CN101931424A - 短波射频数字化处理模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短波射频数字化处理模块，其主要由接收射频模拟前端、接收射频数字前端和发射子模块组成，所述接收射频模拟前端由谐波滤波器、带自动增益控制(AGC)的宽带低噪声放大器和低通滤波器组成；所述接收射频数字前端，由模/数(A/D)转换电路、数字下变频器(DDC)、直接数字频率合成器(DDS)和数字信号处理器(DSP)组成；所述发射子模块由数/模(D/A)转换电路、数字上变频器(DUC)、DDS和DSP组成。应用本发明短波射频数字化处理模块能够简化短波电台设计结构、减少电台种类、提高数字化短波电台的使用年限，并降低用户的投入费用。
Description
技术领域
本发明涉及射频数字化处理技术领域，尤其涉及一种短波射频数字化处理模块。
背景技术
频率范围在1.6MHz-30MHz之间的无线电磁波频率通常称为短波频段，利用短波频率进行世界范围内的广播传输进行单向通信，通常称为短波广播；能够接收到上述某一段频率的收音机称为短波收音机。人类利用包括短波广播在内的无线通信的历史只有一百年左右，然而，利用无线通信的技术经过近几十年来的发展，如今已经形成了以卫星通信、移动通信为主要标志的无线通信网络。由于短波通信主要依靠电离层与地面间的来回反射和折射进行传播，无论白天黑夜，短波都可以传播很远等诸多优点，如今随着计算机、微电子和无线通信技术的不断发展，短波通信技术有了突破性进展，利用短波进行应急通信、抗灾通信、特别是军事上要求的陆海空统一通信指挥方面发挥着更重要、更广泛的作用，例如：陆用/航空/海用短波电台、短波对讲机等至今还被广泛应用在军用、民用通信领域以及海事救援等场合。
目前，短波电台已日趋数字化，其工作频段已不限于原有的短波频段范围(如，可应用于超过470MHz以上的无线通信中)，因而呈现出多波段、多信道(可达数百个之多)的特征。短波电台数字化过程中，其信道的数字化技术尤为关键，现有使用的短波电台信道数字化技术仅限于中频信号的处理，而中频以上仍采用模拟处理方式，因此还不是真正意义上的软件无线电技术(SDR)电台，其缺点在于不支持多波形、多模式和多业务，因而限制了短波通信的发展和应用。这里，所谓软件无线电就是尽可能靠近天线对信号进行数字化，通过软件编程实现信息处理，动态配置系统功能，采用开放式的结构体系，以ADC/DAC、DSP和CPU为硬件基础，使用统一的硬件平台，在短波电台中频(甚至射频)部分对信号数字化处理、用软件编程灵活地实现宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字上/下变频(DUC/DDC)、调制/解调、差错编码、信道均衡、信令控制、信源编码、加密/解密。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种短波射频数字化处理模块，全面实现短波信道数字化处理过程，同时支持多波形的加载，作为通用模块或板卡应用于短波通信设备中，以实现和提高短波通信设备的可编程、可扩展和可升级能力，并降低短波设备的生产和后期维护成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种短波射频数字化处理模块，其特征在于，该模块主要由接收射频模拟前端、接收射频数字前端和发射子模块组成；其中，
所述接收射频模拟前端，用于接收工作频带内的短波信号，并满足短波信号动态接收范围大的要求，以得到滤除所需工作频带外的杂波干扰后的模拟信号；
所述接收射频数字前端，用于将所述滤除杂波后的模拟信号进行模/数转换，并经过混频处理，得到抗混叠及降低数据速率的适合数字信号处理的数据信号，并通过数字信号处理后得到音频输出信号；
所述发射子模块，用于将通过数字信号处理后的基带信号通过数据速率提高后，再通过数/模转换后搬移至射频信号上。
其中，所述接收射频模拟前端主要由谐波滤波器、带自动增益控制AGC的宽带低噪声放大器以及低通滤波器组成；其中，
所述谐波滤波器，用于减少射频RF信号进入所述低噪声放大器之前信噪比的损失和对频带外的信号进行有效的抑制；
所述低噪声放大器，用于减少短波信号在电离层变化时信号衰落的影响，并起到自动增益控制电路的作用，以满足短波信号动态范围大的要求。
所述低通滤波器，用于进一步滤除所需工作频段以外的干扰噪声信号。
其中，所述接收射频数字前端主要由模/数A/D转换电路、直接数字频率合成器DDS、数字下变频器DDC和数字信号处理器DSP组成；其中，
所述A/D转换电路，用于将模拟信号转换为数字信号；
所述DDS，用于提供数字本振信号用来与A/D采样后的数字信号进行混频；
所述DDC，主要用于降低数字信号的数据速率，以便使其与所述数字信号处理器DSP的处理能力相适应；
所述DSP24，用于进行基带信号的相关处理。
其中，所述发射子模块主要由数字信号处理器DSP、数字上变频器DUC、直接数字频率合成器DDS和数/模D/A转换电路组成；其中，
所述DSP，用于进行基带信号的相关处理；
所述DUC，用于将基带信号数据率提高至与DDS子模块相同的数据速率，以便两者进行数字混频处理，得到数字混频信号；
所述DDS，用于提供数字本振信号用来与DUC处理后的数字信号进行混频；
所述数/模D/A转换电路，用于将所述数字混频信号进行数/模转换，以便将转换后的模拟信号搬移到射频发射出去。
较佳地，所述射频数字前端进一步输出一反馈信号输入到所述射频模拟前端的低噪声放大器中，用于实现短波信号动态范围大的要求。
本发明所提供的短波射频数字化处理模块，具有以下优点：
本发明短波射频数字化处理模块，能够在不需要改动硬件的基础上实现可编程、可扩展和可升级能力，且后期维护的费用低；且该模块采用全数字化处理，基本没有模拟电路。产品性能不仅优于传统模式，而且一致性好，生产调试简易，适于批量生产。该短波射频数字化处理模块采用数字信号处理(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)结构，全面实现短波信道数字化处理，同时支持多波形的加载，并可作为通用模块或板卡使用，配以短波功放和天馈系统即可实现短波通信功能，不仅简化了电台设计结构、减少了电台种类和提高了数字化短波电台的使用年限，而且能够降低用户的投入费用。
附图说明
图1为本发明短波射频数字化处理模块结构功能框图；
图2为图1所述短波射频数字化模块的数字下变频器(DDC)处理流程图；
图3为图1所述短波射频数字化模块的数字上变频器(DUC)处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
图1本发明短波射频数字化处理模块结构功能框图，如图1所示，该短波射频数字化处理模块包括接收射频模拟前端10、接收射频数字前端20和发射子模块30；
接收射频模拟前端10，用于接收工作频带内的短波信号，并满足短波信号动态接收范围大的要求，以得到滤除所需工作频带外的杂波干扰后的模拟信号。该接收射频模拟前端10进一步包括谐波滤波器11、宽带低噪声放大器(带AGC功能)12和低通滤波器13；其中，
所述谐波滤波器11，用于减少射频(RF)信号进入所述低噪声放大器(带自动增益控制(AGC))12之前信噪比的损失和对频带外的信号进行有效的抑制。
所述低噪声放大器(带AGC功能)12，用于减少短波信号在电离层变化时信号衰落的影响，并起到自动增益控制电路的作用，从而满足了短波信号动态范围大的要求。
所述低通滤波器13，用于进一步滤除所需工作频段以外的干扰噪声信号。
接收射频数字前端20，用于将所述滤除杂波后的模拟信号进行模/数转换，并经过混频处理，得到抗混叠及降低数据速率的适合数字信号处理的数据信号，并通过数字信号处理后得到音频输出信号。其主要由模/数(A/D)转换电路21、数字下变频器(DDC)22、直接数字频率合成器(DDS，Digital Direct FrequencySynthesis)技术)23、数字信号处理器(DSP)24组成。其中，
所述A/D转换电路21，用于将模拟信号转换为数字信号。这里，需要选择有足够高采样频率的A/D转换器，为信号提供一个透明的通道；同时选择有足够大位数的A/D转换器，提高可接收信号的动态范围。其，AGC用于实现自动增益控制，通过该增益控制，产生一个反馈信号给前端的低噪声放大器，以便满足短波信号动态范围大的要求。
所述DDS22，用于提供数字本振信号用来与A/D采样后的数字信号进行混频。
所述DDC23，主要用于降低数字信号的数据速率，以便使其与所述数字信号处理器(DSP)的处理能力相适应；这里，所述DDC23部分，是本发明的关键部件所在，其主要通过数字滤波器来实现抗混叠及数据速率的降低。
所述DSP24，用于进行基带信号的相关处理。
发射子模块30，用于将通过数字信号处理后的基带信号通过数据速率提高后，再通过数/模转换后搬移至射频信号上。该发射子模块30，主要由DSP31数字上变频器(DUC)32、DDS33和数/模(D/A)转换电路34组成；其中，
所述DSP31，为与所述接收射频数字前端所用到的DSP24为同一个，也是用于进行基带信号的相关处理。
所述DUC32，用于将基带信号数据率提高至与DDS子模块相同的数据速率，以便两者进行数字混频，将信号搬移到射频。
所述DDS33为与所述接收射频数字前端20相共用的一个模块，用于提供数字本振信号用来与DUC处理后的数字信号进行混频处理，得到数字混频信号。
所述D/A转换电路34，用于将所述数字混频信号进行D/A转换，以便将转换后得到的模拟信号搬移到射频发射出去。
如图1所示，本发明短波射频数字化处理模块中，接收射频模拟前端10、接收射频数字前端20和发射子模块30，其射频信号数字化处理流程为：
接收通道方向，从天线接收进的信号经过滤波后进入前端低噪声放大器12，使该信号经过数字化处理后与DDS22产生的本振信号进行混频处理，产生基带信号，再将基带信号进行DDC23处理后，交由DSP24进行处理，最后送出音频信号输出。该信号具体处理流程如图2所示，即DDC的信号处理流程：将经过数字化处理后的信号与数控振荡器(NCO)产生的两路同频正交信号分别通过乘法器进行相乘，产生两路基带信号，即I路和Q路，然后将该两路基带信号分别通过两路第零级有限长脉冲响应滤波器(FIR)、第一级级联积分器-梳状滤波器(CIC，Cascaded Integrator-comb Filter)、第一级FIR、第二级CIC、第二级FIR、第三级CIC、第三级FIR、第四级CIC、第四级FIR滤波处理后，再通过多路复用器(MUX)合成为适当数据速率的信号，以供DSP处理后产生音频输出信号。
发送通道方向，从音频进来的信号经过DSP31处理后送到DUC32处理，然后与DDS33产生的本振信号混频得到射频信号，再送往D/A转换34转换为模拟信号并送往功率放大器。该信号具体处理流程如图3所示，即DUC的信号处理流程：DUC将DSP31处理后的I路、Q路基带信号分别输入两路第一级有限长脉冲响应滤波器FIR，然后通过第一级级联积分器-梳状滤波器(CIC)滤波处理后得到的信号分别与数控振荡器(NCO)产生的两路同频正交信号通过乘法器进行相乘处理，再将通过相乘后输出的信号通过多路复用器(MUX)进行复用得到合路信号，然后再将该合路信号通过射频FIR滤波处理。这样，通过射频FIR滤波处理后的信号，再与所述DDS33产生的本振信号通过乘法器混频处理，最后通过D/A转换34后输入功率放大器的射频信号。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种短波射频数字化处理模块，其特征在于，该模块主要由接收射频模拟前端、接收射频数字前端和发射子模块组成；其中，
所述接收射频模拟前端，用于接收工作频带内的短波信号，并满足短波信号动态接收范围大的要求，以得到滤除所需工作频带外的杂波干扰后的模拟信号；
所述接收射频数字前端，用于将所述滤除杂波后的模拟信号进行模/数转换，并经过混频处理，得到抗混叠及降低数据速率的适合数字信号处理的数据信号，并通过数字信号处理后得到音频输出信号；
所述发射子模块，用于将通过数字信号处理后的基带信号通过数据速率提高后，再通过数/模转换后搬移至射频信号上。
2.根据权利要求1所述的短波射频数字化处理模块，其特征在于，所述接收射频模拟前端主要由谐波滤波器、带自动增益控制AGC的宽带低噪声放大器以及低通滤波器组成；其中，
所述谐波滤波器，用于减少射频RF信号进入所述低噪声放大器之前信噪比的损失和对频带外的信号进行有效的抑制；
所述低噪声放大器，用于减少短波信号在电离层变化时信号衰落的影响，并起到自动增益控制电路的作用，以满足短波信号动态范围大的要求。
所述低通滤波器，用于进一步滤除所需工作频段以外的干扰噪声信号。
3.根据权利要求1所述的短波射频数字化处理模块，其特征在于，所述接收射频数字前端主要由模/数A/D转换电路、直接数字频率合成器DDS、数字下变频器DDC和数字信号处理器DSP组成；其中，
所述A/D转换电路，用于将模拟信号转换为数字信号；
所述DDS，用于提供数字本振信号用来与A/D采样后的数字信号进行混频；
所述DDC，主要用于降低数字信号的数据速率，以便使其与所述数字信号处理器DSP的处理能力相适应；
所述DSP24，用于进行基带信号的相关处理。
4.根据权利要求1所述的短波射频数字化处理模块，其特征在于，所述发射子模块主要由数字信号处理器DSP、数字上变频器DUC、直接数字频率合成器DDS和数/模D/A转换电路组成；其中，
所述DSP，用于进行基带信号的相关处理；
所述DUC，用于将基带信号数据率提高至与DDS子模块相同的数据速率，以便两者进行数字混频处理，得到数字混频信号；
所述DDS，用于提供数字本振信号用来与DUC处理后的数字信号进行混频；
所述数/模D/A转换电路，用于将所述数字混频信号进行数/模转换，以便将转换后的模拟信号搬移到射频发射出去。
5.根据权利要求2或3所述的短波射频数字化处理模块，其特征在于，所述射频数字前端进一步输出一反馈信号输入到所述射频模拟前端的低噪声放大器中，用于实现短波信号动态范围大的要求。
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