CN106452474A - 一种零中频接收机 - Google Patents

Abstract

本发明为一种零中频接收机，涉及通信技术领域，旨在解决现有零中频接收机中存在的窄带、低频、隔离度差、I/Q不平衡和低动态范围的问题。本发明的零中频接收机中，激光器连接光分路器，光分路器分别连接第1电光调制模块和第2电光调制模块，射频信号接收模块连接第1电光调制模块，本振信号发生器连接第2电光调制模块，第1电光调制模块和第2电光调制模块的连接光域处理模块，光域处理模块连接光电探测模块，光电探测模块连接模数转换及信号处理模块。

Description

一种零中频接收机

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种零中频接收机。

背景技术

接收机是通信系统中不可或缺的一部分。随着通信系统的发展，传统常用的超外差接收机结构由于难以集成在一块芯片上、载波频率变化性差等因素，难以满足接收机在实际运用中高集成度、宽带宽、载波灵活配置等方面的发展趋势，因此零中频接收机结构进入了工程师们的视野。零中频接收机结构作为一种把有用信号直接下变频到基带的技术，实现了中频为零，完全消除了镜像响应的问题，容易实现芯片上的高度集成。同时能够通过改变本振频率灵活配置各种频率的载波信号，成为了当今研究和应用的焦点。

例如，图1所示的零中频接收机结构，天线接收射频(RF)信号后，被低噪放大器(LNA)放大功率，分成两路送入I路和Q路的混频器，其中上下两路加载于混频器的本振(LO)信号相差90度，使得变频后产生带有90度相位差值的信号。并且本振(LO)信号和射频(RF)信号的频率相同，使得信号频谱直接搬移到基带，实现中频(IF)为0Hz。之后I、Q两路变频后的基带信号通过低通滤波器(LPF)滤掉杂波，再被可变增益放大器(VGA)放大信号，送入模数转换器，得到数字信号。例如，图2所示的零中频接收机及其信号接收方法，变频器20、第一直流消除装置21、低通滤波器22、基带放大器23、第二直流消除装置24顺序连接，变频器20接收射频信号和本振信号，其利用了典型的零中频接收机结构，通过在电路中增加直流消除装置来优化性能。

但是这些零中频接收机存在着许多问题例如，隔离度差，产生直流偏置。混频器存在本振和射频信号的泄露，自混频产生无用的直流分量，恶化信号，使得后续放大电路陷入饱和，无法对信号进行放大。窄带低频，现有电子混频技术无法处理足够宽带且高频的信号。动态范围差，零中频信号也在低频，不能将所有低频分量滤波，因此，零中频接收机的灵敏度和动态范围等指标相对较差。I/Q不平衡，由于混频器及放大器的增益不是完全相同，使得I/Q两路存在幅度不平衡，I/Q两路本振信号差不能达到绝对的90度，使得I/Q两路存在相位不平衡，这两种I/Q不平衡会影响信号的解调，这些问题严重影响了零中频接收机的性能参数，使得其难以应用在高指标、严要求的系统中。

同时，传统的射频接收机的性能发展至今已经趋于极限，其使用的微波器件的电子特性限制了混频器能够处理的频段和带宽。并且传统微波接收机为了获得处理带宽、隔离度、交调抑制、镜像抑制等较高的性能指标，需进行几级变频、滤波设计，不仅造成整个模块的复杂度提高，也已没有多少指标提升的空间。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种零中频接收机，可以大幅提升零中频接收机的性能，降低零中频接收机本身的复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例公开了一种零中频接收机，

包括：激光器，光分路器，第1电光调制模块，第2电光调制模块，射频信号接收模块，本振信号发生器，光域处理模块，光电探测模块和模数转换及信号处理模块；其中，所述激光器的输出端连接所述光分路器输入端，所述光分路器的输出端分别连接所述第1电光调制模块和所述第2电光调制模块的一个输入端，所述射频信号接收模块输出端连接所述第1电光调制模块的另一输入端，所述本振信号发生器的输出端连接所述第2电光调制模块的另一输入端，所述第1电光调制模块和所述第2电光调制模块的输出端连接所述光域处理模块的输入端，所述光域处理模块的输出端连接所述光电探测模块的输入端，所述光电探测模块的输出端连接所述模数转换及信号处理模块的输入端。

所述的一种零中频接收机，其中所述第1电光调制模块是I/Q电光调制器，所述第2电光调制模块是I/Q电光调制器。

所述的一种零中频接收机中，其中所述第1电光调制模块包括MZM电光调制器和与MZM电光调制器串联的滤波器，所述第2电光调制模块包括MZM电光调制器和与MZM电光调制器串联的滤波器。

所述的一种零中频接收机，其中所述光域处理模块是光90⁰Hybrid。

所述的一种零中频接收机，其中所述光电探测模块包括第1光电平衡探测器和第2光电平衡探测器。

所述的一种零中频接收机，其中所述模数转换及信号处理模块包括第1模数转换器和第2模数转换器以及数字信号处理器，所述第1模数转换器的输入端连接所述第1光电平衡探测器的输出端，所述第2模数转换器的输入端连接所述第2光电平衡探测器的输出端，所述第1模数转换器和第2模数转换器输出端分别连接数字信号处理器的输入端。

由上述的技术方案可见，本发明采用并行结构，通过电光调制器将射频信号和本振信号分别调至到激光上，在光域对信号进行一定的处理后，利用光电探测器的输出来实现射频信号和本振拍频的零中频信号，然后将I、Q(同相、正交)两路基带信号输出到模数转换器以及数字信号处理器，本发明可以在L-Ka频段(1-40GHz)范围内实现宽带、高隔离度、大无杂散动态范围、低噪声系数等更好、更稳定的性能和指标，并大幅降低I/Q不平衡度，并且所需的器件少，减少了系统的功耗和体积。。当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中一种零中频接收机原理图；

图2是现有技术中一种零中频接收机结构图；

图3是本发明的零中频接收机结构图；

图4是本发明的一种零中频接收机结构图；

图5是本发明的另一种零中频接收机结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图3描述本发明的具体实施方式。

本发明的零中频接收机主要包括：激光器，光分路器，第1电光调制模块，第2电光调制模块，射频信号接收模块，本振信号发生器，光域处理模块，光电探测模块和模数转换及信号处理模块；其中，所述激光器的输出端连接所述光分路器输入端，所述光分路器的输出端分别连接所述第1电光调制模块和所述第2电光调制模块的一个输入端，所述射频信号接收模块输出端连接所述第1电光调制模块的另一输入端，所述本振信号发生器的输出端连接所述第2电光调制模块的另一输入端，所述第1电光调制模块和所述第2电光调制模块的输出端连接所述光域处理模块的输入端，所述光域处理模块的输出端连接所述光电探测模块的输入端，所述光电探测模块的输出端连接所述模数转换及信号处理模块的输入端。

下面结合图4对本发明一种优选的实施方式进行说明。

激光器产生的激光通过光分路器分为上下两路信号，射频信号和频率相等的本振信号分别通过电光调制模块1(第1电光调制模块)和电光调制模块2(第2电光调制模块)对上下两路光载波进行电光调制，其中电光调制模块是IQ电光调制器(正交调制器)，上下两路信号分别使用IQ电光调制器1和IQ电光调制器2进行电光调制，工作在抑制载波单边带模式下，只保留信号的一个边带，省去了对光滤波器的需求。

而后，被调制后的光载波经过光域处理模块，例如，光90°Hybrid(光90度移相耦合器)，得到I1、I2、Q1、Q2四路输出，I1、I2两路接BPD1(第1光电平衡探测器)，Q1、Q2两路接另一个BPD2(第2光电平衡探测器)，经过BPD1和BPD2分别得到中频为0Hz的I、Q两路基带信号，BPD1连接到ADC1(第1模数转换器)，BPD2连接到ADC2(第2模数转换器)，经过ADC1和ADC2转换的信号被送至数字信号处理器(DPS)，进行电上信号处理。

结合图5对本发明另一种优选的实施方式进行说明。

激光器产生的激光通过光分路器分为上下两路，射频信号和频率相等的本振信号分别通过调制器对上下两路光载波进行电光调制，其中电光调制模块包括MZM电光调制器(马赫曾德尔电光调制器)和Filter(滤波器)。上下两路信号分别使用MZM电光调制器1和MZM电光调制器2进行电光调制，经过MZM电光调制器1和MZM电光调制器2调制的信号分别通过Filter1(滤波器1)和Filter2(滤波器2)进行滤波，使得光载波只有一个边带通过，MZM电光调制器1和Filter1组成第1电光调制模块，MZM电光调制器2和Filter2组成第2电光调制模块。而后被调制后的光载波经过光90°Hybrid得到I1、I2、Q1、Q2四路输出，I1、I2两路接BPD1(第1光电平衡探测器)，Q1、Q2两路接另一个BPD2(第2光电平衡探测器)，在光电探测后分别得到中频为0Hz的I、Q两路基带信号，BPD1连接到ADC1(第1模数转换器)，BPD2连接到ADC2(第2模数转换器)，经过ADC1和ADC2转换的信号被送至数字信号处理器(DPS)，进行电上信号处理。

本发明具有突出特点：

高隔离度

通过外调制器将电信号调制到光上处理，由于电信号和光信号在频率和传输介质上的差异，有效地在变频过程中隔离了外界的电磁干扰，并解决本振信号泄漏到射频端口发生自混合导致的直流偏置问题。同时变频过程中各有用信号之间也因为光路的高隔离度而极大程度地降低了相互之间的干扰。

宽带高频

在传统电子接收机系统中，只能处理低频窄带的信号。而光信号具有超过50THz的宽带，在较大带宽内都不会出现微波器件出现的衰减、相移随频率改变而产生较大差距的现象，同时电光外调制器具有较大带宽，将宽带微波信号通过电光外调制器调制到光域上进行处理如滤波、交换、耦合、移相，都可以保证宽带高频信号的完好。在本专利中，接收机能够实现L至Ka的工作范围。接收机的主要性能指标如增益G、噪声系数NF、无杂散动态范围SFDR，及系统指标如I/Q解调后恢复的信号的误差向量幅度EVM，在不同的输入频率范围内变化平稳，接收机性能稳定。

混频指标：动态范围大

微波光子链路在射频增益、噪声系数、动态范围等指标上都能做到更好，而本专利通过特殊的光域处理和并行的链路结构能够大幅提高零中频接收机的动态范围。

降低I/Q不平衡

传统的微波I/Q混频器由于采用两个并行的混频器，这两个混频器增益及本振相位的差异造成I/Q两路幅度和相位不平衡严重，并且随着频率的改变，幅度相位不平衡度会产生较大波动。在本专利中，利用特殊的结构与器件，大幅的降低了I/Q幅度和相位的不平衡，提高信号解调后的质量。

由此可见，本发明基于微波光子学中电光调制技术、本振产生技术、电光探测技术等，充分发挥微波光子技术的宽带、灵活的优势。其可以在L-Ka频段(1-40GHz)范围内实现宽带、高隔离度、大无杂散动态范围、低噪声系数等更好、更稳定的性能和指标，并大幅降低I/Q不平衡度，并且所需的器件少，减少了系统的功耗和体积。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种零中频接收机，其特征在于，包括：

激光器，光分路器，第1电光调制模块，第2电光调制模块，射频信号接收模块，本振信号发生器，光域处理模块，光电探测模块和模数转换及信号处理模块；

其中，所述激光器的输出端连接所述光分路器输入端，所述光分路器的输出端分别连接所述第1电光调制模块和所述第2电光调制模块的一个输入端，所述射频信号接收模块输出端连接所述第1电光调制模块的另一输入端，所述本振信号发生器的输出端连接所述第2电光调制模块的另一输入端，所述第1电光调制模块和所述第2电光调制模块的输出端连接所述光域处理模块的输入端，所述光域处理模块的输出端连接所述光电探测模块的输入端，所述光电探测模块的输出端连接所述模数转换及信号处理模块的输入端。

2.如权利要求1所述的一种零中频接收机，其特征在于，所述第1电光调制模块是I/Q电光调制器，所述第2电光调制模块是I/Q电光调制器。

3.如权利要求1所述的一种零中频接收机，其特征在于，所述第1电光调制模块包括MZM电光调制器和与MZM电光调制器串联的滤波器，所述第2电光调制模块包括MZM电光调制器和与MZM电光调制器串联的滤波器。

4.如权利要求1所述的一种零中频接收机，其特征在于，所述光域处理模块是光90°Hybrid。

5.如权利要求1所述的一种零中频接收机，其特征在于，所述光电探测模块包括第1光电平衡探测器和第2光电平衡探测器。

6.如权利要求5所述的一种零中频接收机，其特征在于，所述模数转换及信号处理模块包括第1模数转换器和第2模数转换器以及数字信号处理器，所述第1模数转换器的输入端连接所述第1光电平衡探测器的输出端，所述第2模数转换器的输入端连接所述第2光电平衡探测器的输出端，所述第1模数转换器和第2模数转换器输出端分别连接数字信号处理器的输入端。