CN102420608A

CN102420608A - 一种odu频率源发生方法

Info

Publication number: CN102420608A
Application number: CN201110386885XA
Authority: CN
Inventors: 万正洋
Original assignee: Wuhan Fingu Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Fingu Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: CN102420608B

Abstract

本发明公开了一种ODU频率源发生方法，步骤为：石英晶体振荡器输出两路削峰正弦波时钟信号，将一路削峰正弦波时钟信号进行小数N分频合成处理，然后进行调频处理得到本振信号，对本振信号进行耦合处理，耦合处理中的耦合通路信号接入发射中频混频器；耦合处理中的主通路信号进行功率分配处理，分配出的两路信号分别进行倍频处理；一路倍频处理后的信号接入微波发射混频器；另一路倍频处理后的信号接入微波接收混频器；将另一路削峰正弦波时钟信号进行整数N分频合成处理，滤除整数N分频处理后信号的谐波，然后进行放大处理，得到下变频本振信号；将下变频本振信号接入接收中频混频器。本发明减少了所需设计的频率源数量，提高了ODU频率源设计的效率。

Description

一种ODU频率源发生方法

技术领域

本发明涉及移动通信中射频技术设计领域，具体涉及一种ODU(Outdoor Unit，数字微波收发信机)频率源的发生方法。

技术背景

在无线通信系统中，微波通信随着移动和数据通信的发展，移动覆盖和数据传输这两大需求逐渐成为对PDH(PlesiochronousDigital Hierarchy，准同步数字系列)与SDH(Synchronous DigitalHierarchy，同步数字系列)微波新的要求。就频段的使用而言，逐渐由原使用的5GHz～11GHz频段向13GHz～38GHz频段发展，以进一步拓展频谱资源。就设备的结构而言，逐步摒弃了传统的室内一体机的设计结构，发展成为现有的体积更小且拆移简易的收发信机在室外(ODU)、调制解调和基带接口在室内(IDU)的分体式结构。适应于大跨距及跨湖跨海传输断面的无线数据传输。

数字微波收发信机主要提供与IDU(Indoor Uint数字微波室内单元)通信的中频数字调制信号和射频信号的相互转换功能。包括发射机、接收机、频率源、功率检测和上报、OOK(On-Off Keying，二进制启闭键控)调制解调等单元模块。

传统的ODU系统频率源，如图1所示，采用三个PLL(PhaseLocked Loop，简称锁相环)环路进行频率源设计，其频率架构设计为：

TX_IF指发射中频，在ODU系统中现要求为350MHz；

RX_IF指接收中频，在ODU系统中现要求为140MHz；

TX_RF指微波发射频率；RX_RF为微波接收频率；这两个频率受特定的系统和频率间隔确定，在ODU系统中，往往是一对ODU组成一套收发系统，即一套ODU中有一台的微波频率为低发高收，有一台的微波频率为高发低收。

对于发射链路，发射中频第一次上变频为TX_IF和第一个频率源LO1进行上变频，混频后的频率为TX_F+LO1，第二次上变频则将频率直接混频到微波发射频率，一般采用IC倍频器件(图1中为两个2倍频)对第二个频率LO2源进行倍频，采用4倍频的方式将第二次混频的本振频率倍频到4LO2，则二次混频后的频率为：TX_IF+LO1+4*LO2＝TX_RF；

对于接收链路，倍频后的本振信号与发射链路共用，第一次下变频的频率应为：RX_RF-4*LO2，经过一系列放大和滤波后进行第二次下变频，这时采用的是第三个频率源信号进行下变频，混频合的信号为：RX_RF-4*LO2-LO3＝RX_IF接收中频；

ODU频率源需设计LO1、LO2和LO3三个小数分频的频率源，针对系统对频率调节步进要求，在进行频率设置时，三个环路设计的频率源均需要改变，对三个频率源的相噪设计要求较高，在系统中所产生的频率杂散信号将更加丰富，产品调试中，部件或整机杂散调试较为困难。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种ODU频率源发生方法，该方法能减少设计所需基本频率源数量，方便各种频率的设置。

为实现此目的，本发明所设计的一种ODU频率源发生方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1)控制石英晶体振荡器输出两路时钟信号；

将一路时钟信号进行如下处理：

步骤1.2)将所述一路时钟信号进行小数N分频合成处理；

步骤1.3)将所述步骤1.2)中的小数N分频合成处理后的信号进行调频处理得到本振信号LO1；

步骤1.4)所述本振信号LO1进行耦合处理，耦合处理中的耦合通路信号接入ODU的发射中频混频器；

步骤1.5)耦合处理中的主通路信号进行功率分配处理，分配出的两路信号分别进行倍频处理；

步骤1.6)所述步骤1.5)中一路倍频处理后的信号接入ODU的微波发射混频器；所述步骤1.5)中另一路倍频处理后的信号接入ODU的微波接收混频器；

将另一路时钟信号进行如下处理：

步骤2.1)将石英晶体振荡器输出的另一路时钟信号进行整数N分频合成处理；

在步骤2.1)后进行步骤2.2)滤除所述整数N分频处理后所产生信号的谐波，然后进行放大处理，得到下变频本振信号LO2；

所述步骤2.2)完成后进行步骤2.3)将下变频本振信号LO2接入ODU的接收中频混频器。

所述步骤1.5)中，功率分配处理，分配出的两路信号分别进行六倍频和七倍频处理，所述六倍频处理后的信号接入ODU的微波发射混频器，将七倍频处理后的信号接入ODU的微波接收混频器。

所述步骤1.4)中的本振信号LO1，进入耦合度为3～20dB的耦合器内进行耦合处理。

所述步骤1)中，时钟信号的相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-139dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-151dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-152dBc/Hz；所述步骤1.3)中，所述调频处理过程中相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-74dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-110dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-133dBc/Hz；所述步骤2.2)中，下变频本振信号LO2的相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-45dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-76dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-100dBc/Hz；

所述步骤1.3)和步骤1.4)之间还包括步骤1.31)对本振信号LO1进行放大处理，放大处理后的本振信号LO1进入步骤1.4)进行耦合处理。

所述步骤1)中，所述时钟信号的频率稳定度范围为-0.5ppm～0.5ppm，所述时钟信号的长期频率稳定度范围为-1ppm～1ppm。

所述步骤1)中所述石英晶体振荡器输出的每路时钟信号的频率范围为15～20MHZ；

所述步骤2.2)中放大处理后的信号进行再次滤除谐波处理，并隔离可变本振串扰的信号，使输出信号强度满足ODU的接收中频混频器的要求，同时抑制干扰频率。

所述步骤1.2)中将一路时钟信号经过小数N分频频率合成器进行小数N分频合成处理，所述小数N分频频率合成器的型号为ADF4153；所述步骤2.1)中将石英晶体振荡器输出的另一路时钟信号通过整数N分频频率合成器进行整数N分频合成处理，所述整数N分频频率合成器的型号为ADF4360。

所述时钟信号为削峰正弦波时钟信号；所述步骤1.3)将小数N分频合成处理后的信号通过压控振荡器调频处理得到本振信号LO1。

本发明减少了所需设计的频率源数量，采用两个频率源设计，一个为小数N分频的频率源，一个为整数N分频的频率源，针对系统对频率调节步进要求，在进行频率设置时，只需调整小数N分频的频率源即可，提高了ODU频率源设计的效率，另外，本发明还实现了对同一ODU系统频率规划下的各个不同T/R间隔子系统的兼容。

附图说明

图1现有技术的原理框图。

图2为根据本发明的方法设计的频率源的原理框图。

图3为根据本发明的方法设计的频率源使用状态的原理框图。

图1和3中，ODU的发射中频混频器的输入端依次设置有滤波器、衰减器、放大器、检波器，ODU的发射中频混频器和ODU的微波发射混频器之间设有滤波器和放大器，ODU的微波发射混频器输出端依次设置滤波器、放大器、衰减器、放大器、检波器；ODU的微波接收混频器输入端设置滤波放大单元，微波接收混频器和ODU的接收中频混频器之间设置滤波、放大、衰减单元，ODU的接收中频混频器的输出端依次设置射频开关、滤波器、射频开关、放大器和AGC放大器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图2～3所示的一种ODU频率源发生方法，它包括如下步骤：

步骤1)控制石英晶体振荡器输出两路削峰正弦波时钟信号；

将一路削峰正弦波时钟信号进行如下处理：

步骤1.2)将所述一路削峰正弦波时钟信号进行小数N分频合成处理；

步骤1.3)将所述步骤1.2)中的小数N分频合成处理后的信号进行调频处理得到本振信号LO1，调频处理过程中相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-74dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-110dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-133dBc/Hz；上述相位噪声的要求保证了信号的质量。

将另一路削峰正弦波时钟信号进行如下处理：

步骤2.1)将石英晶体振荡器输出的另一路削峰正弦波时钟信号进行整数N分频合成处理；

上述技术方案中，所述步骤1.5)中，功率分配处理，分配出的两路信号分别进行六倍频和七倍频处理，六倍频处理后的信号接入ODU的微波发射混频器，将七倍频处理后的信号接入ODU的微波接收混频器。

上述技术方案中，步骤1.4)中的本振信号LO1，进入耦合度为3～20dB的耦合器内进行耦合处理。根据本振信号LO1的功率大小与ODU的发射中频混频器本振所要求的功率大小的差值选择适合的耦合器。

上述技术方案中，所述步骤1)中，削峰正弦波时钟信号的相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-139dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-151dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-152dBc/Hz；所述步骤2.2)中，下变频本振信号LO2的相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-45dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-76dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-100dBc/Hz；上述相位噪声的要求保证了信号的质量。

上述技术方案中，步骤1.3)和步骤1.4)之间还包括步骤1.31)对本振信号LO1进行放大处理，放大处理后的本振信号LO1进入步骤1.4)进行耦合处理。

上述技术方案中，削峰正弦波时钟信号的频率稳定度范围为-0.5ppm～0.5ppm，削峰正弦波时钟信号的长期频率稳定度范围为-1ppm～1ppm。

上述技术方案中，所述石英晶体振荡器输出的每路削峰正弦波时钟信号的频率范围为15～20MHZ；

上述技术方案中，步骤2.2)中放大处理后的信号进行再次滤除谐波处理，并隔离可变本振串扰的信号，使输出信号强度满足ODU的接收中频混频器的要求，同时抑制干扰频率。

上述技术方案中，步骤1.2)中将一路削峰正弦波时钟信号经过小数N分频频率合成器进行小数N分频合成处理，所述小数N分频频率合成器的型号为ADF4153；所述步骤2.1)中将石英晶体振荡器输出的另一路削峰正弦波时钟信号通过整数N分频频率合成器进行整数N分频合成处理，整数N分频频率合成器的型号为ADF4360。

上述技术方案中，步骤1.3)将小数N分频合成处理后的信号通过压控振荡器调频处理得到本振信号LO1。

上述技术方案中，整数N分频频率合成器ADF4360为一款内置VCO的可编程锁相环芯片，设计为接收链路的固定本振，本电路设计中利用其内部的参考分频器(R分频器)、可编程分频器(N分频器)、鉴相器、电流泵和告警电路等完成频综的分频、鉴相和告警等功能。固定本振的频率是490MHz+TR间隔，当ODU型号选定后该频率就不再更改，因此尽可能的选用比较大的鉴相频率降低相位噪声。该芯片允许的最大鉴相频率是8MHz，同时鉴相频率必须是输出频率和参考振荡源的公约数。

上述技术方案中，小数N分频频率合成器ADF4153设计为可变本振，提供给发射链路两次上变频和接收链路第一次下变频的本振频率源。设计中利用其内部的参考分频器(R分频器)、可编程分频器(INT+FRAC/MOD分频器)、鉴相器、电流泵和告警电路等完成频综的分频、鉴相和告警等功能。因为发射机步进为250kHz，所以要求本振步进为250/7kHz。当输入频率大于2GHz时，前置分频比只能选择8/9，这时N最小值为91。为了获得较好的相位噪声，选择R＝1。为了满足最小步进要求，20000/MOD必须为250/7的约数。

上述技术方案中，压控振荡器VCO是本振设计的关键部件，它在很大程度上决定了本振频率源的噪声性能，锁相环对环路带宽以外的VCO噪声无抑制。

根据上述方法设计的ODU频率源，包括石英晶体振荡器TCXO、小数N分频频率合成器、压控振荡器VCO、整数N分频合成器，耦合器、功率分配器、6倍频倍频器和7倍频倍频器，其中，石英晶体振荡器TCXO输出两路削峰正弦波时钟信号，一路削峰正弦波时钟信号依次经过小数N分频合成器和压控振荡器VCO后输出本振信号LO1，另一路震荡信号通过整数N分频频率合成器输出下变频本振信号LO2，下变频本振信号LO2经过滤波放大单元后接入ODU的接收中频混频器。压控振荡器VCO输出的本振信号LO1经过放大器信号放大后接入耦合器。耦合器的耦合通路连接ODU的发射中频混频器；耦合器的主通路接入功率分配器的输入端，功率分配器输出的一路信号经过6倍频倍频器后接入ODU的微波发射混频器，功率分配器输出的另一路信号经过7倍频倍频器后接入ODU的微波接收混频器。

本发明的原理为：对于发射链路，本振信号LO1进行放大处理后进入耦合器，耦合器耦合通路输出的信号到ODU的发射中频混频器，用于发射中频TX_IF到微波发射频率TX_RF的第一次上变频，混频后的信号频率为：LO1±TX_IF；本振信号LO1经由放大器、耦合器主通路、功分器、6倍频器后的频率信号为6LO1，连接ODU的微波发射混频器，ODU的发射中频混频器的输出频率信号经由ODU的微波发射混频器进行二次上变频后的信号频率为LO1±TX_IF+6*LO 1，该频率信号即为微波发射频率TX_RF，发射链路的频率变换关系为：LO1±TX_IF+6*LO1＝TX_RF。

对于接收链路，RX_RF微波接收频率经由滤波、放大单元后连接到ODU的微波接收混频器，本振信号LO1经由放大器、耦合器主通路、功分器、7倍频器后的频率信号为7LO1，接入ODU的微波接收混频器的LO输入端，经ODU的微波接收混频器后的信号为RX_RF-7*LO1，经过滤波器、放大器和衰减器等组成的AGC电路后到达ODU的接收中频混频器，下变频本振信号LO2经由滤波、放大单元后连接到ODU的接收中频混频器的LO端，ODU的接收中频混频器下变频后的信号为LO2±(RX RF-7*LO1)，该频率信号即为接收中频RX_IF，经由射频开关和滤波器组成的带宽选择电路、放大器和AGC电路后输出，接收链路的频率变换关系为：LO2±(RX_RF-7*LO1)＝RX_IF。

本发明在设计的ODU系统在工作过程中，工作的频率变换由LO1的频率变换完成，由于LO2是固定频率，系统工作中的收发频率变换可以保持同步。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种ODU频率源发生方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1)控制石英晶体振荡器输出两路时钟信号；

将一路时钟信号进行如下处理：

步骤1.2)将所述一路时钟信号进行小数N分频合成处理；

将另一路时钟信号进行如下处理：

2.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1.5)中，功率分配处理，分配出的两路信号分别进行六倍频和七倍频处理，所述六倍频处理后的信号接入ODU的微波发射混频器，将七倍频处理后的信号接入ODU的微波接收混频器。

3.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1.4)中的本振信号LO1，进入耦合度为3～20dB的耦合器内进行耦合处理。

4.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1)中，时钟信号的相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-139dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-151dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-152dBc/Hz；所述步骤1.3)中，所述调频处理过程中相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-74dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-110dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-133dBc/Hz；所述步骤2.2)中，下变频本振信号LO2的相位噪声要求是，当偏置频率为1KHZ时，相位噪声≤-45dBc/Hz，当偏置频率为10KHZ时，相位噪声≤-76dBc/Hz，当偏置频率为100KHz时，相位噪声≤-100dBc/Hz；

5.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1.3)和步骤1.4)之间还包括步骤1.31)对本振信号LO1进行放大处理，放大处理后的本振信号LO1进入步骤1.4)进行耦合处理。

6.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述时钟信号的频率稳定度范围为-0.5ppm～0.5ppm，所述时钟信号的长期频率稳定度范围为-1ppm～1ppm。

7.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1)中所述石英晶体振荡器输出的每路时钟信号的频率范围为15～20MHZ；

8.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤2.2)中放大处理后的信号进行再次滤除谐波处理，并隔离可变本振串扰的信号，使输出信号强度满足ODU的接收中频混频器的要求，同时抑制干扰频率。

9.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述步骤1.2)中将一路时钟信号经过小数N分频频率合成器进行小数N分频合成处理，所述小数N分频频率合成器的型号为ADF4153；所述步骤2.1)中将石英晶体振荡器输出的另一路时钟信号通过整数N分频频率合成器进行整数N分频合成处理，所述整数N分频频率合成器的型号为ADF4360。

10.根据权利要求1所述的ODU频率源发生方法，其特征在于：所述时钟信号为削峰正弦波时钟信号；所述步骤1.3)将小数N分频合成处理后的信号通过压控振荡器调频处理得到本振信号LO1。