CN103633997A - TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置。其中装置包括：取样环、取样器模块、直接数字合成模块、本振发生模块、参考分配电路；其中，取样环，用于为取样器提供207MHz～236MHz的取样本振信号，对输入射频频率进行取样；取样器模块，为取样环和本振发生模块的中间结合模块，用于执行频率取样，频谱搬移；直接数字合成模块，用于实现整个本振的频率分辨率，执行小数分频；本振发生模块，选用经济型宽带VCO，覆盖5.0GHz～10.0GHz频段；参考分配电路，用于通过各种分频和倍频电路，给频率合成的各个模块提供频率参考。解决相关技术中综测仪的频段、分辨率和频率合成输出频率较低的问题。

Description

TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置

技术领域

本发明涉及TD-LTE-Advanced终端射频一致性测试应用领域，特别是涉及一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置。

背景技术

具有自主知识产权的TD-LTE-A（Time Division-Long Term EvolutionAdvanced），已成为IMT-A（International Mobile Telecommunications）国际标准之一，与TD-LTE相比，它更具技术优势。在对移动通信终端产品的各种检测和验证中，对终端的射频及射频一致性测试是关键的一环，以检验终端产品是否符合射频测试规范的要求。

3GPP TS36.521定义了TD-LTE-A的终端全部测试用例，同TD-LTE相比，TD-LTE-A除要求终端射频一致性测试设备输出频率分辨率1Hz，输出EVM小于3%外，频率范围扩展到4GHz，射频直至中频带宽拓展到100MHz。从超外差理论来看，中频大带宽要求混频采取高中频方案，即本振输出的最高频率在减去射频频率后仍高于射频，这就要求合成本振装置在保证1Hz高分辨率的同时，还要进行上限频率的扩展。

本振的相位噪声是制约TD-LTE-A发射机和接收机的关键性指标，在TD-LTE-A综测仪中，本振的相位噪声指标直接影响EVM、误码率等测试结果。本振的分辨率决定了信号接收和发射的频率分辨率。

针对相关技术中综测仪的频段、分辨率和频率合成输出频率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中综测仪的频段、分辨率和频率合成输出频率较低的问题，本发明提供了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，用以解决上述技术问题。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，该装置包括：取样环、取样器模块、直接数字合成模块、本振发生模块、参考分配电路；其中，上述取样环，用于为取样器提供207MHz～236MHz的取样本振信号，对输入射频频率进行取样；上述取样器模块，为上述取样环和上述本振发生模块的中间结合模块，用于执行频率取样，频谱搬移；上述直接数字合成模块，用于实现整个本振的频率分辨率，执行小数分频；上述本振发生模块，选用经济型宽带VCO，覆盖5.0GHz～10.0GHz频段；其中，上述本振发生模块输出频率的指标建立在多环拟合的基础上，其100Hz～1kHz之间的相噪指标由参考晶体保证，1kHz～3kHz之间的相噪指标由上述直接数字合成模块保证，3kHz～10kHz之间的相噪指标由上述取样环保证，100kHz以远的相噪指标由VCO远端保证；上述参考分配电路，用于通过各种分频和倍频电路，给频率合成的各个模块提供频率参考。

优选地，上述本振发生模块包括：鉴相器，用于接收取样中频和直接数字合成（DDS）电路的两路信号进行比相，利用多阶环路参数的优化拟合及带宽选择，控制宽带VCO，调试输出杂散和相噪指标性能。

优选地，上述装置还包括：FPGA控制电路，用于执行上述装置中各个模块的逻辑控制。

优选地，上述取样环包括：取样环电路单元，用于根据锁相环的调试方法，在确保200MHz、400MHz存在的前提下，通过调试程序用FPGA对集成鉴相器进行送数控制，用射频点测电缆结合频谱仪测量取样环输出；其中，频率值应符合对应的分频比：F_VCO=200MHz+(400MHz/N)；改变分频比，在207MHz～236MHz范围内验证取样环，在整个频段范围内锁定，执行取样环调试操作。

优选地，上述取样环的带宽为100～300Hz。

优选地，上述取样器模块包括：取样器电路单元，用于在上述取样环的调试操作执行完成后，配合外加信号源调试取样器电路，在取样器的射频端接信号源输入，设置信号源幅度为0dBm，设置来自取样环的取样本振信号的幅度高于17dBm，用点测电缆结合频谱仪观察取样器的中频输出。

优选地，上述本振发生模块执行主锁相环调试操作，主锁相环的输出即为上述装置的输出频率，范围5.0GHz～10.5GHz，VCO输出幅度-6dBm，耦合器后输出幅度-12dBm，放大器后输出幅度为5dBm。

优选地，上述参考分配电路由不同分频器和倍频器组合而成，为上述装置的各个频率合成单元提供所需的参考信号。

优选地，在扫描过程中，不改变取样振荡器的频率，频率扫描操作由上述直接数字合成模块完成；在所有的频点上，主VCO环的积分保持一致方向。

通过本发明，提供了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，该装置包括：取样环、取样器模块、直接数字合成模块、本振发生模块、参考分配电路，通过以上各个模块的协同操作，解决了相关技术中综测仪的频段、分辨率和频率合成输出频率较低的问题，本发明的技术方案采用经济型的VCO代替昂贵的YTO，用经济型的贴片取样器代替贵重的微波取样器，设计出经济适用且具有高频段、高纯度的多环本振装置，频段达到5～10GHz，频率分辨率达到1Hz，用于TD-LTE-A综测仪中，使接收和发射设备本身的频段、EVM和误码率远高于3GPP要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置的结构框图；

图2是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置的操作原理示意图；

图3是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置在载波10GHz，偏离载波1kHz时相位噪声测量结果的示意图；

图4是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置在载波10GHz，偏离载波10kHz时相位噪声测量结果的示意图；

图5是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置在载波10GHz，偏离载波100kHz时相位噪声测量结果的示意图。

具体实施方式

为了解决相关技术中综测仪的频段、分辨率和频率合成较低的问题，本发明提供了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本实施例提供了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，图1是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置的结构框图，如图1所示，该装置包括：取样环10、取样器模块20、直接数字合成模块30、本振发生模块40和参考分配电路50。下面对该结构进行详细介绍。

取样环10，用于为取样器提供207MHz～236MHz的取样本振信号，对输入射频频率进行取样；

取样器模块20，为取样环和本振发生模块的中间结合模块，用于执行频率取样，频谱搬移；

直接数字合成模块30，用于实现整个本振的频率分辨率，执行小数分频；

本振发生模块40，选用经济型宽带VCO，覆盖5.0GHz～10.0GHz频段；其中，本振发生模块输出频率的指标建立在多环拟合的基础上，其100Hz～1kHz之间的相噪指标由参考晶体保证，1kHz～3kHz之间的相噪指标由直接数字合成模块保证，3kHz～10kHz之间的相噪指标由取样环保证，100kHz以远的相噪指标由VCO远端保证；

参考分配电路50，用于通过各种分频和倍频电路，给频率合成的各个模块提供频率参考。

通过上述装置，提供了一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，该装置包括：取样环、取样器模块、直接数字合成模块、本振发生模块、参考分配电路，通过以上各个模块的协同操作，解决了相关技术中综测仪的频段、分辨率和频率合成输出频率较低的问题，本发明的技术方案设计出经济适用且具有高频段、高纯度的多环本振装置，产生了高频段、高分辨率、高纯度的本振合成信号，频段达到5～10GHz，频率分辨率达到1Hz，用于TD-LTE-A综测仪中，使接收和发射设备本身的频段、EVM和误码率远高于3GPP要求。

下面对TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置进行详细介绍。

TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置设计的本振模块产生5.0GHz～10.0GHz,0dBm的本振信号输出，是TD-LTE-A综测仪中的核心模块，其功能块包括：取样环、取样器模块、直接数字合成（DDS）模块、本振发生模块、参考分配电路等。具体功能描述如下：

（1）取样环为取样器提供207MHz～236MHz的取样本振信号，对输入射频频率进行取样，取样环对提高整个本振的相噪起到至关重要的作用。取样环的指标依赖于高参考、整数分频、高性能窄带VCO等三方面因素来保证。

（2）取样器模块是本振发生模块和取样环的结合点，实现频率取样，完成频谱搬移，由于取样环相噪指标极高，从而避免了一般倍频带来的相噪大幅度恶化。中频放大和滤波电路放大中频信号，滤除前端泄露的射频和本振频率。

（3）直接数字合成（DDS）电路实现整个本振的精细的频率分辨率，起到小数分频的作用，保证实现较高的频率分辨率（1Hz）。FPGA控制电路完成整个模块的逻辑控制。

（4）本振发生模块选用经济型宽带VCO，覆盖5.0GHz～10.0GHz频段，本振发生模块输出频率的指标是建立在多环拟合的基础上，其100Hz～1kHz之间的相噪指标由参考晶体保证，1kHz～3kHz之间的相噪指标由直接数字合成（DDS）电路保证，3kHz～10kHz之间的相噪指标取样环保证，100kHz以远的相噪指标由VCO远端保证。

本振发生模块中的鉴相器接收取样中频和直接数字合成（DDS）电路的两路信号进行比相，利用多阶环路参数的优化拟合及带宽选择，控制宽带VCO，调试出理想的输出杂散和相噪指标性能。

（5）参考分配电路通过各种分频和倍频电路，给频率合成的各个模块提供高稳定的频率参考。

频率合成技术始终是射频设计方面的关键技术之一，高频段、高分辨率、高纯度的频率合成是实现TD-LTE-A终端综测仪向更高波段、更高带宽发展的关键。本发明实施例根据TD-LTE-A终端射频一致性测试设备的要求，利用多环结构设计的一种高频段、高分辨率、高纯度的TD-LTE-A信号发生和接收机中的本振装置。保证了TD-LTE-A综测仪的输入/输出频率范围和射频带宽指标满足3GPP要求，同理，该装置也可用于其他的频率合成场合，具有较强的通用性。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。图2是根据本发明实施例的TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置的操作原理示意图，如图2所示，具体按如下步骤进行：

（1）取样环电路单元：取样环为取样器提供207MHz～236MHz的取样本振信号，取样环为集成鉴相器控制的频率垫枕结构，根据锁相环的调试方法，在确保200MHz、400MHz参考的存在的前提下，通过调试程序用FPGA对集成鉴相器进行数控制（送数参看ADF4002的真值表），用射频点测电缆结合频谱仪测量取样环输出，其频率值应符合对应的分频比：F_VCO=200MHz+(400MHz/N)。改变分频比，在207MHz～236MHz范围内验证取样环，由此可以推断N的取值在11～57之间。只有在整个频段范围内锁定。取样环调试完成。取样环的带宽设计的非常窄（100～300Hz），来保证环路的杂散和噪声指标。

基于上述介绍，本实施例提供了一种优选实施方式，即取样环包括：取样环电路单元，用于根据锁相环的调试方法，在确保200MHz、400MHz存在的前提下，通过调试程序用FPGA对集成鉴相器进行送数控制，用射频点测电缆结合频谱仪测量取样环输出；其中，频率值应符合对应的分频比：F_VCO=200MHz+(400MHz/N)；改变分频比，在207MHz～236MHz范围内验证取样环，在整个频段范围内锁定，执行取样环调试操作。所述取样环的带宽为100～300Hz。

（2）取样器电路单元：取样环调试完成后，可配合外加信号源调试取样器电路，在取样器的射频端接信号源输入，设置信号源幅度为0dBm，来自取样环的取样本振信号的幅度应高于17dBm，用点测电缆结合频谱仪观察取样器的中频输出。

基于上述介绍，本实施例提供了一种优选实施方式，即取样器模块包括：取样器电路单元，用于在所述取样环的调试操作执行完成后，配合外加信号源调试取样器电路，在取样器的射频端接信号源输入，设置信号源幅度为0dBm，设置来自取样环的取样本振信号的幅度高于17dBm，用点测电缆结合频谱仪观察取样器的中频输出。

下面首先讨论有关取样频率和取样输出中频（也是直接数字合成电路DDS的输出）频率的选取方法：在约定的主VCO输出频率情况下，需要对取样本振和取样中频（也即DDS输出频率）进行适当的选取，以获得最佳的主VCO输出性能。不同的设计方案，有不同的选取标准和方法。在本方案中，有以下原则需考虑：

1）有多个取样本振可供选择时，选取低的取样频率，可获得较好的相位噪声性能。（由于取样环内的分频效应，恶化了取样振荡器的相位噪声，减小分频比M可降低相位噪声）。

2）选取取样中频时，应避开直接数字合成电路DDS的输出杂散较大的频点，这需要对直接数字合成电路DDS的输出多做实验。

3）由于本方案仅应用在扫宽小于10MHz的情况下，因此在扫描过程中，应尽可能不改变取样振荡器的频率，频率扫描由直接数字合成电路完成。

4）在所有的频点上，主VCO环的积分应尽量一致方向，比如选择F_LO-N*F_SAMP=F_IF。当然，在某些频点上，可能不能完全覆盖，这时需要选取N*F_SAMP-F_LO=F_IF，但需要考虑是否存在错锁的可能。

具体选择取样本振和取样中频的步骤见下：

1）首先确定VCO输出频率为FLO，根据以下公式，确定所有可能的取样倍数

$N1=\mathrm{INT}\left(\frac{F_{\mathrm{LO}}-F_{\mathrm{HIF}}}{F_{\mathrm{HSAMP}}}\right),$ 为最小值

$N2=\mathrm{INT}\left(\frac{F_{\mathrm{LO}}+F_{\mathrm{HIF}}}{F_{\mathrm{LSAMP}}}\right)+1,$ 为最大值

举例：2500；5250

N1=INT[（2500-50）]/236=10，N2=INT[（2500+50）]/207+1=13

N1=INT[（5250-50）]/236=22，N2=INT[（2500+50）]/207+1=26

2）从N1到N2之间搜索所有可能的取样频率，对每个取样倍数，取样频率从207～236按5MHz步进，找出取样中频频率在选定的范围内的N和fs并列表。从表中按上面所述的原则，选择合适的取样本振频率Fs、取样倍数N和取样中频F_IF，取样中频F_IF也是直接数字合成（DDS）电路（相当于传统的小数环）需要输出的频率。

中频信号放大电路把取样中频放大到适合于鉴相的幅度范围，其幅度应达到0dBm。

取样器电路中另一通路是整数分频，不需要取样，用于本振大带宽扫描时的情况（带宽＞10MHz），在大扫宽时，不需要取样环工作，由直接数字合成（DDS）电路完成扫描。

（3）直接数字合成（DDS）单元：结合DDS输出公式：fout=(N/2³²)*fref，通过调试软件给DDS送数N，用射频点测电缆结合频谱仪测量DDS的输出频率。改变频率控制字N的范围，使DDS的频率覆盖从18MHz～50MHz，输出功率应该0dBm均匀变化。

直接数字合成输出信号指标的好坏直接关系到主信号的质量，他们的相噪传递关系是一种平移关系。要注意DDS芯片的中心接地点可靠和良好的接地，以及数字地和模拟地的合理分配等。

（4）本振发生模块：在以上各模块单元调试完成后，进入本振发生模块即主锁相环调试，主锁相环的输出即为本装置的输出频率，范围5.0GHz～10.5GHz，VCO输出幅度-6dBm，耦合器后输出幅度-12dBm，放大器后输出幅度为5dBm。

用调试程序送数，分别控制取样环和直接数字合成（DDS）单元的输出频率，这样来确定取样次数N，即可确定主VCO环频率F_VCO，

即F_VCO=N*F_SAMP+F_IF

每设置一组频率值后，用射频点测电缆结合频谱仪测量验证VCO的输出频率。同时可用射频点测电缆结合频谱仪测量验证取样环输出频率以及直接数字合成（DDS）单元的输出频率。应符合设置的要求。

在5GHz～10.5GHz范围内验证主锁相环，只有在整个频段范围内锁定。主锁相环调试完成。

基于上述介绍，本实施例提供了一种优选实施方式，即本振发生模块执行主锁相环调试操作，主锁相环的输出即为所述装置的输出频率，范围5.0GHz～10.5GHz，VCO输出幅度-6dBm，耦合器后输出幅度-12dBm，放大器后输出幅度为5dBm。

（5）参考分配电路由不同分频器和倍频器组合而成，为本装置的各个频率合成单元提供所需的参考信号。

基于上述介绍，本实施例提供了一种优选实施方式，即参考分配电路由不同分频器和倍频器组合而成，为所述装置的各个频率合成单元提供所需的参考信号。

在本实施例的扫描过程中，不改变取样振荡器的频率，频率扫描操作由所述直接数字合成模块完成；在所有的频点上，主VCO环的积分保持一致方向。

优选地，本振发生模块包括：鉴相器，用于接收取样中频和直接数字合成（DDS）电路的两路信号进行比相，利用多阶环路参数的优化拟合及带宽选择，控制宽带VCO，调试输出杂散和相噪指标性能。装置还包括：FPGA控制电路，用于执行所述装置中各个模块的逻辑控制。

下面通过优选实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

最能衡量一个频率合成装置水平的指标是单边带相位噪声。利用高性能的频谱分析仪对本装置的输出频率进行单边带相位噪声测试，选择本装置的输出频率为10GHz，因为该点是本装置的最高端，输出指标为本装置的最差指标，代表本装置的设计水平，如果选低端的输出频率点，测试指标会更好。

图3是根据本发明实施例的载波10GHz，偏离载波1kHz时相位噪声测量结果的示意图，如图3所示，测量偏离10GHz载波1kHz时的相噪，把频谱仪的扫描跨度SPAN设置为5kHz，选择频谱仪直接读取偏离载波1kHz时的相噪值，看到频谱仪右上角显示的测量值为偏离载波（X）1kHz，相噪测量值（Y）为-107.34dBc/Hz。

图4是根据本发明实施例的载波10GHz，偏离载波10kHz时相位噪声测量结果的示意图，如图4所示，测量偏离10GHz载波10kHz时的相噪，把频谱仪的扫描跨度SPAN设置为50kHz，选择频谱仪直接读取偏离载波10kHz时的相噪值，看到频谱仪右上角显示的测量值为偏离载波（X）10kHz，相噪测量值（Y）为-104.53dBc/Hz。

图5是根据本发明实施例的载波10GHz，偏离载波100kHz时相位噪声测量结果的示意图，如图5所示，测量偏离10GHz载波100kHz时的相噪，把频谱仪的扫描跨度SPAN设置为500kHz，选择频谱仪直接读取偏离载波100kHz时的相噪值，看到频谱仪右上角显示的测量值为偏离载波（X）100kHz，相噪测量值（Y）为-110.57dBc/Hz。由图3、图4、图5所示测试结果可知，本装置满足TD-LTE-Advanced测试仪本振的指标要求。

从以上的描述中可以看出，本发明设计一种应用于TD-LTE-Advanced测试仪中高频段、高分辨率、高纯度的射频本振环路和装置。本发明的技术方案设计出经济适用且具有高频段、高纯度的多环本振装置，产生了高频段、高分辨率、高纯度的本振合成信号，频段达到5～10GHz，频率分辨率达到1Hz，用于TD-LTE-A综测仪中，使接收和发射设备本身的频段、EVM和误码率远高于3GPP要求。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种TD-LTE-Advanced综测仪中合成本振装置，其特征在于，所述装置包括：取样环、取样器模块、直接数字合成模块、本振发生模块、参考分配电路；其中，

所述取样环，用于为取样器提供207MHz～236MHz的取样本振信号，对输入射频频率进行取样；

所述取样器模块，为所述取样环和所述本振发生模块的中间结合模块，用于执行频率取样，频谱搬移；

所述直接数字合成模块，用于实现整个本振的频率分辨率，执行小数分频；

所述本振发生模块，选用经济型宽带VCO，覆盖5.0GHz～10.0GHz频段；其中，所述本振发生模块输出频率的指标建立在多环拟合的基础上，其100Hz～1kHz之间的相噪指标由参考晶体保证，1kHz～3kHz之间的相噪指标由所述直接数字合成模块保证，3kHz～10kHz之间的相噪指标由所述取样环保证，100kHz以远的相噪指标由VCO远端保证；

所述参考分配电路，用于通过各种分频和倍频电路，给频率合成的各个模块提供频率参考。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本振发生模块包括：

鉴相器，用于接收取样中频和直接数字合成（DDS）电路的两路信号进行比相，利用多阶环路参数的优化拟合及带宽选择，控制宽带VCO，调试输出杂散和相噪指标性能。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

FPGA控制电路，用于执行所述装置中各个模块的逻辑控制。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取样环包括：

取样环电路单元，用于根据锁相环的调试方法，在确保200MHz、400MHz存在的前提下，通过调试程序用FPGA对集成鉴相器进行送数控制，用射频点测电缆结合频谱仪测量取样环输出；其中，频率值应符合对应的分频比：F_VCO=200MHz+(400MHz/N)；改变分频比，在207MHz～236MHz范围内验证取样环，在整个频段范围内锁定，执行取样环调试操作。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样环的带宽为100～300Hz。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取样器模块包括：

取样器电路单元，用于在所述取样环的调试操作执行完成后，配合外加信号源调试取样器电路，在取样器的射频端接信号源输入，设置信号源幅度为0dBm，设置来自取样环的取样本振信号的幅度高于17dBm，用点测电缆结合频谱仪观察取样器的中频输出。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述本振发生模块执行主锁相环调试操作，主锁相环的输出即为所述装置的输出频率，范围5.0GHz～10.5GHz，VCO输出幅度-6dBm，耦合器后输出幅度-12dBm，放大器后输出幅度为5dBm。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述参考分配电路由不同分频器和倍频器组合而成，为所述装置的各个频率合成单元提供所需的参考信号。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在扫描过程中，不改变取样振荡器的频率，频率扫描操作由所述直接数字合成模块完成；在所有的频点上，主VCO环的积分保持一致方向。

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