CN1819472A

CN1819472A - 低复杂度超宽带射频前端的实现方法及装置

Info

Publication number: CN1819472A
Application number: CNA2006100389674A
Authority: CN
Inventors: 洪伟; 田玲; 朱红兵
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2026-03-21
Also published as: CN100362752C

Abstract

低复杂度超宽带射频前端的实现方法及装置是一种应用于高速无线短距离通信的超宽带射频前端实现方法。在发信机端通过多工器完成多路宽带中频输入信号的合路，然后将合路后的中频信号上变频到射频上去进行多载波发射，从而在保证系统发射性能的情况下降低了基带部分高速A/D电路和发信机中正交调制器的设计难度；在收信机端将接收来的多载波信号首先做下变频处理，然后通过多工器完成多路宽带中频输入信号的分路，从而在保证系统接收性能的情况下降低了收信机中正交解调器和基带部分高速D/A电路的设计难度。该方法为宽带无线射频前端的设计提供了一条全新的技术路线。

Description

低复杂度超宽带射频前端的实现方法及装置

技术领域

本发明是一种应用于高速无线短距离通信的超宽带射频前端实现方法，属于通信技术领域。

背景技术

近几年来，由于市场对高速无线短距离通信的迫切需求，超宽带技术(UWB)受到人们越来越多的关注。运用从3.1GHz～10.6GHz的UWB频谱，电信设备制造商和运营商就能够大力构建和发展无线个人局域网(WPAN)，实现低功耗、低成本的高速无线数据接入。一般来说，UWB通信系统数据传输需超过100Mbps，而其通信带宽要达到500MHz以上，这些限制为高速无线UWB通信系统的设计带来些许挑战。这其中诸如射频电路(低噪声放大器、混频器、正交调制器和正交解调器等)、模拟基频电路(信道选择滤波器和可变增益放大器等)、数字模拟转换器(DAC)以及模拟数字转换器(ADC)等设计都不可避免的遇到宽带宽、高速率的难题。这些电路必须支持至少500MHz的带宽，甚至可能一路往上扩大到7,500MHz。这些电路所支持的带宽越大，其设计就越困难。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种低复杂度超宽带射频前端的实现方法及装置，通过在射频、模拟和混合信号电路的复杂性之间做出适当的取舍，降低了正交(IQ)调制器、正交解调器、高速A/D和高速D/A的设计难度，从而为宽带无线射频前端的设计提供了一条全新的技术路线。同时，这种方法也为整个UWB通信系统的实现提供了灵活可靠的保障。

技术方案：本发明提供一种简洁、可靠的低复杂度超宽带射频前端的实现方法及装置。如图1所示，低复杂度超宽带射频前端的实现方法由多路输入发信机和多路输出收信机完成，

1)在发信机端，通过多工器完成多路宽带中频输入信号的合路，然后将合路后的中频信号上变频到射频上去进行多载波发射，从而在保证系统发射性能的情况下降低了基带数模转换器和发信机的设计难度。发信机由k路匹配滤波电路、k路IQ调制器、多工器、上变频器、射频带通滤波器、射频放大器、宽带放大器和发射天线组成。来自基带电路的k路模拟I、Q信号，共有I₁，Q₁，I₂，Q₂...I_k，Q_k路信号进入发信机，经过发信机内k路正交调制器后产生k路不同中心频率的中频信号，然后k路中频信号通过多工器生成一个有k个等带宽且中心频率各不相同的多载波中频信号，该多载波中频信号经上变频器变换为多载波射频信号、再经射频带通滤波器和射频放大器后，通过发射天线发射出去。发信机中的自动电平控制(ALC)在每路中频电路部分实现。

2)在收信机端，将接收信号首先做下变频处理，然后通过多工器完成多路宽带中频输入信号的分路，从而在保证系统接收性能的情况下降低了收信机和基带模数转换的设计难度。收信机由接收天线、射频带通滤波器、低噪声放大器、下变频器、多工器、k路IQ解调器和k路匹配滤波电路组成，从天线接收来的多载波射频信号，首先进入射频带通滤波器滤波，然后经低噪声放大器和下变频器后生成有k个等带宽且中心频率各不相同的多载波中频信号，该多载波中频信号经多工器后产生了k路不同中心频率的中频信号并分别进入相应的k个IQ解调器和k个匹配滤波电路进行解调和匹配滤波处理，处理后的k路模拟I、Q信号，即I₁，Q₁，I₂，Q₂...I_k，Q_k路信号随后送往基带。收信机中的自动增益控制(AGC)在每路中频电路部分实现。

基于低复杂度超宽带射频前端实现方法的实现装置包括发信机和收信机两部分，其中，在发信机中：I₁匹配滤波电路、Q₁匹配滤波电路的输出端接第一路IQ调制器，第一路IQ调制器的输出端接第一ALC电路，第一ALC电路的输出端接双工器，I₂匹配滤波电路、Q₂匹配滤波电路的输出端接第二路IQ调制器，第二路IQ调制器的输出端接第二ALC电路，第二ALC电路的输出端接双工器，双工器、上变频器、射频带通滤波器、射频放大器和发射天线顺序串联连接；在收信机中：接收天线、射频带通滤波器、低噪声放大器、镜像抑制滤波器、下变频器、双工器顺序串联连接，收信机双工器的输出端分别接第一AGC电路、第二AGC电路的输入端，第一AGC电路的输出端接第一路IQ解调器的输入端，第一路IQ解调器的输出端分别接I₁匹配滤波电路、Q₁匹配滤波电路的输入端；第二AGC电路的输出端接第二路IQ解调器的输入端，第二路IQ解调器的输出端分别接I₂匹配滤波电路、Q₂匹配滤波电路的输入端。

有益效果：本发明提出的低复杂度超宽带射频前端设计方案，在传送相同频谱带宽的情况下，多路方案中的所需调制器和解调器的带宽仅为传统单路方案的1/k倍，这样处理大大简化了调制器和解调器设计和调试，使它们工作在一个比较理想的带宽范围之内，从而具有较好的性能。

在传送相同数据速率的情况下，多路方案中的所需A/D和D/A的工作频率仅为传统单路方案的1/k倍，这样处理大大简化了A/D和D/A设计和调试，降低了系统的成本，使它们工作在一个比较理想的信号采样时钟上，从而具有较好的性能。

由于在每一路发射中频和接收中频上都引入了ALC或AGC，这样就使得系统在做发射功率控制和接收增益控制时更加的灵活，从而使系统更容易获得较高的性能。

附图说明

图1是低复杂度超宽带射频前端框图。其中有：k路匹配滤波电路、k路IQ调制器、多工器、上变频器、射频带通滤波器、射频放大器、宽带放大器、发射天线、接收天线、射频带通滤波器、低噪声放大器、下变频器、多工器、k路IQ解调器、k路匹配滤波电路。

图2是本发明的一种具体实施方式，双载波发信机系统框图。其中有：I₁匹配滤波电路1、Q₁匹配滤波电路2、I₂匹配滤波电路3、Q₂匹配滤波电路4、第一路IQ调制器5、第二路IQ调制器6、第一ALC电路7、第二ALC电路8、双工器9、上变频器10、射频带通滤波器11、射频放大器12、发射天线13。

图3是本发明的一种具体实施方式，双载波收信机系统框图。其中有：接收天线14、射频带通滤波器15、低噪声放大器16、镜像抑制滤波器17、下变频器18、双工器19、第一AGC电路20、第二AGC电路21、第一路IQ解调器22、第二路IQ解调器23、I₁匹配滤波电路24、Q₁匹配滤波电路25、I₂匹配滤波电路26、Q₂匹配滤波电路27。

具体实施方式

本发明在3.5GHz频段上实现了低复杂度超宽带射频前端的实验装置。该射频前端采用了双载波宽带调制方案，中频信号的合路和分路是由双工器完成的。中频信号的中心频率分别为1.188GHz和1.452GHz，射频信号的中心频率为3.48GHz。前端信号通信带宽约为400MHz，其中两个子载波的带宽和子载波之间的隔离带宽均为132MHz。发信机的发射功率约为-12dBm。

该装置包括发信机和收信机两部分，其中，在发信机中：I₁匹配滤波电路1、Q₁匹配滤波电路2的输出端接第一路IQ调制器5，第一路IQ调制器5的输出端接第一ALC电路7，第一ALC电路7的输出端接双工器9，I₂匹配滤波电路3、Q₂匹配滤波电路4的输出端接第二路IQ调制器6，第二路IQ调制器6的输出端接第二ALC电路8，第二ALC电路8的输出端接双工器9，双工器9、上变频器10、射频带通滤波器11、射频放大器12和发射天线13顺序串联连接；在收信机中：接收天线14、射频带通滤波器15、低噪声放大器16、镜像抑制滤波器17、下变频器18、双工器19顺序串联连接，双工器19的输出端接分别接第一AGC电路20、第二AGC电路21的输入端，第一AGC电路20的输出端接第一路IQ解调器22的输入端，第一路IQ解调器22的输出端分别接I₁匹配滤波电路24、Q₁匹配滤波电路25的输入端；第二AGC电路21的输出端接第二路IQ解调器23的输入端，第二路IQ解调器23的输出端分别接I₂匹配滤波电路26、Q₂匹配滤波电路27的输入端。

本发明的发信机具体实施方式如图2所示。来自基带的第一路模拟I，Q信号(I₁和Q₁)分别进入I₁匹配滤波电路1和Q₁匹配滤波电路2，通过第一路IQ调制器5和第一ALC电路7后产生第一路发射中频调制信号；同时来自基带的第二路模拟I，Q信号(I₂和Q₂)分别进入I₂匹配滤波电路3和Q₂匹配滤波电路4，通过第二路IQ调制器6和第一ALC电路8后产生第二路发射中频调制信号；这两路发射中频调制信号在双工器9中进行合路和滤波，产生发信机双载波中频信号，随后该双载波中频信号顺序进入上变频器10、射频带通滤波器11、射频放大器12和发射天线13将双载波RF信号发射到空中。

本发明的收信机具体实施方式如图3所示。双载波RF接收信号依次通过接收天线14、射频带通滤波器15、低噪声放大器16、镜像抑制滤波器17和下变频器18后产生收信机双载波中频信号；通过双工器19将该双载波中频信号进行分路和滤波，生成第一路接收中频信号和第二路接收中频信号；第一路接收中频信号通过第一AGC电路20、第一路IQ解调器22、I₁匹配滤波电路24和Q₁匹配滤波电路25后产生I₁和Q₁信号输出至基带电路；同理，第二路接收中频信号通过第二AGC电路21、第二路IQ解调器23、I₂匹配滤波电路26和Q₂匹配滤波电路27后产生I₂和Q₂信号输出至基带电路；这两路IQ信号需同时送往基带电路处理。

Claims

1、一种低复杂度超宽带射频前端的实现方法，其特征在于该方法由多路输入发信机和多路输出收信机完成，

1)在发信机端，通过中频多工器完成多路宽带中频输入信号的合路，然后将合路后的中频信号上变频到射频上去进行多载波发射，从而在保证系统发射性能的情况下降低了基带数模转换器和发信机的设计难度；发信机由k路匹配滤波电路、k路IQ调制器、多工器、上变频器、射频带通滤波器、射频放大器和发射天线组成；来自基带电路的k路模拟I、Q信号，共有I₁，Q₁，I₂，Q₂...I_k，Q_k路信号进入发信机，经过发信机内k路IQ调制器后产生k路不同中心频率的中频信号，然后k路中频信号通过多工器合路生成一个有k个等带宽且中心频率各不相同的多载波中频信号，该多载波中频信号经上变频器变换为多载波射频信号、再经射频带通滤波器和射频放大器后，通过发射天线发射出去。发信机中的自动电平控制(ALC)在每路中频电路部分实现；

2)在收信机端，将接收信号首先做下变频处理，然后通过多工器完成多路宽带中频输入信号的分路，从而在保证系统接收性能的情况下降低了收信机和基带模数转换的设计难度；收信机由接收天线、射频带通滤波器、低噪声放大器、下变频器、多工器、k路IQ解调器和k路匹配滤波电路组成，从天线接收来的多载波射频信号，首先进入射频带通滤波器滤波，然后经低噪声放大器和下变频器后生成有k个等带宽且中心频率各不相同的多载波中频信号，该多载波中频信号经多工器后产生了k路不同中心频率的中频信号并分别进入相应的k个IQ解调器和k个匹配滤波电路进行解调和匹配滤波，处理后的k路模拟I、Q信号，即I₁，Q₁，I₂，Q₂...I_k，Q_k路信号随后送往基带。收信机中的自动增益控制(AGC)在每路中频电路部分实现。

2、一种如权利要求1所述的低复杂度超宽带射频前端的实现方法的实现装置，其特征在于该装置包括发信机和收信机两部分，其中，在发信机中：I₁匹配滤波电路(1)、Q₁匹配滤波电路(2)的输出端接第一路IQ调制器(5)，第一路IQ调制器(5)的输出端接第一ALC电路(7)，第一ALC电路(7)的输出端接双工器(9)，I₂匹配滤波电路(3)、Q₂匹配滤波电路(4)的输出端接第二路IQ调制器(6)，第二路IQ调制器(6)的输出端接第二ALC电路(8)，第二ALC电路(8)的输出端接双工器(9)，双工器(9)、上变频器(10)、射频带通滤波器(11)、射频放大器(12)和发射天线(13)顺序串联连接；在收信机中：接收天线(14)、射频带通滤波器(15)、低噪声放大器(16)、镜像抑制滤波器(17)、下变频器(18)、双工器(19)顺序串联连接，双工器(19)的输出端接分别接第一AGC电路(20)、第二AGC电路(21)的输入端，第一AGC电路(20)的输出端接第一路IQ解调器(22)的输入端，第一路IQ解调器(22)的输出端分别接I₁匹配滤波电路(24)、Q₁匹配滤波电路(25)的输入端；第二AGC电路(21)的输出端接第二路IQ解调器(23)的输入端，第二路IQ解调器(23)的输出端分别接I₂匹配滤波电路(26)、Q₂匹配滤波电路(27)的输入端。