CN109787649B

CN109787649B - 直接变频接收机

Info

Publication number: CN109787649B
Application number: CN201811352605.1A
Authority: CN
Inventors: 大山铁太郎
Original assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Current assignee: Asahi Kasei Microdevices Corp
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2018-11-14
Publication date: 2020-11-10
Anticipated expiration: 2038-11-14
Also published as: JP2019092078A; US10536311B2; JP6929203B2; US20190149374A1; CN109787649A

Abstract

本发明提供一种直接变频接收机，利用本地信号来对RF接收信号进行下变频，并对被进行该下变频后的信号进行解调，该直接变频接收机具备：功率检测部，其对被进行所述下变频后的信号的信号强度进行检测；功率判定部，其判定由所述功率检测部检测出的信号强度是否为预先设定的阈值以下；以及局部振荡电路，在由所述功率判定部判定为所述信号强度为所述阈值以下时，所述局部振荡电路将第一本地信号作为所述本地信号来输出，在由所述功率判定部判定为所述信号强度超过所述阈值时，所述局部振荡电路将第二本地信号作为所述本地信号来输出，其中，该第二本地信号被设定为将所述第一本地信号的频率与预先设定的偏移频率相加所得到的频率。

Description

直接变频接收机

技术领域

本发明涉及一种直接变频接收机。

背景技术

在商业用途的无线行业中，以往一直采用超外差方式来作为接收方式。另外，近年来，从小型化等要求出发，期待安装面积小的直接变频方式。

公知的是，在使用该直接变频方式的接收机中，基带信号中发生DC(直流)偏移，接收灵敏度因该DC偏移而变差。因此，以往例如还提出了利用高通滤波器使DC偏移衰减的方法、特别是适合于通过FM/FSK调制方式进行通信的情况的使DC偏移衰减的方法等(例如，参照专利文献1。)。

专利文献1：日本特开2017-34545号公报

发明内容

发明要解决的问题

在无线通信中，当用于调制载波的信号波中断时(例如当在通话中对方沉默时)，输出CW信号(无调制连续波：Continuous Wave)。在直接变频接收机中接收到这样的CW信号时，在RF(射频)接收信号与本地信号被设定为相同的频率的情况下，RF接收信号、也就是CW信号应该是在被正交解调器下变频为基带信号之后其DC成分被输出。

然而，在实际的接收机中，由于所使用的基准频率发生部的偏差而在所接收到的CW信号与本地信号之间产生±1kHz左右的频率误差。因此，存在如下情况：由于与该频率误差相当的信号成分被正交解调器进行下变频后出现在基带信号中，从而使接收质量降低。

例如，在接收到模拟业务用无线电接收机中通常使用的FM调制信号的情况下，基带信号中出现的与频率误差相当的信号成分有时对将基带信号进行FM解调后所得到的FM解调信号的音质产生大的影响。

例如，当由于频率误差而在所输入的RF接收信号的基带信号中发生偶数阶失真时，基带信号在IQ正交坐标系中如图4的(a)所示那样取椭圆那样的矢量轨迹。另外，例如当发生奇数阶失真时，基带信号在IQ正交坐标系中如图4的(b)所示那样取正方形那样的矢量轨迹。

在此，一般来说，在对下变频后的CW信号进行了FM解调的情况下，CW信号不发生频率的变化，进行FM解调的结果所得到的信号成为DC成分。另外，在直接变频接收机中，一般来说，使FM解调后的信号通过音频滤波器，来使除人类能够听到的频带以外的频带的信号衰减。因此，进行FM解调的结果所得到的CW信号的DC成分在FM解调后在音频滤波器中衰减，并以例如白噪声的“咝”之类的声音被接收机的使用者听到。

然而，如上所述，在对含有因CW信号与本地信号之间的频率误差而产生的失真成分的基带信号进行了FM解调的情况下，当将CW信号与本地信号之间的频率误差设为Δf时，在基带信号具有如图4的(a)所示的矢量轨迹的情况下，在FM解调信号中出现2×ΔfkHz的信号成分，在基带信号具有如图4的(b)所示的矢量轨迹的情况下，在FM解调信号中出现4×ΔfkHz的信号成分。

此时，当将频率误差设为Δf＝1kHz时，在FM解调信号中，频率误差Δf以2×Δf＝2kHz的信号成分或者4×Δf＝4kHz的信号成分出现，其结果，频率误差Δf作为单音信号从接收机输出。因此，以非常刺耳的声音被接收机的使用者听到。

在接收机中，对FM解调后的信号使用了音频滤波器，但在图4所示的例子中，如图5所示，例如在4kHz出现的信号成分由于处于音频滤波器的频带(例如，300Hz～3kHz左右)之外而衰减，但在2kHz出现的信号成分不通过音频滤波器被衰减，从而残留下来。因此，作为单音信号从接收机输出，成为音质降低的一个原因。

本发明是着眼于以往未解决的问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制因CW信号的接收引起的接收质量的降低的直接变频接收机。

用于解决问题的方案

根据本发明的一个方式，提供一种直接变频接收机具备，利用本地信号来对RF接收信号进行下变频，并对被进行该下变频后的信号进行解调，该直接变频接收机具备：功率检测部，其对被进行所述下变频后的信号的信号强度进行检测；功率判定部，其判定由所述功率检测部检测出的信号强度是否为预先设定的阈值以下；以及局部振荡电路，在由所述功率判定部判定为所述信号强度为所述阈值以下时，所述局部振荡电路将第一本地信号作为所述本地信号来输出，在由所述功率判定部判定为所述信号强度超过所述阈值时，所述局部振荡电路将第二本地信号作为所述本地信号来输出，其中，该第二本地信号被设定为将所述第一本地信号的频率与预先设定的偏移频率相加所得到的频率。

发明的效果

根据本发明的一个方式，能够抑制在直接变频接收机中因CW信号的接收引起的接收质量的下降。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的直接变频接收机的一例的框图。

图2是示出功率判定部的处理过程的一例的流程图。

图3是用于说明本发明的一个实施方式所涉及的直接变频接收机的效果的说明图。

图4是用于说明本发明的一个实施方式所涉及的直接变频接收机的效果的说明图。

图5是用于说明本发明的一个实施方式所涉及的直接变频接收机的效果的说明图。

附图标记说明

1：直接变频接收机；11：天线；12：低噪声放大器；13：局部振荡电路；15：Ich正交解调器；16：Qch正交解调器；21：数字信号处理部；21a：功率检测部；21b：功率判定部；22：解调电路；23：音频滤波器。

具体实施方式

在下面的详细说明中，为了提供对本发明的实施方式全面的理解而记载了很多特定的具体结构。然而，明确可知的是，不限定于这样的特定的具体结构，还能够实施其它的实施方式。另外，下面的实施方式并不是对权利要求书所涉及的发明进行限定，而是包括实施方式中说明的特征性的结构的全部组合。

下面，参照附图来说明本发明的一个实施方式。在下面的附图的记载中，对同一部分标注了同一符号。但是，附图是示意性的，厚度与平面尺寸之间的关系、各层的厚度的比率等与现实不同。

此外，在下面的实施方式的说明中，例示通过直接变频方式接收用于传输音频信号的FM调制信号的情况，但本发明不限定于此。本发明能够应用于传输各种信号的各种调制方式的调制信号。

图1是示出表示本发明的一个实施方式的直接变频接收机(以后简称为接收机。)1的概要结构的一例的电路图。

本发明的一个实施方式所涉及的接收机1采用直接变频方式，该直接变频方式是通过将被进行数字调制后的载波分别与相位相互正交的两个本地信号相乘，来将该载波下变频到DC附近并进行正交解调。

如图1所示，接收机1具备天线11、低噪声放大器(LNA：Low Noise Amplefier)12、局部振荡电路13、移相器14、Ich正交解调器15以及Qch正交解调器16。并且，接收机1具备滤波电路17和18、A/D转换器19和20、数字信号处理部21、解调电路22、音频滤波器23以及扬声器24。此外，Ich正交解调器15及Qch正交解调器16对应于正交解调器，数字信号处理部21对应于信号处理部。

在图1中，天线11用于接收被进行FM调制后的信号。

低噪声放大器12将经由天线11接收到的RF信号(高频信号)(以下称为RF接收信号。)以低噪声进行放大后输出到Ich正交解调器15和Qch正交解调器16。

局部振荡电路13生成用于对RF接收信号进行频率转换的本地信号。本发明的一个实施方式所涉及的局部振荡电路13将频率不同的两个本地信号L1和L2作为本地信号来输出。本地信号L1的频率被设定为与RF接收信号的频率Frf相同。理想的是本地信号L1的频率与RF接收信号的频率Frf相同，但实际上有时产生1kHz左右的频率差。本地信号L2的频率被设定为将RF接收信号的频率Frf与预先设定的偏移频率Foff相加所得到的频率“Frf+Foff”。另外，局部振荡电路13从数字信号处理部21输入用于指示选择本地信号L1和L2中的哪个信号的选择信号Sf，生成根据选择信号Sf指定的本地信号L1或L2并输出。此外，局部振荡电路13在启动时等没有从数字信号处理部21输入选择信号Sf的期间，将本地信号L1作为初始值来输出。偏移频率Foff被设定为能够使由于因CW信号与本地信号之间的频率误差产生的失真而在基带信号中出现的信号成分的频带偏移到能够通过音频滤波器23衰减到的频带。偏移频率Foff能够通过预先进行实验等来检测。

由局部振荡电路13生成的本地信号经由移相器14被输入到Ich正交解调器15，并且被直接输入到Qch正交解调器16。

移相器14使从局部振荡电路13输入的本地信号的相位偏移90°。

Ich正交解调器(DEMOD Demodulator)15将从低噪声放大器12输入的RF接收信号与从移相器14输入的本地信号相乘。另外，Qch正交解调器(DEMOD)16将从低噪声放大器12输入的RF接收信号与从局部振荡电路13输入的本地信号相乘。由此，Ich正交解调器15和Qch正交解调器16将来自低噪声放大器12的RF接收信号下变频为DC水平或者DC水平附近的基带频率，输出相位彼此相差90°的I信号和Q信号。

从Ich正交解调器15输出的I信号在滤波电路17中被进行除与对象信道对应的频率以外的频带的信号或干扰波的衰减、或者抗混叠(日语：アンチエリアシング)等处理之后，利用A/D转换器19转换为数字信号后被输入到数字信号处理部21。对从Qch正交解调器16输出的Q信号也与I信号同样地在滤波电路18和A/D转换器20中进行处理后被输入到数字信号处理部21。

数字信号处理部21对经由A/D转换器19和20输入的I信号和Q信号进行例如在滤波电路17、18中没有被完全去除的干扰波的进一步衰减、DC偏移的去除等规定的信号处理之后，将I信号和Q信号输出到解调电路22。另外，数字信号处理部21具备功率检测部(RSSI：Received Signal Strength Indicator接收信号强度指示器)21a和功率判定部21b。

功率检测部21a基于经由A/D转换器19和20输入的I信号和Q信号，来检测由滤波电路17、18进行滤波处理后的基带信号的信号强度。

功率判定部21b基于由功率检测部21a检测出的信号强度来进行判定。具体地说，功率判定部21b判定由功率检测部21a检测出的信号强度是否超过预先设定的阈值，在信号强度超过阈值时，向局部振荡电路13输出用于指定本地信号L2的选择信号Sf，在信号强度为阈值以下时，向局部振荡电路13输出用于指定本地信号L1的选择信号Sf。此外，在此，对根据由功率检测部21a检测出的信号强度与阈值之间的大小关系来在本地信号L1与L2之间切换的情况进行说明，但不限于此。例如也可以是，功率判定部21b设定两个阈值，根据滞后特性在本地信号L1与L2之间进行切换。

解调电路22基于从数字信号处理部21输入的I信号和Q信号来判定是否接收到接收信号，在判定为接收到接收信号时，基于I信号和Q信号来提取振幅、频率、相位信息，基于这些振幅、频率、相位信息来对接收信号进行解调。具体地说，例如，解调电路22具有检测信号强度的RSSI测定部，在由RSSI测定部测定出的信号强度超过预先设定的接收判定用的阈值时，判定为接收到接收信号。只有在判定为接收到接收信号时，基于I信号和Q信号进行解调后作为FM解调信号输出到音频滤波器23。

音频滤波器23例如使300Hz以上且3kHz以下的除人类能够听到的频带以外的频带的信号衰减。通过音频滤波器23衰减后的FM解调信号被输出到扬声器24。

接着，说明上述实施方式的动作。

图2是示出功率判定部21b的处理过程的一例的流程图。

在接收机1中，当启动时，从功率判定部21b向局部振荡电路13输出用于将本地信号L1指定为初始状态的选择信号Sf(步骤S1)。局部振荡电路13输出被设定为与RF接收信号的频率相同的频率的本地信号L1。

因此，被输入到天线11的RF接收信号在被低噪声放大器12以低噪声放大之后，分别在Ich正交解调器15和Qch正交解调器16中与相位相差90°的本地信号L1相乘来生成I信号和Q信号。该I信号和Q信号经过滤波电路17、18、A/D转换器19、20后被输入到数字信号处理部21，在数字信号处理部21中对I信号和Q信号进行规定的处理之后利用解调电路22进行FM解调。关于由解调电路22进行解调后的FM解调信号，在利用音频滤波器23使除规定频带以外的频带的信号衰减之后从扬声器24输出。

此时，在功率检测部21a中，基于I信号和Q信号来检测由滤波电路17、18进行滤波处理后的基带信号的信号强度(步骤S2)，在信号强度为阈值以下的期间，指定本地信号L1。因此，被输入到天线11的RF接收信号利用被设定为与RF接收信号的频率相同的频率的本地信号L1被进行下变频。

另一方面，当基带信号的信号强度大于阈值时，在功率检测部21a中，转移到步骤S3，输出用于指定本地信号L2的选择信号Sf。

在局部振荡电路13中，从本地信号L1切换为被设定为将接收信号的频率与偏移频率Foff相加所得到的频率的本地信号L2。因此，被输入到天线11的RF接收信号利用被设定为将该RF接收信号的频率与偏移频率Foff相加所得到的频率的本地信号L2被进行下变频。

当从该状态再次变为基带信号的信号强度小于阈值时，在功率检测部21a中，从步骤S4转移到步骤S5来切换为用于指定本地信号L1的选择信号Sf。因此，被输入到天线11的RF接收信号利用被设定为与该RF接收信号的频率相同的频率的本地信号L1被进行下变频。之后，同样地，根据基带信号的信号强度是否为阈值以上来使用本地信号L1或本地信号L2进行下变频。

在此，在通话中对方沉默且CW信号被作为RF接收信号输入的状态下，有时由于CW信号与本地信号之间的频率误差等而在基带信号中例如图4所示那样发生失真。当对包含该失真的基带信号进行FM解调时，尽管本来应该是没有声音，但由于失真成分、也就是频率误差而在FM解调信号中例如在2×ΔfkHz、4×ΔfkHz出现信号成分。

此时，在由滤波电路17、18进行滤波处理后的基带信号的信号强度小于阈值的情况下，使用本地信号L1来进行下变频。即，以对RF接收信号乘以与RF接收信号的频率相同频率的本地信号的Zero IF(零中频)接收方式将RF接收信号向基带信号进行下变频。

例如在将频率误差设为Δf＝1kHz时，图4所示的失真以2×Δf＝2kHz、4×Δf＝4kHz的信号成分在FM解调信号中出现。通过使FM解调信号通过音频滤波器23，能够使在4kHz出现的信号成分衰减，但不使在2kHz出现的信号成分衰减。由于FM解调信号包含2kHz的信号成分，因此虽然从接收机1发生单音信号，但此时基带信号的信号强度小于阈值，因此即使从接收机1以单音信号的形式输出，单音信号也不会被接收机1的使用者听到，或者即使听到也不会关注。

另一方面，在CW信号被作为RF接收信号输入的状态下，例如当通话者之间相距比较近等由滤波电路17、18进行滤波处理后的基带信号的信号强度变大且信号强度超过阈值时，使用本地信号L2来进行下变频。在Ich正交解调器15、Qch正交解调器16中，使用被设定了与RF接收信号的频率不同的频率“Frf+Foff”的本地信号L2来进行下变频。即，以对RF接收信号乘以与RF接收信号的频率不同的频率的本地信号的Low IF(低中频)接收方式对RF接收信号进行下变频。

此时的频率误差Δf产生的信号成分以频率为“偏移频率Foff-Δf”的信号成分在FM解调信号中出现，因此在发生了图4所示的失真的情况下，当将偏移频率设为Foff＝4kHz、将频率误差设为Δf＝1kHz时，图4所示的失真如图3所示那样以2×(Foff-Δf)＝6kHz、4×(Foff-Δf)＝12kHz的信号成分出现。因此，所有的信号成分都通过音频滤波器23被衰减。即，使得从接收机1输出的单音信号降低。

也就是说，即使在对来自天线11的RF接收信号进行下变频所得到的基带信号的信号强度大且基带信号中产生比较大的失真的情况下，也能够通过使用本地信号L2进行下变频来使FM解调信号中出现的因频率误差产生的信号成分的频率在能够在音频滤波器23中通过的音频频带之外。因此，能够利用音频滤波器23使FM解调信号中出现的因频率误差产生的信号成分衰减，其结果，能够抑制因频率误差产生的信号成分成为单音信号而被接收机1的使用者听到。

另一方面，在频率误差Δf为“-1kHz”的情况下，在基带信号的信号强度小时，使用本地信号L1来进行下变频，假设即使在CW信号与本地信号L1之间产生频率误差且在FM解调信号中出现因频率误差产生的信号成分，也能够利用音频滤波器23使可听频带之外的频率的信号成分衰减，另外，即使是可听频带的信号成分，基带信号的信号强度原本就低，因此即使FM解调信号中含有因频率误差产生的信号成分，该信号成分也不会以单音信号被接收机1的使用者听到，或者为即使听到也不会关注的程度。

而且，在基带信号的信号强度大且大于阈值时，使用本地信号L2来进行下变频。例如，在频率误差为Δf＝-1kHz、偏移频率为Foff的情况下发生了图4所示的失真时，在FM解调信号中以2×(Foff-Δf)＝10kHz、4×(Foff-Δf)＝20kHz的信号成分出现。因此，通过音频滤波器23来使因频率误差产生的信号成分衰减，抑制该信号成分以单音信号被接收机1的使用者听到。

像这样，在本发明中，在下变频后的信号的信号强度大于阈值时，使用使RF接收信号的频率偏移所得到的本地信号L2来进行下变频。

由此，在CW信号被作为RF接收信号输入时，即使因CW信号与本地信号之间的频率误差而出现的信号成分在下变频后的信号中出现，也能够将该信号成分的频率从基带信号的频带分离。由此，通过恰当地使用适当的频率滤波器，能够使因频率误差产生的信号成分衰减。例如，在上述的实施例中，通过使FM解调后的信号通过音频滤波器23，来使因频率误差产生的信号成分衰减。

在此，在通话对方正在说话时，也根据基带信号的信号强度来在本地信号L1与L2之间进行切换，由此，在基带信号的信号强度为阈值以下时，使用被设定为与RF接收信号的频率相同频率的本地信号L1来进行下变频，在RF接收信号的信号强度超过阈值时，使用被设定为将RF接收信号的频率与偏移频率Foff相加所得到的频率的本地信号L2来进行下变频。也就是说，等同于：在基带信号的信号强度为阈值以下时，以Zero IF接收方式进行接收处理，在基带信号的信号强度超过阈值时，以Low IF接收方式进行接收处理。在将Zero IF接收方式向Low IF接收方式切换时，例如根据基带信号频带来在滤波电路17、18之间切换，由此能够不使RF接收信号发生缺失等地进行接收，能够在维持与Zero IF接收方式等同的特性的状态下抑制由于使用Zero IF接收方式而产生的单音信号的发生。

此外，在此，对将频率误差设为Δf＝±1kHz、将偏移频率设为Foff＝4kHz的情况进行了说明，但是在此只是作为一例而列举出的情况，不限于此。

如上所述，偏移频率Foff只要被设定为能够使因CW信号与本地信号L1之间的频率误差Δf而在FM解调信号中出现的信号成分的频率偏移到音频滤波器23的可听频带之外的频带的值即可。例如，考虑音频滤波器23的衰减频带、接收机1的信道宽度、频率误差Δf的大小等来进行设定即可。作为一例，在接收机1的信道宽度为12.5kHz、频率误差Δf为1kHz的情况下，偏移频率Foff被设定为3.5kHz左右。

顺便提及，当偏移频率Foff过小时，无法利用音频滤波器23使因频率误差Δf产生的信号成分充分衰减，从而无法使单音信号充分降低。相反地，当偏移频率Foff过大时，可能与影像信号干扰，需要实施针对影像信号的对策，从而使装置复杂化。因此，优选考虑这些情况来设定偏移频率Foff。

另外，在上述实施方式中，对将功率检测部21a、功率判定部21b设置于数字信号处理部21的情况进行了说明，但不限于此。功率检测部21a只要能够对使除与接收机1的对象信道对应的频率以外的频带的信号或干扰波等衰减后的与接收机1的对象信道对应的频率的信号成分的信号强度进行检测即可。因此，例如也可以基于滤波电路17与A/D转换器19之间、滤波电路18与A/D转换器20之间的信号，来检测基带信号的信号强度。

以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只是例示用于使本发明的技术思想具体化的装置、方法，本发明的技术思想并非限定构成部件的材质、形状、构造、配置等。本发明的技术思想在由权利要求书中记载的技术方案规定的技术范围内能够进行各种变更。

Claims

1.一种直接变频接收机，利用本地信号来对射频接收信号进行下变频，并对被进行该下变频后的信号进行解调，所述直接变频接收机的特征在于，具备：

功率检测部，其对被进行所述下变频后的信号的信号强度进行检测；

功率判定部，其判定由所述功率检测部检测出的信号强度是否为预先设定的阈值以下；以及

局部振荡电路，在由所述功率判定部判定为所述信号强度为所述阈值以下时，所述局部振荡电路将第一本地信号作为所述本地信号来输出，其中，该第一本地信号是用于以零中频接收方式对所述射频接收信号进行下变频的本地信号，在由所述功率判定部判定为所述信号强度超过所述阈值时，所述局部振荡电路将第二本地信号作为所述本地信号来输出，其中，该第二本地信号被设定为将所述第一本地信号的频率与预先设定的偏移频率相加所得到的频率，该第二本地信号是用于以低中频接收方式对所述射频接收信号进行下变频的本地信号。

2.根据权利要求1所述的直接变频接收机，其特征在于，还具备：

正交解调器，其被输入所述射频接收信号和所述本地信号，利用所述本地信号来对所述射频接收信号进行下变频；

信号处理部，其对由该正交解调器进行下变频后的信号进行规定的信号处理；

解调电路，其对从所述信号处理部输出的被进行所述下变频后的信号进行解调；以及

音频滤波器，其被输入由该解调电路进行解调后的信号，使除预先设定的声音频带以外的频带的信号衰减。

3.根据权利要求1所述的直接变频接收机，其特征在于，

所述功率检测部基于被进行所述下变频后的信号来检测所述信号强度。

4.根据权利要求1所述的直接变频接收机，其特征在于，

所述功率判定部设定两个阈值，根据滞后特性在所述第一本地信号与所述第二本地信号之间进行切换。

5.根据权利要求1所述的直接变频接收机，其特征在于，

所述第一本地信号被设定为与所述射频接收信号的频率相同的频率。