CN112653502A - 一种基于频率协调的便携终端射频通道 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星终端射频领域，具体涉及一种基于频率协调的便携终端射频通道，包括：发射通道、接收通道和双旋圆极化天线，所述发射通道将从基带接收的数据进行数‑模处理，再上变频放大，形成供天线发射的射频信号，所述接收通道将接收的射频信号变到低频，再经模‑数转换后送往基带，所述双旋圆极化天线用于发射和接收射频信号，下行信号中的窄带信号和宽带信号由同种旋向天线接收，上行信号中的窄带信号和宽带信号分别由左旋圆极化天线和右旋圆极化天线发射；发射通道和接收通道均采用零中频采样结构。本发明基于频率协调对不同频段天线旋向的要求，对窄带信号和宽带信号接收合路、发射合路，并采用零中频结构降低射频通道功耗，减小体积重量。

Description

一种基于频率协调的便携终端射频通道

技术领域

本发明涉及卫星终端射频领域，具体涉及一种基于频率协调的便携终端射频通道。

背景技术

随着全球通信业及各种无线电业务的快速发展，中国同周边国家和地区边境区域的频率共用问题和无线电干扰问题日益增加。其中公众移动电话网络越界覆盖、航空导航通信频率受干扰、地面业务和卫星业务的协调和广播电视频率协调问题更加突出。为了保证无线电频率的有效使用、提高频率利用率、保证航空航天导航通信安全、促进通信业务的发展及广播电视网络覆盖，不同层次的频率协调包括国际协调、国内协调、军地协调、与港澳地区的协调、部门间协调、卫星操作者间协调等等。因此，卫星通信系统中，基于频率协调对系统内各个层面进行设计非常重要。

现有技术中，射频通道结构为中频带通采样结构，需要较多的滤波器件，所需的电缆和接口较多，体积较大，不利于卫星通信系统的小型化要求。此外，频率协调下同时存在宽带信号和窄带信号，现有的射频通道设计没有考虑到宽带信号和窄带信号对天线旋向有不同需求的情况。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于频率协调的便携终端射频通道。

一种基于频率协调的便携终端射频通道，包括发射通道、接收通道和双旋圆极化天线，发射通道将从基带接收的数据进行数-模处理，再上变频放大，形成供天线发射的上行射频信号；接收通道将接收的下行射频信号变到低频，再经模-数转换后送往基带，所述双旋圆极化天线用于发射和接收射频信号；所述接收通道包括相互连接的双工器、带通滤波器(BPF)、低噪声放大器(LNA)、功分器、本振器、混频器、低通滤波器(LPF)、放大器(AMP)和AD转换器件；所述发射通道包括相互连接的DA转换器件、低通滤波器(LPF)、放大器(AMP)、本振器、混频器、窄带带通滤波器(窄带BPF)、宽带带通滤波器(宽带BPF)、功率放大器(PA)。

在一种优选实施方式中，所述下行射频信号包含窄带信号和宽带信号，且窄带信号和宽带信号均由左旋向天线接收。

在一种优选实施方式中，所述上行射频信号包含窄带信号和宽带信号，且窄带信号和宽带信号分别由不同旋向圆极化天线发送，其中，窄带信号由左旋圆极化天线发射，宽带信号由右旋圆极化天线发射。

在本发明的另一种优选实施方式中，发射通道和接收通道均采用零中频采样结构。

在本发明的一种优选实施方式中，发射通道传输上行信号的过程包括：

步骤一：发射通道从基带接收的数据由DA器件转换成模拟信号；

步骤二：模拟信号经滤波放大后与两路正交本振进行混频后合成一路信号；

步骤三：合成的一路信号分别被窄带滤波器和宽带滤波器分为两路；

步骤四：通过窄带滤波器的窄带信号被功率放大后再经过双工器由左旋天线发射到卫星，通过宽带滤波器的宽带信号被功率放大后直接由右旋天线发射到卫星。

在本发明的一种优选实施方式中，接收通道传输下行信号的过程包括：

步骤一：卫星发射的下行射频信号由左旋天线接收，再被双工器分离处理出来(由于左旋天线既发射上行射频信号又接收下行射频信号，且两种信号的收发同时进行，因此，为了使左旋天线发射的信号和接收的信号互不干扰，使用双工器将接收信号和发射信号分离出来)；

步骤二：分离出的下行射频信号通过接收通道，再接收通道中，下行射频信号中的宽带信号和窄带信号经滤波放大后，由功分器分成两路信号；

步骤三：两路信号分别与两个正交的本振信号进行混频，得到两路混频信号；

步骤四：将两路混频信号分别经滤波、放大后送入AD器件转换为数字信号，再将数字信号送往基带。

本发明的有益效果：

1.采用同旋向极化天线接收下行频段的宽带信号和窄带信号，采用不同旋向极化天线发射上行频段的宽带信号和窄带信号，传统的多工器设计困难且重量较大，本发明采用双工器代替多工器不仅容易实现还能有效减轻终端重量；

2.接收通道和发射通道采用零中频采样结构能够有效的缩小体积；其次，零中频结构没有交调及互调分量，射频信号的线性度和信噪比都可以做得更好；此外，零中频带通采样降低了射频通道中所需的AD/DA转换器件、FPGA器件等硬件的性能需求，降低了整体的功耗，兼顾了小型化与低功耗的特点。

综上，本发明的一种基于频率协调的便携终端射频通道实现简单、电缆和接口较少、体积小、重量和功耗低、同时降低数字处理后端器件性能需求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为本实施例中上行频段和下行频段及所需天线旋向示意图；

图2为本实施例提供的一种信号收发过程以及射频通道结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例所提及的终端用于收发所对应的卫星系统中的信号，终端主要包括射频通道模块、基带处理模块和终端处理模块，射频通道不仅影响着所需各种射频器件的数量、整体功耗、算法和电路结构的复杂程度，对后端FPGA的处理能力和需求也有影响，从而产生了不同的成本和功耗。因此如何结合频率协调后的情况设计便携终端射频通道，控制成本、重量、体积和功耗是卫星通信系统中的一个重要问题。本实施例从频率协调出发，根据卫星通信系统中对便携终端的体积、功耗要求，提供一种基于频率协调的便携终端射频通道。

本实施例提供一种基于频率协调的便携终端射频通道，如图2所示，包括：发射通道、接收通道和双旋圆极化天线，发射通道用于将从基带接收的数据进行数-模处理，再上变频放大，形成供天线发射的上行射频信号，所述上行射频信号是从终端发送到卫星的信号，指的是终端射频通道模块中发射通道形成的发射信号。接收通道将接收的下行射频信号变到低频，再经模-数转换后送往基带，所述下行射频信号是从卫星发送到终端的信号，指的是终端射频通道模块中接收通道从天线接收的信号，所述双旋圆极化天线用于接收和发射射频信号。

所述下行射频信号和所述上行射频信号均包含窄带信号和宽带信号。

所述双旋圆极化天线包括：左旋圆极化天线和右旋圆极化天线，左旋圆极化天线实现左旋信号的输出和接收，右旋圆极化天线实现右旋信号的输出和接收。

在本实施例中，下行射频信号中的窄带信号和宽带信号均由左旋圆极化天线接收。上行射频信号中的窄带信号和宽带信号分别由不同旋向圆极化天线发射到卫星。在一种优选实施方式中，窄带信号由左旋圆极化天线发射，宽带信号由右旋圆极化天线发射，如图1所示。

所述发射通道包括依次连接的双工器、带通滤波器(BPF)、低噪声放大器(LNA)、功分器、本振器、混频器、低通滤波器(LPF)、放大器(AMP)和AD转换器件。

发射通道传输上行射频信号的发射过程包括：

步骤一：发射的上行射频信号由DA器件转换成模拟信号；

步骤二：模拟信号经滤波放大后与两路正交本振进行混频后合成一路信号；

步骤三：合成的一路信号分别被窄带滤波器和宽带滤波器分为两路；

步骤四：通过窄带滤波器的窄带信号被功率放大后再经过双工器由左旋天线发射到卫星，通过宽带滤波器的宽带信号被功率放大后直接由右旋天线发射到卫星。

在一个实施例中，发射的窄带信号和宽带信号通过单个发射通道。

所述接收通道包括依次连接的DA转换器件、低通滤波器(LPF)、放大器(AMP)、本振器、混频器、窄带带通滤波器(窄带BPF)、宽带带通滤波器(宽带BPF)、功率放大器(PA)。

接收通道传输下行射频信号的接收过程包括：

步骤一：卫星发射的下行射频信号由左旋天线接收，采用双工器将左旋天线的信号进行分离处理，分离出所需的下行射频信号。由于左旋天线既发射上行射频信号又接收下行射频信号，且两种信号的收发同时进行，因此，为了使左旋天线发射的信号和接收的信号互不干扰，使用双工器将接收信号和发射信号分离出来。

步骤二：分离出的下行射频信号通过接收通道，在接收通道中，下行射频信号中的宽带信号和窄带信号首先经过一个带通滤波器(BPF)滤波，再经过一个低噪声放大器(LNA)放大，后由功分器将下行射频信号中的宽带信号和窄带信号分成两路信号；

步骤三：两路信号分别与两个正交的本振信号进行混频，得到两路混频信号；

步骤四：将两路混频信号分别经过一个低通滤波器(LPF)和一个放大器(AMP)进行滤波、放大，后送入AD转换器件转换为数字信号，再将数字信号送往基带以供终端其他处理模块进行后续处理。

在一个实施例中，终端接收到的窄带信号和宽带信号被合路到单个接收通道。

在一个实施例中，发射通道和接收通道均采用零中频采样结构。采用零中频采样方法的好处：传统的中频带通采样需要较多的滤波器件，体积较大，而本发明采用零中频采样，通过集成芯片实现射频信号的收发，能够有效的缩小体积；其次，零中频结构没有交调及互调分量，射频信号的线性度和信噪比都可以做得更好；此外，零中频带通采样降低了射频通道中所需的AD/DA转换器件、FPGA器件等硬件的性能需求，降低了整体的功耗，兼顾了小型化与低功耗的特点。

终端与卫星进行业务通信时，当需要终端收发卫星的宽带信号和窄带信号时，针对窄带频段，其他卫星系统信号的窄带频段为右旋圆极化时，将本卫星系统信号在窄带频段设置为左旋圆极化，使本卫星系统的窄带信号与其他卫星系统的窄带信号存在极化隔离，本卫星系统信号不会影响到其他卫星系统，这种设置便于本卫星系统与其他卫星系统进行频率协调(协调不同卫星系统的信号间干扰)。针对宽带频段，当卫星系统对宽带频段的极化方式没有严格要求时，主要考虑终端实现代价，以终端实现代价最低为标准设置频段和天线旋向的对应关系，由于终端用左旋圆极化天线对宽带频段信号接收的实现代价更低，因此将下行宽带频段设计为左旋圆极化。当卫星系统在上行宽带频段实现的业务功能要求为右旋圆极化时，则使用右旋圆极化天线发射上行射频信号的宽带信号。因窄带信号极化方式已定为左旋圆极化，所以使用左旋圆极化天线发射上行射频信号的窄带信号，两种带宽的极化方式设计如图1所示。

在一种优选实施方式中，由带宽与极化方式的对应方式可知，左旋天线可以同时处理终端向卫星发射的上行射频信号和卫星向终端发送的下行射频信号，为了使左旋天线发射的信号和接收的信号互不干扰，使用双工器将接收信号和发射信号分离出来。在带宽与极化方式对应的前提下，采用双工器将信号直接送入天线系统的设计来代替相对设计困难的多工器，使得本发明的基于频率协调的便携终端射频通道易于实现。

当介绍本申请的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-0nly Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于频率协调的便携终端射频通道，包括发射通道、接收通道和双旋圆极化天线，其特征在于，发射通道将从基带接收的数据进行数-模处理，再上变频放大，形成供天线发射的上行射频信号；接收通道将接收的下行射频信号变到低频，再经模-数转换后送往基带，所述双旋圆极化天线用于发射和接收射频信号；

所述接收通道包括相互连接的双工器、带通滤波器、低噪声放大器、功分器、本振器、混频器、低通滤波器、放大器和AD转换器件；

所述发射通道包括相互连接的DA转换器件、低通滤波器、放大器(AMP)、本振器、混频器、窄带带通滤波器、宽带带通滤波器、功率放大器。

2.根据权利要求1所述的一种基于频率协调的便携终端射频通道，其特征在于，所述下行射频信号包含窄带信号和宽带信号，且窄带信号和宽带信号均由左旋向天线接收。

3.根据权利要求1所述的一种基于频率协调的便携终端射频通道，其特征在于，所述上行射频信号包含窄带信号和宽带信号，且窄带信号和宽带信号分别由不同旋向圆极化天线发送，其中，窄带信号由左旋圆极化天线发射，宽带信号由右旋圆极化天线发射。

4.根据权利要求1所述的一种基于频率协调的便携终端射频通道，其特征在于，发射通道和接收通道均采用零中频采样结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于频率协调的便携终端射频通道，其特征在于，发射通道传输上行信号的过程包括：

步骤一：发射通道从基带接收的数据由DA器件转换成模拟信号；

步骤二：模拟信号经滤波放大后与两路正交本振进行混频后合成一路信号；

步骤三：合成的一路信号分别被窄带滤波器和宽带滤波器分为两路；

步骤四：通过窄带滤波器的窄带信号被功率放大后再经过双工器由左旋天线发射到卫星，通过宽带滤波器的宽带信号被功率放大后直接由右旋天线发射到卫星。

6.根据权利要求1所述的一种基于频率协调的便携终端射频通道，其特征在于，接收通道传输下行信号的过程包括：

步骤一：卫星发射的下行射频信号由左旋天线接收，再被双工器分离处理出来(由于左旋天线既发射上行射频信号又接收下行射频信号，且两种信号的收发同时进行，因此，为了使左旋天线发射的信号和接收的信号互不干扰，使用双工器将接收信号和发射信号分离出来)；

步骤二：分离出的下行射频信号通过接收通道，再接收通道中，下行射频信号中的宽带信号和窄带信号经滤波放大后，由功分器分成两路信号；

步骤三：两路信号分别与两个正交的本振信号进行混频，得到两路混频信号；

步骤四：将两路混频信号分别经滤波、放大后送入AD器件转换为数字信号，再将数字信号送往基带。

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