CN110266338B - 一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，该无线收发器包括发射机和接收机；其特征在于：该方法包括如下步骤：第一步、将设置在接收机的本地振荡器的本振频率固定为接收机工作时的频率；第二步、将直流信号分别输入到设置在发射机的I路通道和Q路通道；第三步、使设置在发射机的本地振荡器的本振频率按一定步进改变；第四步、设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器分别对收到的信号进行上变频处理后，输入到设置在发射机的加法电路；第五步、加法电路对收到的I、Q两路信号进行组合，得到单频信号；第六步、将单频信号通过开关输出到接收机；本发明可广泛适用于各类通信系统。

Description

一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法
技术领域
本发明涉及宽带无线收发器，特别涉及一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法。
背景技术
无线收发器一般是用直接转换结构进行变频，发射本振通过频率相同、相位相差90°的两路正交信号混频，得到射频发射信号；接收本振通过频率相同、相位相差90°的两路正交信号混频，得到基带信号。但在实际硬件电路中，器件的物理限制、电路布局的误差会造成I路和Q路信号的幅度和相位误差，而且在宽带无线收发器中，混频器、低通滤波器、放大器等对I、Q两路信号的响应是与频率相关的，即对不同频率的信号造成的幅度和相位误差会不同。发射端的正交误差会产生边带，接收端的正交误差会产生镜像干扰信号，导致接收电路性能的降低。因此在收发器上电后正常工作前，需要对发射端和接收端的正交误差均进行校正。
现有的技术方案是在校正发射端正交误差前需要先校正接收端正交误差，否则接收到的信号既有发射端的误差又有接收端的误差，无法将其分别识别出来，进而进行校正。而校正接收端正交误差时，需要一个额外的辅助校正模块通过开关接入到接收端，增加了电路的面积，提升了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法。
为了解决上述技术问题，根据本发明的技术方案，一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，该无线收发器包括发射机和接收机；其特征在于：该方法包括如下步骤：
第一步、将设置在接收机的第一本地振荡器的本振频率wRL固定为接收机工作时的频率；
第二步、将直流信号分别输入到设置在发射机的I路通道和Q路通道；该I路通道和Q路通道中均分别设置有数模转换器、低通滤波器、可编程增益放大器和混频器；输入的直流信号分别经过数模转换器、低通滤波器和可编程增益放大器进行处理后，分别输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中；
第三步、使设置在发射机的本地振荡器的本振频率按一定步进改变，通过设置在发射机的正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过I支路通道和Q支路通道输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中，并保证设置在接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理后的基带频率按一定步进遍历接收机的接收信号带宽；
第四步、设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器分别对收到的信号进行上变频处理后，输入到设置在发射机的加法电路；
第五步、加法电路对收到的I、Q两路信号进行组合，得到单频信号；
第六步、将单频信号通过开关输出到接收机的混频器输入端，设置在接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理；或者将单频信号通过开关输出到接收机的信号接收端，通过低噪声放大器对单频信号进行处理后，再输出到接收机的混频器输入端，设置在接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。
根据本发明所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法的优选方案：该方法第六步还包括，将单频信号先通过设置在发射机的功率放大器进行功率放大处理后，再通过开关输出到接收机的混频器输入端或者接收机的信号接收端。
根据本发明所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法的优选方案，该方法第二步中，设置在发射机的I路通道的混频器收到的基带信号为：
yT|I＝αTI|I×C1+dT|I；
设置在发射机的Q路通道的混频器收到的基带信号为：
Figure GDA0002148525340000031
其中：C1、C2分别为输入发射机I路通道、Q路通道的直流数字信号；dT|I、dT|Q分别为发射机I路通道、Q路通道产生的直流偏移；αTI|I为发射机I路通道增益、
Figure GDA0002148525340000032
为发射机Q路通道相对于I路通道的增益。
根据本发明所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法的优选方案，该方法第三步中，使设置在发射机的本地振荡器的本振频率按一定步进改变，通过设置在发射机的正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过I支路通道和Q支路通道输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中；
输入到发射机的I路通道的混频器的射频信号为：
Figure GDA0002148525340000033
输入到发射机的Q路通道的混频器的射频信号为：
Figure GDA0002148525340000034
其中：wTL为设置在发射机的本地振荡器TXLO的本振频率；t为时间；
I支路通道增益为βTL|I，I支路通道相位为
Figure GDA0002148525340000035
Figure GDA0002148525340000036
为Q支路通道相对于I支路通道的增益，
Figure GDA0002148525340000037
为Q支路通道相对于I支路通道的相位偏移；
设接收机接收的射频信号带宽为BW，按间距δw均分为N份(N为正整数)，即：
BW＝δw×N
设置在接收机的本地振荡器的本振频率为wRL，将发射机的本地振荡器的本振频率按步进δw进行改变，当改变第i次时，设置在发射机的本地振荡器的本振频率为：
wTL(i)＝wRL+δw×i
其中i＝1,…,N。
本发明所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法的有益效果是：
本发明利用收发器已有的发射端产生所需的单频信号，用于校正收发器接收机的接收端正交误差，省去了额外的辅助单元，减小了电路的面积，节约了成本，本发明可广泛适用于各类通信系统。
附图说明
图1是本发明所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法的流程框图。
图2是实施例1的电路原理图。
图3是实施例2的电路原理框图。
图4是实施例3的电路原理图。
图5是实施例4的电路原理框图。
图6是实施例5的电路原理框图。
具体实施方式
实施例1：参见图1至图2，一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，该无线收发器包括发射机2和接收机1。
接收机1内设置有低噪声放大器LNA、第一本地振荡器RXLO、第一正交信号产生电路、数字电路、第一I路通道和第一Q路通道，接收机的信号接收端收到信号后，将信号通过低噪声放大器LNA进行处理后，分别输入接收机的I路通道和Q路通道；接收机的I路通道内按顺序设置有第一混频器MIXEA1、第一可编程增益放大器PGA1、第一低通滤波器LPF1和第一模数转换器ADC1；接收机的Q路通道内按顺序设置有第二混频器MIXEA2、第二可编程增益放大器PGA2、第二低通滤波器LPF2和第二模数转换器ADC2；同时，第一本地振荡器产生的本振信号通过第一正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过第一I支路通道和第一Q支路通道输入到第一、第二混频器MIXEA1、MIXEA2进行上变频处理；数字电路根据第一、第二模数转换器ADC1、ADC2输出的信号计算出接收机在整个接收信号的通带带宽的正交幅度和相位误差。
发射机2内设置有第二I路通道、第二Q路通道、第二本地振荡器TXLO、第二正交信号产生电路、加法电路Σ和功率放大器PA，接收机的接收端收到信号后，将信号通过低噪声放大器LNA进行处理后，分别输入接收机的I路通道和Q路通道；第二I路通道内按顺序设置有第三数模转换器DAC1、第三低通滤波器LPF3、第三可编程增益放大器PGA3和第三混频器MIXEA3；第二Q路通道内按顺序设置有第四数模转换器DAC4、第四低通滤波器LPF4、第四可编程增益放大器PGA4和第四混频器MIXEA4；同时，第二本地振荡器产生的本振信号通过第二正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过第二I支路通道和第二Q支路通道输入到第三、第四混频器MIXEA3、MIXEA4进行上变频处理，第三、第四混频器分别对收到的信号进行上变频处理后，输入到加法电路；加法电路对收到的I、Q两路信号进行组合，通过功率放大器PA进行功率放大处理后，由发射端发射。
所述一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，该方法包括如下步骤：
第一步、将第一本地振荡器RXLO的本振频率wRL固定为接收机1工作时的频率。
具体实施时，为保持计算参数时条件的一致性及使发射信号能尽可能被接收机检测到，可固定第一可编程增益放大器PGA1、第二可编程增益放大器PGA2的增益为最大增益值。
第二步、将直流信号分别输入到第二I路通道、第二Q路通道；输入的直流信号分别经过数模转换器、低通滤波器和可编程增益放大器进行处理后，分别输入到第三、第四混频器中。
由于是需要校正第一I路通道和第一Q路通道的相对幅度和相位误差，因此可设输入第二I路通道的信号为xT|I，输入第二Q路通道的信号为xT|Q，通过理论建模，经过数模转换器、低通滤波器、可编程增益放大器后，第二I路通道增益为αTI|I，相位偏移为φTI|I，产生直流偏移dT|I，第二Q路通道相对于I路通道的增益为
Figure GDA0002148525340000061
Q路通道相对于I路通道的相位偏移为
Figure GDA0002148525340000062
产生直流偏移dT|Q。
输入到第三、第四混频器的I路通道、Q路通道的基带信号yT|I、yT|Q为：
yT|I＝αTI|I×xT|I(φTI|I)+dT|I
(式1)
Figure GDA0002148525340000063
其中xT|I(φTI|I)、
Figure GDA0002148525340000064
表示对xT|I、xT|Q进行相位偏移φTI|I、
Figure GDA0002148525340000065
后的结果。
对直流来说，相位偏移φTI|I、
Figure GDA0002148525340000066
可认为等于0，则当输入第二I路通道、第二Q路通道的数字信号xT|I＝C1，xT|Q＝C2，其中C1、C2为常数时，输入到第三、第四混频器的I路通道、Q路通道的基带信号变为：
yT|I＝αTI|I×C1+dT|I (式3)
Figure GDA0002148525340000071
应用时，可取C1＝C2，且在PGA1、PGA2取最大增益时，C1、C2、PGA3、PGA4使输入数字电路的信号yR|I(t)、yR|Q(t)接近满量程，未因超出量程而被限幅变形。
第三步、使第二本地振荡器TXLO的本振频率按一定步进改变，以保证第一、第二混频器对收到的信号进行下变频处理后的基带频率按一定步进遍历接收机的接收信号带宽；第二本地振荡器TXLO的输出的本振信号通过第二正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过I支路通道和Q支路通道输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中；
第二本地振荡器TXLO的输出的本振频率为wTL。
通过理论建模，第二I支路通道增益为βTL|I，第二I支路通道相位为
Figure GDA0002148525340000072
第二Q支路通道相对于I支路通道增益为
Figure GDA0002148525340000073
第二Q支路相位偏移为
Figure GDA0002148525340000074
则：
输入到发射机的I路通道的混频器的射频信号为：
Figure GDA0002148525340000075
输入到发射机的Q路通道的混频器的射频信号为：
Figure GDA0002148525340000076
设接收机接收信号的通带带宽为BW，可按间距δw被均分为N份(N为正整数)，即：
BW＝δw×N (式7)
设第一本地振荡器RXLO的本振频率为wRL，将第二本地振荡器TXLO的本振频率wTL按步进δw进行改变，当改变第i次时，第二本地振荡器TXLO的本振频率为：
wTL(i)＝wRL+δw×i (式8)
其中i＝1,…,N。
则第一、第二混频器对收到的信号进行下变频处理后的基带频率为：
wRI(i)＝δw×i (式9)
当遍历i从1遍历到N后，wRI(i)可遍历整个接收带宽BW的范围。
比如：接收机接收低通信号的通带带宽为20MHz，则第一、第二混频器对收到的信号进行下变频处理后的基带频率可在0至20MHz间进行变化。
第四步、第三、第四混频器分别对收到的信号进行上变频处理后，输入到加法电路。
第三、第四混频器分别对收到的基带信号进行上变频处理后，输入到加法电路的信号，即第二I路通道、第二Q路通道的信号变为：
Figure GDA0002148525340000081
Figure GDA0002148525340000082
第五步、加法电路对收到的I、Q两路信号进行组合，得到单频信号；
将信号SI、SQ组合得到的单频信号ST输入到接收机的接收端，单频信号ST为：
Figure GDA0002148525340000083
Figure GDA0002148525340000091
设:
Figure GDA0002148525340000092
Figure GDA0002148525340000093
Figure GDA0002148525340000094
则式12变为：
Figure GDA0002148525340000095
第六步、将单频信号通过开关输出到接收机的混频器输入端，接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。第一、第二混频器对收到的信号进行下变频处理后的基带频率按一定步进遍历接收机的接收信号带宽。
单频信号ST通过开关直接输入到接收机的混频器输入端，输入信号为：
SR＝ST (式17)
因此SR是一个幅度为MagTX、初始相位为θ0的单频信号。
因此本发明具有和现有方案同样的效果，均能产生一路单频信号。但省去了额外的辅助单元
实施例2.参见图3，与实施例1不同的是，单频信号ST通过开关直接输出到接收机的信号接收端，通过低噪声放大器LNA进行处理后，再输出到接收机的混频器输入端，接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。
实施例3.参见图4，与实施例1不同的是，将单频信号通过功率放大器进行功率放大处理后，再通过开关输出到接收机的混频器输入端，接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。
实施例4.参见图5，与实施例1不同的是，将单频信号通过功率放大器进行功率放大处理后，进行发射，通过接收机的信号接收端接收后，通过开关输出到接收机的混频器输入端，接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。
实施例5.参见图6，与实施例1不同的是，将单频信号通过功率放大器进行功率放大处理后，进行发射，再通过接收机的信号接收端接收后，并通过低噪声放大器LNA进行处理，再输出到接收机的混频器输入端，接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。
由于接收信号SR只需要发射信号ST经过同一路径进入接收端，且对信号频率无改变即可，因此发射信号可以在通过加法电路后，通过开关输出到接收机的混频器；也可在通过加法电路后通过开关输出到LNA的输入端，再通过LNA输出到接收机的混频器；也可以通过PA发射，经过开关输出到接收机的混频器；或者通过PA发射后，接收机的信号接收端接收后，经过开关输出到接收机的混频器，或者通过PA发射后，通过接收机的信号接收端输入到LNA后，再通过LNA输出到接收机的混频器；中虚线框内的元器件均不工作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，该无线收发器包括发射机(2)和接收机(1)；其特征在于：该方法包括如下步骤：
第一步、将设置在接收机(1)的本地振荡器(RXLO)的本振频率固定为接收机(1)工作时的频率；
第二步、将直流信号分别输入到设置在发射机的I路通道和Q路通道；该I路通道和Q路通道中均分别设置有数模转换器、低通滤波器、可编程增益放大器和混频器；输入的直流信号分别经过数模转换器、低通滤波器和可编程增益放大器进行处理后，分别输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中；
第三步、使设置在发射机的本地振荡器(TXLO)的本振频率按一定步进改变，通过设置在发射机的正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过I支路通道和Q支路通道输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中，并保证设置在接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理后的基带频率按一定步进遍历接收机的接收信号带宽；具体为：
设接收机接收的射频信号带宽为BW，按间距δw均分为N份，N为正整数，即：
BW＝δw×N
设置接收机的本地振荡器(RXLO)的本振频率为wRL，将发射机的本地振荡器(TXLO)的本振频率按间距δw作为步进进行改变，当改变第i次时，设置在发射机的本地振荡器(TXLO)的本振频率为：
wTL(i)＝wRL+δw×i
其中i＝1,…,N
第四步、设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器分别对收到的信号进行上变频处理后，输入到设置在发射机的加法电路；
第五步、加法电路对收到的I、Q两路信号进行组合，得到单频信号；
第六步、将单频信号通过开关输出到接收机的混频器输入端，设置在接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理；或者将单频信号通过开关输出到接收机的信号接收端，通过低噪声放大器对单频信号进行处理后，再输出到接收机的混频器输入端，设置在接收机的混频器对收到的信号进行下变频处理。
2.根据权利要求1所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，其特征在于：该方法第六步还包括，将单频信号先通过设置在发射机的功率放大器进行功率放大处理后，再通过开关输出到接收机的混频器输入端或者接收机的信号接收端。
3.根据权利要求1或2所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，其特征在于：第二步中，设置在发射机的I路通道的混频器收到的基带信号为：
yT|I＝αTI|I×C1+dT|I；
设置在发射机的Q路通道的混频器收到的基带信号为：
Figure FDA0002819486550000022
其中：C1、C2分别为输入发射机I路通道、Q路通道的直流数字信号；dT|I、dT|Q分别为发射机I路通道、Q路通道产生的直流偏移；αTI|I为发射机I路通道增益、
Figure FDA0002819486550000021
为发射机Q路通道相对于I路通道的增益。
4.根据权利要求1或2所述的一种宽带无线收发器中单频信号的产生方法，其特征在于：第三步中，使设置在发射机的本地振荡器(TXLO)的本振频率按一定步进改变，通过设置在发射机的正交信号产生电路产生正交的I、Q信号后，分别通过I支路通道和Q支路通道输入到设置在发射机的I路通道的混频器和Q路通道的混频器中；
输入到发射机的I路通道的混频器的射频信号为：
Figure FDA0002819486550000031
输入到发射机的Q路通道的混频器的射频信号为：
Figure FDA0002819486550000032
其中：wTL为设置在发射机的本地振荡器(TXLO)的本振频率；t为时间；
I支路通道增益为βTL|I，I支路通道相位为
Figure FDA0002819486550000033
Figure FDA0002819486550000035
为Q支路通道相对于I支路通道的增益，
Figure FDA0002819486550000034
为Q支路通道的相对于I支路通道的相位偏移。
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