专利名称：基于软件无线电技术的宽带信号数字选频系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于软件无线电技术的宽 带信号数字选频系统。
背景技术：
目前，在GSM、 CDMA、 TD-SCDMA、 WCDMA等通信体制的基站、 基站子系统、直放站和载波调度等系统中， 一般都采用模拟技术来实现对带 外无用信号的抑制处理，以实现对移动通信信号的选频功能。图1所示的是 目前模拟通信系统中，应用较多的一种信号选频处理技术，它由混频器、放 大器、声表滤波器(SAW)、放大器及混频器依次连接组成。输入的射频信 号首先经过混频器的混频处理，输出模拟中频信号，再经过放大器，抵消混 频处理引入的差损，经过声表滤波器实现对带外信号的滤波处理，滤波后的 中频信号再经过放大器和混频器，输出和输入同频率的射频信号。采用该种 技术来进行信号的选频，存在如果对带外杂散抑制要求很高，该种选频处理 方法往往达不到很好的带外抑制指标的缺点。目前，为了克服达不到高要求 的带外抑制指标的缺点，通常采用图2所示的采用2个本振信号源来进行混 频处理的多级声表滤波器级链的方式来进行，但在实际的系统中，由于成本 太高及产品可生产性很差的原因，往往不能采用3级或3级以上的声表滤波 器级链来进行处理。
综上所述，目前所使用的采用模拟技术来进行选频的方式中存在较多缺 陷，具体表现为模拟器件产生的本振信号稳定性差，容易出现频率偏移， 导致系统的输入、输出频点发生偏移；模拟乘法器的线性特性不好，混频后 的相位会发生变化，差损需要放大器补偿，从而引入更多的有源噪声；模拟 滤波器滤波特性难以调节且不易随具体应用的需求而改变；模拟分立元件的 不一致性，使得信号的幅度和相位的一致性难以得到保证；产品体积较大， 重量较重，难以实现小型化、轻型化设计；功能单一、灵活性差的模拟硬件 电路，很难适合如今不同通信体制、多频段的无线通信系统。
随着芯片工艺和信号处理技术的发展，传统的模拟技术已经逐步被数字 处理技术所取代，且当今通信体制更新换代周期逐步縮短，移动通信设备必须能适应不同的通信体制要求，因此，迫切需要提高通信产品的适用性，以 满足通信体制更新换代的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种既能提高 带外抑制指标，又能提高产品的适用性能的基于软件无线电技术的宽带信号 数字选频系统(简称宽带数字选频系统)。
本发明的目的通过下述技术方案实现基于软件无线电技术的宽带信号
数字选频系统，包括ADC (模数转换)子系统、数字中频处理子系统、MCU (微处理器)控制子系统及D/A转换器，所述的数字中频处理子系统分别与 ADC子系统、D/A转换器及MCU控制子系统相连，所述的MCU控制子系统还 分别与ADC子系统及D/A转换器相连。
所述的ADC子系统包括A/D转换器、AGC (Automatic Gain Control:自 动增益控制)判决器及AGC控制器，所述的AGC判决器分别与A/D转换器及 AGC控制器相连，所述的AGC控制器与A/D转换器相连，所述的A/D转换器 还与所述的MCU控制子系统相连。
所述的数字中频处理子系统包括DDC (数字下变频)子模块、接口模块、 DUC (数字上变频)子模块及增益控制器，所述的DDC子模块依次与接口模 块、DUC子模块及增益控制器相连，所述的DDC子模块还与所述的A/D转换 器相连，所述的增益控制器还与所述的D/A转换器相连，所述的DDC子模块、 接口模块、DUC子模块及增益控制器均分别与MCU控制子系统相连。
所述的DDC子模块包括混频模块、NCO (数控振荡器)生成模块、DDC 自适应判决器、倍数可变抽取滤波器及基带成型滤波器；所述的NCO生成模 块的两个输出端输出cos和sin信号分别与混频模块的一个输入端相连，混频 模块的另一输入端与所述的A/D转换器的输出端相连，混频模块的输出端依 次与DDC自适应判决器、倍数可变抽取滤波器及基带成型滤波器相连。
所述的DUC子模块包括DUC自适应判决器、倍数可变内插滤波器组及 I、 Q信号多级调制模块，所述的DUC自适应判决器的输出端依次与倍数可 变内插滤波器组及I、 Q信号多级调制模块相连，所述DUC自适应判决器的 输入端与所述的接口模块的输出端相连。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果 (1)基于软件无线电技术，大大提高产品的重用性和可扩展性，可以满 足当今多种通信体制并存的客观需求，在保持硬件平台不变的情况下，升级系统中的软件，即可适应不同应用场合的需求；
(2) 采用数字中频技术实现对数字中频信号的抽取、内插、混频和滤波 处理，完全摒弃了模拟直放站系统中利用声表滤波器SAW滤波的处理方法， 减少了模拟器件的使用，提高了系统性能的一致性，便于系统调试和生产；
(3) 采用数字滤波的方法，滤波器的带内波动可以做的很小，带外抑制 可以做的很高，提高了信号滤波的性能，数字滤波器的相位具有很好的线性 特性，避免了 SAW的相位非线性对系统性能的影响；
(4) 本系统具有AGC控制功能，提高A/D工作的动态范围，同时降低 了对A/D的性能要求；
(5) 利用数字技术，本振信号源输出数字化的cos和sin信号，数字NCO 能产生高精度的本振信号，可有效降低频率偏移；
(6) 载波的频率和相位、滤波器的特性等很容易根据应用的需求而调整， 输出信号的幅度、相位一致性有很大的提高；
(7) 易于实现宽带数字选频系统的小型化和微型化。
图1是目前常用的利用声表滤波器的一种模拟选频处理结构示意图2是目前采用2级声表滤波器级链的模拟选频处理结构示意图3是本发明的整体结构示意图4是本发明中的DDC子模块结构示意图5是本发明中的DUC子模块结构示意图6是本发明在数字无线直放站系统中的应用实例。
具体实施例方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施 方式不限于此。
如图3所示，本系统由ADC子系统、数字中频处理子系统、MCU控制 子系统及D/A转换器组成，且ADC子系统依次与数字中频处理子系统及D/A 转换器相连，MCU控制子系统则分别与ADC子系统、数字中频处理子系统 及D/A转换器相连。
由图3可知，ADC子系统包括A/D转换器、AGC判决器及AGC控制器。 其中，A/D转换器是本系统的关键器件之一，它用于接收输入的模拟中频信号，并对该模拟中频信号进行模数转换处理，输出高速率的数字中频信号。由于数
字中频处理子系统对A/D转换器的要求较高， 一般需要高速、宽动态范围的 A/D转换器，因此，为了降低对前端A/D转换器的要求，本宽带数字选频系 统添加了 AGC控制器及AGC判决器，以提高A/D的动态范围。所述A/D转 换器的输出端与AGC判决器的输入端相连接，AGC判决器的输出端与AGC 控制器的输入端相连接，AGC控制器的输出端与A/D转换器的一个输入端相 连。A/D转换器、AGC判决器和AGC控制器形成一个AGC反馈系统，以实 现对输入到A/D转换器的模拟中频信号进行AGC控制处理。
所述ADC子系统中的AGC控制处理流程如下经过A/D转换器后的数 字信号输入到AGC判决器中，AGC判决器根据输入信号的幅度、能量、功率 等特性，生成相应的控制信息，再输入到AGC控制器中；AGC控制器根据 AGC判决器提供的控制信息，实现对前端模拟中频信号的放大或衰减处理， 即当前端输入信号幅度过大，则进行衰减处理，以防止模拟中频信号超过A/D 变换器的最大输入电平范围，而引起量化的过载失真，当前端输入信号幅度过 小，为提高宽带数字选频系统的接收灵敏度，需要对输入信号进行放大处理。 AGC控制器在起到保护A/D转换器的同时，能增大A/D转换器的动态范围， 提高宽带数字选频系统的性能。
所述的数字中频处理子系统包括DDC子模块、接口模块、DUC子模块及 增益控制器。其中，接口模块主要用于对DDC子模块和DUC子模块的系统 工作时钟域的切换，并实现DDC判决信息的传递以及DDC的增益自动调节 和控制等功能。所述的DDC子模块的输入端与A/D转换器的输出端相连，DDC 子模块的输出端与接口模块的输入端相连，接口模块的输出端与DUC子模块 的输入端相连，DUC子模块的输出端与增益控制器的输入端相连，增益控制 器的输出端还与D/A转换器的输入端相连。增益控制器主要是通过细调DUC 子模块的增益，以满足数字中频处理子系统的增益要求。
所述的MCU控制子系统负责整个宽带数字选频系统的工作参数的配置和 控制以及数字选频系统工作状态的监测。MCU控制子系统的输出端分别与 A/D转换器、DDC子模i央、接口模块、DUC子模块、增益控制器及D/A转换 器的另一个输入端相连，以实现对A/D转换器、DDC子模块、接口模块、DUC 子模块、增益控制器以及D/A转换器的控制。具体表现为MCU子系统用于 控制A/D转换器的转换带宽、转换速率、输出数据位数等指标参数；控制D/A 转换器的转换带宽、转换速率、输出数据位数等指标参数；控制DDC子模块、DUC子模块的速率选择、滤波器计数选择等参数；控制整个数字中频处理子 系统的增益等。所述的MCU子系统还通过系统总线用于对宽带数字选频系统 的各个子模块进行实时监控和告警处理，若某一子系统或是子模块出现工作异 常，则进行系统复位处理及进行告警上报处理。MCU控制子系统还提供整个 系统的程序下载和更新，如FPGA、 DSP程序的下载等。
D/A转换器同A/D转换器一样也是本系统的关键部分之一，它主要用于 接收来自数字中频处理子系统的增益控制器的输出信号，实现对数字中频信号 的数模转换处理，输出模拟中频信号。D/A转换器转换精度以及交调指标，对 本系统的性能有很大的影响。所以，需要根据选频系统的应用需求，结合系统 相应的指标要求，合理的选择相应的D/A转换器。
本宽带数字选频系统可适用于无线、光纤、FSO (Free Space Optical Communication:自由空间光通信)直放站等数字直放站系统，也可以适用于 载波池调度系统、数字射频拉远系统和基站子系统等。
如图4所示，数字中频处理子系统的DDC子模块主要是对数字中频信号 进行数字混频、抽取和数字滤波等处理，实现把中频信号搬移到零中频，将高 速率的数字信号抽取为低速率的基带数字信号的功能。
所述的DDC子模块包括混频模块、NCO生成模块、DDC自适应判决器、 倍数可变抽取滤波器及基带成型滤波器。所述NCO生成模块的两个输出端输 出cos和sin信号，分别与混频模块一个输入端相连，混频模块的另一输入端 与A/D转换器的输出端相连接，混频模块的输出端与DDC自适应判决器的输 入端相连，DDC自适应判决器的输出端与倍数可变抽取滤波器的输入端相连， 所述的倍数可变抽取滤波器的输出端与基带成型滤波器的输入端相连。
DDC子模块对信号的处理流程如下DDC子模块接收来自A/D转换模块 的输出的数字中频信号，数字中频信号与NCO生成模块产生的cos和sin信 号同时输入到混频模块中，输出经过混频处理后的零中频I、 Q信号；混频模 块输出的零中频I、 Q信号输入到DDC自适应判决器中，DDC自适应判决器 根据I、 Q信号的特性信息，如数据速率、处理带宽等信息，自适应的选择符 合速率、带宽等要求的数据抽取倍数以及滤波器系数；倍数可变抽取滤波器接 收来自DDC自适应判决器的输出信息以及I、 Q信号，并根据DDC自适应判 决器提供的信息，进行数据的抽取和滤波处理，输出经过抽取滤波处理后的I、 Q信号；输出的I、 Q信号在进入基带成型滤波器进行带外补偿及带外抑制处 理，生成基带I、 Q信号。所述的可变倍数抽取滤波器和基带成型滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB
滤波器或其它形式的滤波器。
如图5所示，DUC子模块用于实现将生成的基带I、 Q信号进行内插、数 字滤波和数字混频等处理，把信号调制到预定的中频，将低速率的数字信号内 插为满足中频Nyquist (尼奎斯特)采样定理的数字信号。所述的DUC子模块 包括DUC自适应判决器、倍数可变内插滤波器组及I、 Q信号多级调制模块。 所述DUC自适应判决器的输出端与倍数可变内插滤波器组的输入端相连，倍 数可变内插滤波器组的输出端与I、 Q信号多级调制模块的输入端相连接，所 述的DUC自适应判决器的输入端与接口模块的输出端相连。
DUC子模块对信号处理流程如下经过接口模块的数据时钟域转换、增 益调节后的基带I、 Q信号，输入到DUC自适应判决器中，DUC自适应判决 器根据基带I、 Q信号的速率、带宽等特征信息，并结合数字中频系统所要求 输出的数据速率、带宽等要求，自适应的选择符合速率、带宽等要求的数据内 插倍数，并根据倍数确定选择一级内插处理还是多级内插处理，并根据每一级 内插处理的要求，合理的选择内插滤波器的系数等，也即根据输入数据的速率、 带宽，在Nyquist (尼奎斯特)采样定理的要求下，选择合适的内插倍数，并 根据内插倍数、数据速率和时钟频率要求，选择合适的滤波器系数，如28MHz 带宽，65MSPS (兆采样/秒)的基带I、 Q信号，需要内插到130MSPS，则需 要选择一级内插2倍的滤波器实现，滤波器的参数根据内插倍数、数据速率和 时钟频率进行配置；所述倍数可变内插滤波器组接收来自DUC自适应判决器 的输出信息以及I、 Q信号，并根据DUC自适应判决器提供的信息，进行数 据的内插和滤波处理，输出经过合适内插滤波处理后的I、 Q信号；经过倍数 可变内插滤波器组的内插和滤波处理后的I、 Q信号输入到I、 Q信号多级调制 模块中去，经过I、 Q信号多级调制模块的多级混频和调制处理，输出高速的 数字中频I、 Q信号。
其中，所述的倍数可变内插滤波器组可以由一级内插滤波器组组成，也可 以由多级内插滤波器组组成， 一般情况下，只需要使用1 2级内插滤波器即 可。I、 Q信号多级调制模块一般由1 2级混频调制模块组成，如果后续的 DAC子模块中，带有一级混频调制处理，则I、 Q信号多级调制模块可以省略 一级混频调制处理。所述倍数可变内插滤波器组中的滤波器可以为FIR、 IIR、 CIC、 HB滤波器或其它形式的滤波器。
图6是本宽带数字选频系统应用于数字无线直放站的实例。该数字无线直线、双工器、射频接收机子系统、宽带数字选频系统、 射频发射机子系统、重发天线、直放站电源子系统以及直放站监控子系统组成。 其中，宽带数字选频系统主要实现对宽带信号的数字选频滤波功能，保证数字 无线直放站传输所需要的信号，并很好的抑制不需要的干扰信号。
本系统中的数字信号处理技术可以利用专用ASIC实现，也可以利用DSP、 FPGA、 CPLD、 EPLD等可编程逻辑器件实现。本系统可应用与GSM、 CDMA、 DCS、 JDC、 TD-SCDMA、 WCDMA、 CDMA2000等通信体制的基站、基站 子系统、射频拉远系统、数字直放站和载波调度等系统。
如上所述，便可较好地实现本发明。
权利要求
1、基于软件无线电技术的宽带信号数字选频系统，其特征在于，包括ADC子系统、数字中频处理子系统、MCU控制子系统及D/A转换器，所述的数字中频处理子系统分别与ADC子系统、D/A转换器及MCU控制子系统相连，所述的MCU控制子系统还分别与ADC子系统及D/A转换器相连。
2、 根据权利要求l所述的基于软件无线电技术的宽带信号数字选频系统， 其特征在于，所述的ADC子系统包括A/D转换器、AGC判决器及AGC控制器， 所述的AGC判决器分别与A/D转换器及AGC控制器相连，所述的AGC控制器与 A/D转换器相连，所述的A/D转换器还与所述的MCU控制子系统相连；所述的数字中频处理子系统包括DDC子模块、接口模块、DUC子模块及增 益控制器，所述的DDC子模块依次与接口模块、DUC子模块及增益控制器相连， 所述的DDC子模块还与所述的A/D转换器相连，所述的增益控制器还与D/A转 换器相连，所述的DDC子模块、接口模块、DUC子模块及增益控制器均分别与 MCU控制子系统相连。
3、 根据权利要求2所述的基于软件无线电技术的宽带信号数字选频系统， 其特征在于，所述的DDC子模块包括混频模块、NCO生成模块、DDC自适应 判决器、倍数可变抽取滤波器及基带成型滤波器；所述的NCO生成模块的两 个输出端分别与混频模块的一个输入端相连，所述混频模块的另一输入端与所 述的A/D转换器的输出端相连接，所述混频模块的输出端依次与DDC自适应 判决器、倍数可变抽取滤波器及基带成型滤波器相连。
4、 根据权利要求2所述的基于软件无线电技术的宽带信号数字选频系统， 其特征在于，所述的DUC子模块包括DUC自适应判决器、倍数可变内插滤波 器组及I、 Q信号多级调制模块；所述的DUC自适应判决器的输出端依次与倍 数可变内插滤波器组及I、 Q信号多级调制模块相连，所述DUC自适应判决器 的输入端与所述的接口模块的输出端相连。
全文摘要
本发明提供一种基于无线电技术的宽带信号数字选频系统，包括ADC子系统、数字中频处理子系统、MCU控制子系统及D/A转换器，所述的数字中频处理子系统分别与ADC子系统、D/A转换器及MCU控制子系统相连，所述的MCU控制子系统还分别与ADC子系统及D/A转换器相连。本发明既能提高带外抑制指标，又能提高产品的适用性能，且成本低廉，因此具有广泛的市场前景。
文档编号H04B1/16GK101521518SQ20081002644
公开日2009年9月2日 申请日期2008年2月25日 优先权日2008年2月25日
发明者周继英, 张跃军, 张远见, 胡应添 申请人:京信通信系统(中国)有限公司