CN101795252A - 直接变频调制方法及其调制装置 - Google Patents
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Abstract
一种数字通信技术领域的直接变频调制方法及其调制装置，包括：双口数模转换器、固定低通滤波器、本振发生器、乘法器和加法器，其中：双口数模转换器的输入端分别接收I路基带数据和Q路基带数据并将I路模拟信号和Q路模拟信号输出至固定低通滤波器，本振发生器输出所需要的同相分量信号和正交分量信号，固定低通滤波器的输出I路信号与本振频率信号的同相分量信号相乘，固定低通滤波器的输出Q路信号与本振频率信号的正交分量信号相乘，两个乘法器的输出送至加法器叠加后输出给发射端。本发明避免了由于本振信号的相位不正交造成的对正交调制系统以及解调系统的性能恶化。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种数字通信技术领域的方法及装置，具体是一种直接变频调制方法及其调制装置。
背景技术
在数字信号传输系统中，需要将基带信号上变频到射频。以数字电视传输系统为例，8MHz的基带信号需要被上变频到相应的射频频率，如48MHz到866MHz。传统的上变频有以下三种方式：三次变频、二次变频和直接变频，其中：直接变频即一次变频的方式得到推崇。如图1所示，直接变频的方法是将复数字基带信号转换为复模拟基带信号，即复零中频信号；在零中频处进行简单的模拟低通滤波，滤除数模转换器的高次频谱谐波；再将该模拟复零中频信号通过复变频直接上移到所需要的频带上。
由于复数字基带信号和复模拟基带信号的I路和Q路均为零均值，在本振信号为理想的正旋波和余旋波时，本振信号被抵消，I路和Q路各自的镜像频谱也被抵消。从而复模拟基带信号被直接变频到所需要的频点。
直接变频的优势是明显的。首先，系统只有一次变频，相位噪声优于二次变频和三次变频；其次，基带的模拟滤波器是简单的低通滤波器，性能很容易保证，设计很简单；最后，因为零中频的结构，射频不需要任何模拟滤波器。
但是，直接变频有一个很严格的要求，就是本振信号必须为理想的正旋波和余旋波，从而获得严格的正交性，而复模拟基带信号的I路和Q路也必须保证严格的正交性。一般来说复模拟基带信号的I路和Q路的正交性是比较容易得到保证的。但是本振信号的正交性一般很难获得。
本振信号的正交误差的存在，会引入镜像，严重影响调制以及解调的性能。目前常见的正交误差消除有两类方式。第一类是简单的依赖于上变频器件的模拟性能的提高。这样就对器件本身提出了很高的要求，而且即使同一批器件，由于其模拟特性不一致，最终调制性能也很难保证一致性。这是一种简单直接廉价的方法，但是无法确保性能。以上变频器件AD8345为例，其内部的移相器并不能保证在如此宽的频带范围内准确的90度相移。再以上变频器件ADL5385为例，该器件要求2倍的本振频率输入，通过内部的除法器从而获得90度相移。这种移相器的结构在整个频带范围内能提供很好的90度相移，不受频率影响。但是，如该器件的说明书中所述，该器件要求2倍的本振频率输入具有准确的50％占空比。这一要求一般是无法通过普通的、典型的频率源得到满足的。
因此目前为了弥补器件的不完美，对抗正交失衡，出现了第二类方法：在直接变频结构中加入正交校准。常见的正交校准方法是通过将射频信号接收下来，进行数字处理以求出发射信号的正交误差再对发射信号进行预失真调整。为了保证精度，有些还引入了迭代，用不断逼近的方式来实现相位误差的校正。这样的校准方法是具有缺陷的。首先，算法的精确度直接决定了系统的性能，而并不可能存在任何一种方法得到百分之百准确的相位准确度从而保证百分之百的相位正交；其次，如果采用多次迭代，将带来长处理时间，对于实时通信是无法承受的，而且容易导致相位反复震荡，进一步恶化性能。
经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200780020844，提出了一种“快速同相和正交失衡校准”，是属于上述第二类方式。该技术可以分别应用于通信系统中的接收机和发射机，是通过存储N个数字化样本I(n)和Q(n)。N个数字化样本分别来自接收机的下变频信号的同相I和正交Q分量。使用闭合形式解从N个数字化样本计算出相位和增益调节常数以便来补偿I、Q的失衡。但是该现有技术也是通过接收射频信号来计算误差分量，从本质上并没有突破第二类方法的局限，也存在着精度和稳定度的问题。
进一步检索发现，中国专利申请号200910045381.4，记载了一种“直接变频调制中载波泄露的自适应消除系统”，该技术包括：下变频模块、解调与频相恢复模块、直流检测模块和反馈模块，其中：下变频模块的输入端接收待处理射频信号并将基带信号传送至解调与频相恢复模块和反馈模块，解调与频相恢复模块将基带信号解调并恢复载波的频率与相位后传输至直流检测模块，直流检测模块将计算出的直流分量传输至反馈模块，反馈模块设置于调制系统的输出端并同时接收来自调制系统的基带数据和来自直流检测模块的直流分量，反馈模块的输出端连接至发射天线。但是该现有技术针对的只是传输系统中的直流偏置导致的载波泄露。该系统是在假设本振分量的完全正交的情况下，对直接变频系统中的直流作自适应的消除，根本没有考虑、更加没有解决正交失衡下的情况下进行正交调制的复杂状况。
中国专利申请号200810207707.4，记载了一种“直接变频调制中IQ幅度的自适应平衡系统”，该技术包括：下变频模块、解调与频相恢复模块、平均器模块和反馈模块，其中：下变频模块的输入端接收待处理射频信号并将基带信号传送至解调与频相恢复模块和反馈模块，解调与频相恢复模块将基带信号解调并恢复载波的频率与相位后传输至平均器模块，平均器模块将计算出的功率幅度差传输至反馈模块，反馈模块设置于调制系统的输出端并同时接收来自调制系统的基带数据和来自平均器模块的功率幅度差，反馈模块的输出端连接至发射天线。但是该现有技术针对的只是传输系统中的I、Q幅度偏差。该系统是在假设本振分量的完全正交的情况下，对直接变频系统中的I、Q幅度偏差作自适应的平衡，根本没有考虑、更加没有解决正交失衡下的情况下进行正交调制的复杂状况。
发明内容
本发明针对现有器件和技术上存在的上述不足，提供一种直接变频调制方法及其调制装置，保证本振信号在整个频带范围内可以获得理想的正弦波和余弦波，从而得到优越的射频性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及直接变频调制方法，包括以下步骤：
第一步、将数字信号传输系统中完成了基带处理的复基带数字信号通过数模转换器转换成为复基带模拟信号。
第二步、将复基带模拟信号分别经过两个独立的固定低通滤波器，滤除由于数模转换生成的高次频谱谐波，得到待调制信号。
第三步、将相关频率源信号经过倍频以及一次或若干次高速数字除4计算，得到本振频率信号的同相分量信号及其正交分量信号；
所述的高速数字除4计算是指：在对相关频率源信号进行倍频运算以得到本振频率信号的4倍频率信号以后，先对4倍频率信号进行高速数字除2运算，得到本振频率信号的2倍频率信号及其180°相移频率，然后再次对2倍频率信号及其180°相移频率经过高速数字除2运算，得到频率为本振频率信号的同相分量信号及其正交分量信号。
第四步、将本振频率信号的同相分量信号与正交分量信号分别与待调制信号相乘并经叠加完成正交调制，输出至发射端进行传输，实现直接变频调制。
本发明涉及上述直接变频调制方法的调制装置，包括：双口数模转换器、固定低通滤波器、本振发生器、乘法器和加法器，其中：双口数模转换器的输入端分别接收I路基带数据和Q路基带数据并将I路模拟信号和Q路模拟信号输出至固定低通滤波器，本振发生器输出所需要的同相分量信号和正交分量信号，固定低通滤波器的输出I路信号与本振频率信号的同相分量信号相乘，固定低通滤波器的输出Q路信号与本振频率信号的正交分量信号相乘，两个乘法器的输出送至加法器叠加后输出给发射端。
所述的本振发生器包括：频率源、倍频器和若干个高速数字除法器，其中：频率源的输出连接倍频器，倍频器的输出连接高速数字除法器，高速数字除法器输出所需要的同相分量信号和正交分量信号至乘法器。
本发明采用相关频率源，通过倍频器以及高速数字除法器，得到频率为本振频率的具有理想的90度相移的同相分量和正交分量，从而避免了由于本振信号的相位不正交造成的对正交调制系统以及解调系统的性能恶化。本发明结构简洁，性能优异。
附图说明
图1为现有技术示意图。
图2为发明结构示意图。
图3为实施例本振I，Q的生成示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，本实施例包括：I路数模转换器1、Q路数模转换器2、第一固定低通滤波器3、第二固定低通滤波器4、第一乘法器5、第二乘法器6、加法器7和本振发生器8，其中：I路数模转换器1、Q路数模转换器2的输入端分别接收I路基带数据和Q路基带数据并将I路模拟信号和Q路模拟信号输出至第一固定低通滤波器3、第二固定低通滤波器4，本振发生器8输出所需要的同相分量信号和正交分量信号，第一固定低通滤波器3、第二固定低通滤波器4的输出I路信号与本振频率信号的同相分量信号相乘，固定低通滤波器的输出Q路信号与本振频率信号的正交分量信号相乘，第一乘法器5、第二乘法器6的输出送至加法器7叠加后输出给发射端。
所述的本振发生器8包括：频率源9、倍频器10和若干个高速数字除法器11，其中：频率源9的输出连接倍频器10，倍频器10的输出连接高速数字除法器11，高速数字除法器11输出所需要的同相分量信号和正交分量信号至第一乘法器5和第二乘法器6。
本实施例通过以下步骤进行调制：
第一步、将数字信号传输系统中完成了基带处理的复基带数字信号通过数模转换器转换成为复基带模拟信号。
第二步、将复基带模拟信号分别经过两个独立的固定低通滤波器，滤除由于数模转换生成的高次频谱谐波，得到待调制信号。
第三步、将相关频率源信号经过倍频以及一次或若干次高速数字除4计算，得到本振频率信号的同相分量信号及其正交分量信号；
所述的高速数字除4计算是指：在对相关频率源信号进行倍频运算以得到本振频率信号的4倍频率信号以后，先对4倍频率信号进行高速数字除2运算，得到本振频率信号的2倍频率信号及其180°相移频率，然后再次对2倍频率信号及其180°相移频率经过高速数字除2运算，得到频率为本振频率信号的同相分量信号及其正交分量信号。
第四步、将同相分量信号与正交分量信号分别与待调制信号相乘并经叠加完成正交调制，输出至发射端进行传输，实现直接变频调制。
如表1所示，为本实施例经过多次高速除4计算得到的相应频率。
| 最低频率(MHz) | 最高频率(MHz) | 本振频率覆盖范围(MHz) | |
| 频率源 | 1536 | 3544 | 1536~3544 |
| 频率源/4 | 384 | 886 | 384~886 |
| 频率源/8 | 192 | 443 | 192~443 |
| 频率源/16 | 96 | 221.5 | 96~221.5 |
| 频率源/32 | 48 | 110.75 | 48~110.75 |
表1本振覆盖范围
Claims (4)
1.第一步、将数字信号传输系统中完成了基带处理的复基带数字信号通过数模转换器转换成为复基带模拟信号；
第二步、将复基带模拟信号分别经过两个独立的固定低通滤波器，滤除由于数模转换生成的高次频谱谐波，得到待调制信号；
第三步、将相关频率源信号经过倍频以及一次或若干次高速数字除4计算，得到本振频率信号的同相分量信号及其正交分量信号；
第四步、将同相分量信号与正交分量信号分别与待调制信号相乘并经叠加完成正交调制，输出至发射端进行传输，实现直接变频调制。
2.所述的高速数字除4计算是指：在对相关频率源信号进行倍频运算以得到本振频率信号的4倍频率信号以后，先对4倍频率信号进行高速数字除2运算，得到本振频率信号的2倍频率信号及其180°相移频率，然后再次对2倍频率信号及其180°相移频率经过高速数字除2运算，得到频率为本振频率信号的同相分量信号及其正交分量信号。
3.一种根据权利要求1所述的直接变频调制方法的调制装置，包括：双口数模转换器、固定低通滤波器、本振发生器、乘法器和加法器，其特征在于：双口数模转换器的输入端分别接收I路基带数据和Q路基带数据，并将I路模拟信号和Q路模拟信号输出至固定低通滤波器，本振发生器输出所需要的同相分量信号和正交分量信号，固定低通滤波器的输出I路信号与本振频率信号的同相分量信号相乘，固定低通滤波器的输出Q路信号与本振频率信号的正交分量信号相乘，两个乘法器的输出送至加法器叠加后输出给发射端。
4.根据权利要求3所述的直接变频调制方法的调制装置，其特征是，所述的本振发生器包括：频率源、倍频器和若干个高速数字除法器，其中：频率源的输出连接倍频器，倍频器的输出连接高速数字除法器，高速数字除法器输出所需要的同相分量信号和正交分量信号至乘法器。
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| WO2012151783A1 (zh) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | 苏州全波通信技术有限公司 | 二次变频调制系统及变频方法 |
| CN108390674A (zh) * | 2014-09-25 | 2018-08-10 | 英特尔Ip公司 | 数模转换器电路、装置和方法与数模转换方法 |
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