專利名稱：Fm信號接收方法及fm信號接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線電通信技術，尤其是一種FM信號接收方法。本發(fā)明還 涉及一種無線電通信設備，尤其是一種FM信號接收機。
背景技術：
目前的FM信號接收機都采用數(shù)字低中頻(Low_IF)結構方案(如 silicon labs公司的47xx系列FM芯片，NXP公司的599x系列FM芯片)。 數(shù)字低中頻方案具有集成度高、使用方便、便于集成的優(yōu)點。同時也存在 鏡像頻率抑制(Image Rejection)性能差，靈敏度低，抗干擾性能不足和 功耗大的缺點，以及對接收機中的增益調(diào)節(jié)器(PGA)、模數(shù)轉換器(ADC) 等模擬模塊性能要求高的缺點。
現(xiàn)有的FM信號接收機的結果如圖l所示，包括接收天線，所述接收天 線連接至低噪放大器(LNA)，低噪放大器的輸出分為I、 Q兩路，每路信號 分別經(jīng)過混頻器(MIXER)、增益控制器(PGA)和模數(shù)轉換器(ADC)之后 連接到一個數(shù)字信號處理器(DSP)，混頻器將信號下變頻到中頻 (Intermediate Frequency, IF),然后通過增益控制器(PGA)、模數(shù)轉換 器(ADC)送給數(shù)字信號處理器(1/0， DSP)處理，并最終通過數(shù)模轉換器 (DAC)將解調(diào)出來的語音信號(Audio Signal)送出。頻率合成器 (Synthesizer)和壓控振蕩器(VC0)則產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的基準時鐘信號。 圖2和圖3所示為目前普遍采用的數(shù)字低中頻(Low_IF) FM調(diào)頻信號接收機方案信號下變頻時頻率傳遞函數(shù)(在這里以低本振為例)。
圖2中斜實線所表示的陰影部分為輸入FM調(diào)頻信號，其中心頻率為Fs; 斜虛線所表示的陰影為鏡像頻率(Image)部分，其中心頻率為Fim;混頻 器(MIXER)的本振信號頻率為Flo。則中頻IF斗s-Flo。
圖3中表示經(jīng)混頻器(MIXER)下變頻后的FM信號和鏡像。由于鏡像 抑制(Image Rejection)性能限制，F(xiàn)M信號自身和鏡像信號會各自在對方 頻段內(nèi)產(chǎn)生較大底噪。傳統(tǒng)數(shù)字低中頻方案對鏡像抑制性能的處理方法就 是通過設計來盡量提高性能，以及采用智能中頻(Smart IF,根據(jù)鏡像噪 聲能量高低，來自動選擇采用低本振或高本振的方案)，但是提高的程度都 非常有限。
比如，我們假設FM調(diào)頻信號中心頻率Fs=100MHz，本振信號頻率 Flo=99. 85MHz，而鏡頻噪聲中心頻率Fim=99. 7MHz，則混頻器下變頻后得到 的信號中頻頻率IF=Fs-Flo=150KHz，這是我們需要的有用信號。同時，混 頻器會對鏡像噪聲Fim也做下變頻處理，
Fim-Flo=99. 7MHz-99. 85MHz=-150KHz，
下變頻的噪聲中心頻率為-150KHz,處于信號頻率帶寬外，如圖3所示。 實際電路中的混頻器鏡像抑制性能有限，不能夠完全抑制的正、負頻 率的能量泄露，則由信號Fs與本振Flo產(chǎn)生的中頻信號IF=FS-Flo=150KHz 會泄露到-150KHz的負頻率上，產(chǎn)生底噪聲，如圖3負頻率黑色陰影所示； 同時，鏡像噪聲Fim與本振Flo產(chǎn)生的負頻率信號 Fim-Flo=99. 7MHz-99. 85MHz二-150KHz會泄露到正頻率150KHz上，如圖3正頻率IF信號中的黑色陰影所示。很明顯，由鏡像噪聲Fim產(chǎn)生的底噪聲與 信號完全重合(150KHz)。
圖3中虛線框表示的是增益控制器(PGA)和模數(shù)轉換器(ADC)的帶 通傳遞函數(shù)特性F(s)，它可以濾除在負頻率段的鏡像信號，但是很明顯不 能把混頻進來的鏡像底噪聲濾除。這就會明顯降低接收機的靈敏度和信噪 比(SNR)。同時，PGA和ADC需要實現(xiàn)帶通濾波器特性，這就大大提高了設 計難度和功耗。
傳統(tǒng)數(shù)字低中頻方案對鏡像抑制性能的處理方法就是通過設計來盡量 提高性能，以及采用智能中頻(Smart IF)來自動選擇低本振或高本振， 但是提高的程度都非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種FM信號接收方法，以及實現(xiàn)這 種方法的FM信號接收機，能夠具有高鏡像抑制、高靈敏度、高集成度、低 功耗等特點，同時大大降低了方案中所涉及到的增益調(diào)節(jié)器(PGA)、模數(shù) 轉換器(ADC)等模塊的設計指標和難度。
為解決上述技術問題，本發(fā)明FM信號接收方法的技術方案是，天線接 收到的信號經(jīng)過低噪放大器放大后分為I、 Q兩路，每一路信號分別經(jīng)過混 頻器、增益控制器和模數(shù)轉換器之后由一個數(shù)字信號處理器進行解調(diào)，解 調(diào)后的信號經(jīng)過數(shù)模轉換器之后轉換為聲音信號，所述混頻器中對信號進 行零中頻變頻，即混頻器的中心頻率Flo與FM信號的中心頻率Fs相同， 然后在信號解調(diào)之前對進行零中頻變頻之后的信號進行濾波，以濾除低頻噪聲。
本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)上述FM信號接收方法的FM信號接收機，其 技術方案是，包括接收天線，所述接收天線連接至低噪放大器，低噪放大 器的輸出分為I、 Q兩路，每路信號分別經(jīng)過混頻器、增益控制器和模數(shù)轉 換器之后連接到一個數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器輸出經(jīng)過數(shù)模 轉換器之后連接音頻輸出端，所述混頻器的中心頻率Flo與FM信號的中心 頻率Fs相同，所述混頻器之后還設置有濾除低頻噪聲的濾波器。
本發(fā)明結合FM調(diào)頻信號本身的調(diào)制特性、解調(diào)出來語音信號的頻譜分 布特性，采用數(shù)字零中頻(Digital Zero—IF)的FM信號接收機設計方案。 針對數(shù)字零中頻結構中的固有低頻噪聲大的難題，本發(fā)明增加了濾波器， 并且充分利用FM信號的擴頻增益，在濾波器特性和輸出語音信號頻譜能量 分布上進行優(yōu)化，保證了最終解調(diào)出來信號的信噪比(SNR)等特性。本發(fā) 明FM信號接收機最終實現(xiàn)了 FM接收機高集成度，高性能和簡化設計的多 重優(yōu)勢。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明-
圖1為現(xiàn)有的FM信號接收機的結構示意圖2為FM信號進行低中頻變頻前的示意圖3為FM信號進行低中頻變頻后的示意圖4為FM信號進行零中頻變頻前的示意圖5為FM信號進行零中頻變頻后的示意圖；圖6為FM信號零中頻變頻后未進行濾波的信號進行解調(diào)的示意圖7為FM信號零中頻變頻后濾波過程的示意圖8為FM信號零中頻變頻后進行濾波后的信號進行解調(diào)的示意圖9為本發(fā)明FM信號接收機中模擬濾波器的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種FM信號接收方法，天線接收到的信號經(jīng)過低噪放大 器放大后分為I、 Q兩路，每一路信號分別經(jīng)過混頻器、增益控制器和模數(shù) 轉換器之后由一個數(shù)字信號處理器進行解調(diào)，解調(diào)后的信號經(jīng)過數(shù)模轉換 器之后轉換為聲音信號，所述混頻器中對信號進行零中頻變頻，即混頻器 的中心頻率Flo與FM信號的中心頻率Fs相同，然后在信號解調(diào)之前對進 行零中頻變頻之后的信號進行濾波，以濾除低頻噪聲。
對零中頻變頻之后的信號進行濾波采用數(shù)字濾波的方式，在所述數(shù)字 信號處理器中進行。
對零中頻變頻之后的信號進行濾波采用模擬濾波的方式，在信號進入 所述數(shù)字信號處理器之前進行。
如圖4所示，斜實線陰影部分用為輸入FM調(diào)頻信號，其中心頻率為Fs; 斜虛線陰影部分分別表示低頻(中心頻率為Fnl)和高頻(中心頻率為Fn2) 的噪聲；混頻器(MIXER)中心頻率為Flo,并且Flo二Fs。
圖5中表示經(jīng)混頻器(MIXER)下變頻后的FM調(diào)頻信號和噪聲。由于 采用了數(shù)字零中頻(Zero—IF)，鏡像為輸入FM信號自身，與圖2和圖3所 示的現(xiàn)有低中頻變頻方式相比，大大降低了鏡像抑制性能限制引入的鏡像底噪聲。同時，如圖5中所示，不論是低頻(Fnl)噪聲還是高頻(Fn2) 噪聲，均不會對信號自身產(chǎn)生干擾。
比如，我們?nèi)匀患僭OFM調(diào)頻信號中心頻率Fs400MHz，則本振信號頻 率Fl(^Fs二100MHz。我們假設噪聲在信號頻率的高、低都存在，分別為Fnl、 Fn2。則經(jīng)過混頻器后，信號Fs的中心頻率IF=Fs_Flo=0，而噪聲Fnl、 Fn2 經(jīng)過泡頻器后中心頻率分別變?yōu)閊-^^0和F"2-""0。很明顯，噪聲 和信號完全分開，如圖5所示。
同樣，由于混頻器電路鏡像抑制性能的限制，會存在本振泄露，則下
變頻的噪聲能量會分別出現(xiàn)在—^"^^)和—^"^^)這兩個頻點上。但 是很明顯，由于F/。-F""F"2，噪聲能量始終不可能出現(xiàn)在信號中心頻率
OHz上。因此，與圖3相比較，該方案自然消除了鏡像抑制引入的噪聲。 圖5中虛線框表示增益控制器(PGA)和模數(shù)轉換器(ADC)的傳遞函
數(shù)特性F(s)，其頻率傳遞函數(shù)均為低通濾波器特性，大大降低了設計難度
和功耗，提高了性能。
但零中頻并非完全沒有代價的，器件和模塊(如PGA、 ADC)自身的低
頻噪聲(如l/f噪聲)會在下變頻的同時一并引入到零頻的FM調(diào)頻信號中，
如圖6所示，并且受集成電路工藝限制，這個低頻噪聲很難減小，經(jīng)過解
調(diào)之后會存在與最終的輸出的語音信號(Audio Signal)中，大大降低了
解調(diào)出來語音信號信噪比(SNR)。
本發(fā)明為消除這個低頻噪聲，增加一個專門用于消除該低頻噪聲的直
流帶阻濾波器(DC Notch Filter),其傳遞函數(shù)為Fd(s)，對經(jīng)過混頻器(MIXER)下變頻后的FM調(diào)頻信號中的低頻噪聲做濾波處理，其濾波過程 如圖7中所示。圖中很明顯的表示出，不僅是低頻噪聲，同時FM調(diào)頻信號 的低頻部分能量也能夠被濾除。
圖8所示為用直流帶阻濾波器(DC Notch Filter)消除了低頻噪聲后 的FM信號進行解調(diào)的頻譜特性。解調(diào)出來的語音信號自然會損失低頻部分 能量。
普通的FM調(diào)頻信號的調(diào)制頻偏在22. 5KHz 65KHz之間，而解調(diào)出來 的語音信號頻率范圍本身就限制在300Hz 15KHz以內(nèi)(普通人發(fā)出聲音的 頻率范圍)，因此FM調(diào)頻信號自身有較大的擴頻增益。根據(jù)這個規(guī)律，在 保證FM解調(diào)后300Hz低頻語音信號不衰減的情況下，自適應FM信號的調(diào) 制深度，對下變頻的FM調(diào)頻信號低頻部分進行最大化的濾波，就能夠同時 實現(xiàn)語音信號能量不損失并且消除了噪聲功能。同時，增大PGA和ADC輸 入管尺寸，也能減小其本身產(chǎn)生的低頻噪聲。
本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)上述FM信號接收方法的FM信號接收機，包 括接收天線，所述接收天線連接至低噪放大器，低噪放大器的輸出分為I、 Q兩路，每路信號分別經(jīng)過混頻器、增益控制器和模數(shù)轉換器之后連接到一 個數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器輸出經(jīng)過數(shù)模轉換器之后連接音 頻輸出端，所述混頻器的中心頻率Flo與FM信號的中心頻率Fs相同，所 述混頻器之后還設置有濾除低頻噪聲的濾波器。
所述濾波器集成在所述數(shù)字信號處理器中，由所述數(shù)字信號處理器進 行數(shù)字濾波。所述濾波器位于所述增益控制器，如圖9所示，所述增益控制器A的 輸出通過一個增益為Gm的反饋放大器連接到所述增益控制器的輸入端，所 述反饋放大器的輸出端還通過一個電容C接地。
綜上所述，本發(fā)明結合FM調(diào)頻信號本身的調(diào)制特性、解調(diào)出來語音信 號的頻譜分布特性，采用數(shù)字零中頻(Digital Zero_IF)的FM信號接收 機設計方案。針對數(shù)字零中頻結構中的固有低頻噪聲大的難題，本發(fā)明增 加了濾波器，并且充分利用FM信號的擴頻增益，在濾波器特性和輸出語音 信號頻譜能量分布上進行優(yōu)化，保證了最終解調(diào)出來信號的信噪比(SNR) 等特性。本發(fā)明FM信號接收機最終實現(xiàn)了 FM接收機高集成度，高性能和 簡化設計的多重優(yōu)勢。
ii
權利要求
1.一種FM信號接收方法，天線接收到的信號經(jīng)過低噪放大器放大后分為I、Q兩路，每一路信號分別經(jīng)過混頻器、增益控制器和模數(shù)轉換器之后由一個數(shù)字信號處理器進行解調(diào)，解調(diào)后的信號經(jīng)過數(shù)模轉換器之后轉換為聲音信號，其特征在于，所述混頻器中對信號進行零中頻變頻，即混頻器的中心頻率Flo與FM信號的中心頻率Fs相同，然后在信號解調(diào)之前對進行零中頻變頻之后的信號進行濾波，以濾除低頻噪聲。
2. 根據(jù)權利要求1所述的FM信號接收方法，其特征在于，對零中頻變 頻之后的信號進行濾波采用數(shù)字濾波的方式，在所述數(shù)字信號處理器中進 行。
3. 根據(jù)權利要求1所述的FM信號接收方法，其特征在于，對零中頻變 頻之后的信號進行濾波采用模擬濾波的方式，在信號進入所述數(shù)字信號處 理器之前進行。
4. 一種實現(xiàn)如權利要求1 3中任意一項所述的FM信號接收方法的FM 信號接收機，包括接收天線，所述接收天線連接至低噪放大器，低噪放大 器的輸出分為I、 Q兩路，每路信號分別經(jīng)過混頻器、增益控制器和模數(shù)轉 換器之后連接到一個數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器輸出經(jīng)過數(shù)模 轉換器之后連接音頻輸出端，其特征在于，所述混頻器的中心頻率Flo與 FM信號的中心頻率Fs相同，所述混頻器之后還設置有濾除低頻噪聲的濾波器o
5. 根據(jù)權利要求4所述的FM信號接收機，其特征在于，所述濾波器集 成在所述數(shù)字信號處理器中，由所述數(shù)字信號處理器進行數(shù)字濾波。
6.根據(jù)權利要求4所述的FM信號接收機，其特征在于，所述濾波器位 于所述增益控制器，所述增益控制器的輸出通過一個反饋放大器連接到所 述增益控制器的輸入端，所述反饋放大器的輸出端還通過一個電容接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種FM信號接收方法，其中混頻器對信號進行零中頻變頻，即混頻器的中心頻率Flo與FM信號的中心頻率Fs相同，然后在信號解調(diào)之前對進行零中頻變頻之后的信號進行濾波，以濾除低頻噪聲。本發(fā)明還公開了一種實現(xiàn)上述方法的FM信號接收機，所述混頻器的中心頻率Flo與FM信號的中心頻率Fs相同，所述混頻器之后還設置有濾除低頻噪聲的濾波器。本發(fā)明具有高鏡像抑制、高靈敏度、高集成度、低功耗等特點，同時大大降低了方案中所涉及到的增益調(diào)節(jié)器(PGA)、模數(shù)轉換器(ADC)等模塊的設計指標和難度。
文檔編號H04B1/10GK101651461SQ200910057278
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權日2009年5月20日
發(fā)明者楊勝君, 春 趙, 魏述然 申請人:銳迪科微電子(上海)有限公司