CN1835488A - 一种基带解调预处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基带解调预处理系统。该基带信号解调预处理系统包括放大器、混频器和限幅电路；所述放大器将接收到的射频模拟信号进行前置放大；所述混频器将经放大器前置放大的射频模拟信号与本振信号通过非线性变换得到中频模拟信号；所述限幅电路与放大器和混频器串接，对高于有用信号电平的干扰信号电平进行幅度限制。本发明所述的基带解调预处理系统可以为模拟解调系统或数字解调系统提供抗干扰预处理，或结合数字滤波技术提供抗干扰预处理，由于使用了限幅电路，因而提高了系统的动态范围，同时，本发明成本低，易实现。

Description

一种基带解调预处理系统
技术领域
本发明涉及通信系统中基带信号处理系统，尤其是一种基带中频信号的解调预处理系统。
背景技术
所谓基带中频信号解调预处理包括：将射频信号转换为中频信号提供给解调单元，以及在进行解调前抗干扰处理两方面的内容。在预处理系统中，如何提高抗干扰性能，进而提高发送到解调单元的信号质量是预处理系统中的关键。
在通信领域，干扰是影响基站正常运行的重要因素。产生干扰的其中一个因素是：由于频率资源有限，不同通信系统所使用的频率相互接近，进而产生干扰，如：小灵通系统(PHS)的前向信道与宽带码分多址系统(WCDMA)和CDMA(1900MHz频段)的反向信道之间由于频率接近而产生干扰；CDMA(800MHz频段)的前向信道与GSM的反向信道之间由于频率接近而产生相互干扰，以及其他类似情况。
为解决上述系统间相互干扰的问题，通常采用的方法包括频率规划和在系统的发射输出端加滤波器滤除干扰。
频率规划是指在空间和时间上合理的分配某一系统占用的频率资源，使该系统所使用的频率与其他通信系统的频率之间尽量少的产生相互的干扰。该方法在某些情况下无法降低系统间的干扰，例如：CDMA450使用450MHz的频段，在该频段范围内还同时存在集群通信系统、广播电台等干扰源。其中，集群通信系统使用的频段为450MHz；广播电台使用的频率集中在90MHz范围，由于发射功率较大，因而广播信号的5次谐波(频率范围为450MHz)将对CDMA450系统产生明显的干扰。
现有技术的另一种方法是在基带信号解调预处理系统中加装滤波器，但采用一般模拟滤波器仍然不能解决上述问题，原因在于：干扰源频率与通信系统频率相同，为带内干扰时，一般的模拟带通滤波器无法将同频带内的噪声滤除。基于上述原因，目前较通用的方法是：系统获得数字中频信号，并采用自适应滤波技术(数字滤波器)滤除带内干扰，其原理如图1所示。
由图1可知，输入信号(为模拟信号)经低噪声放大器11放大，并输入到混频器12进行混频得到中频信号，模/数转换器13用于将经混频的中频模拟信号转换为数字信号，并送入自适应滤波器14滤除噪声，经过除噪的信号可以继续进行后续处理，如送入解调器进行解调等。本方法的缺陷在于：自适应滤波器为数字滤波器，其本质是通过一定的软件算法实现数字域的滤波，因此，自适应滤波器无法应用于模拟系统中频噪声的滤除；另外，电子元器件需要工作于一定的电平范围(即具有一定动态范围)，当干扰信号电平较强时，在数字滤波系统中，由于模/数转换器(A/D)动态限制，无法将模拟干扰信号不失真的转换为数字信号，进而通过自适应滤波器将其滤除；自适应滤波器的滤波原理是动态寻找干扰频率，并将该干扰频率的信号滤除。因此自适应滤波器也会将该频率上的有用信号滤除。如图1所示，输入信号夹带着干扰信号，经自适应滤波器输出后，虽然干扰信号被滤除，但有用信号也在该干扰频率范围内出现了频谱上的损失。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种基带信号解调预处理系统。该系统可以在模拟域或数字域内进行抗干扰处理。而且，该系统本身在进行抗干扰处理时，不会使有用信号产生频谱上的损失。当该系统结合自适应滤波技术进行抗干扰时，能够满足系统动态范围的要求。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明所述的基带信号解调预处理系统包括放大器、混频器和限幅电路；所述放大器将接收到的射频模拟信号进行前置放大；所述混频器将经放大器前置放大的射频模拟信号与本振信号通过非线性变换得到中频模拟信号；所述限幅电路与放大器和混频器串接，对高于有用信号电平的干扰信号电平进行幅度限制。
在上述的基带信号解调预处理系统中，还包括模/数转换器A/D和自适应滤波单元，所述模/数转换器用于将中频模拟信号转换为中频数字信号；所述自适应滤波器接收模/数转换器输出的中频数字信号，进行数字滤波处理。
上所述的基带信号解调预处理系统中，所述限幅电路可以串接于放大器之前，接收射频模拟信号，经限幅处理后将所述射频模拟信号发送到放大器；或，所述限幅电路串接于放大器与混频器之间，接收经放大器前置放大的射频模拟信号，限幅处理后将所述射频模拟信号发送到混频器；或，所述限幅电路串接于混频器之后，接收混频器输出的中频模拟信号并进行限幅处理。
本发明的基带信号解调预处理系统中，通过防静电二极管实现所述的限幅电路，或通过PIN限幅二极管实现所述的限幅电路。
以上技术方案可以看出，本发明中使用限幅电路限制干扰电平，降低了信号中噪声的能量。因而达到了抗干扰的目的，提高了系统中信号的信噪比。并且，由于限幅电路只对带内干扰电平进行了限制，而不是将相应频率范围内的所有信号(包括有用信号)滤除。因而没有产生有用信号在频谱上的缺失；同时，由于限幅电路工作在模拟域而不是数字域，其在系统模拟信号的中频阶段就实现了抗干扰处理，因而本发明可应用于模拟系统的基带信号解调预处理。同样，限幅电路抗干扰处理后的模拟信号，经模数转换后也可提供给数字系统。综上所述，本发明所述的系统可以为模拟解调系统或数字解调系统提供抗干扰预处理。
另一方面，若在本发明所述的系统中加入自适应滤波技术(即在系统限幅处理后，将信号变换为数字信号，继而通过自适应滤波器进行滤波处理)，则可进一步提高所述预处理系统的抗干扰性能；并且，由于对强干扰信号首先进行了限幅处理(模拟域中进行)，使干扰信号电平满足了模数转换器的动态范围，进而可通过模数转换器变换为数字信号，并在自适应滤波器中被滤除。实际上，由于限幅电路的存在，提高了自适应滤波的抗干扰动态。如上所述，本系统可以用于模拟系统的基带信号解调预处理。同理，由于限幅电路对电平幅度的抑制，进而使解调信号电平满足正交解调电路的动态范围，使电路不饱和，亦即提高了正交解调电路的解调动态。
本发明中采用防静电二极管或PIN限幅二极管实现预处理系统中所需的限幅器，由于该二极管实现的限幅电路成本较低，因而降低了本发明所述预处理系统的系统成本。
附图说明
图1为现有包含自适应滤波技术的预处理系统；
图2为二极管限幅特性示意图；
图3为一种限幅电路图；
图4为本发明所述的基带信号解调前预处理系统的第1实施例框图；
图5为本发明所述的基带信号解调前预处理系统的第2实施例框图；
图6为本发明所述的基带信号解调前预处理系统的第3实施例框图；
图7为本发明所述的基带信号解调前预处理系统的第4实施例框图；
图8为本发明所述的基带信号解调前预处理系统的第5实施例框图；
图9为本发明所述的基带信号解调前预处理系统的第6实施例框图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：用限幅技术来解决通信中的干扰问题，将高于有用信号的干扰进行幅度抑制，达到抗干扰的目的；同时保证解调电路不饱和，即：在数字中频电路中，保证模数转换器A/D不饱和，在模拟电路中，保证正交解调电路不饱和。
本发明所述的基带信号解调预处理系统主要包括低噪声放大器，限幅电路以及混频器。
低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)，在电路中主要是对天线接收到的射频信号进行放大，以满足预处理系统中混频器对输入信号的幅度的要求。低噪声放大器是接收机的第一级放大电路，位于天线单元之后。采用低噪声放大器可以改善接收机的总噪声系数。
限幅电路(限幅器)，如本领域技术人员所知，限幅电路的作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过一定的门限电压值后，输出电压将被限制在某一电平(称作限幅电平)，且不再随输入电压变化。本发明中的限幅电路按照限幅特性可分为上限幅电路、下限幅电路和双向限幅电路，其具体实现方式如下文所述。
在本发明中，推荐使用二极管限幅电路，限幅器中所用的二极管推荐使用防静电二极管(如BAV99等)，以及PIN限幅二极管，其限幅特性如图2所示。由于所述的二极管具有较好的开关特性，并且成本较低，因而在保证本发明有益效果的同时降低了系统成本。
如图3所示的限幅电路，在输入端没信号输入时，由于二极管31反向连接，所以输出电压为零。当信号输入时，如果输入信号电压大于电源32电压E时，则二极管导通，这样电路将输出脉冲的最大值为电源电压E与二极管正向导通压降(如0.6V)，即E+0.6是此限幅器的门限电压。所述限幅电路为一上限幅电路，若将二极管反向连接，则构成下限幅电路。同理，将二极管与输入、输出端串连，也可实现限幅电路，利用二极管正向导通反向截止的特性，同样可实现上限幅电路或下限幅电路。将上限幅电路与下限幅电路组合在一起，即可组成双向限幅电路。
除上述的二极管限幅电路外，利用三极管的截止和饱和特性也可构成限幅电路，这类电路还兼有放大的作用，若需要满足较高的技术要求，则还可以用集成运放构成限幅电路。根据三极管的放大兼限幅功能，可以将本发明中所称的LNA与限幅电路合并，由三极管电路同时实现低噪声放大和对高于有用信号电平的干扰信号电平进行幅度限制的作用。
混频器(或混频电路)(MIXER)，将射频信号与本振信号进行非线性的频率组合，获取其差频或和频(所述差频或和频是固定不变的)，以获得中频信号，这种变化也被称为频谱搬移。经过混频，系统可以得到所需的中频信号，但混频也会产生其他频率的分量，这些频率分量对于系统是有害的，因而，可以在混频器之后的电路中采用带通滤波器的方法将这些频率分量滤除。在实际应用中，混频器的实现方法较多，如：双平衡式的环形开关混频器和6FET环形混频器等。
在本发明中，所述基带信号解调预处理系统由所述低噪声放大器、混频器和限幅电路串连构成。由于该系统的输出信号为模拟信号，因而可以直接将该系统的输出信号输入模拟解调系统，由于限幅器限制了干扰信号电平，降低了干扰信号的能量，因而达到了抗干扰的目的，使本系统实现了模拟解调系统前包括抗干扰处理的预处理。同样，本系统输出的模拟信号经过模/数转换器，可输入到数字解调系统。基于上述原因，本发明同样实现了数字解调系统前包括抗干扰处理的预处理。综上所述，所述预处理系统实现了模拟解调系统和数字解调系统前的抗干扰处理；从另一个角度，在进行数字解调前，本系统可以替代现有技术中的自适应滤波系统实现抗干扰处理。
在本发明所述预处理系统中，混频器串接在低噪声放大器之后，接收经过低噪声放大器放大的高频信号。限幅器可以串接于低噪声放大器前端；低噪声放大器与混频器之间或混频器之后。限幅器所串接的位置由限幅电路的限幅电平和实际信号中的干扰电平确定；如果预处理系统后所连接的为模拟解调系统，则限幅器在系统中的具体位置还需要结合模拟正交解调器的最大线性输入电平予以确定，如果预处理系统后所连接的为数字解调系统，即本系统输出的模拟信号需要经过模/数转换器转换为数字信号，此时，限幅器在系统中的具体位置还需要结合该模\数转换器的最大线性输入电平予以确定。总体上，结合上述各因素进行综合考虑，限幅电路的限幅电平越低，限幅电路应越靠近预处理系统的输入端。
图4所示为本发明的一具体实施例，在该实施例中，混频器42串接于低噪声放大器41之后，限幅器43串接于混频器42之后，限幅抗干扰处理后的输出信号可直接发送到正交解调系统44中进行模拟解调，也可经过模/数转换后45，将获得的数字信号发送到数字解调系统46进行数字解调。如图所示，限幅器的输出信号与本预处理系统的输入信号相比，噪声信号的电平幅度被降低。图5和图6为本发明的另两个实施例，在这两个实施例中，如图5所示，限幅器串接于低噪声放大器与混频器之间；如图6所示，限幅器串接于低噪声放大器之前。
在上述预处理系统的基础上，可以加入数字滤波技术，即模/数转换器接收经过限幅抗干扰处理的模拟中频信号，经过模数转换后，将得到的数字中频信号发送到自适应滤波器中，自适应滤波器滤除干扰信号频率范围内的信号，以实现对干扰信号的滤除。经过限幅抗干扰处理和自适应滤波处理的信号最终通过系统的输出端发送到数字解调系统进行数字解调处理。
图7、图8和图9分别为在预处理系统中加入自适应滤波技术的实施例示意图。如图所示，一般的系统结构为：预处理系统首先对输入信号进行限幅抗干扰处理，获得的中频模拟信号经过模/数转换器变为数字中频信号，并发送到自适应滤波器中进行数字滤波处理。
参照上述的一般系统结构，系统中低噪声放大器串接在混频器之前；同时如图7所示，限幅器串接在混频器之后；如图8所示，限幅器串接于在低噪声放大器与混频器之间；如图9所示，限幅器串接于低噪声放大器之前。限幅器所串接的位置由限幅电路的限幅电平和实际信号中的干扰电平确定并且，由于本系统中还要将模拟中频信号转换为数字中频信号以进行数字滤波处理，因而，限幅器在系统中的具体位置还需要结合自适应滤波器前的模\数转换器的最大线性输入电平予以确定。总体上，结合上述各因素进行综合考虑，限幅电路的限幅电平越低，限幅电路应越靠近预处理系统的输入端。
本文中提供了六个本发明的具体实现方法，分别对应于图4至图9，这六种预处理系统的实现方法可以单独使用，也可以相互结合应用。
以上对本发明所提供的基带解调预处理系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1、一种基带信号解调预处理系统，该系统包括放大器、混频器，
所述放大器将接收到的射频模拟信号进行前置放大；
所述混频器将经放大器前置放大的射频模拟信号与本振信号通过非线性变换得到中频模拟信号；其特征在于：所述基带解调预处理系统中还包括与放大器和混频器串接的限幅电路，对高于有用信号电平的干扰信号电平进行幅度限制。
2、如权利要求1所述的基带信号解调预处理系统，其特征在于：所述基带解调预处理系统中还包括模/数转换器A/D和自适应滤波单元，
所述模/数转换器用于将中频模拟信号转换为中频数字信号；
所述自适应滤波器接收模/数转换器输出的中频数字信号，进行数字滤波处理。
3、如权利要求1或2所述的基带信号解调预处理系统，其特征在于：所述限幅电路串接于放大器之前，接收射频模拟信号，经限幅处理后将所述射频模拟信号发送到放大器。
4、如权利要求1或2所述的基带信号解调预处理系统，其特征在于：所述限幅电路串接于放大器与混频器之间，接收经放大器前置放大的射频模拟信号，限幅处理后将所述射频模拟信号发送到混频器。
5、如权利要求1或2所述的基带信号解调预处理系统，其特征在于：所述限幅电路串接于混频器之后，接收混频器输出的中频模拟信号并进行限幅处理。
6、如权利要求1所述的基带信号解调预处理系统，其特征在于：
所述限幅电路中包括防静电二极管。
7、如权利要求1所述的基带信号解调预处理系统，其特征在于：
所述限幅电路中包括PIN限幅二极管。
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