(54)无模拟变频射频数字化发射机的设计方法及发射的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种无模拟变频射频数字化发射机的设计方法及发射机，其中方法包括：硬件连接；设计信号处理流程信号以及相关参数，包括：数字信号处理单元根据预定变频模值和变频值将基带正交信号上变频到模值频率，模值频率正交信号进入多相FIR低通滤波器进行滤波，经过滤波的每一路信号分别与一路NC0复本振输出进行载波调制，然后经发射机调谐中心频率搬移以及I倍内插，变换到射频频率后送D/A进行数模转换后发送给无模拟射频单元，经射频单元处理后输出；同时，时钟电路给D/A提供采样频率的时钟信号；本发明利用现有射频D/A和FPGA器件可以工程实现无模拟变频射频软件无线电发射机，发射机的频率范围仅受限于D/A采样频率。
【专利说明】无模拟变频射频数字化发射机的设计方法及发射机
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信【技术领域】，尤其涉及一种无模拟变频射频数字化发射机的设计方 法及发射机。
【背景技术】
[0002] 软件无线电最早应用于军事通信领域，其设计理念、设计思想已深入到军事通信、 民用移动通信、雷达、电子战、测控甚至电视广波等无线电工作的各个领域。软件无线电发 射机是整个软件无线电技术实现的关键之一。
[0003] 目前，大多软件无线电发射机的技术实现仍是模拟变频体制，如图1所示。即数字 基带信号通过FPGA、DSP等调制到数字中频，D/A将数字中频变换到模拟中频，再通过多级 模拟上变频（一般通过两级）到射频频。
[0004] 上述模拟变频体制主要有以下几个缺点：1)体积大、重量重、成本高、功耗大；2) 可靠性相对较差；3)功能配置不够灵活、瞬时带宽受制于信道内的各级模拟滤波器指标等 等；4)模拟频合相位噪声会影响发射机近端动态性能，从而引入失真；5)捷变频困难。
【发明内容】
[0005] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种无模拟变频射频数字化发射机的设计方法 及发射机，用以解决现有模拟变频体制中存在的体积大、重量重、成本高、功耗大、可靠性差 等问题。
[0006] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明提供了一种无模拟变频射频数字化发射机的设计方法，包括：
[0008] 将数字信号处理单元、D/A转换器、时钟电路、无模拟变频射频单元以及进行连 接；
[0009] 设计信号处理流程信号以及相关参数，包括：数字信号处理单元根据预定变频模 值和变频值将基带正交信号上变频到模值频率，模值频率正交信号进入多相FIR低通滤波 器进行滤波，经过滤波的每一路信号分别与一路NC0复本振输出进行载波调制，然后经发 射机调谐中心频率搬移以及I倍内插，变换到射频频率后送D/A进行数模转换；D/A将数字 信号变换到模拟射频信号后发送给无模拟射频单元，经无模拟变频射频单元中的分波段滤 波器、步进衰减器以及放大器后经功放输出；同时，时钟电路给D/A提供采样频率的时钟信 号。
[0010] 所述方法进一步包括：
[0011] 根据射频D/A的最高采样频率决定发射机的频率范围以及D/A的采样频率，进而 得到分波段滤波器的频率范围；所述采样频率包括：主采样频率和盲区采样频率，或者，只 包括主采样频率。
[0012] 所述方法进一步包括：
[0013] 如果D/A的最高采样频率为fs _，如果该D/A不支持混频模式，则发射机的最高输 出频率小于等于 [0014]
【权利要求】
1. 一种无模拟变频射频数字化发射机的设计方法，其特征在于，包括： 将数字信号处理单元、D/A转换器、时钟电路、无模拟变频射频单元以及进行连接； 设计信号处理流程信号以及相关参数，包括：数字信号处理单元根据预定变频模值和 变频值将基带正交信号上变频到模值频率，模值频率正交信号进入多相FIR低通滤波器进 行滤波，经过滤波的每一路信号分别与一路NCO复本振输出进行载波调制，然后经发射机 调谐中心频率搬移以及I倍内插，变换到射频频率后送D/A进行数模转换；D/A将数字信 号变换到模拟射频信号后发送给无模拟射频单元，经无模拟变频射频单元中的分波段滤波 器、步进衰减器以及放大器后经功放输出；同时，时钟电路给D/A提供采样频率的时钟信 号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括： 根据射频D/A的最高采样频率决定发射机的频率范围以及D/A的采样频率，进而得到 分波段滤波器的频率范围；所述采样频率包括：主采样频率和盲区采样频率，或者，只包括 主采样频率。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括： 如果D/A的最高采样频率为fs _，如果该D/A不支持混频模式，则发射机的最高输出频 率小于等于
其中，w是发射机输出瞬时带宽； 如果该D/A支持混频模式，则发射机的最高采样频率小于等于
如果D/A不支持混频模式，则D/A采样没有盲区，取D/A的最高采样频率fs _ ; 如果D/A支持混频模式，则D/A的主采样频率仍为fs max，两个盲区采样频率分别为
:和
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，进一步包括： 如果D/A支持混频模式，则发射机输出最大频率范围（f\?f2)跨两个采样盲区，对应 抗镜像滤波器波段有5个，每个波段的频率范围按下式求取： 波段 1# :fbdl-i ?fbdl-2 = ?〇· 5fsl-w/2 ; 波段 2# :fbd2-i ?fbd2_2 = 0· 5fsl-3w/2 ?0· 5fsl+3w/2 ; 波段 3# :fbd3-!?fbd3-2 = 0· 5fsl+w/2 ?fsl-w/2 ; 波段 4# :fbd4-!?fbd4-2 = fs「3w/2 ?fsl+3w/2 ; 波段 5# :fbd5-丨?fbd5-2 = fsl+w/2 ?f2 ; 其中，fbli?fM1_2表示波段1的起始频率和终止频率，以此类推； w表示发射机的带宽，fsl是主采样频率，表示发射机起始频率，f2表示发射机终止频 率； 如果D/A不支持混频模式，则分波段滤波器只有一个波段。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括： 所述FIR滤波的项数I与内插因子I的值相同，如果D/A的最高采样频率为fs max，FPGA 或ASIC最高处理时钟fp dk，则内插因子I按下式求取：
「1表示向上取整。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括； 由采样频率fs和内插因子I求取预定模值Μ : 如果D/A支持混频模式，主采样频率fsl = fs_max、副采样频率
副采样 频率
fs = fsi. fs2. fs3 round()表示四舍五入求整； 如果D/A不支持混频模式，
fs = fsl。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括： 根据如下公式修正D/A的各采样频率： fs = round (I ΧΜ) Μ = M" M2, M3 或者 Μ = 。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括： 求取多相FIR低通滤波器的原型滤波器，它是一个低通FIR滤波器，归一化截止频率按 下式求取：
fs = min(fsl, fs2, fs3) 其中，w是发射机最大输出带宽；fsl，fs2…表示所有变速率采样的D/A采样频率值； min ()表示取最小值； 假设原型滤波器的系数为b (η)，系数长度为N，则按以下方法求取多相FIR滤波器的系 数： hk (n) = b (k+nl), k = 0, 1,. . . , 1-1, n = 0, 1,. . . , N/I-l ； 其中，I是多相FIR低通滤波器的内插因子，等于多相FIR低通滤波器的组数，hk(n)是 每一组滤波器的系数。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下计算得到本振NC0输出： 设定f〇为发射机调谐中心频率，范围是： f^+w/〗?f2_w/2 其中，、f2是发射机输出频率范围，w是发射机最大输出信道带宽； 则I路NCO本振源每路输出的数学表达式为： Si (n) = cos(2 π f〇n/(fs/I)) + (-l)polajsin(2 π f〇n/(fs/I)) s2 (n) = cos (2 π f〇n/ (fs/I) +2 π f〇 X l/fs) + (-1)polajsin (2 π f〇n/ (fs/I) +2 π f〇 X l/fs) sI(n) = cos(2ji f〇n/ (fs/I)+2 n f〇X (I-l)/fs) + (-l) polaj sin (2 n f〇n/ (fs/ I)+2Jif〇X (I-l)/fs) 其中，pola是极性，当&落在NCO的奇数象限时取1 ;当落在NCO的偶数象限时取0。
10. -种无模拟变频射频数字化发射机，其特征在于，包括：数字信号处理单元、D/A转 换器、时钟电路、无模拟变频射频单元以及功放， 数字信号处理单元，用于根据预定变频模值和变频值将基带正交信号上变频到模值频 率；模值频率正交信号进入多相FIR低通滤波器进行滤波，经过滤波的每一路信号分别与 一路NC0复本振输出进行载波调制，然后经发射机调谐中心频率搬移以及I倍内插，变换到 射频频率后送D/A进行数模转换； D/A，用于将数字信号变换到模拟射频信号后发送给无模拟射频单元； 无模拟变频射频单元包括：分波段滤波器、步进衰减器以及放大器，用于对于射频模拟 信号先后进行分段滤波、步进衰减以及放大后经功放输出； 时钟电路，用于给D/A提供给D/A提供采样频率的时钟信号，所述采样频率包括：主采 样频率和盲区采样频率。
【文档编号】H04B1/04GK104218959SQ201410522736
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】陈顺阳, 杨小牛, 张峻涛, 彭小名 申请人:中国电子科技集团公司第三十六研究所