CN104954017B

CN104954017B - 一种lte空中接口监测仪的频率合成装置

Info

Publication number: CN104954017B
Application number: CN201510334377.5A
Authority: CN
Inventors: 陶长亚; 黄武; 赵润年; 杨政; 汤瑞
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CETC 41 Institute
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2035-06-12
Also published as: CN104954017A

Abstract

本发明公开了一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，包括参考分配电路，梳状波发生及开关滤波电路，混频滤波电路，鉴相参考电路，4000～8000MHz频率发生电路和FPGA控制电路。其中，参考分配电路的输出端、FPGA控制电路的输出端分别与梳状波发生及开关滤波电路、鉴相参考电路的输入端相连。梳状波发生及开关滤波电路的输出端与混频滤波电路的输入端相连，混频滤波电路的输出端、鉴相参考电路的输出端和FPGA控制电路的输出端分别与4000～8000MHz频率发生电路的输入端相连，4000～8000MHz频率发生电路的输出信号功分两路，一路与混频滤波电路的输入端相连，另一路输出给LTE空中接口监测仪。

Description

一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置

技术领域

本发明涉及LTE空中接口监测仪应用领域，具体是一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置。

背景技术

LTE系统中，空中接口是终端和基站之间的接口，是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的一个完全开放的接口。在对移动通信终端和系统产品的各种检测和验证中，LTE空中接口监测仪是其中关键的一环。依据3GPP R8、R9相关空口协议的内容要求，LTE空中接口监测仪主要对LTE空中接口的层一物理层、层二链路层和层三信令层的协议进行测试。

LTE系统采用OFDM/OFDMA、SC-FDMA多址方式，要求接收的OFDMA和SC-FDMA信号变频到中频时信噪比保持不变，同时要求20MHz带宽通信信号提供下行100Mb/s(5b/s/Hz)、上行50Mb/s(2.5b/s/Hz)数据高速传输以承载更多的语音、数据和多媒体业务。这就要求频率合成装置提供满足高分辨率、低相噪、低杂散、宽频带和高频率稳定度输出信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高分辨率、低相噪、低杂散、宽频带和高频率稳定度的LTE空中接口监测仪的频率合成装置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：包括参考分配电路、梳状波发生及开关滤波电路、混频滤波电路、鉴相参考电路、4000～8000MHz频率发生电路和FPGA控制电路，所述参考分配电路一路输出连接至梳状波发生及开关滤波电路输入，参考分配电路另一路输出连接至鉴相参考电路输入，所述梳状波发生及开关滤波电路输出连接至混频滤波电路输入，鉴相参考电路输出连接至4000～8000MHz频率发生电路的输入，混频滤波电路的输出亦连接至4000～8000MHz频率发生电路，4000～8000MHz频率发生电路有两路输出，4000～8000MHz频率发生电路其中一路输出连接至混频滤波电路的输入，4000～8000MHz频率发生电路另一路输出连接至外部，所述FPGA控制电路有三路输出，FPGA控制电路第一路输出连接至梳状波发生及开关滤波电路，FPGA控制电路第二路输出连接至鉴相参考电路，FPGA控制电路第三路输出连接至4000～8000MHz频率发生电路。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述梳状波发生及开关滤波电路包括四倍频器电路、400MHz窄带带通滤波器、梳状波发生器、开关滤波器电路、功率放大器，其中四倍频器电路的输入端与参考分配电路一路输出连接，四倍频器电路的输出端通过400MHz窄带带通滤波器与梳状波发生器的输入端连接，梳状波发生器的输出端与开关滤波器电路的输入端连接，开关滤波器电路的输出端通过功率放大器与混频滤波电路的输入端相连，所述FPGA控制电路第一路输出连接至开关滤波器电路的输入端。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述混频滤波电路包括混频器电路、功率放大器、低通滤波器，混频器电路的一个输入端与梳状波发生及开关滤波电路中功率放大器输出端连接，混频器电路的另一个输入端与4000～8000MHz频率发生电路的输出连接，混频器电路的输出端通过功率放大器与低通滤波器输入端连接，低通滤波器输出端连接至4000～8000MHz频率发生电路。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述鉴相参考电路包括1000MHz锁相环、DDS电路、200～400MHz带通滤波器、二倍频器电路、400～800MHz带通滤波器，其中1000MHz锁相环的输入端与参考分配电路另一路输出连接，1000MHz锁相环的输出端与DDS电路的输入端连接，FPGA控制电路的第二路输出亦连接至DDS电路的输入端，DDS电路的输出端通过200～400MHz带通滤波器与二倍频器电路的输入端连接，二倍频器电路的输出端通过400～800MHz带通滤波器与4000～8000MHz频率发生电路的输入端连接。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述4000～8000MHz频率发生电路包括鉴相器、低通滤波器、压控振荡器VCO、预置电压、功分电路、功率放大器，其中鉴相器的输入端分别与鉴相参考电路中400～800MHz带通滤波器、混频滤波电路中低通滤波器输出端连接，鉴相器的输出端通过低通滤波器与压控振荡器VCO的输入端连接，压控振荡器VCO的输出端与功分电路的输入端连接，FPGA控制电路的第三路输出通过预置电压连接至功分电路的输入端，功分电路有两路输出，功分电路其中一路输出连接至混频滤波电路中混频器电路的输入端，功分电路另一路输出通过功率放大器连接至外部。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述梳状波发生及开关滤波电路中，开关滤波器电路是窄带带通滤波器组，利用FPGA控制电路送数选择不同的窄带带通滤波器，使梳状波发生及开关滤波电路输出频率范围为3600～7200MHz，频率间隔为400MHz的点频信号。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述鉴相参考电路中，DDS电路的输出频率范围为200～400MHz。

所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述4000～8000MHz频率发生电路中，压控振荡器VCO的输出频率范围为4000～8000MHz。

本发明利用DDS产生频率的微步进，满足频率合成装置输出高分辨率频率的要求。利用梳状波发生及开关滤波电路产生离散的低相噪点频以及利用混频电路实现频率向下搬移，保证相位噪声指标的平移来减小因倍频效应带来的相噪恶化，满足频率合成装置输出低相噪的要求。利用PLL、多级滤波器满足频率合成装置输出低杂散频率的要求。本发明利用宽频带压控振荡器VCO和高频率稳定度参考满足频率合成装置输出宽频带和高频率稳定度的要求。本发明满足3GPP对LTE空中接口监测仪的射频指标要求。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图。

图2为本发明的1000MHz锁相环(PLL)原理框图。

图3为本发明偏离载波1KHz时，相位噪声测量结果示意图。

图4为本发明偏离载波10KHz时，相位噪声测量结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，包括参考分配电路1、梳状波发生及开关滤波电路2、混频滤波电路3、鉴相参考电路4、4000～8000MHz频率发生电路5和FPGA控制电路6，参考分配电路1一路输出连接至梳状波发生及开关滤波电路2输入，参考分配电路1另一路输出连接至鉴相参考电路4输入，梳状波发生及开关滤波电路2输出连接至混频滤波电路3输入，鉴相参考电路4输出连接至4000～8000MHz频率发生电路5的输入，混频滤波电路3的输出亦连接至4000～8000MHz频率发生电路5，4000～8000MHz频率发生电路5有两路输出，4000～8000MHz频率发生电路5其中一路输出连接至混频滤波电路3的输入，4000～8000MHz频率发生电路5另一路输出连接至外部，FPGA控制电路6有三路输出，FPGA控制电路6第一路输出连接至梳状波发生及开关滤波电路2，FPGA控制电路6第二路输出连接至鉴相参考电路4，FPGA控制电路6第三路输出连接至4000～8000MHz频率发生电路5。

梳状波发生及开关滤波电路2包括四倍频器电路21、400MHz窄带带通滤波器22、梳状波发生器23、开关滤波器电路24、功率放大器25，其中四倍频器电路21的输入端与参考分配电路1一路输出连接，四倍频器电路21的输出端通过400MHz窄带带通滤波器22与梳状波发生器23的输入端连接，梳状波发生器23的输出端与开关滤波器电路24的输入端连接，开关滤波器电路24的输出端通过功率放大器25与混频滤波电路3的输入端相连，FPGA控制电路6第一路输出连接至开关滤波器电路24的输入端。

混频滤波电路3包括混频器电路31、功率放大器32、低通滤波器33，混频器电路31的一个输入端与梳状波发生及开关滤波电路2中功率放大器25输出端连接，混频器电路31的另一个输入端与4000～8000MHz频率发生电路5的输出连接，混频器电路31的输出端通过功率放大器32与低通滤波器33输入端连接，低通滤波器33输出端连接至4000～8000MHz频率发生电路5。

鉴相参考电路4包括1000MHz锁相环41、DDS电路42、200～400MHz带通滤波器43、二倍频器电路44、400～800MHz带通滤波器45，其中1000MHz锁相环41的输入端与参考分配电路1另一路输出连接，1000MHz锁相环41的输出端与DDS电路42的输入端连接，FPGA控制电路6的第二路输出亦连接至DDS电路42的输入端，DDS电路42的输出端通过200～400MHz带通滤波器43与二倍频器电路44的输入端连接，二倍频器电路44的输出端通过400～800MHz带通滤波器45与4000～8000MHz频率发生电路5的输入端连接。

4000～8000MHz频率发生电路5包括鉴相器51、低通滤波器52、压控振荡器VCO53、预置电压54、功分电路55、功率放大器56，其中鉴相器51的输入端分别与鉴相参考电路4中400～800MHz带通滤波器45、混频滤波电路3中低通滤波器33输出端连接，鉴相器51的输出端通过低通滤波器52与压控振荡器VCO53的输入端连接，压控振荡器VCO53的输出端与功分电路55的输入端连接，FPGA控制电路6的第三路输出通过预置电压54连接至功分电路55的输入端，功分电路55有两路输出，功分电路55其中一路输出连接至混频滤波电路3中混频器电路31的输入端，功分电路55另一路输出通过功率放大器56连接至外部。

梳状波发生及开关滤波电路2中，开关滤波器电路24是窄带带通滤波器组，利用FPGA控制电路6送数选择不同的窄带带通滤波器，使梳状波发生及开关滤波电路2输出频率范围为3600～7200MHz，频率间隔为400MHz的点频信号。

鉴相参考电路4中，DDS电路42的输出频率范围为200～400MHz。

4000～8000MHz频率发生电路5中，压控振荡器VCO53的输出频率范围为4000～8000MHz。

本发明利用四倍频器将100MHz高频率稳定度、极低相位噪声的参考信号倍频到400MHz，通过400MHz窄带滤波器获得纯净的400MHz信号送给梳状波发生器产生梳状波，根据本频率合成装置输出频率的要求，利用FPGA控制电路6送数选择相应的窄带带通滤波器，输出频率到混频滤波电路3的输入端。梳状波发生及开关滤波电路2输出频率范围f_COMB：3600～7200MHz，频率间隔400MHz的点频信号。4000～8000MHz频率发生电路5输出频率范围f：4000～8000MHz的信号到混频滤波电路3的输入端，混频电路输出频率范围：400MHz≤f-f_COMB＜800MHz，经功率放大、低通滤波后输入给4000～8000MHz频率发生电路5的鉴相器。由于本频率合成装置利用梳状波发生器和混频器实现了频率向下搬移，保证相位噪声指标的平移来减小因倍频效应带来的相噪恶化。如果不采用此方案设计，由于倍频效应带来的相噪恶化为20lg(8000/100)＝38dBc/Hz,采用了此方案后由于倍频效应带来的相噪恶化为20lg(800/100)＝18dBc/Hz。

如图2所示，100MHz参考信号与1000MHz压控振荡器VCO输出的频率经过10分频后进行鉴相，通过低通滤波器滤波后的调谐电压驱动1000MHz压控振荡器VCO产生1000MHz的信号。1000MHz的信号输入给DDS作为时钟频率，根据本频率合成装置的要求，在FPGA控制电路6的控制下输出所需频率：

其频率范围为：200～400MHz，由于AD9858的相位累加器是32为，所以在1000MHz时钟频率输入时其频率分辨率为0.23Hz,经二倍频后本频率合成装置的频率分辨率为0.46Hz。DDS的输出频率经过200～400MHz带通滤波器、二倍频器和400～800MHz带通滤波器后输入给4000～8000MHz频率发生电路5的鉴相器。混频滤波电路3输出的信号与鉴相参考电路4输出的信号进行鉴相、低通滤波后驱动4000～8000MHz压控振荡器VCO输出本频率合成装置所需的频率。为了快速锁定和避免出现错锁现象，在4000～8000MHz频率发生电路5中增加了预置电路，通过FPGA控制电路6送数给预置电路产生预置电压，驱动压控振荡器VCO振荡在所需频率附近，通过环路作用快速锁定，避免发生错锁现象。

利用频谱分析仪对本频率合成装置输出的7000MHz点频信号进行单边带相噪测试，图3是频谱分析仪频宽10KHz,读取偏离载波1KHz的相位噪声为101.34dBc/Hz，图4是频谱分析仪频宽50KHz,读取偏离载波10KHz的相位噪声为111.45dBc/Hz，满足LTE空中接口监测仪对本频率合成装置的指标要求。

Claims

1.一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：包括参考分配电路、梳状波发生及开关滤波电路、混频滤波电路、鉴相参考电路、4000～8000MHz频率发生电路和FPGA控制电路，所述参考分配电路一路输出连接至梳状波发生及开关滤波电路输入，参考分配电路另一路输出连接至鉴相参考电路输入，所述梳状波发生及开关滤波电路输出连接至混频滤波电路输入，鉴相参考电路输出连接至4000～8000MHz频率发生电路的输入，混频滤波电路的输出亦连接至4000～8000MHz频率发生电路，4000～8000MHz频率发生电路有两路输出，4000～8000MHz频率发生电路其中一路输出连接至混频滤波电路的输入，4000～8000MHz频率发生电路另一路输出连接至外部，所述FPGA控制电路有三路输出，FPGA控制电路第一路输出连接至梳状波发生及开关滤波电路，FPGA控制电路第二路输出连接至鉴相参考电路，FPGA控制电路第三路输出连接至4000～8000MHz频率发生电路；

所述梳状波发生及开关滤波电路包括四倍频器电路、400MHz窄带带通滤波器、梳状波发生器、开关滤波器电路、功率放大器，其中四倍频器电路的输入端与参考分配电路一路输出连接，四倍频器电路的输出端通过400MHz窄带带通滤波器与梳状波发生器的输入端连接，梳状波发生器的输出端与开关滤波器电路的输入端连接，开关滤波器电路的输出端通过功率放大器与混频滤波电路的输入端相连，所述FPGA控制电路第一路输出连接至开关滤波器电路的输入端；

所述混频滤波电路包括混频器电路、功率放大器、低通滤波器，混频器电路的一个输入端与梳状波发生及开关滤波电路中功率放大器输出端连接，混频器电路的另一个输入端与4000～8000MHz频率发生电路的输出连接，混频器电路的输出端通过功率放大器与低通滤波器输入端连接，低通滤波器输出端连接至4000～8000MHz频率发生电路；

所述鉴相参考电路包括1000MHz锁相环、DDS电路、200～400MHz带通滤波器、二倍频器电路、400～800MHz带通滤波器，其中1000MHz锁相环的输入端与参考分配电路另一路输出连接，1000MHz锁相环的输出端与DDS电路的输入端连接，FPGA控制电路的第二路输出亦连接至DDS电路的输入端，DDS电路的输出端通过200～400MHz带通滤波器与二倍频器电路的输入端连接，二倍频器电路的输出端通过400～800MHz带通滤波器与4000～8000MHz频率发生电路的输入端连接；

所述4000～8000MHz频率发生电路包括鉴相器、低通滤波器、压控振荡器VCO、预置电压、功分电路、功率放大器，其中鉴相器的输入端分别与鉴相参考电路中400～800MHz带通滤波器、混频滤波电路中低通滤波器输出端连接，鉴相器的输出端通过低通滤波器与压控振荡器VCO的输入端连接，压控振荡器VCO的输出端与功分电路的输入端连接，FPGA控制电路的第三路输出通过预置电压连接至功分电路的输入端，功分电路有两路输出，功分电路其中一路输出连接至混频滤波电路中混频器电路的输入端，功分电路另一路输出通过功率放大器连接至外部；

所述梳状波发生及开关滤波电路中，开关滤波器电路是窄带带通滤波器组，利用FPGA控制电路送数选择不同的窄带带通滤波器，使梳状波发生及开关滤波电路输出频率范围为3600～7200MHz，频率间隔为400MHz的点频信号。

2.根据权利要求1所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述鉴相参考电路中，DDS电路的输出频率范围为200～400MHz。

3.根据权利要求1所述的一种LTE空中接口监测仪的频率合成装置，其特征在于：所述4000～8000MHz频率发生电路中，压控振荡器VCO的输出频率范围为4000～8000MHz。