针对无线接收机噪声抑制的研究

陈雅 苏州大学应用技术学院 215325

摘要 :噪声抑制是考验接收机的一大标准，接收机的接收性能关乎信号质量，信噪比是检验信号质量好坏的标准。为了使得接收机在目前的高速率的通信 要求下仍然能够保证高线性，从而获得高质量的接收信号。目前接收机广泛应用 于各种无线通信设备中，因此，对其研究是无线通信技术的一重要研究课题。 关键词：接收机、噪声、抑制 1 通信系统中的接收机与发射机 在通信领域，为了防止发射和接收信号之间的干扰，通常采用频分双工 （ FDD） 或时分双工（ TDD）的双工方式。图 1 描述了发射机对接收机的干扰。无论哪种方 式，在同一时间、同一频带上均只存在单一方向的信号，如果能够实现同一时 间 同一频带上的双向通信，即同频带全双工，将在不增加额外频带的基础上，使 网络吞吐量加倍，因而可 提高频谱的利用率。然而，同频带全双工技术最 大的障碍 源于收发机内部发射信号耦合到接收端而给接收机带来的自干扰 （ SI） 。目 前，解决同频带全 双工通信中的自干扰问题无一例外地采用了天线分离和３种抵消技术。天线分离依靠电磁波在自由空间的衰减来降低自干扰信号，限制了设 备体积 和应用场合。３种自干扰抵消技术根据接收通道的不同阶段分为天线抵消、射频抵消基带抵消。天线抵消利用至少两个发射天线，通过天线空间位置的布置 在接收 天线处抵消掉自身节点的发射信号，但天线位置一旦确定就仅能抵消固定 频率的 自干扰信号，抵消带宽受限。射频抵消技术则是通过获取发射信号作为参 考信号 ，并控制其幅值和相位，在接收机前端与接收到的信号相减，以抵消其中 的自干 扰部分。基带抵消则在接收机将降频信号转换到数字域后，通过信道估算 减去自 干扰信号。天线抵消除了受物理空间和抵消带宽限制之外，其所能达到的 自干扰 抵消比较有限，不能完全满足同频带全双工系统对射频自干扰抑制的要求， 而基 带抵消无法解决强自干扰信号对射频前端的影响，过大的自干扰如果不在进 入接 收机射频前端前进行有效的抑制，会使射频前端饱和或产生无法接受的非线 性。 因此，在同频带全双工通信系统中，射频自干扰抵消是不可缺少的关键环节。

图 1 接收机与发射机之间的传输

2 噪声对接收机的影响

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   2. 干扰恶化射频接收机性能

随着上述诸多同频段标准的出台,频谱资源呈现“拥挤”的庭势,面临的一个 问题就是干扰信号。顾名思义,干扰信号是指影响有用信号的解调与处理的信号。不同于噪声，一方面，干化信号的功率往往大于有用信号的功率；另一方面，干 扰信号的带宽相对较窄，不能与白噪声的带宽相比拟。从频率的角度来看，干扰 信号分为同频干扰与异频干扰。如果蓝牙、Zigbee、802.11b/ac 等技术同时存在，那么一个设备的发射信号就会影响到其他设备接收机对有用信号的正常处理， 其中蓝牙、Zigbee、802.1ac 之间会形成同频干扰，而 802.11ac 与其他技术之间会形成异频干扰。这些属于半双工系统之间的干扰问题。这里的半双工系统， 是指信号的接收与发射不同时(时分复用)或不同频(频分复用)的系统。

对于不同的通信系统，干扰信号的抵消方法也不同。就异频干扰而言，只要在接收机输入端接入一级商性能的滤波器，如表面声波(SAW)滤波器附,或者采用窄带 LC 选频网络，即可抑制干扰信号。然而，对于同频干扰而言，使用 SAW 滤波器很难完成对干扰信号的抑制，这需要分两种情况进行考虑。当干扰功率相对较弱时，可采用离线性度的接收机前端，将干扰信号转换到低频处进行滤除;当干扰功率相对较强时，系统将会出现増益压缩，这就需要一些特殊的自干扰消除技术，先将干扰功率减小，然后再送入接收机处理。

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   3. 噪声抑制的主要手段

正如前面所述，干扰信号是无处不在的。为了使得射频接收机工作的线性化， 如何将噪声抑制并且还不会对有用信号产生影响是至关重要的一项技术。对于接收机实现自干扰抵消的手段大体上分为两类：无源自干扰消除技术和有源自干扰消除技术。从无源自干扰消除技术的角度来说，通过采用双天线隔离的方法或者采用环形器、定向耦合器以及正交混合抑制来降低自干扰信号的强度。从有源自干扰消除技术的角度来说，建立辅助通路来讲自干扰信号提取出来，并主通路干扰信号叠加相消，抑或添加阻抗变换网络，在中频带将自干扰信号滤除，抑或产生一路抵消信号与自干扰信号进行相减，都可以达到抑制自干扰信号的目的。

在全双工系统中，由于实际物理尺寸、天线福射方向等因素，发射机的载波势必会泄露到接收机的输入端，形成干扰信号，虽然其强度因发射机的功率、定向耦合器或环形器的隔离度而定，但也远大于有用信号的强度，从而使有用信号被淹没，影响信号的解调与处理。自干扰抵消技术，能够提升接收机的灵敏度和解调性能，缓解干扰信号对射频前端模块的压力，可以是一个全双工系统能否实现正常通信的关键。

通过阅读相关专利文献以及查阅非专利文献，确定噪声抑制领域的技术分支的占比如图 2 所示。

图 2 噪声抑制在本领域的占比情况

由上图可知：噪声抑制主要包括噪声滤波器、信号噪声的估计、多径噪声的减少、改进不需要的强信号和中和、平衡或补偿方式的五个部分，除此之外还包

括有噪声抑制的其它方式等其他方面的内容。

（一）噪声滤波器

采用在天线与接收机之间靠近天线处采用噪声滤波器对不必要的信号进行预处理，从而获得期望的信号。

（二）信号噪声的估计

对接收的信号中的噪声信号进行检测并将其与主回路中的信号进行相消，从而使得噪声信号被滤除。

（三）多径噪声的减少

当接收机接收多路信号时，通过采用各支路的消除从而达到对噪声进行抑制。

（四）改进不需要的强信号

脊波导的应用可以分为两大块，一个是在天线系统中的应用，另一个是用于其他无源器件（例如滤波器、耦合器、功分器等）。在天线系统中的应用又可以详细分为缝隙天线、喇叭天线和其他类型天线。

（五）中和、平衡或补偿

这个部分可以是采用辅助天线的自适应的均衡或补偿装置来实现对接收到的噪声信号进行自适应的滤波。

（六）其他

例如利用差分信号或改变接收机接收性能从而使得接收机对噪声信号的抑制。

3 结束语

近年来，无线通信的速率从 1G-5G 发生了巨大的变化，对射频接收机的性能要求也越来越高，而衡量接收机高性能的标准之一就是接收机的线性化，而要达到高线性化就需要接收机的具有高信噪比和高灵敏度，从而保证接收到的信号质量更高，以保证通信要求。因此，本论文对各种噪声抑制手段的分析为提升通信

接收机的信号接收性能提供了研究方向和思路。

参考文献

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[5] 折晓峰. 一种多频带射频接收机.四川猎鹰科技有限公司 2020.01.03