CN102315858A

CN102315858A - 多频道射频信号适配系统

Info

Publication number: CN102315858A
Application number: CN201110113945A
Authority: CN
Inventors: 李红军; 戴凯灿; 王先勇; 范莹莹; 张永亮
Original assignee: Suzhou Anywave Communications Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Anywave Communications Technology Co Ltd
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: CN102315858B

Abstract

一种数字信号处理技术领域的多频道射频信号适配系统，包括：自动增益控制模块、直接变频模块、数字模拟转换模块、时钟控制模块和数字信号处理器。所述的数字信号处理器由分路器、N条并行且独立控制的信号处理支路以及合路器组成。本发明结构简单，相位噪声指标好；射频延时设置精度可精确至0.025微秒，射频延时设定范围可到秒级，多个频道工作独立，并可以设置任一频道独立开闭。

Description

多频道射频信号适配系统

技术领域

本发明涉及的是一种数字信号处理技术领域的装置，具体是一种多频道射频信号适配系统。

背景技术

在无线覆盖系统中，为了增加覆盖范围，改善覆盖效果，有时候需要对发射点的射频信号进行延迟，以配合系统整体需求。这常常出现在单频网组网方式中。所谓单频网，就是在一定的地理区域内(市、省，或者甚至是一个国家)，使用多个发射点，通过一个频段在同一时刻发射同样的无线信号，从而实现对该地理区域的可靠覆盖。由于到达不同发射点的信号经过的是不同的分发网络，为了保证各发射点在同一时刻发射相同的节目，因此需要对不同发射点的宽带射频信号进行时间延迟，以达到同步的目的。另外宽带发射机具有结构简单、成本低、占地面积小、使用方便等优点，因此同一个发射点还常常使用多个频道实现宽带发射，从而建立多频道的区域性单频网系统。这在中小城市尤其是经济欠发达地区中受到广泛的欢迎。

传统技术中通过两种方式完成射频信号延迟的目的。一种是通过物理上人为增加分发链路的长度，如增加光纤长度，以实现在不同发射点的时间一致，这样的方法原始、花费大，而且调节精度不高。另一种则是在宽带信号产生前，用外部标准时钟(如GPS接收设备)为基准，对不同的频道通过特定的设备(如激励器、单频网适配器等)，分别进行延时调整。这种方法大幅度增加了系统工程造价和设备数量，降低了系统运行的可靠性，从而增加了运行成本。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号200910114612，数字电视单频网适配器及其宽带网络系统，提出了一种在网络的不同节点进行宽带射频上时延调整的方法。该技术将射频信号通过一次或多次变频到低中频(IF)，通过高速模数转换后送到数字信号处理器完成延时，再高速数模转换后变频到射频信号输出。然而该技术存在以下问题：1，采用一次或者多次变频的方式，结构复杂，相位噪声差，将恶化信号质量；2，用通带范围为0-160MHz的低通滤波器去滤除频点中心可变、带宽为40MHz的宽带信号，滤波后信号质量无法得到很好的保证，尤其是射频宽带信号频率不连续的情况下，工作的频道的信号质量将受到邻频道噪声的严重干扰。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种多频道射频信号适配系统，结构简单，相位噪声指标好；射频延时设置精度可精确至0.025微秒，射频延时设定范围可到秒级，多个频道工作独立，并可以设置任一频道独立开闭。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：自动增益控制模块、直接变频模块、数字模拟转换模块、时钟控制模块和数字信号处理器，其中：自动增益控制模块接收射频信号并进行输入信号增益稳定控制后输出恒定增益的射频信号至直接变频模块进行下变频，直接变频模块输出基带模拟信号至数字模拟转换模块进行模数转换后输出基带数字信号至数字信号处理器，数字信号处理器对各频道进行独立时延和信号优化处理后输出优化数字信号至数字模拟转换模块进行数模转换，数字模拟转换模块输出优化模拟信号至直接变频模块进行上变频和功放处理，并输出优化后的射频信号，时钟控制模块分别与直接变频模块和数字信号处理器相连并出工作时钟和参考时钟。

所述的直接变频模块包括：直接上变频单元、功放单元和直接下变频单元，其中：直接下变频单元的输入端和输出端分别与自动增益控制模块和数字模拟转换模块相连，直接上变频单元的输入端和输出端分别与数字模拟转换模块和功放单元相连，功放单元输出优化后的射频信号，直接上变频单元和直接下变频单元的控制端均与时钟控制模块相连。

所述的数字模拟转换模块包括：模数转换器和数模转换器，其中：模数转换器的输入端和输出端分别与直接变频模块和数字信号处理器相连，数模转换器的输入端和输出端分别与数字信号处理器和直接变频模块相连。

所述的时钟控制模块包括：本地时钟发生器、本振生成单元和控制单元，其中：本地时钟发生器的输出端分别与本振生成单元、数字信号处理器和控制单元相连并输出工作时钟，本振生成单元接收控制单元和本地时钟发生器输出的控制指令和本地时钟信号并输出参考时钟至直接变频模块，控制单元与数字信号处理器相连并输出含有片选、时延和幅度因子的优化指令。

所述的数字信号处理器由分路器、N条并行且独立控制的信号处理支路以及合路器组成，其中：分路器接收数字模拟转换模块输出的基带数字信号并输出N路幅度、内容完全一致的基带信号至N个信号处理支路，合路器将N个信号处理支路处理后的数字信号合成一路优化数字信号并输出至数字模拟转换模块，N的个数为大于1的自然常数。

所述的信号处理支路由依次串联的频谱上搬移器、频道开关、延迟单元、功率调整单元、信号优化单元、频谱下搬移器以及与延迟单元相连的数据存储单元组成，其中：频道开关、延迟单元、功率调整单元和信号优化单元分别与控制单元相连并接收含有片选、时延和幅度因子的优化指令，频谱上搬移器接收分路器输出的基带信号并将该基带信号的中心频率搬移到零频处(基带)，频谱下搬移器将信号优化单元输出的单频道的频谱的中心频率，从零频搬移回原频率点。

本发明的优点在于：通过直接变频实现频率变化，其结构简单，相位噪声指标好；由于采用捷变频，直接变频到基带后以复信号格式进入数字信号处理器，降低了对模数、数模转换器采样频率的要求，从而节省成本，降低功耗，减少散热；射频延时设置精度高(可精确至0.025微秒)，射频延时设定范围大(最多可到秒级)，无论精度和时间长度只受限于数字信号处理器的精度和数据存储单元的长度，设置简单，扩展方便；可实现对多频道射频信号各频道的独立功率、延时设置和信号优化等设置，大大降低了对宽带发射设备的一致性要求，具有极大的实用性与可操作性；各频道工作独立，即可同时支持全频道工作，也可设置任何一个或多个频道(无需相邻)工作。支持任一频道独立开闭功能(自动或者手动)。当输入射频信号频率不连续的情况下，各频道独立开闭有助于避免闲置频道对工作频道造成不必要的邻频干扰和噪声干扰。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为数字信号处理器结构示意图。

图3为实施例中数字信号处理器接收的多频道信号频谱示意图。

图4为实施例中经第一次频谱搬移后各频道指路信号频谱示意图。

图5为实施例中数字信号处理器内第一频道支路处理流程图。

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。

实施例

如图1所示，本实施例包括：自动增益控制模块、直接变频模块、数字模拟转换模块、时钟控制模块和数字信号处理器，其中：自动增益控制模块接收射频信号并进行输入信号增益稳定控制后输出恒定增益的射频信号至直接变频模块进行下变频，直接变频模块输出基带模拟信号至数字模拟转换模块进行模数转换后输出基带数字信号至数字信号处理器，数字信号处理器对各频道进行独立时延和信号优化处理后输出优化数字信号至数字模拟转换模块进行数模转换，数字模拟转换模块输出优化模拟信号至直接变频模块进行上变频和功放处理，并输出优化后的射频信号，时钟控制模块分别与直接变频模块和数字信号处理器相连并出工作时钟和参考时钟。

所述的自动增益控制模块采用数字自动增益控制器或模拟自动增益控制电路实现，用于在输入的射频信号电平变化时，稳定送到后级处理模块的信号电平。

所述的直接变频模块包括：直接上变频单元、功放单元和直接下变频单元，其中：直接下变频单元的输入端和输出端分别与自动增益控制模块和数字模拟转换模块相连，直接下变频单元的输入端和输出端分别与数字模拟转换模块和功放单元相连，功放单元输出优化后的射频信号，直接上变频单元和直接下变频单元的控制端均与时钟控制模块相连。

所述的直接上变频单元和直接下变频单元均采用直接变频器，如捷变频器实现，其本振信号来自时钟控制模块中的本振生成单元。

所述的功放单元用于将完成数字信号处理以及变频后的信号进行功率放大并最终输出所需的射频信号。功放单元可通过控制模块经过数字信号处理器对输出功率进行控制，也可通过数字信号处理器自行完成输出自动增益控制，以保证在气压、温度等环境参数变化时功率预设的输出功率保持恒定。

所述的模数转换器和数模转换器分别为同时支持I、Q两路的双DAC和双ADC器件，例如(但不仅限于)当其采样时钟为40MHz即可处理高达4频道、带宽为32MHz的射频信号。

所述的控制单元采用串行通信接口、网络接口或者按键控制接口实现包含时延、功率和控制开关的控制指令的设置。

所述的本地时钟发生器通过OCXO、TCXO、VCXO等各种类型的晶体振荡器实现，用来提供工作时钟，以及本振生成模块提供参考时钟。

所述的本振生成单元通过含有射频锁相环的模拟器件实现，用于接收本地时钟作参考时钟，同时接收控制模块的控制信号，通过锁相环生成所需要的射频本振信号，送到直接变频模块用以实现直接变频。

如图2所示，所述的数字信号处理器由分路器、N条并行且独立控制的信号处理支路以及合路器组成，其中：分路器接收数字模拟转换模块输出的基带数字信号并输出N路幅度、内容完全一致的基带信号至N个信号处理支路，合路器将N个信号处理支路处理后的数字信号合成一路优化数字信号并输出至数字模拟转换模块，N的个数为大于1的自然常数。

所述的分路器和合路器分别通过寄存器和加法器得以实现。

所述的频谱上搬移器内置低通滤波器以实现滤除邻频和噪声的功能，该低通滤波器的带宽大于等于频道带宽且为数字滤波器。

所述的频道开关，指的是一控制信号，当该控制信号为ON(打开)时，该支路的单频道的频谱直接通路到下级处理模块，当该控制信号为OFF(关闭)时，该支路的频谱输出将被屏蔽，不输出任何信号。

该控制信号的生成可以是由时钟控制模块中的控制模块，手动设置给出，也可以是通过数字信号处理自动辨别：如果当前支路不存在射频信号输入时，自动屏蔽该支路输出。设置频道开关的目的是在于使本发明装置得到灵活应用：可全频道工作，亦可选择任一个或多个频道(无需相邻)工作。当该频道未被使用时，屏蔽该频道输出，从而避免对工作的频道造成邻频干扰和噪声干扰。

所述的延迟单元将输入的基带数字信号进行时延处理并延迟时间Δt，延迟等待输出的数据存储于数据存储单元中，且延迟时间Δt来自时钟控制模块输出的优化指令。

所述的功率调整单元由乘法器和幅度因子生成模块组成。其作用在于将输入的基带数字信号乘以一个幅度因子，从而实现对各支路的功率调整，有助于在实际中在各频道功率不一致时对信号幅度进行微调从而保证各频道信号幅度基本一致。

所述的幅度因子生成模块可接收来自时钟控制模块的优化指令，也可以通过绝对值求和或者求平方和，计算出当前频率支路的信号幅度及功率，从而通过各通道比较及归一化操作，生成当前通道的幅度因子。

所述的信号优化单元将输入的基带数字信号进行频谱重整形处理，具体为线性度改善处理以及带内平坦度改善等处理。

本装置工作过程如下，以四频道为例示意。

1.四频道射频信号输入本装置，经过自动增益控制模块，保证射频输入信号电平恒定，后送到直接下变频单元变频到基带，并经过模数转换器后以基带多频道数字信号形式送到数字信号处理器，信号频谱如图3所示；

2.数字信号处理模块接收基带多频道数字信号，经过分路器，分成四路信号内容、幅度、延迟等完全一致的基带数字信号。因各支路的内容完全一致，现以第一频道支路为例描述后续操作如下：

a)分路器送来的基带多频道数字信号，先经过第一频道的频谱上搬移器，完成将第一频道的频率中心搬到零频(基带)，如图4(a)所示。其余各路信号频谱变化见图4(b)、(c)和(d)(仅以四频道为例说明)；

b)搬移后的频谱，经过第一频道的开关，决定是否关闭该频道。如不关闭，则信号直通到第一频道的延迟单元；

c)第一频道延迟单元接收来自控制模块的延迟信息Δt，并通过数据存储单元缓存数据信号以实现该特定时间(Δt)延迟。该模块同时接收旁路控制信号，如需旁路则信号直接通过，不作任何延迟；

d)延迟单元的输出送到功率调整单元，根据时钟控制模块的优化指令，或者通过数字信号处理器中计算出的各频道的幅度或功率差异，产生幅度因子，完成微调。该模块同时接收旁路控制信号，如需旁路则信号不作任何功率调整，延迟与功率调整单元处理时延(记为T_P)相等的固定时间(T_P)后直通输出；

e)功率调整单元输出送到信号优化单元，同样根据控制模块的控制信号，或者通过数字信号处理器中计算出的当前频道的信号特征，从而完成有助于改善信号质量的数字信号处理操作，如线性度改善以及带内平坦度改善等操作。该模块也同时接收旁路控制信号，如需旁路则信号不作任何信号优化。信号延迟与正常信号优化单元处理时延(记为T_C)相等的固定时间(T_C)后直通输出；

f)信号优化后，通过第一频道的频谱下搬移器，将第一频道的频谱的中心频率由零频(基带)搬移到原先的频率(如左一频道)；

g)信号完成上述操作后的送到合路器，与其余各路信号重新合成多频道基带数字信号后输出至数模转换器。

3.处理后四频道射频信号经过数模转换器后送到直接上变频单元变频到所需要的射频频率上，经过功放单元后输出

数字信号处理(以单频道为例)流程图如图5所示。

传统方法上通过光纤延时，首先延时范围小，如需延时秒级将需要300,000,000米光纤，这将是不可能实现的；其次光纤线路实现延时灵活度差，无法在光纤链路发生变化的情况下，随意、反复、多次设置延迟量；再有光纤物理占有空间大，经济成本高，应用诸多不便。对比本发明，首先采用直接变频(捷变频)技术完成频率变化，结构简单，相位噪声性能好。其次，通过数字信号处理器中的延迟模块，用数字的方式完成射频延时，延时精度高(可精确至0.025微秒)，延时范围广(可达到秒级)。再有，在完成射频延时的同时，还可以进一步通过数字信号处理器的优化模块，实现如线性度改善以及带内平坦度改善等操作，进一步提高了射频信号质量。在已有平台上测试本发明装置，其射频性能可达到多通道带外杂散小于主信号55分贝，带内未使用通道邻频干扰小于40分贝，带内平坦度小于±0.5分贝，调制误差率(MER)性能优异，能很好的满足广播的实际需求。

Claims

1.一种多频道射频信号适配系统，其特征在于，包括：自动增益控制模块、直接变频模块、数字模拟转换模块、时钟控制模块和数字信号处理器，其中：自动增益控制模块接收射频信号并进行输入信号增益稳定控制后输出恒定增益的射频信号至直接变频模块进行下变频，直接变频模块输出基带模拟信号至数字模拟转换模块进行模数转换后输出基带数字信号至数字信号处理器，数字信号处理器对各频道进行独立时延和信号优化处理后输出优化数字信号至数字模拟转换模块进行数模转换，数字模拟转换模块输出优化模拟信号至直接变频模块进行上变频和功放处理，并输出优化后的射频信号，时钟控制模块分别与直接变频模块和数字信号处理器相连并出工作时钟和参考时钟。

2.根据权利要求1所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的数字信号处理器由分路器、N条并行且独立控制的信号处理支路以及合路器组成，其中：分路器接收数字模拟转换模块输出的基带数字信号并输出N路幅度、内容完全一致的基带信号至N个信号处理支路，合路器将N个信号处理支路处理后的数字信号合成一路优化数字信号并输出至数字模拟转换模块，N的个数为大于1的自然常数。

3.根据权利要求2所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的信号处理支路由依次串联的频谱上搬移器、频道开关、延迟单元、功率调整单元、信号优化单元、频谱下搬移器以及与延迟单元相连的数据存储单元组成，其中：频道开关、延迟单元、功率调整单元和信号优化单元分别与控制单元相连并接收含有片选、时延和幅度因子的优化指令，频谱上搬移器接收分路器输出的基带信号并将该基带信号的中心频率搬移到零频处，频谱下搬移器将信号优化单元输出的单频道的频谱的中心频率，从零频搬移回原频率点。

4.根据权利要求2所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的频谱上搬移器内置低通滤波器以实现滤除邻频和噪声的功能，该低通滤波器的带宽大于等于频道带宽且为数字滤波器。

5.根据权利要求2所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的延迟单元将输入的基带数字信号进行时延处理并延迟时间Δt，延迟等待输出的数据存储于数据存储单元中，且延迟时间Δt来自时钟控制模块输出的优化指令或手动设置。

6.根据权利要求1所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的直接变频模块包括：直接上变频单元、功放单元和直接下变频单元，其中：直接下变频单元的输入端和输出端分别与自动增益控制模块和数字模拟转换模块相连，直接上变频单元的输入端和输出端分别与数字模拟转换模块和功放单元相连，功放单元输出优化后的射频信号，直接上变频单元和直接下变频单元的控制端均与时钟控制模块相连。

7.根据权利要求1所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的数字模拟转换模块包括：模数转换器和数模转换器，其中：模数转换器的输入端和输出端分别与直接变频模块和数字信号处理器相连，数模转换器的输入端和输出端分别与数字信号处理器和直接变频模块相连。

8.根据权利要求1所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的时钟控制模块包括：本地时钟发生器、本振生成单元和控制单元，其中：本地时钟发生器的输出端分别与本振生成单元、数字信号处理器和控制单元相连并输出工作时钟，本振生成单元接收控制单元和本地时钟发生器输出的控制指令和本地时钟信号并输出参考时钟至直接变频模块，控制单元与数字信号处理器相连并输出含有片选、时延和幅度因子的优化指令。

9.根据权利要求8所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的控制单元采用串行通信接口、网络接口或者按键控制接口实现包含时延、功率和控制开关的控制指令的设置。

10.根据权利要求8所述的多频道射频信号适配系统，其特征是，所述的本振生成单元通过含有射频锁相环的模拟器件实现，用于接收本地时钟作参考时钟，同时接收控制模块的控制信号，通过锁相环生成所需要的射频本振信号，送到直接变频模块用以实现直接变频。