CN104348498A - 自适应谐波抑制接收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自适应谐波抑制接收装置，包括低噪声放大模块；至少一个谐波抑制混频器；至少一个非谐波抑制混频器；控制装置，其中，接收信号经过所述低噪放大器后，再经过所述至少一个谐波抑制混频器或所述至少一个非谐波抑制混频器，所述控制装置分别测量所述接收信号经过所述至少一个谐波抑制混频器或所述非谐波抑制混频器后的接收信号路径强度指数，并根据所述测量的结果为所述接收信号选择非谐波抑制混频器或合适的谐波抑制混频器。本发明的自适应谐波抑制接收装置可以根据接收信号的特征自适应地选择是否进行谐波抑制或者是进行何种谐波抑制，从而提高接收的灵活性和接收性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种自适应谐波抑制接收装置及方法，特别是涉及一种宽带通信系统中的自适应谐波抑制接收装置及方法。
背景技术
在宽带的接收系统中，输入信号频率跨度达到几个倍频程。比如，有线数字电视（DVB-C），接收频率从111MHz到862MHz。这样接收机必须做谐波抑制，否则混频器会把本振（LO）频率的谐波都频移到有用的带内，并引起接收劣化，甚至接收不能。为避免这种情况，具有一定抑制作用的谐波抑制（HR）接收器被广泛应用于宽带系统中。
但HR接收器的线性性能等指标比非谐波抑制（NHR）接收器差，并且会引入更多的噪声。目前实现谐波抑制的方式都为被动式。先把接收的频道分若干段，在需要HR的频段，采用HR混频器；有时还需要和射频滤波器共用来达到所需的谐波抑制。在不需要HR的频段，采用简单的，高性能的NHR接收器来提高系统性能。其缺陷是对于预设使用HR混频器的频段，即使信号路径在谐波上的能量不至于对接收产生干扰，也必须用HR电路，牺牲了系统性能。
发明内容
鉴于以上所述的现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自适应谐波抑制接收装置和方法，用于解决现有技术中无法根据信号的特征自动选择是否进行谐波抑制或者自动选择进行何种谐波抑制，同时不降低接收性能。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自适应谐波抑制接收装置的实施例，包括：低噪放大模块；至少一个谐波抑制混频器；非谐波抑制混频器；控制装置，用于为接收信号选择合适的混频器。接收信号经过低噪放大器后，再经过至少一个谐波抑制混频器或非谐波抑制混频器，控制装置分别测量接收信号经过至少一个谐波抑制混频器或非谐波抑制混频器后的接收信号路径强度指数，并根据测量的结果为接收信号选择合适的混频器。
优选地，上述实施例中的低噪放大模块采用的是低噪跨导放大器，并且控制装置中还包括跨阻放大模块（TIA），信号经低噪跨导放大器后转换成电流信号，流经至少一个谐波抑制混频器或非谐波抑制混频器后，在TIA输出端被转换成电压信号。
优选地，上述实施例中，低噪跨导放大器包括负载，所述负载被划分成若干频段的负载，每个频段的负载由电感电容射频滤波器和开关组成，每个频段的负载覆盖信号频率范围的一部分，并且同一时间只有一个频段的负载被激活。
优选地，上述实施例中的低噪跨导放大器包括若干频带选择开关，其中，所述频带选择开关的输出端连接到所述至少一个谐波抑制混频器的出入端和所述非谐波抑制混频器的输入端，所述频带选择开关的输入端分别连接到所述频段的负载电路，并且同一时间只有一个频带选择开关处于开启状态。
本发明还提供一种自适应谐波抑制接收方法，包括：计算所述接收信号的各阶谐波频率；在接收信号通过低噪放大器、谐波抑制混频器和非谐波抑制混频器后，根据所述接收信号各阶谐波的频率，选择测量所述接收信号的各阶谐波频率对应的谐波抑制混频器或非谐波抑制混频器信号路径的接收信号强度指数；为所述接收信号选择合适的混频器。
如上所述，根据本发明的自适应谐波抑制接收装置，可以根据接收信号的特征自适应地选择是否进行谐波抑制或者是进行何种谐波抑制，从而提高接收的灵活性和接收性能。
根据本发明的一个优选实施例，由于使用低噪跨导放大器和TIA，接收信号在低噪跨导放大器的输出端与TIA的输入端均为电流模式，所以能提供更好的线性特征。
根据本发明的又一优选实施例，使用了以电感电容射频滤波器为负载的低噪跨导放大器，所以在使用NHR混频器时，有助于抑制谐波频率之间的干扰。
根据本发明的又一优选实施例，由于不同频带通过NMOS开关来选择，而信号通过电流模式在开关上传输，所以能够保证非常好的线性度性能，IIP3的失真也很小。
附图说明
图1显示为本发明自适应谐波抑制装置结构示意图。
图2显示为本发明自适应谐波抑制装置的一个优选实施例的结构示意图。
图3显示了图2中负载的电路示意图。
图4显示了图2中非谐波抑制混频器的电路示意图。
图5显示了图2中谐波抑制混频器的结构框图。
图6显示了根据本发明自适应谐波抑制接收方法的流程图。
图7显示了根据本发明自适应谐波抑制接收方法的实施例流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在结合附图详细介绍本发明之前，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外附图中，如无特别说明，不同附图中的同一标记表示的是同一模块或者功能部件。
现在请参阅图1，图1显示的是根据本发明自适应谐波抑制接收装置的结构示意图，该接收装置总体标记为1，包括低噪放大级2；覆盖整个输入频带的非谐波抑制（NHR）混频器3；谐波抑制（HR）混频器4，其代表一组抑制不同谐波的混频器41、43……4N；以及用于为信号选择混频器的控制装置5。其中，NHR混频器和HR混频器共用一个输入端。
本发明的自适应谐波抑制工作时，接收信号（或者叫输入信号）首先进入低噪放大级2，在此，接收到的电压信号被转变成输出电压或者电流，如果选择转变成电流模式，则NHR和HR混频器应当提供低输入阻抗。接着这个信号将被HR混频器或者NHR混频器混合为基带频率，然后进入控制装置5，控制装置5用于测量需要的信号能量，测量结果称为接收信号强度指数（RSSI），一种获得RSSI的方式是通过数字电路。本例中，控制装置5分别测量接收信号经过HR混频器和NHR混频器后的RSSI，并根据测量的结果为接收信号选择合适的混频器。其中，某个混频器工作时，其它的混频器将断电，并对系统性能没有影响。
下面结合图2更详细地介绍本发明的自适应谐波抑制接收装置的优选实施方式。为了简化说明，装置1中只使用了一个HR混频器，即HR混频器4，实际应用中，可以根据实际需要使用一个或者多个HR混频器。
图2中的标记2是图1低噪放大级2的一种实施方式，称为低噪跨导放大级（LNTA），其在输入端具有衰减器（或称衰减网络）21，跨导模块22和负载23。标记5是控制装置5的一种实施方式，其包括跨阻放大器（TIA）51，模拟信号路径选择滤波器（零IF接收器中的低通滤波器LPF）52和可编程增益放大器（PGA）53，模数转换器（ADC）54和数字信号处理模块（DSP）55。
输入信号在经过衰减器21后，在跨导模块22处从电压转换成电流，再进入负载模块23。负载23迫使电流进入HR或者NHR的低阻抗混频器输入端。该电流流经NHR混频器3或者HR混频器4之后被转换成基带（BB）信号，汇集到TIA51的输入端，然后在TIA51的输出端被转换成电压，经LPF52、PGA53、ADC54后变成数字信号到达DSP55，DSP55可以很容易算出RSSI，并通过算出的RSSI选择谐波抑制方式。
这样，信号只在LNTA2的输入和TIA51的输出端为电压，在这之间为电流模式，采用这种实施方式的好处在于自适应谐波抑制接收在电流模式时能有非常好的线性特性。
图3显示了一种LNTA2中负载模块23的电路示意图。其中，负载23被划分成三个频段的负载：高频（HB），中频（MB）和低频（LB），还包括频带选择开关（BS）。每个频段的负载覆盖输入频率范围的一部分。在同一时间只有一个频段的负载是激活的，也即，控制信号“控制_调频”,“控制_中频”和“控制_低频”中只有一个是打开的。每个频段的负载由共栅晶体管和负载电路（负载_高频，负载_中频和负载_低频）复合而成。负载电路可以是LC振荡电路形成的2阶射频调谐滤波器或简单的电阻负载。
BS的输出端连接到HR混频器输入端和NHR混频器输入端，BS开关由NMOS制成并且操作在开/关模式，由于同一时间只有一个频段的负载被激活，相应地，在同一时间，BS中只有一对NMOS被打开。本领域技术人员还可以在BS开关与NHR、HR混频器的输入端之间插入其它级，比如，混频器增益控制级。只要插入的级是工作在电流模式，则其不会对预设的性能产生很大影响。
按照图3这种实现LNTA2的一大优势是可以根据不同的频带实现不同的频率响应。并且即使在使用了NHR混频器情况下，2阶射频跟踪滤波器也将有助于在谐波频率上抑制干扰。
按照图3这种实现LNTA2的另一大优势是所有的BS开关由NMOS制成并且操作在开/关模式，也即NMOS要么是关闭，要么在线性区域。由于信号以电流模式通过BS开关传输，所以线性性能可以被大大加强，并且BS开关引起的三阶线性交调失真（简称IIP3失真）也很小。
图4显示了一种实现NHR混频器的电路示意图。它实际上是一个简单的无源NMOS混频器。切换开关由M1，M2，M3和M4组成。
图5显示的是一种实现HR混频器4的结构框图。HR混频器4与NHR混频器3的工作方式类似。HR混频器4可以在输入端具有NMOS切换开关。HR混频器4通过不同的路径分配信号，不同的路径具有不同谐波抑制系数。被分配的信号汇集到TIA输入端，然后在TIA输出端被转换成电压。
当NHR混频器工作时，HR混频器切换开关通过偏置被关闭，这为信号路径提供高阻抗并且对系统性能影响很小。类似地，当HR混频器打开时，NHR混频器中的MOSFET，比如NMOS从M1到M4通过偏置被关闭。
HR混频器和NHR混频器的所有混频器切换核心可以由NMOS制造并且可以工作在开/关模式，也即，NMOS要么是关闭，要么处于线性区域，由LO信号驱动。它们是无源的，因为没有DC电流流过开关MOS。由于信号是以电流形式通过BS开关和混频开关，其线性性能被大大加强。
一般地，NHR混频器3应当能覆盖整个输入信号频带范围。比如，在电视系统中，其覆盖从48MHz到862MHz的范围。HR混频器为二次，三次，四次和更高次谐波提供谐波抑制；并且它们能覆盖输入频率范围的一半。比如，在电视系统中，其覆盖48MHz到439MHz（假设8MHz带宽）。如果采用特别的设计，NHR混频器具有足够大的二次谐波抑制，则HR混频器可以覆盖三分之一的输入频率范围。比如，在电视系统中，其覆盖48MHz到295MHz。
下面参阅图6，图6显示了本发明自适应谐波抑制接收方法的流程图。下面结合图1的接收装置介绍本发明的自适应谐波抑制接收方法的原理。
接收信号到达接收装置1后，通过低噪放大级2、非谐波抑制混频器3、各谐波抑制混频器41、42……4N后到达控制装置5，控制装置5依照本发明的接收方法，先计算接收信号的各阶谐波频率，由于接收信号一旦到达，其频率就为已知，所以可以根据其频率计算出各阶谐波的频率；接着控制装置5根据计算出的各阶谐波频率，根据接收信号频率及其各阶谐波频率，选择对应的信号路径，即选择通过HR混频器还是NHR混频器，测量该信号路径的RSSI；最后，控制装置5根据测量得到的各信号路径RSSI，根据一定的谐波抑制策略决定为该接收信号选择NHR混频器或是合适的HR混频器进行接收。
下面结合图7介绍图2中所示的本发明自适应谐波抑制接收装置介绍本发明自适应谐波抑制接收方法的工作流程。
首先装置1接收到输入信号，其频率在整个输入信号频带范围内。信号通过LNTA2、NHR混频器3、HR混频器4，到达控制装置5，控制装置5对信号经过计算、测量和选择几个步骤，最终为接收信号选择合适的谐波抑制策略。本例中，信号到达控制装置5后，经过TIA51、LPF52、PGA53、ADC54的一系列转化，到达DSP55，DSP55对信号进行计算、测量和选择，详细介绍如下：
初始判断：对信号做初始判断，决定是否需要谐波抑制，判断方法为：如果信号频率大于i乘以最大输入频率，则不需要谐波抑制，直接为接收信号选择NHR混频器，否则才进入下面的计算步骤。其中i可以是1/2或者1/3或者其它数值，它可以由系统或者用户设置。
计算：计算各阶谐波频率。
测量：根据计算出的各阶谐波的频率，逐个判断各阶谐波频率是否小于系数j乘以输入信号频带的最大值（下简称最大输入频率），如果小于，则选择该阶谐波频率对应的HR信号路径并测量该信号路径的RSSI；如果不小于，则选择NHR信号路径并测量RSSI作为该阶谐波的RSSI。最后根据接收信号频率，选择对应的HR信号路径测量该信号路径RSSI（下简称接收信号RSSI），其中系数j可以由用户设置，本例中其取值为1/3。
选择：将接收信号RSSI分别与各阶谐波的RSSI作差，如果最小的差值小于HR_threshold，那么不需要谐波抑制，为接收信号选择NHR混频器；否则，需要谐波抑制，为接收信号选择HR混频器。这里，HR_threshold是HR操作门限，可以由用户调整。比如，在64QAM解调中，对于3次谐波，HR_threshold可以优选为0dB，在256QAM中优选为10dB。
需要说明的是，上述实施例中为了提高接收性能，增加了初始判断步骤，但该步骤并非本发明方法所必须，某些应用中可以省略初始判断步骤。在测量步骤中，也可以用其它的策略进行选择测量。同样地，选择步骤中，也可以用其它的策略判定如何为接收信号选择HR混频器或者NHR混频器。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (17)
1.一种自适应谐波抑制接收装置，包括：
低噪声放大模块；
至少一个谐波抑制混频器；
至少一个非谐波抑制混频器；
控制装置，其中，接收信号经过所述低噪放大器后，再经过所述至少一个谐波抑制混频器或所述至少一个非谐波抑制混频器，所述控制装置分别测量所述接收信号经过所述至少一个谐波抑制混频器或所述非谐波抑制混频器后的接收信号路径强度指数，并根据所述测量的结果为所述接收信号选择非谐波抑制混频器或合适的谐波抑制混频器。
2.根据权利要求1所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述控制装置包括：跨阻放大器，与所述跨阻防大器连接的低通滤波器，与所述低通滤波器连接的可编程增益放大器，与所述可编程增益放大器连接的数模转换器和与所述数模转换器连接的数字信号处理模块。
3.根据权利要求2所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述低噪放大模块是低噪跨导放大器，所述接收信号经所述低噪跨导放大器后转换成电流信号。
4.根据权利要求3所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述电流信号在所述跨阻放大器的输出端被转换成电压信号。
5.根据权利要求3或4所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述低噪跨导放大器包括负载，所述负载被划分成若干频段的负载，每个频段的负载由电感电容射频滤波器和开关组成，每个频段的负载覆盖接收信号频率范围的一部分，并且同一时间只有一个频段的负载被激活。
6.根据权利要求5所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述低噪跨导放大器还包括若干频带选择开关，其中，所述若干频带选择开关的输出端连接到所述至少一个谐波抑制混频器的输入端和所述非谐波抑制混频器的输入端，所述若干频带选择开关的输入端分别连接到所述频段的负载电路，在同一时间，所述若干频带开关中只有一个处于开启状态。
7.根据权利要求6所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述频带选择开关的输出端与所述谐波抑制混频器输入端和非谐波抑制混频器的输入端之间还包括混频器增益控制级。
8.根据权利要求2所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述数字信号处理模块中包括：
计算单元，用于计算所述接收信号各阶谐波的频率；
测量单元，用于根据所述计算单元计算出的各阶谐波频率，逐个测量各阶谐波所在信号路径的接收信号强度指数，以及测量所述接收信号所在信号路径的接收信号指数；
选择单元，用于根据所述测量单元测出的所述接收信号的接收信号强度指数及所述各阶谐波所在信号路径的接收信号强度指数，最终为所述接收信号选择合适的谐波抑制混频器和非谐波抑制混频器。
9.根据权利要求8所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述数字信号处理模块中还包括初始判断单元，用于判断所述接收信号是否需要谐波抑制。判断策略为：如果所述接收信号频率大于系数i乘以最大输入信号频率，判定为不需要进行谐波抑制，直接为接收信号选择非谐波抑制混频器。
10.根据权利要求9所述的自适应谐波抑制接收装置，其特征在于，所述选择单元为接收信号选择谐波抑制混频器还是非谐波抑制混频器的策略为：将所述接收信号所在信号路径的接收信号强度指数分别与各阶谐波所在信号路径的接收信号指数作差，如果最小的差值小于门限，那么不需要谐波抑制，为接收信号选择NHR混频器；否则，需要谐波抑制，为接收信号选择谐波抑制混频器。
11.一种自适应谐波抑制接收方法，包括：
计算：计算接收信号的各阶谐波频率；
测量：在所述接收信号通过低噪放大器、非谐波抑制混频器和各谐波抑制混频器后，根据所述接收信号各阶谐波的频率，选择测量与各阶谐波频率对应的谐波抑制混频器或非谐波抑制混频器信号路径输出端的接收信号强度指数，并测量所述接收信号频率对应的信号路径上的接收信号强度指数；
选择：为所述接收信号选择非谐波抑制混频器或合适的谐波抑制混频器。
12.根据权利要求11的自适应谐波抑制接收方法，其特征在于，所述计算步骤之前还包括初始判断步骤，用于判断是否需要对接收信号进行谐波抑制，如果不需要进行谐波抑制，则直接为所述接收信号选择非谐波抑制信号路径。
13.根据权利要求12的自适应谐波抑制接收方法，其特征在于，所述初始判断步骤中，判断是否需要对接收信号进行谐波抑制的策略为：如果所述接收信号频率大于系数i乘以最大输入信号频率，则判断为不需要进行谐波抑制。
14.根据权利要求13的自适应谐波抑制接收方法，其特征在于，所述系数i取值为1/2或1/3。
15.根据权利要求12的自适应谐波抑制接收方法，其特征在于，所述测量步骤中，所述选择测量的策略为：
将各阶谐波频率逐个与最大输入频率进行比较，如果该阶谐波频率小于系数j乘以最大输入信号频率时，则测量该阶谐波通过对应的谐波抑制混频器所在信号路径后的接收信号强度指数，否则测量该阶谐波通过非谐波抑制混频器所在信号路径后的接收信号强度指数，所述系数j为1/2或1/3。
16.根据权利要求15的自适应谐波抑制接收方法，其特征在于，所述系数j取值为1/2或1/3。
17.权利要求12所述的谐波抑制接收方法，其特征在于，所述选择步骤中，为所述接收信号选择谐波抑制混频器还是非谐波抑制混频器的策略为：
将所述接收信号的接收信号强度指数与所述接收信号各阶谐波的接收信号强度指数作差，如果最小的差值大于门限，为所述接收信号选择非谐波抑制混频器；否则为所述接收信号选择谐波抑制混频器。
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