專利名稱：一種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及適合與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中射頻直放站或數(shù)字電視轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)字中頻技 術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信迅速發(fā)展的今天，無(wú)論何種無(wú)線通信的覆蓋區(qū)域都將產(chǎn)生弱信號(hào)區(qū)和盲 區(qū)，而對(duì)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和用戶數(shù)不多的盲區(qū)，采用直放站來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋是一種必要的和 低成本的解決方案。在3G網(wǎng)絡(luò)即將到來(lái)的今天，市場(chǎng)對(duì)直放站提出了新的要求。作為3G 的主流標(biāo)準(zhǔn)之一的WCDMA標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在歐洲成熟應(yīng)用，也將成為我國(guó)3G網(wǎng)絡(luò)的釆用標(biāo)準(zhǔn) 之一。由于WCDMA系統(tǒng)可采用單載波或多載波頻率配置方案，中頻信號(hào)帶寬可從5細(xì)z變 化到20MHz，這對(duì)WCDMA直放站的中頻濾波器設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，采用普通的模擬濾 波器在成本上特別是靈活性已不能滿足要求，需要采用數(shù)字化技術(shù)。目前己有的有關(guān)WCDMA 中的數(shù)字中頻濾波器帶寬最大只有15MHz左右，這樣最多只能配置3個(gè)載波，且中頻頻率 較低， 一般在40MHz以下，這對(duì)后面上變頻器的設(shè)計(jì)制作不利。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸 出異頻的數(shù)字中頻濾波器，采用新穎的數(shù)字中頻濾波器頻率配置方案，可應(yīng)用于WCDMA直 放站，也可應(yīng)用于數(shù)字電視轉(zhuǎn)發(fā)器中。本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的這種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器，該裝置主要包括A/D模塊，用于對(duì)模擬中頻信號(hào)采樣；數(shù)字濾波模塊，用于濾波處理，輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz;2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一，用于作2倍內(nèi)插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù) 據(jù)，并使內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到125MHz，再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；混頻濾波模塊，用于作混頻運(yùn)算，混頻后的信號(hào)中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F2
為35MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號(hào)，再對(duì)該信號(hào)濾波；2倍內(nèi)插及高通濾波模塊，用于作2倍內(nèi)插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù)據(jù)， 內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz，然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作高通濾波；2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二，用于作2倍內(nèi)插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù)據(jù)， 內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz，然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；混頻模塊，用于信號(hào)混頻，在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率為160MHz的信號(hào),且160MHz 的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)與A/D輸入信號(hào)的結(jié)構(gòu)相同；其中，模擬中頻信號(hào)與用于采樣的A/D模塊輸入端相連接，其中模擬中頻信號(hào)的輸入頻率為 140MHz，并且?guī)捫∮?1.25MHz; A/D轉(zhuǎn)換后的中頻頻率Fl為15Mhz的信號(hào)與數(shù)字濾波 模塊輸入端相連接，數(shù)字濾波模塊的輸出信號(hào)與2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一的輸入端相連 接；2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一的輸出信號(hào)與20MHz本振與混頻濾波模塊的輸入端相連接； 混頻濾波模塊的輸出信號(hào)與2倍內(nèi)插及高通濾波模塊的輸入端相連接；2倍內(nèi)插及高通濾 波模塊的輸出信號(hào)與2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二的輸入端相連接；2倍內(nèi)插及低通濾波模 塊二的輸出信號(hào)、250MHz本振與混頻模塊的輸入端相連接，其輸出信號(hào)經(jīng)D/A模塊輸出。本實(shí)用新型所述A/D模塊的采樣速率為62. 5MHz,采樣的信號(hào)帶寬要大于155MHz。 '本實(shí)用新型數(shù)字濾波模塊可以依據(jù)具體的應(yīng)用要求，實(shí)現(xiàn)不同的濾波特性，如 WCDMA數(shù)字中頻濾波中可配置成數(shù)字濾波模塊帶寬為lOMHz，可選通二路相鄰載波配 置的WCDMA信號(hào)，即每路WCDMA信號(hào)帶寬5MHz;又如在DVB-T數(shù)字中頻濾波中， 根據(jù)模式的不同，可設(shè)計(jì)成6MHz、 7MHz、 8MHz三種濾波帶寬。本實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入中頻140MHz的信號(hào)濾波，并可 實(shí)現(xiàn)多種信道濾波特性，并可將輸出中頻提升到160MHz,以更便于后面上變頻器的制作。 *輸入中頻信號(hào)、輸出中頻信號(hào)采用不同的頻率，輸入中頻MOMHz,輸出中頻 160MHz;A/D、 D/A采用不同的特定的采樣速率，A/D的釆樣速率為62. 5MHz, D/A的采樣速 率為500MHz;*采用了數(shù)字混頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了輸入、輸出頻率的不同頻變換。

圖1是本實(shí)用新型的原理方框圖；圖2是本實(shí)用新型中140MHz中頻信號(hào)經(jīng)62.5MHz A/D采樣后的頻譜示意圖；圖3是本實(shí)用新型中在WCDMA直放站應(yīng)用中數(shù)字濾波器的一種頻率特性示意圖-,圖4是本實(shí)用新型中2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一的輸出信號(hào)頻譜示意圖；圖5是本實(shí)用新型中2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一與20MHz正弦信號(hào)混頻后頻譜示意圖；圖6是本實(shí)用新型中混頻濾波模塊的輸出頻譜示意圖圖7是本實(shí)用新型中2倍內(nèi)插及高通濾波模塊的輸出頻譜示意圖；圖8是本實(shí)用新型中2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二的輸出頻譜示意圖；圖9是本實(shí)用新型中混頻模塊的輸出頻譜示意圖；附圖標(biāo)記說(shuō)明A/D模塊l，數(shù)字濾波模塊2， 2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一3，混頻濾波模 塊4，倍內(nèi)插及高通濾波模塊5， 2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二6，混頻模塊7， D/A模塊8， 62. 5MHz A/D采樣時(shí)鐘9， 20MHz本振10, 250MHz本振11， 500MHz D/A轉(zhuǎn)換時(shí)鐘12。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步介紹-這種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器，該裝置主要包括A/D模塊l，用于對(duì)模擬中頻信號(hào)采樣；數(shù)字濾波模塊2，用于濾波處理，輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz;2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一 3，用于作2倍內(nèi)插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)0值 叛據(jù)，并使內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到125MHz，再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；混頻濾波模塊4,用于作混頻運(yùn)算，混頻后的信號(hào)中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率 F2為35MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號(hào)，再對(duì)該信號(hào)濾波；2倍內(nèi)插及高通濾波模塊5，用于作2倍內(nèi)插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù)據(jù)， 內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz,然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作高通濾波；2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二 6，用于作2倍內(nèi)插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)0值數(shù) 據(jù)，內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz,然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；
混頻模塊7，用于信號(hào)混頻，在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率為160MHz的信號(hào)，且 160MHz的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)與A/D輸入信號(hào)的結(jié)構(gòu)相同。工作原理說(shuō)明1、 將輸入頻率為140MHz，并且?guī)捫∮?1. 25MHz的模擬中頻信號(hào)，通過(guò)采樣速率為 62. 5MHz的A/D模塊1采樣，采樣的信號(hào)帶寬要大于155MHz。在第一奈奎斯特Nyquist區(qū)， 得到A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字中頻頻率Fl為15Mhz的信號(hào)，該信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)與140MHz輸入信號(hào) 的頻譜結(jié)構(gòu)完全相同。如圖2所示，只要中頻信號(hào)帶寬小與31.25MHz，采樣信號(hào)的頻譜塊 相互不會(huì)混疊。A/D模塊l的選用主要是要考慮采樣速率、帶寬、A/D數(shù)據(jù)位數(shù)的要求。A/D的采樣 速率要能夠達(dá)到62. 5MHz的要求，A/D能釆樣的信號(hào)帶寬要滿足大于155MHz的要求，A/D 數(shù)據(jù)位數(shù)要考慮滿足應(yīng)用的S/N信噪比要求。TT公司的AD5411， AD公司的AD6644等能滿 足WCDMA直放站數(shù)字中頻的技術(shù)指標(biāo)要求。2、 將中頻頻率F1為15Mhz的信號(hào)通過(guò)數(shù)字濾波模塊2作濾波處理，濾波特性要求視 應(yīng)用場(chǎng)合而定。數(shù)字濾波模塊2的輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz;如對(duì)WCDMA直放站的應(yīng) 用場(chǎng)合， 一種可能的特定的濾波模板如下圖3所示，圖3中的橫坐標(biāo)表示頻率，單位為 MHz。該模式的濾波器帶寬為10MHz,可選通二路相鄰載波配置的WCDMA信號(hào)每路 WCDMA信號(hào)帶寬5MHz。將數(shù)字濾波模塊2的輸出信號(hào)通過(guò)2倍內(nèi)插及低通濾波模塊--3—先作2倍內(nèi)插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)0值數(shù)據(jù)，內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到 125MHz，然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波，濾波后數(shù)據(jù)頻譜結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，A 處所示為低通濾波特性。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖4中的頻譜塊未考慮數(shù)字濾波模塊2特性的影響。3、 先對(duì)2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一3的輸出信號(hào)與20MHz本振10通過(guò)混頻濾波模塊4作 混頻運(yùn)算，可得到如圖5所示的頻譜結(jié)構(gòu)示意圖。20MHz本振10可在FPGA中用NCO數(shù)字壓控 振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)?；祛l后的信號(hào)中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率F2為35MHz的且與其他頻 譜塊不重疊的信號(hào)，再對(duì)該信號(hào)用帶通濾波器濾出后的信號(hào)頻譜示意圖如圖6所示，B處所 示為帶通濾波特性，混頻濾波模塊4的數(shù)據(jù)速率為125MHz。4、 先對(duì)混頻濾波模塊4的輸出信號(hào)通過(guò)2倍內(nèi)插及高通濾波模塊5作2倍內(nèi)插，即原數(shù)
據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù)據(jù)，內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz，然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù) 作高通濾波，濾波后數(shù)據(jù)頻譜結(jié)構(gòu)示意圖如下圖7所示。圖7中在第一奈奎斯特區(qū)有中心頻 率F3為90MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號(hào)，但頻譜與A/D前的頻譜成鏡像關(guān)系，C處所 示為高通濾波特性。5、 先對(duì)2倍內(nèi)插及高通濾波模塊5的輸出信號(hào)通過(guò)2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二6作2倍內(nèi) 插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù)據(jù)，內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz，然后再對(duì)內(nèi) 插后的數(shù)據(jù)作低通濾波，濾波后數(shù)據(jù)頻譜結(jié)構(gòu)示意圖如下圖8所示，D處所示為低通濾波特 性。6、 將2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二6的輸出信號(hào)與250MHz本振ll通過(guò)混頻模塊7進(jìn)行信號(hào) 混頻，由于250MHz本振信號(hào)的數(shù)據(jù)率為500MHz， 250MHz信號(hào)經(jīng)抽樣后的信號(hào)實(shí)際上可視為 +1 — 1 +1 — 1……序列，混頻運(yùn)算實(shí)際上是2倍內(nèi)插及低通濾波6的輸出序列與+1 — 1 +1 一l……序列的相乘運(yùn)算。經(jīng)混頻運(yùn)算后可得到下圖9所示輸出頻譜示意圖。由圖9中可知， 在第一奈奎斯特Nyquist區(qū)有只有中心頻率為160MHz的信號(hào)，且160MHz的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)與 A/D輸入信號(hào)的結(jié)構(gòu)相同。該信號(hào)經(jīng)D/A輸出及低通或帶通濾波后即可得到中心頻率為 160MHz的中頻輸出。如圖1所示，圖1中數(shù)字濾波模塊2、 2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一 3、混頻濾波模塊4、 20MHz本振10可由FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列)實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA的選用主要是考慮FPGA的 容量及速度。Atera公司的Cyclone II系列EP2C35、 EP2C50等芯片可滿足要求，F(xiàn)PGA中 的數(shù)字濾波模塊2、 2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一3、混頻濾波模塊4、 20MHz本振10是通過(guò) 對(duì)FPGA下載特定的配置程序生成的，配置程序是通過(guò)EDA工具軟件，采用VHDL或其他編 程語(yǔ)言生成。2倍內(nèi)插及高通濾波模塊5、 2倍內(nèi)插及低通濾波6、混頻7、 D/A8、 250MHz 本振11可由帶內(nèi)插功能的D/A實(shí)現(xiàn)，帶內(nèi)插功能的D/A芯片選用主要是考慮速度及功 能是否滿足要求，TI公司的DAC5687芯片的速度及功能可完全滿足本專利的實(shí)施要求，帶 內(nèi)插功能的D/A芯片的具體功能是由單片機(jī)向D/A中寄存器加載特定的配置數(shù)據(jù)產(chǎn)生的。 62. 5MHz A/D采樣時(shí)鐘9由外部時(shí)鐘電路提供。500MHz D/A轉(zhuǎn)換時(shí)鐘l2即可由外部時(shí)鐘 電路提供，也可用由帶內(nèi)插功能的D/A內(nèi)部的時(shí)鐘電路產(chǎn)生。9、 10、 11、 12單元的頻率
是由基于同一參考頻率源產(chǎn)生的，因而是同步于同一參考頻率源的。圖中的^、 Fs2、 Fs:i、 Fd表示各信號(hào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采樣速率，15MHz、 35MHz、 95MHz、 160MHz表示各節(jié)點(diǎn)信號(hào)的中 心頻率。框圖中的有關(guān)頻率關(guān)系-*模擬中頻信號(hào)輸入頻率Fin=140MHz* A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字域中頻頻率Fl=Fin-2Fsl = 15MHz*在數(shù)字中頻處理單元中混頻后的頻率F2=Fl+Fo = 35MHz Fo為20MHz本振頻率 *在D/A帶內(nèi)插功能中2倍內(nèi)插及高通濾波后頻率F3=2Fsl-F2=90MHz *在D/A帶內(nèi)插功能中4倍內(nèi)插濾波及混頻后的頻率F4=4Fsl-F3 = 160MHz* DAC5687輸出頻率Fout=F4= 160MHz除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形 成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、 一種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器，其特征是該裝置主要包括 A/D模塊(1)，用于對(duì)模擬中頻信號(hào)采樣；數(shù)字濾波模塊(2)，用于濾波處理，輸出數(shù)據(jù)速率為62.5MHz;2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一 (3),用于作2倍內(nèi)插，即在原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值 數(shù)據(jù)，并使內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到125MHz，再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；混頻濾波模塊(4)，用于作混頻運(yùn)算，混頻后的信號(hào)中在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率 F2為35MHz的且與其他頻譜塊不重疊的信號(hào)，再對(duì)該信號(hào)濾波；2倍內(nèi)插及高通濾波模塊(5),用于作2倍內(nèi)插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù)據(jù)， 內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到250MHz，然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作高通濾波；2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二 (6)，用于作2倍內(nèi)插，即原數(shù)據(jù)相鄰樣點(diǎn)間插一個(gè)O值數(shù) 據(jù)，內(nèi)插后的數(shù)據(jù)速率提高到500MHz，然后再對(duì)內(nèi)插后的數(shù)據(jù)作低通濾波；混頻模塊(7)，用于信號(hào)混頻，在第一奈奎斯特區(qū)選取中心頻率為160MHz的信號(hào)，且 160MHz的信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)與A/D輸入信號(hào)的結(jié)構(gòu)相同；其中，模擬中頻信號(hào)與用于采樣的A/D模塊(1)輸入端相連接，其中模擬中頻信號(hào)的輸入頻 率為140MHz，并且?guī)捫∮?1. 25MHz; A/D轉(zhuǎn)換后的中頻頻率Fl為15Mhz的信號(hào)與數(shù)字濾 f模塊(2)輸入端相連接，數(shù)字濾波模塊(2)的輸出信號(hào)與2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一 (3) 的輸入端相連接；2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一 (3)的輸出信號(hào)與20MHz本振(10)與混頻濾 波模塊(4)的輸入端相連接；混頻濾波模塊(4)的輸出信號(hào)與2倍內(nèi)插及高通濾波模塊(5) 的輸入端相連接；2倍內(nèi)插及高通濾波模塊(5)的輸出信號(hào)與2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二 (6) 的輸入端相連接；2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二 (6)的輸出信號(hào)、250MHz本振(11)與混頻 模塊(7)的輸入端相連接，其輸出信號(hào)經(jīng)D/A模塊(8)輸出。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器，其特征是'-所述A/D模塊(1)的采樣速率為62.5MHz，采樣的信號(hào)帶寬要大于155MHz。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種射頻轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中輸入輸出異頻的數(shù)字中頻濾波器，模擬中頻信號(hào)與A/D模塊輸入端相連接，其中模擬中頻信號(hào)的輸入頻率為140MHz，并且?guī)捫∮?1.25MHz；A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)與數(shù)字濾波模塊、2倍內(nèi)插及低通濾波模塊一、20MHz本振與混頻濾波模塊、2倍內(nèi)插及高通濾波模塊、2倍內(nèi)插及低通濾波模塊二的輸入端依次相連接；輸出信號(hào)、250MHz本振與混頻模塊的輸入端相連接，其輸出信號(hào)經(jīng)D/A模塊輸出。本實(shí)用新型有益的效果是可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入中頻140MHz的信號(hào)濾波，并可實(shí)現(xiàn)多種信道濾波特性，并可將輸出中頻提升到160MHz，以更便于后面上變頻器的制作。
文檔編號(hào)H04B7/15GK201039171SQ20062014147
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者吳志堅(jiān), 張國(guó)鋒, 張福洪, 徐益欣, 戴紹港, 欒慎吉, 洪杭迪 申請(qǐng)人:浙江三維通信股份有限公司;杭州電子科技大學(xué)