CN109995387B - 一种宽带接收机抑制镜像干扰的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带接收机抑制镜像干扰的方法，该方法移动通信技术领域。现有技术中对于相对较宽的预选滤波器和镜像抑制滤波器来说，很有可能镜像信号频带就在通带带宽之内，使得很难解决中频信号中镜像干扰的问题，相比于传统的采用中心频率可调的滤波器抑制镜像干扰的方法，本发明并非直接消除镜像干扰信号，而是通过三个变频通道的信号联合计算出各目标信号，从而本发明具有设计难度低、应用带宽宽的优势。

Description

一种宽带接收机抑制镜像干扰的方法
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，是一种可以应用于宽带接收机抑制镜像干扰的方法。
背景技术
近些年来，无线通信技术快速发展，如附图1所示，为当前国内主要通信运营商和不同通信标准所占用的频段。对于长距离无线通信，有2G通信的GSM和CDMA技术，3G通信的WCDMA、TD-SCDMA技术，4G通信的LTE技术；对于室内短距离通信，有Zigbee、蓝牙通信标准。所以不同应用场景和覆盖范围需要应用不同的通信标准。目前，全球已进入5G通信商用化指标的冲刺阶段，各国陆续规划5G频谱。截止2018年6月，3GPP已冻结了Release 15版本。根据3GPP R15版本定义，5G NR包括了两大频谱范围(FR1:450-6000MHz；FR2:24250-52600MHz)。
正是由于多种通信标准的存在，这对通信设备的兼容性和复用性都提出了更高的要求。在射频前端电路的解决方案中，一般采用多路窄带接收机，利用并行结构，让每一条支路分别对应不同的载波频率，使用射频开关切换通路，用以满足不同的通信标准，但是这样会导致射频电路所占的面积更大、***成本和功耗也很高的问题。
另一种解决方案是采用多频带或者宽带的接收机方案，射频电路采用同一种结构，其工作频段可以覆盖各种通信标准。
传统的窄带接收机中应用的镜像抑制方法如附图2、附图3，是将天线接收到的信号，通过预选滤波、可变增益模块、镜像抑制滤波器，然后经过混频器下变频之后，再使用中频滤波器进一步滤除通带外的干扰。这一方法能够很好地滤除各种干扰，同时保留下所需的期望信号。
然而这并不适用于宽带接收机，由于需要适应各种通信频带标准，随着接收信号通信频带的变化，镜像频带也会相应的变化。所以对于相对较宽的预选滤波器和镜像抑制滤波器来说，很有可能镜像信号频带就在通带带宽之内，使得很难解决中频信号中镜像干扰的问题，如附图4所示。若使用可调的镜像抑制滤波器，使滤波器通带随着通信标准频带的变化而变化，虽然是一种解决方法，但是可调滤波器设计难度较大，不易实现。
发明内容
本发明提出的一种方法是利用3路下变频和中频滤波的通道，根据每路不同的本振和中频滤波器得到包含不同成分的中频信号，然后通过后面的信号处理模块即可求出下变频信道中心频率处的信号，从而实现了宽带接收机的镜像抑制作用，其***框图如附图5所示。
该方法首先接收观测信号，将观测信号进行预选滤波，滤除宽带接收机带外干扰，然后对带内信号使用低噪声放大器(增益控制模块)进行信号增益控制，随后通过3路通道，进行分别的下变频和中频滤波(每个通道的本振信号和滤波器对应的中心频率都不相同)，最后对3路信号进行ADC采样和相应的信号处理，即可得到镜像抑制后的中频信号。
因而本发明的技术方案为一种宽带接收机抑制镜像干扰的方法，该方法应用于抑制镜像干扰系，该***包括：预选滤波模块、增益控制模块、三个变频通道，信号处理模块，所述接收信号依次经过预选滤波模块、增益控制模块，然后分为三路进入三个变频通道，经过三个变频通道的信号最后输如信号处理模块；所述三个变频通道包括第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道，所述第一变频通道包括：第一本振、第一中频滤波器、第一ADC采样模块，进入第一变频通道的信号首先与第一本振进行混频，然后依次经过第一中频滤波器、第一ADC采样模块，最后输出给信号处理模块；所述第二变频通道包括：第二本振、第二中频滤波器、第二ADC采样模块，进入第二变频通道的信号首先与第二本振进行混频，然后依次经过第二中频滤波器、第二ADC采样模块，最后输出给信号处理模块；所述第三变频通道包括：第三本振、第三中频滤波器、第三ADC采样模块，进入第三变频通道的信号首先与第三本振进行混频，然后依次经过第三中频滤波器、第三ADC采样模块，最后输出给信号处理模块；
抑制镜像干扰的方法包括：
步骤1：改变第一变频通道中的第一本振的频率ωLO1，使其等于ωA-ω1，其中输入信号A频率为ωA，第一中频滤波器的中心频率为ω1，通过信号处理，得到ω1频率处的采样信号Z1，Z1包含期望信号和镜像信号，令
Figure BDA0001982845300000021
其中
Figure BDA0001982845300000022
分别为频率ωA、ωB处，经过第一变频通道时的***函数，镜像干扰信号B所在的频率为ωB；
Figure BDA0001982845300000023
表示对A,B进行处理；
步骤2：改变第二变频通道中的第二本振所在的频率ωLO2，使其等于ωA+ω2，其中第二中频滤波器的中心频率为ω2，通过信号处理，得到ω2频率处的采样信号Z2，其包含期望信号和镜像信号，令
Figure BDA0001982845300000024
其中
Figure BDA0001982845300000025
分别为频率ωA、ωC处，经过第二变频通道时的***函数，镜像干扰信号C所在的频率为ωC；
步骤3：改变第二变频通道中的第二本振所在的频率ωLO3，使其等于ωA-2ω1+ω3或ωA+2ω2-ω3，其中第三中频滤波器的中心频率为ω3，通过信号处理，得到ω3频率处的采样信号Z3，其包含镜像干扰信号，令
Figure BDA0001982845300000031
其中
Figure BDA0001982845300000032
分别为频率ωB、ωC处，经过第三变频通道时的***函数；
根据信号处理模块计算得到各个通道的采样信号Z1、Z2、Z3；
设有ωA频率处的测试信号SA，ωB频率处的测试信号SB，ωC频率处的测试信号SC；因为***函数是有关频率的函数，当只输入测试信号SA，通过本发明***，得到相应的采样信号
Figure BDA0001982845300000033
同理当只输入测试信号SB，可得到相应的采样信号
Figure BDA0001982845300000034
Figure BDA0001982845300000035
当只输入测试信号SC，可得到相应的采样信号
Figure BDA0001982845300000036
从而计算得到了各种情况下的期望信号和镜像干扰信号，实现镜像干扰信号的抑制。
相比于传统的采用中心频率可调的滤波器抑制镜像干扰的方法，本发明并非直接消除镜像干扰信号，而是通过三个变频通道的信号联合计算出各目标信号，从而本发明具有设计难度低、应用带宽宽的优势。
附图说明
图1主流通信标准频带占用情况；
图2窄带接收机通过滤波实现镜像抑制；
图3窄带接收机通过滤波实现镜像抑制的频谱示意图；
图4宽带接收机镜像干扰信号在通带内的频谱示意图；
图5宽带接收机抑制镜像干扰***框图；
图6使用ADS软件模拟宽带接收机抑制镜像干扰方案；
图7各路本振、中频滤波器中心频率、信号a、b、c下变频频率表图；
图8信号a、b、c经过三路通道下变频、中频滤波前后的频谱变化示意图。
具体实施方式
已知输入信号A频率为ωA，中频滤波器1的中心频率为ω1，中频滤波器2的中心频率为ω2，中频滤波器3的中心频率为ω3，镜像干扰信号B所在的频率为ωB＝ωA-2ω1，镜像干扰信号C所在的频率为ωC＝ωA+2ω2，因此可知：
第一条通道，改变本振LO1所在的频率ωLO1，使其等于ωA-ω1，通过后面的信号处理，可得中频信号ω1频率处的信号Z1，其包含期望信号和镜像信号，令
Figure BDA0001982845300000037
(其中
Figure BDA0001982845300000038
分别为频率ωA、ωB处，经过通道1时的输出输入端***函数)；
第二条通道，改变本振LO2所在的频率ωLO2，使其等于ωA+ω2，通过后面的信号处理，可得中频信号ω2频率处的信号Z2，其包含期望信号和镜像信号，令
Figure BDA0001982845300000041
(其中
Figure BDA0001982845300000042
分别为频率ωA、ωC处，经过通道2时的输出输入端***函数)；
第三条通道，我们改变本振LO3所在的频率ωLO3，使其等于ωA-2ω1+ω3(或者ωA+2ω2-ω3)，通过后面的信号处理，可得中频信号ω3频率处的信号Z3，其包含镜像干扰信号，令
Figure BDA0001982845300000043
(其中
Figure BDA0001982845300000044
分别为频率ωB、ωC处，经过通道3时的输出输入端***函数)。
根据信号处理模块可得各个通道的采样信号Z1、Z2、Z3。
假设有ωA频率处的测试信号SA，ωB频率处的测试信号SB，ωC频率处的测试信号SC。因为***函数是有关频率的函数，当输入测试信号SA，通过接收机***，可得到相应的信号
Figure BDA0001982845300000045
Figure BDA0001982845300000046
同理当输入测试信号SB，可得到相应的信号
Figure BDA0001982845300000047
当输入测试信号SC，可得到相应的信号
Figure BDA0001982845300000048
因此根据测试信号得到的输出输入端的***函数，可以很容易地求解出相应的期望信号A和镜像干扰信号B和C，从而实现宽带接收机的镜像抑制。
利用Advanced Design System(ADS)软件，可以大致模拟出一个宽带接收机抑制镜像干扰的过程，其具体的抑制镜像干扰方案如附图6所示。
首先使用3个信号源模拟实际情况中接收到的一个信号a(中心频率ωa为1800MHz，带宽为3.84MHz，功率为43dBm)、镜像干扰信号b(中心频率ωb为1900MHz，带宽为3.84MHz，功率为30dBm)和镜像干扰信号c(中心频率ωc为1600MHz，带宽为1.28MHz，功率为30dBm)，其他不在镜像频率处的干扰，会被滤波器排除在带外，影响较小，故没有考虑；然后同时输入对应信号a、干扰b和干扰c，通过带通滤波器BPF4滤除带外干扰，随后将通道内的信号分为3路，分别进行下变频和中频滤波。假设该接收机的***模型为线性的，则Hx,f(y)＝hx,fy，(其中hx,f为f频率处的信号通过x通道后的***函数，此时为一个复系数)。
第一个通道，本振(LO)频率为1850MHz，中频(IF)滤波器中心频率为50MHz，a和b下变频至50MHz频率处，c下变频至250MHz处，c被滤波器排除在带外，最后经过采样和信号处理得到信号z1，令
Figure BDA0001982845300000049
(其中
Figure BDA00019828453000000410
分别为频率ωa、ωb处，经过通道1时的输出输入端***函数)；
第二通道的LO频率为1700MHz，IF滤波器中心频率为100MHz，最后得到100MHz频率处的信号z2，令
Figure BDA0001982845300000051
(其中
Figure BDA0001982845300000052
分别为频率ωa、ωc处，经过通道2时的输出输入端***函数)；
第三通道的LO频率为1750MHz，IF滤波器中心频率为150MHz，最后得到150MHz处的信号z3，令
Figure BDA0001982845300000053
(其中
Figure BDA0001982845300000054
分别为频率ωb、ωc处，经过通道3时的输出输入端***函数)，如附图7、8所示。
假设有ωa(1800MHz)频率处的测试信号sa、ωb(1900MHz)频率处的测试信号sb、ωc(1600MHz)频率处的测试信号sc。因为***函数是有关频率的函数，当输入测试信号sa，通过接收机***，可得到相应的信号
Figure BDA0001982845300000055
同理输入测试信号sb，可得到相应的信号
Figure BDA0001982845300000056
输入测试信号sc，可得到相应的信号
Figure BDA0001982845300000057
根据测试信号得到的输出输入端的***函数，分别求出相应的信号a、镜像干扰信号b和c，由此得到抑制镜像干扰的中频信号。

Claims (1)

1.一种宽带接收机抑制镜像干扰的方法，该方法应用于抑制镜像干扰***，该***包括：预选滤波模块、增益控制模块、三个变频通道、信号处理模块，接收信号依次经过预选滤波模块、增益控制模块，然后分为三路进入三个变频通道，经过三个变频通道的信号最后输入信号处理模块；所述三个变频通道包括第一变频通道、第二变频通道、第三变频通道，所述第一变频通道包括：第一本振、第一中频滤波器、第一ADC采样模块，进入第一变频通道的信号首先与第一本振进行混频，然后依次经过第一中频滤波器、第一ADC采样模块，最后输出给信号处理模块；所述第二变频通道包括：第二本振、第二中频滤波器、第二ADC采样模块，进入第二变频通道的信号首先与第二本振进行混频，然后依次经过第二中频滤波器、第二ADC采样模块，最后输出给信号处理模块；所述第三变频通道包括：第三本振、第三中频滤波器、第三ADC采样模块，进入第三变频通道的信号首先与第三本振进行混频，然后依次经过第三中频滤波器、第三ADC采样模块，最后输出给信号处理模块；
抑制镜像干扰的方法包括：
步骤1：改变第一变频通道中的第一本振的频率ωLO1，使其等于ωA-ω1，其中输入信号A频率为ωA，第一中频滤波器的中心频率为ω1，通过信号处理，得到ω1频率处的采样信号Z1，Z1包含期望信号和镜像信号，令
Figure FDA0002617049160000011
其中
Figure FDA0002617049160000012
分别为频率ωA、ωB处，经过第一变频通道时的***函数，镜像干扰信号B所在的频率为ωB；
Figure FDA0002617049160000013
表示对A,B进行处理；
步骤2：改变第二变频通道中的第二本振所在的频率ωLO2，使其等于ωA+ω2，其中第二中频滤波器的中心频率为ω2，通过信号处理，得到ω2频率处的采样信号Z2，其包含期望信号和镜像信号，令
Figure FDA0002617049160000017
其中
Figure FDA0002617049160000014
分别为频率ωA、ωC处，经过第二变频通道时的***函数，镜像干扰信号C所在的频率为ωC；
步骤3：改变第三变频通道中的第三本振所在的频率ωLO3，使其等于ωA-2ω1+ω3或ωA+2ω2-ω3，其中第三中频滤波器的中心频率为ω3，通过信号处理，得到ω3频率处的采样信号Z3，其包含镜像干扰信号，令
Figure FDA0002617049160000016
其中
Figure FDA0002617049160000015
分别为频率ωB、ωC处，经过第三变频通道时的***函数；
根据信号处理模块计算得到各个通道的采样信号Z1、Z2、Z3；
设有ωA频率处的测试信号SA，ωB频率处的测试信号SB，ωC频率处的测试信号SC；因为***函数是有关频率的函数，当只输入测试信号SA，通过本发明***，得到相应的采样信号
Figure FDA0002617049160000021
同理当只输入测试信号SB，可得到相应的采样信号
Figure FDA0002617049160000023
Figure FDA0002617049160000024
当只输入测试信号SC，可得到相应的采样信号
Figure FDA0002617049160000022
从而计算得到了各种情况下的期望信号和镜像干扰信号，实现镜像干扰信号的抑制。
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