CN1675844A - 带有可变带宽中频滤波器的无线电接收机 - Google Patents
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Abstract
无线电接收机(100)带有一个IF(中频)滤波器(200)用于自动调节其中频。该滤波器(200)包括一个滤波器组(304)、一个累加子带生成器(322)和一个累加子带功率估计器/开关控制(324)。滤波器组生成子带，各子带都有一个预定频率范围。累加子带生成器(322)选择性地对子带求和以提供带宽递增的低通滤波器。低通滤波器的功率估计用来确定哪一个低通滤波器输出适合于邻电台干扰。另外，如果没有邻电台干扰，IF滤波器(200)根据期望电台的信号强度选择合适的滤波器输出。
Description
背景技术
在宽带FM(频率调制)广播系统中，系统最重要的特征之一是FM已调信号(无线电信号)的带宽随着调制信号(音频信号)的包络而变化。然而，在传统的FM接收机中，中频级的带宽是固定的(大约100KHz，单边带)。当接收到的FM信号强度微弱时，由于过大的噪声影响，可能很难有优良的立体声分离度。另外，如果来自邻电台(典型地，大约离期望电台200KHz)的干扰信号由于非线性解调过程的捕获效应而非常强，干扰将降低信号质量或者甚至完全取代期望电台信号。因此，期望有能够根据信号接收情况自动调节其IF(中频)带宽的FM接收机。
附图说明
结合实例但不局限于附图说明本发明，附图中相同的标记指示相似的元件，在附图中：
图1以框图形式就本发明的一个实施例说明无线电接收机；
图2以框图形式更详细说明图1中基带单元部分；
图3以框图形式更详细说明图2中的IF滤波器；
图4以逻辑图形式说明图3中的累加子带生成器；
图5以框图形式说明图3中的累加子带功率估计器/开关控制电路；
图6为图3中IDFT输出的频谱分布图形表示；和
图7为图3中累加子带生成器输出的频谱分布图形表示。
本领域技术人员能理解，图中的元件为了说明简单清楚而不必按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件放大以帮助改善对本发明实施例的理解。
具体实施方式
图1就本发明的一个实施例说明一种无线电接收机100。无线电接收机100包括经由导线144双向连接到控制电路112的用户接口110。控制电路112经由导线142连接到射频(RF)单元106和108，经由导线140连接到中频(IF)单元114，并经由导线138连接到基带单元116。RF单元106经由导线120连接到RF天线102并经由导线124双向连接到IF单元114。RF单元108经由导线122连接到RF天线104并经由导线126双向连接到IF单元114。IF单元114经由导线128、130和132连接到基带单元116。基带单元116经由导线134连接到音频处理单元150和数据处理单元148。音频处理单元150经由导线136连接到提供输出信号的放大器和扬声器118。数据处理单元148双向连接到用户接口110。另外，用户可以经由导线146向和从用户接口110提供和接收信息。
在工作时，RF天线102和104捕获无线电信号并分别把它们提供给RF单元106和108。RF单元106和108把接收到的无线电信号转换到该无线电接收机设计所规定的普通中频范围。即RF单元106和108可以根据IF单元114的要求把接收到的无线电信号频率转换到更低频率或更高频率(这样可以称为“降频单元”或“升频单元”)。IF单元114经由导线124和126接收IF信号并通过使用模数转换器把它们数字化。IF单元114也进行数字混频以产生经由导线128和130输出到基带单元116的同相和正交数字化信号。在替换调谐电路实施例中，IF单元114是可选的。即RF单元106和108可以把从天线102和104接收到的无线电信号直接转换到基带并可以包含一个模数转换器以直接向基带单元116提供数字化基带信号。
基带单元116接收数字化无线电信号，它们来自于中频单元114或者如果在特定实施例中不存在IF单元就直接来自于RF单元106和108。基带单元116进行信号调节、解调和解码从而经由导线134产生音频和数据信息。基带单元116进行的处理将参照后面的附图进一步描述。经由导线134的音频信息可以提供给音频处理单元150，音频处理单元150可以连接到放大器和扬声器118以生成接收机100经由导线136的音频输出。例如，这可能是音频扬声器播放的音乐。此外，基带单元116可以经由导线134输出数据信息到数据处理单元148进行进一步处理。数据处理单元148的输出可以连接到用户接口110以允许用户与接收机100的输出交互。例如，用户接口可以是无线电调谐钮(radio dial)、触摸屏、监测器和键盘、小键盘或任何其他合适的输入/输出装置。数据信息可以是文本、图形或以数字形式传输的任何其他信息。
在替换实施例中，无线电接收机100可以用于不同格式的数据，例如AM、FM、GPS、数字电视、电视、数字/音频广播、音频广播、数字/视频广播或其他类似的。此外，接收机100可以用于接收射频以外的频率。因此天线102和104可以称为能够感应各种数据格式的传感器。而且，系统中的各传感器或天线都可以接收不同格式的数据，例如，一个传感器接收无线电信号而其他传感器可以接收上文列出的不同类型的数据。另外，图1中的接收机100有两个传感器或天线(例如天线102和104)，但是替换实施例可以使用任意数目的传感器来捕获信号或信息。
图2说明基带单元116部分的一个实施例。IF滤波器200经由导线128和130分别接收同相和正交信号对I1、Q1和I2、Q2，其中I1、Q1对应于经由传感器或天线102接收到的信号，I2、Q2对应于经由传感器或天线104接收到的信号。I1和I2表示数字化同相信号而Q1和Q2表示数字化正交信号(例如，与同相信号相比相位相差90度的信号)。(还要注意：各信号，例如I1、Q1和I2、Q2，都可以表示为复数，其中I1和I2为实部，Q1和Q2为虚部，下文将进一步讨论。)IF滤波器200经由导线202和204连接到信道处理单元206。信道处理单元206经由导线208和210连接到解调器212，解调器212经由导线214和215连接到信号处理单元216。信号处理单元216经由导线134提供音频/数据信息。IF滤波器200、信道处理单元206、解调器212和信号处理单元216经由导线138连接到控制电路112。导线138可以称为控制总线，包括各种用于向和从单元200、206、212和216传输不同信号的导线。例如，导线132可以包括导线138的子集或者可以是传回给中频单元114的全部总线138。因此，经由导线138接收到的控制信号可以经由导线132传输到IF频率单元114。同样地，这些控制信号或这些信号的子集可以经由导线124和126传回给RF单元106和108。此外，控制信号可以直接从控制电路112经由导线142发送到射频单元106和108。
在工作时，IF滤波器200从输入信号I1、Q1和I2、Q2的期望频率范围去掉不要的信号和噪声。IF滤波器200也抑制邻信道以生成已滤波同相和正交信号对I1’、Q1’和I2’、Q2’，其中I1’、Q1’对应于I1、Q1，I2’、Q2’对应于I2、Q2。信道处理单元206接收I1’、Q1’和I2’、Q2’并把它们结合起来生成单个合并信号Icomb、Qcomb。此外，如果RF单元106和108调谐到不同的频率，那么信道处理单元206也可以把其输入信号中的一个或两个，例如I1’、Q1’或I2’、Q2’，直接经由导线208和210提供给解调器212，表示为Ibypass、Qbypass。因此，信道处理单元206提供两种选择，合并其输入数字化信号或直接把它们旁路传给进一步处理单元，例如解调器212。信道处理单元206也就可以提供一个合并信号，例如Icomb、Qcomb，和旁路信号，例如Ibypass、Qbypass。然而，在两个信道都被旁路的情况下，信号Icomb、Qcomb也用作旁路信号。信道处理单元206和Ibypass、Qbypass也提供接收不同类型信号格式的能力，以便第一个信号，例如I1’、Q1’，可以由信道处理单元206处理并经由导线208输出，而第二个信号，例如I2’、Q2’，可以是一个不同的信号格式直接旁路传给解调器212。这允许信道处理单元206提供单个合并信号或各种不同信号用于进一步处理。例如，第一个天线提供来自一个无线电台的信号，而第二个天线可以同时提供来自第二个无线电台的信号或一并提供不同数据格式的信号。信道处理单元206也可以减小接收信号的噪声。
还要注意：图2中说明的实施例只有两个从IF滤波器200接收的信号和信道处理单元206。然而，如参照图1所讨论的，接收机100可以包括任意数目的天线，例如102和104。在该实施例中，各天线都能够向IF滤波器200提供其自己的同相和正交信号对，例如I1、Q1。另外，IF滤波器200可以提供许多与各天线相对应的已滤波同相和正交信号对。以这种方式，信道处理单元206可以适当地输出单个合并信号或信号的多个子组合。另外，信道处理单元206可以提供多个旁路信号以便可以有多于一个输入信号直接旁路传给进一步处理单元，例如解调器212。
解调器212从信道处理单元206接收信号Icomb、Qcomb和Ibypass、Qbypass并经由导线214和215向信号处理单元216提供已解调信号。另外，如果解调器212接收信号Ibypass、Qbypass，解调器212可以仍然经由导线214和215向信号处理单元216提供一个已解调的Ibypass、Qbypass。然而，如上文所讨论，Ibypass、Qbypass是可选的。例如，在一个实施例中，解调器212可以是一个提供与其输入信号(例如Icomb、Qcomb和Ibypass、Qbypass)各自对应的多路(MPX)信号的FM解调器。在替换实施例中，解调器212可以是一个AM解调器或一个特别用于系统(例如接收机100)和输入信号I1、Q1和I2、Q2要求的任意其他信号格式的解调器。信号处理单元216可以进一步处理经由导线214、215接收到的信号并经由导线134输出音频/数据信息。音频/数据信息可以只包括音频信息，只包括数据信息或包括音频和数据信息的组合。然后该数据可以输出到各种不同系统，例如数据处理系统或音频处理系统，如图1所示。例如，在一个FM接收机中，解调器212输出一个MPX信号到如上文讨论的信号处理单元216。在该实施例中，信号处理单元216接收该MPX信号并进行立体声解码以提供合适的信号给各扬声器。例如，可以利用导频音对MPX信号解码以提供立体声系统中的左右扬声器信号。另外，信号处理单元216可以对其他子载波信号(例如RDS或DARC)解码从而向后续处理单元提供进一步信息。
图3以框图形式说明图2中的IF滤波器200。滤波器部分200包括抽样器302、滤波器组304、累加子带生成器322、累加子带功率估计器/开关控制324和8选1选择器326。在该图示实施例中，IF滤波器200还包括一个附加滤波器部分，它本质上与滤波器部分300相同。该附加滤波器部分连接在图2中导线130和204之间。
抽样器302的输入以480KS/s的数据速率接收输入信号I1、Q1，输出以240KS/s的数据速率提供已抽取信号。滤波器组304包括多相子滤波器312、314、316和318，延时元件306、308和310以及16点离散傅里叶逆变换(IDFT)320。多相子滤波器312、314、316和318由滤波器函数F(z)实现，为
F(z)＝E0(z16)+z-1E1(z16)+z-2E2(z16)…+z-15E15(z16)
其中Ei为原型低通滤波器F(z)的第i个多相元件。滤波器函数F(z)为一个16频带奈奎斯特型滤波器并具有线性相位频率响应。例如，滤波器组304通过使用P.P.Vaidyanatha在“Multirate Systems andFilter Banks”(Prentice Hall 1993年出版，165页)中描述的技术来实现。但是，有其他方法可以实现滤波器组304，例如直接实现许多复数带通滤波器。图示实施例中的滤波器必须具有一些特性以便保持部分或总和的相位线性和平坦通带特性。
输出Y0(n)-Y15(n)通过子带生成器320求和从而等效于与输入信号I1、Q1对应的降采样信号，其中n为时间索引。各输出信号Y0(n)-Y15(n)都是一个带通滤波器，其中心频率为15KHz的预设通带大于以前的带通滤波器。输出Y0(n)-Y15(n)作为到累加子带生成器322的输入。子带生成器322形成一组低通滤波信号w0(n)-w8(n)，除了信号w9(n)为带通滤波信号。各后续低通滤波器的通带为15KHz，大于以前的低通滤波器。信号w0(n)-w9(n)在图7中说明。输出信号组w0(n)-w9(n)提供给累加子带功率估计器/开关控制324的输入端，且信号w0(n)-w9(n)提供给8选1选择器326的输入。注意：图示实施例中使用16个带通滤波信号Y0(n)-Y15(n)。然而，其他实施例中可能多于或少于16个滤波信号。
累加子带功率估计器/开关控制324接收信号w0(n)-w9(n)，并估计各信号的功率。该功率估计与预设阈值相比较并用于确定是否有邻电台干扰。如果有邻电台干扰，则提供控制信号给8选1选择器326选择更小通带的低通信号。如果没有发现邻电台干扰，则使用该功率估计来确定期望电台是否为一个相对较弱电台，它需要与相对较强电台情况不同的通带。累加子带功率估计器/开关控制324的功能将在下文图5的讨论中更详细描述。8选1选择器326的输出以240KS/s的速率提供I1’、Q1’。
在工作时，抽样器302从IP单元114接收数字化同相和正交信号I1和Q1。抽样器302作为一个带通滤波器实现，提供额外的阻带衰减并允许采样速率从480KS/s(千个采样每秒)减小为240KS/s。抽样器的额外衰减允许考虑更简单的滤波器组，采样速率的减小减少了实现滤波器部分200所需的运算。在图示实施例中，奈奎斯特频率带宽分成M个子带，其中M等于16。在其他实施例中，M可以为任意子带个数。滤波器组304是一个由许多子滤波器组成的滤波器，这些子滤波器具有特殊的特性以便把子带加起来形成整个信号。滤波器组304的带宽控制不受传输函数或滤波器选择的影响。这样就不需要打开滤波器的带宽来检查条件，因而消除允许质量降低的信号通过滤波器的风险。数字滤波器组304把导线128上接收到的信号分解成多个子带信号。各子带滤波器都有一个线性相位响应。当一些或所有子带滤波器都加到一起时，就得到了一个平坦通带和线性相位的带通滤波器。图4详细说明子带是如何加起来的。
图4以逻辑图形式说明图3中的累加子带生成器322。累加子带生成器322包括许多求和电路424、426、428、430、432、434、436、438和440，用于对复数带通滤波信号Y0(n)-Y15(n)求和，如图6中说明，从而生成复数累加低通滤波信号w0(n)-w9(n)，如图7所示。注意：Y0(n)没有求和而直通成为w0(n)，因为其中心频率为0赫兹。注意：信号Y7(n)、Y8(n)和Y9(n)加起来成为w9(n)。把Y7(n)、Y8(n)和Y9(n)当作邻近干扰标志，因为对于FM，第一邻干扰大约离期望信号100-200KHz。另外，采样速率为240KS/s，这意味着该系统可以识别的最大频率约为120KHz。因此，在射频部分和任意其他预滤波部分滤波之后(例如通过抽样器302预滤波)，残留干扰的能量集中在最高频率子带。
图5以框图形式说明图3中的累加子带功率估计器/开关控制电路324。累加子带功率估计器/开关控制电路324包括许多功率估计器502、504、506、508、510、512、514、516和518，用于确定各累加低通滤波信号w0(n)-w9(n)的单个估计功率。功率估计器502包括一个抽样器521、绝对值计算器520和LPF(低通滤波器)522。各其他功率估计器与功率估计器502相似。开关控制电路324包括乘法器511、513和515，比较器524、526和528，多路复用器532和抽样器533。在各功率估计确定之前，信号w0(n)-w9(n)以因子2降采样。例如，w0(n)使用抽样器521降采样。但是，在其他实施例中，功率估计的采样速率可以进一步减小。注意：该图示实施例使用功率估计。其他实施例中可以监控其他参数，例如子带信号的幅度或能量。
为了确定是否有邻电台干扰，LPF 510的输出通过乘法器511与标注为“干扰阈值1”的干扰阈值相乘。比较器528比较乘法器511的输出与功率估计器518的输出以产生标注为“干扰标志”的干扰标志信号。干扰标志用作为乘法器532的控制输入。如果LPF 518的输出大于乘法器511的输出，则存在干扰。LPF 512的输出乘以干扰阈值2并使用比较器524比较该结果与LPF 510的输出。如果LPF 510大于乘法器513的输出，则8选1选择器326选择W5(n)为输出。如果乘法器513的输出大于LPF 510的输出，则8选1选择器326选择W4(n)输出到线路202上到图2中的信道处理单元206。
在比较器528的输出指示没有邻电台干扰的情况下，LPF 510的输出通过比较器526与标注为“扩展阈值1”的扩展阈值相比较以确定期望电台的信号是否能够归类为弱信号。如果该信号归类为较强信号，则8选1选择器326选择w8(n)为输出。在信号弱的情况下，用乘法器515把LPF 510的输出与标注为“扩展阈值2”的扩展阈值相乘。通常，FM信号带宽约为75KHz(单边)，因此低通滤波信号W5(n)(其带宽约为75KHz)包含期望信号能量的绝大部分。乘法器515的输出通过比较器530依次与LPF 502、504、506、508和509相比，从LPF 502的输出开始。如果LPF 502的输出大于乘法器515的输出，则8选1选择器326选择w0(n)为输出，因为通过实验已确定w0(n)包含期望电台信号能量的绝大部分，从而可以提供期望电台的好的表示信号。如果信号w0(n)不够强，如与乘法器515输出的不利比较所指示，则把w1(n)与乘法器515的输出相比较。同样地，当前面的比较不顺利时，随后的信号w2(n)、w3(n)到w4(n)分别经由LPF 506、508、509与乘法器515的输出相比较。因为邻电台干扰的确定和弱台的确定不需要以高采样速率(例如120KS/s)输出，所以使用抽样器533减小采样速率以进一步减小所需的计算量。注意：该图示实施例没有利用LPF 5的输出。
如上文对图3和图4的讨论，图6是图3中IDFT 320频谱分布的图形表示，图7是图3中累加子带生成器322输出的频谱分布图形表示。
可以包含一个状态电路(未显示)与滤波器200一起提供对哪一个子带允许输出以及接收质量如何的指示。本发明能够用于许多产品中的任意一个，例如FM接收机、AM接收机、陆地移动电话、电视接收机、个人数字助理产品、计算机、无线通信设备、卫星接收机或OFDM(正交频分复用)接收机。
通过如上文描述地实现滤波器200，自动选择一个具有最合适通带的滤波器以滤去邻信道能量并在低频率偏移或噪声条件下压缩该滤波器的有效带宽是可能的。另外，滤波器200以复杂度相对低于以前一些IF滤波器实施例的实现提供上述功能。
在以上的说明书中，已经就特殊的实施例对本发明进行了描述。但是，本领域技术人员很容易想到可以做各种修改和变化，而不背离权利要求书阐明的本发明的范围。因此，说明书和附图都是说明性的而非限制性的意义，并且所有这样的修改都应该包含在本发明的范围内。
上文已经就特殊实施例描述了益处、其他优势和问题解决方案。但是，没有把益处、其他优势、问题解决方案和可能引起益处、其他优势或解决方案发生或变得更显著的任意要素解释为决定性的、要求的或必要的特征或者任意或所有权利要求的要素。这里所用的词语“包括、包含”或其任意其他变形都应该是非排他性的包含，因此，包括一系列要素的处理、方法、物品或装置不只包括列出的那些要素，也可能包括其他没有明确列出的或这样的处理、方法、物品或装置所固有的要素。
Claims (10)
1.一种接收机包括：
滤波器组，用于接收输入信号并生成第一组子带信号；
子带生成单元，用于接收第一组子带信号并产生第二组子带信号，第二组子带信号包括邻干扰测量信号；和
控制单元，用于接收第二组子带信号并从至少部分基于邻干扰测量信号的第二组子带信号中选择子带信号。
2.权利要求1中的接收机，其中，控制单元包括多个功率估计器，用于提供多个功率估计，各功率估计器相连接以接收第二组子带信号中一个预定的子带信号并提供该预定子带信号的功率估计。
3.权利要求2中的接收机，其中，控制单元进一步包括第一比较器，用于比较邻测量信号的功率估计与第二组子带信号中另一预定子带信号的功率估计，并提供作为响应的邻干扰标志。
4.权利要求3中的接收机，其中，控制单元进一步包括第二比较器，用于比较第二组子带信号中的第一预定子带信号与一个扩展阈值，第二比较器提供作为响应的扩展标志。
5.权利要求4中的接收机，其中，控制单元进一步包括第三比较器，用于接收多个功率估计中的一部分和所述扩展标志，第三比较器基于该扩展标志选择性地提供作为响应的多个功率估计的一部分中的一个选择的功率估计。
6.权利要求5中的接收机，其中，控制单元选择性地提供第二组子带信号中与选择的功率估计相对应的一个子带信号作为基于邻干扰标志的选择的子带信号。
7.权利要求5中的接收机，其中，多个功率估计器的一部分中的每一个对应于第二组子带信号中的一个子带信号，该子带信号的通带小于等于第一预定子带信号的通带。
8.权利要求1中的接收机，其中，接收机接收选自下列组的生成信号：FM接收机、AM接收机、陆地移动电话、电视接收机、个人数字助理、计算机、无线通信设备、卫星接收机和OFDM(正交频分复用)接收机。
9.一种在接收机中动态滤波的方法，包括：
接收输入信号；
从输入信号生成多个带通滤波子带信号；
从这多个带通滤波子带信号生成多个低通滤波子带信号；
使用这多个低通滤波子带信号中的一个预定信号来选择这多个低通滤波子带信号中的一个；和
提供这多个低通滤波子带信号中被选的一个作为输出信号。
10.权利要求9中的方法，进一步包括为多个低通滤波子带信号中每一个生成功率估计。
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