自適應諧波抑制接收裝置及方法
2023-11-02 05:28:42 2
自適應諧波抑制接收裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種自適應諧波抑制接收裝置，包括低噪聲放大模塊；至少一個諧波抑制混頻器；至少一個非諧波抑制混頻器；控制裝置，其中，接收信號經過所述低噪放大器後，再經過所述至少一個諧波抑制混頻器或所述至少一個非諧波抑制混頻器，所述控制裝置分別測量所述接收信號經過所述至少一個諧波抑制混頻器或所述非諧波抑制混頻器後的接收信號路徑強度指數，並根據所述測量的結果為所述接收信號選擇非諧波抑制混頻器或合適的諧波抑制混頻器。本發明的自適應諧波抑制接收裝置可以根據接收信號的特徵自適應地選擇是否進行諧波抑制或者是進行何種諧波抑制，從而提高接收的靈活性和接收性能。
【專利說明】自適應諧波抑制接收裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自適應諧波抑制接收裝置及方法，特別是涉及一種寬帶通信系統中的自適應諧波抑制接收裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在寬帶的接收系統中，輸入信號頻率跨度達到幾個倍頻程。比如，有線數位電視(DVB-C)，接收頻率從IllMHz到862MHz。這樣接收機必須做諧波抑制，否則混頻器會把本振(LO)頻率的諧波都頻移到有用的帶內，並引起接收劣化，甚至接收不能。為避免這種情況，具有一定抑制作用的諧波抑制(HR)接收器被廣泛應用於寬帶系統中。
[0003]但HR接收器的線性性能等指標比非諧波抑制(NHR)接收器差，並且會引入更多的噪聲。目前實現諧波抑制的方式都為被動式。先把接收的頻道分若干段，在需要HR的頻段，採用HR混頻器；有時還需要和射頻濾波器共用來達到所需的諧波抑制。在不需要HR的頻段，採用簡單的，高性能的NHR接收器來提高系統性能。其缺陷是對於預設使用HR混頻器的頻段，即使信號路徑在諧波上的能量不至於對接收產生幹擾，也必須用HR電路，犧牲了系統性能。
【發明內容】
[0004]鑑於以上所述的現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種自適應諧波抑制接收裝置和方法，用於解決現有技術中無法根據信號的特徵自動選擇是否進行諧波抑制或者自動選擇進行何種諧波抑制，同時不降低接收性能。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種自適應諧波抑制接收裝置的實施例，包括:低噪放大模塊；至少一個諧波抑制混頻器；非諧波抑制混頻器；控制裝置，用於為接收信號選擇合適的混頻器。接收信號經過低噪放大器後，再經過至少一個諧波抑制混頻器或非諧波抑制混頻器，控制裝置分別測量接收信號經過至少一個諧波抑制混頻器或非諧波抑制混頻器後的接收信號路徑強度指數，並根據測量的結果為接收信號選擇合適的混頻器。
[0006]優選地，上述實施例中的低噪放大模塊採用的是低噪跨導放大器，並且控制裝置中還包括跨阻放大模塊(TIA)，信號經低噪跨導放大器後轉換成電流信號，流經至少一個諧波抑制混頻器或非諧波抑制混頻器後，在TIA輸出端被轉換成電壓信號。
[0007]優選地，上述實施例中，低噪跨導放大器包括負載，所述負載被劃分成若干頻段的負載，每個頻段的負載由電感電容射頻濾波器和開關組成，每個頻段的負載覆蓋信號頻率範圍的一部分，並且同一時間只有一個頻段的負載被激活。
[0008]優選地，上述實施例中的低噪跨導放大器包括若干頻帶選擇開關，其中，所述頻帶選擇開關的輸出端連接到所述至少一個諧波抑制混頻器的出入端和所述非諧波抑制混頻器的輸入端，所述頻帶選擇開關的輸入端分別連接到所述頻段的負載電路，並且同一時間只有一個頻帶選擇開關處於開啟狀態。
[0009]本發明還提供一種自適應諧波抑制接收方法，包括:計算所述接收信號的各階諧波頻率；在接收信號通過低噪放大器、諧波抑制混頻器和非諧波抑制混頻器後，根據所述接收信號各階諧波的頻率，選擇測量所述接收信號的各階諧波頻率對應的諧波抑制混頻器或非諧波抑制混頻器信號路徑的接收信號強度指數；為所述接收信號選擇合適的混頻器。
[0010]如上所述，根據本發明的自適應諧波抑制接收裝置，可以根據接收信號的特徵自適應地選擇是否進行諧波抑制或者是進行何種諧波抑制，從而提高接收的靈活性和接收性倉泛。
[0011]根據本發明的一個優選實施例，由於使用低噪跨導放大器和TIA，接收信號在低噪跨導放大器的輸出端與TIA的輸入端均為電流模式，所以能提供更好的線性特徵。
[0012]根據本發明的又一優選實施例，使用了以電感電容射頻濾波器為負載的低噪跨導放大器，所以在使用NHR混頻器時，有助於抑制諧波頻率之間的幹擾。
[0013]根據本發明的又一優選實施例，由於不同頻帶通過NMOS開關來選擇，而信號通過電流模式在開關上傳輸，所以能夠保證非常好的線性度性能，IIP3的失真也很小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1顯示為本發明自適應諧波抑制裝置結構示意圖。
[0015]圖2顯示為本發明自適應諧波抑制裝置的一個優選實施例的結構示意圖。
[0016]圖3顯不了圖2中負載的電路不意圖。
[0017]圖4顯示了圖2中非諧波抑制混頻器的電路示意圖。
[0018]圖5顯示了圖2中諧波抑制混頻器的結構框圖。
[0019]圖6顯示了根據本發明自適應諧波抑制接收方法的流程圖。
[0020]圖7顯示了根據本發明自適應諧波抑制接收方法的實施例流程圖。
【具體實施方式】
[0021]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0022]在結合附圖詳細介紹本發明之前，需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0023]另外附圖中，如無特別說明，不同附圖中的同一標記表示的是同一模塊或者功能部件。
[0024]現在請參閱圖1，圖1顯示的是根據本發明自適應諧波抑制接收裝置的結構示意圖，該接收裝置總體標記為1，包括低噪放大級2 ;覆蓋整個輸入頻帶的非諧波抑制(NHR)混頻器3 ;諧波抑制(HR)混頻器4，其代表一組抑制不同諧波的混頻器41、43……4N ；以及用於為信號選擇混頻器的控制裝置5。其中，NHR混頻器和HR混頻器共用一個輸入端。
[0025]本發明的自適應諧波抑制工作時，接收信號(或者叫輸入信號)首先進入低噪放大級2，在此，接收到的電壓信號被轉變成輸出電壓或者電流，如果選擇轉變成電流模式，則NHR和HR混頻器應當提供低輸入阻抗。接著這個信號將被HR混頻器或者NHR混頻器混合為基帶頻率，然後進入控制裝置5，控制裝置5用於測量需要的信號能量，測量結果稱為接收信號強度指數(RSSI)，一種獲得RSSI的方式是通過數字電路。本例中，控制裝置5分別測量接收信號經過HR混頻器和NHR混頻器後的RSSI，並根據測量的結果為接收信號選擇合適的混頻器。其中，某個混頻器工作時，其它的混頻器將斷電，並對系統性能沒有影響。
[0026]下面結合圖2更詳細地介紹本發明的自適應諧波抑制接收裝置的優選實施方式。為了簡化說明，裝置I中只使用了一個HR混頻器，即HR混頻器4，實際應用中，可以根據實際需要使用一個或者多個HR混頻器。
[0027]圖2中的標記2是圖1低噪放大級2的一種實施方式，稱為低噪跨導放大級(LNTA)，其在輸入端具有衰減器(或稱衰減網絡)21，跨導模塊22和負載23。標記5是控制裝置5的一種實施方式，其包括跨阻放大器(TIA)51，模擬信號路徑選擇濾波器(零IF接收器中的低通濾波器LPF)52和可編程增益放大器(PGA)53，模數轉換器(ADC)54和數位訊號處理模塊(DSP) 55。
[0028]輸入信號在經過衰減器21後，在跨導模塊22處從電壓轉換成電流，再進入負載模塊23。負載23迫使電流進入HR或者NHR的低阻抗混頻器輸入端。該電流流經NHR混頻器3或者HR混頻器4之後被轉換成基帶(BB)信號，匯集到TIA51的輸入端，然後在TIA51的輸出端被轉換成電壓，經LPF52、PGA53、ADC54後變成數位訊號到達DSP55，DSP55可以很容易算出RSSI，並通過算出的RSSI選擇諧波抑制方式。
[0029]這樣，信號只在LNTA2的輸入和TIA51的輸出端為電壓，在這之間為電流模式，採用這種實施方式的好處在於自適應諧波抑制接收在電流模式時能有非常好的線性特性。
[0030]圖3顯示了一種LNTA2中負載模塊23的電路示意圖。其中，負載23被劃分成三個頻段的負載:高頻(HB)，中頻(MB)和低頻(LB)，還包括頻帶選擇開關(BS)。每個頻段的負載覆蓋輸入頻率範圍的一部分。在同一時間只有一個頻段的負載是激活的，也即，控制信號「控制_調頻」，「控制_中頻」和「控制_低頻」中只有一個是打開的。每個頻段的負載由共柵電晶體和負載電路(負載_高頻，負載_中頻和負載_低頻)複合而成。負載電路可以是LC振蕩電路形成的2階射頻調諧濾波器或簡單的電阻負載。
[0031]BS的輸出端連接到HR混頻器輸入端和NHR混頻器輸入端，BS開關由匪OS製成並且操作在開/關模式，由於同一時間只有一個頻段的負載被激活，相應地，在同一時間，BS中只有一對NMOS被打開。本領域技術人員還可以在BS開關與NHR、HR混頻器的輸入端之間插入其它級，比如，混頻器增益控制級。只要插入的級是工作在電流模式，則其不會對預設的性能產生很大影響。
[0032]按照圖3這種實現LNTA2的一大優勢是可以根據不同的頻帶實現不同的頻率響應。並且即使在使用了 NHR混頻器情況下，2階射頻跟蹤濾波器也將有助於在諧波頻率上抑制幹擾。
[0033]按照圖3這種實現LNTA2的另一大優勢是所有的BS開關由NMOS製成並且操作在開/關模式，也即NMOS要麼是關閉，要麼在線性區域。由於信號以電流模式通過BS開關傳輸，所以線性性能可以被大大加強，並且BS開關引起的三階線性交調失真(簡稱IIP3失真)也很小。
[0034]圖4顯示了一種實現NHR混頻器的電路示意圖。它實際上是一個簡單的無源NMOS混頻器。切換開關由Ml，M2，M3和M4組成。
[0035]圖5顯示的是一種實現HR混頻器4的結構框圖。HR混頻器4與NHR混頻器3的工作方式類似。HR混頻器4可以在輸入端具有NMOS切換開關。HR混頻器4通過不同的路徑分配信號，不同的路徑具有不同諧波抑制係數。被分配的信號匯集到TIA輸入端，然後在TIA輸出端被轉換成電壓。
[0036]當NHR混頻器工作時，HR混頻器切換開關通過偏置被關閉，這為信號路徑提供高阻抗並且對系統性能影響很小。類似地，當HR混頻器打開時，NHR混頻器中的M0SFET，比如NMOS從Ml到M4通過偏置被關閉。
[0037]HR混頻器和NHR混頻器的所有混頻器切換核心可以由NMOS製造並且可以工作在開/關模式，也即，NMOS要麼是關閉，要麼處於線性區域，由LO信號驅動。它們是無源的，因為沒有DC電流流過開關M0S。由於信號是以電流形式通過BS開關和混頻開關，其線性性能被大大加強。
[0038]一般地，NHR混頻器3應當能覆蓋整個輸入信號頻帶範圍。比如，在電視系統中，其覆蓋從48MHz到862MHz的範圍。HR混頻器為二次，三次，四次和更高次諧波提供諧波抑制；並且它們能覆蓋輸入頻率範圍的一半。比如，在電視系統中，其覆蓋48MHz到439MHz(假設8MHz帶寬)。如果採用特別的設計，NHR混頻器具有足夠大的二次諧波抑制，則HR混頻器可以覆蓋三分之一的輸入頻率範圍。比如，在電視系統中，其覆蓋48MHz到295MHz。
[0039]下面參閱圖6，圖6顯示了本發明自適應諧波抑制接收方法的流程圖。下面結合圖1的接收裝置介紹本發明的自適應諧波抑制接收方法的原理。
[0040]接收信號到達接收裝置I後，通過低噪放大級2、非諧波抑制混頻器3、各諧波抑制混頻器41、42……4N後到達控制裝置5，控制裝置5依照本發明的接收方法，先計算接收信號的各階諧波頻率，由於接收信號一旦到達，其頻率就為已知，所以可以根據其頻率計算出各階諧波的頻率；接著控制裝置5根據計算出的各階諧波頻率，根據接收信號頻率及其各階諧波頻率，選擇對應的信號路徑，即選擇通過HR混頻器還是NHR混頻器，測量該信號路徑的RSSI ;最後，控制裝置5根據測量得到的各信號路徑RSSI，根據一定的諧波抑制策略決定為該接收信號選擇NHR混頻器或是合適的HR混頻器進行接收。
[0041]下面結合圖7介紹圖2中所示的本發明自適應諧波抑制接收裝置介紹本發明自適應諧波抑制接收方法的工作流程。
[0042]首先裝置I接收到輸入信號，其頻率在整個輸入信號頻帶範圍內。信號通過LNTA2、NHR混頻器3、HR混頻器4，到達控制裝置5，控制裝置5對信號經過計算、測量和選擇幾個步驟，最終為接收信號選擇合適的諧波抑制策略。本例中，信號到達控制裝置5後，經過TIA51、LPF52、PGA53、ADC54的一系列轉化，到達DSP55，DSP55對信號進行計算、測量和選擇，詳細介紹如下:
[0043]初始判斷:對信號做初始判斷，決定是否需要諧波抑制，判斷方法為:如果信號頻率大於i乘以最大輸入頻率，則不需要諧波抑制，直接為接收信號選擇NHR混頻器，否則才進入下面的計算步驟。其中i可以是1/2或者1/3或者其它數值，它可以由系統或者用戶設置。
[0044]計算:計算各階諧波頻率。
[0045]測量:根據計算出的各階諧波的頻率，逐個判斷各階諧波頻率是否小於係數j乘以輸入信號頻帶的最大值(下簡稱最大輸入頻率)，如果小於，則選擇該階諧波頻率對應的HR信號路徑並測量該信號路徑的RSSI ;如果不小於，則選擇NHR信號路徑並測量RSSI作為該階諧波的RSSI。最後根據接收信號頻率，選擇對應的HR信號路徑測量該信號路徑RSSI(下簡稱接收信號RSSI)，其中係數j可以由用戶設置，本例中其取值為1/3。
[0046]選擇:將接收信號RSSI分別與各階諧波的RSSI作差，如果最小的差值小於HR_threshold,那麼不需要諧波抑制，為接收信號選擇NHR混頻器；否則，需要諧波抑制，為接收信號選擇HR混頻器。這裡，HR_threshold是HR操作門限，可以由用戶調整。tWn，在64QAM解調中，對於3次諧波，HR_threshold可以優選為OdB，在256QAM中優選為10dB。
[0047]需要說明的是，上述實施例中為了提高接收性能，增加了初始判斷步驟，但該步驟並非本發明方法所必須，某些應用中可以省略初始判斷步驟。在測量步驟中，也可以用其它的策略進行選擇測量。同樣地，選擇步驟中，也可以用其它的策略判定如何為接收信號選擇HR混頻器或者NHR混頻器。
[0048]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種自適應諧波抑制接收裝置，包括: 低噪聲放大模塊； 至少一個諧波抑制混頻器； 至少一個非諧波抑制混頻器； 控制裝置，其中，接收信號經過所述低噪放大器後，再經過所述至少一個諧波抑制混頻器或所述至少一個非諧波抑制混頻器，所述控制裝置分別測量所述接收信號經過所述至少一個諧波抑制混頻器或所述非諧波抑制混頻器後的接收信號路徑強度指數，並根據所述測量的結果為所述接收信號選擇非諧波抑制混頻器或合適的諧波抑制混頻器。
2.根據權利要求1所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述控制裝置包括:跨阻放大器，與所述跨阻防大器連接的低通濾波器，與所述低通濾波器連接的可編程增益放大器，與所述可編程增益放大器連接的數模轉換器和與所述數模轉換器連接的數位訊號處理模塊。
3.根據權利要求2所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述低噪放大模塊是低噪跨導放大器，所述接收信號經所述低噪跨導放大器後轉換成電流信號。
4.根據權利要求3所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述電流信號在所述跨阻放大器的輸出端被轉換成電壓信號。
5.根據權利要求3或4所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述低噪跨導放大器包括負載，所述負載被劃分成若干頻段的負載，每個頻段的負載由電感電容射頻濾波器和開關組成，每個頻段的負載覆蓋接收信號頻率範圍的一部分，並且同一時間只有一個頻段的負載被激活。
6.根據權利要求5所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述低噪跨導放大器還包括若干頻帶選擇開關，其中，所述若干頻帶選擇開關的輸出端連接到所述至少一個諧波抑制混頻器的輸入端和所述非諧波抑制混頻器的輸入端，所述若干頻帶選擇開關的輸入端分別連接到所述頻段的負載電路，在同一時間，所述若干頻帶開關中只有一個處於開啟狀態。
7.根據權利要求6所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述頻帶選擇開關的輸出端與所述諧波抑制混頻器輸入端和非諧波抑制混頻器的輸入端之間還包括混頻器增益控制級。
8.根據權利要求2所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述數位訊號處理模塊中包括: 計算單元，用於計算所述接收信號各階諧波的頻率； 測量單元，用於根據所述計算單元計算出的各階諧波頻率，逐個測量各階諧波所在信號路徑的接收信號強度指數，以及測量所述接收信號所在信號路徑的接收信號指數； 選擇單元，用於根據所述測量單元測出的所述接收信號的接收信號強度指數及所述各階諧波所在信號路徑的接收信號強度指數，最終為所述接收信號選擇合適的諧波抑制混頻器和非諧波抑制混頻器。
9.根據權利要求8所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述數位訊號處理模塊中還包括初始判斷單元，用於判斷所述接收信號是否需要諧波抑制。判斷策略為:如果所述接收信號頻率大於係數i乘以最大輸入信號頻率，判定為不需要進行諧波抑制，直接為接收信號選擇非諧波抑制混頻器。
10.根據權利要求9所述的自適應諧波抑制接收裝置，其特徵在於，所述選擇單元為接收信號選擇諧波抑制混頻器還是非諧波抑制混頻器的策略為:將所述接收信號所在信號路徑的接收信號強度指數分別與各階諧波所在信號路徑的接收信號指數作差，如果最小的差值小於門限，那麼不需要諧波抑制，為接收信號選擇NHR混頻器；否則，需要諧波抑制，為接收信號選擇諧波抑制混頻器。
11.一種自適應諧波抑制接收方法，包括: 計算:計算接收信號的各階諧波頻率； 測量:在所述接收信號通過低噪放大器、非諧波抑制混頻器和各諧波抑制混頻器後，根據所述接收信號各階諧波的頻率，選擇測量與各階諧波頻率對應的諧波抑制混頻器或非諧波抑制混頻器信號路徑輸出端的接收信號強度指數，並測量所述接收信號頻率對應的信號路徑上的接收信號強度指數； 選擇:為所述接收信號選擇非諧波抑制混頻器或合適的諧波抑制混頻器。
12.根據權利要求11的自適應諧波抑制接收方法，其特徵在於，所述計算步驟之前還包括初始判斷步驟，用於判斷是否需要對接收信號進行諧波抑制，如果不需要進行諧波抑制，則直接為所述接收信號選擇非諧波抑制信號路徑。
13.根據權利要求12的自適應諧波抑制接收方法，其特徵在於，所述初始判斷步驟中，判斷是否需要對接收信號進行諧波抑制的策略為:如果所述接收信號頻率大於係數i乘以最大輸入信號頻率，則判斷為不需要進行諧波抑制。
14.根據權利要求13的自適應諧波抑制接收方法，其特徵在於，所述係數i取值為1/2或 1/3。
15.根據權利要求12的自適應諧波抑制接收方法，其特徵在於，所述測量步驟中，所述選擇測量的策略為: 將各階諧波頻率逐個與最大輸入頻率進行比較，如果該階諧波頻率小於係數j乘以最大輸入信號頻率時，則測量該階諧波通過對應的諧波抑制混頻器所在信號路徑後的接收信號強度指數，否則測量該階諧波通過非諧波抑制混頻器所在信號路徑後的接收信號強度指數，所述係數j為1/2或1/3。
16.根據權利要求15的自適應諧波抑制接收方法，其特徵在於，所述係數j取值為1/2或 1/3。
17.權利要求12所述的諧波抑制接收方法，其特徵在於，所述選擇步驟中，為所述接收信號選擇諧波抑制混頻器還是非諧波抑制混頻器的策略為: 將所述接收信號的接收信號強度指數與所述接收信號各階諧波的接收信號強度指數作差，如果最小的差值大於門限，為所述接收信號選擇非諧波抑制混頻器；否則為所述接收信號選擇諧波抑制混頻器。
【文檔編號】H04B1/10GK104348498SQ201310321111
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】李振彪, 許俊 申請人:瀾起科技（上海）有限公司