專利名稱：低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于高速無線短距離通信的超寬帶射頻前端實現(xiàn)方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年來，由于市場對高速無線短距離通信的迫切需求，超寬帶技術(shù)(UWB)受到人們越來越多的關(guān)注。運用從3.1GHz～10.6GHz的UWB頻譜，電信設(shè)備制造商和運營商就能夠大力構(gòu)建和發(fā)展無線個人局域網(wǎng)(WPAN)，實現(xiàn)低功耗、低成本的高速無線數(shù)據(jù)接入。一般來說，UWB通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸需超過100Mbps，而其通信帶寬要達到500MHz以上，這些限制為高速無線UWB通信系統(tǒng)的設(shè)計帶來些許挑戰(zhàn)。這其中諸如射頻電路(低噪聲放大器、混頻器、正交調(diào)制器和正交解調(diào)器等)、模擬基頻電路(信道選擇濾波器和可變增益放大器等)、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)等設(shè)計都不可避免的遇到寬帶寬、高速率的難題。這些電路必須支持至少500MHz的帶寬，甚至可能一路往上擴大到7,500MHz。這些電路所支持的帶寬越大，其設(shè)計就越困難。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法及裝置，通過在射頻、模擬和混合信號電路的復(fù)雜性之間做出適當(dāng)?shù)娜∩?，降低了正?IQ)調(diào)制器、正交解調(diào)器、高速A/D和高速D/A的設(shè)計難度，從而為寬帶無線射頻前端的設(shè)計提供了一條全新的技術(shù)路線。同時，這種方法也為整個UWB通信系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了靈活可靠的保障。
技術(shù)方案本發(fā)明提供一種簡潔、可靠的低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法及裝置。如圖1所示，低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法由多路輸入發(fā)信機和多路輸出收信機完成，1)在發(fā)信機端，通過多工器完成多路寬帶中頻輸入信號的合路，然后將合路后的中頻信號上變頻到射頻上去進行多載波發(fā)射，從而在保證系統(tǒng)發(fā)射性能的情況下降低了基帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器和發(fā)信機的設(shè)計難度。發(fā)信機由k路匹配濾波電路、k路IQ調(diào)制器、多工器、上變頻器、射頻帶通濾波器、射頻放大器、寬帶放大器和發(fā)射天線組成。來自基帶電路的k路模擬I、Q信號，共有I1，Q1，I2，Q2...Ik，Qk路信號進入發(fā)信機，經(jīng)過發(fā)信機內(nèi)k路正交調(diào)制器后產(chǎn)生k路不同中心頻率的中頻信號，然后k路中頻信號通過多工器生成一個有k個等帶寬且中心頻率各不相同的多載波中頻信號，該多載波中頻信號經(jīng)上變頻器變換為多載波射頻信號、再經(jīng)射頻帶通濾波器和射頻放大器后，通過發(fā)射天線發(fā)射出去。發(fā)信機中的自動電平控制(ALC)在每路中頻電路部分實現(xiàn)。
2)在收信機端，將接收信號首先做下變頻處理，然后通過多工器完成多路寬帶中頻輸入信號的分路，從而在保證系統(tǒng)接收性能的情況下降低了收信機和基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計難度。收信機由接收天線、射頻帶通濾波器、低噪聲放大器、下變頻器、多工器、k路IQ解調(diào)器和k路匹配濾波電路組成，從天線接收來的多載波射頻信號，首先進入射頻帶通濾波器濾波，然后經(jīng)低噪聲放大器和下變頻器后生成有k個等帶寬且中心頻率各不相同的多載波中頻信號，該多載波中頻信號經(jīng)多工器后產(chǎn)生了k路不同中心頻率的中頻信號并分別進入相應(yīng)的k個IQ解調(diào)器和k個匹配濾波電路進行解調(diào)和匹配濾波處理，處理后的k路模擬I、Q信號，即I1，Q1，I2，Q2...Ik，Qk路信號隨后送往基帶。收信機中的自動增益控制(AGC)在每路中頻電路部分實現(xiàn)。
基于低復(fù)雜度超寬帶射頻前端實現(xiàn)方法的實現(xiàn)裝置包括發(fā)信機和收信機兩部分，其中，在發(fā)信機中I1匹配濾波電路、Q1匹配濾波電路的輸出端接第一路IQ調(diào)制器，第一路IQ調(diào)制器的輸出端接第一ALC電路，第一ALC電路的輸出端接雙工器，I2匹配濾波電路、Q2匹配濾波電路的輸出端接第二路IQ調(diào)制器，第二路IQ調(diào)制器的輸出端接第二ALC電路，第二ALC電路的輸出端接雙工器，雙工器、上變頻器、射頻帶通濾波器、射頻放大器和發(fā)射天線順序串聯(lián)連接；在收信機中接收天線、射頻帶通濾波器、低噪聲放大器、鏡像抑制濾波器、下變頻器、雙工器順序串聯(lián)連接，收信機雙工器的輸出端分別接第一AGC電路、第二AGC電路的輸入端，第一AGC電路的輸出端接第一路IQ解調(diào)器的輸入端，第一路IQ解調(diào)器的輸出端分別接I1匹配濾波電路、Q1匹配濾波電路的輸入端；第二AGC電路的輸出端接第二路IQ解調(diào)器的輸入端，第二路IQ解調(diào)器的輸出端分別接I2匹配濾波電路、Q2匹配濾波電路的輸入端。
有益效果本發(fā)明提出的低復(fù)雜度超寬帶射頻前端設(shè)計方案，在傳送相同頻譜帶寬的情況下，多路方案中的所需調(diào)制器和解調(diào)器的帶寬僅為傳統(tǒng)單路方案的1/k倍，這樣處理大大簡化了調(diào)制器和解調(diào)器設(shè)計和調(diào)試，使它們工作在一個比較理想的帶寬范圍之內(nèi)，從而具有較好的性能。
在傳送相同數(shù)據(jù)速率的情況下，多路方案中的所需A/D和D/A的工作頻率僅為傳統(tǒng)單路方案的1/k倍，這樣處理大大簡化了A/D和D/A設(shè)計和調(diào)試，降低了系統(tǒng)的成本，使它們工作在一個比較理想的信號采樣時鐘上，從而具有較好的性能。
由于在每一路發(fā)射中頻和接收中頻上都引入了ALC或AGC，這樣就使得系統(tǒng)在做發(fā)射功率控制和接收增益控制時更加的靈活，從而使系統(tǒng)更容易獲得較高的性能。


圖1是低復(fù)雜度超寬帶射頻前端框圖。其中有k路匹配濾波電路、k路IQ調(diào)制器、多工器、上變頻器、射頻帶通濾波器、射頻放大器、寬帶放大器、發(fā)射天線、接收天線、射頻帶通濾波器、低噪聲放大器、下變頻器、多工器、k路IQ解調(diào)器、k路匹配濾波電路。
圖2是本發(fā)明的一種具體實施方式
，雙載波發(fā)信機系統(tǒng)框圖。其中有I1匹配濾波電路1、Q1匹配濾波電路2、I2匹配濾波電路3、Q2匹配濾波電路4、第一路IQ調(diào)制器5、第二路IQ調(diào)制器6、第一ALC電路7、第二ALC電路8、雙工器9、上變頻器10、射頻帶通濾波器11、射頻放大器12、發(fā)射天線13。
圖3是本發(fā)明的一種具體實施方式
，雙載波收信機系統(tǒng)框圖。其中有接收天線14、射頻帶通濾波器15、低噪聲放大器16、鏡像抑制濾波器17、下變頻器18、雙工器19、第一AGC電路20、第二AGC電路21、第一路IQ解調(diào)器22、第二路IQ解調(diào)器23、I1匹配濾波電路24、Q1匹配濾波電路25、I2匹配濾波電路26、Q2匹配濾波電路27。
具體實施例方式
本發(fā)明在3.5GHz頻段上實現(xiàn)了低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實驗裝置。該射頻前端采用了雙載波寬帶調(diào)制方案，中頻信號的合路和分路是由雙工器完成的。中頻信號的中心頻率分別為1.188GHz和1.452GHz，射頻信號的中心頻率為3.48GHz。前端信號通信帶寬約為400MHz，其中兩個子載波的帶寬和子載波之間的隔離帶寬均為132MHz。發(fā)信機的發(fā)射功率約為-12dBm。
該裝置包括發(fā)信機和收信機兩部分，其中，在發(fā)信機中I1匹配濾波電路1、Q1匹配濾波電路2的輸出端接第一路IQ調(diào)制器5，第一路IQ調(diào)制器5的輸出端接第一ALC電路7，第一ALC電路7的輸出端接雙工器9，I2匹配濾波電路3、Q2匹配濾波電路4的輸出端接第二路IQ調(diào)制器6，第二路IQ調(diào)制器6的輸出端接第二ALC電路8，第二ALC電路8的輸出端接雙工器9，雙工器9、上變頻器10、射頻帶通濾波器11、射頻放大器12和發(fā)射天線13順序串聯(lián)連接；在收信機中接收天線14、射頻帶通濾波器15、低噪聲放大器16、鏡像抑制濾波器17、下變頻器18、雙工器19順序串聯(lián)連接，雙工器19的輸出端接分別接第一AGC電路20、第二AGC電路21的輸入端，第一AGC電路20的輸出端接第一路IQ解調(diào)器22的輸入端，第一路IQ解調(diào)器22的輸出端分別接I1匹配濾波電路24、Q1匹配濾波電路25的輸入端；第二AGC電路21的輸出端接第二路IQ解調(diào)器23的輸入端，第二路IQ解調(diào)器23的輸出端分別接I2匹配濾波電路26、Q2匹配濾波電路27的輸入端。
本發(fā)明的發(fā)信機具體實施方式
如圖2所示。來自基帶的第一路模擬I，Q信號(I1和Q1)分別進入I1匹配濾波電路1和Q1匹配濾波電路2，通過第一路IQ調(diào)制器5和第一ALC電路7后產(chǎn)生第一路發(fā)射中頻調(diào)制信號；同時來自基帶的第二路模擬I，Q信號(I2和Q2)分別進入I2匹配濾波電路3和Q2匹配濾波電路4，通過第二路IQ調(diào)制器6和第一ALC電路8后產(chǎn)生第二路發(fā)射中頻調(diào)制信號；這兩路發(fā)射中頻調(diào)制信號在雙工器9中進行合路和濾波，產(chǎn)生發(fā)信機雙載波中頻信號，隨后該雙載波中頻信號順序進入上變頻器10、射頻帶通濾波器11、射頻放大器12和發(fā)射天線13將雙載波RF信號發(fā)射到空中。
本發(fā)明的收信機具體實施方式
如圖3所示。雙載波RF接收信號依次通過接收天線14、射頻帶通濾波器15、低噪聲放大器16、鏡像抑制濾波器17和下變頻器18后產(chǎn)生收信機雙載波中頻信號；通過雙工器19將該雙載波中頻信號進行分路和濾波，生成第一路接收中頻信號和第二路接收中頻信號；第一路接收中頻信號通過第一AGC電路20、第一路IQ解調(diào)器22、I1匹配濾波電路24和Q1匹配濾波電路25后產(chǎn)生I1和Q1信號輸出至基帶電路；同理，第二路接收中頻信號通過第二AGC電路21、第二路IQ解調(diào)器23、I2匹配濾波電路26和Q2匹配濾波電路27后產(chǎn)生I2和Q2信號輸出至基帶電路；這兩路IQ信號需同時送往基帶電路處理。
權(quán)利要求
1.一種低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法，其特征在于該方法由多路輸入發(fā)信機和多路輸出收信機完成，1)在發(fā)信機端，通過中頻多工器完成多路寬帶中頻輸入信號的合路，然后將合路后的中頻信號上變頻到射頻上去進行多載波發(fā)射，從而在保證系統(tǒng)發(fā)射性能的情況下降低了基帶數(shù)模轉(zhuǎn)換器和發(fā)信機的設(shè)計難度；發(fā)信機由k路匹配濾波電路、k路IQ調(diào)制器、多工器、上變頻器、射頻帶通濾波器、射頻放大器和發(fā)射天線組成；來自基帶電路的k路模擬I、Q信號，共有I1，Q1，I2，Q2...Ik，Qk路信號進入發(fā)信機，經(jīng)過發(fā)信機內(nèi)k路IQ調(diào)制器后產(chǎn)生k路不同中心頻率的中頻信號，然后k路中頻信號通過多工器合路生成一個有k個等帶寬且中心頻率各不相同的多載波中頻信號，該多載波中頻信號經(jīng)上變頻器變換為多載波射頻信號、再經(jīng)射頻帶通濾波器和射頻放大器后，通過發(fā)射天線發(fā)射出去。發(fā)信機中的自動電平控制(ALC)在每路中頻電路部分實現(xiàn)；2)在收信機端，將接收信號首先做下變頻處理，然后通過多工器完成多路寬帶中頻輸入信號的分路，從而在保證系統(tǒng)接收性能的情況下降低了收信機和基帶模數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)計難度；收信機由接收天線、射頻帶通濾波器、低噪聲放大器、下變頻器、多工器、k路IQ解調(diào)器和k路匹配濾波電路組成，從天線接收來的多載波射頻信號，首先進入射頻帶通濾波器濾波，然后經(jīng)低噪聲放大器和下變頻器后生成有k個等帶寬且中心頻率各不相同的多載波中頻信號，該多載波中頻信號經(jīng)多工器后產(chǎn)生了k路不同中心頻率的中頻信號并分別進入相應(yīng)的k個IQ解調(diào)器和k個匹配濾波電路進行解調(diào)和匹配濾波，處理后的k路模擬I、Q信號，即I1，Q1，I2，Q2...Ik，Qk路信號隨后送往基帶。收信機中的自動增益控制(AGC)在每路中頻電路部分實現(xiàn)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法的實現(xiàn)裝置，其特征在于該裝置包括發(fā)信機和收信機兩部分，其中，在發(fā)信機中I1匹配濾波電路(1)、Q1匹配濾波電路(2)的輸出端接第一路IQ調(diào)制器(5)，第一路IQ調(diào)制器(5)的輸出端接第一ALC電路(7)，第一ALC電路(7)的輸出端接雙工器(9)，I2匹配濾波電路(3)、Q2匹配濾波電路(4)的輸出端接第二路IQ調(diào)制器(6)，第二路IQ調(diào)制器(6)的輸出端接第二ALC電路(8)，第二ALC電路(8)的輸出端接雙工器(9)，雙工器(9)、上變頻器(10)、射頻帶通濾波器(11)、射頻放大器(12)和發(fā)射天線(13)順序串聯(lián)連接；在收信機中接收天線(14)、射頻帶通濾波器(15)、低噪聲放大器(16)、鏡像抑制濾波器(17)、下變頻器(18)、雙工器(19)順序串聯(lián)連接，雙工器(19)的輸出端接分別接第一AGC電路(20)、第二AGC電路(21)的輸入端，第一AGC電路(20)的輸出端接第一路IQ解調(diào)器(22)的輸入端，第一路IQ解調(diào)器(22)的輸出端分別接I1匹配濾波電路(24)、Q1匹配濾波電路(25)的輸入端；第二AGC電路(21)的輸出端接第二路IQ解調(diào)器(23)的輸入端，第二路IQ解調(diào)器(23)的輸出端分別接I2匹配濾波電路(26)、Q2匹配濾波電路(27)的輸入端。
全文摘要
低復(fù)雜度超寬帶射頻前端的實現(xiàn)方法及裝置是一種應(yīng)用于高速無線短距離通信的超寬帶射頻前端實現(xiàn)方法。在發(fā)信機端通過多工器完成多路寬帶中頻輸入信號的合路，然后將合路后的中頻信號上變頻到射頻上去進行多載波發(fā)射，從而在保證系統(tǒng)發(fā)射性能的情況下降低了基帶部分高速A/D電路和發(fā)信機中正交調(diào)制器的設(shè)計難度；在收信機端將接收來的多載波信號首先做下變頻處理，然后通過多工器完成多路寬帶中頻輸入信號的分路，從而在保證系統(tǒng)接收性能的情況下降低了收信機中正交解調(diào)器和基帶部分高速D/A電路的設(shè)計難度。該方法為寬帶無線射頻前端的設(shè)計提供了一條全新的技術(shù)路線。
文檔編號H04B1/40GK1819472SQ20061003896
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者洪偉, 田玲, 朱紅兵 申請人:東南大學(xué)