CN111490782A - 直接上变频发射机的上变频器及上变频方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及射频前端技术领域，提供一种直接上变频发射机的上变频器及上变频方法，其中，所述上变频器包括：滤波器、调制器和锁相环模块；所述滤波器用于接收预设基带信号并对其进行滤波，获得滤波后的基带信号；所述调制器与所述滤波器连接，用于对来自所述滤波器的所述滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；所述锁相环模块与所述调制器连接，用于接收预设本地振荡信号，并根据接收到的预设本地振荡信号对来自所述调制器的所述调制信号进行上变频，获得所述预设基带信号的上变频信号。本发明提供的技术方案，能够简化硬件结构，从而提高上变频器工作的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及射频前端技术领域，特别涉及一种直接上变频发射机的上变频器及一种直接上变频发射机的上变频方法。
背景技术
目前用于无线通信技术的射频前端发射机主要有两种拓扑结构：超外差式发射机和直接上变频发射机。超外差式发射机由于会产生较大的镜像信号，需要增加镜像滤波器，而为了保证镜像滤波的效果，一般不能将镜像滤波器集成到发射机芯片上，因此影响了射频前端发射机的整体集成度。而直接上变频发射机是将基带信号直接正交上变频到载波频段，不会产生镜像信号，因此没有上述集成度问题。目前直接上变频发射机应用较为广泛。
现有的直接上变频发射机中的上变频器的结构如图1所示。输入射频前端发射机的有用信号是基带信号，基带信号的I和Q两路信号A cos wdt和A sin wdt与信号cos wct和sin wct分别相乘，然后将I、Q两路信号求和变成一路信号，再将该求和信号送入滤波器即实现了对基带信号的上变频处理。上变频后的信号经过功率放大器和天线，就将该信号利用电磁波在空气中发送出去了。其中，信号cos wct和sin wct是由本地振荡信号经过锁相环模块后，提取锁相环模块的输出信号的同相分量和正交分量而获得。
可见，现有的直接上变频发射机中的上变频器主要采用乘法器、加法器和滤波器等器件的组合来对基带信号进行上变频，使得上变频器的硬件结构较复杂、工作可靠性较低。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种直接上变频发射机的上变频器及上变频方法，能够简化硬件结构，从而提高上变频器工作的可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种直接上变频发射机的上变频器，所述上变频器包括：滤波器、调制器和锁相环模块；
所述滤波器用于接收预设基带信号并对其进行滤波，获得滤波后的基带信号；
所述调制器与所述滤波器连接，用于对来自所述滤波器的所述滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；
所述锁相环模块与所述调制器连接，用于接收预设本地振荡信号，并根据接收到的所述预设本地振荡信号对来自所述调制器的所述调制信号进行上变频，获得所述预设基带信号的上变频信号。
优选地，所述锁相环模块包括：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；
所述分频器与所述调制器和所述压控振荡器连接，用于接收来自所述调制器的所述调制信号和来自所述压控振荡器的初始输出信号，获得分频信号；
所述鉴相器与所述分频器和所述环路滤波器连接，用于检测接收到的所述预设本地振荡信号与来自所述分频器的所述分频信号之间的相位差，将检测到的相位差转换成电压信号输入至所述环路滤波器；
所述环路滤波器与所述压控振荡器连接，用于抑制所述电压信号中的高频分量及干扰信号，输出所述电压信号中的低频分量至所述压控振荡器；
所述压控振荡器用于根据所述电压信号中的低频分量获得所述预设基带信号的上变频信号。
优选地，所述分频器采用以下方式获得所述分频信号：
将所述调制信号的频率作为所述分频器的分频比；
计算所述分频比与所述压控振荡器的所述初始输出信号的频率的乘积，获得所述分频信号。
进一步地，所述上变频器还包括：功率放大器，所述功率放大器用于对输出自所述压控振荡器的所述预设基带信号的上变频信号进行功率放大，获得放大后的上变频信号。
进一步地，所述上变频器还包括：天线，所述天线用于将所述放大后的上变频信号转变为电磁波辐射至传播介质中。
优选地，所述预设本地振荡信号为晶振信号。
优选地，所述滤波器为高斯滤波器。
优选地，所述调制器为高阶Sigma Delta调制器。
优选地，所述预设基带信号的上变频信号的频率为223MHz-235MHz。
本发明的另一目的在于提出一种直接上变频发射机的上变频方法，能够简化硬件结构，从而提高上变频器工作的可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种直接上变频发射机的上变频方法，所述方法包括：
对接收到的预设基带信号进行滤波，获得滤波后的基带信号；
对所述滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；
根据接收到的预设本地振荡信号对所述调制信号进行上变频，获得所述预设基带信号的上变频信号。
本发明所述的直接上变频发射机的上变频器及上变频方法，直接通过锁相环模块根据预设本地振荡信号对经过调制的基带信号进行上变频处理，获得基带信号的上变频信号，省去了现有上变频器中的乘法器和加法器，简化了硬件电路的结构，降低了硬件电路的成本，从而提高了上变频器工作的可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为现有的直接上变频发射机中的上变频器的结构示意图；
图2为本发明实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明实施例提供的直接上变频发射机的上变频器如图2所示，该上变频器包括：滤波器、调制器和锁相环模块，其中，滤波器用于接收预设基带信号并对其进行滤波，获得滤波后的基带信号；调制器与所述滤波器连接，用于对来自所述滤波器的滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；锁相环模块与调制器连接，用于接收预设本地振荡信号，并根据接收到的预设本地振荡信号对来自调制器的调制信号进行上变频，获得预设基带信号的上变频信号。
本实施例中，锁相环模块包括：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器，其中，分频器与调制器和压控振荡器连接，用于接收来自调制器的调制信号和来自压控振荡器的初始输出信号，获得分频信号；鉴相器与分频器和环路滤波器连接，用于检测接收到的预设本地振荡信号与来自分频器的分频信号之间的相位差，将检测到的相位差转换成电压信号输入至环路滤波器；环路滤波器与压控振荡器连接，用于抑制所述电压信号中的高频分量及干扰信号，输出所述电压信号中的低频分量至压控振荡器；压控振荡器用于根据所述电压信号中的低频分量获得预设基带信号的上变频信号，并将压控振荡器的初始输出信号输入至分频器。本实施例中，压控振荡器的初始输出信号为一个定值fc。
具体地，滤波器的输入端与基带信号发生器连接并接收其发出的基带信号，滤波器的输出端与调制器连接。本实施例中的滤波器采用高斯滤波器，该滤波器对基带信号滤波后使得基带信号的脉冲包络既没有陡峭边沿也没有拐点，因此基带信号的频谱特性较好。
调制器可以向锁相环模块中的分频器提供分频比，调制器的输出信号为调制信号，锁相环模块中的分频器可以依据该调制信号输出对应的分频比，具体地，将该调制信号的频率作为分频器的分频比。本实施例中，调制器采用高阶Sigma Delta调制器。
在锁相环模块中，压控振荡器输出两个信号，一个为压控振荡器输出的上变频信号；另一个通过分频器与本地振荡信号作相位比较，为了保持输出的上变频信号的频率不变，就要求相位差不发生改变，如果有相位差的变化，则鉴相器的电压输出端的电压发生变化，去控制压控振荡器，直到相位差恢复，从而达到锁频的目的。因此，锁相环模块是完成相位同步的自动控制模块，是完成两个电信号相位同步的自动控制的闭环系统。
锁相环模块中的鉴相器又称为相位比较器，鉴相器的一个输入端与本地振荡器连接并接收其输出的本地振荡信号，另一个输入端与分频器的输出端连接。鉴相器的输出与环路滤波器的输入端连接。
锁相环模块中的环路滤波器是一个低通滤波器，环路滤波器的输入端与鉴相器的输出端连接，环路滤波器的输出端与压控振荡器的输入端连接。
锁相环模块中的压控振荡器受环路滤波器输出电压的控制，实际上是一种电压-频率变换器。具体为，压控振荡器的一个输出信号经过分频器后和本地振荡信号同时输入鉴相器；鉴相器通过比较上述两个信号的相位差，输出一个直流脉冲电压经过环路滤波器后控制压控振荡器，使它的频率改变。这样经过一个很短的时间，压控振荡器输出的上变频信号就会稳定于某一期望频率值。压控振荡器输入端与环路滤波器的输出端连接，输出端与分频器的一个输入端连接，输出端同时也与功率放大器连接。然后将上变频信号发送至功率放大器进行放大。其中，由直接上变频发射机输出的最终的上变频信号的频率为223MHz-235MHz。
锁相环模块中的分频器利用倍频、分频等频率合成技术，可以获得多频率、高稳定的振荡分频信号输出。分频器有两个输入端，一个输入端与压控振荡器连接，另一个输入端与调制器的输出端连接，分频器的输出端与鉴相器的输入端连接。
本实施例中，所述分频器采用以下方式获得分频信号：首先将调制信号的频率作为所述分频器的分频比，然后计算该分频比与压控振荡器的初始输出信号的频率的乘积，获得所述分频信号。该计算过程可以用以下公式表示：
fo＝N×fc
其中，fo为分频信号，N为分频器的分频比，fc压控振荡器的初始输出信号的频率。
本实施例中，所述上变频器还包括：功率放大器，该功率放大器用于对输出自压控振荡器的预设基带信号的上变频信号进行功率放大，获得放大后的上变频信号。
进一步地，所述上变频器还包括：天线，该天线用于将上述放大后的上变频信号转变为电磁波辐射至传播介质中。例如，将放大后的上变频信号转变为电磁波后辐射至空气中传播出去。
本实施例中，所述预设本地振荡信号为晶振信号。
与上述上变频器相对应地，本发明还提供一种直接上变频发射机的上变频方法，如图3所示，所述方法包括：
S101，对接收到的预设基带信号进行滤波，获得滤波后的基带信号；
具体地，由滤波器对接收到的预设基带信号进行滤波，以获得滤波后的基带信号。
S102，对所述滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；
具体地，由调制器对滤波后的基带信号进行调制，以获得调制信号。该调制器与上述滤波器连接。
S103，根据接收到的预设本地振荡信号对所述调制信号进行上变频，获得所述预设基带信号的上变频信号。
具体地，由锁相环模块根据接收到的预设本地振荡信号对上述调制信号进行上变频，以获得预设基带信号的上变频信号。该锁相环模块与上述调制器连接。
上述方法的具体实现方式及工作原理等内容可参见本发明所提供的上变频器的具体实施方式，此处不再对相同的技术内容进行详细描述。
以下通过公式来证明采用本发明的技术方案能够将基带信号的频率提高至目标频率：
假设压控振荡器的初始输出信号的频率为fc，预设基带信号的频率为fd，压控振荡器输出的上变频信号的频率为fout，则根据分频器公式可得：
fout＝N×fc (1)
本发明中通过调整锁相模块内分频器的分频比改变基带信号的频率实现对基带信号进行直接上变频处理，调整后的分频器分频比如下式(2)所示：
N＝1+γ (2)
其中，γ为调整系数。
由于调整系数γ为一个变量，所以本实施例中可以将其设置为：
γ＝fd/fc (3)
将式(2)和(3)代入式(1)得到：
fout＝N×fc＝(1+γ)×fc＝(1+fd/fc)×fc＝fc+fd (4)
即：fout＝fc+fd (5)
通过上述过程可以确定在调整锁相模块内分频器的分频比后可以改变基带信号的频率，因此实现了对基带信号的上变频，即将基带信号的频率fd提高至fc+fd。
本发明所述的直接上变频发射机的上变频器及上变频方法，直接通过锁相环模块根据预设本地振荡信号对经过调制的基带信号进行上变频处理，获得基带信号的上变频信号，省去了现有上变频器中的乘法器和加法器，简化了硬件电路的结构，降低了硬件电路的成本，从而提高了上变频器工作的可靠性。此外，本发明的滤波器采用高斯滤波器，能够有效平滑输出信号，防止频偏杂散，优化输出的上变频信号。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (10)
1.一种直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述上变频器包括：滤波器、调制器和锁相环模块；
所述滤波器用于接收预设基带信号并对其进行滤波，获得滤波后的基带信号；
所述调制器与所述滤波器连接，用于对来自所述滤波器的所述滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；
所述锁相环模块与所述调制器连接，用于接收预设本地振荡信号，并根据接收到的所述预设本地振荡信号对来自所述调制器的所述调制信号进行上变频，获得所述预设基带信号的上变频信号。
2.根据权利要求1所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述锁相环模块包括：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器；
所述分频器与所述调制器和所述压控振荡器连接，用于接收来自所述调制器的所述调制信号和来自所述压控振荡器的初始输出信号，获得分频信号；
所述鉴相器与所述分频器和所述环路滤波器连接，用于检测接收到的所述预设本地振荡信号与来自所述分频器的所述分频信号之间的相位差，将检测到的相位差转换成电压信号输入至所述环路滤波器；
所述环路滤波器与所述压控振荡器连接，用于抑制所述电压信号中的高频分量及干扰信号，输出所述电压信号中的低频分量至所述压控振荡器；
所述压控振荡器用于根据所述电压信号中的低频分量获得所述预设基带信号的上变频信号。
3.根据权利要求2所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述分频器采用以下方式获得所述分频信号：
将所述调制信号的频率作为所述分频器的分频比；
计算所述分频比与所述压控振荡器的所述初始输出信号的频率的乘积，获得所述分频信号。
4.根据权利要求2所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述上变频器还包括：功率放大器，所述功率放大器用于对输出自所述压控振荡器的所述预设基带信号的上变频信号进行功率放大，获得放大后的上变频信号。
5.根据权利要求4所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述上变频器还包括：天线，所述天线用于将所述放大后的上变频信号转变为电磁波辐射至传播介质中。
6.根据权利要求1所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述预设本地振荡信号为晶振信号。
7.根据权利要求1所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述滤波器为高斯滤波器。
8.根据权利要求1所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述调制器为高阶Sigma Delta调制器。
9.根据权利要求1所述的直接上变频发射机的上变频器，其特征在于，所述上变频信号的频率为223MHz-235MHz。
10.一种直接上变频发射机的上变频方法，其特征在于，所述方法包括：
对接收到的预设基带信号进行滤波，获得滤波后的基带信号；
对所述滤波后的基带信号进行调制，获得调制信号；
根据接收到的预设本地振荡信号对所述调制信号进行上变频，获得所述预设基带信号的上变频信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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