用于接收通道噪声抑制的方法和装置 【发明领域】
本发明总体上涉及接收器中的噪声抑制系统，特别是蜂窝无线通讯系统。
背景技术
传统的射频接收器在本领域中是公知的，许多与之相关的噪声问题也是公知的。噪声问题可以分类为外部产生的噪声和内部产生的噪声。外部产生的噪声一般与来自其它射频源，如其它无线电、电气设备等的干扰有关。内部产生的噪声一般与热噪声、内部组件之间的电气不兼容等有关。
引入噪声的一个主要问题是它降低信号清晰度，并可能妨碍射频接收器识别和过滤出期望的信号。实际上，信号清晰度随噪声量成正比减小。有一些传统的减小外部产生的噪声的技术，例如，通过使用一般称为分散结构的多个天线。每个天线接收大致相同的外部产生的噪声，从而接收到的信号通过一个噪声删除系统，以过滤出期望的信号。尽管该方法可以删除外部噪声，但不能解决内部噪声。
内部产生的噪声常常会很难被识别和抑制。内部产生的噪声的一个主要源泉是热噪声，其在射频接收器内由诸如滤波器和放大器等组件产生。热噪声是电子器件所固有的，由于电子在电气组件内部或之间地随机运动而产生，这使得热噪声很难被识别和抑制。迄今为止，传统的射频接收器还没有提供有效的技术来识别和抑制这样的噪声。
所需要的是一种技术，既用于识别和抑制外部噪声，也用于识别和抑制内部噪声，同时保持期望信号的完整性。
【发明内容】
本发明涉及接收器中的噪声抑制系统。提供了示范实施例用于蜂窝无线通讯系统，但本发明可以用于任何类型的接收器。
用于接收器中的噪声抑制装置包括用于接收输入信号的输入端子。频道分配器耦合到该输入端子，并配置为将输入信号分配为基本相同的第一信号和第二信号。第一混频器耦合到频道分配器并配置为接收第一信号，第二混频器耦合到频道分配器并配置为接收第二信号。第一局部振荡器耦合到第一混频器并配置为生成第一LO频率信号，第二局部振荡器耦合到第二混频器并配置为生成第二LO频率信号，其中，第一LO频率信号和第二LO频率信号相互不同。第一混频器配置为将第一信号与第一LO频率信号混合，以产生第一混合信号，第二混频器配置为将第二信号与第二LO频率信号混合，以产生第二混合信号。合成器耦合到第一混频器和第二混频器，并配置为组合第一混合信号和第二混合信号，以产生噪声抑制的输出信号。
在示范实施例的一方面，基准信号发生器耦合到第一局部振荡器和第二局部振荡器。带通滤波器也可以布置在混频器与合成器之间，以过滤第一混合信号和第二混合信号。在示范实施例的另一方面，模数转换器耦合到输入端子，且第一混频器、第二混频器、以及合成器在数字信号处理器中构成。
用于接收器中的噪声抑制装置的另一个示范实施例包括输入端子，用于接收输入信号。混频器耦合到该输入端子并配置为接收输入信号。局部振荡器耦合到该混频器并配置为产生一个LO频率信号。该混频器耦合到第一局部振荡器并配置为混合输入信号与LO频率信号以产生混合信号。频道分配器耦合到混频器并配置为将混合信号分配为基本相同的第一信号和第二信号。合成器耦合到第一混频器和第二混频器，并配置为组合第一信号和第二信号，以产生噪声抑制的输出信号。
在第二示范实施例的一方面，带通滤波器也可以置于分配器与合成器之间，过滤第一信号和第二混合信号，来抑制噪声。在该示范实施例的另一方面，模数转换器耦合到输入端子，且分配器、带通滤波器和合成器在数字信号处理器中构成。
本发明的优点包括具有提高的信噪比的高质量信号。
附图简述
通过阅读下列详细描述和参考附图，本发明的其它优点也将变得清楚。附图中：
图1示出用于蜂窝式无线电中的噪声抑制装置的第一示范实施例；
图2示出带有噪声的输入信号；
图3示出与LO1混合的第一信号；
图4示出与LO2混合的第二信号；
图5示出带通滤波器特性和通过带通滤波器后，从图3的信号减去图4的信号；
图6示出用于蜂窝式无线电中的噪声抑制装置的第二示范实施例；
图7示出与LO混合的输入信号；
图8示出带通滤波器特性、期望信息信号、和噪声；
图9示出带通滤波器特性和来自靠近W-LO的频率的噪声；
图10示出减去图9的噪声后图8的信息信号；以及
图11示出利用根据本发明一个实施例的数字信号处理器的噪声抑制装置。
发明详述
下面参考具体的结构、配置和设计描述示范实施例。本领域的技术人员应当理解，对这些实施例可以进行各种变化和修改，同时保持在本发明的范围内。例如，尽管示范实施例指的是无线电接收器，但本发明可以用于任何类型接收器。
图1示出具有根据本发明的噪声抑制装置5的无线电接收器。天线10接收输入信号，该信号包含期望的信号，但该期望信号可能由于外部产生的噪声，如背景辐射和在传播过程中的路径损耗等而产生失真。该输入信号通过天线下行电缆12到达带通滤波器14，其又通过预定的频率范围，包括感兴趣的频率。来自带通滤波器14的信号作用于使用低噪声放大器(LNA)16的放大级。但是，即使有良好的滤波器和放大器设计，该信号也不可避免地会由于诸如热噪声等内部产生的噪声而失真。例如，图2示出一个带有内部和外部噪声的输入信号5 0。噪声用52表示，并叠加在期望信号上。本发明的一个目的是抑制、消除和减小内部和外部噪声。
参考图1，噪声抑制结构从端子17开始，此处，输入信号从LNA 16传递。频道分配器18耦合到输入端子17，并配置为将输入信号分裂为基本相同的第一信号和第二信号。第一通道20将第一信号传输到第一混频器24。混频器24还从定义为LO1的第一局部振荡器26接收第一局部振荡信号，并通过混合第一信号和LO1信号，将第一信号转换为第一混合信号。图3示出来自第一混频器24的第一混合信号60，其中心位于W-LO1和W+LO1。混合后，第一混合信号被发送至第一带通滤波器28，以便将第一混合信号60的频率范围转到包含期望信息的频率。
第二通道22将第二信号传输到第二混频器30。第二混频器30还从定义为LO2的第二局部振荡器32接收第二局部振荡器信号，并通过混合第二信号和不同于LO1的LO2信号，将第二信号转换为第二混合信号。第二局部振荡器32与LO1信号存在频率偏移，LO1和LO2信号都耦合到共用基准时钟34，以保证它们都锁相到共用时钟。频率偏移充分靠近数据频率，以保证第一混频器24的输出信号具有频谱密度接近第二混频器30的输出信号的噪声。第二带通滤波器36应当阻塞来自偏移频率的数据，以保证在第二混合信号通道22中只在W-LO1具有噪声。如果偏移频率范围内的数据没有被第二带通滤波器36阻塞，则当第一通道20和第二通道22中的信号再合成时就会产生干扰。在一个实例中，频率偏移达到最接近的RF通道。在另一个实例中，LO1与LO2之间的偏移大约为输入信号频率的0.1％。图4示出来自混频器30的第二混合信号70，其中心在W-LO2和W+LO2。混合后，第二混合信号被发送至第二带通滤波器36以便将第二混合信号的频率范围变窄到与第一混合信号相同的频带，这是包含期望信息的频率。第二通道22最好具有与第一通道20相似的特征，且信号最好与第一通道20中的信号相位匹配。
合成器44耦合到第一和第二混频器。在本实施例中，合成器44配置为从第一混合信号(期望信号+噪声)减去第二混合信号(噪声)，以产生噪声抑制的输出信号。图5示出从第一信号60减去第二信号70得出的信号80。图5还示出由参考标号90表示的带通滤波器截止频率。
在本发明的一方面，相移结构40和潜在的第二相移结构42可以置于通道20和22中，调节相应的信号。在一个实例中，相移结构40配置为将第二混合信号的相位同相移动大约180度，以产生第二相移信号。相移结构所指的相位是第一信号的噪声分量的相位。相移结构可以是定相短截线、延迟线、或其它结构。可选地，如果需要，可以采用第二相移结构42。在该情况下，相移结构从第二混合信号产生第二相移信号。第二相移信号中的噪声与第一混合信号中的噪声的互补。因此，当第二相移信号加在第一混合信号上时，结果是纯净的期望信号。图5所示波形也可以这样获得。
另一方面，相移结构40和潜在的第二相移结构42在它们各自的通道中精确调节信号的相位。精确调节信号的相位可以矫正第一和第二通道20和22之间的信号频率偏移。合成器44可以配置为根据期望的输出将第一混合信号与第二混合信号相加或相减，且相移结构40和42可以被调节，以获得优化的噪声抑制。
图6示出本发明的第二示范实施例。尽管第一实施例将输入信号分裂和混合到不同频率(LO1和LO2)，以隔开噪声，但本实施例只将输入信号与一个LO频率混合，然后分裂和过滤信号。
天线10接收输入信号，然后该信号穿过下行电缆12，进入带通滤波器14，再到达低噪声放大器16和混频器100。局部振荡器102由基准时钟104驱动，并向混频器100提供局部振荡器信号LO。然后，混频器将中心位于频率W的输入信号混合到期望频率范围W-LO。图7示出混合到W-LO和W+LO的信号112。
噪声抑制装置从输入端子110开始，其耦合到频道分配器114。分配器114配置为将输入信号分裂为基本相同的第一和第二信号。第一通道116将第一信号传输到第一带通滤波器118。图8示出第一信号120来自第一带通滤波器118，标号122表示第一带通滤波器范围。第二带通滤波器124将第二信号从分配器114传输到第二带通滤波器126。第一和第二带通滤波器118和126相互偏移以隔离第一信号和第二信号。频率偏移充分靠近数据频率，以保证第二带通滤波器126的输出信号的频谱密度靠近第一带通滤波器118。如果偏移频率范围的数据没有被第二带通滤波器126阻塞，则当第一信号与第二信号重新组合时，就会产生干扰。在一个实例中，频率偏移达到最接近的接收器(例如，RF)通道。在另一实例中，带通滤波器126与118之间的偏移大约为输入信号频率的0.1％。一旦噪声被隔离，就在合成器138将其从信息信号减去。在本发明的一方面，相移结构132用于相移第二信号，然后当在合成器138中加到第一信号上时，删除噪声。如果需要，可以用第二相移结构134来将信号调节到合成器138中。
本发明也可以实现为数字电路。图11示出数字接收通道噪声抑制设备140的示意图。天线142接收信号，通过带通滤波器144传送，然后到达低噪声放大器(LNA)146。混频器148接收输入信号和局部驱动器(LO)150信号，将输入信号下变换到可以数字采样的频率范围。来自混频器148的输入信号通过第二带通滤波器149，以进一步隔离期望的信息信号，该信号然后通过模数转换器(ADC)152被采样。在一个示范实施例中，ADC是12位A/D，采样频率为3000MHz。采样信号被传递到数字信号处理器(DSP)154处理。DSP执行与上述现有示范实施例等价的运算。
本发明的优点包括具有提高的信噪比的高质量信号。以上公开了示范实施例和最优模式，但可以做各种修改和变化，而仍然保持在由以下权利要求定义的本发明范围内。