專利名稱：數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前，在GSM、CDMA和WCDMA等通信體制的模擬直放站和載波池系統(tǒng)中，中頻解調(diào) 主要采用模擬復(fù)數(shù)解調(diào)的方法，其基本原理是用壓控振蕩器和鎖相環(huán)產(chǎn)生兩路正交的中 頻載波信號(hào)，輸入的中頻信號(hào)通過模擬乘法器分別和兩路正交的中頻載波信號(hào)相乘，實(shí)現(xiàn) 輸入信號(hào)在頻域內(nèi)的搬移，然后通過模擬低通濾波器得到I、Q兩路基帶信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信 號(hào)的下變頻搬移，并得到兩路正交信號(hào)。而模擬復(fù)數(shù)調(diào)制是基帶信號(hào)經(jīng)過類似的混頻處理， 并通過模擬帶通濾波器濾波，得到相應(yīng)的調(diào)制信號(hào)。中頻上、下變頻采用模擬方法實(shí)現(xiàn)，具有較多缺陷，具體表現(xiàn)在模擬器件產(chǎn)生的 中頻載波信號(hào)的穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)頻率偏移，導(dǎo)致系統(tǒng)的輸入、輸出頻點(diǎn)發(fā)生偏移了 ；模 擬乘法器的線性特性不好；模擬濾波器的濾波特性難以調(diào)節(jié)且不易隨具體應(yīng)用的需求而改 變；由于模擬分立元件的不一致，導(dǎo)致I、Q兩路基帶信號(hào)的幅度和相位一致性難以得到保 證；系統(tǒng)使用較多的模擬電路模塊，監(jiān)控子系統(tǒng)復(fù)雜，同時(shí)，模擬器件易受外界影響，容易產(chǎn) 生誤告警信息，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差；產(chǎn)品體積較大，重量較重，難以實(shí)現(xiàn)小型化、輕型化設(shè)計(jì)； 功能單一、靈活性差的模擬硬件電路，很難適合如今不同通信體制、多頻段的無線通信系 統(tǒng)。隨著工藝和技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)的上、下變頻采用了數(shù)字技術(shù)處理。主要有兩種方 案一是采用基于ASIC芯片的數(shù)字上、下變頻解決方案；二是采用基于FPGA的數(shù)字上、下 變頻解決方案。相比于模擬變頻技術(shù)，采用數(shù)字變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了收發(fā)機(jī)的結(jié) 構(gòu)；減少了模擬器件的使用，而數(shù)字器件的精度只取決于數(shù)據(jù)位寬，不受溫度、元器件個(gè)體 差異等因素的影響，有效的避免了 I/Q不平衡問題；提高了可靠性和生產(chǎn)的一致性；克服模 擬信號(hào)傳輸距離受限的缺點(diǎn)。而采用基于FPGA的方案相對(duì)于ASIC方案的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng) 簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了 PCB布板和硬件調(diào)試復(fù)雜度；成本低；可利用軟件無線電技術(shù)，系統(tǒng)具有可擴(kuò) 展性。但是傳統(tǒng)數(shù)字技術(shù)相對(duì)于模擬技術(shù)最大的劣勢(shì)在于傳輸時(shí)延。傳統(tǒng)數(shù)字技術(shù)一般 采用全FIR方案來實(shí)現(xiàn)數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)。為了達(dá)到預(yù)期的射頻性能，需要進(jìn)行復(fù)雜的濾 波和信號(hào)選頻處理，濾波器時(shí)延相對(duì)較大。直放站的系統(tǒng)時(shí)延行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為小于6us。模擬技 術(shù)的系統(tǒng)時(shí)延基本在5us左右(400K載波間隔)；而傳統(tǒng)的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的則在IOus 以上(400K載波間隔)，一般的低時(shí)延數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)時(shí)延8us左右，但其載波間隔為 600KHZ。使用傳統(tǒng)的數(shù)字上、下變頻技術(shù)大大減小了數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，本 發(fā)明有效降低了數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸時(shí)延，傳輸時(shí)延超低。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，包括A/D轉(zhuǎn)換模 塊(模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊)、下變頻混頻處理模塊、抽取濾波系統(tǒng)、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系 統(tǒng)、上變頻混頻處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊(數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊)、下變頻數(shù)字本振模塊以及上變頻 數(shù)字本振模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端依次通過下變頻混頻處理模塊、抽取濾波系統(tǒng)、 數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系統(tǒng)和上變頻混頻處理模塊與D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連； 同時(shí)，所述下變頻數(shù)字本振模塊的輸出端與下變頻混頻處理模塊的輸入端連接，所述上變 頻數(shù)字本振模塊的輸出端與上變頻混頻處理模塊的輸入端連接。所述數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)包 括用于防止系統(tǒng)出現(xiàn)極限環(huán)現(xiàn)象和溢出振蕩的選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊、分路器、用于選頻 濾波和濾除帶外信號(hào)的選頻濾波模塊以及多路復(fù)用器，所述選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊的輸出 端依次通過分路器和選頻濾波模塊與多路復(fù)用器的輸入端相連接。所述選頻濾波系統(tǒng)保護(hù) 模塊的輸入端與抽取濾波系統(tǒng)的輸出端相連接，所述數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)的多路復(fù)用器的輸 出端與內(nèi)插濾波系統(tǒng)的輸入端相連接。所述選頻濾波模塊優(yōu)選為IIR濾波器，所述IIR濾波器采用級(jí)聯(lián)、并聯(lián)或格型方式 進(jìn)行連接。所述抽取濾波系統(tǒng)包括抽取濾波器和多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器的輸入端與下 變頻混頻處理模塊的輸出端相連接，所述多路復(fù)用器的輸出端與抽取濾波器的輸入端連 接。所述抽取濾波器優(yōu)選FIR濾波器，或FIR與IIR的組合濾波器。所述內(nèi)插濾波系統(tǒng)包括內(nèi)插濾波器，所述內(nèi)插濾波器優(yōu)選為FIR濾波器，或FIR與 IIR的組合濾波器。所述下變頻混頻處理模塊、抽取濾波系統(tǒng)、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系統(tǒng)、上 變頻混頻處理模塊、下變頻數(shù)字本振模塊以及上變頻數(shù)字本振模塊均采用CPLD、EPLD、FPGA 或DSP來實(shí)現(xiàn)。上述數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟(1)A/D轉(zhuǎn)換模塊接收輸入的模擬中頻信號(hào)，并模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信號(hào)；(2)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字中頻信號(hào)和下變頻數(shù)字本振模塊提供的本振信號(hào)一 起輸入到下變頻混頻處理模塊進(jìn)行混頻處理，然后輸出基帶信號(hào)到抽取濾波系統(tǒng)；(3)抽取濾波系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行抽取濾波處理，輸出低速的基帶信號(hào)到數(shù)字選 頻濾波系統(tǒng)；(4)低速基帶信號(hào)通過選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊后的有效數(shù)據(jù)，經(jīng)分路器后由選頻 濾波模塊濾除帶外信號(hào)，經(jīng)多路復(fù)用器輸出低速的基帶有效信號(hào)；(5)低速的基帶有效信號(hào)通過內(nèi)插濾波系統(tǒng)，對(duì)低速的基帶有效信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插濾 波處理，輸出高速基帶信號(hào)；(6)高速基帶信號(hào)和上變頻數(shù)字本振模塊提供的本振信號(hào)通過上變頻混頻處理模 塊進(jìn)行混頻處理，輸出數(shù)字中頻信號(hào)；(7)數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊后數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下(1)相對(duì)于模擬技術(shù)，本發(fā)明采用數(shù)字技術(shù)，在系統(tǒng)集成與應(yīng)用方面有著模擬技 術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)；而在性能方面，采用本發(fā)明，可達(dá)到或優(yōu)于常用增益類型模擬機(jī)所有指標(biāo)；采用本發(fā)明，可以使除時(shí)延以外所有指標(biāo)都優(yōu)于高增益類型模擬機(jī)，而時(shí)延會(huì)增加 Ius (在直放站行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi))；而采用本發(fā)明的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，系統(tǒng)時(shí)延在5us至 6us內(nèi)，其它指標(biāo)都優(yōu)于模擬機(jī)。(2)相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)字技術(shù)，本發(fā)明采用I IR濾波器作為核心選頻技術(shù)，利用IIR 濾波器的低時(shí)延與高選擇性特性，在對(duì)時(shí)延要求比較敏感的領(lǐng)域，具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)與競(jìng)爭(zhēng) 力；傳統(tǒng)數(shù)字技術(shù)系統(tǒng)時(shí)延一般在10us(400KHZ載波間隔)，而一般的低時(shí)延數(shù)字系統(tǒng)則 是以犧牲一部分系統(tǒng)性能(主要是載波間隔)為代價(jià)換取時(shí)延降低到8us(600KHZ載波間 隔)，而采用本發(fā)明的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于傳統(tǒng)數(shù)字技術(shù)。(3) IIR濾波器可以以FIR濾波器1/10到1/5的階數(shù)達(dá)到相同的選擇性，所用的存 儲(chǔ)單元少、運(yùn)算次數(shù)少，具有經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的原理框圖；圖2為本發(fā)明數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)原理框圖；圖3為本發(fā)明數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的IIR選頻濾波器直接型結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為本發(fā)明數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的IIR選頻濾波器級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為本發(fā)明數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的IIR選頻濾波器并聯(lián)型結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。實(shí)施例1如圖1所示，數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，由A/D轉(zhuǎn)換模塊11、下變頻混頻處理模塊12、下 變頻數(shù)字本振模塊13、抽取濾波系統(tǒng)14、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)15、內(nèi)插濾波系統(tǒng)16、上變頻混 頻處理模塊17、上變頻數(shù)字本振模塊18以及D/A轉(zhuǎn)換模塊19共同構(gòu)成。所述A/D轉(zhuǎn)換模 塊11的輸出端依次通過下變頻混頻處理模塊12、抽取濾波系統(tǒng)14、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)15、 內(nèi)插濾波系統(tǒng)16和上變頻混頻處理模塊17與D/A轉(zhuǎn)換模塊19的輸入端相連；同時(shí)，所述 下變頻數(shù)字本振模塊13的輸出端與下變頻混頻處理模塊12的輸入端連接，所述上變頻數(shù) 字本振模塊18的輸出端與上變頻混頻處理模塊17的輸入端連接。所述抽取濾波系統(tǒng)14包括抽取濾波器20和多路復(fù)用器21，所述多路復(fù)用器21的 輸入端與下變頻混頻處理模塊12的輸出端相連接，所述多路復(fù)用器21的輸出端與抽取濾 波器20的輸入端連接。所述抽取濾波器20優(yōu)選FIR濾波器。所述內(nèi)插濾波系統(tǒng)16包括內(nèi)插濾波器22，所述內(nèi)插濾波器22優(yōu)選為FIR濾波器。所述下變頻混頻處理模塊12、抽取濾波系統(tǒng)14、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)15、內(nèi)插濾波 系統(tǒng)16、上變頻混頻處理模塊17、下變頻數(shù)字本振模塊13以及上變頻數(shù)字本振模塊18均 采用CPLD、EPLD、FPGA或DSP來實(shí)現(xiàn)；該系統(tǒng)各種指標(biāo)能滿足直放站行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并有效利用 可編程邏輯部件加以設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)靈活性強(qiáng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)字選頻技術(shù)，本發(fā)明的超低時(shí)延核心技術(shù)在于數(shù)字選頻濾波系統(tǒng) 15的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
6
如圖2所示，本發(fā)明的數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)15包括用于防止系統(tǒng)出現(xiàn)極限環(huán)現(xiàn)象 和溢出振蕩的選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊23、分路器24、用于選頻濾波和濾除帶外信號(hào)的選頻 濾波模塊25以及多路復(fù)用器26，所述選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊23的輸出端依次通過分路器 24和選頻濾波模塊25與多路復(fù)用器26的輸入端相連接。所述選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊23 的輸入端與抽取濾波系統(tǒng)14的輸出端相連接，所述數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)的多路復(fù)用器26的 輸出端與內(nèi)插濾波系統(tǒng)16的輸入端相連接。所述選頻濾波模塊優(yōu)選為IIR濾波器27，所述 IIR濾波器27采用級(jí)聯(lián)、并聯(lián)方式或格型進(jìn)行連接。本發(fā)明的數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)15是以IIR濾波器27為核心設(shè)計(jì)的。IIR濾波器的 設(shè)計(jì)步驟如下1.根據(jù)系統(tǒng)射頻指標(biāo)要求，確定合適的濾波器階數(shù)；2.根據(jù)系統(tǒng)時(shí)延要求，確定合適的圓心距；3.計(jì)算密度因子，密度因子是經(jīng)驗(yàn)值；4.根據(jù)濾波器階數(shù)、圓心距和密度因子采用搜索算法，確定最終的IIR濾波器。
…、W1 +... + bNz—N任意階IIR濾波器系統(tǒng)函數(shù)可表示為丑(
權(quán)利要求
數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于，包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、下變頻混頻處理模塊、抽取濾波系統(tǒng)、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系統(tǒng)、上變頻混頻處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、下變頻數(shù)字本振模塊以及上變頻數(shù)字本振模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端依次通過下變頻混頻處理模塊、抽取濾波系統(tǒng)、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系統(tǒng)和上變頻混頻處理模塊與D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連；同時(shí)，所述下變頻數(shù)字本振模塊的輸出端與下變頻混頻處理模塊的輸入端連接，所述上變頻數(shù)字本振模塊的輸出端與上變頻混頻處理模塊的輸入端連接；所述數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)包括用于防止系統(tǒng)出現(xiàn)極限環(huán)現(xiàn)象和溢出振蕩的選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊、分路器、用于選頻濾波和濾除帶外信號(hào)的選頻濾波模塊以及多路復(fù)用器，所述選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊的輸出端依次通過分路器和選頻濾波模塊與多路復(fù)用器的輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述選頻濾波模塊采用 IIR濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述IIR濾波器的設(shè)計(jì)步 驟如下a.根據(jù)系統(tǒng)射頻指標(biāo)要求，確定合適的濾波器階數(shù)；b.根據(jù)系統(tǒng)時(shí)延要求，確定合適的圓心距；c.計(jì)算密度因子，密度因子是經(jīng)驗(yàn)值；d.根據(jù)濾波器階數(shù)、圓心距和密度因子采用搜索算法，確定最終的IIR濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述IIR濾波器采用級(jí) 聯(lián)、并聯(lián)或格型方式進(jìn)行連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述抽取濾波系 統(tǒng)包括抽取濾波器和多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器的輸入端與下變頻混頻處理模塊的輸出 端相連接，所述多路復(fù)用器的輸出端與抽取濾波器的輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述抽取濾波器采用FIR 濾波器，或FIR與IIR的組合濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述內(nèi)插濾波系統(tǒng) 包括內(nèi)插濾波器，所述內(nèi)插濾波器采用FIR濾波器，或FIR與IIR的組合濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)，其特征在于所述下變頻混頻處理模 塊、抽取濾波系統(tǒng)、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系統(tǒng)、上變頻混頻處理模塊、下變頻數(shù)字本 振模塊以及上變頻數(shù)字本振模塊均采用CPLD、EPLD、FPGA或DSP來實(shí)現(xiàn)。
9.利用權(quán)利要求1所述數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于包括以下步驟(1)A/D轉(zhuǎn)換模塊接收輸入的模擬中頻信號(hào)，并模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字中頻信號(hào)；(2)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字中頻信號(hào)和下變頻數(shù)字本振模塊提供的本振信號(hào)一起輸 入到下變頻混頻處理模塊進(jìn)行混頻處理，然后輸出基帶信號(hào)到抽取濾波系統(tǒng)；(3)抽取濾波系統(tǒng)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行抽取濾波處理，輸出低速的基帶信號(hào)到數(shù)字選頻濾 波系統(tǒng)；(4)低速基帶信號(hào)通過選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊后的有效數(shù)據(jù)，經(jīng)分路器后由選頻濾波 模塊濾除帶外信號(hào)，再經(jīng)多路復(fù)用器輸出低速的基帶有效信號(hào)；(5)低速的基帶有效信號(hào)通過內(nèi)插濾波系統(tǒng)，對(duì)低速的基帶有效信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插濾波處理，輸出高速基帶信號(hào)；(6)高速基帶信號(hào)和上變頻數(shù)字本振模塊提供的本振信號(hào)通過上變頻混頻處理模塊進(jìn) 行混頻處理，輸出數(shù)字中頻信號(hào)；(7)數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換模塊后數(shù)模轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明為數(shù)字上、下變頻系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換模塊、下變頻混頻處理模塊、抽取濾波系統(tǒng)、數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)、內(nèi)插濾波系統(tǒng)、上變頻混頻處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、下變頻數(shù)字本振模塊以及上變頻數(shù)字本振模塊。所述數(shù)字選頻濾波系統(tǒng)包括用于防止系統(tǒng)出現(xiàn)極限環(huán)現(xiàn)象和溢出振蕩的選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊、分路器、用于選頻濾波和濾除帶外信號(hào)的選頻濾波模塊以及多路復(fù)用器，所述選頻濾波系統(tǒng)保護(hù)模塊的輸出端依次通過分路器和選頻濾波模塊與多路復(fù)用器的輸入端相連接。本發(fā)明有效降低了數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸時(shí)延，傳輸時(shí)延超低。
文檔編號(hào)H04L25/02GK101977020SQ20101011814
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者楊林軍, 苗龍 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國(guó))有限公司