CN104038236B - 基于极化结构发射机的频率处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子通信领域，公开了一种基于极化结构发射机的频率处理装置及方法。本发明中，相频转换器将相位信号转换成频率信号；频率调整器比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，并在当前频率信号的幅度值大于预设门限值时，输出幅度值为预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一频率信号，否则，输出当前频率信号；第一数模转换器将频率信号转换为第一模拟信号，并由压控振荡器生成振荡信号；其中，补偿信号的幅度值为当前频率信号的幅度值与预设门限值的差，累加补偿信号后的频率信号为当前频率信号。这样，限制频率信号的幅度，减少了数模转换器的位数，降低了数模转换器的设计难度和发射机的成本，同时不影响系统的EVM和频谱形状。

Description

基于极化结构发射机的频率处理装置及方法

技术领域

本发明涉及电子通信领域，特别涉及基于极化结构发射机的频率处理装置及方法。

背景技术

在现有技术中，极化结构发射机的结构如图1所示，包含：基带信号发生器、调制器、正交极化转换器、幅度支路、频率支路、功率放大器101与天线102；基带信号发生器用于产生基带信号，其中，基带信号为原始信号；调制器对基带信号进行调制后输出同相信号(In-phase signal，简称I信号)与正交信号(Quadrature signal，简称Q信号)；正交极化转换器将I信号与Q信号转化为幅度信号与相位信号，并分别输出至幅度支路和频率支路；其中，幅度信号与相位信号均为数字信号；幅度支路内置的第二数模转换器将幅度信号转换为第二模拟信号并输出至功率放大器101；频率支路将相位信号转化的频率信号处理后输出至功率放大器101；功率放大器101对接收的信号进行放大并输出至天线；天线将功率放大器输出的信号发射出去。

其中，频率支路包含：相频转换器、第一数模转换器与压控振荡器103。相频转换器用于对相位信号进行差分并生成频率信号；第一数模转换器用于将频率信号转换为第一模拟信号并输出至压控振荡器103；压控振荡器103用于将接收的第一模拟信号生成振荡信号，并输出至功率放大器101。

相位信号的差分代表频率信号，频率信号的大小为压控振荡器(Voltage-controlled oscillator，简称VCO)的输入范围。对于QPSK(4相移键控)、DQPSK(差分4相移键控)、8PSK(8相移键控)、D8PSK(差分8相移键控)等非恒包络调制系统，过采样数据的星座图存在过零点以及零点附近的情况，导致相位有很大跳变，此时瞬时的频率值比较大，这就要求VCO的输入频率范围比较大。

但是，在保持频率分辨率一定的前提下，VCO频率控制范围越大，需要的DAC(Digital to analog converter，数字模拟转换器)的位数越大，会增加成本和DAC的设计难度。而直接对频率支路限幅的方法会恶化发射信号的EVM(Error Vector Magnitude，误差向量幅度)和频谱特性。

例如，对于D8PSK信号，星座图存在过零点，此时相位变化很快，频率信号的峰峰值较大，对于频率支路的DAC(即第一数模转换器)，需要的位宽为

其中，表示上取整函数，大于等于框内数据的最小整数；公式后面的加1，表示DAC的符号位；log2表示以2为底取对数；max表示取最大值，abs表示取绝对值，freq表示频率信号；f_resolution为频率分辨率；bit为比特；N为自然数，表示频率支路的DAC的位宽。可以看到，当频率分辨率f_resolution一定的前提下，频率信号的模值的最大值越大，需要的DAC的位宽也越大。DAC的位宽变大，会增加成本和设计难度。

同时，对于D8PSK调制信号，如图2所示，频率分量的分布大多集中于0附近，有少数点的幅度很大。简单地使用限幅器会影响信号发射系统最后的EVM等指标，也会影响频谱形状。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于极化结构发射机的频率处理装置及方法，可以对频率信号的幅度进行限制，减少了数模转换器的位数，降低了数模转换器的设计难度和发射机的成本，同时不影响信号发射系统的误差向量幅度和频谱形状。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种基于极化结构发射机的频率处理装置，包含：相频转换器、第一数模转换器与压控振荡器；所述相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号；所述第一数模转换器将所述频率信号转换为第一模拟信号；所述压控振荡器将所述第一模拟信号生成所述振荡信号；还包含频率调整器；

所述频率调整器串联在所述相频转换器与所述第一数模转换器之间，用于比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，并在所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值时，输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号；在所述当前频率信号的幅度值小于或者等于所述预设门限值时，输出所述当前频率信号；

其中，所述补偿信号的幅度值为所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值的差值，累加所述补偿信号后的频率信号为当前频率信号。

本发明的实施方式还提供了一种基于极化结构发射机的频率处理方法，包含以下步骤：

由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号；

由第一数模转换器将所述频率信号转换为第一模拟信号；

由所述压控振荡器将所述第一模拟信号生成所述振荡信号；

在所述由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号的步骤之后、所述由第一数模转换器将所述频率信号转换为第一模拟信号的步骤之前，包含以下步骤：

由频率调整器比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，若所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值，则输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号；若所述当前频率信号的幅度值小于或者等于所述预设门限值，则输出所述当前频率信号；

其中，所述补偿信号的幅度值为所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值的差值，累加所述补偿信号后的频率信号为当前频率信号。

本发明实施方式相对于现有技术而言，是在相频转换器与第一数模转换器之间串联频率调整器，用于在当前频率信号的幅度值大于预设门限值时，输出幅度值为预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号；而在当前频率信号的幅度值小于或者等于预设门限值时，则输出当前频率信号；其中，补偿信号的幅度值为当前频率信号的幅度值与预设门限值的差值；这样，不但使得输出的频率信号的幅度得到了限制，减少了数模转换器的位数，降低了数模转换器的设计难度和发射机的成本；同时使得超出预设门限范围的频率差值在后续的采样点得到了补偿，不影响信号发射系统的误差向量幅度(EVM)和频谱形状。

另外，所述频率调整器包含：比较器、逻辑控制器与加法器；所述比较器用于比较所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值；所述逻辑控制器用于根据比较结果，在所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值时，输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成所述补偿信号；所述加法器将所述补偿信号的幅度值累加到下一个频率信号的幅度值上。

通过比较器、逻辑控制器与加法器组成的频率调整器，电路简单，易于实现，降低了频率调整器的设计成本，而且，控制逻辑简单，实用性强。

另外，还包含外部控制单元；所述外部控制单元用于设置所述预设门限值。可以根据不同的信号发射系统和应用，通过外部控制单元灵活设置预设门限值，增加了本发明应用的灵活性，实用性强。

附图说明

图1是根据现有技术中的极化结构发射机的结构示意图；

图2是根据现有技术中的相频转换器输出的频率信号的示意图；

图3是根据本发明第一实施方式的基于极化结构发射机的频率处理装置的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式中的频率调整器的结构示意图；

图5是根据本发明第二实施方式中的freq2信号的示意图；

图6是根据本发明第三实施方式的基于极化结构发射机的频率处理方法的流程图；

图7是根据本发明第四实施方式的基于极化结构发射机的频率处理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种基于极化结构发射机的频率处理装置，具体如图3所示，包含：相频转换器、频率调整器、第一数模转换器与压控振荡器。

相频转换器对接收的相位信号进行差分运算，生成频率信号(freq1)，并输出至频率调整器。相频转换器是现有成熟的器件，保证了本实施方式的可行性。

本领域技术人员可以理解，频率调整器第一次处理的当前频率信号(f1)是幅度值为零的补偿信号与频率信号(freq1)的累加信号，也就是频率信号(freq1)。

频率调整器对当前频率信号(f1)的幅度值与预设门限值进行比较，并在当前频率信号(f1)的幅度值大于预设门限值时，输出幅度值为预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号；而在当前频率信号(f1)的幅度值小于或者等于预设门限值时，输出当前频率信号(f1)。其中，补偿信号的幅度值为当前频率信号(f1)的幅度值与预设门限值的差值，累加补偿信号后的频率信号更新为当前频率信号(f1)。为描述方便，我们将经频率调整器限幅后输出的频率信号记为freq2。

这样，不但使得输出的频率信号(freq2)的幅度得到了限制，减少了第一数模转换器的位数，降低了第一数模转换器的设计难度和发射机的成本；同时使得超出预设门限范围的频率差值在后续的采样点得到了补偿，不影响信号发射系统的误差向量幅度(EVM)和频谱形状。

另外，本实施方式中的基于极化结构发射机的频率处理装置还包含外部控制单元。上述的预设门限值可以根据不同的信号发射系统和应用，通过外部控制单元灵活进行设置，这样，增加了本发明应用的灵活性，实用性强。另外，上述的预设门限值也可以根据实际的系统，设定为固定值。在实际应用时，可根据情况进行选择。

第一数模转换器将经频率调整器限幅后的频率信号(freq2)转换为第一模拟信号。数模转换器是现有成熟的器件，保证了本实施方式的可行性。

压控振荡器将第一模拟信号生成振荡信号并输出。

与现有技术相比，是在相频转换器与第一数模转换器之间串联频率调整器，用于在当前频率信号的幅度值大于预设门限值时，输出幅度值为预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号；而在当前频率信号的幅度值小于或者等于预设门限值时，则输出当前频率信号；其中，补偿信号的幅度值为当前频率信号的幅度值与预设门限值的差值，累加补偿信号后的频率信号更新为当前频率信号；这样，不但使得输出的频率信号的幅度得到了限制，减少了数模转换器的位数，降低了数模转换器的设计难度和发射机的成本；同时使得超出预设门限范围的频率差值在后续的采样点得到了补偿，不影响信号发射系统的误差向量幅度(EVM)和频谱形状。

本发明的第二实施方式涉及一种基于极化结构发射机的频率处理装置。第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步细化，给出了频率调整器的具体结构，如图4所示。在本发明第二实施方式中，频率调整器电路简单，易于实现，降低了频率调整器的设计成本，而且，控制逻辑简单，实用性强。

在本实施方式中，频率调整器包含：比较器、逻辑控制器与加法器。

比较器用于比较当前频率信号(f1)的幅度值与预设门限值。具体地说，比较器的输入端输入两路信号，一路为当前频率信号(f1)，另一路为参考信号(R)，其中，参考信号(R)的幅度值为预设门限值(R)。比较器比较两路信号的幅度值，并将比较结果输出至逻辑控制器。

逻辑控制器用于根据比较结果，在当前频率信号(f1)的幅度值大于预设门限值(R)时，输出幅度值为预设门限值的频率信号(freq2)，同时生成补偿信号(Comp)输出至加法器。

加法器将补偿信号(Comp)的幅度值累加到下一个频率信号(freq1)的幅度值上。具体地说，加法器在接收到下一个频率信号(freq1)时，将从逻辑控制器中获得补偿信号(Comp)的幅度值，将其与接收到的频率信号(freq1)的幅度值相加，输出幅度值累加后的频率信号(f1)至比较器与逻辑控制器。加法器是现有成熟的器件，保证了本实施方式的可行性。

上面介绍了频率调整器的具体结构及工作过程，下面对逻辑控制器的控制逻辑进行详细地介绍。

加法器输入的频率信号(freq1)与本地的补偿信号(Comp)相加，和为f1信号，并输出至比较器与逻辑控制器，其中，f1为

f1＝freq1+Comp，

逻辑控制器的控制逻辑为

当经加法器累加后输出的频率信号(f1)的幅度值超出[-R+R]的范围时，逻辑控制器输出幅度值为R或者-R的频率信号(freq2)，并生成补偿信号(Comp)，其中，补偿信号(Comp)为频率信号(f1)和参考信号(R)的差，在下一个freq1数据到来的时候和freq1数据相加。这样使得超出[-R+R]的频率值差值在后续的采样点得到了补偿。图5为经过频率调整之后的freq2信号的示意图。可以看到，频率信号(freq2)的幅度得到了限制，控制在[-R+R]之内，同时在超出预设门限范围的采样点的后续值中补偿差值。

综上可知，通过比较器、逻辑控制器与加法器组成的频率调整器，电路简单，易于实现，降低了频率调整器的设计成本，而且，控制逻辑简单，易于推广，实用性强。

此外，需要说明的是，在本实施方式中，为描述方便，信号与其幅度值使用同一符号表示，并不存在指代不清楚的问题。

本发明第三实施方式涉及一种基于极化结构发射机的频率处理方法，如图6所示，包含以下步骤：

步骤601，通过外部控制单元设置预设门限值。其中，可以根据不同的信号发射系统和应用，灵活进行设置预设门限值；对于实际的信号发射系统，预设门限值也可以为固定值。

步骤602，由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号(freq1)。

步骤603，由频率调整器比较当前频率信号(f1)的幅度值与预设门限值(R)。

步骤604，判断当前频率信号(f1)的幅度值是否大于预设门限值(R)。若是，则执行步骤605，若否，则执行步骤606。

步骤605，输出幅度值为预设门限值的频率信号(freq2)，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号(freq1)。

步骤606，输出当前频率信号(freq2)。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

本发明第四实施方式涉及一种基于极化结构发射机的频率处理方法。第四实施方式在第三实施方式的基础上作了进一步细化，给出了对频率信号进行限幅的具体步骤，具体如图7所示。

具体地说，在本发明第四实施方式中，包含以下步骤：

步骤701，通过外部控制单元设置预设门限值。本步骤与第三实施方式中的步骤601相似，在此不再赘述。

步骤702，由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号。本步骤与第三实施方式中的步骤602相似，在此不再赘述。

步骤703，由频率调整器内置的比较器比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，并将比较结果输出至逻辑控制器。

步骤704，由逻辑控制器根据比较结果，判断当前频率信号的幅度值是否大于预设门限值。若是，则执行步骤705，若否，则执行步骤706。

步骤705，输出幅度值为预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号由加法器将补偿信号累加到下一个频率信号上，也就是，由加法器将补偿信号的幅度值累加到下一个频率信号的幅度值上。

步骤706，输出当前频率信号。

由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于极化结构发射机的频率处理装置，包含：相频转换器、第一数模转换器与压控振荡器；所述相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号；所述第一数模转换器将所述频率信号转换为第一模拟信号；所述压控振荡器将所述第一模拟信号生成所述振荡信号；其特征在于，还包含频率调整器；

所述频率调整器串联在所述相频转换器与所述第一数模转换器之间，用于比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，并在所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值时，输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号，累加所述补偿信号后的频率信号为当前频率信号；在所述当前频率信号的幅度值小于或者等于所述预设门限值时，输出所述当前频率信号；

其中，所述补偿信号的幅度值为所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值的差值。

2.根据权利要求1所述的基于极化结构发射机的频率处理装置，其特征在于，所述频率调整器包含：比较器、逻辑控制器与加法器；

所述比较器用于比较所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值；

所述逻辑控制器用于根据比较结果，在所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值时，输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成所述补偿信号；

所述加法器将所述补偿信号的幅度值累加到下一个频率信号的幅度值上。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的基于极化结构发射机的频率处理装置，其特征在于，还包含外部控制单元；

所述外部控制单元用于设置所述预设门限值。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的基于极化结构发射机的频率处理装置，其特征在于，所述预设门限值为固定值。

5.一种基于极化结构发射机的频率处理方法，包含以下步骤：

由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号；

由第一数模转换器将所述频率信号转换为第一模拟信号；

由压控振荡器将所述第一模拟信号生成所述振荡信号；

其特征在于，在所述由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号的步骤之后、所述由第一数模转换器将所述频率信号转换为第一模拟信号的步骤之前，包含以下步骤：

由频率调整器比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，若所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值，则输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号，累加所述补偿信号后的频率信号为当前频率信号；若所述当前频率信号的幅度值小于或者等于所述预设门限值，则输出所述当前频率信号；

其中，所述补偿信号的幅度值为所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值的差值。

6.根据权利要求5所述的基于极化结构发射机的频率处理方法，其特征在于，在所述由频率调整器比较当前频率信号的幅度值与预设门限值，若所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值，则输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成补偿信号累加到下一个频率信号，若所述当前频率信号的幅度值小于或者等于所述预设门限值，则输出所述当前频率信号的步骤中，包含以下子步骤：

由所述频率调整器内置的比较器比较所述当前频率信号的幅度值与所述预设门限值；

由逻辑控制器根据比较结果，若所述当前频率信号的幅度值大于所述预设门限值，则输出幅度值为所述预设门限值的频率信号，同时生成所述补偿信号；

由加法器将所述补偿信号的幅度值累加到下一个频率信号的幅度值上。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的基于极化结构发射机的频率处理方法，其特征在于，在所述由相频转换器对相位信号进行差分并生成频率信号的步骤之前，包含以下步骤：

通过外部控制单元设置所述预设门限值。

8.根据权利要求5至6中任一项所述的基于极化结构发射机的频率处理方法，其特征在于，所述预设门限值为固定值。