4C所示的信号fr。在这种情况下，除了时钟前沿的部分，既，图4C中信号fr的虚线部分不受相位比较的影响。因此，不作为信号输出。在这个实施例中，这个信号fr被输入到控制部分12。
下面参考图5描述控制部分12的操作。控制部分12在天线接收的时间上只检测传输延迟相位，并减去加在接收部分11-1到11-n中的本振信号的相位误差。信号IF-1到IF-n和信号fr-1到fr-n成对地输入到对应的移相器41-1到41-n。当信号fr-1到fr-n处于“高”电平时，信号fp的相位，既，本振信号f滞后。为此原因，当信号fr-1到fr-n处于“高”电平时，移相器41-1到41-n控制信号IF-1到IF-n的相位。就是说，当具有相位滞后的本振信号f被用在接收部分11-1到11-n中时，信号IF-1到IF-n的相位滞后，因此，移相器41控制相位。结果，天线10-1到10-n接收的传输延迟相位差可以直接从移相器输出检测到。
同样，当信号fr-1到fr-n处于“低”电平时，它表明在每一个接收部分11-1到11-n中的本振信号f的相位超前。因此，在移相器41-1到41-n中，当输入“低”电平信号fr-1到fr-n时，只有通过天线接收的信号的传输延迟相位差可由延迟信号IF-1到IF-n的相位检测到。
因为在信号IF-1到IF-n的特殊时序上，不能确定信号fr-1到fr-n开始的相位校正，信号fr-1到fr-n必须与信号fr-1到fr-n同步。为此原因，通过参考该时序开始信号IF-1到IF-n的相位校正获得同步，在该时序上，由PLL电路25产生的本振信号f的振荡频率被锁住。按照这个操作，当本振信号f的相位超前时，可由移相器延迟相位，反之亦然。
按照这个实施例，早已经用在接收部分100中的产生本振信号f的相位比较信号fr-1到fr-n被用于在接收部分100中校正通过的相位差，所以，改变了加到接收部分100中的本振信号f的相位。然后，固定了从天线10-1到10-n接收的信号和解调输出之间的传输相位。当本发明被应用时，大大改善了自适应阵列天线系统的性能。
下面描述多个本振信号被用在像双-超外差接收部分的接收部分的第二实施例。这个实施例的整个系统设置与上述实施例的设置相同，除了接收部分和控制部分以外。图6显示了第二实施例的接收部分。图7显示了适用于这个接收部分的控制部分12A。注意，因为第二实施例的整个系统设置与第一实施例的系统设置相同，将省略相同部分的描述。
参考图6，接收部分11′-n使用两个PLL电路65和66以两步进行下变频。因此，使用两个混频器60和62用于下变频和两个滤波器61和63用于滤除不需要的辐射。来自PLL电路65和66的相位比较信号fr1-n和fr2-n以相同的方式被产生为图4C的信号fr。控制部分12使用这些信号进行相位校正。参考号码64表示A/D转换器。
参考图7，控制部分12A还包括n个与移相器41-1到41-n对应的相位合成部分42-1到42-n。就是说，形成控制部分12A的相位校正部分40-1到40-n由移象棋41-1到41-n和相位合成部分42-1到42-n构成。移相器41-1接收来自接收部分11′-n的信号IF-1，作为配对的相位合成部分42-1从接收部分11′-n接收相位比较信号fr1-1和fr2-1。相位合成部分42-1的输出fr′-1被输入到移相器41-1。
下面描述具有这种配置的控制部分12A的操作。相位比较信号fr1-1到fr1-n和fr2-1到fr2-n成对地被输入到对应的相位合成部分42-1到42-n。相位合成部分42-1到42-n把本振信号f1的相位与本振信号f2的相位合成。移相器41-1到41-n使用相位合成部分42-1到42-n的合成信号fr′-1到fr′-n进行相位校正。
下面参考图8A到图8C描述相位合成部分42-1到42-n的相位比较信号合成的操作。相位合成部分42-n接收图8A和图8B所示的相位比较信号fr1-n和fr2-n。根据图8C所示的时间轴上的相位比较信号fr1-n和fr2-n，相位合成部分42-n输出增加了相位差信号的信号fr′-n。
具体说，在点A，信号fr1-n显示相位滞后，信号fr2-n显示同相状态。因此，信号fr′-n(图8C)只显示信号fr1-n的相位滞后部分。同样，在点B，信号fr1-n显示相位超前，信号fr2-n显示相位滞后。这时，因为信号fr2-n的脉冲宽度大于信号fr1-n的脉冲宽度，由信号fr2-n显示的相位误差较大。因此，确定信号fr′-n的脉冲宽度，以按(fr2-n)-(fr1-n)表示的差延迟相位。
根据包括信号fr1-n和fr2-n的相位信息的信号fr′-n，移相器41-1到41-n进行相位校正。
按照这个实施例，因为相位校正可以按照多个相位比较信号进行，对各个天线是唯一的接收信号之间的相位差可以固定校正，既，归一化，因此，稳定地操作自适应阵列天线系统。
注意，构成上述自适应阵列天线系统的每一个接收电路可以根据应用目的单独有效地采用。例如，当进行频率转换时，可以使用这个电路改变、控制或固定相对输入信号的传输信号的相位。
在这种情况中的接收电路由接收RF信号的接收部分11-1和11′-1构成，并包括PLL电路，参考振荡器13，其用于向接收部分11-1和11′-1供给参考频率，控制部分12和12A接收来自接收部分11-1和11′-1的下变频输出和相位比较信号。控制部分12和12A提供的低频信号输出已经确定了与输入信号的相位关系。
如上所述，按照本发明，因为在接收部分加上的本振信号相位误差是根据产生本振信号过程中的相位比较信号除去，在每一个接收电路中的接收信号和解调信号之间的相位是固定的，所以，使用这种接收电路使设备很稳定。
当使用多个本振信号，以及在产生各个本振信号的过程中通过除去加到接收电路输出信号的相位误差进行相位校正，因此，以上述相同的方式校正了传输相位。
此外，因为相位校正只采用有效使用现存构成单元信号的配置，既，在产生本振信号过程中的相位比较信号，所以，减小了设备尺寸的不必要的增加。