CN1365198A - 一种高频信号接收和发送的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频信号接收和发送的处理方法,属通信领域。在待收(发)信号变频－滤波－变频的过程中,电路中的本振源的频率及滤波器的中心频率随时间作相关的变动。接收时,干扰信号,尤其是镜像干扰信号获得有效抑制。发送时,则能减少杂散成份和本振信号泄漏对本机接收电路和信道的影响。本发明的方法可使发收电路体积减少,易于集成,设置灵活和成本降低。

Description

一种高频信号接收和发送的处理方法

本发明涉及一种高频信号接收和发送的处理方法，属通信领域。

在通信领域，人们常需利用高频来收发信号。现有技术中，在接收端，高频载频信号被收到后，需经滤波处理，使干扰信号，特别是镜像干扰信号衰减，再作下变频。在发送端，在信号发送出去之前，也需经滤波以减少对本机接收电路及信道的干扰。无论在收或发的过程，因为对滤波的性能要求高，完成滤波的器件如双工器，滤波器等常不能用一般感容器件，特别是可集成在半导体片上的感容器件实现，而需使用介质谐振腔或声表面波器件等，使得电路体积大，成本高，装配难度大，而且构成了将电路系统集成到单片上的一个重大障碍。采用零中频技术的接收电路没有镜像干扰的问题，且电路结构简单，但是因为其灵敏度，噪声等性能较差，至今仍只可用于有限的某些性能要求较低的电路。

本发明的任务，在于改革现有技术，提出一种新的高频信号接收和发送的处理方法，使得收发电路对上述滤波过程的要求降低，却仍能有效地抑制杂散信号的干扰，在接收时则尤其是镜像信号的干扰。这将使得滤波电路更易于用一般的感容元件，包括可集成在半导体片上的感容元件来实现。较之使用介质谐振腔或声表面波双工器和滤波器等，这将使得电路的成本下降，体积减小，装配变易，且可大大增加将电路集成在半导体片上的可行性。此外，利用本发明的方法的电路的频率可由程序予以设置和改变，使得电路的应用范围和灵活性增加。本发明的方法，可用于各种各样的高频收发电路，其效益是相当可观的。

下面说明本发明的方法和相应的电路结构：

1.接收器部份

参见图1，待接收的高频信号从A点输入到前端1。前端1中可包含一或多个滤波器件2，以及(或者)低噪声放大器3。前端1的作用，是选出有用信号，予以放大，并抑制干扰信号，特别是镜像干扰信号。信号经前端1处理后从B点输入到第一级变频器4，和从C点输入的第一级本振源5的本振信号混频，所得的第一中频信号在D点输出。和现有技术不同，在本发明中，我们令本振源5的频率(记为f5)随时间而变化。由此而产生如下的两个结果：

(1)设某一f5值使某一干扰信号成为镜像信号，除对应于该f5值外，在f5变化过程中取其它值时，该镜像信号被变频到D点的中频上时，并不与待接收的有用信号重叠，因而可在中频上将之滤去；

(2)在D点的中频信号中，有用信号及镜像信号都已被扩频，其频率都在随本振源5的频率的变化而变化。

D点上的信号通过滤波器6后，有用信号在E点被选出，而镜像信号则由于上述的扩频过程和滤波器的滤波作用而被抑制。本发明中，可令有适当带宽的滤波器6的中心频率随在D点的有用信号的频率而变动，使得对已扩频的镜像干扰信号的抑制效果更好。其后，信号由E点输入到第二级变频器7，与在F点输入的第二本振源8所产生的本振信号混频，所产生的第二中频信号在G点输出。在本发明中，我们可令本振源8的输出的频率随E点中有用信号的频率而同步变化，使得有用信号在变频器7中被变频的同时，还被解扩，而在G点上恢复为频率固定的有用信号(当然，如果需要，也可通过设定本振源8的变化情况而在G点获得频率为非固定的有用信号)。此外，因E点上一般而言镜像干扰的频率与有用信号的频率并不同方向变化，所以与本振源8的频率也就不同步变化。其结果，镜像干扰信号被进一步扩频而在G点输出。滤波器9的作用，是将在G点的有用信号选出，再经H点送到解调器10去解调，同时进一步抑制G点上的镜像信号。值得特别指出的是，本发明中，本振源4和本振源8的频率相互相关的变动，在接收机内形成了一个对有用信号的扩频-解扩的过程。而对镜像信号，则有两种情形：其一是当本振源5的频率在有用信号与镜像信号的在B点的频率之间变动时，镜像信号经历一个扩频-再扩频的过程；其二是当本振源5的频率变化超出上述范围时，则镜像信号在由变频器4作第一次变频时被扩频，且在D点的第一中频上其频率与有用信号频率之间的距离，与在B点的射频上时两者之间的距离相同，从而能被中频滤波器6非常有效地滤去。由上可见，在两种情形下，镜像干扰信号都能得到有效的抑制。本振源5和8上述的随时间而变的过程，在原理上与所接收的信号是否为扩频信号无关。它可用于所接收的有用信号为扩频信号时，也可用于其为非扩频信号时。

当A点所输入的有用信号本身为跳频信号时，在E点的有用信号的频率变动是有用信号原来的频率变动，与本振源5的频率变动的合成。因为在本发明中，我们可令本振源8的频率的变动跟随在E点上有用信号频率的变动，因而可使在第二级变频器7的输出点G的有用信号的频率(第二中频的频率)是固定的。换言之，变频器8将同时完成对原接收信号的跳频，以及第一级变频器4中由于本振源5的频率变动所产生的扩频解扩的过程。

基于上面所述的利用本发明方法的接收器的工作原理，为进一步改善性能，本振源也可同时输出不止一个频率成分，这些成分的频率之间的距离也可随时间而变。此时，后面的滤波器及变频器等，需要分别对相应于各频率成分的信号进行处理，然后在后续电路中按是否误码进行择多的判决。若采用这一办法，可进一步降低对双工器，滤波器等器件的滤波性能的要求，使得电路更易于被集成，此外，还可改善电路的接收性能。但其代价是电路的复杂性增加。

2.发送器部分

参见图2，下面说明利用本发明的方法的发送电路。待发信号由I点输入，在变频器11中和本振源12在J点的本振信号混频后在K点输出，再经滤波器13选出后，从L点输入变频器14，与本振源15在M点的本振信号混频后在N点输出。滤波器16将杂散信号除去，同时将变频后的待发信号选出送至O点，供发送出去。本发明中，我们令本振源12在J点的输出的频率随时间变动，此外我们还可令滤波器的中心频率随在K点的待发信号的频率同步变动。

最后，我们还令本振源15在M点的输出的频率随时间变动。依据系统的需要，如令这一变动与K点上的有用待发信号的频率变动同步，则可在O点输出频率固定的待发信号。若令其不同步，则可使O点的输出为频率变动的信号，例如跳频信号。

由上述的说明可见，本发明的方法的实施，需用到混频器，滤波器，可变频的振荡器等功能电路。这些电路可以用模拟电路实现，取决于系统的工作频率，也可部分或全部用数字电路实现。随着数字电路和器件技术的进步，其可应用的频率范围将会越来越宽，本发明的方法将会采用越来越多的数字化的方式实现。

本发明与现有技术相比具有如下的优点：

1.关于接收器的优点

(1)对接收的有用信号作扩频—滤波选取—解扩—滤波选取的处理，而对镜像信号则作扩频—滤波抑制—扩频或扩频—滤波抑制的处理，镜像信号在此过程中受到有效抑制。

(2)由于本振源5的频率及本振源8的频率的变化，一般而言，镜像信号在第一及第二中频上与有用信号并不重叠，因而可在中频上将之滤去。这较之在射频上作滤波效果要好而成本要低，且易于集成在半导体片上。

(3)由于上述(1)、(2)两点，本发明的接收器对射频部分的滤波性能要求较低。换言之，即使在射频上的滤波器的性能相对较差，接收器仍然能较好地工作。这使得(a)较易以一般感容元件，而非较贵及体积较大的陶瓷或声表面波滤波器件实现滤波功能；(b)接收器的射频电路能在较宽的频带上工作。

(4)由于上述(3)点中的(b)点，接收器的工作频段，较易于通过用软件控制两个本振源的频率予以设置和改变。

(5)由于上述(3)点中的(a)点，即接收器无须使用介质谐振腔及声表面波器件，而可用感容元件完成滤波器功能，将接收器集成到半导体片上的可行性大为提高。

(6)由于对前置射频滤波器件的滤波性能要求减低，其插入损耗可做得较小，从而降低接收器的噪声系数，增加接收系统的灵敏度。2.关于发送器的优点

(7)参见图2，第一级变频器11所产生的在K点上的各阶混频杂波均因本振源12的频率随时间变动而被扩频，能有效地被滤波器抑制而不进入下级。

(8)由于第二本振源15的频率随时间变动，经混频器14泄漏到输出点O的第二本振源信号的谱密度减弱，对本机接收电路及信道的干扰减少。

(9)根据系统的需要，只需用软件改变本振源12和15的频率随时间变化的方式，在O点既可以输出载频固定的信号，也可以输出跳频信号。

(10)由于各种杂散信号强度因扩频过程而减弱，对滤波器16的性能要求降低，因而易于以感容元件，而非介质谐振腔或声表面波器件等予以实现，有利于将发射器集成到半导体片上。

(11)由于各混频器杂散信号及本振源泄漏均被扩频而谱密度降低，滤波器16可以做得带宽较宽，仍能满足系统滤波要求。因此，通过用软件设置本振源12及本振源15的频率的中心数值及变化范围，便可使发送器工作在不同的频段上。

(12)由于与(11)点相同的原因，对射频滤波器16以及随后的滤波器件(如有的话)的性能要求降低，其插入损耗可以做得较小，从而可有效地减低对功放的增益要求以及电源的消耗。

总而言之，本发明的方法的实施，将可使得发送器和接收器电路成本下降，体积减小，装配变易，易于集成，且其工作状况可以由软件加以改变和设置。此外，本发明的方法的适用范围十分广泛，予以实施的经济效益，将是相当可观的。

本说明书附图中的图1为利用本发明方法的接收器电路框图，图2为发送器电路框图，而图3和图4则分别是图1和图2的实施例电路。

下面给出本发明的一个实施例，其中之接收器部分见图3，发送器部分见图4。

图3给出的是利用本发明方法的接收器的核心部分，即相应于图1的从B点到H点之间的电路实施例。由图3可见，接收器各功能模块，即变频器4，第一本振源5，第一中频滤波器6，第二变频器7，第二本振源8，第二中频滤波器9之间的连接关系，与图1及前面的相关说明相同。各模块的具体电路实施，则说明如下：第一及第二级变频器4和7分别由一个混频器组成，第一及第二本振源5和8则分别由一个压控振荡器组成，当电压V5和V8变化时，它们的输出频率会相应地改变。第一中频滤波器6为一带通滤波器，其输入端为D点，接电容6a的一端，电容6a的另一端接变容二级管6b的负极、电感6c的一端及电容6d的一端。变容二极管6b的正极和电感6c的另一端接地，电容6d的另一端为滤波器的输出端，即E点。变容二极管6b的负极接控制电压V6，当V6变化时，滤波器6的中心频率将随之改变。此外，第二中频滤波器9由并联的电容9a及电感9b组成。并联电路的一端接地，另一端接滤波器9的输入及输出端，即G及H点。

被接收的射频信号由B点输入到混频器4，与压控振荡器5的输出混频后，在D点输出第一中频信号。压控振荡器5的控制电压V5随时间而改变，使得其输出频率，以至在D点的第一中频的频率均随时间而变。第一中频滤波器6的控制电压V6与V5作相关的变动，以改变变容二极管6a的电容值，使得滤波器6的中心频率随在D点上的第一中频的频率而变动，从而有效地抑制各种干扰信号，并将第一中频信号选出送到混频器7。该信号在混频器7中与另一压控振荡器8的本振信号混频，产生频率为第二中频的信号在G点输出。压控振荡器8的控制电压V8亦随时间变化，以使得G点上的第二中频的频率为一常值。第二中频信号经由滤波器9滤波而在H点输出，供后面电路作进一步处理。

图4给出的是利用本发明方法的发送器，即相应于图2的电路实施例。由图4可见，发送器各功能模块，即变频器11，第一本振源12，第一中频滤波器13，第二变频器14，第二本振源15，射频滤波器16之间的连接关系，与图2及前面的相关说明相同。各模块的具体电路实施，则说明如下：第一及第二级变频器11和14分别由一个混频器组成，第一及第二本振源12和15则分别由一个压控振荡器组成，当电压V12和V15变化时，它们的输出频率会相应地改变。第一中频滤波器13为一带通滤波器，其输入端为K点，接电容13a的一端，电容13a的另一端接变容二级管13b的负极、电感13c的一端及电容13d的一端。变容二极管13b的正极和电感13c的另一端接地，电容13d的另一端为滤波器的输出端，即L点。变容二极管13b的负极接控制电压V13，当V13变化时，滤波器13的中心频率将随之改变。此外，射频滤波器16由并联的电容16a及电感16b组成。并联电路的一端接地，另一端接滤波器16的输入及输出端，即N及O点。

待发送的信号由I点输入到混频器11，与压控振荡器12的输出混频后，在K点输出第一中频信号。压控振荡器12的控制电压V12随时间而改变，使得其输出频率，以至在K点的第一中频的频率均随时间而变。第一中频滤波器13的控制电压V13与V12作相关的变动，以改变变容二极管13a的电容值，使得滤波器13的中心频率随在K点上的第一中频的频率而变动，从而有效地抑制各种干扰信号，并将第一中频信号选出送到混频器14。该信号在混频器14中与另一压控振荡器15的本振信号混频，产生的射频信号在M点输出。压控振荡器15的控制电压V15亦随时间变化，以使得M点上输出的射频信号按系统的需要而成为频率固定的信号，或者为跳频信号。射频信号经由滤波器16滤波而在O点输出，供后面电路作进一步处理。

Claims (5)

1.一种高频信号接收和发送的处理方法，其特征在于在接收时，本振源5所产生的本振信号的频率随时间变化，并在变频器4中与待接收的有用信号混频。所产生的有用中频信号经滤波器6选出后，送到变频器7，与由本振源8所产生的，其频率与本振源5的频率作相关变化的本振信号混频，所产生的信号经滤波器9选出后供后面的电路作解调之用。在发送时，待发信号在变频器11中，与由本振源12的频率随时间变化的本振信号混频，所产生的中频信号由滤波器13选出后，送至混频器14，与由本振源15的本振信号混频。本振源15的频率随时间与本振源12的频率作相关的变化。混频器14所产生的高频信号由滤波器16选出，再送到后面供进一步处理或直接发送。

2.按权利要求1所述的滤波器6和滤波器13，其特征在于其中心频率可分别随它们所处理的信号频率变化。

3.按权利要求1所述的本振源15产生的信号，其特征在于其随时间变化的频率可按通信系统的要求，使得混频器14所输出的高频信号的频率不随时间而变化，或随时间而变化(例如跳频)。

4.按权利要求1所述的高频信号接收和发送的处理方法，其特征在于该方法既可用模拟的方法实现，也可以部分或全部地用数字的方法实现。

5.按权利要求1所述的接收电路中的本振源5和本振源8，其特征在于它们中的每一个本振源的输出可同时含有多个频谱成分，这些成分的频率之间的距离也可随时间而变。

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