CN111181892A - 一种多载波超宽带射频拉远单元中频处理的装置 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种多载波超宽带射频拉远单元中频处理的装置，属于雷达天线技术领域。输入的多载波超宽带信号经过功分后分成N路，然后每一路进行不同频率的宽带滤波器，形成N组多载波宽带信号，每组多载波宽带信号通过可调放大后，送入到多通道宽带ADC进行过采样；采样后的信号在数字信号处理中进行数字下变频处理，将各个载波信号分离出来，完成多载波超宽带信号的中频处理。通过本发明的多载波超宽带中频信号处理方法，利用宽带滤波和高速宽带ADC和DAC，联合高速的数字信号处理方法，在完成射频拉远单元性能的前提下，用数字信号处理的方法代替模拟域的混频滤波，提高了射频拉远单元的集成度，降低了射频拉远单元的功耗、体积和成本，提升了射频拉远单元的竞争力。

Description

一种多载波超宽带射频拉远单元中频处理的装置
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，特别是多载波超宽带射频拉远单元中频处理转置。
背景技术
5G和民用航天等场景对通信的速率要求越来越高，信号带宽也越来越宽，载波数也越来越多，如果采用传统的每个载波信号进行混频、滤波、采样等单独处理，射频拉远单元的成本、功耗和体积带来了巨大挑战，且灵活度不高。
发明内容
本发明针对背景技术中成本高、功耗高、体积大的问题，改进设计了一种多载波超宽带射频拉远单元中频处理的装置，通过该方法进行多载波、超宽带的信号收发处理，降低射频拉远单元的实现复杂度，降低功耗，提高产品的竞争力。
输入的多载波超宽带信号经过功分后，分成N路，然后每一路进行不同频率的宽带滤波器后，形成N组多载波宽带信号，每组多载波宽带信号通过可调放大后，送入到多通道宽带ADC中。宽带ADC对每一组多载波宽带信号进行过采样。采样后的信号在数字信号处理中进行数字下变频处理，将各个载波信号分离出来，完成多载波超宽带信号的中频处理。接收数字信号处理的过程如图2所示。在发射处理中，发射处理的过程如图3所示。数字信号处理单元将处理后的多载波宽带数字信号送到各个多通道宽带DAC中，DAC将数字信号转为多载波宽带模拟信号，经过可调放大、滤波后，多组多载波宽带信号合成一个多载波超宽带信号，然后通过宽带放大器放大后输出。
因而本发明技术方案为一种多载波超宽带射频拉远单元中频处理的装置，该装置包括：接收信号中频处理模块、接收信号数字信号处理模块、发射信号射频处理模块、发射信号数字信号处理模块；对接收信号进行处理时：接收信号中频处理模块接收多载波超宽带信号进行中频处理后采样为数字信号，发送给接收信号数字信号处理模块，接收信号数字信号处理模块对收到的数字信号进行处理得到基带信号；对发射信号进行处理时：发射信号数字信号处理模块的输出信号输入给发射信号中频处理模块，经过发射信号中频处理模块后得到多载波超宽带信号；
所述接收信号中频处理模块包括：宽带功分器、多条滤波放大电路、多个多通道ADC、数字信号处理器，所述宽带功分器将接收到的多载波超宽带信号功分为N路信号，每路信号包含q/l个载波；每一路信号都通过一条滤波放大电路，其中l条滤波放大电路的输出信号输入到一个l通道的ADC中，各多通道ADC的输出输入到数字信号处理器中；所述滤波放大电路中包括：宽带滤波器、宽带可调放大器，宽带功分器的输出信号依次经过宽带滤波器、宽带可调放大器然后输出给多通道ADC；所述各滤波放大电路中宽带滤波器滤波后保留的信号频率为fRFi，i＝1,2,…N；其中q表示后续收信号数字信号处理模块中低通滤波电路的条数；
所述接收信号数字信号处理模块包括多条支路，每条支路结构相同，支路的条数与接收信号中频处理模块中多通道ADC的个数相同，各支路在信号的传输路径上依次包括：高速数据接口、并行多相带通滤波器、q条低通滤波电路，所述低通滤波电路包括：多相正交混频模块、多相DDS发生器、多相低通模块、下抽模块、低通滤波模块，所述并行多相带通滤波模块的输出信号依次经过多相正交混频模块、多相低通模块、下抽模块、低通滤波模块后输出为基带信号，所述多相DDS发生器产生的频率信号fIFm输出给多相正交混频模块，m＝1,2,…q；多相正交混频器将并行多相带通滤波输出的信号进行频率搬移，将需要的中心频为fIFm的载波信号变频到零频信号，零频信号经过多相低通滤波，将需要的载波信号提取出来，滤除其它载波的信号；提取出来的过采样载波信号经过下抽后，变成基带信号，所获得的基带信号再一次低通滤波保护带内的信号；
所述发射信号射频处理模块包括：1个宽带放大器、1个宽带合成器、多路宽带滤波电路、多个多通道DAC，所述多通道DAC将数值信号输出为M路模拟信号，每个多通道DAC对应M路宽带滤波电路，所有的宽带滤波电路的输出通过宽带合成器后合为超宽带多载波信号，然后通过宽带放大器放大后输出；宽带滤波电路在信号传播方向上依次包括：宽带可调放大器、宽带滤波器，一个多通道DAC对应的各宽带滤波器的中心频率为fTRii，i＝1,2,…M；
所述发射信号数字信号处理模块包括多条支路，每条支路结构相同，支路的条数与发射信号中频处理模块中多通道DAC的个数相同，各支路包括：q条基带处理电路、1个载波聚合模块、1个支路内插模块、1个高速数字多相正交混频模块、1个高速多相DDS发生器、1个高速数据接口，所述基带处理电路的条数与发射信号中频处理模块中一个多通道DAC的处理的基带数量q相同；基带信号依次经过：基带处理电路、载波聚合模块、支路内插模块、高速数字多相正交混频模块、高速数据接口后输出，所述高速多相DDS发生器产生的频率信号fTIi输出给高速数字多相正交混频模块，i＝1,2,…M；
各基带处理电路包括：延时补偿模块、基带内插模块、多相滤波模块、增益调节模块、数字多相正交混频模块、多相DDS发生器，所述基带信号依次经过，延时补偿模块、基带内插模块、多相滤波模块、增益调节模块、数字多相正交混频模块后输出给载波聚合模块，所述多相DDS发生器产生的基准频率信号输出给数字多相正交混频模块；
所述基带信号经过时延补偿模块，进行基带信号的Tk时延，k＝1,2,…,q，用于补偿各个基带的处理时延差异，从而保证各个载波信号同时输出到模拟宽带合成器上；
所述基带信号经过基带内插模块，将基带信号的速率提高到fsif，便于上变频到各个载波的中频频率；
所述基带信号经过多相滤波，将内插后产生的非零中频信号滤除；
所述基带信号经过增益调节模块，将滤除后的信号根据需要进行幅度调整；
所述基带信号经过数字多相正交混频模块，将幅度调整后的信号与多相DDS发生器产生的fTIi频率相乘，i＝1,2,…M，将基带信号搬移到各个基带对应的中频频率fTRi上；
所述基带信号经过载波聚合模块，将各个中频信号相加，形成1个包括q个载波的中频宽带信号；
所述基带信号经过支路内插模块，将各个中频宽带信号的速率提高到fsrf，便于上变频到各个射频频率fTIi，i＝1,2,…M；
所述中频宽带信号经过高速数字多相正交混频，将高速内擦后的信号与高速多相DDS发生器产生的fTIi频率相乘，i＝1,2,…M，将宽带中频信号搬移到射频频率fTRii上，i＝1,2,…M；
所述高速数据接口，将M/I个宽带的射频数字信号传输到多通路DAC中，M是数字信号处理的通道数，I是多通道DAC的个数；
所述多通道高速DAC，将射频数字信号转换成M个中心频率为fTRii的模拟信号，i＝1,2,…M。
通过本发明的多载波超宽带中频信号处理方法，利用宽带滤波和高速宽带ADC和DAC，联合高速的数字信号处理方法，在完成射频拉远单元性能的前提下，用数字信号处理的方法代替模拟域的混频滤波，提高了射频拉远单元的集成度，降低了射频拉远单元的功耗、体积和成本，提升了射频拉远单元的竞争力。
附图说明
图1为本发明对接收信号进行处理的过程示意图。
图2为本发明接收数字信号进行处理的过程示意图。
图3为本发明发射信号时进行处理的过程示意图。
图4为本发明发射数字信号过程示意图。
图5为本发明实施例中接收信号处理框图。
图6为本发明实施例中发射信号处理框图。
具体实施方式
对于4载波，每个载波的带宽为200MHz，其中保护间隔为20MHz，各个载波的中心频率分别为3.1GHz、3.3GHz、3.5GHz和3.7GHz的超宽带中频信号的接收处理，其接收处理框图如图5。
将输入的信号功分成2路，第一路的滤波器通带为3GHz～3.4GHz；第二路的滤波器的通带为3.4GHz～3.8GHz。
两路滤波后的信号经过20dB放大和30dB可调衰减器后，送到双通道的ADC进行采样。ADC的采样率为2800MSPS。第1通道采样后的频率为200～600MHz，第2通道的采样后的频率为600MHz～1000MHz。
数字信号处理中，并行多相带通滤波器的通道频率为200～1000MHz，数字信号处理的时钟频率为200MHz，因此要并行14路。
滤波后的信号进行14相混频，多相DDS也为14相，多相DDS1输出的频率为300MHz,多相DDS2输出的频率为500MHz,多相DDS3输出的频率为700MHz,多相DDS4输出的频率为900MHz，对应各个载波信号的中心频率。
混频后，各个载波信号的中心频率分别被搬移到零频，进行14相低通滤波和下抽处理，低通滤波的通道频率为100MHz，下抽为14倍下抽。
多相低通和下抽后的信号，采样率为200MSPS,然后通过通带频率为100MHz，截至频率为110MHz的低通滤波后，输出4路基带信号，完成接收中频的处理。
对于4载波，每个载波的带宽为200MHz，其中保护间隔为20MHz，各个载波的中心频率分别为3.1GHz、3.3GHz、3.5GHz和3.7GHz的超宽带中频信号的发射处理，其发射处理框图如图6。
输入采样率为200MSPS的4路基带信号，分别进行最大时延为10us的时延补偿，补偿后的信号通过7倍内插，使得采样率变为1400MSPS，内插后的信号经过通带频率为100MHz的数字多相滤波后，输入到增益调节模块，增益调节模块进行动态范围为30dB的幅度调整后，进行7相混频，多相DDS也为7相，多相DDS1输出的频率为300MHz,多相DDS2输出的频率为500MHz,多相DDS3输出的频率为700MHz,多相DDS4输出的频率为900MHz.
经过多相混频，将各个基带信号混到对应的中频频率上，4个不同中频频率的数字信号，通过载波聚合，合成一个信号，然后通过通过内插8倍，使得采样率为11.2GHz，然后进行高速8相混频，混到中心频率为3.4GHz，高速多相DDS输出的频率为2.8GHz。
混频后的信号在双通道高速DAC中，完成数字到模拟的转换，第一路的频率为3GHz～3.4GHz；第二路的频率为3.4GHz～3.8GHz，然后各个通道的信号通过20dB放大和30dB可调衰减器后送入到滤波器。第一路的滤波器通带为3GHz～3.4GHz；第二路的滤波器的通带为3.4GHz～3.8GHz。滤波完后的信号通过合成器合成在一起后，通过15dB的放大器放大后输出。

Claims (1)

1.一种多载波超宽带射频拉远单元中频处理的装置，该装置包括：接收信号中频处理模块、接收信号数字信号处理模块、发射信号射频处理模块、发射信号数字信号处理模块；对接收信号进行处理时：接收信号中频处理模块接收多载波超宽带信号进行中频处理后采样为数字信号，发送给接收信号数字信号处理模块，接收信号数字信号处理模块对收到的数字信号进行处理得到基带信号；对发射信号进行处理时：发射信号数字信号处理模块的输出信号输入给发射信号中频处理模块，经过发射信号中频处理模块后得到多载波超宽带信号；
所述接收信号中频处理模块包括：宽带功分器、多条滤波放大电路、多个多通道ADC、数字信号处理器，所述宽带功分器将接收到的多载波超宽带信号功分为N路信号，每路信号包含q/l个载波；每一路信号都通过一条滤波放大电路，其中l条滤波放大电路的输出信号输入到一个l通道的ADC中，各多通道ADC的输出输入到数字信号处理器中；所述滤波放大电路中包括：宽带滤波器、宽带可调放大器，宽带功分器的输出信号依次经过宽带滤波器、宽带可调放大器然后输出给多通道ADC；所述各滤波放大电路中宽带滤波器滤波后保留的信号频率为fRFi，i＝1,2,…N；其中q表示后续收信号数字信号处理模块中低通滤波电路的条数；
所述接收信号数字信号处理模块包括多条支路，每条支路结构相同，支路的条数与接收信号中频处理模块中多通道ADC的个数相同，各支路在信号的传输路径上依次包括：高速数据接口、并行多相带通滤波器、q条低通滤波电路，所述低通滤波电路包括：多相正交混频模块、多相DDS发生器、多相低通模块、下抽模块、低通滤波模块，所述并行多相带通滤波模块的输出信号依次经过多相正交混频模块、多相低通模块、下抽模块、低通滤波模块后输出为基带信号，所述多相DDS发生器产生的频率信号fIFm输出给多相正交混频模块，m＝1,2,…q；多相正交混频器将并行多相带通滤波输出的信号进行频率搬移，将需要的中心频为fIFm的载波信号变频到零频信号，零频信号经过多相低通滤波，将需要的载波信号提取出来，滤除其它载波的信号；提取出来的过采样载波信号经过下抽后，变成基带信号，所获得的基带信号再一次低通滤波保护带内的信号；
所述发射信号射频处理模块包括：1个宽带放大器、1个宽带合成器、多路宽带滤波电路、多个多通道DAC，所述多通道DAC将数值信号输出为M路模拟信号，每个多通道DAC对应M路宽带滤波电路，所有的宽带滤波电路的输出通过宽带合成器后合为超宽带多载波信号，然后通过宽带放大器放大后输出；宽带滤波电路在信号传播方向上依次包括：宽带可调放大器、宽带滤波器，一个多通道DAC对应的各宽带滤波器的中心频率为fTRii，i＝1,2,…M；
所述发射信号数字信号处理模块包括多条支路，每条支路结构相同，支路的条数与发射信号中频处理模块中多通道DAC的个数相同，各支路包括：q条基带处理电路、1个载波聚合模块、1个支路内插模块、1个高速数字多相正交混频模块、1个高速多相DDS发生器、1个高速数据接口，所述基带处理电路的条数与发射信号中频处理模块中一个多通道DAC的处理的基带数量q相同；基带信号依次经过：基带处理电路、载波聚合模块、支路内插模块、高速数字多相正交混频模块、高速数据接口后输出，所述高速多相DDS发生器产生的频率信号fTIi输出给高速数字多相正交混频模块，i＝1,2,…M；
各基带处理电路包括：延时补偿模块、基带内插模块、多相滤波模块、增益调节模块、数字多相正交混频模块、多相DDS发生器，所述基带信号依次经过，延时补偿模块、基带内插模块、多相滤波模块、增益调节模块、数字多相正交混频模块后输出给载波聚合模块，所述多相DDS发生器产生的基准频率信号输出给数字多相正交混频模块；
所述基带信号经过时延补偿模块，进行基带信号的Tk时延，k＝1,2,…,q，用于补偿各个基带的处理时延差异，从而保证各个载波信号同时输出到模拟宽带合成器上；
所述基带信号经过基带内插模块，将基带信号的速率提高到fsif，便于上变频到各个载波的中频频率；
所述基带信号经过多相滤波，将内插后产生的非零中频信号滤除；
所述基带信号经过增益调节模块，将滤除后的信号根据需要进行幅度调整；
所述基带信号经过数字多相正交混频模块，将幅度调整后的信号与多相DDS发生器产生的fTIi频率相乘，i＝1,2,…M，将基带信号搬移到各个基带对应的中频频率fTRi上；
所述基带信号经过载波聚合模块，将各个中频信号相加，形成1个包括q个载波的中频宽带信号；
所述基带信号经过支路内插模块，将各个中频宽带信号的速率提高到fsrf，便于上变频到各个射频频率fTIi，i＝1,2,…M；
所述中频宽带信号经过高速数字多相正交混频，将高速内擦后的信号与高速多相DDS发生器产生的fTIi频率相乘，i＝1,2,…M，将宽带中频信号搬移到射频频率fTRii上，i＝1,2,…M；
所述高速数据接口，将M/I个宽带的射频数字信号传输到多通路DAC中，M是数字信号处理的通道数，I是多通道DAC的个数；
所述多通道高速DAC，将射频数字信号转换成M个中心频率为fTRii的模拟信号，i＝1,2,…M。
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