CN102377440A - 射频前端电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于多输入多输出系统的射频前端电路，包括处理器、分别与处理器相连接的主接收通道、校正通道、和耦合模块，校正通道包括校正发射通道、校正接收通道和数字信号处理模块；射频前端电路包括正常模式和校正模式；在正常模式下，主接收通道和校正接收通道彼此独立的接收并处理信号；在校正模式下，处理器连通耦合模块和校正发射通道，数字信号处理模块对校正接收通道接收并解扩的信号做削峰处理，主发射通道对削峰处理后的信号扩频并反相，耦合模块将反相后的信号耦合到主接收通道以消除主接收通道中的噪声。不仅简化了结构，而且降低了成本。

Description

射频前端电路
技术领域
本发明涉及一种多输入多输出系统，特别涉及一种多输入多输出系统的射频前端电路。
背景技术
多输入多输出系统(Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO)已经被广泛应用于无线通信系统。在多输入多输出系统接收的信号中，除了通信信号本身，通常还包括存在于环境中的干扰信号，例如窄带干扰和噪声等。这些干扰信号如果不被抑制，就会影响通信质量，造成数据错误、数据冗余、甚至会阻塞前端放大器而造成通信中断。
现有的噪声抑制设计是通过给多输入多输出系统的每一个接收通道加上一条噪声抑制电路，该噪声抑制电路包括检波器、滤波器，用于检出和阻挡噪声，然而，这需要额外增加电路和元件，从而增加了成本。而且，上述噪声抑制电路处理的是模拟信号，处理能力受到限制，当噪声变化后，噪声抑制电路往往不能处理。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种射频前端电路，其可以通过简单结构抑制噪声，且不会增加成本。
本发明的射频前端电路，包括处理器、主接收通道、校正通道、和耦合模块，所述主接收通道和校正通道分别连接于一外部天线和处理器之间，所述校正通道包括校正发射通道、校正接收通道和数字信号处理模块，所述校正发射通道包括一开关，所述耦合模块耦合到所述主接收通道，并通过所述开关与所述校正发射通道连接；所述射频前端电路包括一正常模式和一校正模式，其中，在所述正常模式下，所述主接收通道和所述校正接收通道彼此独立的接收并处理信号；在校正模式下，所述处理器控制所述开关连通所述耦合模块和所述校正发射通道，所述数字信号处理模块对所述校正接收通道接收并解扩的信号做模数转换、削峰处理和数模转换，所述数字信号处理模块处理后的信号经过所述校正发射通道扩频并反相后通过所述耦合模块耦合到所述主接收通道以消除所述主接收通道接收的信号中的噪声。
本发明通过设置耦合电路和校正模式，从而可将现有的通道作为噪声抑制电路，不需要增加专门的噪声抑制电路，从而简化了结构，节约了成本。进一步，本发明通过数字信号处理模块处理校正信号，从而可适应噪声的变化，达到更好的噪声抑制效果。
附图说明
图1为本发明实施方式的射频前端电路的系统架构图。
图2为图1所示的射频前端电路的电路图。
图3为应用图1所示的射频前端电路对信号进行处理以获得噪声的示意图。
主要元件符号说明
射频前端电路                10
处理器                      110
主通道                      120
主开关                      121
主数字信号处理模块          122
主模/数转换器               123
主接收通道                  130
主低噪放大器                131
主接收衰减器                132
主中频放大器                133
主合成器                    134
耦合模块                    140
校正通道                    150
副开关                      151
副数字信号处理模块          152
副数/模转换器   153
副模/数转换器   154
校正发射通道    160
第二合成器      161
移相器          162
发射衰减器      163
线性放大器      164
耦合开关        165
功率放大器      166
滤波器          167
校正接收通道    170
副低噪放大器    171
副接收衰减器    172
副中频放大器    173
第一合成器      174
天线            190
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1至图2所示，本发明实施方式提供的射频前端电路10应用于多输入多输出系统中，与天线190连接，用于通过天线190发射或接收通信信号。其中，天线190可以是阵列天线或组合天线，也可以是多个不同类型的天线。本实施方式中，天线190为阵列天线。
射频前端电路10包括处理器110、至少一主通道120、至少一校正通道150、和至少一耦合模块140。主通道120、校正通道150并联连接于处理器110和天线190之间，每一通道既可以同时包括发射和接收通道，也可以只包括发射通道或接收通道。本实施方式中，主通道120包括一主接收通道130；校正通道150包括一校正发射通道160及一校正接收通道170。
处理器110用于对要发送或接收到的信号进行处理，还用于切换该射频前端电路10的工作模式。其中，在正常模式下，和其他多输入多输出系统相同，所有的主通道120、校正通道150均用于分别独立的发射和接收信号；在校正模式下，主通道120被用于正常发射和接收信号，校正通道150被用于对接收的信号进行校正。耦合模块140通过一耦合开关165和校正通道150连接，并耦合至主通道120。在正常模式下，处理器110控制耦合开关165断开校正通道150与耦合模块140的连接，耦合模块140不起作用；在校正模式下，处理器110控制耦合开关165连通校正通道150与耦合模块140，耦合模块140将校正通道150得出的校正信号耦合至主通道120，以消除主通道120接收的信号中包含的噪声。
在正常模式下，多信道信号具有更高的传输速率但抗噪声能力差；在校正模式下，由于具有低讯噪比，在噪声干扰下具有更好的传输质量。处理器110可根据用户输入的指令切换到正常模式或校正模式，也可根据通讯参数自主的进行切换。例如，如果正在进行的是正常模式通信应用，当由于存在较强干扰讯号而导致传输速率降低，此时处理器110控制射频前端电路10切换到校正模式；待干扰源消失或讯号源增强后处理器110控制射频前端电路10切换到正常模式。
下面以一条主通道120和一条校正通道150为例，对校正模式做出说明，在说明中，只列出本实施方式涉及到的元件。然而，必须指出的是，射频前端电路10并非只可以有一条主通道和一条校正通道，也并非只包含下面列出的元件。
主通道120包括上述主接收通道130，主接收通道130包括自天线190端顺序连接的主低噪放大器131、主接收衰减器132、主中频放大器133、和主合成器134。
主低噪放大器131用于对天线190接收的信号进行放大，主接收衰减器132用于衰减信号中过大的成分，主中频放大器133用于对信号进行中频放大。主合成器134用于根据输入的解扩信号inv PN(t)(即扩频信号PN(t)的逆信号)解调信号，该inv PN(t)信号可以从处理器110输入，也可以从处理器110控制的硬件电路输入。
主通道120还包括一个连接于主低噪放大器131和天线190之间的主开关121、和一个连接于主合成器134和处理器110之间的主数字信号处理模块(DSP)122。主开关121由处理器110控制，用于切换天线190与主接收通道130连接，或与一主发射通道(图未示)连接。主数字信号处理模块(DSP)122包括一个和主合成器134连接的主模/数转换器(A/D)123，主模/数转换器(A/D)123用于将信号由模拟信号转换成数字信号，主数字信号处理模块(DSP)122对数字信号进行初步处理后，将其送到处理器110进行进一步处理。
校正通道150包括一副开关151、一副数字信号处理模块(DSP)152、和连接于副开关151和副数字信号处理模块152之间的上述校正发射通道160及上述校正接收通道170。副开关151用于根据处理器110的控制信号，使天线190和校正发射通道160连通，或者使天线190和校正接收通道170连通。副数字信号处理模块(DSP)152包括与校正发射通道160连接的副数/模转换器(D/A)153和与校正接收通道170连接的副模/数转换器154。
校正接收通道170包括自天线190端顺序连接的副低噪放大器171、副接收衰减器172、副中频放大器173、和第一合成器174。校正发射通道160包括自副数字信号处理模块(DSP)152端顺序连接的第二合成器161、移相器162、发射衰减器163、线性放大器164、耦合开关165、功率放大器166、和滤波器167。
其中，校正接收通道170中元件的功能和主接收通道130中相应元件的功能相同。校正发射通道160中的第二合成器161用于根据输入的扩频信号PN(t)对信号进行扩频处理，该PN(t)信号可以从处理器110输入，也可以从受处理器110控制的硬件电路输入。移相器162用于调整信号的相位，发射衰减器163用于调整信号的振幅，线性放大器164用于对信号进行线性放大，功率放大器166用于对信号进行功率放大，滤波器167用于滤去信号功率放大时产生的失真。上述元件及其功能同样属于现有技术，在此对其不多作介绍。
在本实施方式中，耦合模块140耦合至主低噪放大器131和主接收衰减器132之间的线路，包括串接的耦合器和对应的负载阻抗。耦合模块140连接至耦合开关165。耦合开关165用于根据处理器110的控制信号，使线性放大器164和功率放大器166连通，或者使线性放大器164和耦合模块140连通。其中，当射频前端电路10处于正常工作模式时，耦合开关165连通线性放大器164和功率放大器166；当射频前端电路10处于校正模式时，耦合开关165连通线性放大器164和耦合模块140。
请一并参考图3，主接收通道130和校正接收通道170从天线190接收的信号中包括由通信信号St(t)和扩频信号PN(t)合成的有用信号St(t)*PN(t)和噪声Ni(t)，其中，噪声Ni(t)必须被除去以提高通信质量。
信号St(t)*PN(t)+Ni(t)在校正接收通道170中经过副低噪放大器171、副接收衰减器172、和副中频放大器173处理后，第一合成器174接收该信号St(t)*PN(t)+Ni(t)和inv PN(t)信号，并对之进行合成，从而得到信号St(t)+Ni(t)*InvPN(t)，其中，信号St(t)具有远高于信号Ni(t)*InvPN(t)的振幅，从而信号St(t)+Ni(t)*InvPN(t)的峰均功率比(PAPR)远大于1，在此记信号St(t)+Ni(t)*InvPN(t)的峰均功率比的值为α。
信号St(t)+Ni(t)*InvPN(t)通过副模/数转换器154转换成数字信号，副数字信号处理模块(DSP)152对该数字信号进行削峰处理。可根据实际需要选择不同的削峰方法，例如，其中一种削峰方法可以是：先经过傅立叶变换(FFT)将信号分解成幅值分量和频率分量后，再对幅值分量进行限幅运算，将限幅门槛值以上的幅值调整为限幅门槛值，最后经过逆傅立叶变换(IFFT)将信号还原。其中，限幅门槛值可以根据信号的峰均功率比值α加以调整，从而，随着噪声Ni(t)的变化，限幅门槛值可做相应的调整以适应不同的环境。进过削峰处理后，信号Ni(t)*InvPN(t)得以保留，而信号St(t)的幅值被大大削弱了，变成了St(t)/α。
经过削峰处理的信号St(t)/α+Ni(t)*InvPN(t)经过副数/模转换器(D/A)153转换成模拟信号。第二合成器接收该信号St(t)/α+Ni(t)*InvPN(t)和PN(t)信号，并对之进行合成，从而得到信号St(t)*PN(t)/α+Ni(t)，此时，有用信号St(t)*PN(t)已经被削弱到几乎可忽略不计，而噪声Ni(t)得以保留。移相器162对信号St(t)*PN(t)/α+Ni(t)进行反相处理，从而得到信号-St(t)*PN(t)/α-Ni(t)。信号-St(t)*PN(t)/α-Ni(t)经发射衰减器163调整振幅和线性放大器164线性放大后，从耦合模块140耦合到主接收通道130，此时，信号-Ni(t)即和主接收通道130接收到的信号St(t)*PN(t)+Ni(t)中的噪声Ni(t)抵消，从而消除了噪声。
另外，本领域技术人员可在本发明精神内做其它变化，但是，凡依据本发明精神实质所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种射频前端电路，其特征在于：包括处理器、主接收通道、校正通道、和耦合模块，所述主接收通道和所述校正通道分别连接于一外部天线和所述处理器之间，所述校正通道包括校正发射通道、校正接收通道和数字信号处理模块，所述校正发射通道包括一开关，所述耦合模块耦合到所述主接收通道，并通过所述开关与所述校正发射通道连接；所述射频前端电路包括一正常模式和一校正模式，当所述射频前端电路在所述正常模式时，所述主接收通道和所述校正接收通道彼此独立的接收并处理信号；当所述射频前端电路在所述校正模式下，所述处理器控制所述开关连通所述耦合模块和所述校正发射通道，所述数字信号处理模块对所述校正接收通道接收并解扩的信号做模数转换、削峰处理、和数模转换，所述数字信号处理模块处理后的信号经过所述校正发射通道扩频并反相后通过所述耦合模块耦合到所述主接收通道以消除所述主接收通道接收的信号中的噪声。
2.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述数字信号处理模块将所述模数转换后的信号经过傅立叶变换分解成幅值分量和频率分量，再对幅值分量进行限幅运算，将限幅门槛值以上的幅值调整为限幅门槛值，最后经过逆傅立叶变换将所述信号还原，从而获得所述噪声。
3.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述数字信号处理模块包括和所述校正接收通道连接的模/数转换器以及和所述校正发射通道连接的数/模转换器。
4.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述校正接收通道包括第一合成器，用于对所述校正接收通道接收的信号进行解扩处理。
5.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述校正发射通道包括第二合成器，用于对所述削峰处理后的信号进行扩频处理。
6.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述校正发射通道包括移相器，用于对所述削峰处理后的信号进行反相处理。
7.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述校正发射通道包括发射衰减器，用于调整所述削峰处理后的信号的振幅。
8.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述校正通道包括一开关，当所述射频前端电路在正常模式时所述开关使所述天线和所述校正发射通道连通，当所述射频前端电路在校正模式时，所述开关使所述天线和所述校正接收通道连通。
9.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述耦合模块包括串接的耦合器和负载阻抗。
10.如权利要求1所述的射频前端电路，其特征在于：所述处理器根据用户输入或通讯参数控制所述射频前端电路切换到所述正常模式或所述校正模式。
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