CN113965168A - 一种基于八相位差分谐波的5g毫米波混频器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及5G毫米波混频器技术领域，尤其涉及一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，包括5G毫米波射频系统，在5G毫米波射频系统中增设八相位差分谐波混频滤波器，八相位差分谐波混频滤波器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出；八相位差分谐波混频滤波器包括八均相滤波单元，八均相滤波单元将射频IQ数据分成45º等间隔相位差的八路射频信号。本发明解决了5G毫米波高频信号高效发送和实现同频段高性能的本振源的问题，达到了射频信号的带内杂波进行有效抑制，提升射频信号传输质量，以及有效抑制直流偏差的目的。
Description
技术领域
本发明涉及5G毫米波混频器技术领域，尤其涉及一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器。
背景技术
5G毫米波是无线通信技术发展中一大跨越，5G毫米波支持400MHz的小区带宽和800MHz的载波聚合，极大提升了上下行速率，5G毫米波峰值速率可达1Gbits/s Uplink和3.7Gbits/s Downlink以上，相对5G Sub6G频段性能，分别提升了近2倍。
5G毫米波的子载波间隔是120KHz，slot时长为0.125ms，是5G Sub6G的四分之一，因此具有更低时延，由此可见5G毫米波在传输速率和时延等性能方面比5G Sub6G具有非常强提升和优势。
与此同时，5G毫米波在射频信号传输方面具有易受遮挡和穿透特性差等特性，导致覆盖性能相对5G Sub6G存在劣势，比如在室外覆盖中，EIRP=48dBm场景，5G毫米波的LOS覆盖半径大概400～500米，NLOS则严重受限于遮挡程度。而在室内覆盖中，LOS场景下覆盖半径仅为60米，因此对于射频工艺提升成为5G毫米波发展的关键技术之一。
目前，5G无线通信采用的混频技术主要是基波混频，也就是本振信号频率等于射频信号频率，这种混频技术主要应用于射频载波信号频率较低的场景，产生本振的VCO以及锁相环和鉴相环的实现难度不高。
当前采用的基波混频方案虽然实现难度较低，但是采用本振输出的基波信号直接与射频信号进行混频，导致本振泄漏较大，同时容易出现直流偏差和对带内杂波抑制较差，最终导致输出的有效射频信号较差，对接收机的性能产生较大影响。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，解决了5G毫米波高频信号高效发送和实现同频段高性能的本振源的问题，达到了射频信号的带内杂波进行有效抑制，提升射频信号传输质量，以及有效抑制直流偏差的目的。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，包括5G毫米波射频系统，在5G毫米波射频系统中增设八相位差分谐波混频滤波器，八相位差分谐波混频滤波器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出；
八相位差分谐波混频滤波器包括八均相滤波单元，八均相滤波单元将射频IQ数据分成45º等间隔相位差的八路射频信号，八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º由八均相滤波单元输出。
进一步地，八均相滤波单元包括第一四均相滤波单元和第二四均相滤波单元，第一四均相滤波单元输入端口的相位依次为0°、90°、180°和270°，第一四均相滤波单元输出端口的相位依次为45°、135°、225°和315°。
进一步地，第二四均相滤波单元输入端口的相位依次为0°、90°、180°和270°，第二四均相滤波单元输出端口的相位依次为0°、90°、180°和270°。
进一步地，八相位差分谐波混频滤波器还包括差分缓冲滤波器、二级功率放大器、次谐波频率混合器、发射空口模块和接收空口模块；
差分缓冲滤波器接收由QLINK射频通道中输入的射频本振IQ数字信号，差分缓冲滤波器接对接收的射频本振IQ数字信号输入至八均相滤波单元中分成八路射频信号，八路射频信号输入至二级功率放大器进行射频信号放大。
进一步地，放大的八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º分别输入到次谐波频率混合器的八个端口进行处理，发射空口模块对经处理的射频信号进行发射，接收空口模块对射频信号进行进行接收。
进一步地，次谐波频率混合器包括第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块，第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块分别对八路等相位射频信号进行信号正交叠加，达到倍频效果。
进一步地，叠加信号频率等于射频载波信号，倍频后的两路本振信号与射频信号混频输出到发射空口模块。
进一步地，5G毫米波射频系统包括多通道TRX、混频器、频率综合器和模拟前端。
（三）有益效果
本发明提供了一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，具备以下有益效果：
1、本发明解决了5G毫米波高频信号高效发送和实现同频段高性能的本振源的问题，基于5G毫米波本振的八次谐波与本振混频的射频方案，通过多路分频器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出，达到低成本和高集成度的良好特性，具有大规模推广应用的前景。
2、本发明采用将本振频率降低一半，然后通过提高杂波阶数，降低其幅度，这样可以将射频信号的带内杂波进行有效抑制，提升射频信号传输质量。
3、本发明通过八相位差分谐波混频器采用本振信号的谐波与输入射频信号进行混频，这样由本振泄漏引起的自混频降产生一个与本振信号同频率的交流信号，但不会产生直流分量，从而有效抑制了直流偏差。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明八相位差分谐波混频滤波器的原理框图；
图2为本发明5G毫米波射频系统的原理框图。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
图1-2为本发明的一个实施例：一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，包括5G毫米波射频系统，在5G毫米波射频系统中增设八相位差分谐波混频滤波器，八相位差分谐波混频滤波器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出。
本发明解决了5G毫米波高频信号高效发送和实现同频段高性能的本振源的问题，基于5G毫米波本振的八次谐波与本振混频的射频方案，通过多路分频器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出，达到低成本和高集成度的良好特性，具有大规模推广应用的前景。
八相位差分谐波混频滤波器包括八均相滤波单元，八均相滤波单元将射频IQ数据分成45º等间隔相位差的八路射频信号，八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º由八均相滤波单元输出。
由于5G毫米波的频段为24.25～52.6GHz，属于高频部分，带宽非常窄，为了解决毫米波信号高效发送，本发明采用八相位差分谐波混频器，通过多路分频器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出。
本发明采用将本振频率降低一半，然后通过提高杂波阶数，降低其幅度，这样可以将射频信号的带内杂波进行有效抑制，提升射频信号传输质量。
本发明通过八相位差分谐波混频器采用本振信号的谐波与输入射频信号进行混频，这样由本振泄漏引起的自混频降产生一个与本振信号同频率的交流信号，但不会产生直流分量，从而有效抑制了直流偏差。
八均相滤波单元包括第一四均相滤波单元和第二四均相滤波单元，第一四均相滤波单元输入端口的相位依次为0°、90°、180°和270°，第一四均相滤波单元输出端口的相位依次为45°、135°、225°和315°。
第二四均相滤波单元输入端口的相位依次为0°、90°、180°和270°，第二四均相滤波单元输出端口的相位依次为0°、90°、180°和270°。
八相位差分谐波混频滤波器还包括差分缓冲滤波器、二级功率放大器、次谐波频率混合器、发射空口模块和接收空口模块；
差分缓冲滤波器接收由QLINK射频通道中输入的射频本振IQ数字信号，差分缓冲滤波器接对接收的射频本振IQ数字信号输入至八均相滤波单元中分成八路射频信号，八路射频信号输入至二级功率放大器进行射频信号放大。
放大的八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º分别输入到次谐波频率混合器的八个端口进行处理，发射空口模块对经处理的射频信号进行发射，接收空口模块对射频信号进行进行接收。
次谐波频率混合器包括第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块，第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块分别对八路等相位射频信号进行信号正交叠加，达到倍频效果。
叠加信号频率等于射频载波信号，倍频后的两路本振信号与射频信号混频输出到发射空口模块。
5G毫米波射频系统包括多通道TRX、混频器、频率综合器和模拟前端，其中混频器是关键元器件之一。
5G毫米波的频率覆盖24.25GHz～52.6 GHz，属于高频段，要实现同频段高性能的本振源成为5G毫米波射频系统设计的关键难题。
本发明采用八相位差分谐波混频滤波器而生产的一个基于28nm硅基CMOS的5G毫米波射频集成模块。基于5G毫米波本振的八次谐波来与射频信号进行混频，然后经过输出滤波器选出所需要的射频信号，从而降低本振频率至所需频率的1/8，本振的调谐幅度窄，从而简化设计难度。
同时采用八次谐波混频的设计方案，产品的高阶混频信号杂波少，电平低，从而对混频器的有效信号输出抑制杂波带来好处，为了高效实现八路等相位间隔的同频率5G毫米波信号，采用低功耗的无源相八均相滤波单元，大大提升了八次谐波混频的处理效率。
在对信号接收处理时，从QLINK射频通道中输入射频本振IQ数字信号进入差分缓冲滤波器，然后在八均相滤波单元中将IQ数据分成45º等间隔相位差的八路信号，随后送入二级功率放大器进行射频信号放大，再送入次谐波频率混合器进行处理，八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º分别输入到次谐波频率混合器的八个端口。
在本方案中，次谐波频率混合器采用双模块混合结构，即第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块分别对八路等相位射频信号进行信号正交叠加，达到倍频效果，由两个模块分别对八路等相位射频信号进行信号正交叠加，比如0º和 180º支路经过叠加，可达到倍频效果，即叠加信号频率等于射频载波信号；同样45º和225º支路一样叠加处理，其它通道类似处理。然后将倍频后的两路本振信号与射频信号混频，最后输出到空口。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，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 (8)
1.一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，包括5G毫米波射频系统，其特征在于：在5G毫米波射频系统中增设八相位差分谐波混频滤波器，八相位差分谐波混频滤波器将本振产生的射频信号分成八路等相位同频的谐波信号输出；
八相位差分谐波混频滤波器包括八均相滤波单元，八均相滤波单元将射频IQ数据分成45º等间隔相位差的八路射频信号，八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º由八均相滤波单元输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：八均相滤波单元包括第一四均相滤波单元和第二四均相滤波单元，第一四均相滤波单元输入端口的相位依次为0°、90°、180°和270°，第一四均相滤波单元输出端口的相位依次为45°、135°、225°和315°。
3.根据权利要求2所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：第二四均相滤波单元输入端口的相位依次为0°、90°、180°和270°，第二四均相滤波单元输出端口的相位依次为0°、90°、180°和270°。
4.根据权利要求1所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：八相位差分谐波混频滤波器还包括差分缓冲滤波器、二级功率放大器、次谐波频率混合器、发射空口模块和接收空口模块；
差分缓冲滤波器接收由QLINK射频通道中输入的射频本振IQ数字信号，差分缓冲滤波器接对接收的射频本振IQ数字信号输入至八均相滤波单元中分成八路射频信号，八路射频信号输入至二级功率放大器进行射频信号放大。
5.根据权利要求4所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：放大的八路射频信号按相位0º、45º、90º、135º、180º、225º、270º和315º分别输入到次谐波频率混合器的八个端口进行处理，发射空口模块对经处理的射频信号进行发射，接收空口模块对射频信号进行进行接收。
6.根据权利要求1所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：次谐波频率混合器包括第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块，第一次谐波频率混合模块和第二次谐波频率混合模块分别对八路等相位射频信号进行信号正交叠加，达到倍频效果。
7.根据权利要求6所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：叠加信号频率等于射频载波信号，倍频后的两路本振信号与射频信号混频输出到发射空口模块。
8.根据权利要求1所述的一种基于八相位差分谐波的5G毫米波混频器，其特征在于：5G毫米波射频系统包括多通道TRX、混频器、频率综合器和模拟前端。
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| CN202111364207.3A CN113965168A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种基于八相位差分谐波的5g毫米波混频器 |
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| CN202111364207.3A CN113965168A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种基于八相位差分谐波的5g毫米波混频器 |
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| CN (1) | CN113965168A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115801025A (zh) * | 2022-07-04 | 2023-03-14 | 上海星思半导体有限责任公司 | 上变频混频方法以及数字发射机架构 |
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2021
- 2021-11-17 CN CN202111364207.3A patent/CN113965168A/zh active Pending
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