一种应用于lte信道模拟器的宽带频率源的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，属于微波/毫米波器件【技术领域】，该频率源能输出宽带射频本振信号和中频相位可调本振信号，包括参考时钟模块、宽带频率合成器模块和中频频率合成器模块。参考时钟模块向宽频带频率合成器提供所需参考时钟信号，向中频频率合成器提供相位可调、频率可调的参考时钟信号；宽带频率合成器模块是由三个宽带电压控制振荡器组成了一个锁相式频率合成器，中频相位可调频率合成器模块的参考时钟是由直接数字频率合成器（DDS）提供，可实现频率、相位调整。本发明具有频带宽、功耗小、体积小、相位噪声指标高的特点，适用于LTE信道模拟器及相应的宽带射频收发设备中。
【专利说明】一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波/毫米波器件【技术领域】，尤其涉及LTE移动通信中的射频【技术领域】，特别是一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源实现装置。
【背景技术】
[0002]国家科技重大专项——“新一代宽带无线移动通信网”是我国政府为了推动我国通信行业整体发展，提升我国无线移动通信行业在全球的地位，培养我国移动通信行业可持续发展能力，拉动我国民族工业创新发展的重要措施。TD-LTE及其演进技术TD-LTE-Advanced,作为具有我国独立自主知识产权的TD-SCDMA后续演进技术，将更加体现我国在国际通信领域的竞争力。
[0003]无线信道是非常复杂和多变的信号物理通道，无线信道存在着多径衰落、平衰落、噪声等影响通信性能的不利因素，而这些都是通信系统研究必须要重点考虑的问题，信道的模拟是保证同一通信协议与体制系下，不同厂家开发的终端与多厂家提供的系统设备之间顺畅通信必不可少的测试流程。通过开发支持LTE无线信道模拟器，节省移动通信设备的研制费用，增加了研发时的灵活性，同时缩短研制周期，减少基站和终端设备的总体开发过程及互联互通测试时间，减少外场测试的时间，对提高和保证不同系统、终端厂商的互连互通有着非常积极的作用。
[0004]LTE信道模拟器中频率源的性能是整个设备中关键部分，该频率源给射频接收机和发射机提供射频本振信号和中频本振信号，要求射频输出宽频带、低相位噪声和中频输出相位可调等功能，同时还需具备低复杂度、低功耗的特点。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，该频率源能输出宽带射频本振信号和中频相位可调本振信号，以降低电路的复杂度，减小电路杂散，实现宽频率、低相噪的目的。
[0006]为实现上述目的，本发明采取如下技术方案:
[0007]—种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，该频率源包括参考时钟模块、宽频带频率合成器和中频频率合成器；参考时钟模块，用于向宽频带频率合成器提供参考时钟信号,还用于向中频频率合成器提供相位可调、频率可调的参考时钟信号；宽频带频率合成器，用于根据参考时钟模块提供的参考时钟信号生成LTE信道模拟器所需射频本振信号；中频频率合成器，用于根据参考时钟模块提供的参考时钟信号生成LTE信道模拟器所需中频本振信号。
[0008]更进一步的，参考时钟模块包括温补晶振，所述温补晶振向一号鉴相器、无源环路滤波器、电压控制振荡器和分频器组成的锁相环提供时钟基准信号，所述锁相环输出两路参考时钟信号，其中一路参考时钟信号经晶体滤波器滤波后输入宽频带频率合成器；另一路参考时钟信号经带通信号滤波器滤波、放大器放大、分频器分频后输入直接数字频率合成器，所述直接数字频率合成器向中频频率合成器提供相位可调、频率可调的参考时钟信号。
[0009]更进一步的，温补晶振为IOMHz温补晶振，所述电压控制振荡器为IOOMHz电压控制振荡器，所述锁相环输出IOOMHz参考时钟信号；该IOOMHz参考时钟信号分为两路，其中一路参考时钟信号经晶体滤波器滤波后输入宽频带频率合成器，另一路参考时钟信号经IGHz带通信号滤波器提取其10次谐波分量，产生频谱干净的IGHz频率信号后，再经放大器放大、分频器分频产生500MHz频率信号，该500MHZ频率信号作为参考时钟信号输入直接数字频率合成器，所述直接数字频率合成器向中频频率合成器提供相位可调、频率可调的参考时钟信号，该参考时钟信号频率范围为119.5MHz?120.5MHz，频率分辨率可达0.1Hz，相位调整精度为0.2度。
[0010]更进一步的，宽频带频率合成器包括二号鉴相器、有源环路滤波器、宽频带电压控制振荡器、射频放大器、受控电源、射频单刀四掷开关和宽带定向耦合器，所述参考时钟模块提供的参考时钟信号和宽带定向耦合器耦合端反馈的射频本振信号经过二号鉴相器鉴相、有源环路滤波器滤波后分为N路信号，每路信号分别经一个宽频带电压控制振荡器调频、一个射频放大器放大后与射频单刀四掷开关的一个输入端相连，所述射频单刀四掷开关的输出端与宽带定向耦合器输入端相连，所述宽带定向耦合器直通端输出该频率源所需射频本振信号，所述宽带定向耦合器耦合端将射频本振信号反馈至二号鉴相器；所述二号鉴相器、有源环路滤波器分别与一个宽频带电压控制振荡器和一个射频放大器组合成N路覆盖不同频段的频率合成器，且频段的选择由受控电源和射频单刀四掷开关电路控制，所述受控电源和射频单刀四掷开关通过数据总线与单片机处理器相连。本发明优选N=3，且三路频段频率范围分别是 2.8-4.2GHz，4.2-5.5GHz，5.5_6GHz。
[0011]更进一步的，中频频率合成器包括三号鉴相器、无源低通环路滤波器、中频电压控制振荡器和中频放大器；所述三号鉴相器、无源低通环路滤波器、中频电压控制振荡器和中频放大器组成中频锁相式频率合成器，中频电压控制振荡器的振荡频率范围为1.195?1.205GHz。
[0012]更进一步的，直接数字频率合成器、二号鉴相器和三号鉴相器通过数据总线与单片机处理器相连。
[0013]有益效果:
[0014](I)由于LTE信道模拟器射频电路需要实现相位可调的功能，本发明采用了参考时钟相位可调来实现中频频率合成器相位可调的目的，进一步降低了应用于LTE信道模拟器的频率合成器的复杂度，并且实现了相位的精确可调的功能，相位调整精度能达到2度。
[0015](2)常见的宽带频率合成器宽频带的实现方法一般有如下几种方法:第一种就是先设计出一个具有一定带宽的频率合成器，宽频带的实现是通过复杂的倍频、分频、滤波器组、开关电路等实现，这种宽频带电路的实现方法复杂，相位噪声指标差，输出频谱的杂散分量特别多；第二种方法是直接用一个宽频带的电压控制振荡器来实现，电路实现虽然简单，但是输出的相位噪声指标比较差。本发明采用的装置，既避免了复杂倍频、分频电路带来的杂散大，电路复杂的特点，又解决了单个宽带VCO实现宽频带滤波器相位噪声指标差的缺点，采用了三个独立的电压控制振荡器，通过单刀四掷开关进行不同频率锁定的切换，以实现宽频带、低复杂度、低相位噪声的性能。[0016](3)本发明宽带射频频率合成器宽频带特性的实现是由三个宽带射频电压控制振荡器共用一个锁相式频率合成器电路实现，其特点是电路简单，功耗低，性能指标好。
[0017](4)射频电路中为了实现对相位的精确控制，通常会在收、发信机中插入移相器以实现相位调整。采用不同的移相器方案，移相效果也不一样，模拟移相器工作带宽比较窄；数字控制移相器工作频率带宽可以稍微宽点，但是移相精度不够高，一般典型的移相精度是6.25度。本发明采用的方案是在混频环节中插入一个中频相位可调的频率合成器，该频率合成器的相位调整精度能达到2度，精度高，且实现方法简单，不需要在收信机和发信机中都插入复杂的移相电路，进一步降低LTE信道模拟器中频率合成器的复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明提供的应用于LTE信道模拟器中的频率合成器结构图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020]如图所示，本发明提供的一种应用于LTE信道模拟仿真器的频率源，具有射频输出宽频带、低相噪，中频相位可调的特点。该频率源包括参考时钟模块、宽频带频率合成器和中频频率合成器。频率合成器是射频与微波系统的核心部件，在通信、雷达与电子对抗中具有关键作用,其主要技术指标为频带、相噪噪声、杂散、频率分辨率等。
[0021](I)参考时钟模块
[0022]参考时钟模块给整个频率源提供所需要的时钟信号，给宽带射频频率合成器的二号鉴相器12提供一个IOOMHz的相位噪声指标高的参考时钟信号，以保证宽频带射频频率合成器输出模块输出低相位噪声特性；同时还由直接数字频率合成器10产生一个相位可调、频率可调的信号，该信号给中频频率合成器提供参考时钟，以实现中频输出频率可以微调，相位可以调整的目的。
[0023]所述参考时钟模块的实现是由IOMHz温补晶振I给整个频率源系统提供时钟基准信号，该IOMHz信号输入一号鉴相器2，一号鉴相器2、无源环路滤波器3、IOOMHz电压控制振荡器4和分频器5组成一个锁相环，该锁相环能产生一个高频率稳定度、相位噪声指标高的IOOMHz参考时钟，且电路实现成本低。该IOOMHz参考时钟分为两路，一路信号经过晶体滤波器6滤波之后，将多余的谐波和杂散分量滤除掉，给宽带射频频率合成器模块提供参考时钟信号；另一路信号取其10次谐波分量，即IGHz信号，通过一个IGHz带通信号滤波器7，产生频谱干净的IGHz频率信号，再经过放大器8放大、分频器9分频产生500MHz的信号，该500MHZ信号仍具有高频率稳定度、低相噪的特点，给直接数字频率合成器10提供时钟信号，直接数字频率合成器10产生一个频率分辨率高、相位可调的频率信号，频率范围为119.5MHz?120.5MHz，频率分辨率可达0.1Hz，相位调整精度为0.2度，该直接数字频率合成器10可以给中频频率合成器提供时钟信号，以实现中频频率分辨率高，相位调整的目的，本实例直接数字频率合成器10优选AD9959数字频率合成器。
[0024](2)宽频带频率合成器
[0025]宽频带频率合成器部分能产生一个宽频带的信号，为LTE信道模拟器提供宽带射频本振信号，由参考时钟模块提供IOOMHz的低相噪、高频率稳定度的参考时钟，该时钟信号经过二号鉴相器12鉴相、有源环路滤波器13滤波后分为三路信号，每路信号各自与一个宽频带电压控制振荡器14 (或15、16)调频和一个射频放大器17 (或18、19)信号组成独立的频率合成器，频率范围分别是2.8-4.2GHz, 4.2-5.5GHz，5.5_6GHz。由单片机处理器来决定哪一个环路工作，通过受控电源27、28、29和射频单刀四掷开关20实现，剩余一个输入端口接50欧姆匹配负载，射频单刀四掷开关20的输出端与宽带定向耦合器21输入端相连，宽带定向耦合器21直通端输出频率源所需宽带射频本振信号，本实例中宽频带频率合成器输出2.8?6.0GHZ宽带射频本振信号；宽带定向耦合器21 —个耦合端将输出宽带射频本振信号反馈至二号鉴相器12，另一耦合端接50欧姆匹配负载。从而使宽频带频率合成器整体形成一个锁相频率合成器结构。其中，为了简化电路的复杂度，宽频带频率合成器的设计摒弃了复杂的倍频、分频、滤波电路，为了保证频率合成器输出低相位噪声指标的特点，电路也没有采用一个宽频带电压控制振荡器实现的频率合成器，以得到较好的相位噪声指标。
[0026](3)中频频率合成器
[0027]中频相位可调的频率合成器为LTE信道模拟器提供中频本振信号，其实现主要是由三号鉴相器22、无源低通环路滤波器23、中频电压控制振荡器24和中频放大器25组成一个中频锁相式频率合成器，其中，中频电压控制振荡器24的振荡频率范围为1.195?
1.205GHz，该频率合成器的参考时钟是由直接数字频率合成器10提供的，参考时钟范围为119.5MHz?120.5MHz，直接数字频率合成器10通过数据总线与单片机处理器26相连，从而实现中频频率合成器频率分辨率高，相位可调，故输出的中频频率分辨率也高，同时能实现相位可调的性能。本实例中频频率合成器输出1.195?1.205GHZ本振信号。
[0028]本发明提供的频率源单片机处理器26还通过数据总线与二号鉴相器12、三号鉴相器22相连，从而直接控制宽频带频率合成器和中频频率合成器的锁相环结构，实现频率源自动可调。
[0029]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:该频率源包括参考时钟模块、宽频带频率合成器和中频频率合成器； 所述参考时钟模块，用于向宽频带频率合成器提供固定参考时钟信号，还用于向中频频率合成器提供相位可调、频率可调的参考时钟信号； 所述宽频带频率合成器，用于根据参考时钟模块提供的参考时钟信号生成LTE信道模拟器所需射频本振信号； 所述中频频率合成器，用于根据参考时钟模块提供的参考时钟信号生成LTE信道模拟器所需中频本振信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述参考时钟模块包括温补晶振(1)，所述温补晶振(I)向一号鉴相器(2)、无源环路滤波器(3)、电压控制振荡器(4)和分频器(5)组成的锁相环提供时钟基准信号，所述锁相环输出两路参考时钟信号，其中一路参考时钟信号经晶体滤波器(6)滤波后输入宽频带频率合成器；另一路参考时钟信号经带通信号滤波器(7)滤波、放大器(8)放大、分频器(9)分频后输入直接数字频率合成器(10)，所述直接数字频率合成器(10)向中频频率合成器提供相位可调、频率可调的参考时钟信号。
3.根据权利要求2所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述温补晶振(I)为IOMHz温补晶振，所述电压控制振荡器(4)为IOOMHz电压控制振荡器，所述锁相环输出IOOMHz参考时钟信号；该IOOMHz参考时钟信号分为两路，其中一路参考时钟信号经晶体滤波器(6)滤波后输入宽频带频率合成器，另一路参考时钟信号经IGHz带通信号滤波器(7)提取其10次谐波分量，产生频谱干净的IGHz频率信号后，再经放大器(8)放大、分频器(9)分频产生500MHz频率信号，该500MHZ频率信号作为参考时钟信号输入直接数字频率合成器(10 )，所述直接数字频率合成器(10 )采用AD9959数字频率合成器，并向中频频率合成器提供频率范围为119.5MHz~120.5MHz的参考时钟信号。
4.根据权利要求1所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述宽频带频率合成器包括二号鉴相器(12)、有源环路滤波器(13)、宽频带电压控制振荡器(14、15、16)、受控电源(27、28、29)、射频放大器(17、18、19)、射频单刀四掷开关(20)和宽带定向耦合器(21)，所述宽频带电压控制振荡器(14、15、16)由受控电源(27、28、29)直接控制，所述参考时钟模块提供的参考时钟信号和宽带定向耦合器(21)耦合端反馈的射频本振信号经过二号鉴相器(12)鉴相、有源环路滤波器(13)滤波后分为N路信号，每路信号分别经一个宽频带电压控制振荡器(14、15或16)调频、一个射频放大器(17、18或19)放大后与射频单刀四掷开关(20)的一个输入端相连，所述射频单刀四掷开关(20)的输出端与宽带定向耦合器(21)输入端相连，所述宽带定向耦合器(21)直通端输出该频率源所需射频本振信号，所述宽带定向耦合器(21)耦合端将射频本振信号反馈至二号鉴相器(12); 所述二号鉴相器(12)、有源环路滤波器(13)分别与一个宽频带电压控制振荡器(14、15或16)和一个射频放 大器(17、18或19)组合成N路覆盖不同频段的频率合成器，且频段的选择由受控电源(27、28、29)和射频单刀四掷开关(20)电路控制，所述受控电源(27、28、29)和射频单刀四掷开关(20)通过数据总线与单片机处理器(26)相连。
5.根据权利要求4所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述N=3，且三路频段频率范围分别是2.8-4.2GHz，4.2-5.5GHz，5.5_6GHz。
6.根据权利要求1所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述中频频率合成器包括三号鉴相器(22)、无源低通环路滤波器(23)、中频电压控制振荡器(24)和中频放大器(25);所述三号鉴相器(22)、无源低通环路滤波器(23)、中频电压控制振荡器(24)和中频放大器(25)组成中频锁相式频率合成器。
7.根据权利要求6所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述中频电压控制振荡器(24)的振荡频率范围为1.195~1.205GHz。
8.根据权利要求2、4或5所述的一种应用于LTE信道模拟器的宽带频率源，其特征在于:所述直接数字频率合成器(10)、二号鉴相器(12)和三号鉴相器(22)通过数据总线与单片机处理器(26)相连。`
【文档编号】H03L7/18GK103762979SQ201410003575
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】田玲, 张念祖, 李垚, 朱晓维, 张雷, 陈鹏, 余旭涛 申请人:东南大学