专利名称：用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及宽带RF通信技术领域，特别涉及一种用于6至9GHz双载波正交频分 复用的超宽带频率综合器。
背景技术：
超宽带(Ultra-Wide band，UWB)技术主要用于实现短距离、超高速的无线通信，其 传输距离目前一般在IOm以内，传输速率可以达到480Mb/s甚至更高。UWB高传输速率、低 功耗且不干扰已有无线系统的特点，使得UWB成为现在及未来五年内的热点。多频带正交频分复用(Multi-Band Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, MB-OFDM)方案是目前高速超宽带通信的主要实现方案之一。 MB-OFDM标准规定，OFDM信号由1 个子载波组成，这些载波占用5^MHz，可用频带分为若 干528MHz子频带。通过调制载波，轮流将基带超宽带信号搬移到上述子频带中的一个进行 发送。MB-OFDM UWB方案的子频带带宽大于500MHz，频谱使用不灵活，频谱利用效 率不高，对硬件实现要求高。另一种实现机制为双载波正交频分复用(Dual-Carrier Orthogonal Frequency Division Multiplexing，DC-OFDM)超宽带无线通信。DC-OFDM方法 中，子频带的宽度为264MHz，在通信时使用其中的两个分离的子频带传送基带OFDM信号。频率综合器是基于OFDM技术的UWB无线收发机中的重要电路模块，也是整个收发 机的设计难点，其需要在保持频谱纯度的同时，能够在纳秒级时间内从一个载波跳变到另 一个载波，这是传统窄带无线通信系统中的频率综合器结构所无法胜任的。此外，频率综合 器的面积与功耗在整个无线收发机中均占据50%左右的比例。因此，设计一款结构简单、面积小、功耗低、满足跳频时间要求的频率综合器无疑 会极大地降低UWB系统成本和提升产品竞争力。目前，工业界与学术界在DC-OFDM UWB频 率综合器实现上尚未发现有报道，尤其是用于DC-OFDM UffB 二次变频零中频收发机中的频 率综合器更是少有提及。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于6至9GHz双载波正交频分复用的 超宽带频率综合器，同时在面积与功耗上做到较优，满足UWB通信系统的要求。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带 频率综合器，该频率综合器包括固定频率的锁相环、第一多路选择器、第二多路选择器、第 一单边带混频器、第二单边带混频器、第三单边带混频器、第四单边带混频器和两个除二分 频器，产生用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带通信的八对载波分量和一个正交载波分量。
上述方案中，该频率综合器采用直接频率合成技术，通过对锁相环产生的频率和 多路选择器输出的频率在单边带混频器中进行频率加或减操作，输出7656和8184MHz、 7920 和 8448MHz、8712 和 9240MHz、8976 和 9504MHz、7656 和 8712MHz、7920 和 8976MHz、8184 和9240MHz、8448和9504MHz八对载波信号和一个1320MHz正交载波信号。上述方案中，该频率综合器包括固定频率的锁相环，该锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反馈链路中依次包 括有七个除二分频器，输出稳定的8448MHz正交信号至第三单边带混频器和第四单边带混 频器；第一多路选择器，用于接收1056、792、5^、264MHz信号和直流分量，并通过外部 信号的控制选择1056、792、5^、264MHz信号和直流分量中的一路输出给第三单边带混频 器；第二多路选择器，用于接收1056、792、5^、264MHz信号和直流分量，并通过外部 信号的控制选择1056、792、5^、264MHz信号和直流分量中的一路输出给第四单边带混频 器；第一单边带混频器和一个除二分频器，用于将接收的1056MHz正交信号与528MHz 正交信号进行频域相加操作，输出信号再经过该除二分频器，产生792MHz正交信号并输 出；第二单边带混频器和一个除二分频器，用于将接收的2112MHz正交信号与528MHz 正交信号进行频域相加操作，输出信号再经过该除二分频器，产生1320MHz正交信号并输 出，即输出f0;第三单边带混频器与第四单边带混频器，用于将接收自第一多路选择器和第二多 路选择器的1056、792、5^、264MHz以及DC与来自锁相环的8448MHz正交信号进行频域相 加或相减操作，得到 7656 和 8184MHz、7920 和 8448MHz、8712 和 9240MHz、8976 和 9504MHz、 7656 和 8712MHz、7920 和 8976MHz、8184 和 9240MHz、8448 和 9504MHz 八对载波信号八对载
波信号并输出，即输出f和f2。上述方案中，所述锁相环采用直接产生I/Q两路信号的正交压控振荡器，避免采 用两倍频率VCO然后通过二分频产生正交信号的方法。上述方案中，该频率综合器通过采用直接混频的方法产生所需要的各个频点的信 号，然后通过多路选择器来选择需要的信号，各个频点之间的跳频速度取决于开关的速度， 实现纳秒级的跳频速度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的这种用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带的频率综合器，采 用一个锁相环、四个单边带混频器、两个多路选择器和两个除二分频器产生八对6至9GHz 的UWB载波信号，提高了频率综合器的频率和跳频速度，满足了 DC-OFDM UffB通信系统的要 求。2、本发明提供的这种用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带的频率综合器，只 用到了一个锁相环，即避免了多个锁相环的牵引效用，提高了频率稳定度，又降低了设计复 杂度与难度。
3、本发明提供的这种用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带的频率综合器，通 过采用直接混频的办法产生所需要的各个频点的信号，然后通过一个多路选择器来选择需 要的信号，这样各个频点之间的跳频速度就仅仅取决于开关的切换速度，完全可以实现纳 秒级的跳频速度，满足UWB通信系统的要求。4、本发明提供的这种用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带的频率综合器，锁 相环采用了直接产生I/Q两路信号的正交VC0，避免了需要设计两倍频率VCO然后通过二分 频产生正交信号的方法，从而可以采用频率较低的PLL，降低了该PLL的实现难度以及消耗 的电流。5、本发明提供的这种用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带的频率综合器，产 生的高频段频率无需正交信号，仅在低频段频率处提供正交信号输出，从而避免了正交信 号的相位与幅度特性容易受到干扰的问题，降低了设计难度。
图1是本发明提供的用于6至9GHz的DC-OFDM UffB的载波频率的分配图。图2是本发明提供的用于6至9GHz的DC-OFDM UffB的频率综合器的结构框图。图3是本发明提供的用于6至9GHz的DC-OFDM UffB的频率综合器的频率关系操 作图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。本发明提供的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器，包括固 定频率的锁相环、第一多路选择器、第二多路选择器、第一单边带混频器、第二单边带混频 器、第三单边带混频器、第四单边带混频器和两个除二分频器，产生用于6至9GHz双载波 正交频分复用超宽带通信的八对载波分量和一个正交载波分量。该频率综合器采用直接频 率合成技术，通过对锁相环产生的频率和多路选择器输出的频率在单边带混频器中进行频 率加或减操作，输出 7656 和 8184MHz、7920 和 8448MHz、8712 和 9240MHz、8976 和 9504MHz、 7656 和 8712MHz、7920 和 8976MHz、8184 和 9240MHz、8448 和 9504MHz 八对载波信号和一个 1320MHz正交载波信号。图1所示是本发明提供的用于6至9GHz的DC-OFDM UffB的载波频率的分配图。 从图中可以看到，6204MHz至8316MHz频段被分成八个宽度的子频带，该八个子频 带对应的中心频率为(6336、6600、6864、7128、7392、7656、7920、8184)(单位 MHz)。为了获 得上述中心频率，本发明特别选择一个较低的载波频率为1320MHz (即f；)，从而需要产生 (7656、7920、8184、8448、8712、8976、9240、9504)(单位 MHz)八个频率，同时对应的镜像信 号落在 8976MHz 至 10824MHz。图2所示是本发明提供的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合 器的结构框图，该频率综合器包括锁相环、第一多路选择器、第二多路选择器、第一单边带 混频器、第二单边带混频器、第三单边带混频器、第四单边带混频器和两个除二分频器。其中，固定频率锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反馈链路中依次包括有七个除二分频器，输出稳定的8448MHz正交信号至第三单边带混频器与第四单边带混频器。第一多路选择器，用于接收1056、792、5^、264MHz和直流分量(DC)，并通过外部 信号控制选择1056、792、5^、264MHz和直流分量中的一路输出给第三单边带混频器；第二多路选择器，用于接收1056、792、5^、264MHz和直流分量(DC)，并通过外部 信号控制选择1056、792、5^、264MHz和直流分量中的一路输出给第四单边带混频器；第一单边带混频器与一个除二分频器，用于将接收的1056MHz正交(I/Q)信号与 528MHz正交信号进行频域相加操作，输出信号再经过除二分频器，产生792MHz正交信号并 输出；第二单边带混频器和一个除二分频器，用于将接收的2112MHz正交(I/Q)信号与 528MHz正交信号进行频域相加操作，输出信号再经过除二分频器，产生1320MHz正交信号 并输出，即输出f。；第三单边带混频器与第四单边带混频器，用于将接收自第一多路选择器和第二多 路选择器的1056、792、5^、264MHz以及DC与来自锁相环的8448MHz正交信号进行频域相 加或相减操作，得到 7656 和 8184MHz、7920 和 8448MHz、8712 和 9240MHz、8976 和 9504MHz、 7656 和 8712MHz、7920 和 8976MHz、8184 和 9240MHz、8448 和 9504MHz 八对载波信号八对载
波信号并输出，即输出和f2。本发明提供的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器，通过采用 直接混频的方法产生所需要的各个频点的信号，然后通过多路选择器来选择需要的信号， 各个频点之间的跳频速度取决于开关的速度，实现了纳秒级的跳频速度。锁相环采用直接 产生I/Q两路信号的正交压控振荡器(QVCO)，避免采用两倍频率VCO然后通过二分频产生 正交信号的方法，从而采用频率较低的固定频率锁相环，降低了硬件实现难度。另外，所述 频率综合器仅包括一个锁相环就能产生所需的八对载波信号和一个正交载波信号，避免了 多个锁相环容易导致的牵引效应，保证了硬件的稳定性，降低了设计难度。再参照图2，该频率综合器包括了以下几个电路模块一个8448MHz整数PLL、两个 多路选择器、四个单边带混频器和两个除二分频器。下面将给出具体频率综合方案8448MHz的PLL采用的是66MHz的晶振频率，分频比为2X2X2X2X2X2X2，最 终产生了 66MX2X2X2X2X2X2X2 = 8448MHz的输出，该锁相环的VCO采用可以直接 产生I/Q两路信号的QVC0。在该锁相环的分频过程中产生了 ^4MHz、528MHz、1056MHz和 2112MHz的正交信号。上述PLL中产生的1056MHz正交信号与M8MHz正交信号传递至第一单边 带混频器，产生频域相加的分量1056MHz+528MHz，再传递至下一级除二分频器，生成 (1056MHz+528MHz)/2 = 792MHz 正交信号。上述PLL中产生的2112MHz正交信号与M8MHz正交信号传递至第二单边 带混频器，产生频域相加的分量2112MHz+528MHz，再传递至下一级除二分频器，生成 (2112MHz+528MHz)/2 = 1320MHz 正交信号，即载波频率 f。。上述描述中产生的1056MHz、792MHz、528MHz J64MHz正交信号与DC —起传递至 第一多路选择器与第二多路选择器；上述两个多路选择器分别通过外部信号的控制，同一 时刻实现所需要的频率输出；输出的频率分量与8448MHz正交信号一起在第三单边带混频器与第四单边带混频器中通过频域加减操作得到7656和8184MHz、7920和8448MHz、8712 和 9240MHz、8976 和 9504MHz、7656 和 8712MHz、7920 和 8976MHz、8184 和 9240MHz、8448 和 9504MHz八对载波频率，S卩(fpf》。具体频率操作关系请参见图3。本发明提供的这种用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器，通过 采用直接频率合成技术，可以输出7656和8184MHz、7920和8448MHz、8712和9240MHz、8976 和 9504MHz、7656 和 8712MHz、7920 和 8976MHz、8184 和 9240MHz、8448 和 9504MHz 八对载波 频率和一个正交载波频率，并且在各个频点之间的跳频时间在纳秒量级，可以满足DC-OFDM UffB通信系统的快速跳频要求。另外，该频率合成器输出了一个I/Q本振信号和八对非I/Q载波信号，可以应用到 二次变频零中频的DC-0FDMUWB无线收发机中。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器，其特征在于，该频率 综合器包括固定频率的锁相环、第一多路选择器、第二多路选择器、第一单边带混频器、第 二单边带混频器、第三单边带混频器、第四单边带混频器和两个除二分频器，产生用于6至 9GHz双载波正交频分复用超宽带通信的八对载波分量和一个正交载波分量。
2.根据权利要求1所述的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器， 其特征在于，该频率综合器采用直接频率合成技术，通过对锁相环产生的频率和多路选 择器输出的频率在单边带混频器中进行频率加或减操作，输出7656和8184MHz、7920和 8448MHz,8712 和 9240MHz,8976 和 9504MHz,7656 和 8712MHz,7920 和 8976MHz,8184 和 9240MHz,8448和9504MHz八对载波信号和一个1320MHz正交载波信号。
3.根据权利要求1所述的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器，其 特征在于，该频率综合器包括固定频率的锁相环，该锁相环以66MHz信号为参考频率信号，反馈链路中依次包括有 七个除二分频器，输出稳定的8448MHz正交信号至第三单边带混频器和第四单边带混频 器；第一多路选择器，用于接收1056、792、5^、264MHz信号和直流分量，并通过外部信号 的控制选择1056、792、5^、264MHz信号和直流分量中的一路输出给第三单边带混频器；第二多路选择器，用于接收1056、792、5^、264MHz信号和直流分量，并通过外部信号 的控制选择1056、792、5^、264MHz信号和直流分量中的一路输出给第四单边带混频器；第一单边带混频器和一个除二分频器，用于将接收的1056MHz正交信号与528MHz正交 信号进行频域相加操作，输出信号再经过该除二分频器，产生792MHz正交信号并输出；第二单边带混频器和一个除二分频器，用于将接收的2112MHz正交信号与528MHz正交 信号进行频域相加操作，输出信号再经过该除二分频器，产生1320MHz正交信号并输出，即 输出f0 ；第三单边带混频器与第四单边带混频器，用于将接收自第一多路选择器和第二多路选 择器的1056、792、5^、264MHz以及DC与来自锁相环的8448MHz正交信号进行频域相加或 相减操作，得到 7656 和 8184MHz、7920 和 8448MHz、8712 和 9240MHz、8976 和 9504MHz、7656 和8712MHz、7920和8976MHz、8184和9240MHz、8448和9504MHz八对载波信号八对载波信 号并输出，即输出和f2o
4.根据权利要求1或3所述的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合 器，其特征在于，所述锁相环采用直接产生I/Q两路信号的正交压控振荡器，避免采用两倍 频率VCO然后通过二分频产生正交信号的方法。
5.根据权利要求1或3所述的用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合 器，其特征在于，该频率综合器通过采用直接混频的方法产生所需要的各个频点的信号，然 后通过多路选择器来选择需要的信号，各个频点之间的跳频速度取决于开关的速度，实现 纳秒级的跳频速度。
全文摘要
本发明公开了一种用于6至9GHz双载波正交频分复用的超宽带频率综合器，该频率综合器包括固定频率的锁相环、第一多路选择器、第二多路选择器、第一单边带混频器、第二单边带混频器、第三单边带混频器、第四单边带混频器和两个除二分频器，产生用于6至9GHz双载波正交频分复用超宽带通信的八对载波分量和一个正交载波分量。利用本发明，提高了频率综合器的频率和跳频速度，满足了DC-OFDM UWB通信系统的要求。另外，该频率合成器可以应用到二次变频零中频的双载波正交频分复用超宽带收发机中。本发明的频率产生器，结构简单，面积小，功耗低，并且仅包含一个锁相环(避免了多个锁相环的牵引效应)，获得的频率更稳定。
文档编号H04L27/26GK102104571SQ20091024276
公开日2011年6月22日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者张海英, 陈普锋 申请人:中国科学院微电子研究所