專利名稱：將數(shù)字通信信號(hào)直接上變頻為模擬if輸出的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，以及涉及使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和相關(guān)的預(yù)補(bǔ)償和后變換濾波器電路直接將數(shù)字采樣基帶信號(hào)上變頻為一個(gè)中頻(IF)模擬輸出信號(hào)。
目前在通信裝置中實(shí)現(xiàn)數(shù)字格式基帶信號(hào)(IF)上變頻的電路通常采用的是多頻率變換(本地振蕩器/混頻器)級(jí)，目的是實(shí)現(xiàn)將所需的IF模擬輸出信號(hào)饋送給RF發(fā)射機(jī)。這種IF上變頻電路前端輸入的是數(shù)字基帶信號(hào)，它的配置如

圖1所示，其中包括一上變頻部分10，它的輸出經(jīng)預(yù)補(bǔ)償濾波器20濾波后輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)30。
最初時(shí)上變頻部分10包括一正交內(nèi)插濾波器11，它分別利用了數(shù)字采樣基帶信號(hào)的同相含量(I)與正交含量(Q)。為滿足Nyquist基本準(zhǔn)則，內(nèi)插濾波器11的采樣頻率要大于所需上變頻頻率的最高頻率的兩倍(如兩倍半)。然后內(nèi)插基帶信號(hào)的I和Q含量分別在混頻器12和13中與IF本地振蕩器信號(hào)14相乘，所得的上變頻后的I和Q含量然后在加法單元15中相加。加法單元15的輸出是一實(shí)信號(hào)S，它送給預(yù)補(bǔ)償濾波器20，信號(hào)S所代表的時(shí)域和頻域表示分別如圖2和3所示。
預(yù)補(bǔ)償濾波器20用于補(bǔ)償(sinc(x))頻域失真函數(shù)主瓣中的滾降，如圖4所示，信號(hào)S的頻率分量受DAC30約束。(圖5顯示的是DAC30的理想脈沖響應(yīng)的時(shí)域表示)。由于sinc(x)函數(shù)在頻率低于fs/2(內(nèi)插Nyquist頻率)時(shí)滾降很窄，所以主瓣中的滾降通常很小。當(dāng)它由DAC30轉(zhuǎn)換成模擬格式時(shí)，圖2所示的信號(hào)S的采樣時(shí)間響應(yīng)與圖5所示的DAC的時(shí)域響應(yīng)相卷積，從而DAC30的輸出的時(shí)域特征如圖6所示。
圖7顯示的是圖6所示的DAC卷積輸出的頻域表示，DAC30的輸出實(shí)際上包含無數(shù)的如圖2所示的采樣基帶信號(hào)頻率成分的常駐旁瓣“復(fù)制”或“鏡像”。這些頻譜復(fù)制或鏡像在各個(gè)fs/2整數(shù)倍的(中心)頻率上下對(duì)稱地反射或折疊，并與DAC的sinc(x)頻域響應(yīng)函數(shù)相乘，如圖4所示。
DAC30的輸出經(jīng)一(平滑)低通濾波器40低通濾波后產(chǎn)生一模擬基帶信號(hào)，如圖8所示。如上所述，由于預(yù)補(bǔ)償濾波器20用于補(bǔ)償圖4所示的(sinc(x))頻域失真函數(shù)主瓣中的滾降，所以，DAC30之前的預(yù)補(bǔ)償濾波器20與DAC輸出處的低通濾波器40合起來，實(shí)際上是消除所有多余的、超出了低通濾波模擬信號(hào)基瓣或主瓣頻率響應(yīng)的基帶中的頻譜復(fù)制，如圖9所示。
現(xiàn)在，盡管初始基帶數(shù)字信號(hào)是模擬格式的，該模擬信號(hào)仍舊不在規(guī)定的IF頻率上。有必要再利用模擬IF單元50裝置，將該轉(zhuǎn)換所得模擬基帶信號(hào)上變頻到感興趣的IF頻率，DAC30的輸出通過一放大器45耦合到模擬IF單元50。與上變頻器部分10類似，模擬IF單元50包括一本地振蕩器51，它的輸出在混頻器52中與低通濾波器40的模擬基帶信號(hào)輸出相乘，再耦合到IF帶通濾波器55，從IF帶通濾波器55獲得IF輸出信號(hào)。不利的是，所有這些附加部件增加了上變頻所需的硬件數(shù)量，從而使上變頻器的成本增加。
本發(fā)明包括一種方法，用于將一給定帶寬基帶信號(hào)上變頻為具有集中在規(guī)定的中心頻率的所述給定帶寬的輸出信號(hào)，規(guī)定的中心頻率高于所述基帶信號(hào)的中心頻率，該方法包括以下步驟提供所述基帶信號(hào)作為一采樣輸入基帶信號(hào)；提供一種用于將所提供的采樣信號(hào)變換成一模擬信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模擬信號(hào)頻譜成分包括所述采樣信號(hào)頻譜成分在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處的失真復(fù)制；根據(jù)預(yù)補(bǔ)償機(jī)制修正所述采樣輸入基帶信號(hào)的規(guī)定頻率成分，該機(jī)制是對(duì)所述采樣基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真，成為預(yù)失真采樣基帶信號(hào)，從而用數(shù)模轉(zhuǎn)換器裝置對(duì)所述預(yù)失真采樣基帶信號(hào)進(jìn)行處理，以生成一模擬輸出信號(hào)，它在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處含有所述采樣基帶信號(hào)的頻譜成分，但它的普通失真復(fù)制通過所述預(yù)補(bǔ)償機(jī)制得到補(bǔ)償；將所述預(yù)失真采樣基帶信號(hào)耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，以生成所述模擬輸出，它所含的所述采樣基帶信號(hào)的頻率成分的所述復(fù)制已經(jīng)由所述預(yù)補(bǔ)償機(jī)制補(bǔ)償；以及，控制生成的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行低通濾波操作，生成一帶通濾波模擬輸出信號(hào)，它所含的頻率成分在規(guī)定中心頻率處，被限制在所述基帶信號(hào)的頻率成分的補(bǔ)償后的復(fù)制內(nèi)。
本發(fā)明還包括一信號(hào)處理裝置，用于將一具有給定帶寬的數(shù)字采樣基帶信號(hào)上變頻為一模擬輸出信號(hào)，它具有的給定帶寬集中在規(guī)定的中心頻率，該中心頻率高于所述數(shù)字基帶信號(hào)的中心頻率，該裝置包括一輸入信號(hào)端口，所述數(shù)字采樣信號(hào)送到該端口；一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將送到它的采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)，所含頻譜成分在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處包含所述采樣信號(hào)的頻率成分的失真復(fù)制；一預(yù)補(bǔ)償濾波器，安裝在所述輸入信號(hào)端口與所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間，用來所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真，成為預(yù)失真數(shù)字采樣基帶信號(hào)，從而，由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)所述預(yù)失真數(shù)字采樣基帶信號(hào)的處理生成一模擬輸出信號(hào)，它在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處含有所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)的頻譜成分，但它的普通失真復(fù)制已由所述的預(yù)補(bǔ)償機(jī)制補(bǔ)償；以及，一帶通濾波器，它耦合接收所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成的所述模擬輸出信號(hào)，并產(chǎn)生一帶通濾波模擬輸出信號(hào)，其所含頻率成分在所述規(guī)定中心頻率處，被限制在所述基帶信號(hào)頻率成分的已補(bǔ)償?shù)膹?fù)制的頻率成分以內(nèi)。
有利的是，它不是采用圖1所示的上變頻方案，以消除DAC輸出中超出DAC頻率響應(yīng)的基本部分或基帶部分的所有頻譜復(fù)制含量，而是用DAC的該頻譜復(fù)制機(jī)能來分離出落在DAC頻率響應(yīng)的規(guī)定通帶部分中的所需的集中在IF的復(fù)制。
在圖1所示的傳統(tǒng)IF上變頻電路中，上變頻器的前端還包括一正交內(nèi)插濾波器，分別將數(shù)字采樣基帶信號(hào)的同相與正交分量饋送給它。內(nèi)插基帶信號(hào)的I和Q分量分別由若干個(gè)混頻器和一個(gè)IF本地振蕩器進(jìn)行上變頻，然后相加產(chǎn)生一實(shí)信號(hào)S。
實(shí)信號(hào)S通過一預(yù)補(bǔ)償濾波器耦合到DAC。該預(yù)補(bǔ)償濾波器與圖1的傳統(tǒng)的上變頻器裝置中的預(yù)補(bǔ)償濾波器不同，傳統(tǒng)的上變頻器裝置的傳輸函數(shù)用于補(bǔ)償DAC的(sinc(x))頻域失真函數(shù)的第一瓣或主瓣中的滾降，本發(fā)明所用的預(yù)補(bǔ)償濾波器的傳輸函數(shù)特制成補(bǔ)償(sinc(x))頻域失真函數(shù)的旁瓣中的滾降，該頻域失真函數(shù)包含著所需的IF頻率fIF。該預(yù)補(bǔ)償濾波器位于上變頻器輸出與DAC輸入之間。
本發(fā)明裝置與圖1已知的上變頻器的另一不同是DAC的輸出是經(jīng)“鏡像選擇”帶通濾波器帶通濾波的，而不是經(jīng)低通濾波的。帶通濾波器的通帶落在二分之一采樣頻率的較小整數(shù)倍(nfs/2)與緊鄰的較大的二分之一采樣頻率的整數(shù)倍((n+1)fs/2)之間，因此該帶通濾波器將信號(hào)的一個(gè)頻率成分的各自復(fù)制在所需IF頻率fIF處分離開來。
該帶通濾波器的輸出耦合到一放大器中，該放大器對(duì)已帶通濾波過的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行放大，目的是通過對(duì)DAC卷積輸出的頻域旁瓣的帶通濾波選擇，來補(bǔ)償信號(hào)的衰減。由于放大器輸出是上變頻到所需中頻fIF的初始基帶信號(hào)，因此不需要對(duì)模擬基帶信號(hào)作進(jìn)一步的上變頻，例如利用圖1的傳統(tǒng)上變頻器中的模擬IF單元50，以變換到所需IF頻率，這樣減少了上變頻器的硬件與成本。
有利的是，該預(yù)補(bǔ)償濾波器插入到內(nèi)插操作的信號(hào)處理路徑上行中，這允許濾波器以更低的計(jì)算速率來運(yùn)行。如果正交(I/Q)輸入信號(hào)是集中DC式的，由于該預(yù)補(bǔ)償濾波器的預(yù)補(bǔ)償特制是關(guān)于DC不對(duì)稱的，所以它是一復(fù)數(shù)濾波器。
該預(yù)補(bǔ)償濾波器還可增加一個(gè)二次內(nèi)插濾波器、一個(gè)在預(yù)補(bǔ)償濾波器前面的Fs/4上變頻器級(jí)、以及一個(gè)在預(yù)補(bǔ)償濾波器后面的Fs/4下變頻器級(jí)。
對(duì)實(shí)(非復(fù)數(shù))輸入信號(hào)的處理構(gòu)成一非復(fù)數(shù)預(yù)補(bǔ)償濾波器，它插入到由上變頻部分的內(nèi)插濾波器所實(shí)現(xiàn)的內(nèi)插操作前面的信號(hào)處理路徑中。而且，在進(jìn)行內(nèi)插操作前插入該預(yù)補(bǔ)償濾波器，可降低該預(yù)補(bǔ)償濾波器的運(yùn)行計(jì)算速率。
合適地，采樣速率擴(kuò)展級(jí)插入到上變頻部分的輸出與DAC之間。該采樣速率插入級(jí)通過對(duì)每個(gè)sinc(x)瓣中的頻譜復(fù)制的數(shù)字進(jìn)行L折疊倍增，來緩解DAC中的sinc(x)滾降效應(yīng)，其中L是擴(kuò)展因子。結(jié)果是，穿越靠近每個(gè)sinc(x)瓣中心的每個(gè)復(fù)制的幅度失真沒有嚴(yán)重的衰減。
現(xiàn)將用舉例方法對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，參考附圖為圖1示意顯示的是(IF)上變頻電路的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，它用在數(shù)字格式信號(hào)的通信裝置中；圖2和3分別顯示數(shù)字采樣基帶信號(hào)的時(shí)域與頻域表示；圖4示意顯示的是由一數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的(sinc(x))頻域失真函數(shù)；
圖5顯示的是一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想脈沖響應(yīng)時(shí)域表示；圖6顯示的是結(jié)果所得的時(shí)域特性，它通過圖2的采樣時(shí)間響應(yīng)與圖5的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的理想脈沖響應(yīng)的時(shí)域表示卷積得到；圖7顯示的是與圖6的時(shí)域響應(yīng)相應(yīng)的頻域特性；圖8顯示的是一模擬基帶信號(hào)，它通過對(duì)圖1的傳統(tǒng)(IF)上變頻電路的DAC30的輸出進(jìn)行低通濾波得到；圖9顯示的是圖8的已經(jīng)過低通濾波的模擬基帶信號(hào)的頻域特性；圖10示意顯示的是一個(gè)(IF)上變頻器的配置；圖11顯示的是圖10中的上變頻器的帶通濾波器400的頻譜輸出，它落在較低頻率60MHz與較高頻率80MHz之間，前者是40MSPS的采樣速率的二分之一的第一整數(shù)倍(nfs/2)，后者是采樣速率40MSPS的二分之一的緊鄰的較大整數(shù)倍((n+1)fs/2)；圖12顯示的是與圖11的帶通濾波器頻譜輸出對(duì)應(yīng)的時(shí)域；圖13和14分別顯示了圖10中的加法單元15產(chǎn)生的數(shù)字采樣基帶信號(hào)的時(shí)域與頻域表示；圖15顯示的是圖10的DAC30產(chǎn)生所得信號(hào)的sinc(x)頻譜，它的每個(gè)瓣包括多個(gè)(7MHz寬)基帶信號(hào)復(fù)制對(duì)，頻率分別集中在10MHz、30MHz、50MHz、70MHz、90MHz、110MHz等等；圖16顯示的是本發(fā)明的第二種實(shí)施方式，其中，預(yù)補(bǔ)償濾波器插入到內(nèi)插操作的信號(hào)處理路徑上行中；圖17顯示的是本發(fā)明的第三種實(shí)施方式，其中，圖16中實(shí)施方式的預(yù)補(bǔ)償濾波器被一個(gè)二次內(nèi)插濾波器、一個(gè)Fs/4上下變頻器級(jí)以及一正交預(yù)補(bǔ)償濾波器所取代；圖18顯示的是圖17實(shí)施方式的二次內(nèi)插濾波器210輸出的頻譜特性；圖19顯示的是圖17實(shí)施方式的中心頻率相移復(fù)數(shù)乘法器520的輸出的頻譜特性；圖20顯示的是針對(duì)實(shí)(非復(fù)數(shù))輸入信號(hào)時(shí)，本發(fā)明的第四種實(shí)施方式；圖21顯示的是本發(fā)明的第五種實(shí)施方式，其中，采樣速率擴(kuò)展器插入到上變頻部分的輸出與DAC之間；以及圖22示意顯示了一種方式，其中，圖21實(shí)施方式的采樣速率擴(kuò)展器對(duì)每個(gè)sinc(x)瓣中的頻譜復(fù)制的數(shù)量進(jìn)行L折疊倍增。
在描述(IF)上變頻信號(hào)處理裝置之前，應(yīng)該注意到本發(fā)明是關(guān)于數(shù)字和模擬通信電路及其相應(yīng)信號(hào)處理元件的安排方式。因此，這些電路和元件的配置，以及它們與其它通信系統(tǒng)裝置的接口方式，大部分已顯示在附圖的可理解的框圖中，但框圖僅顯示了某些特定細(xì)節(jié)。因此，框圖顯示采用一種方便的功能分組方法，來顯示該上變頻裝置的主要組件。
該上變頻方案并不消除DAC輸出中所有位于DAC頻率響應(yīng)基帶成分以外的頻譜復(fù)制分量，它保留該頻譜復(fù)制機(jī)能，并選擇性地提取落在DAC頻率響應(yīng)(對(duì)應(yīng)于基帶信號(hào)帶寬)規(guī)定通帶部分中的所需IF集中復(fù)制。
圖10顯示的是圖1中的傳統(tǒng)IF上變頻電路，本發(fā)明的上變頻器的前端包括一正交內(nèi)插濾波器11，分別將數(shù)字采樣基帶信號(hào)的同相(I)與正交(Q)分量作為它的輸入。(而在圖1的上變頻器中，內(nèi)插濾波器11的采樣頻率fs至少為要求的上變頻頻率的最大頻率的兩倍。)內(nèi)插基帶信號(hào)各自的I和Q分量在各自的混頻器12和13中，與IF本地振蕩器信號(hào)14相乘，然后，所得的經(jīng)上變頻的I和Q分量在加法單元15中相加，產(chǎn)生一實(shí)信號(hào)S，信號(hào)S的時(shí)域與頻域表示分別如圖2和3所示，如前面所述。作為非限制性的例子，該前端上變頻器的上變頻器部件可以包括一由Harris公司生產(chǎn)的HSP 45116 NCOM調(diào)制器芯片。
該實(shí)信號(hào)S通過一預(yù)補(bǔ)償濾波器200耦合到DAC30中。DAC30可以包括一由Harris公司生產(chǎn)的HI3050數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及，預(yù)補(bǔ)償濾波器200可以包括一有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，例如同樣由Harris公司生產(chǎn)的HSP 43168 FIR濾波器，在此作為非限制的例子。與圖1的傳統(tǒng)上變頻器裝置的預(yù)補(bǔ)償濾波器20(它的傳輸函數(shù)是補(bǔ)償DAC的(sinc(x))頻域失真函數(shù)的第一或主瓣中的滾降)不同，預(yù)補(bǔ)償濾波器200的傳輸函數(shù)是特制的或“經(jīng)調(diào)諧的”，用以補(bǔ)償DAC的(sinc(x))頻域失真函數(shù)中所選旁瓣的滾降，而不是主瓣的。特別，預(yù)補(bǔ)償濾波器200的傳輸函數(shù)經(jīng)特制以補(bǔ)償(sinc(x))頻域失真函數(shù)旁瓣的滾降，(sinc(x))頻域失真函數(shù)包含所需IF頻率fIF以及任何其它DAC傳輸函數(shù)失真。
為提供一非限制的例子，如圖7所示，其旁瓣與DAC卷積輸出的頻域表示的第一個(gè)旁瓣71相對(duì)應(yīng)。旁瓣71包含圖2的采樣基帶信號(hào)的頻率成分的一對(duì)復(fù)制72和73，它們分別在采樣速率fs二分之一的整數(shù)倍的上下折疊對(duì)稱分布。通過配置預(yù)補(bǔ)償濾波器200的特征來補(bǔ)償該旁瓣的滾降性能，這樣，部分(sinc(x))頻域失真輸出函數(shù)和任何其它通過DAC30傳遞給內(nèi)插基帶信號(hào)的失真，不會(huì)使那個(gè)旁瓣包含的所需基帶復(fù)制72和73產(chǎn)生失真。(預(yù)補(bǔ)償濾波器200的特性，可以調(diào)諧到包含所需復(fù)制(72或73)的旁瓣71的給定部分，或調(diào)諧到除了端點(diǎn)以外的整個(gè)旁瓣。)圖10所示的本發(fā)明的裝置與圖1的傳統(tǒng)上變頻器的另一不同是DAC30產(chǎn)生的輸出是經(jīng)一(旁瓣選擇)帶通濾波器400帶通濾波的，而不是經(jīng)低通濾波的。帶通濾波器可包括一由Trilithic公司生產(chǎn)的P序列帶通濾波器。如圖11所示，濾波器400的通帶411至少應(yīng)該覆蓋感興趣的頻帶的頻率范圍，這樣，在所需的IF頻率fIF處，可將信號(hào)頻率成分的各自復(fù)制111分離出來，該頻帶在二分之一采樣頻率二分之一的的較低整數(shù)倍(nfs/2)與采樣頻率的二分之一的緊鄰的較大整數(shù)倍((n+1)fs/2)之間。
帶通濾波器400的輸出耦合到一放大器450中，它放大該帶通濾波模擬輸出信號(hào)，從而通過圖7的DAC卷積輸出的頻域表示的帶通濾波選擇旁瓣71，來補(bǔ)償信號(hào)的衰減，該信號(hào)的時(shí)域含量如圖12所示。由于放大器450的輸出是初始基帶信號(hào)上變頻到所需中頻fIF，因此不需要對(duì)模擬基帶信號(hào)作進(jìn)一步的上變頻以變換到所需IF頻率，例如利用圖1的傳統(tǒng)上變頻器中的模擬IF單元，這樣減少了上變頻器的硬件與成本。
為了提供一種上述圖10中的上變頻器的非限制的操作示例，假定要變換的是一7MHz寬的基帶信號(hào)，初始采樣是10兆樣值每秒(MSPS)從而IF中心頻率是70MHz。對(duì)于一采樣速率為40MSPS的DAC，內(nèi)插系數(shù)4用于提高內(nèi)插基帶信號(hào)的I和Q分量的10MSPS采樣頻率。對(duì)于本例子的參數(shù)，DAC30的輸出帶寬還必須足夠?qū)?，以防止變換后的信號(hào)在高至大約75MHz處產(chǎn)生嚴(yán)重衰減。上面提到的HI3050模塊DAC能滿足此要求性能。還假定，由I和Q混頻器12和13以及IF本地振蕩器信號(hào)14實(shí)現(xiàn)的初始上變頻操作，將產(chǎn)生一10MHz的中心頻率。所得的上變頻I和Q分量(集中在10MHz)在加法單元15中相加，產(chǎn)生實(shí)信號(hào)S，信號(hào)S的時(shí)域與頻域表示分別如圖13和14所示。
當(dāng)該10MHz信號(hào)S通過預(yù)補(bǔ)償濾波器200耦合，以及通過DAC30變換到模擬格式時(shí)，所得結(jié)果是具有如圖15所示的sinc(x)頻譜特性的信號(hào)。預(yù)補(bǔ)償濾波器200的滾降補(bǔ)償至少會(huì)覆蓋在二分之一采樣頻率以及所含IF頻率的相鄰整數(shù)倍與感興趣的信號(hào)帶寬之間的旁瓣部分之間。
預(yù)補(bǔ)償濾波器200的參數(shù)被設(shè)定為至少能補(bǔ)償DAC的(sinc(x))失真函數(shù)的第一旁瓣部分的滾降，也就是說，覆蓋的補(bǔ)償帶寬至少為從66.5MHz到73.5MHz，該失真函數(shù)包含大約集中在70MHz的所需中心頻率處的基帶復(fù)制73。
對(duì)于所需IF中心頻率處信號(hào)S的復(fù)制73以及本例的信號(hào)帶寬，濾波器400的通帶設(shè)置成在以70MHz為中心、至少覆蓋7MHz的寬帶內(nèi)有平坦響應(yīng)，也就是在至少66.5MHz到73.5MHz之間大體上是平坦響應(yīng)，并且在該通帶以外急劇衰減，以抑制基帶信號(hào)的不必要的復(fù)制以及在DAC的sinc(x)輸出中的基帶信號(hào)本身。換句話說，帶通濾波器400的通帶的低頻限制不小于所述基帶信號(hào)頻率成分緊鄰的較低的復(fù)制的頻率上限，并且它的高頻限制不高于所述基帶信號(hào)頻率成分緊鄰的較高的復(fù)制的頻率下限。
圖15顯示的是分別產(chǎn)生在53.5MHz(因?yàn)榫o鄰的較低的頻率復(fù)制72集中在50MHz)以及86.5MHz(因?yàn)榫o鄰的較高的頻率復(fù)制74集中在90MHz)處相鄰復(fù)制靠得最近的邊沿。因此，濾波器400的通帶將對(duì)小于等于53.5MHz或大于等于86.5MHz的頻率產(chǎn)生嚴(yán)重衰減。
所得結(jié)果即分離后的經(jīng)上變頻的7MHz帶寬模擬信號(hào)，然后由放大器450放大，放大器450的增益用于補(bǔ)償初始信號(hào)的衰減，衰減由上述DAC卷積輸出的sinc(x)函數(shù)第一旁瓣以及其它DAC失真造成。因此，放大器450的輸出是初始基帶信號(hào)上變頻為所需70MHz的中間頻率fIF。
圖16顯示的是另一種實(shí)施方式，其中預(yù)補(bǔ)償濾波器200插入到內(nèi)插操作(由正交內(nèi)插濾波器11完成)的信號(hào)處理路徑上行中。將預(yù)補(bǔ)償濾波器200放在內(nèi)插操作之前，可使預(yù)補(bǔ)償濾波器200以更低計(jì)算速率運(yùn)行。如果正交(I/Q)輸入信號(hào)是集中DC式的，由于它的預(yù)補(bǔ)償特性是關(guān)于DC不對(duì)稱的，所以該預(yù)補(bǔ)償濾波器200必須是一復(fù)數(shù)濾波器。
圖17顯示的一種實(shí)施方式，其中，圖15的實(shí)施方式中的預(yù)補(bǔ)償濾波器200增加了一個(gè)二次內(nèi)插濾波器210以及一Fs/4上變頻器和下變頻器級(jí)。該Fs/4上變頻器級(jí)500包括一Fs/4本地振蕩器510，它耦合到復(fù)數(shù)乘法器520和530，分別用于處理預(yù)補(bǔ)償濾波器200的上行與下行。該正交二次內(nèi)插濾波器的輸出的頻譜特性如圖18所示，而中心頻率相移復(fù)數(shù)乘法器520的輸出的頻譜特性如圖19所示。
圖20顯示的是實(shí)(非復(fù)數(shù))輸入信號(hào)時(shí)的另一種實(shí)施方式，其中，一非復(fù)數(shù)預(yù)補(bǔ)償濾波器200R插入到內(nèi)插操作的信號(hào)處理路徑的上行中，內(nèi)插操作由上變頻部分10R的內(nèi)插濾波器11R完成，上變頻部分10R包括本地振蕩器14和乘法器12。如上對(duì)圖16實(shí)施方式的描述，將預(yù)補(bǔ)償濾波器200R置于內(nèi)插操作之前能使該預(yù)補(bǔ)償濾波器以更低計(jì)算速率運(yùn)行。
圖21顯示的是另一種實(shí)施方式，是對(duì)前面圖16實(shí)施方式的修正，其中預(yù)補(bǔ)償濾波器200插入到內(nèi)插操作的信號(hào)處理路徑上行中。另外，采樣速率擴(kuò)展器600位于上變頻部分10的輸出與DAC30之間，用于減輕DAC中的sinc(x)滾降效應(yīng)。特別，如圖22框圖所示，采樣速率擴(kuò)展器600對(duì)每個(gè)sinc(x)瓣中的頻譜復(fù)制的數(shù)量進(jìn)行L折疊倍增，其中L(例如作為非限制的例子，取二)是擴(kuò)展因子。這樣一來，穿越靠近每個(gè)sinc(x)瓣中心的每個(gè)復(fù)制的幅度失真沒有受到嚴(yán)重的衰減。
在本發(fā)明中，與圖1所示的先前的上變頻方案不同，它不是利用一低通濾波器去消除DAC輸出中位于DAC的sinc(x)頻率響應(yīng)的基本成分或基帶成分以外的所有頻譜復(fù)制分量，而后再利用下行模擬上變頻器部件獲得所需IF頻率，本發(fā)明利用DAC的頻譜復(fù)制機(jī)能，用一帶通濾波器，將位于DAC的sinc(x)頻率響應(yīng)旁瓣中包含有所需IF的基帶復(fù)制分離出來。通過預(yù)補(bǔ)償濾波器的參數(shù)以及后DAC放大器的增益的設(shè)置，可以補(bǔ)償從sinc(x)旁瓣產(chǎn)生的失真與衰減以及包含所需IF的DAC產(chǎn)生的其它失真輸出。
一種用于數(shù)字采樣基帶信號(hào)的上變頻器，它利用一后DAC、帶通濾波器將落在包含有所需IF的DAC的sinc(x)頻率響應(yīng)旁瓣中的基帶復(fù)制分離出來，該上變頻器具有DAC的sinc(x)頻譜復(fù)制機(jī)能。通過預(yù)補(bǔ)償濾波器的參數(shù)以及后DAC放大器的增益的設(shè)置，可以補(bǔ)償DAC的sinc(x)頻率響應(yīng)產(chǎn)生的失真與衰減。
權(quán)利要求
1.一種將具有給定帶寬的基帶信號(hào)上變頻為具有所述給定帶寬的輸出信號(hào)的方法，輸出信號(hào)的給定帶寬集中在規(guī)定中心頻率處，該中心頻率高于所述基帶信號(hào)的中心頻率，該方法包括以下步驟(a)提供所述基帶信號(hào)作為采樣輸入基帶信號(hào)；(b)提供一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，它用于將輸給它的采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)所含頻譜在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處包含所述采樣信號(hào)的頻率成分的失真復(fù)制；(c)依照預(yù)補(bǔ)償機(jī)制來修正所述采樣輸入基帶信號(hào)的規(guī)定頻率成分，該預(yù)補(bǔ)償機(jī)制對(duì)所述采樣基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真以生成一預(yù)失真采樣基帶信號(hào)，從而用數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)所述預(yù)失真采樣基帶信號(hào)進(jìn)行處理，以生成一模擬輸出信號(hào)，在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處，該模擬輸出信號(hào)包含所述采樣基帶信號(hào)的頻譜成分，但它的普通失真復(fù)制由所述預(yù)補(bǔ)償機(jī)制補(bǔ)償了；(d)耦合所述預(yù)失真采樣基帶信號(hào)到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，以生成所述模擬輸出信號(hào)，它的所述采樣基帶信號(hào)的頻率成分的所述復(fù)制已經(jīng)由所述預(yù)補(bǔ)償機(jī)制補(bǔ)償；以及(e)對(duì)所產(chǎn)生的該模擬輸出信號(hào)執(zhí)行帶通濾波操作，生成一經(jīng)帶通濾波的模擬輸出信號(hào)，它所含頻率成分在所述規(guī)定中心頻率處，限制在所述基帶信號(hào)的頻率成分經(jīng)補(bǔ)償后的復(fù)制內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將輸給它的一采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成一模擬信號(hào)，在所述連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處，該模擬信號(hào)的頻譜成分包括所述采樣信號(hào)頻率成分的衰減復(fù)制以及失真復(fù)制；并且還包括對(duì)所述帶通濾波模擬輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以補(bǔ)償在所述規(guī)定中心頻率處所述基帶信號(hào)頻率成分的所述復(fù)制的衰減。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于基帶信號(hào)被采樣時(shí)包括(a1)提供所述基帶信號(hào)作為數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)；(a2)將所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的采樣頻率提高到采樣頻率的規(guī)定倍數(shù)；(a3)上變頻所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的中心頻率到第一中心頻率，該第一中心頻率與步驟(a)中提供的數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的中心頻率相隔一定的距離；以及(a4)對(duì)所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的正交分量求和，以生成所述采樣輸入基帶信號(hào)，所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)具有步驟(a3)中上變頻所得的所述第一中心頻率。
4.一種如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于放大所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成的所述經(jīng)帶通濾波的模擬輸出信號(hào)，以補(bǔ)償所述規(guī)定中心頻率處的所述基帶信號(hào)頻率成分的所述復(fù)制的衰減。
5.一種用于將具有給定帶寬的數(shù)字采樣基帶信號(hào)上變頻為一模擬輸出信號(hào)的裝置，該模擬輸出信號(hào)的所述給定帶寬集中在規(guī)定中心頻率處，該中心頻率高于所述數(shù)字基帶信號(hào)的中心頻率，該裝置包括一輸入信號(hào)端口，其輸入為所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)；一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將輸入的采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為一模擬信號(hào)，模擬信號(hào)所含頻譜成分在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處，包含所述采樣信號(hào)頻率成分的失真復(fù)制；一預(yù)補(bǔ)償濾波器，它安裝在所述輸入信號(hào)端口與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器之間，用于對(duì)所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真，以產(chǎn)生一預(yù)失真數(shù)字采樣基帶信號(hào)，從而由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)所述預(yù)失真數(shù)字采樣基帶信號(hào)進(jìn)行處理，產(chǎn)生一模擬輸出信號(hào)，在連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處，該模擬輸出信號(hào)包含所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)的頻譜成分，但它的普通失真復(fù)制已由所述預(yù)補(bǔ)償機(jī)制補(bǔ)償；以及一帶通濾波器，它耦合接收由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成的所述模擬輸出信號(hào)，并產(chǎn)生一帶通濾波模擬輸出信號(hào)，其所含頻率成分在所述規(guī)定中心頻率處，限制在所述基帶信號(hào)頻率成分的補(bǔ)償后的復(fù)制頻率成分以內(nèi)。
6.一種如權(quán)利要求5所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將一輸給它的數(shù)字采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成一模擬信號(hào)，該模擬信號(hào)所含頻譜成分在所述連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處，包括所述數(shù)字采樣信號(hào)頻率成分的衰減及失真后的復(fù)制；以及，該裝置還包括一輸出放大器，它對(duì)所述帶通濾波模擬輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以在所述規(guī)定中心頻率處，補(bǔ)償所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)頻率成分的所述復(fù)制的衰減，其中，所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)包括一數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)；一正交內(nèi)插濾波器，它用于將所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的采樣頻率提高到它的采樣頻率的規(guī)定倍數(shù)；一上變頻器，用于將所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的中心頻率上變頻到第一中心頻率，該第一中心頻率與該數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的中心頻率相隔一定的距離；以及，一合并單元，用于對(duì)所述數(shù)字采樣正交基帶信號(hào)的正交分量進(jìn)行求和，以產(chǎn)生輸給所述輸入端口的所述數(shù)字采樣輸入基帶信號(hào)。
7.一種如權(quán)利要求6所述的信號(hào)處理裝置，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將一送給它的數(shù)字采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成一模擬信號(hào)，模擬信號(hào)所含頻譜成分在所述連續(xù)相鄰的間隔一定距離的中心頻率處包含所述數(shù)字采樣信號(hào)頻率成分的衰減和失真復(fù)制；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括一輸出放大器，用于放大所述帶通濾波模擬輸出信號(hào)，以在所述規(guī)定中心頻率處，補(bǔ)償所述數(shù)字采樣基帶信號(hào)頻率成分的所述復(fù)制的衰減。
8.一種用于采樣基帶信號(hào)的上變頻器，所述上變頻器包括一包含一具有頻域失真函數(shù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器；一預(yù)補(bǔ)償濾波器，其耦合輸入是所述采樣基帶信號(hào)，并且輸出耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述預(yù)補(bǔ)償濾波器的傳輸函數(shù)補(bǔ)償所述頻域失真函數(shù)所選部分的失真，所述頻域失真函數(shù)包含所需IF頻率；一帶通濾波器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出耦合至它，所述帶通濾波器具有在所述所需I F頻率處，將所述基帶信號(hào)頻率成分的各個(gè)復(fù)制分離出來的通帶，并還包括一放大器，所述帶通濾波器的輸出耦合至它，它用于放大所述帶通濾波器的輸出，以補(bǔ)償所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的所述頻域失真函數(shù)產(chǎn)生的信號(hào)衰減。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的上變頻器，其特征在于所述頻域失真函數(shù)包括一sinc(x)函數(shù)，所含各個(gè)旁瓣包含有所述基帶信號(hào)的復(fù)制，所述帶通濾波器所含通帶至少覆蓋以所述所需IF頻率為中心的所述基帶信號(hào)的帶寬，以及，更為可取的是，所述帶通濾波器所含的通帶，其低頻限制不小于所述基帶信號(hào)頻率成分緊鄰的較低的復(fù)制的頻率上限，并且它的高頻限制不高于所述基帶信號(hào)頻率成分緊鄰的較高的復(fù)制的頻率下限，它連同所述預(yù)補(bǔ)償濾波器位于所述正交內(nèi)插濾波器的前面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的上變頻器，其特征在于所述預(yù)補(bǔ)償濾波器是一復(fù)數(shù)濾波器，其預(yù)補(bǔ)償特性關(guān)于DC不對(duì)稱，連同一個(gè)二次內(nèi)插濾波器以及一所述預(yù)補(bǔ)償濾波器前面的上變頻器級(jí)，以及該預(yù)補(bǔ)償濾波器后面的下變頻器級(jí)，以及，更為可取的是，連同一布置在所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的前面的采樣速率擴(kuò)展器一起，用來減輕所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的sinc(x)滾降效應(yīng)。
全文摘要
一種用于數(shù)字采樣基帶信號(hào)的上變頻器,該數(shù)字采樣基帶信號(hào)包含DAC的sinc(x)頻譜復(fù)制機(jī)能,上變頻器利用一后DAC、帶通濾波器,去分離落在包含所需IF的DAC的sinc(x)頻率響應(yīng)旁瓣中的基帶復(fù)制。預(yù)補(bǔ)償濾波器的參數(shù)以及后DAC放大器的增益設(shè)置用于補(bǔ)償從DAC的sinc(x)頻率響應(yīng)推知的失真與衰減。
文檔編號(hào)H04L27/20GK1174450SQ9711394
公開日1998年2月25日 申請(qǐng)日期1997年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·布魯斯·切斯特, 理查德·迪恩·羅伯茨 申請(qǐng)人:哈里公司