CN1117777A - 随机fm噪声消除电路 - Google Patents

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Abstract

一种随机FM噪声消除电路，该电路把与被调制波同时接收的导频信号的振幅限幅为一定值并与被调制波相混合，用包含在导频信号中的随机FM噪声抑制包含在该被调制波中的随机FM噪声，缓和了对于带通滤波器所要求的特性。用第一带通滤波器10从高频输入信号中取出应接收的频率，用变频器11把该输出变换为低频信号，在低频段进行导频信号的抽取及随机FM噪声的抑制。

Description

随机FM噪声消除电路
本发明用于改善无线通信的品质。特别是本发明涉及即便是经常产生强烈衰减的移动传输信道也能够进行品质优良的信号接收的无线通信装置。
众所周知，作为消除移动通信传输信道中产生的随机FM噪声的方法是利用插入在被调制波近傍的导频信号。在这种方法中，用窄带滤波器抽取出被随机FM噪声污染了的导频信号并与本机振荡器的输出信号相混合进行频率变换，然后，用限幅器把该振幅限制为一定值，再通过用变频器将该信号与含有被随机FM噪声污染了的导频信号差频混合而除去随机FM噪声。为此使用前馈结构的电路。
作为现有技术资料，本发明者使用以下的文献：
(1)特开平1—21022号公报；
(2)特开平3—8616号公报；
(3)US.4803739号；
(4)K.Daikoku and K.Suwa，“RZ SSB Transceiver with equal—gain combiner for speech and data transmission”，IEEE GlobalTelecommunications Conf.，p.26.4.1，Hollywood，Florida，Nov.28—Dec.1，1988；
(5)Joseph P.McGeehan and Andrew J.Bateman，“Theoreti-cat and experimental investigation of feedforward signal regener-ation as a means of combating multipath propagation effects inpilot—based SSB mobile radio systems”，IEEE Trans.on VehicularTechnology，Vol.VT—32，No.1，pp.106—120，February 1983；
(6)特公平1—42535号公报(国际公开WO81/00495)；
(7)Edited by William C.Jades Jr.，“Microwave Mobile Com-munications”，New York，John Wiley & Sons.Inc.(1974)，Chap-ter 5 Fundamentals of diversity systems，Chapter 6Diversity tech-niques等。
(1)所公开的技术将随机FM噪声消除电路和选择放大电路做成一体，故具有部件数目多等缺点。(2)所公开的技术克服了(1)的这一缺点，将随机FM噪声消除电路和选择放大电路做成了一体。(3)是RZ SSB方式的基本专利，公开了SSB信号与现有技术不同的方法，即，公开了可以用由限幅器、鉴频器和积分器构成的解调器与线性器进行解调的方法。(4)公开了能确保以频道间隔5KHz的与从300Hz到3.4KHz的电话相同的信息带、得到用一直发生激烈衰落的移动传播路径赋予的传播特性的方法，特别报告了根据RZ SSB方式的基本特性的数据信号传播特性。(5)公开的是英国Brisfol大学研究的、以把导频信号配置在信息信号带内为特征的SSB方式。因此，该方式被称之为TTIB(Transparent Tone InBand)方式。其接受器的特征是用名为FFSR(前馈信号再生)的AGC(自动增益控制)和AFC(自动频率控制)功能的电路修复在移动传播路径中经过衰落而变差的接收信号。而且，在FFSR部分中以前馈电路的形式消除随机FM噪声。(6)公开的技术进行了与文献(5)中的FFSR类似的处理。(7)详细地记述了包括随机FM噪声消除技术的分集技术。
然而，在现有技术的前馈结构的电路中，存在有抽取导频信号的窄带滤波器的延迟时间不能充分均衡的问题以及不能充分消除随机FM噪声的问题。
为解决这样的问题，也曾考虑过均衡窄带滤波器的延迟时间而能够消除随机FM噪声的方法，然而，在所利用的频域内，平坦地均衡抽取出导频信号的窄带滤波器的延迟特性大多比较困难。
还有，在所利用的频域内，实现在较大的温度范围内振幅特性不变化的小型且廉价的用于抽取导频信号的窄带滤波器也很困难。
另外，移动通信装置中需要用陡峭的接收滤波器消除本信道以外的信号，但作为适用于窄带移动通信方式的滤波器，存在的问题是难于确保大温度范围内其振幅特性不变化的小型且廉价的滤波器。
本发明的目的在于解决这样的问题，提供一种在能够充分消除衰减频率高的随机FM噪声的同时能够充分消除本信道以外的信号并能够得到高品质接收信号的无线通信方法及装置，进而还提供用于等增益综合分集、最大比综合分集或选择分集电路中的随机FM噪声消除电路。
本发明的随机FM噪声消除电路具有从高频带(RF带或IF带)的输入信号中抽取含有导频信号的已调制波的第一滤波器、从该第一滤波器的输出中抽取导频信号的第二滤波器、实质性地把被抽取的导频信号限幅为一定值的限幅电路、通过把该限幅电路的输出与第一滤波器抽取的信号混频从而抑制分别包含在该被调制波及导频信号中的随机FM噪声成分的噪声抑制电路以及均衡被输入到该噪声抑制电路中的两个信号的延迟时间的延迟均衡电路，其特征在于：在该随机FM噪声消除电路中，第一滤波器包括从高频带的输入信号中取出应接收频率的第一带通装置、把该第一带通装置的输出变频为低频带(AF带)信号的输入频率变换电路，以及在该低频带的信号中抽取含有导频信号的被调制波的第二带通装置。
为了使噪声抑制电路的输入中(含有导频信号)被调制波和导频信号的载波不同，需要变换其中一方的频率。通常是使导频信号变频。即，最好具有把抽取出的导频信号进行变频并供给限幅电路的电路。
作为包括在输入信号中的导频信号，即可以是以接近于被调制波的载频的频率从发送端无调制地被发送的信号，也可以是载波本身。在包含了输入信号中的被调制波为逆减载波单边带信号而采用RZ SSB解调方式时，最好具有放大抽取出的导频信号的电路和把被放大了的导频信号加到低频段的被调制波上的电路，并且延迟均衡电路中最好包含均衡由第二滤波器及放大电路产生的延迟的延迟电路。
从高频段的输入信号中取出所希望的频率并变频为低频段的信号，在该频率下分别抽取出被调制波和导频信号。由于不是仅以无线频段进行频带限制，所以缓和了无线频段的带通滤波器中所要求的限带条件，进而还缓和了动作温度区域的要求条件。低频段的带通滤波器的情况下，能够容易地得到在全部动作温度区内都没有变动的频带特性。
图1示出本发明第一实施例的随机FM噪声消除电路的结构框图。
图2示出本发明第二实施例的随机FM噪声消除电路的结构框图。
图3是表示本发明应用例的结构框图，示出了2支路等增益综合分集电路的结构。
图4是表示本发明应用例的结构框图，示出了n支路等增益综合分集电路的结构。
图5是表示本发明其它应用例的结构框图，示出了n支路最大比综合分集电路的结构。
图6是表示本发明再一个其它应用例的结构框图，示出了n支路选择综合分集电路的结构。
图7为表示使用数字信号处理电路的实施例的结构框图。
图8为表示数字信号处理电路的处理流程图。
图9示出用于测定随机FM噪声消除特性的室内实验装置的结构框图。
图10示出了所得到的特性。
〔实施例〕
图1是显示本发明第一实施例的随机FM噪声消除电路的结构框图。
该装置具有带通滤波器14、限幅电路17、变频器19、带通滤波器20以及延迟电路18，其中，带通滤波器14作为从包含导频信号的被调制波中抽取导频信号的第二滤波器，限幅电路17实质性地把抽取出的导频信号的幅度限幅为一定的值，变频器19和带通滤波器20作为噪声抑制电路，通过把限幅电路17的输出与给导频信号的被调制波混合从而抑制分别包含在被调制波及导频信号中的随机FM噪声成分，延迟电路18作为延迟均衡电路，均衡输入到该噪声抑制电路中的两个信号的延迟时间。
这里，作为本实施例的特征之处在于具有：
作为从高频带输入信号抽取出应接收频率的第一带通装置的带通滤波器10；
作为把该带通滤波器10的输出变频为低频信号的输入频率变换电路的变频器11和本机振荡器12；以及
从该低频信号抽取含有导频信号的被调制波的第二带通装置的带通滤波器13。
另外，作为把从带通滤波器14抽取出的导频信号变频并供给限幅电路17的装置，具有变频器15和带通滤波器16。
下面，针对与被调制波的载频相近频率的导频信号不被调制地从发送端发送的情况说明本实施例的动作。
带通滤波器10中输入导频信号和被调制波。带通滤波器10对自身的信道不进行衰减而在某种程度上消除相邻信道的信号。变换器11根据本机振荡器12的输出信号把带通滤波器10的输出信号变频为低频信号。带通滤波器13从变频后的信号中把自身信道以外的信号消除到系统所要求的电平。带通滤波器14抽出被变频了的导频信号。变频器15根据本机振荡器12的输出信号变频带通滤波器14的输出信号，带通滤波器16消除无用波。由此能够得到高频的导频信号。限幅电路17生成幅度一定的信号，作为模拟本机信号供给变频器19。
带通滤波器13的输出在延迟电路18中仅延迟与在带通滤波器14及16中产生的延迟时间相等的时间，并供给变频器19。变频器19进行变频以得到来自限幅电路17的模拟信号和经由延迟电路18的信号的差频，由此消除随机FM噪声。带通滤波器20消除包含在变频器19输出中的无用波。
这样，就在带通滤波器20的输出中生成消除了随机FM噪声的含导频信号的被调制波。
本实施例中，用两个带通滤波器10、13进行通信装置所要求的主频带限制。现有技术的装置中多用高频段的一个带通滤波器限制主频带。而且，在那种情况下，要求在全部动作温度区域具有通信装置所要求的频带特性的滤波器。然而，在使用窄带通信方式的接收机中要确保这一点比较困难。为此，本实施例中，用高频段的带通滤波器10首先对于来自相邻信道的信号等无用波进行限带以能够确保低频段的带通滤波器13的动态范围，然后，在带通滤波器13中正确地进行通信装置所要求的主频带限制。如果这样做，则第一，缓和了对于高频段的带通滤波器10的动作温度区域的要求条件，能够比较容易地实现必要的特性。第二，由于能够确保低频段的带通滤波器13在全部动作温度区域内不改变其频带特性，因而，能够实现正确的主频带限制，同时，还由于能够用集成电路容易地实现，从而具有可以小型化等优点。
还有，对于带通滤波器14，由于也是在低频段动作，所以能够设计、制造延迟特性也十分平坦的产品，在延迟电路18中能够充分地均衡。
用数学公式说明第一实施例的动作。首先，发送信号S(t)为：S(t)＝kcos(ωpt)＋A(t)cos(ωct＋ω(t))    …(1)第1项是导频信号，第2项是被调制波。该信号沿移动传输信道传输，进入到图1的电路时，成为：S(t)＝R(t)k cos(ωpt＋δω(t)＋α)
  ＋R(t)A(t)cos(ωct＋ω(t)＋δω(t)＋α)    …(2)这里，R(t)是瑞利衰减噪声，δω(t)是随机FM噪声，α表示相位。
若设本机振荡器12的振荡角频率为ω0，为简单起见把其相位取为0，则由变频器11变换后的信号成为：S1(t)＝R(t)k cos{(ωp－ω0)t＋δω(t)＋α}
    ＋R(t)A(t)cos{(ωc－ω0)t＋ω(t)＋δω(t)＋α}
                                               …(3)用带通滤波器14抽出的信号成为：S2(t)＝R(t－τ1)k cos{(ωp－ω0)(t－τ1)＋δω(t－τ1)＋α}τ1是带通滤波器14的延迟时间，是平坦地均衡时的延迟时间。进而，用变频器15变频，用带通滤波器16消除无用波，由限幅电路17把振幅取为一定的信号为：S3(t)＝cos{ωp·(t－τ1－τ2)＋δω(t－τ1－τ2)＋α}
                                                     …(4)τ2是带通滤波器16的延迟时间。另外，为简单起见，把限幅电路17的输出信号振幅取为1。
从带通滤波器13输入到延迟电路18的信号中由带通滤波器14及16引起的延迟时间τ1＋τ2被均衡成为：S5(t)＝R(t－τ1－τ2)cos{(ωc－ω0)(t－τ1－τ2)
                          ＋δω(t－τ1＋τ2)＋α}
＋R(t－τ1＋τ2)A(t－τ1＋τ2)
 ×cos{(ωc－ω0)(t－τ1－τ2)＋ω(t－τ1－τ2)
         ＋δω(t－τ1－τ2)＋α}                 …(5)把(4)式所示的限幅电路17的输出用做模拟本机信号，用变频器19对S5(t)信号进行变频，生成差频。由此得到：S6(t)＝R(t－τ1－τ2)cos{(ωp－ωc＋ω0)(t－τ1－τ2)}
   ＋R(t－τ1－τ2)A(t－τ1－τ2)
    ×cos{(ωp－ωc＋ω0)(t－τ1－τ2)－ω(t－τ1－τ2)}即，消除了随机FM噪声δω(t－τ1－τ2)和输入的相位α。
图2是表示本发明第二实施例的随机FM噪声消除电路的结构框图。
本实施例是用RZ SSB接收机实施本发明的示例。即，示出了输入信号是递减波单边带波、用被调制波的载波作为导频信号时的结构。图2中，输入信号为IF段信号的情况下各部分的被调制波和导频信号(传输波)的频谱含有随机FM噪声成分的简化情况。对于RZ SSB的场合，需要把由带通滤波器14抽取出的导频信号加到被调制波上形成全载波单边带波。为此，本实施例中，具有放大由带通滤波器14抽取出的导频信号的放大器22和把被放大的导频信号加到低频段的已调制波上去的加法器23。放大器22的放大率设定为使导频信号成分大于已调制波成分。具有均衡由带通滤波器14及放大器22引起的延迟的延迟电路21，用于替代延迟电路18。加法器23的输出连接带通滤波器24，均衡由带通滤波器16引起的延迟。
本实施例的动作实质上与第一实施例的动作相等，从带通滤波器20的输出能够得到消除了随机FM噪声且递减载波单边带波被变换为全载波单边带波的信号。
有关本实施例的导频信号的动作除去ωp＝ωc之外与第一实施例相同，这里，用数学式说明载波侧的动作。
由加法器23生成的信号，因在延迟电路21中被均衡带通滤波器14的延迟时间，从而成为：S4(t)＝R(t－τ1)cos{(ωc－ω0)(t－τ1)＋δω(t－τ1)＋α}
   ＋R(t－τ1)A(t)cos{(ωc－ω0)(t－τ1)＋ω(t－τ1)
   ＋δω(t－τ1)＋α}这里，为简单起见，把载波成分取为1。为生成全载波单边带波，放大器22的放大率调整为1＞max｜A(t)｜。由此，从带通滤波器24的输出能够得到由第一实施例中所说明的(5)式表示的信号，从带通滤波器20的输出能够得到：S7(t)＝R(t－τ1－τ2)cos{ω0·(t－τ1－τ2)}
    ＋R(t－τ1＋τ2)A(t－τ1＋τ2)
    ×cos{ω0·(t－τ1－τ2)－ω(t－τ1－τ2)}
图3是表示本发明应用例的结构框图，示出了2支路等增益综合分集电路。该电路是使从各支路的天线到随机FM噪声消除电路的增益相等而构成的。
该电路具有两个第一实施例或第二实施例所示的电路作为随机FM噪声消除电路30、31，还具有把这两个随机FM噪声消除电路30、31的各输出信号同相相加的同相加法电路32和带通滤波器33。从随机FM噪声消除电路30、31的输出能够分别得到消除了随机FM噪声的信号。这些信号的相位仅取决于接收机内所产生的相位，因此能够用同相加法电路32同相(相干)相加。对于包含在相加信号中的无用波用带通滤波器33消除。从而，从带通滤波器33的输出端能够得到等增益合成的信号。
图4示出了增加图3示出例中的支路数的n支路等增益综合分集电路。
该电路具有n个第一实施例或第二实施例所示的电路作为随机噪声FM消除电路40—1～40—n，还具有把这些随机FM噪声消电路40—1～40—n的各个输出信号进行同相加法运算的同相加法电路41和带通滤波器42。从随机FM噪声消除电路40—1～40—n的输出端能够分别得到消除了随机FM噪声的信号，因而把它们并行配置，用同相加法电路41对全部信号进行同相(相干)相加运算。对于包含在被相加了的信号中的无用波用带通滤波器42消除。由此，能够得到等增益合成的信号。
图5是表示本发明另一个应用例的结构框图，示出了n支路最大比综合分集电路。
该电路具有n个第一实施例或第二实施例所示电路作为随机FM噪声消除电路50—1～50—n，具有包络检波电路51—1～51—n及可变增益放大器52—1～52—n，用于根据从各个随机FM噪声消除电路抽取出的导频信号的信号电平放大其随机FM噪声消除电路的输出信号，还具有把可变增益放大器52—1～52—n的输出进行同相加法运算的同相加法电路53，另外，还具有为从同相加法电路53的输出中消除无用波的带通滤波器54。
包络检波电路51—i(i＝1—n)检出从随机FM噪声消除电路50—i的带通滤波器14或16输出的导频信号的电平。可变增益放大器52—i与包络检波电路51—i的输出信号成比例地变化放大率，调整随机FM噪声消除电路50—i的输出电平。同相加法电路53把可变增益放大器50—1～50—n的输出相加合成。支路数通常取n＝2。
本例中，示出了在随机FM噪声消除电路之外单独设立包络检波电路的应用例，然而，由于通常限幅电路(图1、图12中的17)中具有包络检波电路，所以也可以利用那些电路。
图6是表示本发明再一个应用例的结构框图，示出了n支路选择综合分集电路。
该电路具有n个第一实施例或第二实施例所示电路作为随机FM噪声消除电路60—1～60—n；具有包络检波电路61—1～61—n及最大值检测电路62，用于比较从各个随机FM噪声消除电路中抽取出的导频信号的信号电平并检测出其最大值；具有切换电路63，用于根据该最大值检测电路62的输出选择多个随机FM噪声消除电路60—1～60—n的某个输出信号，还具有用于从切换电路63的输出中消除无用波的带通滤波器64。
包络检波电路61—i(i＝1—n)检测从随机FM噪声消除电路60—i内的带通滤波器14或16输出的导频信号的电平。最大值检测电路62从包络检波电路61—1～61—n的输出信号中判断哪一条支路呈现最大值，把其判断结果输出到切换电路63。切换电路63根据该判断结果切换支路，选择随机FM噪声消除电路60—1～60—n的某个输出。通常在这种情况下也取n＝2。
本例的情况也和图5的应用例相同，能够利用限幅电路内的包络检波电路作为包络检波电路61—1～61—n。
在以上的实施例及应用例中，至少一部分随机FM噪声消除电路及应用了该电路的分集电路能够用数字电路实现。即，对上述电路中必要的电路预先设定了作为数字信号处理电路(DSP)的软件，用A/D转换器把输入信号变换为数字信号，用数字信号处理电路做数字运算，再用D/A转换器将其变换为模拟信号输出。这里，输入信号的频率降低到数字信号处理电路的动作频域，例如几＋KHz。用数字信号处理电路如此实施本发明，则具有电路全部能够LSI化、能够低价格化同时能够始终正确处理等优点。
图7和图8为表示使用数字信号处理电路实现和图2所示的实施例2相同的随机FM噪声消除电路的图。图7为电路结构，图8的数字信号处理电路的处理流程。在此例中，变换接收器的频率使中心频率变为15KHz，消除无用波之后，在取样频率为50KHz、16位的A/D转换器71中变换为数字信号、并输入到数字信号处理电路72、如果使用16位精度的数字信号，信号的动态特性能确保20log216＝96dB。此外，即使是变频等的乘法运算，也能保证充分的精度。在数字信号处理电路72中，设定图1中的带通滤波器13的中心频率为5KHz。若如此确定频率的配置，通过根据存储器73中存储的程序数字信号处理电路72的数字运算能实现在图1所示实施例中由个别电路实现了的随机FM消除电路。运算的结果由D/A转换器74变换为模拟信号。
如果改变存储器73中存储的程序，能够由数字处理实现和图2所示的实施例2同样的电路。而对于图3至图6所示的应用例，也同样可以由数字处理来实现。
图9为测定随机FM噪声消除特性所用的室内实验装置的示意结构框图；图10表示得到的特性。
在此测定中，用瑞利衰落模拟器93和衰减器94模拟移动传播路径。衰减器94是模拟信号随着离开基站的距离而衰减的情况的装置。在测定时，由音调信号发生器产生1KHz的音调信号，从发送器92发送出来，经过瑞利衰落模拟器93和衰减器94输入到接收器95，由SINAD测定器96测定解调后的音调信号。SINAD特性为由信号电功率S、噪声电功率N和畸变电功率D定义
SINAD＝10log[S＋N＋D]/[N＋D]    [dB]该测定结果示于图10。在接收器95内设有本发明实施例的随机FM噪声消除电路的场合，衰落下的特性有了显著的改善。
本发明的随机FM噪声消除电路缓和了对于电路构成部件中给传输品质带来最大影响的带通滤波器所要求的条件，用比较廉价的电路能够实现温度特性良好的随机FM噪声消除电路。另外，延迟变动少，故延迟量的均衡也比较容易。还有，用大温度范围内振幅特性不变化的小型且廉价的滤波器能够消除自身信道以外的信号。
本发明的随机FM噪声消除电路在通常的单一支路接收时，即不用分集时，也能够得到充分地考虑了延迟特性而能够消除随机FM噪声的高性能的接收信号。另外，在两条支路以上的分集中，由于各支路信号分别消除各自的随机FM噪声，因此，例如使用把这些信号全部以同相合成电路结构，能够得到高品质的等增益综合分集接收信号。

Claims (9)

1.一种随机FM噪声消除电路具有：
从高频输入信号中抽取出含有导频信号的被调制波的第一滤波器部分；
从该第一滤波器部分的输出抽取出导频信号的第二滤波器部分；
把抽取出的导频信号振幅实质性地限幅为一定值的限幅电路；
通过把限幅电路的输出与从上述第一滤波器部分抽取出的信号混频而抑制分别包含在该被调制波及上述导频信号中的随机FM噪声成分的噪声抑制电路部分；
使输入到噪声抑制电路中两个信号的延迟时间均衡的延迟均衡电路，该随机FM噪声消除电路的特征在于：
上述第一滤波器部分包括：
从上述高频输入信号取出应接收频率的第一带通滤波器；
把该第一带通滤波器的输出变频为低频信号的输入频率变换电路；
从该低频信号抽取出含有上述导频信号的被调制波的第二带通滤波器。
2.如权利要求1的随机FM噪声消除电路，其特征在于：
具有把从上述第二带通滤波器抽取出的导频信号进行变频并供给上述限幅电路的装置。
3.如权利要求1的随机FM噪声消除电路，其特征在于：
包含在上述输入信号中的导频信号是以接近于被调制波的频率从发送端无调制地发送的信号。
4.如权利要求1的随机FM噪声消除电路，其特征在于：
包含在上述输入信号中的导频信号是被调制波的载波。
5.如权利要求4的随机FM噪声消除电路，其特征在于：
包含在上述输入信号中的被调制波是递减载波单边带信号；
具有放大由上述第二带通滤波器抽取出的导频信号的电路；
把被放大的导频信号加到由上述第二带通滤波器抽取的信号上的加法电路；以及
均衡由该加法电路输入的两个信号的延迟的延迟电路。
6.如权利要求1至5所述的随机FM噪声消除电路，其特征在于：其中至少一部分功能是通过数字信号处理进行的。
7.一种等增益综合分集电路，其特征在于：具有
多个权利要求1或权利要求6的任一项中所述的随机FM噪声消除电路；以及
把该多个随机FM噪声消除电路的各个输出信号进行同相加法运算的同相加法电路。
8.最大比综合分集电路，其特征在于：具有
多个权利要求1或权利要求6的任一项中所述的随机FM噪声消除电路；
根据从各个随机FM噪声消除电路抽取出的导频信号的信号电平对其随机FM噪声消除电路的输出信号进行放大的放大电路部分；以及
把该放大电路部分的输出进行同相加法运算的同相加法电路。
9.选择综合分集电路，其特征在于：具有
多个权利要求1或权利要求6的任一项中所述的随机FM噪声消除电路；
比较从各个随机FM噪声消除电路抽取出的导频信号的信号电平并检测其最大值的检测电路；以及
根据该检测电路的输出选择输出上述多个随机FM噪声消除电路中某个输出信号的电路。
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