一種多模式多天線信道模擬器射頻前端的實現(xiàn)方法和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多模式多天線信道模擬器射頻前端的實現(xiàn)方法和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，涉及移動通信測試儀表技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會信息化的加速，整個社會對信息通信的需求水平明顯提升，尤其是近些年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，人們迫切希望能夠隨時隨地用移動終端設(shè)備方便快速地訪問互聯(lián)網(wǎng)，獲取需要的信息和服務(wù)。為了滿足呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的無線通信業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，有著更高數(shù)據(jù)傳輸速率、低傳輸時延的第四代移動通信技術(shù)(4G)高速發(fā)展，已逐漸替代第三代移動通信技術(shù)(3G)。我國雖然無線通信產(chǎn)業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，目前已主導(dǎo)了TD-SCDMA和TD-LTE的無線通信國際標(biāo)準(zhǔn)，無線通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展已走到了世界的前列。
[0003]無線通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，需要有先進(jìn)的無線通信系統(tǒng)與設(shè)備來支持，而設(shè)計研制無線通信系統(tǒng)與設(shè)備離不開無線通信測試儀器。無線信道模擬器是用于研發(fā)高質(zhì)量無線通信系統(tǒng)與設(shè)備的重要測試儀器。無線信道模擬器可以模擬真實無線信道環(huán)境，可用于開發(fā)高質(zhì)量的無線通信系統(tǒng)與設(shè)備的測試儀器。無線信道環(huán)境復(fù)雜，無線通信以無線電波為載體傳播信號，無線電波信號會向各個方向傳播，在傳播過程中受到山脈、建筑物、樹林等的反射與散射的影響而形成多條路徑到達(dá)接收端。這些多徑信號在接收端進(jìn)行疊加時，會由于相位不同而導(dǎo)致接收信號的總體幅度發(fā)生劇烈變化從而產(chǎn)生多徑衰落。而且，信號的不同分量到達(dá)接收點的時間不同會引起時延擴(kuò)展。另外，當(dāng)通信雙方的移動中進(jìn)行無線通信時，會引起傳輸無線電波信號的多普勒頻移從而產(chǎn)生多普勒擴(kuò)展。無線信道的多徑衰落、延遲擴(kuò)展、多普勒擴(kuò)展這些特性會對無線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，因此若要設(shè)計開發(fā)一套高質(zhì)量的無線通信系統(tǒng)，需要充分考慮無線信道特性的影響。然而，在無線通信系統(tǒng)研制過程中，全程外場測試不僅成本高昂、費(fèi)時費(fèi)力，而且測試結(jié)果不可重復(fù)，所以，采用無線信道模擬器來模擬真實無線信道環(huán)境是一個既經(jīng)濟(jì)又高效的解決方法。圖4顯示了無線信道模擬器應(yīng)用的場景，無線信道模擬器連接基站和移動終端設(shè)備以代替真實的無線信道，無線信道模擬器主要由數(shù)字部分和射頻前端所組成，射頻前端接收射頻信號，并下變頻為基帶信號，基帶信號并由數(shù)字部分實行多徑衰落等信道模擬算法，再經(jīng)射頻部分上變頻生成近似通過真實無線信道轉(zhuǎn)播的射頻信號。其中，射頻部分通常有多個通道，以滿足MMO (多輸入多輸出)技術(shù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種多模式多天線信道模擬器射頻前端的實現(xiàn)方法和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種多模式多天線信道模擬器射頻前端的實現(xiàn)方法，該前端包括寬帶發(fā)信機(jī)、寬帶收信機(jī)和寬帶頻綜，通過寬帶頻綜為寬帶發(fā)信機(jī)和寬帶收信機(jī)的寬帶混頻器提供本振信號；該前端支持TDD和FDD兩種制式，采用分頻段并利用寬帶混頻器上邊帶和下邊帶的產(chǎn)物實現(xiàn)寬頻帶并進(jìn)一步降低系統(tǒng)的復(fù)雜度；該前端適用于信道模擬器通信儀表，并可以擴(kuò)展到毫米波頻段，具體實現(xiàn)方法如下。
[0007](I)為了使多天線信道模擬器支持TDD和FDD兩種制式，寬帶頻綜設(shè)計兩個寬帶PLL,分別稱為第一寬帶PLL和第二寬帶PLL，同時增加一個功分器和一個射頻單刀雙擲開關(guān):當(dāng)多天線信道模擬器工作于TDD制式時，射頻單刀雙擲開關(guān)與功分器接通，來自第一寬帶PLL的射頻本振信號經(jīng)過功分器分別為寬帶發(fā)信機(jī)和寬帶收信機(jī)的寬帶混頻器提供本振信號；當(dāng)多天線信道模擬器工作于FDD制式時，射頻單刀雙擲開關(guān)與第二寬帶PLL接通，通過第二寬帶PLL為寬帶收信機(jī)的寬帶混頻器提供本振信號，通過第一寬帶PLL為寬帶發(fā)信機(jī)的寬帶混頻器提供本振信號；該方法現(xiàn)對于現(xiàn)有寬帶頻綜的本振設(shè)計，增加了一個寬帶PLL，結(jié)合功分器和射頻單刀雙擲開關(guān)巧妙實現(xiàn)了 TDD和FDD兩種制式。
[0008](2)采用分頻段并利用寬帶混頻器上邊帶和下邊帶的產(chǎn)物實現(xiàn)寬頻帶并進(jìn)一步降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，具體為:
[0009]對于寬帶發(fā)信機(jī)，發(fā)射頻率工作范圍是400MHz?6GHz:
[0010]①4GHz?6GHz:利用寬帶混頻器和低本振將1.2GHz的中頻信號搬到4GHz?6GHz上，此時需要的寬帶PLL的頻率范圍為2.8GHz?4.8GHz ；
[0011]②2GHz?4GHz:利用寬帶混頻器和高本振將1.2GHz的中頻信號搬到2GHz?4GHz上，此時需要的寬帶PLL的頻率范圍為3.2GHz?5.2GHz ；
[0012]③400MHz?2GHz:首先將1.2GHz的中頻信號搬到3.2GHz上；再利用寬帶混頻器和高本振將3.2GHz的中頻信號搬到400MHz?2GHz上，此時需要的寬帶PLL的頻率范圍為3.6GHz ?5.2GHzo
[0013]綜上所述，發(fā)射頻率工作范圍是400MHz?6GHz，利用寬帶可調(diào)的射頻濾波器，分別提取上邊帶和下邊帶的混頻產(chǎn)物的方法，只需要較窄的本振范圍(2.8GHz?5.2GHz)即可實現(xiàn)，這樣簡化了寬帶本振設(shè)計的復(fù)雜度，簡化了為了實現(xiàn)多模式功能時所需的寬帶功分器和寬帶開關(guān)的難度；而傳統(tǒng)方法一般需要3.2GHz?7.2GHz的本振范圍。
[0014]對于寬帶收信機(jī)，射頻端口接收的寬帶射頻信號頻率范圍為400MHz?6GHz:
[0015]①4GHz?6GHz:利用低本振將4GHz?6GHz的信號變頻至1.2GHz，此時需要的寬帶PLL的頻率范圍為2.8GHz?4.8GHz ；
[0016]②2GHz?4GHz:利用高本振將2GHz?4GHz的信號變頻至1.2GHz，此時需要的寬帶PLL的頻率范圍為3.2GHz?5.2GHz ；
[0017]③400MHz?2GHz:首先利用高本振將400MHz?2GHz的信號變頻至3.2GHz，此時需要的寬帶PLL的頻率范圍為3.6GHz?5.2GHz ;再將3.2GHz的信號變頻至1.2GHz，。
[0018]與寬帶發(fā)信機(jī)類似，寬帶收信機(jī)的設(shè)計可以降低寬帶頻綜的設(shè)計帶寬，降低系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度。
[0019]應(yīng)用于多模式多天線信道模擬器射頻前端，該前端可實現(xiàn)相位可調(diào)的功能，在常見的收發(fā)信機(jī)中，相位可調(diào)的功能是通過寬帶射頻移相器來實現(xiàn)，在本系統(tǒng)中，需要設(shè)計400MHz?6GHz的射頻移相器，復(fù)雜度太大，成本太高；本發(fā)明采用的方法如下:將第一寬帶PLL和第二寬帶PLL合稱為寬帶射頻PLL4，通過寬帶射頻PLL4產(chǎn)生2.8GHz?5.2GHz的寬頻帶信號；通過中頻PLL2產(chǎn)生2GHz的信號，用于將1.2GHz的信號上變頻至3.2GHz或?qū)?br>3.2GHz信號下變頻至1.2GHz ;通過中頻相位可調(diào)PLLl產(chǎn)生1.195GHz?1.205GHz的中頻信號，該中頻信號的參考來自于直接數(shù)字頻率合成器(DDS);參考PPL3為寬帶射頻PLL4、中頻PLL2和中頻相位可調(diào)PLLl提供參考信號，保證系統(tǒng)的同步性能。通過調(diào)節(jié)DDS的相位，可以改變中頻相位可調(diào)PLLl的時鐘，從而實現(xiàn)射頻收發(fā)信機(jī)相位可調(diào)的功能，相位調(diào)整精度可到0.05度，采用該方法，可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。
[0020]本發(fā)明的前端還具有大動態(tài)的性能，在常見儀表中，通常會采用一個機(jī)械電控的大動態(tài)射頻數(shù)控衰減器，該衰減器工作頻率寬，動態(tài)范圍大，但是體積大，成本高；本發(fā)明中大動態(tài)在中頻上進(jìn)行處理，射頻上再插入一個寬帶射頻數(shù)控衰減器，用于彌補(bǔ)器件頻響特性，具體方法如下:在寬帶發(fā)信機(jī)的中頻和射頻上分別插入一個中頻ALC電路和一個射頻ALC電路，在寬帶收信機(jī)的中頻和射頻上也分別插入一個中頻ALC電路和一個射頻ALC電路。在寬帶發(fā)信機(jī)中，中頻ALC電路的動態(tài)范圍可達(dá)93dB，射頻上再使用一個射頻ALC電路，用來彌補(bǔ)400MHz?6GHz上不同器件在不同頻率上響應(yīng)的差異，同時實現(xiàn)一部分動態(tài)，使得發(fā)信機(jī)總的輸出電平范圍為-120?-lOdBm，總動態(tài)范圍為IlOdB ;寬帶收信機(jī)也采用類似的方法，主要動態(tài)的實現(xiàn)是在中頻上，射頻上再插入一個射頻ALC電路，使得整個接收機(jī)工作范圍為-50?+15dBm，動態(tài)范圍為65dB。
[0021]—種多模式多天線信道模擬器射頻前端的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，包括寬帶發(fā)信機(jī)、寬帶收信機(jī)和多模式多環(huán)頻率合成器模塊。
[0022]寬帶發(fā)信機(jī)中:基帶過來的寬帶1、Q信號接入A中頻相位可調(diào)調(diào)制器產(chǎn)生高性能的中頻調(diào)制信號，再經(jīng)過A中頻ALC電路初步實現(xiàn)大動態(tài)性能(動態(tài)范圍可達(dá)90dB)，大動態(tài)的中頻信號經(jīng)過Al中頻濾波器輸入A寬帶選頻變頻模塊，通過A寬帶選頻變頻模塊將輸入信號分段變頻