鐵路GSM‑R無線通信抗三階互調幹擾的系統及實現方法與流程

2023-07-23 19:15:41 1

本發明涉及三階互調IM3及鐵路GSM-R無線通信領域，特別涉及一種鐵路GSM-R無線通信抗三階互調幹擾的系統及實現方法。

背景技術：

GSM-R接收所用頻段930MHz-934MHz，原來是中國移動的頻段，934MHz以上就是中國移動的GSM頻段。因此，中國移動GSM信號產生的三階互調(IM3)恰好落在GSM-R頻段內，這樣就會對鐵路通信造成嚴重影響。

為了抑制IM3，需要在GSM-R的接收機裡面嵌入一個帶通濾波器，以濾除GSM-R之外的其他頻段的信號，防止這些幹擾信號進入接收電路，利用接收電路的非線性，從而產生IM3幹擾信號。

常用的濾波器設計方法很多，例如有的廠家設計了介質腔體濾波器，階數高達十餘階，形成了較強的帶外抑制，但是帶內的插損較大，而且溫度特性不好。另外，有的廠家設計了聲表面波濾波器(SAW)，但是SAW要形成這麼強的帶外抑制，帶內的插損很大，導致整個接收系統的噪聲係數增大，接收機的靈敏度無法滿足鐵路上的要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是，如何改善GSM-R的接收系統,實現良好的帶外抑制。

解決上述技術問題，本發明提供了一種鐵路GSM-R無線通信抗三階互調幹擾的系統，包括：天線系統和接收機，還包括：第一濾波器、低噪聲放大器以及第二濾波器，

所述第一濾波器與所述天線系統連接，所述低噪聲放大器通過所述第二濾波器與接收機連接，

在所述天線系統接收的GSM信號，經過所述第一濾波器之後進入所述低噪聲放大器進行放大，之後再次經過第二濾波器，最後進入所述接收機，

上述的第一濾波器和第二濾波器為IM3濾波器。

更進一步，所述第一濾波器的中心頻率和所述第二濾波器的中心頻率不同：

所述第一濾波器的中心頻率略低於GSM-R頻帶的中心頻率，同時，所述第二濾波器的中心頻率略高於GSM-R頻帶的中心頻率。

更進一步，上述的第一濾波器和第二濾波器的中心頻率差不小於2MHz。

更進一步，所述第一濾波器的中心頻率略高於GSM-R頻帶的中心頻率，同時，所述第二濾波器的中心頻率略低於GSM-R頻帶的中心頻率，

上述第一濾波器和第二濾波器的中心頻率差不小於2MHz。

更進一步，所述第一濾波器主要用以抑制頻帶高端的幹擾，同時，所述第二濾波器主要抑制頻帶低端的幹擾。

更進一步，所述第一濾波器主要用以抑制頻帶低端的幹擾，同時，第二濾波器主要用以抑制頻帶高端的幹擾。

更進一步，所述第一濾波器和第二濾波器是FBAR薄膜腔聲諧振濾波器。

更進一步，所述第一濾波器和/或第二濾波器是介質腔體濾波器。

更進一步，所述第一濾波器和/或第二濾波器是SAW聲表面波濾波器。

基於上述，本發明還提供了一種鐵路GSM-R無線通信抗三階互調幹擾的方法，具體按照以下方式進行部署：

天線系統和接收機，以及：第一濾波器、低噪聲放大器和第二濾波器，

將所述第一濾波器與所述天線系統相連，將所述低噪聲放大器通過所述第二濾波器與接收機相連，

在所述天線系統接收的GSM信號，經過所述第一濾波器之後進入所述低噪聲放大器進行放大，之後再次經過第二濾波器，最後進入所述接收機，

上述的第一濾波器和第二濾波器被配置為：IM3濾波器。

本發明的有益效果：

本發明中的鐵路GSM-R無線通信抗三階互調幹擾的系統，由於增加了一級低噪聲放大器，大大改善了整個接收系統的噪聲係數，所以接收靈敏度得到改善。經過實際鏈路計算，這樣的鏈路設計可以改善整個系統的接收靈敏度大概3dB以上。

關於對帶外的抑制，由於第一IM3濾波器和第二IM3濾波器的中心頻率略有差別，一個中心頻率偏低，主要抑制頻帶高端；一個中心頻率偏高，主要抑制頻帶低端。這樣的濾波器，通帶帶寬可以適當放寬，一是減輕了整個加工的難度，減小了帶內插損，另外還降低了單個濾波器的成本。

附圖說明

圖1是現有技術中的系統架構示意圖；

圖2是本發明中的系統架構示意圖；

圖3是圖1中的接收系統的鏈路預算仿真示意圖；

圖4是本發明中的系統的鏈路預算仿真示意圖；

圖5是採用兩個聲表面波濾波器(SAW)的測試曲線；

圖6是本發明中的實現方法流程示意圖。

具體實施方式

現在將參考一些示例實施例描述本公開的原理。可以理解，這些實施例僅出於說明並且幫助本領域的技術人員理解和實施例本公開的目的而描述，而非建議對本公開的範圍的任何限制。在此描述的本公開的內容可以以下文描述的方式之外的各種方式實施。

如本文中所述，術語「包括」及其各種變體可以被理解為開放式術語，其意味著「包括但不限於」。術語「基於」可以被理解為「至少部分地基於」。術語「一個實施例」可以被理解為「至少一個實施例」。術語「另一實施例」可以被理解為「至少一個其它實施例」。

圖1是現有技術中的系統架構示意圖；天線系統110接收GSM-R信號，經過IM3濾波器120後，由接收機130接收。這就是目前的接收系統。目前的接收系統的鏈路預算如圖3所示是圖1中的接收系統的鏈路預算仿真示意圖，在所述圖3中所示的天線增益(Antenna)為-8dB，線路損耗及開關損耗(Trace)為-2dB，傳統的IM3濾波器(Filter1)損耗為-4.5dB，接收機(Modem)噪聲係數為6dB，增益為40dB，所以整個接收系統的噪聲係數為20.5dB。

圖2是本發明中的系統架構示意圖，本實施例中的鐵路GSM-R無線通信抗三階互調幹擾的系統，包括：天線系統110和接收機130，還包括：第一濾波器220、低噪聲放大器230以及第二濾波器240，所述第一濾波器220與所述天線系統110連接，所述低噪聲放大器230通過所述第二濾波器240與接收機130連接，在所述天線系統110接收的GSM信號，經過所述第一濾波器220之後進入所述低噪聲放大器230進行放大，之後再次經過第二濾波器240，最後進入所述接收機130，上述的第一濾波器220和第二濾波器240為IM3濾波器。天線系統110接收的GSM信號，經過第一IM3濾波器220之後，進入低噪聲放大器230進行放大，之後再經過第二IM3濾波器240，最後進入接收機。

在一些實施例中，所述第一濾波器的中心頻率和所述第二濾波器的中心頻率不同：所述第一濾波器的中心頻率略低於GSM-R頻帶的中心頻率，同時，所述第二濾波器的中心頻率略高於GSM-R頻帶的中心頻率；上述的第一濾波器和第二濾波器的頻率漂移量不小於2MHz。

在一些實施例中，所述第一濾波器的中心頻率略高於GSM-R頻帶的中心頻率，同時，所述第二濾波器的中心頻率略低於GSM-R頻帶的中心頻率，上述第一濾波器和第二濾波器的頻率漂移量不小於2MHz。

作為本實施例中的優選，所述第一濾波器用以抑制頻帶高端的幹擾，同時，所述第二濾波器主要抑制頻帶低端的幹擾。

也可進行同等變化，作為本實施例中的優選，所述第一濾波器用以抑制頻帶低端的幹擾，同時，第二濾波器用以抑制頻帶高端的幹擾。

作為本實施例中的優選，所述第一濾波器和第二濾波器是FBAR薄膜腔聲諧振濾波器。

作為本實施例中的優選，述第一濾波器和/或第二濾波器是介質腔體濾波器。

作為本實施例中的優選，所述第一濾波器和/或第二濾波器是SAW聲表面波濾波器。

如圖4是本發明中的系統的鏈路預算仿真示意圖，所示的天線增益(Antenna)為-8dB，線路損耗及開關損耗(Trace)為-2dB，第一IM3濾波器(Filter1)損耗為-3dB，低噪聲放大器(LNA)的噪聲係數為3dB，增益為15dB，第二IM3濾波器(Filter2)損耗為-3dB，衰減器件(PAD)的損耗為-5dB，接收機(Modem)噪聲係數為6dB，增益為40dB，所以整個接收系統的噪聲係數為17.4dB。

由上可知，由於接收機靈敏度是由噪底、信號帶寬、噪聲係數、解調需要的信噪比決定的，在其他參數不變的情況下，噪聲係數從圖2的20.5dB改善到圖4的17.4dB，改善了3.1dB，所以接收機靈敏度將改善3.1dB。

由上述技術特徵可知，本實施例中的系統，由於增加了一級低噪聲放大器，大大改善了整個接收系統的噪聲係數，所以接收靈敏度得到改善。經過鏈路計算，這樣的鏈路設計可以改善整個系統的接收靈敏度大概3dB以上。

關於對帶外的抑制，由於第一IM3濾波器和第二IM3濾波器的中心頻率略有差別，一個中心頻率偏低，主要抑制頻帶高端；一個中心頻率偏高，主要抑制頻帶低端。這樣的濾波器，通帶帶寬可以適當放寬，一是減輕了整個加工的難度，減小了帶內插損，另外還降低了單個濾波器的成本。

表1：是本實施例中帶外抑制預算(IM3濾波器1和IM3濾波器2的中心頻率略有差別)

從表1的最後一列可知，上述的接收系統的歸一化後的帶外抑制非常好，在通帶930-934MHz的相鄰頻段的帶外抑制，達到-52dB。對比EPCOS生產的GSM-R濾波器，其相鄰頻段的帶外抑制只有-35dB。所以本發明在帶外抑制方面，效果非常顯著，可以有效解決GSM-R大的三階互調幹擾問題。

如圖5所示是採用兩個聲表面波濾波器(SAW)的測試曲線，從SAW1的結果可以看出，帶外抑制從-40dB變到-18dB，頻率向低端漂移了3MHz。從SAW2的結果可以看出，帶外抑制從-40dB變到-18dB，頻率向低端漂移了3.9MHz。

由於濾波器的階數、結構、溫度等等不同，抑制的曲線是不同的，從實驗結果分析，為實現本發明的特性，濾波器的中心頻率需要漂移2MHz以上(含)。

作為本實施例中的優選，所述第一濾波器和第二濾波器完全相同，如表2中所示，這個實施例中，第一個IM3濾波器和第二個IM3濾波器完全相同，就是說，這兩個濾波器採用相同的器件，即第一濾波器和第二濾波器是同一型號。

表2：是本實施例中帶外抑制預算(IM3濾波器1與IM3濾波器2相同)

從表2的最後一列可知，這種接收系統的歸一化後的帶外抑制非常好，在通帶930-934MHz的相鄰頻段的帶外抑制，達到-52dB。但是對單個濾波器的帶外抑制要求，從原來的-40dB改到-29dB，大大減小了濾波器的開發難度，並且降低了濾波器的成本，提高了濾波器生產時的良品率。

圖6是本發明中的實現方法流程示意圖，本實施例中的一種鐵路GSM-R無線通信抗三階互調幹擾的方法，按照以下方式進行部署：

步驟S1部署天線系統和接收機，以及：第一濾波器、低噪聲放大器和第二濾波器，

步驟S2將所述第一濾波器與所述天線系統相連，將所述低噪聲放大器通過所述第二濾波器與接收機相連，

步驟S3在所述天線系統接收的GSM信號，經過所述第一濾波器之後進入所述低噪聲放大器進行放大，之後再次經過第二濾波器，最後進入所述接收機，

步驟S4上述的第一濾波器和第二濾波器被配置為：IM3濾波器。

上述步驟S2-S3中，可選地，所述第一濾波器的中心頻率和所述第二濾波器的中心頻率不同：所述第一濾波器的中心頻率略低於GSM-R頻帶的中心頻率，同時，所述第二濾波器的中心頻率略高於GSM-R頻帶的中心頻率。

上述步驟S2-S3中，可選地，上述的第一濾波器和第二濾波器的頻率漂移量不小於2MHz。

上述步驟S2-S3中，可選地，所述第一濾波器的中心頻率略高於GSM-R頻帶的中心頻率，同時，所述第二濾波器的中心頻率略低於GSM-R頻帶的中心頻率，上述第一濾波器和第二濾波器的頻率漂移量不小於2MHz。

上述步驟S2中，優選地，所述第一濾波器主要用以抑制頻帶高端的幹擾，同時，所述第二濾波器主要抑制頻帶低端的幹擾。

上述步驟S2中，優選地，所述第一濾波器主要用以抑制頻帶低端的幹擾，同時，第二濾波器主要用以抑制頻帶高端的幹擾。

上述步驟S2中，優選地，所述第一濾波器和第二濾波器是FBAR薄膜腔聲諧振濾波器。

上述步驟S2中，優選地，所述第一濾波器和/或第二濾波器是介質腔體濾波器。

上述步驟S2中，優選地，所述第一濾波器和/或第二濾波器是SAW聲表面波濾波器。

上述步驟S2中，優選地，第一濾波器和第二濾波器的參數性能完全相同。

雖然本公開以具體結構特徵和/或方法動作來描述，但是可以理解在所附權利要求書中限定的本公開並不必然限於上述具體特徵或動作。而是，上述具體特徵和動作僅公開為實施權利要求的示例形式。