CN113078916A - 一种超宽带接收机抑制干扰电路及抑制干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带接收机抑制干扰电路，包括射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块，所述射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块设置有M个用于放置滤波器的节点，以及每个节点至少设置有一个滤波器，其中M为1≦M≦6的自然数，本发明根据外来信号的类别和干扰程度，采用直通式和反馈式干扰抑制方法，多类方式介入，不同的模块进行单一或者混合抑制技术来解决其它系统对超宽带系统的干扰问题。

Description

一种超宽带接收机抑制干扰电路及抑制干扰的方法

技术领域

本发明涉及不同无线系统中的干扰抑制，尤其涉及使用超宽带接收机来抑制其它无线系统对超宽带系统的干扰。更具体的说，本发明涉及采用对接收机每个子模块中的多个下属单元节点加入滤波器或滤波的功能，从而达到整个超宽带接收机实现抑制干扰的技术。

背景技术

超宽带缩写为UWB，这个通用术语适用于广泛的无线系统。从2019年开始，由于苹果和汽车连接联盟(CCC)等一些知名公司和机构发布了包含iPhone11系列在内的包含超宽带(UWB)技术的新产品，脉冲无线电超宽带重新受到了科技界和媒体界的广泛关注。超宽带可回溯到包含1901年著名的跨大西洋脉冲信号传输的电报系统中。之后该技术在雷达中得到一些应用，主要用于军事目的。在2002年，美国通信委员会通过了将3.1-10.6GHz频段划归为商用和22-29GHz的频段划归为车载雷达系统的规定，自此，UWB技术突破了过去几十年内仅在雷达和军事通信上的应用局限，之后几年内，UWB技术由于具有简单的收发结构、低功耗和高传输率等特点，成为短距离高速无线系统实现的一种有力竞争方案。UWB技术进入高速发展期，各种相关应用得到了广泛研究。然而，短距离高速传输这样的应用方向并没有在市场上获得广泛认可。一方面，短距离传输使用UWB相对于USB等其它方案来说无论成熟度和成本都没有优势，另一方面应用在类似距离场景的无线协议也行保证较快的传输速度，这样从另一方面降低了UWB的竞争优势。同样，在可穿戴设备场景应用上UWB相对与蓝牙功耗优势并不显著，UWB的高带宽和高能效比特性更难以体现。在UWB沉寂一段时间后，2019年8月推动UWB产业和技术的FIRA联盟建立，并且在2020年10月提出和UWB系统相关的白皮书。今年，IEEE更新了UWB的相关标准(802.15.4z),从而为UWB进一步进入主流应用铺平了道路。当前，UWB的发展得到了市场和标准制定组织的多重助力，UWB实现了进入多个大众无线智能设备，如苹果，小米，三星产品等等。

与此同时，随着移动通信，物联网的快速发展，频段的使用也越来越密集。多个不同频段的无线系统往往会集成在一个手持设备上，这对移动设备和无线系统的多功能化提出了更高的要求。由于超宽带系统占用的带宽极宽，所以它不得不与现有的窄带系统共享频谱。各种其它频段无线系统的发展和应用使得已有的频带资源变得越来越紧张，日益增长的功能需求与有限的频谱资源的矛盾日趋明显，例如，不同运营商中的第四代(4G)和第五代(5G)移动通信标准，蓝牙，WiFi频段等，这些系统的工作频段与超宽带通信系统存在重叠问题。这些频段有可能成为潜在的干扰源，导致UWB系统不能够有效的实时工作。虽然在某些频段采用正交频分复用(OFDM)和多输入多输出技术(MIMO)来提高频率利用率，但是这些并不能根本上解决有限的频谱资源的问题。为了减少UWB系统与其它这些系统的相互干扰，同时保证各个通信系统的正常工作，下一代的UWB系统需要采取相关的抗干扰技术。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明主要提供一种超宽带接收机抑制干扰电路及抑制干扰的方法，本发明首次将电路分割成多个部分，每个部分相关节点加入一个或者多个滤波单元，每个滤波器伴随开关功能由微处理器来控制。根据外来信号的类别和干扰程度，采用直通式和反馈式干扰抑制方法，多类方式介入，不同的模块进行单一或者混合抑制技术来解决其它系统对超宽带系统的干扰问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超宽带接收机抑制干扰电路，包括射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块，所述射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块设置有M个用于放置滤波器的节点，所述节点用于放置滤波器，其中M为1≦M≦6的自然数。

优选的，所述射频模块设置有两个用于放置滤波器的节点，分别位于馈线和辐射单元一侧和印刷电路板上天线后端。

优选的，所述IC模拟信号处理模块包括放大器、混频器和模数转换器，设置的两个节点分别位于放大器前端、放大器与混频器之间；

优选的，所述数字信号处理模块包括数字算法模块，所述数字算法模块前端、后端均设置有一用于放置滤波器的节点。

本发明还提供了一种超宽带接收机抑制干扰的方法，射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块设置有6个用于放置滤波器的节点，所述射频模块包括馈线、辐射单元和印刷电路板，所述IC模拟信号处理模块包括放大器、混频器和模数转换器，所述数字信号处理模块包括数字算法模块，其中节点位于馈线和辐射单元一侧、印刷电路板上天线后端、放大器前端、放大器与混频器之间、数字算法模块前端、数字算法模块后端；基于上述节点设置相应的滤波器。

优选的，采用单个节点加入滤波功能，则滤波器的位置可以安置在任一节点。

优选的，采用两个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选两个节点加入滤波器。

优选的，采用三个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选三个节点加入滤波器。

优选的，采用四个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选四个位置加入滤波器。

优选的，采用五个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选五个位置加入滤波器；或采用六个节点全部加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，每个节点都加入滤波器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的首先系统上从电路分割成多个部分，每个部分相关节点加入一个或者多个滤波单元，每个滤波器伴随开关功能由微处理器来控制。根据外来信号的类别和干扰程度，采用直通式和反馈式干扰抑制方法，多类方式介入，不同的模块进行单一或者混合抑制技术来解决其它系统对超宽带系统的干扰问题。

2、本发明应对不同干扰信号的数目、种类和干扰强度，采用了直通式和反馈式两类具有干扰抑制功能的超宽带接收机。每一类接收机又根据不同结构，提供了多种干扰抑制方案。

附图说明

图1展示了与UWB共存的一些通信频段，这些频段包含窄带和宽带，其中的一些频段是对UWB频段造成干扰的一些具体实例。波段1不会对接收机造成干扰；波段2会对接收机下频段造成干扰；波段3和波段4会对接收机频带间造成干扰；波段会对接收机高频段造成干扰，波段不会对接收机造成干扰；

图2展示了一个普通的超宽带接收机电路；

图3为本发明中抗干扰超宽带接收机示意图；

图4为本发明中超宽带接收机为了消除干扰所做的应对措施，采用的是直通式抑制干扰方法；

图5为本发明中当接收机收到其它频段服务干扰时，整个系统对外来干扰做出的反馈式的应对处理；

图6为本发明中当干扰抑制不达标，对接收机启动备选抑制方案的具体实施步骤；

图7为本发明中当采用第一类备选干扰抑制方案后干扰抑制不达标，对接收机启动第二类备选抑制方案的具体实施步骤；

图8为本发明中当采用第二类备选干扰抑制方案后干扰抑制不达标，对接收机启动第三类备选抑制方案的具体实施步骤；

图9为本发明中当采用第三类备选干扰抑制方案后干扰抑制不达标，对接收机启动第四类备选抑制方案的具体实施步骤。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2现有技术中展示了一个普通的超宽带接收机电路。该接收机所涉及的分系统包含射频前端部分、IC模拟信号处理部分、数字信号处理模块部分。普通超宽带接收机包含超宽带天线，放大器，混频器，有源滤波器，模数转换器和数字算法。该接收机的有源滤波器用于增强接收的有用信号，有源滤波器可以是滤波器和有源放大器的集成，也可以是单独的滤波器和单独的有源放大器。该接收机的天线用于超宽带信号的发射和接收。但同时，当出现干扰信号时，天线也不可避免的接收到外界的干扰信号，并且该干扰信号无法被数字算法分离；

参照图3所示，本发明的设计思想是首先系统上从电路分割成多个部分，每个部分相关节点加入一个或者多个滤波单元，每个滤波器伴随开关功能由微处理器来控制。根据外来信号的类别和干扰程度，采用直通式和反馈式干扰抑制方法，多类方式介入，不同的模块进行单一或者混合抑制技术来解决其它系统对超宽带系统的干扰问题。

在图3中，所涉及的接收机电路包含，射频模块(Antenna)、IC模拟信号处理模块(IC Analog)、数字信号处理模块(Digital)。

其中，射频模块前端部分包含天线和滤波器。在接收机系统中天线为一般超宽带天线或者具有可插入滤波功能的超宽带天线。IC模拟信号处理模块包含滤波器，放大器，混频器和模数转换器。集成电路内部IC数字信号处理部分包含数字算法和数字滤波器。以及滤波器类型包含高通滤波器，低通滤波器，带阻滤波器和带通滤波器。滤波器单元可以加入到不同的电路节点处，具体如下：

在本发明的图3中，共有六个节点可以加入滤波器。节点的位置分别为：

天线内部，节点可放置在馈线和辐射单元，在图3中Filter 1位置；印刷电路板(PCB)上天线后端，在图3中Filter 2位置；IC内部放大器(AP)前端，在图3中Filter 3位置；IC内部放大器后端与混频器(Mixer)前端，在图3中Filter 4位置；IC内部模数转换器(ADC)后端与数字算法(Digital Algorithm)前端，在图3中Filter 5位置；数字算法后端，在图3中Filter 6位置。

在本发明中包括直通式抑制干扰方法，如下所示：

图4展示了直通式抑制干扰方法，该方法在接收机中每个模块多个节点分类进行了干扰抑制。当外部干扰进入时，接收机启动干扰抑制，微处理器给出了六种方案来应对不同的场景。这些方案以滤波器节点递增的方式加入电路。

图4中方案一：对接收机中单个节点加入滤波功能。滤波器的位置可以安置在任一节点。在任一节点处滤波器的数目可以是一个或多个。在目前的电路结构下，共有六个节点可以加入滤波器。所以根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来进行抑制干扰。

图4中方案二：对接收机共两个节点加入滤波功能。在电路中的六个节点中，任选两个节点加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式进行抑制干扰。

图4中方案三：对接收机共三个节点加入滤波功能。在电路中的六个节点中，任选三个节点加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。

图4中方案四：对接收机共四个节点加入滤波功能。在电路中的六个节点中，任选四个位置加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。

图4中方案五：对接收机共五个节点加入滤波功能。在电路中的六个节点中，任选五个位置加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。

图4中方案六：对接收机六个节点全部加入滤波功能。在电路中的六个节点中，每个节点都加入滤波器。该方案有

种方式来抑制干扰。

综上，在此直通式抑制干扰方法中，一共采取了六种方案来抑制干扰。这六种方案通过放置滤波器在不同节点，一共有

种方式来实现直通式干扰抑制方案。在每个节点处，滤波器的数目可以是一个或者多个来灵活应对对外来信号干扰抑制强度要求较高和同时有多个频段会对接收机产生干扰的场景。

在本发明优选实施例中，包括反馈式干扰抑制方法，具体如下所示：

实施例1

参照图5所示，射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块设置有6个用于放置滤波器的节点，其中节点位于馈线和辐射单元一侧、印刷电路板上天线后端、放大器前端、放大器后端与混频器前端、混频器后端与模数转换器前端、数字算法模块前端、数字算法模块后端；上述节点用于放置滤波器，当接收机收到其它频段服务干扰时，整个系统对外来干扰做出的反馈式的应对处理。

当外部干扰进入时，微控制模块收到干扰信号给出指令，根据来自微控制模块的指令，接收机确定是否启动干扰抑制。如果微控制模块指示不执行，接收机不启动干扰抑制，对外部信号进入接收机的处理结束。如果微控制模块指示执行，对接收机启动干扰抑制。当指令过程启动时，接收机执行干扰抑制方案一，即在多个节点中的单个节点加入滤波器来应对外界信号干扰。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。在执行方案一干扰抑制后，微控制单元判断接收机是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，对外部信号进入接收机的处理结束。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对接收机的干扰抑制进行重新处理，启动第一类备选干扰抑制方案。

实施例2

在实施例1中当干扰抑制不达标时启动，对接收机启动备选抑制方案的具体实施步骤，参照图6所示，当干扰方案一实施例1达不到干扰抑制要求，接收机启动干扰抑制的第一类备选干扰抑制方案，具体如下：

根据输入端微控制模块的指令，在第一类备选干扰抑制方案中，接收机执行干扰抑制方案二。干扰抑制方案二会在电路中的六个节点中，任选两个位置加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。在执行第一类备选干扰抑制方案后，微控制单元判断接收机是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，对外部信号进入接收机的处理结束。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对接收机的干扰抑制进行重新处理，启动第二类备选干扰抑制方案。

实施例3

在实施例2中当干扰抑制不达标时启动第二类备选干扰抑制方案，参照图7所示，根据输入端微控制模块的指令，在第二类备选干扰抑制方案中，接收机首先执行干扰抑制方案三。干扰抑制方案三会在电路中的六个节点中，任选三个位置加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。在执行第二类备选干扰抑制方案后，微控制单元判断接收机是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，对外部信号进入接收机的处理结束。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对接收机的干扰抑制进行重新处理，启动第三类备选干扰抑制方案。

实施例4

在实施例3中当干扰抑制不达标时启动第三类备选干扰抑制方案，参照图8所示，根据输入端微控制模块的指令，在第三类备选干扰抑制方案中，接收机首先执行干扰抑制方案四。干扰抑制方案四会在电路中的六个节点中，任选四个位置加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。在执行第三类备选干扰抑制方案后，微控制单元判断接收机是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，对外部信号进入接收机的处理结束。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对接收机的干扰抑制进行重新处理，启动第四类备选干扰抑制方案。

实施例5

在实施例4中当干扰抑制不达标时启动第四类备选干扰抑制方案，参照图9所示，根据输入端微控制模块的指令，在第四类备选干扰抑制方案中，接收机首先执行干扰抑制方案五。干扰抑制方案五会在电路中的六个节点中，任选五个位置加入滤波器。根据加入滤波器的不同位置，该方案有

种方式来抑制干扰。在执行第四类备选干扰抑制方案后，微控制单元判断接收机是否达到干扰抑制的标准。如果达到干扰抑制的标准，对外部信号进入接收机的处理结束。如果未达到干扰抑制的标准，就需要应对干扰信号对接收机的干扰抑制进行重新处理，启动干扰抑制方案六。干扰抑制方案六会在电路中的六个节点中，每个位置都加入滤波器。该方案有

种方式来抑制干扰。

采用干扰抑制方案六的前提是：采用干扰抑制方案一，在任意单个节点加入滤波器；干扰抑制方案二，在任意两个节点加入滤波器；干扰抑制方案三，在任意三个节点加入滤波器；干扰抑制方案四，在任意四个节点加入滤波器；干扰抑制方案五，在任意五个节点加入滤波器都达不到干扰抑制标准。该方案尽可能在每个节点加入滤波器，达到最终干扰抑制的要求。在采用反馈式六种干扰抑制方案后，完成对超宽带接收机的干扰抑制，对外部信号进入接收机的处理结束。

本发明的方法，从电路分割成多个部分，每个部分相关节点加入一个或者多个滤波单元，每个滤波器伴随开关功能由微处理器来控制。根据外来信号的类别和干扰程度，采用直通式和反馈式干扰抑制方法，多类方式介入，不同的模块进行单一或者混合抑制技术来解决其它系统对超宽带系统的干扰问题，至到完成对超宽带接收机的干扰抑制，对外部信号进入接收机的处理结束。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种超宽带接收机抑制干扰电路，其特征在于：包括射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块，所述射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块设置有M个用于放置滤波器的节点，所述节点用于放置滤波器，其中M为1≦M≦6的自然数。

2.根据权利要求1所述的一种超宽带接收机抑制干扰电路，其特征在于，所述射频模块设置有两个用于放置滤波器的节点，分别位于馈线和辐射单元一侧和印刷电路板上天线后端。

3.根据权利要求1所述的一种超宽带接收机抑制干扰电路，其特征在于，所述IC模拟信号处理模块包括放大器、混频器和模数转换器，设置的两个节点分别位于放大器前端、放大器与混频器之间。

4.根据权利要求1所述的一种超宽带接收机抑制干扰电路，其特征在于，所述数字信号处理模块包括数字算法模块，所述数字算法模块前端、后端均设置有一用于放置滤波器的节点。

5.一种超宽带接收机抑制干扰的方法，其特征在于，射频模块、IC模拟信号处理模块、数字信号处理模块设置有6个用于放置滤波器的节点，所述射频模块包括馈线、辐射单元和印刷电路板，所述IC模拟信号处理模块包括放大器、混频器和模数转换器，所述数字信号处理模块包括数字算法模块，其中节点位于馈线和辐射单元一侧、印刷电路板上天线后端、放大器前端、放大器与混频器之间、数字算法模块前端、数字算法模块后端；基于上述节点设置相应的滤波器。

6.根据权利要求5所述的一种超宽带接收机抑制干扰的方法，其特征在于，采用单个节点加入滤波功能，则滤波器的位置可以安置在任一节点。

7.根据权利要求5所述的一种超宽带接收机抑制干扰的方法，其特征在于，采用两个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选两个节点加入滤波器。

8.根据权利要求5所述的一种超宽带接收机抑制干扰的方法，其特征在于，采用三个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选三个节点加入滤波器。

9.根据权利要求5所述的一种超宽带接收机抑制干扰的方法，其特征在于，采用四个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选四个位置加入滤波器。

10.根据权利要求5所述的一种超宽带接收机抑制干扰的方法，其特征在于，采用五个节点加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，任选五个位置加入滤波器；或采用六个节点全部加入滤波功能，则在电路中的六个节点中，每个节点都加入滤波器。

Images