CN103546171B

CN103546171B - 射频信号调制方法、数字至射频转换器模块及射频发射器

Info

Publication number: CN103546171B
Application number: CN201310291283.5A
Authority: CN
Inventors: 王�华; 梁正柏
Original assignee: MediaTek Singapore Pte Ltd
Current assignee: MediaTek Singapore Pte Ltd
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-09-23
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: US20140015701A1; US8766838B2; CN103546171A

Abstract

本发明公开一种射频信号调制方法、数字至射频转换器模块以及射频发射器。射频信号调制方法，用于数字至射频转换器，包括：至少部分基于至少一个对应于将被调制的射频信号的带宽的参数以及参数组中的至少一个，决定所需的数字控制字切换频率值，所述参数组包括：至少一个对应于将被调制的所述射频信号的射频信道频率的参数，以及至少一个对应于将被调制的所述射频信号的功率电平的参数；根据所需的数字控制字切换频率值动态地配置至少一个数字控制模块以输出至少一个数字控制字信号；以及根据至少一个数字控制模块输出的所述至少一个数字控制字信号调制所述射频信号。本发明所公开的射频信号调制方法，可以减少应用敏感频段中DAC图像的存在。

Description

射频信号调制方法、数字至射频转换器模块及射频发射器

技术领域

本发明有关于射频（radio frequency，RF）信号调制方法及装置，特别是有关于在数字至射频转换器（digital-to-RF converter，图示中简写为DRFC）中的射频信号调制方法、数字至射频转换器模块及射频发射器。

背景技术

深亚微米（deep sub-micron）互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS）工艺的快速发展，以及数字至射频发射器的高效率，使得数字至射频发射器结构变得越来越流行。然而，使用数字至射频发射器结构的一个关键问题是，用来控制数字至射频发射器结构内的任何模拟块（analogue block）的数字码字（digital code-word），在数字码字逻辑的时钟频率下及其谐波（harmonic）下，引入所谓的数模转换器（Digital to AnalogueConverter，DAC）图像。这些DAC图像可能违反监管要求（regulatoryrequirement），例如联邦通信委员会（Federal Communications Commission，FCC）的要求，以及某些设备共存（in-device co-existence）的要求，例如功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）的要求等。

可通过应用于DAC采样保持的辛克函数（sinc function）来抑制这些DAC图像，以去掉（notch out）这些DAC图像。然而，使用辛克函数仅对窄带系统有利，但并不适合宽带系统。

一种更传统的抑制DAC图像的方法为采用额外的模拟带通滤波，凭此DAC图像通过数字至射频发射器输出处的模拟滤波器后被减弱（attenuated）。然而，对于终端设备而言，这种射频滤波器会产生额外的成本，并且会给传输路径带来带通损耗。对于宽带系统来说，采用这样的射频滤波器的成本是非常昂贵的。

因此，有必要寻求一种有效的并且成本较低的解决方法，以解决数字至射频发射器结构中的DAC图像的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种射频信号调制方法、数字至射频转换器模块及射频发射器。

依据本发明一实施方式，提供一种射频信号调制方法，用于数字至射频转换器，包括：至少部分基于至少一个对应于将被调制的射频信号的带宽的参数以及参数组中的至少一个，决定所需的数字控制字切换频率值，其中，所述参数组包括：至少一个对应于将被调制的所述射频信号的射频信道频率的参数，以及至少一个对应于将被调制的所述射频信号的功率电平的参数；根据所需的所述数字控制字切换频率值动态地配置至少一个数字控制模块以输出至少一个数字控制字信号；以及根据所述至少一个数字控制模块输出的所述至少一个数字控制字信号调制所述射频信号。

依据本发明另一实施方式，提供一种数字至射频转换模块，所述数字至射频转换器模块包括：时钟频率决定模块，至少部分基于至少一个对应于将被调制的所述射频信号的带宽的参数以及参数组中的至少一个，决定所需的数字控制字切换频率值，其中，所述参数组包括：至少一个对应于将被调制的所述射频信号的射频信道频率的参数，以及至少一个对应于将被调制的所述射频信号的功率电平的参数；数字控制模块，根据所需的所述数字控制字切换频率值动态地配置至少一个数字控制模块以输出至少一个数字控制字信号，以及数字至射频转换器，根据所述至少一个数字控制模块输出的所述至少一个数字控制字信号调制所述射频信号。

依据本发明又一实施方式，提供一种射频发射器，包括数字至射频转换模组，所述数字至射频转换器模块包括：时钟频率决定模块，至少部分基于至少一个对应于将被调制的所述射频信号的带宽的参数以及参数组中的至少一个，决定所需的数字控制字切换频率值，其中，所述参数组包括：至少一个对应于将被调制的所述射频信号的射频信道频率的参数，以及至少一个对应于将被调制的所述射频信号的功率电平的参数；至少一个数字控制模块，根据所需的所述数字控制字切换频率值动态地配置，以输出至少一个数字控制字信号，以及数字至射频转换器，根据所述至少一个数字控制模块输出的所述至少一个数字控制字信号调制所述射频信号。

本发明所提供的射频信号调制方法、数字至射频转换器模块及射频发射器，可以减少应用敏感频段中DAC图像的存在。

对于已经阅读后续由各附图及内容所显示的较佳实施方式的本领域的技术人员来说，本发明的各目的是明显的。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的数字至射频转换器的简要示意图。

图2为根据本发明第一实施例的数字至射频发射器结构的简要示意图。

图3为根据本发明一实施例的数字至射频转换器模块的简要示意图。

图4为根据本发明的射频调制信号的功率谱密度（power spectral density，PSD）曲线的简要示意图。

图5为根据本发明在数字至射频转换器中的射频信号的调制方法的流程图。

图6-8为根据本发明的数字至射频发射器结构的替代实施例的示意图。

具体实施方式

在权利要求书及说明书中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本权利要求书及说明书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在权利要求书及说明书中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包括任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表所述第一装置可直接电连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电连接至所述第二装置。

现在，将详细说明本发明的优选实施方式，在附图中示出了这些实施方式的示例。虽然将结合这些优选实施方式描述本发明，但是应当理解的是，这些实施方式并非将本发明限于这些实施方式。相反，本发明旨在覆盖由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围包括在内的替代形式、修改形式和等价形式。另外，在以下对本发明的具体描述中，由于本发明所揭示的实施例中的大部分组成是用本领域技术人员熟知的电子元件与电路来实施的，下文将不对这些部分作比必要理解更进一步的说明，以便更好地明白和理解本发明的基本概念，并且不会对本发明的教导产生混淆或偏差。

请参照图1，图1为根据本发明一实施例的数字至射频转换器100的简要示意图，数字至射频转换器100用于调制射频信号。数字至射频转换器100接收射频信号，并根据接收到的数字控制字信号120对接收到的射频信号进行调制，并相应地输出调制射频信号130，在本实施例中，射频信号包括恒包络射频信号（constant envelope RF signal）110。

在一些实施例中，数字至射频转换器100可形成数字至射频发射器的一部分，如图2所示的数字至射频发射器200。图2所示的数字至射频发射器200在本申请人于2011年11月16日递交的申请号为13/298,282的共同未决美国专利申请以及相应的2011年04月21日递交的申请号61/477,684的美国临时申请中有描述。然而，简单地来说，图2所示的数字至射频发射器200包括一个复合（同相/正交）发射器，该发射器包括数字控制逻辑（也可表示为Mag & Sign Gen）210，数字控制逻辑用于接收数字调制信号220，在图2所示的实施例中，数字调制信号220包括同相调制分量IDPA_W和正交调制分量QDPA_W。数字控制逻辑210输出数字控制字信号120至数字至射频发射器200中的数字至射频转换器100，在本实施例中，数字控制字信号120包括同相控制字信号IDPA_W<11:0>和Sgn(IDPA_W)、以及正交控制字信号QDPA_W<11:0>和Sgn(QDPA_W)。数字至射频转换器100接收将被调制的射频信号，并输出调制射频信号130，在本实施例中，将被调制的射频信号包括由合成器230产生的恒包络射频信号110。在图2所示的实施例中，其中的I为同相，Q为正交，P为正（信号），N为负（信号），IP为同相正（信号），IN为同相负（信号），QP为正交正（信号），QN为正交负（信号）。

如上所述，使用数字至射频转换器结构的关键问题在于，用来控制数字至射频发射器结构中的任何模拟块的数字码字，在数字码字逻辑的时钟频率下及其谐波下，引入所谓的DAC图像。相应地，在本发明的一些实施例公开了对数字至射频转换器中的射频信号执行调制的方法，该方法包括：至少部分基于对应于将被调制的射频信号的带宽的至少一个参数以及参数组中的至少一个参数，来决定所需的数字控制字切换频率值，其中该参数组包括：对应于将被调制的射频信号的射频信道频率的至少一个参数、以及对应于将被调制的射频信号的功率电平（power level）的至少一个参数。该方法进一步还包括：根据所需的数字控制字切换频率值，动态地配置至少一个数字控制模块以输出至少一个数字控制字信号，以及根据至少一个数字控制模块输出的至少一个数字控制字信号调制射频信号。

如此一来，根据所需的数字控制字切换频率值动态地配置数字控制模块以输出数字控制字信号。其中，所需的数字控制字切换频率值不仅依据将被调制的射频信号的带宽，还依据对应于将被调制的射频信号的射频信道频率的至少一个参数，以及对应于将被调制的射频信号的功率电平的至少一个参数。数字控制字信号的切换频率可以被配置，以减少在应用敏感频段（application sensitivefrequency band）内引入的DAC图像，和/或将DAC图像引至这些应用敏感频段以外。由于DAC图像出现的频率与数字控制字信号的切换频率基本上直接相关，因此上述目标是可以实现的。

应用敏感频段可包括，例如，须遵守监管限制（例如，FCC限制）的频段。此外，或者作为一种选择，应用敏感频段还可以包括须遵守某些设备共存要求的频段。

图3为根据本发明一实施例的数字至射频转换器模块300的简要示意图。数字至转换器模块300可在集成电路装置中实施，集成电路装置，如图中所示的305，包括一个集成电路封装中的至少一个或多个裸晶（die）。数字至射频转换器模块300包括数字至射频转换器100，数字至射频转换器100用于接收射频信号，在本实施例中，射频信号包括恒包络射频信号110。数字至射频转换器100根据接收到的数字控制字信号120对接收到的恒包络射频信号110进行调制，并相应地输出调制射频信号130。

数字控制字信号120是数字控制模块310输出的。在本实施例中，数字控制模块310用于接收数字调制信号315，并根据接收到的数字调制信号315输出数字控制字信号120。数字控制模块310还用于接收时钟信号320，数字控制模块310中的至少一部分与时钟信号320是同步的，特别是输出的数字控制字信号120与时钟信号320是同步的。例如，数字控制模块310可用于根据接收到的时钟信号的每个上升沿和/或下降沿（rising and/or falling edge）、或者根据接收到的时钟信号的倍数和/或因数（multiples and/or divisions）更新数字控制字信号120。如此一来，数字控制字信号120的切换频率与时钟信号320的频率相关，并可通过时钟信号320的频率来控制。

数字控制模块310接收的时钟信号320是由时钟发生器组件（也可表示为“Clk发生器（Clk分频器）”）330提供的，例如，时钟发生器组件330包括时钟分频器，时钟分频器用于接收主时钟信号325，并分频主时钟信号325以产生时钟信号320，并输出至数字控制模块310。如图3所示的数字至射频转换器模块300还包括时钟频率决定模块340，时钟频率决定模块340用于决定数字控制字信号120的所需的切换频率值，并将决定的所需的切换频率值345提供给时钟发生器组件330。时钟发生器组件330进一步根据接收到的切换频率值345动态地配置时钟信号320的频率。如此一来，时钟发生器组件330用于动态地配置数字控制模块310以输出数字控制字信号120，数字控制字信号120包括与所需的数字控制字的切换频率值345一致的切换频率。

在本实施例中，时钟频率决定模块340用于接收对应于将被调制的射频信号的一个或多个参数350，并至少部分基于接收到的参数350决定所需的数字控制字切换频率值。例如，如图3所示的实施例中，时钟频率决定模块340可配置为根据接收到的参数350以从一个或多个查找表（lookup table，LUT）360中检索所需的数字控制字切换频率值。作为一种选择，时钟频率决定模块340也可配置为通过将接收到的参数350应用于数字控制字切换频率决定算法，以产生所需的数字控制字切换频率值。

在本发明的实施例中，时钟频率决定模块340所根据的用以决定所需的数字控制字切换频率值的参数350可包括任何合适的参数。例如，除了对应于将被调制的射频信号的带宽的至少一个参数以外，还可以包括以下的一个或多个参数：对应于将被调制的射频信号的射频信道频率的至少一个参数；和/或对应于将被调制的射频信号的功率电平的至少一个参数。如此一来，对于给定的信道频率（例如，5210MHz）、信号带宽（例如，80MHz）以及功率电平（例如，12dBm），所需的数字控制字切换频率可以被决定出，以达到一个足够高的切换频率，实现适当地射频信号调制，同时又可避免在应用敏感频段引入DAC图像。例如，所需的数字控制字切换频率可被决定为5210/3MHz的频率，这就是可以避免FCC限制频带的切换频率。

此外，或者作为一种选择，所需的数字控制字切换频率可被决定，以实现满足特定无线通信标准（例如，由无线移动通信的第三代合作项目（3GPP）制定的标准）的功率谱密度要求的功率谱密度曲线。

举例来说，图4为根据本发明的包含DAC图像的射频调制信号的功率谱密度曲线的简要曲线图，在所示实施例中，DAC图像与GPS频带的功率谱密度要求有关。更具体地，在图4所示的曲线图中，第一功率谱密度曲线410代表响应于数字控制字信号120进行调制所得的调制射频信号130的功率谱密度曲线，其中，数字控制字信号120的切换频率为fc/3，fc为调制射频信号130的载波频率。在本实施例中，第一功率密度曲线410中的尖峰代表调制射频信号130中的DAC图像，由于第一功率谱密度曲线410在对应的GPS频率位置430处高于所希望的掩模电平（mask level），因此不满足GPS频带的要求。图4所示的曲线图中还包括第二功率谱密度曲线420，第二功率谱密度曲线420代表响应于数字控制字信号120进行调制所得的调制射频信号130的功率谱密度曲线，其中，数字控制字信号120的切换频率为fc/2.5。与第一功率密度曲线410不同的是，调制射频信号130的功率谱密度曲线满足GPS频带的要求。因此，通过动态配置数字控制字信号210的切换频率，调制射频信号130的功率谱密度曲线可被处理为满足功率谱密度的要求。

通过借助使用数字控制字信号120来控制数字至射频转换器100中的模拟块，图3所示的数字至射频转换器模块300使能对引入至调制射频信号130中的DAC图像的操作。更具体地，通过动态地配置数字控制字信号120，使数字控制字信号120包括一个特定的数字控制字切换频率，那么，DAC图像可被处理为减少DAC图像出现在应用敏感频段中，和/或被处理为DAC图像被引至应用敏感频段之外。

更优地，通过以这种方式使能对DAC图像的操作，使监管和设备共存要求得以满足，随后抑制DAC图像的需要，例如采用额外的模拟带通滤波来抑制DAC图像的需要，可得到实质上的缓解，因此本发明提供了一种高效、低成本的适于宽带应用的解决方案。

请参照图5，图5为根据本发明的在数字至射频转换器中的射频信号的调制方法500的流程图，可以采用图3所示的数字至射频转换器模块300来实施该方法。该方法开始于步骤510，接着跳至步骤520，接收对应于将被调制的射频信号的一个或多个参数。接着，在步骤530中，决定所需的数字控制字切换频率值。在步骤540中，根据所需的数字控制字切换频率，配置提供至输出数字控制字信号的数字控制字逻辑的时钟信号。在步骤550中，根据所配置的数字控制字逻辑的时钟信号产生所述数字控制字信号。在步骤560中，根据产生的数字控制字信号调制所述射频信号。然后，该方法结束于步骤570。

如上所述，根据本发明的实施例的数字至射频转换器模块300可以实现为数字至射频发射器内的一部分，例如图2所示的数字至射频发射器。在图2所示的实施例中，数字至射频发射器200包括复合（同相/正交）发射器。然而，值得注意的是，作为一种选择，本发明也可以采用其他形式的数字至射频发射器结构。

例如，本发明的实施例可以采用另一复合（同相/正交）发射器来实现，例如，如图6所示的复合（同相/正交）射频DAC发射器结构。

作为另一种选择，本发明的实施例也可以采用数字极性（digital polar）或混合极性（hybrid polar）发射器结构，例如如图7所示的发射器结构。此外，本发明的实施例还可以采用使用非线性元件的线性放大（LInear amplification usingNon-linear Components，LINC）发射器结构，例如如图8所示的LINC发射器结构。

值得注意的是，本领域的技术人员应了解图6-8所揭示的是现有技术中常用的数字至射频发射器的结构。但这些数字至射频发射器都存在DAC图像的问题，并且都可以采用本发明所提出的方案来解决DAC图像的问题。因此，为简洁起见，在此不再详述图6-8的组成结构。

虽然上述各种数字至射频发射器结构已经揭露了本发明的多个实施例，但是这里所描述的概念同样适用于其他的结构。虽然本发明已以较佳实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。

上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化和修饰，均应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种射频信号调制方法，用于数字至射频转换器，其特征在于，所述射频信号调制方法包括：

基于至少一个对应于将被调制的射频信号的带宽的参数、至少一个对应于将被调制的所述射频信号的射频信道频率的参数以及至少一个对应于将被调制的所述射频信号的功率电平的参数，决定所需的数字控制字切换频率值；

根据所需的所述数字控制字切换频率值动态地配置至少一个数字控制模块以输出至少一个数字控制字信号；以及

根据所述至少一个数字控制模块输出的所述至少一个数字控制字信号调制所述射频信号。

2.如权利要求1所述的射频信号调制方法，其特征在于，进一步包括：

至少部分基于所需的所述数字控制字切换频率值为所述至少一个数字控制模块动态地配置时钟信号。

3.如权利要求1所述的射频信号调制方法，其特征在于，进一步包括：

根据至少一个所述参数从至少一个查找表中检索所需的所述数字控制字切换频率值。

4.如权利要求1所述的射频信号调制方法，其特征在于，进一步包括：

将至少一个所述参数应用于数字控制字切换频率决定算法，以产生所需的所述数字控制字切换频率值。

5.如权利要求1所述的射频信号调制方法，其特征在于，进一步包括：

对数字至射频转换器中的所述射频信号进行调制，其中，所述数字至射频转换器位于复合数字至射频发射器、数字极性发射器、混合极性发射器以及使用非线性元件的线性放大发射器的其中之一的内部。

6.一种数字至射频转换器模块，用于调制射频信号，其特征在于，所述数字至射频转换器模块包括：

时钟频率决定模块，基于至少一个对应于将被调制的所述射频信号的带宽的参数、至少一个对应于将被调制的所述射频信号的射频信道频率的参数以及至少一个对应于将被调制的所述射频信号的功率电平的参数，决定所需的数字控制字切换频率值；

数字控制模块，根据所需的所述数字控制字切换频率值动态地配置至少一个数字控制模块以输出至少一个数字控制字信号，以及

数字至射频转换器，根据所述至少一个数字控制模块输出的所述至少一个数字控制字信号调制所述射频信号。

7.如权利要求6所述的数字至射频转换器模块，其特征在于，所述数字至射频转换器模块可实施于集成电路装置中，所述集成电路装置包括一个集成电路封装中的至少一个裸晶。

8.一种射频发射器，包括数字至射频转换器模块，其特征在于，所述数字至射频转换器模块包括：

至少一个数字控制模块，根据所需的所述数字控制字切换频率值动态地配置所述至少一个数字控制模块，以输出至少一个数字控制字信号，以及

9.如权利要求8所述的射频发射器，其特征在于，所述数字至射频转换器模块还包括时钟发生器组件，所述时钟发生器组件至少部分基于所需的所述数字控制字切换频率值为所述至少一个数字控制模块动态地配置时钟信号。

10.如权利要求8所述的射频发射器，其特征在于，所述时钟频率决定模块更用于接收对应于将被调制的所述射频信号的至少一个所述参数。

11.如权利要求10所述的射频发射器，其特征在于，所述时钟频率决定模块更用于根据接收到的至少一个所述参数从至少一个查找表中检索所需的所述数字控制字切换频率值。

12.如权利要求10所述的射频发射器，其特征在于，所述时钟频率决定模块更用于将接收到的至少一个所述参数应用于数字控制字切换频率决定算法，以产生所需的所述数字控制字切换频率值。

13.如权利要求10所述的射频发射器，其特征在于，所述数字至射频转换器更用于调制复合数字至射频发射器、数字极性发射器、混合极性发射器以及使用非线性元件的线性放大发射器的其中之一的所述射频信号。