專利名稱：一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范
圍的無線接收機(jī)。
背景技術(shù)：
在寬帶無線通信系統(tǒng)中，接收信號能量隨著傳播距離的變化而變化，同時除了受各種噪聲的干擾，發(fā)射信號的多徑傳播也影響著數(shù)據(jù)傳輸。隨著傳輸速率的提高，越來越高的傳輸帶寬造成了嚴(yán)重的時間色散，接收信號中包含了經(jīng)歷衰減和時延的多徑波，引起頻率選擇性衰落，因此天線接收到的信號強(qiáng)度變化很大。 現(xiàn)有的無線接收機(jī)通常包括接收天線、射頻自動增益控制模塊、模擬下變頻模塊、信號采樣模塊、數(shù)字下變頻模塊和解調(diào)模塊。為了正確解調(diào)強(qiáng)弱不同的信號，無線接收機(jī)的增益必須根據(jù)信號強(qiáng)度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使接收機(jī)在接收弱信號時具有很高的增益，而在接收強(qiáng)信號時具有較低的增益。同時為了使數(shù)字解調(diào)端能夠在占用盡量少資源的情況下較好的解調(diào)信號，必須保證此高動態(tài)范圍內(nèi)的采樣信號在進(jìn)入解調(diào)端前都能保持基本恒定的幅度。這些主要是由自動增益控制模塊來實現(xiàn)的，絕大多數(shù)無線接收機(jī)電路中都包含了自動增益控制模塊。 在處理大動態(tài)范圍的接收信號時，主要采用自動增益控制模塊均衡載波的幅度，但對于超高動態(tài)范圍接收信號，現(xiàn)有的無線接收機(jī)結(jié)構(gòu)很難達(dá)到超高動態(tài)范圍接收并解調(diào)信號的要求，也就是說，無線接收機(jī)對于這些不同強(qiáng)度的信號很難做到全部正確的解調(diào)，并且容易加大接收端的噪聲基底，降低接收端的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)，克服現(xiàn)有技術(shù)的無線接收機(jī)不能實現(xiàn)超高動態(tài)范圍接收信號且很難降低接收端噪聲基底的缺陷。 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收
機(jī)，包括接收天線、載波均衡單元、模擬下變頻單元、信號采樣單元、數(shù)字下變頻單元和解調(diào)
單元，所述載波均衡單元進(jìn)一步包括能量自適應(yīng)增益控制模塊和能量計算模塊； 所述能量計算模塊，用于計算數(shù)字下變頻單元輸出的平均采樣信號幅度； 所述能量自適應(yīng)增益控制模塊，用于根據(jù)能量計算模塊計算出的所述平均采樣信
號幅度對模擬下變頻單元輸出的中頻信號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到信號采樣單元。 所述計算模塊進(jìn)一步用于在設(shè)定的時間內(nèi)將數(shù)字下變頻單元輸出的采樣信號幅
度平方和除以采樣信號的個數(shù)后開方得到平均采樣信號幅度。 所述設(shè)定的時間為10毫秒。 所述能量自適應(yīng)增益控制模塊包括增益調(diào)整模塊和三個增益幅度不同的增益控制模塊，增益調(diào)整模塊根據(jù)所述平均采樣信號幅度更換或維持當(dāng)前工作的增益控制模塊。
所述增益控制模塊的增益幅度的關(guān)系為第一增益控制模塊<第二增益控制模塊<第三增益控制模塊； 所述增益調(diào)整模塊根據(jù)所述平均采樣信號幅度更換或維持當(dāng)前工作的增益控制模塊的方式為 當(dāng)?shù)谝辉鲆婵刂颇K工作時，若所述平均采樣信號幅度達(dá)到設(shè)定的信號幅度范圍，則保持第一增益控制模塊工作狀態(tài)不變，若所述平均采樣信號幅度小于設(shè)定的信號幅度范圍的最小值，則更換至第二增益控制模塊工作； 當(dāng)?shù)诙鲆婵刂颇K工作時，若所述平均采樣信號幅度達(dá)到設(shè)定的信號幅度范圍，則保持第二增益控制模塊工作狀態(tài)不變，若所述平均采樣信號幅度小于設(shè)定的信號幅度范圍的最小值，則更換至第三增益控制模塊工作，若所述平均采樣信號幅度大于設(shè)定的信號幅度范圍的最小值，則更換至第一增益控制模塊工作； 當(dāng)?shù)谌鲆婵刂颇K工作時，若所述平均采樣信號幅度達(dá)到設(shè)定的信號幅度范圍，則保持第三增益控制模塊工作狀態(tài)不變，若所述平均采樣信號幅度大于設(shè)定的信號幅度范圍的最大值，則更換至第二增益控制模塊工作。 所述載波均衡單元進(jìn)一步包括連接接收天線和模擬下變頻單元的射頻自動增益控制單元，用于降低超過第一設(shè)定信號幅度數(shù)值以上的模擬信號的幅度，采用MP公司的TD1316AF芯片實現(xiàn)。 所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)進(jìn)一步包括位于接收天線和射頻自動增益控制單元之間的腔體濾波器，用于濾去帶外干擾。 所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)進(jìn)一步包括位于接收天線和射頻自動增益控制單元之間的腔體濾波器和低噪聲放大器；
所述腔體濾波器，用于濾去帶外干擾； 所述低噪聲放大器，用于降低所述無線接收機(jī)的噪聲系數(shù)。 所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)進(jìn)一步包括數(shù)字自動增益控制單元，用于將所述數(shù)字下變頻單元輸出的信號幅度調(diào)整到第二設(shè)定信號幅度數(shù)值，再輸出給解調(diào)單元。 所述數(shù)字自動增益控制單元采用TI公司的AFE8406芯片來實現(xiàn)。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點 本發(fā)明所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)，包括接收天線、載波均衡單元、模擬下變頻單元、信號采樣單元、數(shù)字下變頻單元和解調(diào)單元，載波均衡單元進(jìn)一步包括能量自適應(yīng)增益控制模塊和能量計算模塊，能量自適應(yīng)增益控制模塊根據(jù)能量計算模塊計算出的數(shù)字下變頻單元輸出的平均采樣信號幅度對模擬下變頻單元輸出的中頻信號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到信號采樣單元。本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)無線接收機(jī)采用射頻自動增益控制器的基礎(chǔ)上再加入能量自適應(yīng)增益控制單元以及數(shù)字自動增益控制單元，協(xié)同工作能夠?qū)崿F(xiàn)超高動態(tài)范圍的接收信號的解調(diào)，同時也滿足高靈敏度的要求。利用能量自適應(yīng)增益控制單元控制輸入到信號采樣單元的信號幅度，盡量降低系統(tǒng)的噪聲基底，避免對接收信號信噪比帶來負(fù)面影響。由于加入了腔體濾波器濾去帶外干擾，加入低噪聲放大器降低接收端噪聲系數(shù)，從整體上提高了無線接收機(jī)的性能。 經(jīng)過實際應(yīng)用證明，本發(fā)明所述無線接收機(jī)所能接收到最弱的有用信號即靈敏度為-llOdbm，所能接收到的最強(qiáng)有用信號為Odbm，此時信號幅度的變化范圍為110dbm，這是一個相當(dāng)寬的范圍，現(xiàn)有技術(shù)中的恒定增益的接收機(jī)都無法正確解調(diào)這么寬能量范圍的信號。


圖1為本發(fā)明第一實施例所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)組成連接示意圖； 圖2為射頻自動增益控制模塊組成連接示意 圖3為能量自適應(yīng)增益控制模塊工作原理示意圖； 圖4為本發(fā)明第二實施例所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)組成示意圖； 圖5為本發(fā)明第三實施例所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)組成示意圖。
具體實施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對本發(fā)明提出的所述無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)，詳細(xì)說明如后。 本發(fā)明第一實施例，如圖l所示，一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)，包括接收天線、射頻自動增益控制模塊、模擬下變頻模塊、能量自適應(yīng)增益控制模塊、信號采樣模塊、數(shù)字下變頻模塊、能量計算模塊和解調(diào)模塊，該無線接收機(jī)可以接收并正確解調(diào)幅度在-110 0dBm的射頻信號。 如圖2所示，射頻自動增益控制模塊通常由四個模塊組成可變增益放大器、峰值檢測器、低通濾波器、比較器?？勺冊鲆娣糯笃骶哂幸粋€增益控制輸入端，其增益受到增益控制輸入端信號的控制，峰值檢測器對可變增益放大器輸出信號的包絡(luò)進(jìn)行檢波，檢波后的結(jié)果送到低通濾波器進(jìn)行濾波，得到可變增益放大器輸出信號幅度的平均值，將該信號幅度的平均值送到比較器中，并與比較器中的參考電平進(jìn)行比較，將比較結(jié)果發(fā)送到可變增益放大器的增益控制輸入端，根據(jù)比較結(jié)果動態(tài)調(diào)整可變增益放大器的增益。
從接收天線接收到的射頻信號經(jīng)過射頻自動增益控制模塊，將幅度大于-55dBm的信號降低到_55(18111，也就是說，輸入的幅度為-110 OdBm射頻信號經(jīng)過射頻自動增益控制模塊后輸出的幅度為-110 _55(18111，該射頻自動增益控制模塊可以采用NXP公司的TD1316AF芯片來實現(xiàn)。 然后，將自動增益控制模塊后輸出的幅度為-110 _55dBm的信號經(jīng)過模擬下變頻模塊得到中頻信號，中頻信號依次經(jīng)過能量自適應(yīng)增益控制模塊、信號采樣模塊和數(shù)字下變頻模塊處理后得到基帶信號并輸出至解調(diào)模塊。 能量計算模塊采集數(shù)字下變頻模塊輸出的基帶信號后經(jīng)過計算得出平均采樣信號幅度，具體的計算過程是在設(shè)定的時間內(nèi)將數(shù)字下變頻單元輸出的采樣信號幅度平方和除以采樣信號的個數(shù)后開方得到平均采樣信號幅度，該設(shè)定的時間可以為10毫秒。
能量自適應(yīng)增益控制模塊根據(jù)能量計算模塊計算出的所述平均采樣信號幅度對號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到信號采樣模塊。能量自適應(yīng)增益 控制模塊包括增益調(diào)整模塊和三個增益幅度不同的增益控制模塊，增益調(diào)整模塊根據(jù)所述 平均采樣信號幅度更換或維持當(dāng)前工作的增益控制模塊。具體的，以第一增益控制模塊、第 二增益控制模塊、第三增益控制模塊分別提供A = 50dBm、 B = 65dBm、 C = 80dBm的增益檔 位為例，對于輸入到能量自適應(yīng)增益控制模塊的幅度為-110 -55dBm的中頻信號，如圖3 所示，將其輸出信號的幅度維持在_5 _30dBm的過程 能量自適應(yīng)增益控制模塊啟動時默認(rèn)工作在第一增益控制模塊提供的增益檔位A 上； 當(dāng)處于增益檔位A時，若能量計算模塊計算出的所述平均采樣信號幅度達(dá) 到-5 _30(18111，則保持當(dāng)前檔位不變，若所述平均采樣信號幅度小于_30(18111，則更換至增 益檔位B ; 當(dāng)處于增益檔位B時，若能量計算模塊計算出的所述平均采樣信號幅度達(dá) 到-30 _5(18111，則保持當(dāng)前檔位不變，若所述平均采樣信號幅度小于_30(18111，則更換至增 益檔位C，若所述平均采樣信號幅度大于_5dBm，則更換至增益檔位A ; 當(dāng)處于增益檔位C時，若能量計算模塊計算出的所述平均采樣信號幅度達(dá) 到-30 -5dBm，則保持當(dāng)前檔位不變，若所述平均采樣信號幅度大于-5dBm，則更換至增益 檔位B。 由前述能量自適應(yīng)增益控制模塊中設(shè)置的三個增益檔位A = 50dBm、 B = 65dBm、 C = 80dBm，可以推知 A檔位對應(yīng)的輸入信號幅度范圍為-80 _55(18111之間，此時輸出信號幅度范圍 為_30 -5dBm ; B檔位對應(yīng)的輸入信號幅度范圍為-95 _70(18111之間，此時輸出信號幅度范圍 為_30 -5dBm ; C檔位對應(yīng)的輸入信號幅度范圍為-110 _85(18111之間，此時輸出信號幅度范圍 為_30 -5dBm ; 這樣每個檔位之間的輸入電平都有10dBm的重復(fù)余量，由于在無線信道下，接收 信號的瞬時動態(tài)范圍較大，并且峰均比大約為5db左右，如果兩個檔位之間不設(shè)置重復(fù)余 量，就會出現(xiàn)在兩個檔位之間頻繁來回切換的情形。 信號采樣模塊采用AD轉(zhuǎn)換器，由于AD轉(zhuǎn)換器在將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的過
程中會產(chǎn)生噪聲，輸入信號的幅度越大，噪聲越低，但是當(dāng)輸入信號幅度過大又會導(dǎo)致AD
轉(zhuǎn)換器飽和，噪聲增大。為了保證在極低能量的射頻輸入信號下無線接收機(jī)能正常工作又
不出現(xiàn)飽和狀態(tài)，對AD轉(zhuǎn)換器輸入信號幅度的要求設(shè)置為_30dBm _5dBm，以保證AD轉(zhuǎn)換
器的自噪聲即噪聲基底足夠低，從而避免對接收信號本身的信噪比帶來負(fù)面影響。 本發(fā)明第二實施例，如圖4所示，一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無
線接收機(jī)，與第一實施例中的所述無線接收機(jī)的組成大致相同，區(qū)別在于，本實施例中的所
述無線接收機(jī)進(jìn)一步包括位于數(shù)字下變頻模塊和解調(diào)模塊之間的數(shù)字自適應(yīng)增益控制模
塊，用于對數(shù)字下變頻模塊輸出的幅度在_30dBm -5dBm的動態(tài)范圍的采樣信號進(jìn)行進(jìn)一
步處理通過將每個采樣信號的幅度與設(shè)定的門限相比較來調(diào)整對每個采樣信號的增益，
以保證每個采樣信號都能穩(wěn)定在所設(shè)定的門限值附近。這樣，由超大動態(tài)范圍的信號得到
7的每個采樣信號的幅度都能穩(wěn)定在所設(shè)定的門限附近，本實施例的優(yōu)勢在于，通過增加數(shù) 字自適應(yīng)增益控制模塊，保證高動態(tài)范圍內(nèi)的采樣信號在進(jìn)入解調(diào)模塊前都能保持基本恒 定的幅度，使解調(diào)模塊能夠在占用盡量少資源的情況下較好的解調(diào)信號，數(shù)字自適應(yīng)增益 控制模塊可以采用TI公司的AFE8406芯片來完成，其工作原理本領(lǐng)域公知的技術(shù)內(nèi)容，故 此處不詳述。 本發(fā)明第三實施例，如圖5所示，一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無 線接收機(jī)，與第二實施例中的所述無線接收機(jī)的組成大致相同，區(qū)別在于，本實施例中，從 接收天線接收到的射頻信號在輸入到射頻自動增益控制模塊之前先經(jīng)過腔體濾波器和低 噪聲放大器處理。腔體濾波器用于濾去帶外干擾。低噪聲放大器用于降低所述無線接收機(jī) 的噪聲系數(shù)。 經(jīng)過實際應(yīng)用證明，本發(fā)明所述無線接收機(jī)所能接收到最弱的有用信號即靈敏度 為-llOdbm，所能接收到的最強(qiáng)有用信號為Odbm，此時信號幅度的變化范圍為110dbm，這 是一個相當(dāng)寬的范圍，任何現(xiàn)有的恒定增益的接收機(jī)都無法正確解調(diào)這么寬能量范圍的信 號。同時為了能在-110dbm條件下能解調(diào)出信號。 通過具體實施方式
的說明，應(yīng)當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及 功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖示僅是提供參考與說明之用，并非用來對本 發(fā)明加以限制。
權(quán)利要求
一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)，包括接收天線、載波均衡單元、模擬下變頻單元、信號采樣單元、數(shù)字下變頻單元和解調(diào)單元，其特征在于，所述載波均衡單元進(jìn)一步包括能量自適應(yīng)增益控制模塊和能量計算模塊；所述能量計算模塊，用于計算數(shù)字下變頻單元輸出的平均采樣信號幅度；所述能量自適應(yīng)增益控制模塊，用于根據(jù)能量計算模塊計算出的所述平均采樣信號幅度對模擬下變頻單元輸出的中頻信號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到信號采樣單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述計算模塊進(jìn)一步用于在設(shè)定的 時間內(nèi)將數(shù)字下變頻單元輸出的采樣信號幅度平方和除以采樣信號的個數(shù)后開方得到平 均采樣信號幅度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述設(shè)定的時間為IO毫秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述能量自適應(yīng)增益控制模 塊包括增益調(diào)整模塊和三個增益幅度不同的增益控制模塊，增益調(diào)整模塊根據(jù)所述平均采 樣信號幅度更換或維持當(dāng)前工作的增益控制模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述增益控制模塊的增益幅度的關(guān) 系為第一增益控制模塊<第二增益控制模塊<第三增益控制模塊；所述增益調(diào)整模塊根據(jù)所述平均采樣信號幅度更換或維持當(dāng)前工作的增益控制模塊 的方式為當(dāng)?shù)谝辉鲆婵刂颇K工作時，若所述平均采樣信號幅度達(dá)到設(shè)定的信號幅度范圍，則 保持第一增益控制模塊工作狀態(tài)不變，若所述平均采樣信號幅度小于設(shè)定的信號幅度范圍 的最小值，則更換至第二增益控制模塊工作；當(dāng)?shù)诙鲆婵刂颇K工作時，若所述平均采樣信號幅度達(dá)到設(shè)定的信號幅度范圍，則 保持第二增益控制模塊工作狀態(tài)不變，若所述平均采樣信號幅度小于設(shè)定的信號幅度范圍 的最小值，則更換至第三增益控制模塊工作，若所述平均采樣信號幅度大于設(shè)定的信號幅 度范圍的最小值，則更換至第一增益控制模塊工作；當(dāng)?shù)谌鲆婵刂颇K工作時，若所述平均采樣信號幅度達(dá)到設(shè)定的信號幅度范圍，則 保持第三增益控制模塊工作狀態(tài)不變，若所述平均采樣信號幅度大于設(shè)定的信號幅度范圍 的最大值，則更換至第二增益控制模塊工作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述載波均衡單元進(jìn)一步包括連接 接收天線和模擬下變頻單元的射頻自動增益控制單元，用于降低超過第一設(shè)定信號幅度數(shù) 值以上的模擬信號的幅度，采用NXP公司的TD1316AF芯片實現(xiàn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述無線接收機(jī)進(jìn)一步包括位于接 收天線和射頻自動增益控制單元之間的腔體濾波器，用于濾去帶外干擾。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述無線接收機(jī)進(jìn)一步包括位于接 收天線和射頻自動增益控制單元之間的腔體濾波器和低噪聲放大器；所述腔體濾波器，用于濾去帶外干擾；所述低噪聲放大器，用于降低所述無線接收機(jī)的噪聲系數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或6或7或8所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述無線接收機(jī)進(jìn)一步 包括數(shù)字自動增益控制單元，用于將所述數(shù)字下變頻單元輸出的信號幅度調(diào)整到第二設(shè)定 信號幅度數(shù)值，再輸出給解調(diào)單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述無線接收機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字自動增益控制單元采用TI 公司的AFE8406芯片來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線通信系統(tǒng)下適用于超大動態(tài)范圍的無線接收機(jī)，其中的載波均衡單元進(jìn)一步包括能量自適應(yīng)增益控制模塊和能量計算模塊，能量自適應(yīng)增益控制模塊根據(jù)能量計算模塊計算出的數(shù)字下變頻單元輸出的平均采樣信號幅度對模擬下變頻單元輸出的中頻信號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)后輸入到信號采樣單元。本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)無線接收機(jī)采用射頻自動增益控制器的基礎(chǔ)上再加入能量自適應(yīng)增益控制單元以及數(shù)字自動增益控制單元，協(xié)同工作能夠?qū)崿F(xiàn)超高動態(tài)范圍的接收信號的解調(diào)，同時也滿足高靈敏度的要求。利用能量自適應(yīng)增益控制單元控制輸入到信號采樣單元的信號幅度，盡量降低系統(tǒng)的噪聲基底，避免對接收信號信噪比帶來負(fù)面影響。
文檔編號H04B1/10GK101741402SQ20091024388
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者吳南潤, 方光青, 沈文剛 申請人:北京韋加航通科技有限責(zé)任公司