CN1499732A - 数字射频发射器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数字射频发射器，包括：一第一及第二调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的第一及第二N位数字基频信号，并进行调制而得到具有M倍fs频率的第一及第二1位调制后基频信号；一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；一第一及第二数字混合器，分别接收第一调制后基频信号及第一数字载频信号、以及第二调制后基频信号及第二数字载频信号，并分别进行乘法运算后产生一第一及第二发射信号；一第一及第二滤波器，分别带通过滤第一及第二发射信号；以及一加法器，将带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。

Description

数字射频发射器及方法
技术领域
本发明涉及一种数字射频发射器(RF transmitter)，特别是涉及一种双信道的数字式射频发射器。
背景技术
图1示出了传统数字通讯系统的基本原件及方块图。数字通讯系统在发射端包括一数据源及输入转换器11、来源编码器12、频道编码器13及数字调制器14，而在接收端具有数字解调器15、频道译码器16、来源译码器17及输出转换器18。发射端所发射的信号经由通讯频道19送至接收端。通讯频道是信号由发射端送至接收端的实体媒介。在无线通讯中，通讯频道19的大气。数据源及输入转换器11输出一模拟信号，如声音或图像信号，或是一在时序上不连续且具有有限位数目的数字信号，如电传打字设备的输出信号。来源编码器12对来自数据源及输入转换器11的信号进行有效的转换，使其成为二位的串行，一般称的为数据串行。频道编码器13的主要功能是将某些额外的位插入，以利接收端可以克服信号在通讯频道19中传送时所遭遇到的噪声及干扰等问题。数字调制器14做为通讯频道19的接口，其主要功能在于依据二元的数据串行形成相对应的信号波形。
在数字通信系统中，接收端利用一数字解调器15、频道译码器16及来源译码器17将自发射端所接收的信号还原。
在通讯频道19中，低频的信号无法在大气环境下进行长距离的传输，而必需使用射频信号做为载波，才能达到长距离传输的目的。因此，在发射端处必需使用一射频发射器来达到此目的。
图2示出了一传统射频发射器的电路方块图。传统射频发射器包括有一数字模拟转换器21、一区域振荡器23、一混合器电路25及一功率放大器27。数字模拟转换器21接收一频宽小于10MHz的数字基频信号DBS，将其转换为模拟基频信号ABS。区域振荡器23产生一具有2.4GHz或5GHz的模拟载频信号ACS。混合器电路25则接收模拟基频信号ABS及模拟载频信号ACS后，在频谱上进行频率相乘的操作，而产生一准发射信号STS，送至功率放大器27进行放大后经由天线送出发射信号TS。其中，功率放大器27是使用A级、AB级、B级或C级的线性功率放大器(linear power amplifier)。
图3a、3b及3c示出了在频谱上，模拟基频信号ABS、模拟载频信号ACS及发射信号TS的关系。模拟基频信号ABS具有一频宽BW(小于10MHz)，及中心频率0。模拟载频信号ACS具有频率LO(2.4GHz或5GHz)。经过混合器电路25混合后，则在频率LO处形成一频宽为BW的发射信号TS。藉此，数字基频信号DBS便可经由此种模拟处理的方式乘载于载波上而进行长距离的传输。
然而，在上述传统射频发射器中，具有以下的缺点：
第一、数字模拟转换器及混合器电路容易产生噪声，且在进行转换或混合时，亦因非线性转换现象的存在，极易产生信号的误差；
第二、由于传统的射频发射器全然使用模拟的方式进行，其所包含的电路均为模拟式电路，因此其电路设计的困难度较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种低功率的数字式射频发射器，在电路设计上较容易，且使其混合器电路仅进行单纯的「0」与「1」的乘法运算来实现基频信号与载频信号的混合，而没有非线性转换的问题。
本发明的第一个目的在于提供一种数字射频发射器，包括：一第一及第二调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；一第一及第二数字混合器，分别接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；一第一及第二滤波器，分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及一加法器，将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
本发明的第二个目的在于提供一种数字射频发射方法，包括以下步骤：自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；产生一第一及第二数字载频信号；接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；带通过滤该第一及第二发射信号；以及将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
本发明的第三个目的在于提供一种数字射频发射器，包括：一第一及第二调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有N倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；一第一及第二数字混合器，分别接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；一第一及第二滤波器，分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及一加法器，将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
本发明的第四个目的在于提供一种数字射频发射方法，包括以下步骤：自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有N倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；产生一第一及第二数字载频信号；接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；带通过滤该第一及第二发射信号；以及将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
本发明的第五个目的在于提供一种数字射频发射方法，包括以下步骤：使用一噪声整型调制装置自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；使用一区域振荡装置产生一第一及第二数字载频信号；使用一数字混合装置接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；使用一第一及第二带通过滤装置分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及使用一加法装置将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
本发明的第六个目的在于提供一种数字射频发射器，包括：一第一及第二噪声整型调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率(取样频率)fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；数字混合器装置，接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；一第一及第二滤波器，分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及一数字加法器，将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
藉此，由于在本发明的射频发射器中直接使用数字电路进行信号的处理，消除了传统射频发射器因使用模拟电路所造成的非线性转换及设计困难度高的问题。
以下结合附图说明本发明的一种通讯用的射频发射器及方法的实施例。
附图说明
图1示出了传统数字通讯系统的基本原件及方块图；
图2示出了一传统射频发射器的电路方块图；
图3a-3c示出了在频谱上，模拟基频信号ABS、模拟载频信号ACS及发射信号TS的关系；
图4a及4b分别示出了本发明一第一及第二实施例中的双通道射频发射器的电路方块图；
图5a-5d示出了在频谱上，数字基频信号、数字载频信号、准发射信号及发射信号间的关系。
图6示出了本发明一实施例中的双通道射频发射方法的流程图；
图7示出了图4a及4b中的调制器；
图8a及8b示出了图4a及4b中的混合器及其真值表。
附图符号说明
11-数据源及输入转换器；
12-来源编码器；
13-频道编码器；
14-数位调制器；
15-数位解调器；
16-频道译码器；
17-来源译码器；
18-输出转换器；
19-通讯频道；
21-数字模拟转换器；
23、43a、43b、43c-区域振荡器；
27、44-功率放大器；
25、45a、45b-混合器电路；
41a、41b-数位调制器；
42、72-加法器；
47a、47b-开关器；
49a、49b-带通滤波器；
73-积分器；
74-量化器。
具体实施方式
图4a示出了本发明一第一实施中双通道射频发射器的电路方块图。其包括有数字调制器(modulator)41a、41b、区域振荡器43a、43b、混合器电路45a、45b、开关器47a、47b、带通滤波器(band-pass filter)49a、49b、一加总电路(summation circuit)42及一功率放大器44。调制器41a自I信道接收一具有频率fBB的数字基频信号DBS1(频率fBB通常小于10MHz)，并将其进行调制后，产生一调制后的数字基频信号MDBS1。调制器41a亦可以包括一噪声整型量化电路或过取样(over-sampling)电路(请参考美国专利第5068661号)，而可以提高噪声比(S/N ratio)、并使高分辨率的数字信号转换为具有较低分辨率及较低量化噪声值的数字信号。同样地，调制器41b自Q信道接收一具有频率fBB的数字基频信号DBS2，并将其进行调制后，产生一调制后的数字基频信号MDBS2。调制器41b亦可以包括一噪声整型(noise-shaping)量化电路或过取样电路。I与Q信道的信号间具有90°的相位差。区域振荡器43a产生一具有频率fLO(如2.4GHz或5GHz)的数字载频信号DCS1。同样地，区域振荡器43b产生一具有频率fLO(如2.4GHz或5GHz)的数字载频信号DCS2。混合器电路45a则接收调制后的数字基频信号MDBS1及数字载频信号DCS1后，进行两信号位间的乘法运算，而使信号MDBS1在频谱上发生频率位移的现象并产生一准发射信号STS1。同样地，混合器电路45b则接收调制后的数字基频信号MDBS2及数字载频信号DCS2后，进行两信号位间的乘法运算，而使信号MDBS2在频谱上发生频率位移的现象并产生一准发射信号STS2。准发射信号STS1及STS2分别被送至开关器47a及47b。接着再经由带通滤波器49a及49b进行带通过滤后送至加总电路42。加总电路42将接收的I及Q信道信号加总后产生一加总信号SS，再送至功率放大器44进行信号放大，而经由天线送出同时含有I及Q信道信号的发射信号TS。
图4b示出了本发明一第二实施中双通道射频发射器的电路方块图。图4a与4b中相同的组件使用相同的符号。比较图4a与图4b可看出，在图4b中仅有一个区域振荡器43c。区域振荡器43c同时为I及Q通道产生两个具有90°相位差的数字载频信号DCS1及DCS2。
图7示出了第一及第二实施例中调制器41a及41b。在第一及第二实施例中，调制器为一Sigma-Delta调制器，包括了一加法器72、一积分器73及一量化器74。由N位数字基频信号DBS1或DBS2转换而成的具有频率N×fs的1位信号输入至加法器72，其中fs是信号DBS1及DBS2的取样频率。因此，信号MDBS1及MDBS2的频率亦为N×fs。量化器74可为一与门电路，其中当来自积分器73的信号电平小于0V时，输出一高电位，而当来自积分器73的信号电平大于0V时，输出一低电位。
图8a及8b示出了图4a及4b中的混合器及其真值表。混合器45a或45b是一与门，接收分别来自信号MDBS1或MDBS2及DCS1或DCS2的位A及B。与门的输出结果是位A及B的乘积，如图4b所示的真值表。
图5a-5d示出了在频谱上，调制后的数字基频信号MDBS1/MDBS2、数字载频信号DCS1/DCS2、准发射信号STS1/STS2及发射信号TS1/TS2的关系。调制后的数字基频信号MDBS1/MDBS2在中心频率0处具有频宽BW(小于10MHz)。此外，在大于BW处仍存在有其它因调制所产生的更高频信号成份。数字载频信号DCS1/DCS2则具有频率LO(2.4GHz或5GHz)。经过混合器电路45a/45b混合后，信号MDBS1/MDBS2及DCS1/DCS2混合形成信号STS1/STS2。信号STS1/STS2的中心频率为LO，频宽为BW。由于因调制所产生的高频噪声仍然存在于准发射信号STS1/STS2中，因此使用一带通滤波器49a/49b进行信号过滤，将此高频噪声滤除而得到发射信号。藉此，数字基频信号DBS1/DBS2便可经由此种数字处理的方式乘载于载波上而进行长距离的传输。
图6示出了本发明一实施例中的双通道射频发射方法的流程图。
首先，在步骤S1中，接收一I信道及Q信道的N位数字基频信号并对所述数字基频信号进行调制，如增量总和调制。数字基频信号具有一中心频率fs。调制后所产生的信号为具有中心频率N×fs的1位信号。
接着，在步骤S2中，分别产生一第一及第二数字载频信号。
然后，在步骤S3中，接收I、Q通道的调制后1位数字基频信号及上述的第一及第二数字载频信号，并进行乘法运算后分别产生一I信道及Q信道的准发射信号。
再者，在步骤S4中，带通过滤准发射信号。
接着，在步骤S5中，将I信道及Q信道中带通过滤后的准发射信号进行加总而产生一加总信号。
最后，在步骤S6中，接收加总信号并经由一功率发大器放大后由天线送出。
综上所述，本发明提供了一种双信道的数字式射频发射器，直接使用数字电路进行信号的处理，消除了传统射频发射器因使用模拟电路所造成的设计困难度高的问题，同时亦由于其混合器电路藉由单纯的「0」与「1」的乘法运算来达成基频信号与载频信号的混合，而消除了非线性转换的问题。
虽然本发明已以一较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围视后附的权利要求为准。

Claims (25)

1.一种数字射频发射器，包括：
一第一及第二调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；
一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；
一第一及第二数字混合器，分别接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；
一第一及第二滤波器，分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及
一加法器，将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
2.如权利要求1所述的数字射频发射器，其中还包括一功率放大器，将该加总信号放大。
3.如权利要求1所述的数字射频发射器，其中该第一及第二调制器包括一噪声整型调制装置。
4.如权利要求1所述的数字射频发射器，其中该第一及第二调制器包括一过取样量化装置。
5.如权利要求1所述的数字射频发射器，其中该第一频率为一取样频率
6.如权利要求1所述的数字射频发射器，其中该第一及第二调制器分别为一I及Q频道调制器，I代表同相位，而Q代表正交相位。
7.一种数字射频发射方法，包括以下步骤：
自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；
产生一第一及第二数字载频信号；
接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；
带通过滤该第一及第二发射信号；以及
将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
8.如权利要求7所述的数字射频发射方法，其中还包括以下步骤：放大该加总信号。
9.如权利要求7所述的数字射频发射方法，其中该第一及第二数字基频信号的调制方式为Sigma-Delta调制。
10.一种数字射频发射器，包括：
一第一及第二调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有N倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；
一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；
一第一及第二数字混合器，分别接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；
一第一及第二滤波器，分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及
一加法器，将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
11.如权利要求10所述的数字射频发射器，其中还包括一功率放大器，将该加总信号放大。
12.如权利要求10所述的数字射频发射器，其中该第一及第二调制器分别为一I及Q频道调制器，I代表同相位，而Q代表正交相位。
13.一种数字射频发射方法，包括以下步骤：
自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有N倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；
产生一第一及第二数字载频信号；
接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；
带通过滤该第一及第二发射信号；以及
将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
14.如权利要求13所述的数字射频发射方法，其中还包括以下步骤：放大该加总信号。
15.一种数字射频发射方法，包括以下步骤：
使用一噪声整型调制装置自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；
使用一区域振荡装置产生一第一及第二数字载频信号；
使用一数字混合装置接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；
使用一第一及第二带通过滤装置分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及
使用一加法装置将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
16.如权利要求15所述的数字射频发射方法，其中还包括以下步骤：使用一功率放大装置将该加总信号放大。
17.如权利要求15所述的数字射频发射方法，其中该第一频率为一取样频率。
18.如权利要求15所述的数字射频发射方法，其中该噪声整型调制装置包括一过取样装置。
19.如权利要求15所述的数字射频发射方法，其中该噪声整型调制装置包括一噪声整型量化装置。
20.一种数字射频发射器，包括：
一第一及第二噪声整型调制器，自一第一及第二频道分别接收具有一第一频率(取样频率)fs的一第一及第二N位的数字基频信号，并对所述数字基频信号进行调制而得到具有M倍fs频率的一第一及第二1位的调制后基频信号；
一第一及第二区域振荡器，分别产生一第一及第二数字载频信号；
数字混合器装置，接收该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号，并分别进行该第一调制后基频信号及该第一数字载频信号、以及该第二调制后基频信号及该第二数字载频信号的乘法运算后产生一第一及第二发射信号；
一第一及第二滤波器，分别带通过滤该第一及第二发射信号；以及
一数字加法器，将该带通过滤后的第一及第二发射信号加总而产生一加总信号。
21.如权利要求20所述的数字射频发射器，其中还包括一切换式功率放大装置，将该数字加总信号放大。
22.如权利要求20所述的数字射频发射器，其中该第一及第二数字基频信号的调制方式为一Sigma-Delta调制。
23.如权利要求20所述的数字射频发射器，其中该第一及第二噪声整型调制器包括一过取样装置。
24.如权利要求20所述的数字射频发射器，其中该第一及第二噪声整型调制器包括一噪声整型量化装置。
25.如权利要求20所述的数字射频发射器，其中该第一及第二噪声整型调制器分别为一I及Q频道调制器，I代表同相位，而Q代表正交相位。
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