CN108055049A - 无线数传电台接收电路 - Google Patents

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CN108055049A CN201711438230.6A CN201711438230A CN108055049A CN 108055049 A CN108055049 A CN 108055049A CN 201711438230 A CN201711438230 A CN 201711438230A CN 108055049 A CN108055049 A CN 108055049A
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Abstract

本发明涉及一种无线数传电台接收电路，其中包括：接收预处理模块、超外差下变频模块、第一移相器、IQ下变频模块、基带调制解调器。接收预处理模块对接收到的无线射频信号进行预选滤波并放大，输出特高频信号至超外差下变频模块进行超外差下变频和滤波，输出滤波后的中频信号至第一移相器移相分路为正交的I路中频信号和Q路中频信号，I路中频信号和Q路中频信号在IQ下变频模块第二次下变频为I路零中频信号和Q路零中频信号，之后经基带调制解调器解调送入处理器进行处理。该无线数传电台接收电路在接收无线射频信号后先进行预选滤波和信号放大，提高了接收灵敏度，使通信传输距离更长，能够在野外进行长距离稳定的无线差分数据传输。

Description

无线数传电台接收电路
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及一种无线数传电台接收电路。
背景技术
目前，全球卫星导航系统(GNSS)已经被应用于测绘技术领域中，在测绘设备中需要设置有用于传输特高频(UHF)的GNSS差分数据的无线数传电台。无线数传电台中包括数据发射电路和数据接收电路。
传统的射频接收电路，用于接收射频信号，经过混频、放大和解调，得到基带信号。主要包括：超外差接收电路、零中频式接收电路、近零中频接收电路。在用于传输特高频(UHF)的GNSS差分数据的无线数传电台的研发过程中，发明人发现传统的射频接收电路中至少存在如下问题：传统无线数传电台接收灵敏度低，很难在野外进行长时间、长距离稳定的无线差分数据传输。
发明内容
基于此，有必要针对传统无线数传电台接收灵敏度低，很难在野外进行长时间、长距离稳定的无线差分数据传输的问题，提供一种无线数传电台接收电路。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种无线数传电台接收电路，其中包括：
接收预处理模块，用于对接收到的无线射频信号进行预选滤波和功率放大，输出特高频信号；
超外差下变频模块，与接收预处理模块连接，用于对特高频信号进行超外差下变频并滤波，输出滤波后的中频信号；
第一移相器，与超外差下变频模块连接，用于将滤波后的中频信号移相和分路，输出正交的I路中频信号和Q路中频信号；
IQ下变频模块，与第一移相器连接，用于分别对I路中频信号和Q路中频信号进行下变频，输出I路零中频信号和Q路零中频信号；
基带调制解调器，与IQ下变频模块连接，用于对I路零中频信号和Q路零中频信号进行解调，并输出解调信号到处理器。
在其中一个实施例中，接收预处理模块包括：串联的前置滤波器和第一放大器；
前置滤波器用于对接收天线接收的无线射频信号进行预选滤波，第一放大器用于对预选滤波后的信号进行放大，输出特高频信号。
在其中一个实施例中，前置滤波器为低通滤波器，第一放大器为低噪声可变增益放大器。
在其中一个实施例中，接收预处理模块还包括：射频开关，射频开关串联在前置滤波器和第一放大器之间。
在其中一个实施例中，超外差下变频模块包括：第一混频器、第一本振源以及第一滤波器；
第一本振源用于产生射频本振信号；
第一混频器用于对接收预处理模块输出的特高频信号和第一本振源输出的射频本振信号进行混频处理，将特高频信号下变频为中频信号；
第一滤波器用于对第一混频器输出的中频信号进行滤波处理，并将滤波后的中频信号输出至第一移相器。
在其中一个实施例中，第一滤波器为带通滤波器。
在其中一个实施例中，I路中频信号为滤波后的中频信号的0度移相信号，Q路中频信号为滤波后的中频信号的90度移相信号。
在其中一个实施例中，IQ下变频模块包括：I路混频器、Q路混频器、第二本振源以及第二移相器；
第二本振源用于产生中频本振信号；
第二移相器对第二本振源输出的中频本振信号进行移相和分路，输出0度移相的中频本振信号和90度移相的中频本振信号；
I路混频器用于对第一移相器输出的I路中频信号和第二移相器输出的0度移相的中频本振信号进行混频，将I路中频信号下变频为I路零中频信号并输出至基带调制解调器；
Q路混频器用于对第一移相器输出的Q路中频信号和第二移相器输出的90度移相的中频本振信号进行混频，将Q路中频信号下变频为Q路零中频信号并输出至基带调制解调器。
在其中一个实施例中，IQ下变频模块还包括：第二滤波器、第二放大器、第三滤波器以及第三放大器；
第二滤波器和第二放大器串联在I路混频器和基带调制解调器之间；
第三滤波器和第三放大器串联在Q路混频器和基带调制解调器之间；
在其中一个实施例中，第二滤波器和第三滤波器为低通滤波器，第二放大器和第三放大器为可变增益放大器。
上述无线数传电台接收电路，包括接收预处理模块、超外差下变频模块、第一移相器、IQ下变频模块、基带调制解调器。接收预处理模块对接收的无线射频信号进行预选滤波和功率放大，输出特高频信号至超外差下变频模块进行超外差下变频和滤波，输出滤波后的中频信号至第一移相器移相为正交的I路中频信号和Q路中频信号，I路中频信号和Q路中频信号在IQ下变频模块第二次下变频为I路零中频信号和Q路零中频信号，之后经基带调制解调器解调为解调信号输出到处理器进行处理。该无线数传电台接收电路在接收无线射频信号后先进行预选滤波和信号放大，提高了接收灵敏度，使通信传输距离更长，能够在野外进行长距离稳定的无线差分数据传输。
附图说明
图1为一实施例无线数传电台接收电路的结构框架图；
图2为一实施例无线数传电台接收电路的电路原理图；
图3为另一实施例无线数传电台接收电路的电路原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，为一实施例的无线数传电台接收电路的结构框架图，该无线数传电台接收电路用于接收和解调特高频(UHF)的GNSS差分数据，可以用在利用全球卫星导航系统进行测绘的测绘设备中。在本实施例中，无线数传电台接收电路包括：接收预处理模块110、超外差下变频模块120、第一移相器130、IQ下变频模块140以及基带调制解调器150。
接收预处理模块110对接收的无线射频信号进行预选滤波和功率放大，输出特高频信号至超外差下变频模块120，超外差下变频模块120将特高频信号下变频为中频信号并进行相应波段的滤波输出滤波后的中频信号至第一移相器130，第一移相器130对滤波后的中频信号进行移相处理和分路，输出正交的I路中频信号和Q路中频信号至IQ下变频模块140，IQ下变频模块140将I路中频信号下变频为I路零中频信号，将Q路中频信号下变频为Q路零中频信号，输出I路零中频信号和Q路零中频信号至基带调制解调器150进行解调，并输出解调信号到处理器。
具体而言，I路零中频信号和Q路零中频信号中的“零中频信号”也就是基带信号。
本实施例的无线数传电台接收电路，接收无线射频信号后先对其进行预选滤波，提高了电路的选频特性，防止一些干扰信号进入电路，然后对预选滤波后的信号进行功率放大，防止经过预选滤波的信号因信号衰减不能被后续电路识别，提高了接收灵敏度，增强了远距离接收能力，能够满足对野外长距离传输的无线差分数据的接收。
接收预处理模块110，用于对接收到的无线射频信号进行预选滤波和功率放大，输出特高频信号。在其中一个实施例中，参考图2，接收预处理模块110包括串联的前置滤波器111和第一放大器112；前置滤波器111用于对接收天线接收的无线射频信号进行预选滤波，第一放大器112用于对预选滤波后的信号进行放大，输出特高频信号至超外差下变频模块120。
在其中一个实施例中，前置滤波器111为低通滤波器，第一放大器112为低噪声可变增益放大器。前置滤波器111的截止频率是与超外差下变频模块120配合设置的，通过低通滤波能够得到接收电路中需要接收的特高频信号，滤除频率高于接收电路中需要接收的特高频信号频率的强干扰杂波，防止带外干扰信号进入电路阻塞第一放大器112。
在其中一个实施例中，接收预处理模块110还包括射频开关113，射频开关113串联在前置滤波器111和第一放大器112之间。用于控制无线数传电台接收电路的通路和断路。
优选的，射频开关113分别连接前置滤波器111、第一放大器112、无线数传电台发射电路，当处理器控制射频开关113闭合在前置滤波器111和第一放大器112之间，无线数传电台接收电路处于工作状态；当处理器控制射频开关113闭合在前置滤波器111和无线数传电台发射电路之间，无线数传电台接收电路处于断开状态。
超外差下变频模块120，用于对接收预处理模块110输出的特高频信号进行超外差下变频并滤波，输出滤波后的中频信号。在其中一个实施例中，超外差下变频模块120包括：第一混频器121、第一本振源122以及第一滤波器123；
第一本振源122用于产生射频本振信号；第一混频器121用于对接收预处理模块110输出的特高频信号和第一本振源122输出的射频本振信号进行混频处理，将特高频信号下变频为中频信号；第一滤波器123用于对第一混频器121输出的中频信号进行滤波处理，并将滤波后的中频信号输出至第一移相器130。
具体而言，射频本振信号和特高频信号在第一混频器121进行的混频处理也就是对特高频信号进行超外差下变频，得到一个中频信号，这个中频信号是射频本振信号和特高频信号之间的差频。例如，射频本振信号的频率为fLO，特高频信号的频率为fRF，那么超外差下变频后输出的中频信号的频率为fIF＝fLO-fRF。第一滤波器123接收第一混频器121输出的中频信号，对中频信号进行带通滤波，提高电路的选频特性，增强抗干扰能力，使输出的中频信号频段在预定范围内，便于下一步处理。
在其中一个实施例中，第一滤波器123为带通滤波器。
优选的，带通滤波器带宽为12KHz，带外抑制能力强，矩形系数好，滤波特性更好，能够使滤波后的中频信号频谱更干净。
在其中一个实施例中，第一移相器130用于将超外差下变频模块120输出的超外差信号进行移相处理和分路，输出正交的I路中频信号和Q路中频信号，其中I路中频信号输出至I路混频器，Q路中频信号输出至Q路混频器。I路中频信号为滤波后的中频信号的0度移相信号，Q路中频信号为滤波后的中频信号的90度移相信号。
IQ下变频模块140，分别对I路中频信号和Q路中频信号进行下变频，输出I路零中频信号和Q路零中频信号。IQ下变频模块140包括：I路混频器141、Q路混频器142、第二本振源143以及第二移相器144；第二本振源143用于产生中频本振信号；第二移相器144对第二本振源输出的中频本振信号进行移相和分路，输出0度移相的中频本振信号和90度移相的中频本振信号；I路混频器141用于对第一移相器130输出的I路中频信号和第二移相器144输出的0度移相的中频本振信号进行混频，将I路中频信号下变频为I路零中频信号并输出至基带调制解调器150；Q路混频器用于对第一移相器130输出的Q路中频信号和第二移相器144输出的90度移相的中频本振信号进行混频，将Q路中频信号下变频为Q路零中频信号并输出至基带调制解调器150。
具体而言，设定第二本振源143产生的中频本振信号的频率与滤波后的中频信号的中心频率相同，I路混频器141的输入信号为滤波后的中频信号的0度移相信号和0度移相的中频本振信号，它们的频率相同，因此经I路混频器141混频处理后，滤波后的中频信号的0度移相信号下变频为I路零中频信号。同样的，Q路混频器142的输入信号为滤波后的中频信号的90度移相信号和90度移相的中频本振信号，它们的频率也相同，因此经Q路混频器142混频处理后，滤波后的中频信号的90度移相信号下变频为Q路零中频信号。其中，第一移相器130和第二移相器144为单输入、双输出的90度移相器。
传统技术中将射频信号(例如cos(c))与本振信号(例如cos(l))进行混频处理cos(c)*cos(l)＝1/2[cos(c+l)-cos(c-l)]，混频后得到cos(c+l)和cos(c-l)两个信号，而对于调制信号c的获取，只需要其中一个信号就可以了，因此传统技术中存在频带资源的浪费。本实施例中，将滤波后的中频信号的0度移相信号和0度移相的中频本振信号混频，将滤波后的中频信号的90度移相信号和90度移相的中频本振信号混频，可以更便捷的得到基带频率下的调制信号。
例如，将滤波后的中频信号的0度移相信号表示为sin(c)，将0度移相的中频本振信号表示为sin(l)，它们在I路混频器141进行混频处理为sin(c)*sin(l)；将滤波后的中频信号的90度移相信号表示为cos(c)，将90度移相的中频本振信号表示为cos(l)，它们在Q路混频器142进行混频处理为cos(c)*cos(l)；把两路混频后的信号相加，就可以得到c-l的信号表示为cos(c-l)＝cos(c)*cos(l)+sin(c)*sin(l)。因此本实施例提供的无线数传电台接收电路能够节约频带资源，可以便捷的得到基带频率下的调制信号。
在其他实施例中，第一移相器130和第二移相器144采用单输入、单输出的90度移相器，如图3所示。经第一滤波器123滤波后的中频信号分路为并联的两路，即I路和Q路，I路连接I路混频器141，Q路连接串联的第一移相器130，移相后连接Q路混频器142。第二本振源143产生中频本振信号后分路为两路，其中一路连接I路混频器141与滤波后的中频信号进行混频，另一路连接第二移相器144经移相后连接Q路混频器142与经第一移相器130移相的滤波后的中频信号进行混频。
在其中一个实施例中，IQ下变频模块140还包括：第二滤波器145、第二放大器146、第三滤波器147以及第三放大器148；第二滤波器145和第二放大器146串联在I路混频器141和基带调制解调器150之间；第三滤波器147和第三放大器148串联在Q路混频器142和基带调制解调器150之间。
在其中一个实施例中，上述第二滤波器145和第三滤波器147为低通滤波器，第二放大器146和第三放大器148为可变增益放大器。在IQ下变频模块140中添加第二滤波器145、第二放大器146、第三滤波器147以及第三放大器148，能够提高IQ下变频模块140的选频特性，增强抗干扰能力，使滤波放大后的I路零中频信号和Q路零中频信号能够准确的被基带调制解调器150解调为解调信号。
将第二滤波器145和第三滤波器147设定为低通滤波器，因为低通滤波器的抑制能力好，能更有效的把带外高频分量滤除掉，增强通信质量。
在一个具体实施例中，无线数传电台接收电路包括：前置滤波器111、射频开关113、第一放大器112、第一本振源122、第一混频器121、第一滤波器123、第一移相器130、I路混频器141、Q路混频器142、第二本振源143、第二移相器144、第二滤波器145、第二放大器146、第三滤波器147、第三放大器148以及基带调制解调器150。
前置滤波器111、射频开关113、第一放大器112串联连接在第一混频器121的一个输入端；第一混频器121的另一个输入端连接第一本振源；第一混频器121的输出端连接第一滤波器123的一端；第一滤波器123的另一端连接第一移相器130；第一移相器130的两个输出端，分别连接I路混频器141的一个输入端、Q路混频器142的一个输入端；第二本振源143连接第二移相器144的输入端；第二移相器144的两个输出端分别连接I路混频器141的另一个输入端、Q路混频器142的另一个输入端；I路混频器141的输出端连接串联的第二滤波器145和第二放大器146；Q路混频器142的输出端连接串联的第三滤波器147和第三放大器148；第二放大器146的另一端和第三放大器148的另一端并联接入基带调制解调器150。
其中，前置滤波器111为低通滤波器，第一放大器112为低噪声可变增益放大器，第一滤波器123为带通滤波器，第二滤波器145和第三滤波器147为低通滤波器，第二放大器146和第三放大器148为可变增益放大器。
无线射频信号的处理过程如下，将接收天线接收的无线射频信号将其送入前置滤波器111，前置滤波器111对无线射频信号进行预选低通滤波，并发送滤波得到的特高频信号到第一放大器112，特高频信号经第一放大器112放大；之后，第一混频器121将特高频信号和第一本振源122产生的射频本振信号进行混频，把特高频信号下变频为中频信号，第一混频器121将中频信号送入第一滤波器123进行带通滤波；之后，第一移相器130将滤波后的中频信号进行移相处理，分为并联的两路信号，将滤波后的中频信号的0度移相信号作为I路中频信号，将滤波后的中频信号的90度移相信号作为Q路中频信号；第二本振产生中频本振信号并将其送入第二移相器144，第二移相器144将中频本振信号移相并分为两路信号，将0度移相的中频本振信号送入I路混频器141与I路中频信号混频，得到I路零中频信号并送入第二滤波器145，将90度移相的中频本振信号送入Q路混频器142与Q路中频信号混频，得到Q路零中频信号并送入第三滤波器147；第二滤波器145和第二放大器146对I路零中频信号进行低通滤波和放大处理后将其送入基带调制解调器150，第三滤波器147和第三放大器148对Q路零中频信号进行低通滤波和放大处理后将其送入基带调制解调器150；基带调制解调器150对滤波放大后的I路零中频信号和滤波放大后的Q路零中频信号进行解调，将解调信号送入处理器进行后续处理。
本实施例的无线数传电台接收电路通过加入多个滤波器，增强了选频特性，提高抗干扰能力，同时，降低了前置滤波器111的插入损耗和第一放大器112的噪声系数使本实施例提供的无线数传电台接收电路的噪声系数在1dB以内，增强了电路的接收灵敏度。
在一个具体实施例中，假设误码率BER为10-5，信噪比为15dB，假设码率为19200的4FSK调制，第一滤波器123是带通滤波器，带宽为12.5kHz、中心频率为45MHz，根据接收灵敏度公式可以计算出本实施例无线数传电台接收电路的接收灵敏度。灵敏度计算公式为
Sensitivity＝-174+NF+10lgB+10lgSNR
其中，NF为噪声系数、B为信号带宽、SNR为解调信噪比。因此由上述数据能够得到在本实施例中Sensitivity＝-174+1+41+15＝-117dBm，因此本发明提供的无线数传电台接收电路能够达到-117dBm的接收灵敏度，接收灵敏度高，传输距离长。
在一个具体实施例中，第一本振源122和第二本振源143由锁相环电路组成，锁相环电路产生的本振信号频谱干净，杂散小且频率稳定度高，在混频时能得到较为理想的混频效果。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种无线数传电台接收电路，其特征在于，包括：
接收预处理模块，用于对接收到的无线射频信号进行预选滤波和功率放大，输出特高频信号；
超外差下变频模块，与所述接收预处理模块连接，用于对所述特高频信号进行超外差下变频并滤波，输出滤波后的中频信号；
第一移相器，与所述超外差下变频模块连接，用于将滤波后的所述中频信号移相和分路，输出正交的I路中频信号和Q路中频信号；
IQ下变频模块，与所述第一移相器连接，用于分别对所述I路中频信号和所述Q路中频信号进行下变频，输出I路零中频信号和Q路零中频信号；
基带调制解调器，与所述IQ下变频模块连接，用于对所述I路零中频信号和所述Q路零中频信号进行解调，并输出解调信号到处理器。
2.根据权利要求1所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述接收预处理模块包括：串联的前置滤波器和第一放大器；
所述前置滤波器用于对接收天线接收的所述无线射频信号进行预选滤波，所述第一放大器用于对预选滤波后的信号进行放大，输出所述特高频信号。
3.根据权利要求2所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述前置滤波器为低通滤波器，所述第一放大器为低噪声可变增益放大器。
4.根据权利要求2所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述接收预处理模块还包括：射频开关，所述射频开关串联在所述前置滤波器和所述第一放大器之间。
5.根据权利要求1所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述超外差下变频模块包括：第一混频器、第一本振源以及第一滤波器；
所述第一本振源用于产生射频本振信号；
所述第一混频器用于对所述接收预处理模块输出的所述特高频信号和所述第一本振源输出的所述射频本振信号进行混频处理，将所述特高频信号下变频为中频信号；
所述第一滤波器用于对所述第一混频器输出的所述中频信号进行滤波处理，并将滤波后的所述中频信号输出至所述第一移相器。
6.根据权利要求5所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述第一滤波器为带通滤波器。
7.根据权利要求1所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述I路中频信号为滤波后的所述中频信号的0度移相信号，所述Q路中频信号为滤波后的所述中频信号的90度移相信号。
8.根据权利要求7所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述IQ下变频模块包括：I路混频器、Q路混频器、第二本振源以及第二移相器；
所述第二本振源用于产生中频本振信号；
所述第二移相器对所述第二本振源输出的中频本振信号进行移相和分路，输出0度移相的所述中频本振信号和90度移相的所述中频本振信号；
所述I路混频器用于对所述第一移相器输出的所述I路中频信号和所述第二移相器输出的0度移相的所述中频本振信号进行混频，将所述I路中频信号下变频为所述I路零中频信号并输出至所述基带调制解调器；
所述Q路混频器用于对所述第一移相器输出的所述Q路中频信号和所述第二移相器输出的90度移相的所述中频本振信号进行混频，将所述Q路中频信号下变频为所述Q路零中频信号并输出至所述基带调制解调器。
9.根据权利要求8所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，所述IQ下变频模块还包括：第二滤波器、第二放大器、第三滤波器以及第三放大器；
所述第二滤波器和第二放大器串联在所述I路混频器和所述基带调制解调器之间；
所述第三滤波器和第三放大器串联在所述Q路混频器和所述基带调制解调器之间。
10.根据权利要求9所述的无线数传电台接收电路，其特征在于，
所述第二滤波器和所述第三滤波器为低通滤波器，所述第二放大器和第三放大器为可变增益放大器。
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