專利名稱：短波射頻數(shù)字化處理模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻數(shù)字化處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種短波射頻數(shù)字化處理模塊。
背景技術(shù)：
頻率范圍在1. 6MHz-30MHz之間的無線電磁波頻率通常稱為短波頻段，利用短波 頻率進(jìn)行世界范圍內(nèi)的廣播傳輸進(jìn)行單向通信，通常稱為短波廣播；能夠接收到上述某一 段頻率的收音機(jī)稱為短波收音機(jī)。人類利用包括短波廣播在內(nèi)的無線通信的歷史只有一百 年左右，然而，利用無線通信的技術(shù)經(jīng)過近幾十年來的發(fā)展，如今已經(jīng)形成了以衛(wèi)星通信、 移動通信為主要標(biāo)志的無線通信網(wǎng)絡(luò)。由于短波通信主要依靠電離層與地面間的來回反 射和折射進(jìn)行傳播，無論白天黑夜，短波都可以傳播很遠(yuǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，如今隨著計(jì)算機(jī)、微 電子和無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，短波通信技術(shù)有了突破性進(jìn)展，利用短波進(jìn)行應(yīng)急通信、 抗災(zāi)通信、特別是軍事上要求的陸?？战y(tǒng)一通信指揮方面發(fā)揮著更重要、更廣泛的作用，例 如陸用/航空/海用短波電臺、短波對講機(jī)等至今還被廣泛應(yīng)用在軍用、民用通信領(lǐng)域以 及海事救援等場合。目前，短波電臺已日趨數(shù)字化，其工作頻段已不限于原有的短波頻段范圍(如，可 應(yīng)用于超過470MHz以上的無線通信中)，因而呈現(xiàn)出多波段、多信道(可達(dá)數(shù)百個之多)的 特征。短波電臺數(shù)字化過程中，其信道的數(shù)字化技術(shù)尤為關(guān)鍵，現(xiàn)有使用的短波電臺信道數(shù) 字化技術(shù)僅限于中頻信號的處理，而中頻以上仍采用模擬處理方式，因此還不是真正意義 上的軟件無線電技術(shù)(SDR)電臺，其缺點(diǎn)在于不支持多波形、多模式和多業(yè)務(wù)，因而限制了 短波通信的發(fā)展和應(yīng)用。這里，所謂軟件無線電就是盡可能靠近天線對信號進(jìn)行數(shù)字化，通 過軟件編程實(shí)現(xiàn)信息處理，動態(tài)配置系統(tǒng)功能，采用開放式的結(jié)構(gòu)體系，以ADC/DAC、DSP和 CPU為硬件基礎(chǔ)，使用統(tǒng)一的硬件平臺，在短波電臺中頻(甚至射頻)部分對信號數(shù)字化處 理、用軟件編程靈活地實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)字濾波、直接數(shù)字頻率合成、數(shù)字上/下變頻(DUC/DDC)、 調(diào)制/解調(diào)、差錯編碼、信道均衡、信令控制、信源編碼、加密/解密。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種短波射頻數(shù)字化處理模塊，全面實(shí)現(xiàn) 短波信道數(shù)字化處理過程，同時支持多波形的加載，作為通用模塊或板卡應(yīng)用于短波通信 設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)和提高短波通信設(shè)備的可編程、可擴(kuò)展和可升級能力，并降低短波設(shè)備的生 產(chǎn)和后期維護(hù)成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種短波射頻數(shù)字化處理模塊，其特征在于，該模塊主要由接收射頻模擬前端、接 收射頻數(shù)字前端和發(fā)射子模塊組成；其中，所述接收射頻模擬前端，用于接收工作頻帶內(nèi)的短波信號，并滿足短波信號動態(tài) 接收范圍大的要求，以得到濾除所需工作頻帶外的雜波干擾后的模擬信號；所述接收射頻數(shù)字前端，用于將所述濾除雜波后的模擬信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過混頻處理，得到抗混疊及降低數(shù)據(jù)速率的適合數(shù)字信號處理的數(shù)據(jù)信號，并通過數(shù)字 信號處理后得到音頻輸出信號；所述發(fā)射子模塊，用于將通過數(shù)字信號處理后的基帶信號通過數(shù)據(jù)速率提高后， 再通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后搬移至射頻信號上。其中，所述接收射頻模擬前端主要由諧波濾波器、帶自動增益控制AGC的寬帶低 噪聲放大器以及低通濾波器組成；其中，所述諧波濾波器，用于減少射頻RF信號進(jìn)入所述低噪聲放大器之前信噪比的損 失和對頻帶外的信號進(jìn)行有效的抑制；所述低噪聲放大器，用于減少短波信號在電離層變化時信號衰落的影響，并起到 自動增益控制電路的作用，以滿足短波信號動態(tài)范圍大的要求。所述低通濾波器，用于進(jìn)一步濾除所需工作頻段以外的干擾噪聲信號。其中，所述接收射頻數(shù)字前端主要由模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換電路、直接數(shù)字頻率合成器 DDS、數(shù)字下變頻器DDC和數(shù)字信號處理器DSP組成；其中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述DDS，用于提供數(shù)字本振信號用來與A/D采樣后的數(shù)字信號進(jìn)行混頻；所述DDC，主要用于降低數(shù)字信號的數(shù)據(jù)速率，以便使其與所述數(shù)字信號處理器 DSP的處理能力相適應(yīng)；所述DSP24，用于進(jìn)行基帶信號的相關(guān)處理。其中，所述發(fā)射子模塊主要由數(shù)字信號處理器DSP、數(shù)字上變頻器DUC、直接數(shù)字 頻率合成器DDS和數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路組成；其中，所述DSP，用于進(jìn)行基帶信號的相關(guān)處理； 所述DUC，用于將基帶信號數(shù)據(jù)率提高至與DDS子模塊相同的數(shù)據(jù)速率，以便兩者 進(jìn)行數(shù)字混頻處理，得到數(shù)字混頻信號；所述DDS，用于提供數(shù)字本振信號用來與DUC處理后的數(shù)字信號進(jìn)行混頻；所述數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路，用于將所述數(shù)字混頻信號進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，以便將轉(zhuǎn)換 后的模擬信號搬移到射頻發(fā)射出去。較佳地，所述射頻數(shù)字前端進(jìn)一步輸出一反饋信號輸入到所述射頻模擬前端的低 噪聲放大器中，用于實(shí)現(xiàn)短波信號動態(tài)范圍大的要求。本發(fā)明所提供的短波射頻數(shù)字化處理模塊，具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明短波射頻數(shù)字化處理模塊，能夠在不需要改動硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)可編程、 可擴(kuò)展和可升級能力，且后期維護(hù)的費(fèi)用低；且該模塊采用全數(shù)字化處理，基本沒有模擬電 路。產(chǎn)品性能不僅優(yōu)于傳統(tǒng)模式，而且一致性好，生產(chǎn)調(diào)試簡易，適于批量生產(chǎn)。該短波射頻 數(shù)字化處理模塊采用數(shù)字信號處理(DSP) +現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA，F(xiàn)ield-Programmable Gate Array)結(jié)構(gòu)，全面實(shí)現(xiàn)短波信道數(shù)字化處理，同時支持多波形的加載，并可作為通用 模塊或板卡使用，配以短波功放和天饋系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)短波通信功能，不僅簡化了電臺設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)、減少了電臺種類和提高了數(shù)字化短波電臺的使用年限，而且能夠降低用戶的投入費(fèi) 用。


圖1為本發(fā)明短波射頻數(shù)字化處理模塊結(jié)構(gòu)功能框圖；圖2為圖1所述短波射頻數(shù)字化模塊的數(shù)字下變頻器(DDC)處理流程圖；圖3為圖1所述短波射頻數(shù)字化模塊的數(shù)字上變頻器(DUC)處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實(shí)施例對本發(fā)明的方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1本發(fā)明短波射頻數(shù)字化處理模塊結(jié)構(gòu)功能框圖，如圖1所示，該短波射頻數(shù)字 化處理模塊包括接收射頻模擬前端10、接收射頻數(shù)字前端20和發(fā)射子模塊30 ；接收射頻模擬前端10，用于接收工作頻帶內(nèi)的短波信號，并滿足短波信號動態(tài)接 收范圍大的要求，以得到濾除所需工作頻帶外的雜波干擾后的模擬信號。該接收射頻模擬 前端10進(jìn)一步包括諧波濾波器11、寬帶低噪聲放大器(帶AGC功能)12和低通濾波器13 ； 其中，所述諧波濾波器11，用于減少射頻(RF)信號進(jìn)入所述低噪聲放大器(帶自動增益 控制(AGC)) 12之前信噪比的損失和對頻帶外的信號進(jìn)行有效的抑制。所述低噪聲放大器(帶AGC功能)12，用于減少短波信號在電離層變化時信號衰落 的影響，并起到自動增益控制電路的作用，從而滿足了短波信號動態(tài)范圍大的要求。所述低通濾波器13，用于進(jìn)一步濾除所需工作頻段以外的干擾噪聲信號。接收射頻數(shù)字前端20，用于將所述濾除雜波后的模擬信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并經(jīng) 過混頻處理，得到抗混疊及降低數(shù)據(jù)速率的適合數(shù)字信號處理的數(shù)據(jù)信號，并通過數(shù)字信 號處理后得到音頻輸出信號。其主要由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路21、數(shù)字下變頻器(DDC) 22、 直接數(shù)字頻率合成器(DDS，Digital Direct FrequencySynthesis)技術(shù))23、數(shù)字信號處 理器(DSP) 24組成。其中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路21，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。這里，需要選擇有足夠 高采樣頻率的A/D轉(zhuǎn)換器，為信號提供一個透明的通道；同時選擇有足夠大位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換 器，提高可接收信號的動態(tài)范圍。其，AGC用于實(shí)現(xiàn)自動增益控制，通過該增益控制，產(chǎn)生一 個反饋信號給前端的低噪聲放大器，以便滿足短波信號動態(tài)范圍大的要求。所述DDS22，用于提供數(shù)字本振信號用來與A/D采樣后的數(shù)字信號進(jìn)行混頻。所述DDC23，主要用于降低數(shù)字信號的數(shù)據(jù)速率，以便使其與所述數(shù)字信號處理器 (DSP)的處理能力相適應(yīng)；這里，所述DDC23部分，是本發(fā)明的關(guān)鍵部件所在，其主要通過數(shù) 字濾波器來實(shí)現(xiàn)抗混疊及數(shù)據(jù)速率的降低。所述DSP24，用于進(jìn)行基帶信號的相關(guān)處理。發(fā)射子模塊30，用于將通過數(shù)字信號處理后的基帶信號通過數(shù)據(jù)速率提高后， 再通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后搬移至射頻信號上。該發(fā)射子模塊30，主要由DSP31數(shù)字上變頻器 (DUC) 32、DDS33和數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路34組成；其中，所述DSP31，為與所述接收射頻數(shù)字前端所用到的DSP24為同一個，也是用于進(jìn)行 基帶信號的相關(guān)處理。所述DUC32，用于將基帶信號數(shù)據(jù)率提高至與DDS子模塊相同的數(shù)據(jù)速率，以便兩 者進(jìn)行數(shù)字混頻，將信號搬移到射頻。
所述DDS33為與所述接收射頻數(shù)字前端20相共用的一個模塊，用于提供數(shù)字本振 信號用來與DUC處理后的數(shù)字信號進(jìn)行混頻處理，得到數(shù)字混頻信號。所述D/A轉(zhuǎn)換電路34，用于將所述數(shù)字混頻信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，以便將轉(zhuǎn)換后得到 的模擬信號搬移到射頻發(fā)射出去。如圖1所示，本發(fā)明短波射頻數(shù)字化處理模塊中，接收射頻模擬前端10、接收射頻 數(shù)字前端20和發(fā)射子模塊30，其射頻信號數(shù)字化處理流程為接收通道方向，從天線接收進(jìn)的信號經(jīng)過濾波后進(jìn)入前端低噪聲放大器12，使該 信號經(jīng)過數(shù)字化處理后與DDS22產(chǎn)生的本振信號進(jìn)行混頻處理，產(chǎn)生基帶信號，再將基帶 信號進(jìn)行DDC23處理后，交由DSP24進(jìn)行處理，最后送出音頻信號輸出。該信號具體處理 流程如圖2所示，即DDC的信號處理流程將經(jīng)過數(shù)字化處理后的信號與數(shù)控振蕩器(NCO) 產(chǎn)生的兩路同頻正交信號分別通過乘法器進(jìn)行相乘，產(chǎn)生兩路基帶信號，即I路和Q路，然 后將該兩路基帶信號分別通過兩路第零級有限長脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)、第一級級聯(lián)積分 器-梳狀濾波器(CIC，Cascaded Integrator-comb Filter)、第一級 FIR、第二級 CIC、第 二級FIR、第三級CIC、第三級FIR、第四級CIC、第四級FIR濾波處理后，再通過多路復(fù)用器 (MUX)合成為適當(dāng)數(shù)據(jù)速率的信號，以供DSP處理后產(chǎn)生音頻輸出信號。發(fā)送通道方向，從音頻進(jìn)來的信號經(jīng)過DSP31處理后送到DUC32處理，然后與 DDS33產(chǎn)生的本振信號混頻得到射頻信號，再送往D/A轉(zhuǎn)換34轉(zhuǎn)換為模擬信號并送往功率 放大器。該信號具體處理流程如圖3所示，即DUC的信號處理流程DUC將DSP31處理后的 I路、Q路基帶信號分別輸入兩路第一級有限長脈沖響應(yīng)濾波器FIR，然后通過第一級級聯(lián) 積分器-梳狀濾波器(CIC)濾波處理后得到的信號分別與數(shù)控振蕩器(NCO)產(chǎn)生的兩路同 頻正交信號通過乘法器進(jìn)行相乘處理，再將通過相乘后輸出的信號通過多路復(fù)用器(MUX) 進(jìn)行復(fù)用得到合路信號，然后再將該合路信號通過射頻FIR濾波處理。這樣，通過射頻FIR 濾波處理后的信號，再與所述DDS33產(chǎn)生的本振信號通過乘法器混頻處理，最后通過D/A轉(zhuǎn) 換34后輸入功率放大器的射頻信號。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種短波射頻數(shù)字化處理模塊，其特征在于，該模塊主要由接收射頻模擬前端、接收射頻數(shù)字前端和發(fā)射子模塊組成；其中，所述接收射頻模擬前端，用于接收工作頻帶內(nèi)的短波信號，并滿足短波信號動態(tài)接收范圍大的要求，以得到濾除所需工作頻帶外的雜波干擾后的模擬信號；所述接收射頻數(shù)字前端，用于將所述濾除雜波后的模擬信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過混頻處理，得到抗混疊及降低數(shù)據(jù)速率的適合數(shù)字信號處理的數(shù)據(jù)信號，并通過數(shù)字信號處理后得到音頻輸出信號；所述發(fā)射子模塊，用于將通過數(shù)字信號處理后的基帶信號通過數(shù)據(jù)速率提高后，再通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后搬移至射頻信號上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波射頻數(shù)字化處理模塊，其特征在于，所述接收射頻模擬 前端主要由諧波濾波器、帶自動增益控制AGC的寬帶低噪聲放大器以及低通濾波器組成； 其中，所述諧波濾波器，用于減少射頻RF信號進(jìn)入所述低噪聲放大器之前信噪比的損失和 對頻帶外的信號進(jìn)行有效的抑制；所述低噪聲放大器，用于減少短波信號在電離層變化時信號衰落的影響，并起到自動 增益控制電路的作用，以滿足短波信號動態(tài)范圍大的要求。所述低通濾波器，用于進(jìn)一步濾除所需工作頻段以外的干擾噪聲信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波射頻數(shù)字化處理模塊，其特征在于，所述接收射頻數(shù)字 前端主要由模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換電路、直接數(shù)字頻率合成器DDS、數(shù)字下變頻器DDC和數(shù)字信號 處理器DSP組成；其中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 所述DDS，用于提供數(shù)字本振信號用來與A/D采樣后的數(shù)字信號進(jìn)行混頻； 所述DDC，主要用于降低數(shù)字信號的數(shù)據(jù)速率，以便使其與所述數(shù)字信號處理器DSP的 處理能力相適應(yīng)；所述DSP24，用于進(jìn)行基帶信號的相關(guān)處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短波射頻數(shù)字化處理模塊，其特征在于，所述發(fā)射子模塊主 要由數(shù)字信號處理器DSP、數(shù)字上變頻器DUC、直接數(shù)字頻率合成器DDS和數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換 電路組成；其中，所述DSP，用于進(jìn)行基帶信號的相關(guān)處理；所述DUC，用于將基帶信號數(shù)據(jù)率提高至與DDS子模塊相同的數(shù)據(jù)速率，以便兩者進(jìn)行 數(shù)字混頻處理，得到數(shù)字混頻信號；所述DDS，用于提供數(shù)字本振信號用來與DUC處理后的數(shù)字信號進(jìn)行混頻； 所述數(shù)/模D/A轉(zhuǎn)換電路，用于將所述數(shù)字混頻信號進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，以便將轉(zhuǎn)換后的 模擬信號搬移到射頻發(fā)射出去。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的短波射頻數(shù)字化處理模塊，其特征在于，所述射頻數(shù)字前 端進(jìn)一步輸出一反饋信號輸入到所述射頻模擬前端的低噪聲放大器中，用于實(shí)現(xiàn)短波信號 動態(tài)范圍大的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種短波射頻數(shù)字化處理模塊，其主要由接收射頻模擬前端、接收射頻數(shù)字前端和發(fā)射子模塊組成，所述接收射頻模擬前端由諧波濾波器、帶自動增益控制(AGC)的寬帶低噪聲放大器和低通濾波器組成；所述接收射頻數(shù)字前端，由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字下變頻器(DDC)、直接數(shù)字頻率合成器(DDS)和數(shù)字信號處理器(DSP)組成；所述發(fā)射子模塊由數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字上變頻器(DUC)、DDS和DSP組成。應(yīng)用本發(fā)明短波射頻數(shù)字化處理模塊能夠簡化短波電臺設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、減少電臺種類、提高數(shù)字化短波電臺的使用年限，并降低用戶的投入費(fèi)用。
文檔編號H04B1/10GK101931424SQ201010128078
公開日2010年12月29日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者劉俊, 周勇敢, 龐紳宇, 李林峰, 李陽, 楊少鵬, 王博, 王小軍, 譚文生 申請人:西安烽火電子科技有限責(zé)任公司