采用自适应滤波器消除开关电源开关噪声的无线接收系统的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明专利涵盖开关电源应用、自适应噪声对消原理、自适应算法、无线通信系统技术领域。
【背景技术】
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[0002]开关电源作为电源管理系统中的重要部分，相对于线性稳压源，它体积小、重量轻、效率高。随着开关电源逐步高频化，纹波大、噪声大、对射频有强干扰的问题尤为明显。为解决上述问题，多数的科研成果集中在抑制开关电源自身噪声的产生，通常采用改变电路结构、更换阻尼电容、电磁屏蔽等方式。同时，在无线移动通信中，为保证通信误码率满足要求，接收机的射频电路通常采用噪声较低的线性稳压源，避免使用开关电源供电。然而，线性稳压源的效率较低，这给需要低功耗的移动无线终端设计带来了挑战。目前，自适应噪声对消技术相对成熟，已在音频领域得到应用。如果将该技术用于移动通信系统中，用以消除开关噪声对接收机的性能的影响，则使用开关电源为射频电路供电成为可能，从而降低功耗，提高终端的续航时间。当然，对于其它通信系统，也可以使用该方法，提高电源效率。
【发明内容】
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[0003]本发明可应用于通信系统的接收机部分。首先，对于特定无线通信系统，用开关电源为接收机供电，电源内部的开关噪声将会通过耦合、非线性因素影响接收机输出信号的信噪比。本发明在接收机基带实现自适应噪声消除算法模块，将开关电源中的开关频率信号作为参考噪声源，输入该噪声消除模块，从而消除电源中开关噪声的影响。其中的核心思想是将在本地可以轻易获得的开关电源的开关信号，作为开关噪声的采样，因为两者正相关，然后采用较成熟的自适应陷波器电路结构(如采用附图2中的结构)，和自适应算法(如LMS算法、变步长LMS算法、RLS算法)，从混合信号中消除单频噪声，提取出有用信号，完成通信过程。通过矢量信号分析仪可以清楚的测得经过自适应噪声消除前后误码率与误差矢量幅度EVM的变化。附图3显示误码率在短时间内由0.3下降到10_6。输出信号符合通信协议标准。附图4显示的是由开关噪声干扰引起的EVM与误码率间关系曲线，在加入自适应噪声消除模块后有明显的平移(系统加入噪声消除模块后的EVM值为噪声消除模块输入端的)。此方法，设计巧妙，成本低廉，使开关电源能在射频领域得到应用，取代效率较低的线性稳压源。
【附图说明】
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[0004]附图1利用自适应算法消除开关电源对接收机影响的系统框图
[0005]附图2自适应噪声对消原理图
[0006]附图3经自适应噪声消除后误码率的变化曲线
[0007]附图4经自适应噪声消除前后误码率与EVM关系曲线的变化【具体实施方式】:
[0008]本发明的核心思想是将开关电源的开关信号作为开关噪声的采样，采用自适应陷波器电路结构和自适应算法，在接收机的基带完成开关噪声消除，提取出有用信号。其中，开关电源的开关信号的获得可有以下两种方式实现:
[0009]1.开关电源中的时钟与基带处理器的时钟是独立的，可用模数转换器ADC对电源的开关信号进行采样，得到数字化的开关信号，供噪声消除模块使用；
[0010]2.开关电源的时钟与基带处理器的时钟是相关的(如分频得到)，则可省去数模转换器ADC，直接在数字域对基带时钟操作(如分频)，得到数字化的开关频率信号，供噪声消除模块使用。这种方式需要开关电源与基带处理器进行一体化设计，或开关电源可接受外部时钟同步。
[0011]本说明书以第一种实现方式为例，采用常见商用芯片，搭建了一个演示用码分多址CDMA无线通信接收机，用以说明发明的有效性。以下为演示系统实现方案:
[0012]I，以TL494芯片搭建DC-DC开关电源，将开关频率弓I脚引出，经ADC0809转为数字信号，作为自适应噪声消除算法中的参考噪声。
[0013]2，RF2903芯片搭建CDMA接收机，开关电源为其供电。由射频矢量信号发生器发送已调信号给接收机，构成一个完整的无线通信系统。
[0014]3，接收机输出的IQ两路信号，经低通滤波器和ADC0809转换为数字基带信号，此时的信号中包含开关频率噪声。
[0015]4，利用自适应噪声对消原理，将自适应滤波用FPGA硬件实现，已数字化的开关频率作为参考噪声输入，数字化的基带信号作为混合信号输入，输入FPGA进行自适应处理。
[0016]5，将处理后的数字信号与原射频矢量信号发生器发送的信号相对比，得到误码率与 EVM0
【主权项】
1.一种采用自适应滤波器消除开关电源引入的开关噪声的无线接收系统，其特征在于采用开关电源为射频前端供电，并利用开关电源的开关信号作为开关噪声的采样信号，在基带处采用自适应滤波器完成噪声消除。
2.对于权利要求1所述的噪声消除方法，开关信号作为自适应滤波器参考开关噪声输入的实现方法可以为用模拟数字转换器ADC对开关信号数字化，数字化后的开关信号作为参考噪声源输出给自适应滤波模块。
3.对于权利要求1所述的噪声消除方法，也可以通过建立基带处理时钟与开关电源开关信号的相关性(如使两者同步、或开关信号为基带时钟的分频信号等)，由数字基带的时钟直接产生数字化的开关信号，从而避免使用ADC数字化模块。
【专利摘要】开关电源作为电源管理系统中的重要部分，具有体积小、重量轻、效率高等优点，但噪声大。本发明在通信接收机基带实现自适应噪声消除算法模块(如图1所示)，将开关电源中的开关频率信号作为参考噪声源，输入该噪声消除模块，从而消除电源中开关噪声的影响。此方法，设计巧妙，成本低廉，使开关电源能在射频电路领域得到应用，取代效率较低的线性稳压源。
【IPC分类】H04B1-16
【公开号】CN104734736
【申请号】CN201310697968
【发明人】卜刚, 张贺
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年12月19日