專利名稱：二次變頻調制系統(tǒng)及變頻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術領域的裝置及方法，具體是一種二次變頻調制系統(tǒng)及變頻方法。
背景技術：
在數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)中，需要將基帶信號上變頻到射頻。以數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)為例，8MHz的基帶信號需要被上變頻到相應的射頻頻率，如48MHz到866MHz。傳統(tǒng)的上變頻有二次變頻、一次變頻和直接變頻，其中傳統(tǒng)二次變頻的方法是將數(shù)字基帶信號通過數(shù)字變頻器進行數(shù)字變頻，得到數(shù)字低中頻信號，如36MHz，44MHz，等；再通過數(shù)模轉換器(DAC)轉換為模擬低中頻信號；在低中頻處通過固定帶通濾波器進行模擬濾波，濾除數(shù)模轉換產生的高次諧波；然后將模擬低中頻信號通過模擬變頻器進行第一級模擬變頻，上移到比較高的高中頻，如IGHz ;在高中頻處通過固定帶通濾波器進行帶通濾波，濾除鏡像頻譜和本振頻率；然后再將該高中頻信號通過模擬變頻器進行第二級模擬變頻，下移到所需調制的頻率上；最后通過低通濾波器，濾除鏡像頻譜和本振頻譜。如圖1(a)所示。這種變頻方式，好處是本振頻率不在所需要的頻譜之內，可以和鏡像頻譜一起很好地濾除。但是二次變頻系統(tǒng)相當復雜，需要I級數(shù)字變頻和2級模擬變頻，同時需要兩組帶通濾波器，尤其是高中頻帶通濾波器，其頻率點高，且所需頻譜與要濾除的鏡像頻譜和本振頻率相隔不遠，增加了濾波器設計的難度，對系統(tǒng)和電路設計都提出了較高的要求。同時，相位噪聲比一次變頻和直接變頻的要差。傳統(tǒng)一次變頻的方法是將數(shù)字基帶信號通過數(shù)字變頻器進行數(shù)字變頻，得到數(shù)字低中頻信號，如36MHz，44MHz，等；再通過DAC轉換為模擬低中頻信號；在低中頻處通過固定帶通濾波器進行模擬濾波，濾除數(shù)模轉換產生的高次諧波；再將模擬低中頻信號通過模擬變頻器進行一級模擬變頻，直接上移到所需調制的頻率上；最后通過帶通濾波器濾除鏡像頻譜和本振頻譜。如圖1(b)所示。這種變頻方式，相位噪聲比二次變頻好，但是，需要隨所需調制頻率變化，設計不同模擬帶通濾波器以濾除鏡像頻譜和本振頻譜。舉例以數(shù)字電視的頻段來說，設計一個范圍從48MHz到866MHz，帶寬為8MHz的模擬帶通濾波器是極端困難的，例如，在48MHz處，8MHz帶寬和該頻率點的比值為8/48 = O. 17，但是在866MHz處，8MHz帶寬和該頻率點的比值為8/866 = 0.01。如此大范圍的變化，模擬濾波器無法實現(xiàn)。因此這種變頻率的模擬帶通濾波器既不能保證很好的帶外抑制，也不能保證很好的帶通特性，即帶內的平坦度無法保證。直接變頻，即零中頻的調制方式是將復數(shù)字基帶信號I、Q兩路通過兩個DAC，轉換為復模擬基帶信號，即復零中頻信號；在零中頻處將I、Q兩路通過兩個低通濾波器進行簡單的模擬低通濾波，濾除數(shù)模轉換產生的高次諧波；再將該模擬復零中頻信號I、Q兩路通過由正交變頻器，直接正交調制到所需的頻率上。最后通過簡單的固定低通濾波器，濾除掉所需頻率的多次諧波頻譜。如圖1(c)所示。直接變頻有自己的優(yōu)勢。由于系統(tǒng)只有一次變頻，相位噪聲優(yōu)于二次變頻和三次變頻；其次，基帶的模擬濾波器是簡單的低通濾波器，設計簡單，性能容易得到保證；最后，因為零中頻的結構，在射頻部分只需要設計通用的固定低通濾波器，用于濾除所需頻率的高次諧波頻譜即可，極大的簡化了硬件設計，優(yōu)化了性能。但是簡單的直接變頻調制方式存在以下問題在整個調制頻率范圍內，對本振信號的正交性，有著非常嚴格的要求。本振信號的不正交，引入的鏡像頻譜，將直接疊加在所需要的頻譜之中，從而嚴重影響了調制性能以及發(fā)射信號的質量。目前常見的正交誤差消除有兩類方式。第一類是簡單的依賴于上變頻器件的模擬性能的提高。然而要在很大范圍的頻段內，保證本振信號的絕對正交性，對器件提出了非常高的要求，相應會大大的提高了器件的成本，而且即使是同一批器件，由于其模擬特性不一致，最終調制性能也很難保證一致性。第二類方法在直接變頻結構中加入正交校準。但目前的校正算法的精度有限，處理時間長，容易引起相位反復震蕩，其性能并不合適于高標準的實時電視廣播通信使用。
經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利號CN 101795252A直接變頻調制方法及其調制裝置中，提出了一種直接變頻調制方式及其調制裝置，通過高倍率本振信號的引入，在相當大的頻段內都能保證本振信號的完美正交。然而該專利存在的問題主要是，如果需要對覆蓋的頻段進行擴展，例如需要同時滿足從VHF段到UHF段的調制范圍的話，生成低頻率射頻信號時所產生的本振信號的高倍諧波，就會直接落入高頻率射頻信號的有效帶寬內，而直接變頻結構中的固定低通濾波器將無法濾除這樣的本振高次諧波，從而無法滿足標準規(guī)定的帶外雜散要求。例如要求調制頻段范圍從200MHz到866MHz，則200MHz的二次諧波400MHz、三次諧波600MHz、四次諧波800MHz，都落在調制頻譜范圍內(皆小于最高可調制頻率866MHz)，這將極大的影響了射頻的性能指標。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種二次變頻調制系統(tǒng)及變頻方法，利用了直接變頻的優(yōu)點，從而無需設計高頻率模擬帶通濾波器，又能在有效滿足正交性的同時支持大為廣泛的可調制頻段，極大的降低對器件與電路設計要求。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及一種二次變頻調制系統(tǒng)，包括依次連接的雙口數(shù)模轉換器、雙口固定低通濾波器、固定本振正交變頻器、第一固定低通濾波器、變化本振變頻器以及第二固定低通濾波器，其中雙口數(shù)模轉換器的輸入端分別接收I路基帶數(shù)據(jù)和Q路基帶數(shù)據(jù)并輸出I路模擬信號和Q路模擬信號至雙口固定低通濾波器，經雙口固定低通濾波器濾除高次諧波后輸出至固定本振正交變頻器，固定本振正交變頻器通過零中頻正交調制的方式變頻至高中頻并由第一固定低通濾波器進行高次諧波濾除并輸出至變化本振變頻器，變化本振變頻器輸出調制射頻信號至第二固定低通濾波器并輸出最終射頻。所述的雙口固定低通濾波器為兩個并列的低階固定低通濾波器，其有效頻譜與諧波之間的距離為雙口數(shù)模轉換器的采樣頻率的整數(shù)倍。所述的固定本振正交變頻器由固定本振發(fā)生器、移相器和兩個乘法器組成，其中兩個乘法器的輸入端分別接收雙口固定低通濾波器輸出的I路模擬信號和固定本振發(fā)生器輸出的本地頻率以及雙口固定低通濾波器輸出的Q路模擬信號和經移相器進行90度移相的本地頻率，兩個乘法器的輸出端疊加后輸出至第一固定低通濾波器。所述的第一固定低通濾波器為低階固定低通濾波器，其有效頻譜與高次諧波之間的距離為高中頻信號中心頻率或其整數(shù)倍。所述的第二固定低通濾波器為低階固定低通濾波器，其有效頻譜與鏡像頻譜之間的距離為固定本振與所需的調制頻率的差的2倍。記固定本振的高中頻為fH，所需的調制頻率為f。，則有效頻譜與鏡像頻譜之間距離為2 X (fH-fc)。
本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的變頻方法，包括以下步驟第一步、I路基帶數(shù)據(jù)和Q路基帶數(shù)據(jù)依次經過雙口數(shù)模轉換器轉換成模擬信號，再經過雙口固定低通濾波器濾除高次諧波后得到模擬頻譜位于基帶的I路模擬信號和Q路模擬信號。第二步、采用固定本振正交變頻器對I路模擬信號和Q路模擬信號進行第一次直接變頻，即零中頻變頻后，將頻譜搬移到中心頻率為fH的高中頻處，對應的鏡像頻譜被直接抵消且其高次諧波分別位于中心頻率的整數(shù)倍。第三步、通過第一固定低通濾波器濾除第一次直接變頻產生的高次諧波；第四步、通過變化本振變頻器產生頻率為fH-f·。的本振信號并對第三步得到的模擬信號進行第二次變頻，將頻譜分別搬移到f。以及2fH-f。；第五步、通過第二固定低通濾波器，濾除鏡像頻譜2fH-f。，剩余頻譜f。為所需的調制頻率。本發(fā)明與目前已有的技術相比的優(yōu)點在于本發(fā)明極大的簡化了對模擬濾波器的要求。傳統(tǒng)的變頻技術無不需要多級中頻、高頻帶通濾波器，本發(fā)明只需要最簡單的固定低通濾波器，而且濾波器無需隨所需的調制頻率變化而變化，因此可以在相當廣泛的調制范圍內使用同一個通用型的固定低通濾波器。因此極大的簡化了電路與系統(tǒng)的設計，降低了對器件的要求，減少了面積、功耗和成本，有利于集成。本發(fā)明在完美的解決正交性對性能影響的同時，極大降低了器件的成本與電路和系統(tǒng)設計難度。傳統(tǒng)的直接變頻調制方式面對正交性問題，如果通過器件保證的話，那么在增加系統(tǒng)可調制頻率范圍的同時，將極大的增加電路設計的難度以及器件的成本，射頻性能也因此難以得到保證。本發(fā)明是結合直接變頻調制方式的新型二次變頻，與傳統(tǒng)的直接變頻調制方式相比，只需要在某一個特定的頻點完成正交調制，對器件的要求大為降低。本發(fā)明可對應廣泛的可調制范圍。可以看出只要設計高頻頻率fH的頻率值，高于所需要的最高調制頻率(滿足fH > fCfflax)，則本發(fā)明系統(tǒng)所能滿足的頻率調制范圍完全不受限制，也就是說在絲毫不增加系統(tǒng)設計難度和器件成本的同時，能夠極大的擴展可支持的調制范圍，因此大大的簡化了電路和系統(tǒng)設計，降低了對器件的要求，減少了功耗和成本，有利于集成。


圖I為現(xiàn)有結構示意圖；其中(a)為傳統(tǒng)二次變頻的系統(tǒng)結構；(b)為傳統(tǒng)一次變頻的系統(tǒng)結構；(c)為傳統(tǒng)直接變頻的系統(tǒng)結構。圖2為本發(fā)明二次變頻系統(tǒng)結構示意圖。圖3為實施例系統(tǒng)頻譜示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。 如圖2所示，本實施例包括依次連接的雙口數(shù)模轉換器、雙口固定低通濾波器、固定本振正交變頻器、第一固定低通濾波器、變化本振變頻器以及第二固定低通濾波器，其中雙口數(shù)模轉換器的輸入端分別接收I路基帶數(shù)據(jù)和Q路基帶數(shù)據(jù)并輸出I路模擬信號和Q路模擬信號至雙口固定低通濾波器，經雙口固定低通濾波器濾除高次諧波后輸出至固定本振正交變頻器，固定本振正交變頻器通過零中頻正交調制的方式變頻至高中頻并由第一固定低通濾波器進行高次諧波濾除并輸出至變化本振變頻器，變化本振變頻器輸出調制射頻信號至第二固定低通濾波器并輸出最終射頻。所述的雙口固定低通濾波器為兩個并列的低階固定低通濾波器，其有效頻譜與諧波之間的距離為雙口數(shù)模轉換器的采樣頻率的整數(shù)倍。所述的固定本振正交變頻器由固定本振發(fā)生器、移相器和兩個乘法器組成，其中兩個乘法器的輸入端分別接收雙口固定低通濾波器輸出的I路模擬信號和固定本振發(fā)生器輸出的本地頻率以及雙口固定低通濾波器輸出的Q路模擬信號和經移相器進行90度移相的本地頻率，兩個乘法器的輸出端疊加后輸出至第一固定低通濾波器。所述的第一固定低通濾波器為低階固定低通濾波器，其有效頻譜與高次諧波之間的距離為高中頻信號中心頻率或其整數(shù)倍。所述的第二固定低通濾波器為低階固定低通濾波器，其有效頻譜與鏡像頻譜之間的距離為固定本振與所需的調制頻率的差的2倍。記固定本振的高中頻為fH，所需的調制頻率為f。，則有效頻譜與鏡像頻譜之間距離為2 X (fH-fc)。如圖3所示,本實施例上述系統(tǒng)的變頻方法,包括以下步驟第一步、I路基帶數(shù)據(jù)和Q路基帶數(shù)據(jù)依次經過雙口數(shù)模轉換器轉換成模擬信號，再經過雙口固定低通濾波器濾除高次諧波后得到模擬頻譜位于基帶的I路模擬信號和Q路模擬信號。第二步、采用固定本振正交變頻器對I路模擬信號和Q路模擬信號進行第一次直接變頻，即零中頻變頻后，將頻譜搬移到中心頻率為fH的高中頻處，對應的鏡像頻譜被直接抵消且其高次諧波分別位于中心頻率的整數(shù)倍。第三步、通過第一固定低通濾波器濾除第一次直接變頻產生的高次諧波；第四步、通過變化本振變頻器產生頻率為fH-f·。的本振信號并對第三步得到的模擬信號進行第二次變頻，將頻譜分別搬移到f。以及2fH-f。；第五步、通過第二固定低通濾波器，濾除鏡像頻譜2fH-f。，剩余頻譜f。為所需的調制頻率。本發(fā)明獨特優(yōu)勢包括
首先，傳統(tǒng)兩次變頻技術實現(xiàn)上需要兩組帶通濾波器，尤其是高中頻帶通濾波器，其頻率點高(如IGHz)，且所需頻譜與要濾除的鏡像頻譜和本振頻率相隔不遠(如第一次低中頻變換常在36MHz，或44MHz，則所需頻譜與鏡像之間的距離是低中頻的兩倍，如72MHz，或者88MHz)。要在如此高的頻率設計一個模擬的帶通濾波器，濾波器設計的難度大，體積大，功耗高，對散熱和電路設計都提出了較高的要求。而本發(fā)明利用了直接變頻完成第一次變頻操作，所需頻譜與要濾除的高次頻譜之間距離是高中頻信號中心頻率或其整數(shù)倍(如第一次變頻時高中頻采用1GHz，則其要濾除的高次諧波分別在2GHz、3GHz、4GHz)。如此寬的距離使得只需設計一個低階數(shù)的、簡單抽頭的固定低通濾波器，即能實現(xiàn)全頻段的覆蓋，大大降低了設計難度。其次，為了保證直接變頻(捷變頻)的正交性，如引用專利CN 101795252A直接變頻調制方法及其調制裝置中所述的，需要使用頻率范圍為1536MHz到3544MHz的大范圍、高功耗頻率源，也只能覆蓋到443MHz到886MHz的范圍。該專利無法支持在同樣硬件平臺上同時支持整個UHF波段和整個VHF波段(必須更換不同的本地晶振以及濾波器參數(shù))，否則就會出現(xiàn)需要低頻率射頻信號時，所產生的本振信號的高倍諧波，因為無法有效被系統(tǒng) 內低通濾波器濾除，從而直接落入高頻率射頻信號的有效帶寬內。而本發(fā)明中，只需要設計時，選擇第一次變頻時高中頻頻率fH，大于所需要支持的最高調制頻率fMX (滿足fH > fcmax)即可。例如選擇fH為IGHz，則其可以支持整個UHF波段和VHF波段(無需更換晶振和濾波器參數(shù))，且只需要該頻點(fH)能夠保證正交性即可(無需所支持的整個波段，只需要單頻點滿足)，從而大大降低了對器件的要求，具有很好經濟性和實用性。用本發(fā)明應用于已有平臺實現(xiàn)兩次變頻，在極大降低對硬件及系統(tǒng)設計難度的要求下，能達到有用信號帶肩超過55分貝，全頻段內鄰頻帶內帶外雜散超過55分貝，以及超高的調制誤差率(MER)性能。
權利要求
1.一種二次變頻調制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的雙口數(shù)模轉換器、雙口固定低通濾波器、固定本振正交變頻器、第一固定低通濾波器、變化本振變頻器以及第二固定低通濾波器。
2.根據(jù)權利要求I所述的二次變頻調制系統(tǒng)，其特征是，所述的雙口數(shù)模轉換器的輸入端分別接收I路基帶數(shù)據(jù)和Q路基帶數(shù)據(jù)并輸出I路模擬信號和Q路模擬信號至雙口固定低通濾波器，經雙口固定低通濾波器濾除高次諧波后輸出至固定本振正交變頻器，固定本振正交變頻器通過零中頻正交調制的方式變頻至高中頻并由第一固定低通濾波器進行高次諧波濾除并輸出至變化本振變頻器，變化本振變頻器輸出調制射頻信號至第二固定低通濾波器并輸出最終射頻。
3.根據(jù)權利要求I所述的二次變頻調制系統(tǒng)，其特征是，所述的雙口固定低通濾波器為兩個并列的低階固定低通濾波器，其有效頻譜與諧波之間的距離為雙口數(shù)模轉換器的采樣頻率的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權利要求I所述的二次變頻調制系統(tǒng)，其特征是，所述的固定本振正交變頻器由固定本振發(fā)生器、移相器和兩個乘法器組成，其中兩個乘法器的輸入端分別接收雙口固定低通濾波器輸出的I路模擬信號和固定本振發(fā)生器輸出的本地頻率以及雙口固定低通濾波器輸出的Q路模擬信號和經移相器進行90度移相的本地頻率，兩個乘法器的輸出端疊加后輸出至第一固定低通濾波器。
5.根據(jù)權利要求I所述的二次變頻調制系統(tǒng)，其特征是，所述的第一固定低通濾波器為低階固定低通濾波器，其有效頻譜與高次諧波之間的距離為高中頻信號中心頻率或其整數(shù)倍。
6.根據(jù)權利要求I所述的二次變頻調制系統(tǒng)，其特征是，所述的第二固定低通濾波器為低階固定低通濾波器，其有效頻譜與鏡像頻譜之間的距離為固定本振與所需的調制頻率的差的2倍。記固定本振的高中頻為fH，所需的調制頻率為fc，則有效頻譜與鏡像頻譜之間距離為 2 X (fH-fc)。
7.一種根據(jù)上述任一權利要求所述系統(tǒng)的變頻方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步、I路基帶數(shù)據(jù)和Q路基帶數(shù)據(jù)依次經過雙口數(shù)模轉換器轉換成模擬信號，再經過雙口固定低通濾波器濾除高次諧波后得到模擬頻譜位于基帶的I路模擬信號和Q路模擬信號； 第二步、采用固定本振正交變頻器對I路模擬信號和Q路模擬信號進行第一次直接變頻，即零中頻變頻后，將頻譜搬移到中心頻率為fH的高中頻處，對應的鏡像頻譜被直接抵消且其高次諧波分別位于中心頻率的整數(shù)倍； 第三步、通過第一固定低通濾波器濾除第一次直接變頻產生的高次諧波； 第四步、通過變化本振變頻器產生頻率為fH-f·。的本振信號并對第三步得到的模擬信號進行第二次變頻，將頻譜分別搬移到f。以及2fH-f。； 第五步、通過第二固定低通濾波器，濾除鏡像頻譜2fH-f。，剩余頻譜f。為所需的調制頻率。全文摘要
一種無線通信技術領域的二次變頻調制系統(tǒng)及變頻方法，包括依次連接的雙口數(shù)模轉換器、雙口固定低通濾波器、固定本振正交變頻器、第一固定低通濾波器、變化本振變頻器以及第二固定低通濾波器。本發(fā)明利用了直接變頻的優(yōu)點，從而無需設計高頻率模擬帶通濾波器，又能在有效滿足正交性的同時支持大為廣泛的可調制頻段，極大的降低對器件與電路設計要求。
文檔編號H04L27/32GK102742240SQ201180003631
公開日2012年10月17日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權日2011年5月12日
發(fā)明者夏勁松, 宋伯煒, 李文華, 王先勇, 范瑩瑩 申請人:蘇州全波通信技術有限公司