CN102668387B - 用于fm接收器噪声降低的装置和方法以及手持通信设备 - Google Patents

Abstract

一种用于降低经由天线接收的立体声FM广播中的噪声的装置，该装置包括：变频器，其被配置为将所接收的立体声FM广播变换至中频载波频率；解调单元，其被配置为解调变换后的FM信号以形成左加右和左减右AM信号；滤波器，其被配置为通过对AM信号中的一个进行滤波来形成滤波后的信号，从而抑制包括不想要的音的信号的子频带；求和单元，其用于将滤波后的信号与左加右和左减右信号中的另一个相加以产生立体声音频信号。

Description

用于FM接收器噪声降低的装置和方法以及手持通信设备

技术领域

本发明涉及用于降低从本地振荡器(本振)信号发生器引入至FM解调器的噪声的技术。

更具体地，本发明的一个方面涉及一种方法和装置，其用于当接收器LO具有参考杂散(通常在PLL基准频率处)时，除去可能出现在由FM接收器产生的音频信号中的可听音。

背景技术

尽管数字无线电的使用率在提高，但FM无线电接收器仍很流行，而且越来越多地见于手机及其它电子手持装置(诸如MP3播放器)中。FM无线电接收器向这类装置中的引入已经引发了一系列新的噪声问题，这之前对于FM设计者来说并非优先考虑的问题，尤其是针对立体声FM广播(它是现在使用的主流格式)。

为了保证立体声广播与仅具有一个扬声器的单声道接收器兼容，以允许单声道接收器很容易地提取出某一信道的方式来编码立体声FM，而该信道包括左、右立体声信道的混合。使用两个信道来编码立体声FM，一个是左、右立体声信道的和(L+R)，并且另一个是左、右信道的差(L-R)。单声道接收器仅使用L+R信道来播放。立体声接收器能将L+R与L-R信道相加以获得左信道，以及从L+R信号中减去L-R信号以获得右信道。

如图1所示，当被适当解调时，主L+R信道占用30Hz至15kHz的频率范围。副信道L-R是使用基带范围为23kHz至53kHz的双边带抑制载波(DSBSC)信号。导频音也在19kHz处出现，且用于允许副载波以正确相位被解调。在FM发射器上，可使用主信道、副信道和导频音的合成信号来调制载波。

图2示出了典型的FM接收器配置。从FM发射器经由天线接收FM信号，使用低噪声放大器(LNA)来放大该FM信号，并且随后将该FM信号与本地振荡器(LO)信号混频。使用锁相环(PLL)产生该LO信号。该LO信号用于降频转换所接收的信号。降频转换对所接收的信号进行处理以生成中频(IF)信号，其中，所需要的信号分量的频谱位于便于进行进一步处理的频率处。随后，IF信号在被FM解调器解调之前，被滤波以除去不想要的噪声。之后对所产生的信号进行滤波以生成单独的L+R信道。通过将立体声副载波变换至基带来生成L-R信道，由此其频谱在频率上“移动”了38kHz。通过使用混频电路将立体声副载波与38kHz信号混频来进行这一移动。

随后通过如上所述将L+R信道与L-R信道求和来生成独立的左信道和右信道。例如，将L+R信道与L-R信道求和以获得左信道，以及从L+R信号中减去L-R信号以获得右信道。

该系统的一个问题是由PLL“参考杂散”导致的一类噪声。由PLL生成的信号通常具有一些寄生噪声电平。使用PLL的RF系统的规格通常考虑它。这些寄生噪声电平可能由于一些不同原因而出现。“参考杂散”之所以这样命名，是因为它是由PLL使用的基准信号的馈通引起的。该杂散由PLL部件中的缺陷引起，诸如相位频率检测器中的失配传输延迟、电荷注入和电流中的失配，以及VCO调谐节点中的漏电流。因此，当PLL不能用基准信号生成相位上完美的输出信号时，所生成的信号的相位振荡由于VCO不断校正以使得所生成信号向后或向前来匹配基准信号而出现。该振荡具有与基准频率相匹配的频率。因此，由PLL生成的所得的信号不仅具有AM调制分量，而且具有FM调制分量。

因此，参考杂散是以F_ref(用于PLL时钟的基准频率)为频率的本地振荡器信号的正弦相位调制。在上述FM接收器中，当所接收的FM信号与具有参考杂散特征的LO信号混频时，以F_ref为频率的正弦相位调制的噪声信号被包括在所得的信号中。当对该信号进行FM解调时，会产生以F_ref为频率的噪声信号。其中，F_ref位于由立体声主信道或副信道占用的频带内，这会导致完全解调的FM立体声信号中的可听噪声。

图3示出了上述的参考杂散噪声问题的一个实例。很多手机目前都包括FM立体声广播接收器，并为其提供了具有32768Hz频率的时钟。该时钟频率通常被用于手机架构中。其中，FM接收器结合了生成用于降频转换的LO信号的PLL，通常便利地使用32768Hz的时钟作为用于PLL的基准信号。用作PLL的基准信号的32768Hz的时钟会产生32768Hz的LO杂散，从而导致32768Hz的正弦波被添加至在接收器中通过FM解调而恢复的立体声多工信号。这一不想要的32768Hz的正弦波位于由立体声副载波占用的23kHz-53kHz频带内。接收器中的信号处理包括将立体声副载波变换至基带，由此，其频谱在频率上“移动”了38kHz，以产生L-R信号。一旦FM信号已被完全解调，则不想要的正弦波会以38000Hz-32768Hz＝5232Hz的频率出现在L-R信号中。随后将L-R信号添加至L+R信号以产生由“左”信号和“右”信号组成的立体声音频。因此，不想要的正弦波位于5232Hz处，在左信道和右信道中是可以听到的。

之前解决该问题的方法包括在PLL中改进压控振荡器(VCO)的设计以最小化参考杂散的大小，并由此降低寄生音频噪声。这些技术会需要部件制造方面的很高精度，且导致较高的单位成本。

所需要的是一种降低或消除由参考杂散引起的噪声而不必使用更昂贵的部件的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于降低经由天线接收的立体声FM广播中的噪声的装置，该装置包括：变频器(移频器)，其被配置为将所接收的立体声FM广播变换至中频载波频率，解调单元，其被配置为解调变换后的FM信号以形成左加右AM信号和左减右AM信号，滤波器，其被配置为通过对AM信号中的一个进行滤波来形成滤波后的信号，从而抑制包括不想要的音的信号的子频带，求和单元，其用于将滤波后的信号与左加右信号和左减右信号中的另一个相加以产生立体声音频信号。

根据本发明的第二方面，提供了一种从立体声FM信号中滤掉噪声的方法，该方法包括以下步骤：将FM立体声广播信号解调为左加右AM信号和左减右AM信号，对AM信号中的一个进行滤波，以抑制包括不想要的音的信号的子频带，将滤波后的信号与左加右信号和左减右信号中的另一个相加，以此方式产生立体声音频信号。

附图说明

现将参照附图，以实例的方式描述本发明的所有方面。在附图中：

图1示出了FM广播的解调后的L+R、L-R和导频音信道。

图2示出了现有技术中已知的典型FM接收器配置。

图3示出了图1中具有32768Hz的噪声分量的解调后的FM广播。

图4示出了纳入手持装置中的本发明的实施方式。

图5示出了具有用于L-R信道的带通滤波器的本发明的实施方式。

图6示出了本发明的另一实施方式，其中，滤出不想要的音，并随后从L-R信道中减去。

图7示出了本发明的另一实施方式，其中，合成不想要的音，并随后从L-R信道中减去。

图8示出了图1中具有存在于由立体声多工信号而非立体声副载波的分量占用的频带中的不想要的噪声音的解调后的FM广播。

图9示出了5232Hz的陷波滤波器频率响应的一个实例。

图10示出了输出信号在由陷波滤波器起作用的频率附近的立体声分离度。

具体实施方式

如图4所示，本发明的一个方面提供了具有子系统210的手机200。子系统210包括提供具有基准频率的基准信号230的基准频率源220。由本地振荡器(LO)发生器240使用基准信号230来生成LO信号250。随后由FM解调器270使用LO信号250以将使用天线10接收的FM广播变换至中频，以便由FM解调器270进行进一步处理。

图5示出了用于接收FM广播的天线10。所接收的信号随后使用低噪声放大器30来放大。本地振荡器40包括使用基准信号230的基准频率来生成LO信号的锁相环(PLL)信号发生器。所接收的并被放大后的FM信号与LO信号混频以将所接收的信号变换至更适于进行处理的中频(IF)。而后IF滤波器50从该IF信号中滤去不想要的噪声。FM解调器解调该FM IF信号，并生成全复合信号频谱。与立体声副载波相干的38kHz音由副载波恢复模块70产生，并使用混频器80将其与所接收的立体声多工信号混频以将立体声副载波变换至基带。随后分别对L-R信道和L+R信道进行滤波以除去不想要的噪声。在本发明的这一优选实施方式中，随后对L-R信号进行滤波以阻止中心在由PLL引入的不想要的音的频率处的非常窄的频带。而后使用求和装置130和140将L-R信号与L+R信号相加以产生由“左”信号和“右”信号组成的立体声音频。

在使用32768Hz的基准频率的实例中，32768Hz的噪声信号在解调的全复合信号中出现。一旦将其下混了38kHz，则所得的噪声信号集中在5232Hz附近。在本发明的优选实施方式中，带阻滤波器110滤掉5232Hz附近的频率。

在本发明的一种实施方式中，滤波器110是“陷波”滤波器。该滤波器可被如下实施：

使和c_p＝pc_z，其中常用符号则陷波滤波器以5232Hz为中心的z变换为：

$H\left(z\right)=\frac{(1-c_z{z}^{-1})(1-c_z^{*}{z}^{-1})}{(1-c_p{z}^{-1})(1-c_p^{*}{z}^{-1})}.---\left(1\right)$

对于p＝0.985且Fs＝80kHz，该滤波器的频率响应在图9中示出。

随后将L-R信号与保持有5232Hz附近的频率的L+R信号相加，从而产生由“左”信号和“右”信号组成的立体声音频，其具有所解调频率的全部范围且仅缺少5232Hz附近的某些立体声信息。由于陷波滤波器改变了所需要的L-R信号分量的振幅和相位，以及除去了5232Hz处的噪声信号，所以立体声分离度在某些频率处下降。这针对等式(1)和图9所述的滤波器，在图10中给予示出。

尽管可通过对立体声多工信号进行滤波来阻止不想要的音，但这比起在本发明中使用的技术有效性较低。在本发明的这一实施方式中，L+R信号不受影响，并因此最小化了音频输出的失真。该方法也适于阻止由于LO缺陷(而非参考杂散)而加至所需要的信号的不想要的正弦分量。常用接收器中，L-R信号的带宽和(以离散时间表示的)采样频率低于立体声多工信号的带宽和采样频率。如果将其用于L-R信号，那么与用于立体声多工信号的等效滤波操作相比，这通常会产生针对滤波操作的更低的复杂度。如图10所示，阻止来自L-R信号的5232Hz处的噪声信号分量的结果是在中心位于5232Hz处的窄带中降低了立体声分离度。这将引起所接收的FM信号品质的实际察觉不到的损失。

图6示出了本发明的另一实施方式。在该实施方式中，用于滤掉由PLL参考杂散引入的不想要的噪声的窄带阻滤波器可使用窄带通滤波器110和减法电路120来实现。

在图7所示的实施方式中，可使用音估计和减法技术(toneestimation and subtraction technique)来除去不想要的音。这可使用包括相位比较器150、环路滤波器160和振荡器180的PLL来实现。L+R信号通过带通滤波器，从而产生主要只包括噪声音的信号。PLL用于确定不想要的音的相位，而振幅估值器(amplitude estimator)170用于估计不想要的音的振幅。根据由振幅估值器170作出的估计，通过放大器190来放大由振荡器180产生的正弦波。求和装置120用于从L-R信号中减去放大后的正弦波，从而使得L-R信号失去不想要的音。与使用陷波滤波器的优选方案相比，使用该方案来阻止不想要的正弦波会较少地改变所需要的信号分量。因此保持了立体声分离度特性。然而，该实施具有较高的实施复杂性。

可以想象，在某些FM接收器设备中，LO基准频率使得不想要的噪声音存留在由立体声多工信号(而不是立体声副载波)的分量占用的频带中。图8示出了该情况的实例，其中，不想要的音出现在70kHz处。在这种情况下，本发明的实施方式提出：可通过根据上述技术进行滤波来阻止不想要的音。可从受影响的副载波被从立体声多工信号分离后所获得的信号阻止不想要的音。

本发明的实施方式可与任何结合了FM接收器的装置一起使用，且其中-由于干扰或模拟电路缺陷-不想要的正弦波以位于由所期望的副载波占用的频带内的频率存在于立体声多工信号中。这些实例可包括结合了FM接收器的便携式媒体播放器、卫星导航装置和车载收音机。

至此，申请人分别公开了本文所述的各个单独特征，以及两个以上的这些特征的任何组合，以达到基于作为整体的本说明书，根据本领域技术人员的一般常识，能够实施这些特征或组合的程度，而不论这些特征或特征的组合是否能解决本文所公开的任何问题，而且不限制权利要求的范围。申请人表明，本发明的所有方面可由任何这些单独的特征或特征的组合构成。鉴于上述说明，本领域技术人员显然可在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (9)

1.一种用于降低经由天线接收的立体声频率调制FM广播中的不想要的信号音的装置，所述装置包括：

变频器，其被配置为将所接收的立体声FM广播变换至中频载波频率，

解调单元，其被配置为解调变换后的FM信号以形成左加右幅度调制AM信号和左减右AM信号，

滤波器，其被配置为通过对左加右AM信号和左减右AM信号中的一个进行滤波来形成滤波后的信号，以阻止中心在由锁相环PLL引入的不想要的音的频率处的窄频带，从而抑制包括不想要的音的左加右AM信号或左减右AM信号的子频带，以及

求和单元，其用于将滤波后的信号与左加右AM信号和左减右AM信号中的另一个相加以产生立体声音频信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述变频器包括：

混频电路，以及

振荡器，其被配置为基于基准信号而运行，并生成振荡器信号，

所述变频器被配置为使得所接收的立体声FM广播在与所述振荡器信号混频时被变换至中频，

其中所述不想要的音对应于所述基准信号的频率。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述基准信号由主机装置生成。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述基准信号具有32768Hz的频率，并且所述滤波器被配置为从所述左减右AM信号中除去不想要的音。

5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中所述滤波器为陷波滤波器。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述滤波器为窄带阻滤波器，其包括：

窄带通滤波器，其被配置为接收包括所述不想要的音的AM信号作为输入，并且仅使所述子频带的频率通过，

所述窄带阻滤波器被配置为输出减去了所通过的所述子频带的频率的AM信号。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述滤波器为音估计和减法滤波器，其包括：

窄带通滤波器，其被配置为接收包括所述不想要的音的AM信号作为输入，并且仅使所述子频带的频率通过，

PLL信号发生器，其被配置为确定所通过的频率的相位和主频率，并生成相应信号，

振幅估值器，其被配置为估计所通过的频率的振幅，并放大所生成的信号以匹配所估计的振幅，

减法电路，其被配置为从AM信号中减去放大后的所生成的信号。

8.一种手持通信设备，其包括：

根据权利要求1所述的装置，

基准频率发生器，其被配置为生成所述基准信号。

9.一种从立体声频率调制FM信号中滤掉不想要的信号音的方法，所述方法包括以下步骤：

将FM立体声广播信号解调为左加右幅度调制AM信号和左减右AM信号，

对左加右AM信号和左减右AM信号中的一个进行滤波，以阻止中心在由锁相环PLL引入的不想要的音的频率处的窄频带，从而抑制包括不想要的音的左加右AM信号或左减右AM信号的子频带，

将滤波后的信号与左加右AM信号和左减右AM信号中的另一个相加，以此方式产生立体声音频信号。