基于序列正交下变频的直流补偿接收机及信号接收方法技术

本发明专利技术公开了一种基于序列正交下变频的直流补偿接收机，包括低噪声放大器、序列正交下变频器、A/D转换器、基带时钟信号发生器、二分频器和信号解调器，序列正交下变频器包括依次连接的本机振荡器、相位切换电路、混频器和低通滤波器，低噪声放大器的输入端接有天线，低噪声放大器的输出端与混频器的输入端连接，A/D转换器的输入端与低通滤波器的输出端和基带时钟信号发生器的输出端连接，相位切换电路与基带时钟信号发生器的输出端连接；本发明专利技术还公开了一种基于序列正交下变频的直流补偿信号接收方法。本发明专利技术设计新颖合理，降低了成本，经过下变频以后同相分量及正交分量性能指标能够保持高度一致，能够去除直流偏置问题，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于序列正交下变频的直流补偿接收机及信号接收方法。
技术介绍
现有的商用移动通信系统不断向宽带化及高速方向发展，这是与目前移动通信市场空前的繁荣密切相关的。人们对无线通信数据速率的要求越来越高。第4代移动通信系统已经大规模商用，第五代移动通信系统正在广泛而深入的开发中。然而，在另外一些特殊应用场景下，无线通信系统不是以速率的高低为目标。例如：物联网的发展要求大量的收发信机节点，很多时候并不需要很高的通信速率，如对周围环境温度的检测，非常低的通信速率就能满足要求。而此时由于收发信机节点往往是采用电池供电，对这些节点的能量消耗要求非常严格，此时需要严格控制收发信机的发射功率。再例如：在汽车电子中，目前应用广泛的无线胎压监测系统，其内置到轮胎里面的节点的无线发射器要求其正常工作时间高达3年以上。这些都无疑对节点发射功率有着非常严格的要求。而无线胎压监测系统，内置到轮胎里面的发射机其发送的数据量非常低，通常每隔几分钟才会发送一次。因此，其发送数据量非常低，平均下来其通信速率在1Hz/s都能达到其要求。另外，接收机一般采用正交下变频处理，需要同相与正交分量两个处理单元，两个单元性能指标很难做到一致，从而导致直流偏置电流存在及谐波杂散等严重问题。其中，直流偏置问题严重影响接收机的动态范围，虽然已有不少文献致力于解决此问题，但大部分都是考虑对同相及正交分量分别作补偿或者组合到一起做补偿。而电路两个支路固有的指标偏差，导致这一类补偿算法性能有限且电路复杂，成本及功耗变大。传统的下变频(零中频)接收机如图1所示，图1中，天线接收到的信号，经过低噪声放大后，进入正交下变频器，变换到零中频，得到基带信号(同相分量、正交分量)。如发射的信号为s(t)＝I(t)cosωct+Q(t)sinωct，其中I(t)为发射机发射的同相分量，Q(t)为发射机发射的正交分量，ωc为载波频率，t为时间。则接收机收到信号为y(t)＝h(t)*s(t)+z(t)，其中，h(t)为信道冲击响应，s(t)为发送的基带信号，z(t)为信道噪声，假设信道是平坦衰落信道，即h(t)在符号发射时候基本不变。则接收机处理过程为：1)同相分量处理支路得到2)正交分量处理支路得到其中，LPF[·]表示对信号进行低通滤波处理，接收机对同相分量与正交分量进行同步、跟踪、解调等处理，得到发射机发送数据。此正交下变频接收机结构广泛应用到移动通信系统的接收机上面(如第三代移动通信系统接收机、第四代移动通信系统接收机等)。其主要的优点是可处理的数据带宽非常大，或者基带数据速率非常高，如第四代移动通信系统其接收机基带数据速率达到20M波特。然而，其存在诸多缺点，如存在直流偏置电流，存在谐波杂散等。目前对于由图1构成的双支路进行直流偏置抵消及补偿已经有很多种方法。例如：1)通过电容耦合去除直流分量，此种方法仅仅适合信号中不包含直流分量的信号类型；2)对正交下变频后的两个支路分别进行补偿或者组合补偿，如在公开号为US7532873B2的美国专利“DCOffsetcancellationinazeroifreceiver”中采取的补偿方法；再如公开号为US8036622B2的美国专利“DCoffsetcancellationcircuitforareceiver”中所采取的首先对直流分量进行估计，然后再从同相或者正交分量里面抵消的方法。公开号为US73563226B2的美国专利“Direct-conerstionreceiverforremovingdcoffset”采取了更为复杂的电路结构进行补偿。上述这些方法，都是考虑同相及正交分量进行组合补偿，其补偿方法导致电路过于复杂，功耗及成本增加，且受到两个支路性能不一致的影响，其补偿效果有限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电路结构简单、设计新颖合理、降低了成本、实现方便、经过下变频以后同相分量及正交分量性能指标能够保持高度一致、能够去除直流偏置问题，实用性强、使用效果好、便于推广使用的基于序列正交下变频的直流补偿接收机。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：包括低噪声放大器、序列正交下变频器、A/D转换器、基带时钟信号发生器、二分频器和信号解调器，所述序列正交下变频器包括依次连接的本机振荡器、相位切换电路、混频器和低通滤波器，所述低噪声放大器的输入端接有天线，所述低噪声放大器的输出端与混频器的输入端连接，所述A/D转换器的输入端与低通滤波器的输出端和基带时钟信号发生器的输出端连接，所述相位切换电路与基带时钟信号发生器的输出端连接，所述二分频器的输入端与基带时钟信号发生器的输出端连接，所述信号解调器的输入端与A/D转换器的输出端和二分频器的输出端均连接。上述的基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：所述相位切换电路包括射频变压器L0、90度相位分离电路、90度移相电路和输出选择控制电路，所述输出选择控制电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；所述射频变压器L0的初级线圈的一端为相位切换电路的输入端，所述射频变压器L0的初级线圈的另一端接地，所述90度相位分离电路的输入端通过电容C0与所述射频变压器L0的次级线圈的一端连接，所述90度相位分离电路的两个输出端分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，所述90度移相电路的输入端通过电容C10与所述射频变压器L0的次级线圈的另一端连接，所述射频变压器L0的次级线圈的中性极点接地，所述90度移相电路的两个输出端分别与二极管D3的阳极和二极管D3的阳极连接，所述二极管D1的阳极、二极管D2的阳极、二极管D3的阳极和二极管D4的阳极分别与基带时钟信号发生器的四个输出端连接，所述二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、二极管D3的阴极和二极管D4的阴极连接且为输出选择控制电路的输出端，且通过电阻R5接地。上述的基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：所述90度相位分离电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2，所述电阻R1的一端与电容C2的一端连接且为90度相位分离电路的输入端，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接且为90度相位分离电路的第一输出端，所述电容C1的另一端接地，所述电容C2的另一端与电阻R2的一端连接且为90度相位分离电路的第二输出端，所述电阻R2的另一端接地，所述电阻R1的阻值、电阻R2的阻值、电容C1的容值和电容C2的容值满足关系式1/R1C1＝1/R2C2。上述的基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：所述90度移相电路包括电阻R3、电阻R4、电容C3和电容C4，所述电阻R3的一端与电容C4的一端连接且为90度移相电路的输入端，所述电阻R3的另一端与电容C3的一端连接且为90度移相电路的第一输出端，所述电容C3的另一端接地，所述电容C4的另一端与电阻R3的一端连接且为90度移相电路的第二输出端，所述电阻R4的另一端接地，所述电阻R3的阻值、电阻R4的阻值、电容C3的容值和电容C4的容值满足关系式1/R3C3＝1/R4C4。本专利技术还提供了一种方法步骤简单、实现方便、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：包括低噪声放大器(1)、序列正交下变频器(2)、A/D转换器(3)、基带时钟信号发生器(4)、二分频器(5)和信号解调器(6)，所述序列正交下变频器(2)包括依次连接的本机振荡器(2‑1)、相位切换电路(2‑2)、混频器(2‑3)和低通滤波器(2‑4)，所述低噪声放大器(1)的输入端接有天线(7)，所述低噪声放大器(1)的输出端与混频器(2‑3)的输入端连接，所述A/D转换器(3)的输入端与低通滤波器(2‑4)的输出端和基带时钟信号发生器(4)的输出端连接，所述相位切换电路(2‑2)与基带时钟信号发生器(4)的输出端连接，所述二分频器(5)的输入端与基带时钟信号发生器(4)的输出端连接，所述信号解调器(6)的输入端与A/D转换器(3)的输出端和二分频器(5)的输出端均连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：包括低噪声放大器(1)、序列正交下变频器(2)、A/D转换器(3)、基带时钟信号发生器(4)、二分频器(5)和信号解调器(6)，所述序列正交下变频器(2)包括依次连接的本机振荡器(2-1)、相位切换电路(2-2)、混频器(2-3)和低通滤波器(2-4)，所述低噪声放大器(1)的输入端接有天线(7)，所述低噪声放大器(1)的输出端与混频器(2-3)的输入端连接，所述A/D转换器(3)的输入端与低通滤波器(2-4)的输出端和基带时钟信号发生器(4)的输出端连接，所述相位切换电路(2-2)与基带时钟信号发生器(4)的输出端连接，所述二分频器(5)的输入端与基带时钟信号发生器(4)的输出端连接，所述信号解调器(6)的输入端与A/D转换器(3)的输出端和二分频器(5)的输出端均连接。2.按照权利要求1所述的基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：所述相位切换电路(2-2)包括射频变压器L0、90度相位分离电路(2-21)、90度移相电路(2-22)和输出选择控制电路(2-23)，所述输出选择控制电路(2-23)包括二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4；所述射频变压器L0的初级线圈的一端为相位切换电路(2-2)的输入端，所述射频变压器L0的初级线圈的另一端接地，所述90度相位分离电路(2-21)的输入端通过电容C0与所述射频变压器L0的次级线圈的一端连接，所述90度相位分离电路(2-21)的两个输出端分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，所述90度移相电路(2-22)的输入端通过电容C10与所述射频变压器L0的次级线圈的另一端连接，所述射频变压器L0的次级线圈的中性极点接地，所述90度移相电路(2-22)的两个输出端分别与二极管D3的阳极和二极管D3的阳极连接，所述二极管D1的阳极、二极管D2的阳极、二极管D3的阳极和二极管D4的阳极分别与基带时钟信号发生器(4)的四个输出端连接，所述二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、二极管D3的阴极和二极管D4的阴极连接且为输出选择控制电路(2-23)的输出端，且通过电阻R5接地。3.按照权利要求2所述的基于序列正交下变频的直流补偿接收机，其特征在于：所述90度相位分离电路(2-21)包括电阻R1、电阻R2、电容C1和电容C2，所述电阻R1的一端与电容C2的一端连接且为90度相位分离电路(2-21)的输入端，所述电阻R1的另一端与电容C1的一端连接且为90度相位分离电路(2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：马延军，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61