CN113037303A - 一种准相干脉冲超宽带接收机及信号解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种准相干脉冲超宽带接收机，将接收到的射频信号下变频到低中频后，分解为两路正交信号，这样即使射频本地振荡信号的质量不高，两路正交信号通过平方相加后，频率误差的影响也会被消除，准相干脉冲超宽带接收机的解调性能，对射频信号与射频本地振荡信号之间的相位误差和频率误差不敏感，即无需高质量的射频本地振荡信号，不需要高精度的频率综合器和高速模拟‑数字转化器，适用于低功耗的应用场景。且对窄带干扰等非理想因素抵御能力较强。本发明还提供了一种信号解调方法应用于准相干脉冲超宽带接收机。

Description

一种准相干脉冲超宽带接收机及信号解调方法

技术领域

本发明涉及低功耗无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种准相干脉冲超宽带接收机及信号解调方法。

背景技术

脉冲超宽带信号是依据时间-频率域变换原理(信号在时间域的脉冲越窄，则在频率域的带宽越宽)，数据通过调制短脉冲的物理参数(幅度、相位、位置等)，产生的脉冲超宽带射频信号。传输脉冲超宽带信号的优势在于电路可以通过间歇式工作来节省系统功耗，提高系统能量效率，适用于低功耗无线通信领域。

常规的非相干脉冲超宽带接收机，通过将放大后的射频信号自混频，可以直接恢复脉冲基带信号。但是非相干脉冲超宽带接收机对窄带干扰、多径效应等非理想因素抵御能力较弱，难以适用于现实中复杂的电磁场环境。

常规的相干脉冲超宽带接收机，首先将放大后的射频信号下混频到基带频率，然后利用高速模拟-数字转化器对基频信号采样，恢复出脉冲基带信号。虽然相干脉冲超宽带接收机对窄带干扰、多径效应等非理想因素抵御能力较强，但是需要高精度的频率综合器和高速模拟-数字转化器，大幅度增加了系统功耗，难以适用于低功耗的应用场景。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种准相干脉冲超宽带接收机及信号解调方法，欲实现在对窄带干扰等非理想因素抵御能力较强的同时，适用于低功耗应用场景。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

第一方面，提供一种准相干脉冲超宽带接收机，包括：

宽带低噪声放大器，用于对接收到的射频信号进行放大；

射频混频器，用于将所述宽带低噪声放大器放大的射频信号，下变频到低中频并滤除所述射频信号中的高频分量；

频率产生模块，用于为所述射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号；

中频混频器，用于利用所述两路正交的中频本地振荡信号对所述射频混频器输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号；

平方求和模块，用于对所述中频混频器产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号。

优选的，所述宽带低噪声放大器，包括：

级联的至少两级低噪声放大器；

以及连接在最后一级所述低噪声放大器的输出端的电容阵列，所述电容阵列为由数字控制信号控制电容容值大小的电容阵列，所述数字控制信号与所述电容阵列的电容容值之间具有单调关系。

优选的，所述射频混频器，具体为：吉尔伯特单元混频电路。

优选的，所述中频混频器，具体为：吉尔伯特单元混频电路。

优选的，所述准相干脉冲超宽带接收机，还包括：

采集模块，用于采集所述平方求和模块输出的解调信号并输出。

优选的，所述射频混频器输出的低中频信号的频率为所述宽带低噪声放大器接收到的射频信号的频率的八分之一。

优选的，所述频率产生模块，包括：两级电荷泵锁相环；

第一级电荷泵锁相环中的压控振荡器采用环形振荡器结构，用于为所述中频混频器提供两路正交的中频本地振荡信号；

第二级电荷泵锁相环中的压控振荡器采用电感-电容结构，用于为所述射频混频器提供射频本地振荡信号。

优选的，所述频率产生模块，包括：振荡器和电流模分频器；

所述振荡器采用电感-电容结构，用于根据数字控制信号生成射频本地振荡信号，并分别传输至所述射频混频器和所述电流模分频器；

所述电流模分频器，用于根据所述射频本地振荡信号生成两路正交的中频本地振荡信号。

优选的，所述振荡器，具体为：数控振荡器。

第二方面，提供一种信号解调方法，应用于如第一方面中任意一种所述的准相干脉冲超宽带接收机，所述方法包括：

宽带低噪声放大器对接收到的射频信号进行放大；

射频混频器将所述宽带低噪声放大器放大的射频信号，下变频到低中频并滤除所述射频信号中的高频分量；

频率产生模块为所述射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号；

中频混频器利用所述两路正交的中频本地振荡信号，对所述射频混频器输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号；

平方求和模块对所述中频混频器产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种准相干脉冲超宽带接收机，包括宽带低噪声放大器、射频混频器、中频混频器、平方求和模块以及频率产生模块。射频混频器将宽带低噪声放大器放大的射频信号，下变频到低中频并滤除射频信号中的高频分量；频率产生模块为射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号；中频混频器利用两路正交的中频本地振荡信号对射频混频器输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号；平方求和模块对中频混频器产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号。本发明提供的准相干脉冲超宽带接收机，将接收到的射频信号下变频到低中频后，分解为两路正交信号，这样即使射频本地振荡信号的质量不高，两路正交信号通过平方相加后，频率误差的影响也会被消除，因此无需高质量的射频本地振荡信号，适用于低功耗的应用场景。且对窄带干扰等非理想因素抵御能力较强。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种常规的非相干脉冲超宽带接收机的示意图；

图2为一种常规的相干脉冲超宽带接收机的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种准相干脉冲超宽带接收机的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种频率产生模块的示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种频率产生模块的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种信号解调方法的流程示意图。

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。

正如背景技术中所述，参见图1，常规的非相干脉冲超宽带接收机结构简单，射频信号首先被宽带低噪声放大器放大，自混频模块对放大后的信号进行自混频操作并将所得信号送入低通滤波器。二次及以上谐波分量经过低通滤波器后被滤除，可以直接恢复脉冲基带信号。但是该非相干脉冲超宽带接收机无法滤除无线信道中的窄带干扰，同时对多径效应等非理想因素抵御能力较弱，因此难以适用于现实中复杂的电磁场环境。

参见图2，为一种常规的相干脉冲超宽带接收机的示意图，该相干脉冲超宽带接收机，射频信号首先经过宽带低噪声放大器放大，放大后的射频信号被混频器下混频到基带频率，然后利用高速模拟-数字转化器对基频信号采样，恢复出脉冲基带信号。该相干脉冲超宽带接收机对窄带干扰、多径效应等非理想因素抵御能力较强，但是解调性能在很大程度上取决于本地振荡信号的质量，需要高精度频率综合器为混频器提供本地振荡信号，大幅度增加了系统功耗，难以适用于低功耗的应用场景。

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种准相干脉冲超宽带接收机，参见图3，该准相干脉冲超带宽接收机10包括：宽带低噪声放大器100、射频混频器200、中频混频器300、平方求和模块400和频率产生模块500。

宽带低噪声放大器100，用于对接收到的射频信号进行放大。传统的低噪声放大器仅适用于窄带通信系统，无法满足超宽带通信的需求。本发明采用宽带低噪声放大器100具有较大的带宽，适用于超宽带通信。在一个具体实施例中，宽带低噪声放大器100，包括级联的至少两级低噪声放大器，以及连接在最后一级低噪声放大器的输出端的电容阵列。电容阵列为由数字控制信号控制电容容值大小的电容阵列。数字控制信号与该电容阵列的电容容值之间具有单调关系，可以为线性或非线性关系；即随着数字控制信号的逐渐增大，该电容阵列的电容容值逐渐增大或减小。通过调节该电容阵列的电容容值的大小，控制宽带低噪声放大器100的中心频率。宽带低噪声放大器100可以是中心频率在6～9GHz内可调，带宽不小于500MHz的低噪声放大器。

射频混频器200，用于将宽带低噪声放大器100放大的射频信号，下变频到低中频并滤除放大的射频信号中的高频分量。射频混频器200为有源混频器，可以是吉尔伯特单元混频电路，将宽带低噪声放大器100放大的射频信号下混频至中频，并将二次及以上谐波分量滤除。射频混频器200具体可以是由一个吉尔伯特单元构成的吉尔伯特单元混频电路。在一个具体实施例中，射频混频器200输出的低中频信号的频率，为宽带低噪声放大器100接收到的射频信号的频率的八分之一。

中频混频器300，用于利用两路正交的中频本地振荡信号对射频混频器200输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号。产生的两路正交信号是分别下混频到基带频率的两路正交信号。中频混频器300也为有源混频器，具体的可以是吉尔伯特单元混频电路。中频混频器300具体可以是由两个吉尔伯特单元构成的吉尔伯特单元混频电路，将中频信号分解为两路正交信号，并分别下混频到基带频率。

平方求和模块400，用于对中频混频器300产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号(基带脉冲信号)。平方求和模块400包括两个吉尔伯特单元和一个有源加法器。每个吉尔伯特单元对一路正交信号进行平方操作，有源加法器对这两个平方后的信号相加输出解调信号。

频率产生模块500，用于为射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号提供给中频混频器300。

本发明提供的准相干脉冲超宽带接收机，将接收到的射频信号下变频到低中频后，分解为两路正交信号，这样即使射频本地振荡信号的质量不高，两路正交信号通过平方相加后，频率误差的影响也会被消除；因此准相干脉冲超宽带接收机的解调性能，对射频信号与射频本地振荡信号之间的相位误差和频率误差不敏感，即无需高质量的射频本地振荡信号，不需要高精度的频率综合器和高速模拟-数字转化器，适用于低功耗的应用场景。且该准相干脉冲超宽带接收机由于射频混频器200和中频混频器300的带宽有限，因此具有低通滤波特性，同时射频混频器200和中频混频器300中包含低通滤波器电路，可以进一步增强低通滤波特性；窄带干扰信号通过混频器后产生的信号可以被低通滤波特性滤除，因此，本发明提供的准相干超宽带接收机能够较好地抑制窄带干扰等非理想因素的影响。

需要说明的是，本发明中的准相干脉冲超宽带接收机指的是介于相干脉冲超宽带接收机与非相干脉冲超宽带接收机之间的一种接收机；准相干脉冲超宽带接收机需要频率产生模块，但是解调性能不依赖高质量的频率产生模块。

在一个具体实施例中，准相干脉冲超宽带接收机还可以包括：采集模块，用于采集平方求和模块400输出的解调信号并输出。采集模块用于将平方求和模块400输出的模拟信号转化为数字信号，方便后续数字基带电路对信号的处理。

参见图4，为本实施例提供的一种频率产生模块，包括两级电荷泵锁相环。第一级电荷泵锁相环中的振荡器采用环形振荡器结构，用于为中频混频器300提供两路正交的中频本地振荡信号。第二级电荷泵锁相环中的振荡器采用电感-电容结构，用于为射频混频器200提供射频本地振荡信号。需要指出的是，由于本发明提供的准相干超宽带接收机的解调性能不受射频本地振荡信号的质量影响，对于图4中的电荷泵锁相环可以尽可能减小锁相环带宽，以节约系统功耗。第一级电荷泵锁相环中的振荡器和第二级电荷泵锁相环中的振荡器为压控振荡器。

参见图5，为本实施例提供的另一种频率产生模块，考虑到多级电荷泵锁相环功耗较大，该频率产生模块采用开环数控振荡器结构；该频率产生模块包括振荡器和电流模分频器。该振荡器采用电感-电容结构，用于根据数字控制信号生成射频本地振荡信号，并分别传输至射频混频器200和电流模分频器。电流模分频器，用于根据射频本地振荡信号生成两路正交的中频本地振荡信号。图5所示的频率产生模块中的振荡器具体可以是压控振荡器，也可以是数控振荡器；优选的，本实施例采用数控振荡器。与电荷泵锁相环相比，开环数控振荡器结构不需要复杂的控制电路，因此，能够有效降低系统功耗。同时需要指出的是，开环数控振荡器结构无法产生高质量的本地振荡信号，但本发明提出的准相干脉冲超宽带接收机的解调性能不依赖于射频本地振荡信号的质量，所以可以采用开环数控振荡器结构。

参见图6为实施例提供的一种信号解调方法，该信号解调方法应用于上述准相干脉冲超宽带接收机，该信号解调方法可以包括以下步骤：

S61：宽带低噪声放大器对接收到的射频信号进行放大。

S62：射频混频器将宽带低噪声放大器放大的射频信号，下变频到低中频并滤除射频信号中的高频分量。

S63：频率产生模块为射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号。

S64：中频混频器利用两路正交的中频本地振荡信号，对射频混频器输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号。

S65：平方求和模块对中频混频器产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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。

本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，且本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，包括：

宽带低噪声放大器，用于对接收到的射频信号进行放大；

射频混频器，用于将所述宽带低噪声放大器放大的射频信号，下变频到低中频并滤除所述射频信号中的高频分量；

频率产生模块，用于为所述射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号；

中频混频器，用于利用所述两路正交的中频本地振荡信号对所述射频混频器输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号；

平方求和模块，用于对所述中频混频器产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号。

2.根据权利要求1所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述宽带低噪声放大器，包括：

级联的至少两级低噪声放大器；

以及连接在最后一级所述低噪声放大器的输出端的电容阵列，所述电容阵列为由数字控制信号控制电容容值大小的电容阵列，所述数字控制信号与所述电容阵列的电容容值之间具有单调关系。

3.根据权利要求1所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述射频混频器，具体为：

吉尔伯特单元混频电路。

4.根据权利要求1所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述中频混频器，具体为：

吉尔伯特单元混频电路。

5.根据权利要求1所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，还包括：

采集模块，用于采集所述平方求和模块输出的解调信号并输出。

6.根据权利要求1所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述射频混频器输出的低中频信号的频率为所述宽带低噪声放大器接收到的射频信号的频率的八分之一。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述频率产生模块，包括：

两级电荷泵锁相环；

第一级电荷泵锁相环中的压控振荡器采用环形振荡器结构，用于为所述中频混频器提供两路正交的中频本地振荡信号；

第二级电荷泵锁相环中的压控振荡器采用电感-电容结构，用于为所述射频混频器提供射频本地振荡信号。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的准相干脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述频率产生模块，包括：

振荡器和电流模分频器；

所述振荡器采用电感-电容结构，用于根据数字控制信号生成射频本地振荡信号，并分别传输至所述射频混频器和所述电流模分频器；

所述电流模分频器，用于根据所述射频本地振荡信号生成两路正交的中频本地振荡信号。

9.根据权利要求8所述的脉冲超宽带接收机，其特征在于，所述振荡器为：

数控振荡器。

10.一种信号解调方法，其特征在于，应用于如权利要求1～9中任意一项所述的准相干脉冲超宽带接收机，所述方法包括：

宽带低噪声放大器对接收到的射频信号进行放大；

射频混频器将所述宽带低噪声放大器放大的射频信号，下变频到低中频并滤除所述射频信号中的高频分量；

频率产生模块为所述射频混频器提供射频本地振荡信号，并生成两路正交的中频本地振荡信号；

中频混频器利用所述两路正交的中频本地振荡信号，对所述射频混频器输出的低中频信号进行正交分离，产生两路正交信号；

平方求和模块对所述中频混频器产生的两路正交信号分别进行平方操作，并将两个平方后的信号相加，得到解调信号。

Images