CN105610453A - 一种高增益窄带射频接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高增益窄带射频接收机，包括射频前端放大滤波电路、混频电路、多级数控增益放大电路、第一级中频滤波器、N级中频滤波器、ADC匹配网络和ADC，射频前端放大滤波电路用于将无线电信号进行放大滤波后输入到混频电路，混频电路用于将射频信号变频到中频信号后输出给第一级中频滤波器，第一级中频滤波器用于将信号滤波后发送到多级数控增益放大电路，多级数控增益放大电路用于将信号进行放大后发送到N级中频滤波器，N级中频滤波器用于对信号进行滤波后发送到ADC匹配网络，所述ADC用于将ADC匹配网络输出的信号转换为数字信号。本发明在有阻塞信号的情况下，可以保持高增益链路不饱和，灵敏度不会恶化，并且增益可以高达80db。

Description

一种高增益窄带射频接收机
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种高增益窄带射频接收机。
背景技术
目前通信设备大多需要支持多用户多频点，所以接收机都被设计成宽带接收机。宽带接收机的好处是通信带宽宽，数据率高，允许使用更多数量的载波，允许更多的用户通信，甚至可以在同一个宽频段内实现多模传输。以GSM通信基站为例，中国国内上行GSM的频段为880MHz～915MHz。因为基站要支持全频段，所以基站上行接收机的通带带宽必须是35MHz。以CDMA通信基站为例，中国国内基站接收机需要支持8载波。以WCDMA通信基站为例，中国国内基站至少需要支持3载波。
接收机有一个很重要的指标就是带内阻塞。在存在带内阻塞的情况下，为了使接收机链路不饱和，必须降低接收机链路增益。接收机链路增益降低，噪声系数就会增大，接收机灵敏度就恶化。GSM和CDMA2000规定带内阻塞测试灵敏度恶化不能超过3dB，WCDMA和TDS-CDMA规定带内阻塞测试灵敏度恶化不能超过6dB。对于移动通信接收设备来说，灵敏度恶化6dB直接会导致覆盖半径缩短一半。为了获得较大的覆盖半径，需要在存在阻塞的情况下，尽可能的不降低灵敏度。
国内关于宽带机的设计比较多，对于窄带射频接收机的设计就比较少。大多数窄带射频接收机的设计方法和宽带射频接收机设计方法一样。目前宽带射频接收机使用的ADC(模数转换器)都是高比特ADC，ADC的噪声系数比较小，射频前端没有必要使用高增益。在使用高比特的ADC的情况下，增益超过60dB增益就已经算很高了，接收机的增益一般不会超过80dB。而窄带射频接收机由于带宽较窄，在空口信号功率比较小的时候，接收机增益小于60dB时会导致ADC量化后的数字信号很小，导致解调性能下降。
例如，申请号为200810026452.1的中国专利公开了一种宽带接收机的设计方法。在有阻塞信号的情况下，该宽带接收机增益会变小，系统灵敏度会恶化。所以该专利不能在有阻塞的情况下实现较高的接收灵敏度。
再例如，申请号为201410318350.2的中国发明专利公开了一种高增益宽带接收机。该方案在没有阻塞信号的情况下可以实现高增益高灵敏度，但是在有阻塞信号的情况，接收机保持高增益模拟链路会饱和，但是如果降低模拟增益的话，灵敏度会恶化。所以该专利不能在有阻塞的情况下实现较高的接收灵敏度。
再例如，申请号为201110457090.3的中国发明专利公开了一种窄带接收机。该专利虽然是窄带接收机，但是该方案只是介绍了一种数字解码的方案，没有实现高增益。所以不能实现较高的灵敏度。
再例如，申请号为US8/3830365的美国发明专利公开了一种宽带和窄带可选的接收机，这种接收机模拟链路部分是宽带，数字信道滤波器可以配置成窄带和宽带滤波器。该专利虽然数字信道滤波器可以配置成窄带滤波器，但是模拟链路是宽带。在有阻塞信号的情况下，模拟链路增益会下降，灵敏度会恶化，不能实现较高的灵敏度。
因此，研究一种在存在阻塞的情况下能实现接收机灵敏度就不变的窄带射频接收机具有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高增益窄带射频接收机，该接收机在有阻塞信号的情况下，接收机可以保持高增益链路不饱和，灵敏度不会恶化，并且增益可以高达80db。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种高增益窄带射频接收机，包括射频前端放大滤波电路、混频电路、多级数控增益放大电路、第一级中频滤波器、N级中频滤波器、ADC匹配网络和ADC，其中所述射频前端放大滤波电路用于接收宽带定向天线所接收的空中的无线电信号，并将无线电信号进行放大滤波后通过开关输入到混频电路，所述混频电路用于将射频信号变频到中频信号后输出给第一级中频滤波器，所述第一级中频滤波器用于将信号滤波后发送到多级数控增益放大电路，所述多级数控增益放大电路用于将信号进行放大后发送到N级中频滤波器，所述N级中频滤波器用于对信号进行滤波后发送到ADC匹配网络，所述ADC用于将ADC匹配网络输出的信号转换为数字信号。
优选的，所述射频前端放大滤波电路包括宽带滤波器阵列、低噪声放大器(LNA)和声表面波滤波器(surfaceacousticwave，SAW)，所述宽带滤波器阵列按照频段制式将信号滤波后输出给低噪声放大器，所述低噪声放大器将放大后的信号通过射频微带线传输给声表面波滤波器，声表面波滤波器对信号进行滤波后通过开关将其输入到混频电路。采用宽带滤波器阵列可以保证目标通信制式的全部信号都可以接收。
优选的，所述混频电路包括混频器和本地振荡器，所述本地振荡器为宽带射频本地振荡器。用于提供混频器需要的参考本振信号，所述混频器通过开关与声表面波滤波器连接，用于根据参考本振信号将射频信号变频为中频信号。
更进一步的，所述混频器为宽带混频器。从而可使本发明支持大多数的通信频段。
优选的，所述第一级中频滤波器采用中频窄带滤波器，其带宽为一个载波的带宽。这样其它载波信号就会被该滤波器抑制，从而保证在有其它频点信号的情况下后面的放大器都不会饱和。
作为一种优选，所述多级数控增益放大电路包括依次相连的第一级数控增益放大器、第一级低通滤波器、第二级数控增益放大器、第二级低通滤波器、第三级数控增益放大器，第一级数控增益放大器、第二级数控增益放大器、第三级数控增益放大器的增益均由外部控制芯片设定。
优选的，所述N级中频滤波器由若干个级联的中频滤波器组成，每个中频滤波器的带宽为一个频点或载波的带宽。此处中频滤波器可以为窄带滤波器也可以是低通滤波器，目的是抑制其它非目标频点(或者载波)信号。
发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明射频前端使用宽带滤波器阵列，进而可保证能接收目前制式所有载波信号。中频使用中频窄带滤波器滤除非目标载波信号，这样就能保证链路在高增益下不失真。同时采用低噪声放大器+多级中频数控增益放大器的结构，可以保证接收机模拟增益能远远超过宽带接收机，达到80db以上。且因为能实现超高增益，比一般的窄带接收机的灵敏度更高。
2、本发明中采用多级中频数控增益放大器，放大器的增益均由外部控制芯片设定，从而可以合理的分配增益，保证信号不失真并且符合ADC的输入动态要求。
3、本发明能获得比宽带接收机更好的抗干扰能力，在复杂电磁环境下，灵敏度很高且不恶化，非常适合定位定向设备。
4、本发明使用的是宽带本振，所以工作频段很宽。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图。
图2是实施例1的信号流向框图。
图3是实施例2的信号流向框图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
参见图1，本发明一种高增益窄带射频接收机包括射频前端放大滤波电路、混频电路、多级数控增益放大电路、第一级中频滤波器、N级中频滤波器、ADC匹配网络和ADC，其中射频前端放大滤波电路包括宽带滤波器阵列、低噪声放大器(LNA)和声表面波滤波器(SAW)，混频电路包括混频器和本地振荡器，多级数控增益放大电路包括依次相连的第一级数控增益放大器、第一级低通滤波器、第二级数控增益放大器(图中省略)、第二级低通滤波器(图中省略)、第三级数控增益放大器，N级中频滤波器这里的N≥1，本框图中仅示出了一第二级中频滤波器，此第二级中频滤波器与前面的第一级中频滤波器实现二级中级窄带滤波。第二级中频滤波器通过ADC匹配网络与ADC连接。
下面结合具体实例，来说明结构的连接关系和信号的走向。
参见图2，设有两个移动GSM手机终端用户分别为目标A和路人B，目标A距离接收机比较远，路人B离接收机比较近。
对于接收目标A信号，B信号就是干扰信号。A的手机使用频率为890.2MHz(GSM频点号1)，B的手机使用频率为900.2MHz(GSM频点号为51)。接收设备中宽带定向天线接收到A的功率为-109dBm，接收到B的功率为-20dBm。A和B手机信号经过宽带滤波器阵列后，通过开关选通流向低噪声放大器，然后通过31.5dB增益的LNA后，再经过一个通带为880～915MHz的声表面波滤波器滤波。
滤波后的信号再通过开关选通输入到混频器。此时根据混频器需要的参考本振信号，本地振荡器配置输出为720.8MHz，则A信号和B信号经过混频器后输出为890.2-720.8＝169.4MHz，900.2-720.8＝179.4MHz。
混频器输出中频信号给第一级中频滤波器，第一级中频滤波器为一中频窄带滤波器，其滤波的中心频率为169.4MHz，带宽为200khz，对179.4MHz频率处的抑制为35dB。B信号通过第一级中频滤波器后功率变小35dB。接着A信号和B信号依次通过第一级数控增益放大器(DVGA)、第一级低通滤波器、第二级数控增益放大器(DVGA)、第二级低通滤波器、第三级数控增益放大器(DVGA)。设定每级数控增益放大器的最大增益均是21.5dB。
经过三级放大后的信号再通过第二级中频窄带滤波器，此窄带滤波器的性能和第一级中频窄带滤波器完全一样。最后放大后的A信号和滤波后残留的B信号一起经ADC匹配网络匹配后输入给ADC。ADC将信号转化成数字信号，然后使用信道滤波器将B信号残留完全滤除，最后对A信号进行信号处理。
综上，假如将链路增益配置成80dB，则ADC输入口的A信号功率就是-109+80＝-29dBm，B信号功率为-20+80-35*2＝-10dBm。ADC的最大输入功率为8dBm，故ADC没有饱和，链路没有饱和，链路增益不变，链路噪声系数不变，灵敏度也不变。
实施例2
本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：
本实施例所采用的高增益窄带射频接收机的结构同实施例1，此实施例是针对联通WCDMA终端手机来进一步提供一个实例。
参考图3，设一个联通WCDMA终端手机为目标A，A使用的上行载波频率为1942.6MHz(频点号为9713)，载波带宽为5MHz。测向设备天线接收到A的功率为-121dBm。使用的ADC满幅度输入为8dBm，ADC为14bit。因为ADC输出的WCDMA数字信号至少要4bit，基带数字处理模块才能正常解调。ADC的4bit信号功率换算成模拟信号功率约为-46dBm。因此，模拟链路需要的链路增益为-46-(-121)＝75dB。
A手机信号经过宽带滤波器阵列后，通过开关选通流向低噪声放大器(LNA),通过31.5dB增益的LNA后，再经过一个通带为1940～1955MHz的声表面波滤波器滤波。
滤波后的信号再通过开关选通输入到混频器。此时根据混频器需要的参考本振信号，本地振荡器配置输出为1758.28MHz，则A信号经过混频器后输出为1942.6-1758.28＝184.32MHz。
混频器输出中频信号给第一级中频滤波器，第一级中频滤波器为一中频窄带滤波器，其滤波的中心频率为184.32MHz，带宽为5MHz。接着A信号依次通过第一级数控增益放大器(DVGA)、第一级低通滤波器、第二级数控增益放大器(DVGA)、第二级低通滤波器、第三级数控增益放大器(DVGA)。设定每级DVGA的最大增益均是21.5dB。
经过三级放大后的信号再通过第二级中频窄带滤波器，此窄带滤波器的性能和第一级中频窄带滤波器完全一样。最后放大后的A信号经ADC匹配网络匹配后输入给ADC。ADC将信号转化成数字信号，然后对A信号进行信号处理。
假如将链路增益配置成80dB，则ADC输入口的A信号功率就是-121+80＝-41dBm，为换算成ADC的数字输出二进制值为11101，总共有5bit，满足数字基带算法解调的条件(基带算法要求大于4bit)。此时A信号能正常解调分析。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高增益窄带射频接收机，其特征在于，包括射频前端放大滤波电路、混频电路、第一级中频滤波器、多级数控增益放大电路、N级中频滤波器、ADC匹配网络和ADC，其中所述射频前端放大滤波电路用于接收宽带定向天线所接收的空中的无线电信号，并将无线电信号进行放大滤波后通过开关输入到混频电路，所述混频电路用于将射频信号变频到中频信号后输出给第一级中频滤波器，所述第一级中频滤波器用于将信号滤波后发送到多级数控增益放大电路，所述多级数控增益放大电路用于将信号进行放大后发送到N级中频滤波器，所述N级中频滤波器用于对信号进行滤波后发送到ADC匹配网络，所述ADC用于将ADC匹配网络输出的信号转换为数字信号。
2.根据权利要求1所述的高增益窄带射频接收机，其特征在于，所述射频前端放大滤波电路包括宽带滤波器阵列、低噪声放大器和声表面波滤波器，所述宽带滤波器阵列用于按照频段制式将信号滤波后输出给低噪声放大器，所述低噪声放大器用于将放大后的信号通过射频微带线传输给声表面波滤波器，声表面波滤波器用于对信号进行滤波后通过开关将其输入到混频电路。
3.根据权利要求1所述的高增益窄带射频接收机，其特征在于，所述混频电路包括混频器和本地振荡器，所述本地振荡器为宽带射频本地振荡器，用于提供混频器需要的参考本振信号，所述混频器通过开关与声表面波滤波器连接，用于根据参考本振信号将射频信号变频为中频信号。
4.根据权利要求3所述的高增益窄带射频接收机，其特征在于，所述混频器为宽带混频器。
5.根据权利要求1所述的高增益窄带射频接收机，其特征在于，所述第一级中频滤波器采用中频窄带滤波器，其带宽为一个载波的带宽。
6.根据权利要求1所述的高增益窄带射频接收机，其特征在于，所述多级数控增益放大电路包括依次相连的第一级数控增益放大器、第一级低通滤波器、第二级数控增益放大器、第二级低通滤波器、第三级数控增益放大器，第一级数控增益放大器、第二级数控增益放大器、第三级数控增益放大器的增益均由外部控制芯片设定。
7.根据权利要求1所述的高增益窄带射频接收机，其特征在于，所述N级中频滤波器由若干个级联的中频滤波器组成，每个中频滤波器的带宽为一个频点或载波的带宽。
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