專利名稱：一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線移動(dòng)通信信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊。
背景技術(shù)：
軟件無線電是近幾年來提出的一種通信新技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)的無線電臺(tái)以功能單一、可擴(kuò)展性差的硬件為核心的設(shè)計(jì)局限性，強(qiáng)調(diào)以開放性的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的最簡硬件為通信平臺(tái)，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，盡可能地用可升級、可重配置的應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)無線 電功能，使得無線通信系統(tǒng)具有很好的通用性和靈活性，使系統(tǒng)的互聯(lián)和升級非常方便。軟件無線電由發(fā)射機(jī)與接收機(jī)兩部分組成，它們都是由射頻(含天線)模塊、中頻模塊以及信號(hào)處理單元三大部分組成。軟件無線電的核心思想是A/D(D/A)靠近天線，射頻模擬信號(hào)盡可能地直接進(jìn)行數(shù)字化，將其變換為適合于數(shù)字信號(hào)處理器或者計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)流，然后通過軟件來完成各種功能，使其具有良好的可擴(kuò)展性和應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性。誠然，現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)還沒有達(dá)到理想的軟件無線電要求，這是由于采樣水平、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的限制。目前，信號(hào)處理單元已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化處理，而射頻模塊與中頻模塊仍然以模擬信號(hào)處理為主。所以，軟件無線電首先面臨的問題就是如何對工作頻帶內(nèi)的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，也就是如何對所感興趣的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。模擬信號(hào)處理具有頻率穩(wěn)定性差、相位噪聲大等難以解決的問題。隨著模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)等芯片技術(shù)水平的不斷提高，中頻模塊的數(shù)字化成為可能，開發(fā)靈活、通用的數(shù)字化中頻模塊已成為一種發(fā)展趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)中提到現(xiàn)有無線電接收機(jī)的中頻模塊為模擬量，信號(hào)處理過程中存在頻率穩(wěn)定性差、相位噪聲大等不足，本發(fā)明提出了一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，分別與射頻模塊和信號(hào)處理單元連接，構(gòu)成軟件無線電接收機(jī)和發(fā)送機(jī)，其特征是該數(shù)字中頻模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字下變頻電路；所述數(shù)字下變頻電路包括混頻電路和抽取濾波電路；混頻電路包括混頻器和數(shù)控振蕩器；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和混頻器連接；混頻器分別與數(shù)控振蕩器和抽取濾波電路連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于接收射頻模塊的參考時(shí)鐘信號(hào)和模擬中頻信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，混頻器將數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的正交序列信號(hào)分別和該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字混頻，并通過抽取濾波電路對數(shù)字混頻后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取降速濾波處理，得到I路信號(hào)和Q路信號(hào)。所述抽取濾波電路由設(shè)定數(shù)量的積分梳狀濾波器和半帶濾波器串聯(lián)后的電路并聯(lián)組成，用來濾除倍頻分量和帶外信號(hào)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降速率抽取。所述半帶濾波器由EP3C40F484C8 FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、混頻電路和積分梳狀濾波器選用AD6654芯片實(shí)現(xiàn)。所述半帶濾波器由EP3C40F484C8 FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。所述數(shù)字中頻模塊支持的調(diào)制制式包括TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA和GSM。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明可支持多種數(shù)字調(diào)制制式，為TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA、GSM等多種調(diào)制制式提供一個(gè)通用的解決方案；2.本發(fā)明針對模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)控振蕩器等的性能指標(biāo)要求高、實(shí)現(xiàn)原理復(fù)雜的問題，直接選用了高性能的ASIC芯片AD6654進(jìn)行處 理，保證了系統(tǒng)的可靠性；3.本數(shù)字中頻模塊的功能強(qiáng)弱可根據(jù)需要進(jìn)行開發(fā)，并兼容與模擬中頻系統(tǒng)相連的射頻處理系統(tǒng)，可大大節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本；4.為達(dá)到特殊目的或?qū)崿F(xiàn)特殊功能，本發(fā)明使用FPGA并進(jìn)行合理化配置，提高產(chǎn)品的靈活性；5.本數(shù)字中頻處理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與高度集成，有利于開發(fā)出體積更小、功耗更低、技術(shù)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)的軟件無線電接收機(jī)。


圖I是數(shù)字中頻模塊原理圖；圖2是數(shù)字中頻模塊硬件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種可支持多種數(shù)字調(diào)制制式的數(shù)字中頻模塊，其功能強(qiáng)弱可根據(jù)需要進(jìn)行開發(fā)，并兼容與模擬中頻系統(tǒng)相連的射頻處理系統(tǒng)，大大節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。通過將中頻處理模塊進(jìn)行數(shù)字化與高度集成，開發(fā)出體積更小、功耗更低、技術(shù)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)的軟件無線電接收機(jī)。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字下變頻電路構(gòu)成，數(shù)字下變頻電路包括混頻電路和抽取濾波電路,混頻電路包括混頻器和數(shù)控振蕩器(NCO)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端為射頻模塊的參考時(shí)鐘和模擬中頻兩路信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與混頻器連接，混頻器的輸出端與抽取濾波電路的輸入端連接，抽取濾波電路輸出端發(fā)送I/Q兩路數(shù)據(jù)，數(shù)控振蕩器(NCO)與混頻器連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換器接收的模擬中頻輸入采用差分輸入，有效減少共模干擾，根據(jù)參考時(shí)鐘判斷調(diào)制制式，包括TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA, GSM，然后使用不同的采樣速率，將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)?；祛l電路采用數(shù)字頻率合成技術(shù)，將數(shù)字處理延續(xù)到正交調(diào)制之后，濾波器就可以用數(shù)字方法實(shí)現(xiàn)，I、Q兩路數(shù)據(jù)也不會(huì)存在增益的不平衡，加上數(shù)控振蕩器(NCO)的低正交誤差，可以使系統(tǒng)誤差降低到數(shù)據(jù)的最低比特(LSB)的高精度范圍。數(shù)控振蕩器是混頻電路的核心部分，其目標(biāo)是產(chǎn)生一個(gè)理想的頻率可變的正弦或余弦波樣本，NCO具有頻率分辨率高、頻率變化速度快、相位可連續(xù)線性變化和生成的正弦及余弦信號(hào)正交特性好等特點(diǎn)。抽取濾波電路中積分梳狀(CIC)濾波器和半帶濾波器(HBF)采用級聯(lián)的方式，用來濾除倍頻分量和帶外信號(hào)，防止頻譜混疊，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行降速率抽取。數(shù)字中頻模塊的參考時(shí)鐘信號(hào)由⑶CE62005芯片提供，數(shù)轉(zhuǎn)換電路、混頻電路和積分梳狀(CIC)濾波器選用AD6654芯片來實(shí)現(xiàn)，半帶濾波器(HBF)選用EP3C40F484C8FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)。如圖I所示，數(shù)字中頻模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字下變頻電路兩部分組成。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。數(shù)字下變頻電路由混頻電路和抽取濾波電路組成?；祛l電路包括數(shù)控振蕩器(NCO)和混頻器。抽取濾波電路由積分梳狀(CIC)濾波器和半帶濾波器(HBF)分別采用級聯(lián)的方式組成。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與外部的射頻模塊相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器、混頻器、積分梳妝濾波器及半帶濾波器依次相連接，數(shù)控振蕩器與混頻器相連，半帶濾波器與外部信號(hào)處理單元相連。 如圖2所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換器、混頻電路和積分梳狀(CIC)濾波器通過AD6654芯片實(shí)現(xiàn)，半帶濾波器(HBF)在EP3C40F484C8 FPGA芯片中實(shí)現(xiàn)。選用CDCE62005芯片為數(shù)字中頻模塊提供參考時(shí)鐘。其中，⑶CE62005芯片分別與AD6654芯片和FPGA芯片相連，提供參考時(shí)鐘。AD6654芯片與FPGA芯片相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻模塊的功能，模擬中頻信號(hào)經(jīng)AD6654芯片與FPGA芯片處理后，產(chǎn)生I/Q兩路數(shù)據(jù)發(fā)送到信號(hào)處理單元。為了向模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸出良好的時(shí)鐘，⑶CE62005芯片向ADC提供的時(shí)鐘使用LVPECL電平差分交流耦合方式傳輸。 ⑶CE62005芯片向ADC提供的時(shí)鐘在不同模式下面的時(shí)鐘不一樣，WCDMA和TD-SCDMA的采樣速率是92. 16M ；GSM的采樣速率是91M，CDMA2000的采樣速率是88. 4376M。⑶CE62005芯片向FPGA芯片提供的時(shí)鐘使用LVCMOS電平，有三路輸出分別對應(yīng)三個(gè)采樣時(shí)鐘，頻率也分別是92. 16M、91M和88. 4376M。模數(shù)轉(zhuǎn)換器對輸入的中頻信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，使中頻信號(hào)由模擬信號(hào)x(t)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)x(n)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器中所采用的采樣方案為帶通采樣。設(shè)輸入的模擬中頻信號(hào)為x(t) =A(t)cos(wc+4) (t)) = A(t) cos (2 Ti fct+4> (t))，其中，A(t)為信號(hào)瞬時(shí)幅度，(t)為信號(hào)瞬時(shí)相位，f。為輸入信號(hào)的載波頻率，《。為信號(hào)的角頻率且《。= 2 nf。。模擬中頻信號(hào)經(jīng)ADC采樣后，得到數(shù)字信號(hào)x(n)=八(0(308( 。+0(11))。模數(shù)轉(zhuǎn)換器由AD6654芯片來實(shí)現(xiàn)。AD6654芯片根據(jù)⑶CE62005芯片提供的時(shí)鐘頻率對自身的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。AD6654芯片接收從射頻發(fā)送過來的模擬中頻信號(hào)，模擬中頻輸入通過一個(gè)隔離變壓器后差分輸入。本發(fā)明使用I : I的隔離變壓器，輸入端信號(hào)電壓擺幅為IV。模擬中頻的差分輸入可有效減少共模干擾。在忽略變壓器的插入損耗的情況下，ADC6654芯片的差分輸入電阻是1000歐姆，輸入端的輸入阻抗為50歐姆。在70MHz中頻的情況下，5MHz信號(hào)的信噪比約為82分貝。為了保證60分貝的信噪比，在最高輸入頻率82. 5M的時(shí)候，采樣鐘的抖動(dòng)不超過4皮秒。數(shù)字下變頻電路中的數(shù)控振蕩器、混頻器及積分梳妝濾波器由AD6654芯片來實(shí)現(xiàn)。模擬中頻信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)X(n)。由通信原理知識(shí)，數(shù)字中頻信號(hào)要下變頻到零頻信號(hào)，首先就要在混頻電路中進(jìn)行數(shù)字正交混頻?；祛l器的功能是將NCO產(chǎn)生的正交序列信號(hào)COS(C^n)和sin ( 。11)與輸入信號(hào)x(n)進(jìn)行數(shù)字混頻，即數(shù)字信號(hào)與正交本振序列在混頻器中相乘，得到兩路混頻信號(hào)，
權(quán)利要求
1.一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，分別與射頻模塊和信號(hào)處理單元連接，構(gòu)成軟件無線電接收機(jī)和發(fā)送機(jī)，其特征是該數(shù)字中頻模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字下變頻電路；所述數(shù)字下變頻電路包括混頻電路和抽取濾波電路；混頻電路包括混頻器和數(shù)控振蕩器； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和混頻器連接；混頻器分別與數(shù)控振蕩器和抽取濾波電路連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于接收射頻模塊的參考時(shí)鐘信號(hào)和模擬中頻信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，混頻器將數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的正交序列信號(hào)分別和該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字混頻，并通過抽取濾波電路對數(shù)字混頻后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取降速濾波處理，得到I路信號(hào)和Q路信號(hào)o
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，其特征是所述抽取濾波電路由設(shè)定數(shù)量的積分梳狀濾波器和半帶濾波器串聯(lián)后的電路并聯(lián)組成，用來濾除倍頻分量和帶外信號(hào)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行降速率抽取。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，其特征是所述 半帶濾波器由EP3C40F484C8 FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，其特征是所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、混頻電路和積分梳狀濾波器選用AD6654芯片實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，其特征是所述半帶濾波器由EP3C40F484C8 FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊，其特征是所述數(shù)字中頻模塊支持的調(diào)制制式包括TD-SCDMA、CDMA2000、WCDMA和GSM。
全文摘要
本發(fā)明公開了無線移動(dòng)通信信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于軟件無線電接收機(jī)的數(shù)字中頻模塊。本發(fā)明包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字下變頻電路；數(shù)字下變頻電路包括混頻電路和抽取濾波電路；混頻電路包括混頻器和數(shù)控振蕩器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器和混頻器連接；混頻器分別與數(shù)控振蕩器和抽取濾波電路連接。本發(fā)明集成度高、可支持四種調(diào)制制式、節(jié)約成本、靈活性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H04B1/16GK102751998SQ20121010018
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者張瀟*, 李守榮, 李瑩, 王帆 申請人:華北電力大學(xué)