CN103346810B - 全数字直接上变频电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基带信号到射频信号的上变频技术领域，特别是一种全数字直接上变频电路，包括基带处理模块和RF处理模块；所述基带处理模块对输入***的基带信号进行内插处理，提高数据速率，而后进行幅值缩减，然后将信号的多位并行数据调制成一位串行数据，并搬移噪声频谱；所述RF处理模块对经过基带处理模块处理后的输出数据进行N倍复用，转换成并行数据，然后将并行数据转换成串行数据输出。该电路噪声干扰小，结构简单，易于实现，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及基带信号到射频信号的上变频技术领域，特别是一种全数字直接上变频电路。
背景技术
上变频电路是射频发射机电路的重要组成部分，它完成信号从基带到射频的变频过程。
无线通信***射频前端发射机通常有两种上变频结构：超外差式结构和直接上变频结构。超外差式发射机分两步将基带变频到射频信号。第一步变频操作在数字域内进行，通过四相正交上变频结构变换到中频。该中频信号再经过数模转换到模拟域内，然后通过滤波器滤除由于数模转换带来的混叠信号，并将经过滤波后的信号混合成为一路信号，再与本振信号相乘进行第二次混频，混频后的射频信号再通过带通滤波器滤除镜像信号和高频谐波分量。超外差式发射机的结构复杂，涉及到数字域和模拟域的信号变频和转换，需要多个本地振荡器，镜像信号干扰的抑制比较困难，集成度受到镜像抑制滤波器的影响。
直接上变频发射机将基带信号直接正交上变频到载波频段，没有中频混频这一级，因此简化了***的结构。在I/Q两路匹配良好的条件下，直接上变频发射机电路的镜像抑制效果很好。目前的直接上变频方案基本上都是采用了数模转换器，而数模转换器的引入增加了对基带信号源的信号要求，需要对基带信号源和数模转换器的信号接口参数做特殊的处理，比如数字信号的比特率、均峰比，数模转换器的转换速率等等，同时本振泄露较严重。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供一种全数字直接上变频电路，该电路噪声干扰小，结构简单，易于实现，制造成本低。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种全数字直接上变频电路，包括：
基带处理模块，所述基带处理模块对输入***的基带信号进行内插处理，提高数据速率，而后进行幅值缩减，然后将信号的多位并行数据调制成一位串行数据，并搬移噪声频谱；
RF处理模块，所述RF处理模块对经过基带处理模块处理后的输出数据进行N倍复用，转换成并行数据，然后将并行数据转换成串行数据输出。
进一步的，所述基带处理模块用于进行输入信号的数据转换和噪声成型，包括：
内插滤波器，所述内插滤波器用于对输入***的I、Q两路基带信号进行内插处理，以提高输入信号的采样速率；
增益控制器，所述增益控制器用于对内插滤波器输出的信号进行幅值缩减处理，以使输出信号处在delta-sigma调制器的输入阈值范围内；
delta-sigma调制器，所述delta-sigma调制器用于将增益控制器输出的多位并行数据调制成一位串行数据，并将量化噪声搬移到高频处，以为后续的直接数字上变频做准备。
进一步的，所述RF处理模块用于进行数字上变频变换和串行数据输出，包括：
位操作，所述位操作用于对delta-sigma调制器输出的一位I、Q信号进行相应的操作，以满足字生成器的输入格式要求；
字生成器，所述字生成器用于对输入的I路、Q路、I路取反、Q路取反这四路信号进行排序，并进行N倍的复用，其中N的值根据所需上变频的射频频率确定，得到一个4*N位位宽的并行数据；
高速收发器，所述高速收发器用于将字生成器输出的4*N位位宽的并行数据转换成串行数据，并按照设定的数据速率进行高速串行输出。
进一步的，该直接上变频电路采用基于FPGA的数字逻辑硬件电路实现。
本发明的有益效果是提供了一种全数字直接上变频电路，该电路基于delta-sigma调制器（DSM），实现在数字域上把基带信号直接上变频到射频频段，整个处理过程都是在数字域完成，避免了传统上变频方法中模拟器件的噪声干扰。此外，本发明采用可编程逻辑器件实现，结构简单易行，可以与基带信号处理部分一起集成在同一片可编程逻辑器件上，节约成本，简化发射***前端的电路复杂度。本发明可通过修改参数实现不同频率的变频，能够很好的满足软件无线电的应用要求，可应用于各种无线发射设备中。
附图说明
图1是本发明实施例的结构框图。
图2是本发明实施例中delta-sigma调制器的结构框图。
具体实施方式
本发明全数字直接上变频电路，包括基带处理模块和RF处理模块。所述基带处理模块对输入***的基带信号进行内插处理，提高数据速率，而后进行幅值缩减，然后将信号的多位并行数据调制成一位串行数据，并搬移噪声频谱；所述RF处理模块对经过基带处理模块处理后的输出数据进行N倍复用，转换成并行数据，然后将并行数据转换成串行数据输出。
图1是本发明实施例的结构框图。整个***都在一片FPGA硬件上实现，包括基带处理模块11和RF处理模块12。
基带处理模块11用于进行输入信号的数据转换和噪声成型，包含3个子模块，各子模块分别为：
（1）内插滤波器111：内插滤波器用于对输入***的I、Q两路基带信号进行内插处理，提高输入信号的采样速率。它是一个简单的多阶低通滤波器，其中内插率可以通过软件灵活设置，以满足不同过采样率的要求。
（2）增益控制器112：增益控制器用于对内插滤波器输出的信号进行适当的幅值缩减处理，使得输出信号处在delta-sigma调制器的输入阈值范围内，符合delta-sigma调制器的输入信号要求。增益控制器中最主要的参数就是缩放因子k，该因子是通过特定算法预先计算得到的，它可以根据实际需要通过软件灵活的进行修改。
（3）delta-sigma调制器113：delta-sigma调制器用于将增益控制器输出的多位并行数据调制成一位串行数据，并将量化噪声搬移到高频处，从而避免了量化噪声对有用信号的影响。本实施例中，该调制器是一个二阶的delta-sigma调制器。以CIFB结构为例，其结构框图如图2所示，其性能主要由a1，a2，b1，c1，c2，g1这几个参数决定，同时这些参数都可以根据不同的性能要求通过软件进行灵活的设置，它是基带信号处理部分和直接数字上变频部分之间的重要桥梁，为后续的直接数字上变频做准备。
RF处理模块12用于进行数字上变频变换和串行二进制数据输出，包含3个子模块，各子模块分别为：
（1）位操作121：位操作根据算法要求对delta-sigma调制器输出的一位I、Q信号进行取反操作，以满足后面字生成器的输入格式要求。
（2）字生成器122：字生成器根据算法要求对输入的I路、Q路、I路取反、Q路取反这四路信号进行排序后，进行N倍的复用，其中N的值是根据所需上变的射频频率进行确定，最后得到一个4*N位位宽的并行数据。
（3）高速收发器123：高速收发器能够实现高达几Gbps速率的数据输出，它将字生成器生成的4*N位位宽的并行数据转换成串行数据，并按照设定的数据速率进行高速的串行输出，其中输出的数据速率能够根据应用要求通过软件灵活的进行改变，能够适应不同的应用要求。
当基带信号输入***时，信号先经过内插滤波器进行内插处理，提高数据速率，以满足后续delta-sigma调制器的处理要求，然后送入增益控制器中，经增益控制器缩减后送入delta-sigma调制器中进行处理，实现多位数据到一位数据的变换和噪声频谱的搬移，得到的多路一位输出数据经位操作后输入字生成器，得到所需的固定位宽的并行数据，最后将这些并行数据送入高速收发器，实现并串转换并以4倍射频频率的速率高速输出，从而实现基带信号到射频信号的全数字直接变换。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种全数字直接上变频电路，其特征在于，包括：
基带处理模块，所述基带处理模块对输入***的基带信号进行内插处理，提高数据速率，而后进行幅值缩减，然后将信号的多位并行数据调制成一位串行数据，并搬移噪声频谱；
RF处理模块，所述RF处理模块对经过基带处理模块处理后的输出数据进行N倍复用，转换成并行数据，然后将并行数据转换成串行数据输出；
所述基带处理模块用于进行输入信号的数据转换和噪声成型，包括：
内插滤波器，所述内插滤波器用于对输入***的I、Q两路基带信号进行内插处理，以提高输入信号的采样速率；
增益控制器，所述增益控制器用于对内插滤波器输出的信号进行幅值缩减处理，以使输出信号处在delta-sigma调制器的输入阈值范围内；
delta-sigma调制器，所述delta-sigma调制器用于将增益控制器输出的多位并行数据调制成一位串行数据，并将量化噪声搬移到高频处，以为后续的直接数字上变频做准备；
所述RF处理模块用于进行数字上变频变换和串行数据输出，包括：
位操作，所述位操作用于对delta-sigma调制器输出的一位I、Q信号进行相应的操作，以满足字生成器的输入格式要求；
字生成器，所述字生成器用于对输入的I路、Q路、I路取反、Q路取反这四路信号进行排序，并进行N倍的复用，其中N的值根据所需上变频的射频频率确定，得到一个4*N位位宽的并行数据；
高速收发器，所述高速收发器用于将字生成器输出的4*N位位宽的并行数据转换成串行数据，并按照设定的数据速率进行高速串行输出。
2.根据权利要求1所述的全数字直接上变频电路，其特征在于，该直接上变频电路采用基于FPGA的数字逻辑硬件电路实现。
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