專利名稱：數(shù)字射頻發(fā)射器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字射頻發(fā)射器(RF transmitter)，特別涉及一種低耗能的數(shù)字式射頻發(fā)射器。
現(xiàn)有技術(shù)圖1顯示了傳統(tǒng)數(shù)字通訊系統(tǒng)的基本原件及方塊圖。數(shù)字通訊系統(tǒng)在發(fā)射端包括一個數(shù)據(jù)源及輸入轉(zhuǎn)換器11、源編碼器12、頻道編碼器13及數(shù)字調(diào)制器14，而在接收端具有數(shù)字解調(diào)器15、頻道譯碼器16、源譯碼器17及輸出轉(zhuǎn)換器18。發(fā)射端所發(fā)射的信號經(jīng)由通訊頻道19傳送至接收端。通訊頻道是信號由發(fā)射端送至接收端的實(shí)體媒介。在無線通訊中，通訊頻道19是大氣。數(shù)據(jù)源及輸入轉(zhuǎn)換器11輸出一個模擬信號，如聲音或影像信號，或是一個在時序上不連續(xù)且具有有限位數(shù)目的數(shù)字信號，如電傳打字設(shè)備的輸出信號。源編碼器12對來自數(shù)據(jù)源及輸入轉(zhuǎn)換器11的信號進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，使其成為一二位的串行，一般稱之為數(shù)據(jù)串行。頻道編碼器13的主要功能是將某些額外的位插入，以利接收端可以克服信號在通訊頻道19中傳送時所遭遇到的噪聲及干擾等問題。數(shù)字調(diào)制器14作為通訊頻道19的接口，其主要功能在于依據(jù)二元的資料串行形成相對應(yīng)的信號波形。
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收端利用一個數(shù)字解調(diào)器15、頻道譯碼器16及源譯碼器17將自發(fā)射端所接收的信號還原。
在通訊頻道19中，低頻信號無法在大氣環(huán)境下進(jìn)行長距離的傳輸，而必需使用射頻信號作為載波，始能達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康?。因此，在發(fā)射端處必需使用一射頻發(fā)射器來達(dá)到此目的。
圖2顯示了一個傳統(tǒng)射頻發(fā)射器的電路方塊圖。傳統(tǒng)射頻發(fā)射器包括有一個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器21、一個本機(jī)振蕩器23、一個混合器電路25及一個功率放大器27。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器21接收一個頻寬小于10MHz的數(shù)字基帶信號DBS，將其轉(zhuǎn)換為模擬基帶信號ABS。本機(jī)振蕩器23產(chǎn)生一個具有2.4GHz或5GHz的模擬載頻信號ACS?；旌掀麟娐?5則接收模擬基帶信號ABS及模擬載頻信號ACS后，在頻譜上進(jìn)行頻率相乘的動作，而產(chǎn)生一準(zhǔn)發(fā)射信號STS，送至功率放大器27進(jìn)行放大后經(jīng)由天線送出發(fā)射信號TS。其中，功率放大器27使用A級、AB級、B級或C級的線性功率放大器(linear poweramplifier)。
圖3a、3b及3c顯示了在頻譜上，模擬基帶信號ABS、模擬載頻信號ACS及發(fā)射信號TS的關(guān)系。模擬基帶信號ABS具有一個頻寬BW(小于10MHz)，及中心頻率O。模擬載頻信號ACS具有頻率LO(2.4GHz或5GHz)。經(jīng)過混合器電路25混合后，則在頻率LO處形成一個頻寬為BW的發(fā)射信號TS。藉此，數(shù)字基帶信號DBS便可經(jīng)由此種模擬處理的方式乘載于載波上而進(jìn)行長距離的傳輸。
然而，在上述傳統(tǒng)射頻發(fā)射器中，具有以下的缺點(diǎn)第一、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器及混合器電路容易產(chǎn)生噪聲，且在進(jìn)行轉(zhuǎn)換或混合時，亦因非線性轉(zhuǎn)換現(xiàn)象的存在，極易產(chǎn)生信號的誤差；第二、由于傳統(tǒng)的射頻發(fā)射器是全然使用模擬的方式進(jìn)行，其所包含的電路均為模擬式電路，因此其電路設(shè)計的困難度較高。
第三、傳統(tǒng)射頻發(fā)射器使用A、B、AB或C級功率放大器，使得其輸出信號永遠(yuǎn)有一個DC偏壓存在，而提高了功率消耗。
發(fā)明概述為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種低功率的數(shù)字式射頻發(fā)射器，在電路設(shè)計上較容易，且使其混合器電路僅進(jìn)行單純的「0」與「1」的乘法運(yùn)算來達(dá)成基帶信號與載頻信號的混合，而沒有非線性轉(zhuǎn)換的問題。此外，還使用了D、E、F級的功率放大器，而減小不必要的功率消耗。
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個調(diào)制器，接收具有第一頻率fs的一個N位數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及一個切換式功率放大器，將該發(fā)射信號放大。
本發(fā)明的第二個目的在于提供一種數(shù)字射頻發(fā)射方法，包括以下步驟接收具有第一頻率fs的一個N位數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及放大該發(fā)射信號。
本發(fā)明的第三個目的在于提供一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個調(diào)制器，接收具有第一頻率fs的一個N位數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有N倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及一個切換式功率放大器，將該發(fā)射信號放大。
本發(fā)明的第四個目的在于提供一種數(shù)字射頻發(fā)射方法，包括以下步驟接收具有第一頻率fs的一個N位數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有N倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及放大該發(fā)射信號。
本發(fā)明的第五個目的在于提供一種數(shù)字射頻發(fā)射方法，包括以下步驟使用一個噪聲整型調(diào)制裝置接收具有第一頻率fs的一個N位數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；使用一個區(qū)域振蕩裝置產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；使用一個數(shù)字混合裝置接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及使用一個切換式功率放大裝置將該發(fā)射信號放大。
本發(fā)明的第六個目的在于提供一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個噪聲整型調(diào)制器，接收具有第一頻率(取樣頻率)fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器裝置，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；一個切換式功率放大裝置，將該發(fā)射信號放大；以及一個濾波器，帶通過濾該放大后的發(fā)射信號。
以下，結(jié)合


本發(fā)明的一種數(shù)字射頻發(fā)射器及方法的實(shí)施例。
附圖簡述圖1顯示了傳統(tǒng)數(shù)字通訊系統(tǒng)的基本原件及方塊圖；圖2顯示了一個傳統(tǒng)射頻發(fā)射器的電路方塊圖；圖3a～3c顯示了在頻譜上，模擬基帶信號ABS、模擬載頻信號ACS及發(fā)射信號TS的關(guān)系；圖4顯示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的數(shù)字射頻發(fā)射器的電路方塊圖；圖5a～5d顯示了在頻譜上，數(shù)字基帶信號、數(shù)字載頻信號、準(zhǔn)發(fā)射信號及發(fā)射信號間的關(guān)系。
圖6顯示了本發(fā)明一個實(shí)施例中的數(shù)字射頻發(fā)射方法的流程圖；圖7顯示了圖4中的調(diào)制器；圖8a及8b顯示了圖4中的混合器及其真值表。
圖9顯示了一個線性功率放大器；圖10顯示了一個切換式功率放大器。
符號說明11～數(shù)據(jù)源及輸入轉(zhuǎn)換器；12～源編碼器；13～頻道編碼器；14～數(shù)字調(diào)制器；15～數(shù)字解調(diào)器；16～頻道譯碼器；17～源譯碼器；18～輸出轉(zhuǎn)換器；19～通訊頻道；21～數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；23、43～本機(jī)振蕩器；27、44～功率放大器；25、45～混合器電路；41～數(shù)字調(diào)制器；47～切換式功率放大器；49～帶通濾波器；72～加法器；73～積分器；74～量化器最佳實(shí)施例圖4顯示了本發(fā)明一個實(shí)施例中數(shù)字射頻發(fā)射器的電路方塊圖。其包括有數(shù)字調(diào)制器(modulator)41、本機(jī)振蕩器43、混合器電路45、切換式功率放大器47及帶通濾波器(band-pass filter)49。調(diào)制器41接收一個具有頻率fBB的數(shù)字基帶信號DBS(頻率fBB通常小于10MHz)，并將其進(jìn)行調(diào)制后，產(chǎn)生一個調(diào)制后的數(shù)字基帶信號MDBS。調(diào)制器41亦可以包括一個噪聲整型(noise-shaping)量化電路或過取樣(over-sampling)電路(請參考美國專利第5068661號)，而可以提高噪聲比(S/N ratio)、并使高分辨率的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為具有較低分辨率及較低量化噪聲值的數(shù)字信號。本機(jī)振蕩器43產(chǎn)生一個具有頻率fLO(如2.4GHz或5GHz)的數(shù)字載頻信號DCS。混合器電路45則接收調(diào)制后的數(shù)字基帶信號MDBS及數(shù)字載頻信號DCS后，進(jìn)行兩信號位間的乘法運(yùn)算，而使信號MDBS在頻譜上發(fā)生頻率位移的現(xiàn)象并產(chǎn)生一個準(zhǔn)發(fā)射信號STS。準(zhǔn)發(fā)射信號STS被送至切換式功率放大器47，接著再經(jīng)由帶通濾波器49進(jìn)行帶通過濾后經(jīng)由天線送出發(fā)射信號TS。功率放大器47可以是如圖10所示的D、E或F級功率放大器。圖9所示的線性功率放大器，如A、B、AB或C級放大器，由于其效能低，在著重功率效能的行動發(fā)射裝置中并不適用。
圖7顯示了上述實(shí)施例中的調(diào)制器41。在上述實(shí)施例中，調(diào)制器是一個Sigma-Delta調(diào)制器，包括了一個加法器72、一個積分器73及一個量化器74。由N位數(shù)字基帶信號DBS轉(zhuǎn)換而成的具有頻率N×fs的1個位信號被輸入至加法器72，其中fs是信號DBS的取樣頻率。因此，信號MDBS的頻率亦為N×fs。量化器74可為一與門電路，其中當(dāng)來自積分器73的信號電平小于0V時，輸出一高電位，而當(dāng)來自積分器73的信號電平大于0V時，輸出一低電位。
圖8a及8b顯示了圖4中的混合器及其真值表?；旌掀?5是一個與門，接收分別來自信號MDBS及DCS的位A及B。與門的輸出結(jié)果是位A及B的乘積，如圖4b所示的真值表。
圖5a～5d顯示了在頻譜上，調(diào)制后的數(shù)字基帶信號MDBS、數(shù)字載頻信號DCS、準(zhǔn)發(fā)射信號STS及發(fā)射信號TS的關(guān)系。調(diào)制后的數(shù)字基帶信號MDBS在中心頻率O處具有頻寬BW(小于10MHz)。此外，在大于BW處仍存在有其它因調(diào)制所產(chǎn)生的更高頻信號成份。數(shù)字載頻信號DCS則具有頻率LO(2.4GHz或5GHz)。經(jīng)過混合器電路45混合后，信號MDBS及DCS混合形成信號STS。信號STS的中心頻率為LO，頻寬為BW。由于因調(diào)制所產(chǎn)生的高頻噪聲仍然存在于準(zhǔn)發(fā)射信號STS中，因此使用帶通濾波器49進(jìn)行信號過濾，將此高頻噪聲濾除而得到發(fā)射信號。借此，數(shù)字基帶信號DBS便可經(jīng)由此種數(shù)字處理的方式乘載于載波上而進(jìn)行長距離的傳輸。
圖6顯示本發(fā)明一個實(shí)施例中的數(shù)字射頻發(fā)射方法的流程圖。
首先，在步驟S1中，接收一個N位數(shù)字基帶信號并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制，如增量總和調(diào)制。數(shù)字基帶信號具有一個中心頻率fs。調(diào)制后所產(chǎn)生的信號為具有中心頻率N×fs的1位信號。
接著，在步驟S2中，產(chǎn)生一數(shù)字載頻信號。
然后，在步驟S3中，接收調(diào)制后1位數(shù)字基帶信號及上述的數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一準(zhǔn)發(fā)射信號。
再者，在步驟S4中，使用一個D、E或F級切換式功率放大器放大準(zhǔn)發(fā)射信號。
接著，在步驟S5中，帶通過濾該放大后的準(zhǔn)發(fā)射信號并經(jīng)由一個天線送出。
綜上所述，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式射頻發(fā)射器，直接使用數(shù)字電路進(jìn)行信號的處理，消除了傳統(tǒng)射頻發(fā)射器因使用模擬電路所造成的設(shè)計困難度高的問題，亦由于其混合器電路是借由單純的「0」與「1」的乘法運(yùn)算來達(dá)成基帶信號與載頻信號的混合，而消除了非線性轉(zhuǎn)換的問題。此外，由于D、E、F級切換式功率放大器的使用，使得不必要的功率消耗減小。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個調(diào)制器，接收具有一第一頻率fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一發(fā)射信號；以及一個切換式功率放大器，將該發(fā)射信號放大。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，更包括一個濾波器，帶通過濾該發(fā)射信號。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該調(diào)制器包括一個噪聲整型調(diào)制裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該調(diào)制器包括一個過取樣量化裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該切換式功率放大器是一個D級功率放大器。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該切換式功率放大器是一個E級功率放大器。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該切換式功率放大器是一個F級功率放大器。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該第一頻率是一個取樣頻率。
9.一種數(shù)字射頻發(fā)射方法，包括以下步驟接收具有一個第一頻率fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及放大該發(fā)射信號。
10.如權(quán)利要求9所述的數(shù)字射頻發(fā)射方法，其中，更包括以下步驟帶通過濾該放大后的發(fā)射信號。
11.如權(quán)利要求9所述的數(shù)字射頻發(fā)射方法，其中，該數(shù)字基帶信號的調(diào)制方式為Sigma-Delta調(diào)制。
12.一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個調(diào)制器，接收具有一第一頻率fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有N倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生的一個發(fā)射信號；以及一個切換式功率放大器，將該發(fā)射信號放大。
13.如權(quán)利要求12所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，更包括一濾波器，帶通過濾該放大后的發(fā)射信號。
14.一種數(shù)字射頻發(fā)射方法，包括以下步驟接收具有一第一頻率fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有N倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；產(chǎn)生一個數(shù)字載頻信號；接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及放大該發(fā)射信號。
15.一種數(shù)字射頻發(fā)射方法，包括以下步驟使用一噪聲整型調(diào)制裝置接收具有一第一頻率fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；使用一個區(qū)域振蕩裝置產(chǎn)生一數(shù)字載頻信號；使用一個數(shù)字混合裝置接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及使用一個切換式功率放大裝置將該發(fā)射信號放大。
16.如權(quán)利要求15所述的數(shù)字射頻發(fā)射方法，其中，該第一頻率是一個取樣頻率。
17.如權(quán)利要求15所述的數(shù)字射頻發(fā)射方法，其中，該噪聲整型調(diào)制裝置包括一個噪聲整型量化裝置。
18.如權(quán)利要求15所述的數(shù)字射頻發(fā)射方法，其中，該噪聲整型調(diào)制裝置包括一個過取樣裝置。
19.一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個噪聲整型調(diào)制器，接收具有一第一頻率(取樣頻率)fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器裝置，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；一個切換式功率放大裝置，將該發(fā)射信號放大；以及一個濾波器，帶通過濾該放大后的發(fā)射信號。
20.如權(quán)利要求19所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該數(shù)字基帶信號的調(diào)制方式是一Sigma-Delta調(diào)制。
21.如權(quán)利要求19所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該切換式功率放大器是一個D級功率放大器。
22.如權(quán)利要求19所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該切換式功率放大器是一個E級功率放大器。
23.如權(quán)利要求19所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該切換式功率放大器是一個F級功率放大器。
24.如權(quán)利要求19所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該噪聲整型調(diào)制器包括一個噪聲整型量化裝置。
25.如權(quán)利要求19所述的數(shù)字射頻發(fā)射器，其中，該噪聲整型調(diào)制器包括一個過取樣裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字射頻發(fā)射器，包括一個調(diào)制器，接收具有一第一頻率fs的一個N位的數(shù)字基帶信號，并對該數(shù)字基帶信號進(jìn)行調(diào)制而得到具有M倍fs頻率的一個1位的調(diào)制后基帶信號；一個本機(jī)振蕩器，產(chǎn)生一數(shù)字載頻信號；一個數(shù)字混合器，接收該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號，并進(jìn)行該調(diào)制后基帶信號及該數(shù)字載頻信號的乘法運(yùn)算后產(chǎn)生一個發(fā)射信號；以及一個切換式功率放大器，將該發(fā)射信號放大。
文檔編號H03C1/00GK1496012SQ0315807
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月6日
發(fā)明者許偉展 申請人:威盛電子股份有限公司