CN201039171Y - 一种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器 - Google Patents

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CN201039171Y CNU2006201414749U CN200620141474U CN201039171Y CN 201039171 Y CN201039171 Y CN 201039171Y CN U2006201414749 U CNU2006201414749 U CN U2006201414749U CN 200620141474 U CN200620141474 U CN 200620141474U CN 201039171 Y CN201039171 Y CN 201039171Y
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吴志坚
张国锋
戴绍港
徐益欣
栾慎吉
洪杭迪
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Abstract

本实用新型涉及一种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器，模拟中频信号与A/D模块输入端相连接，其中模拟中频信号的输入频率为140MHz，并且带宽小于31.25MHz；A/D转换后的信号与数字滤波模块、2倍内插及低通滤波模块一、20MHz本振与混频滤波模块、2倍内插及高通滤波模块、2倍内插及低通滤波模块二的输入端依次相连接；输出信号、250MHz本振与混频模块的输入端相连接，其输出信号经D/A模块输出。本实用新型有益的效果是：可实现对输入中频140MHz的信号滤波，并可实现多种信道滤波特性，并可将输出中频提升到160MHz，以更便于后面上变频器的制作。

Description

一种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器
技术领域
本实用新型涉及适合与移动通信网络中射频直放站或数字电视转发器的数字中频技术领域，尤其是一种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器。
背景技术
在移动通信迅速发展的今天，无论何种无线通信的覆盖区域都将产生弱信号区和盲区，而对一些偏远地区和用户数不多的盲区，采用直放站来实现信号覆盖是一种必要的和低成本的解决方案。在3G网络即将到来的今天，市场对直放站提出了新的要求。作为3G的主流标准之一的WCDMA标准，已经在欧洲成熟应用，也将成为我国3G网络的采用标准之一。由于WCDMA系统可采用单载波或多载波频率配置方案，中频信号带宽可从5MHz变化到20MHz，这对WCDMA直放站的中频滤波器设计提出了严峻的挑战，采用普通的模拟滤波器在成本上特别是灵活性已不能满足要求，需要采用数字化技术。目前已有的有关WCDMA中的数字中频滤波器带宽最大只有15MHz左右，这样最多只能配置3个载波，且中频频率较低，一般在40MHz以下，这对后面上变频器的设计制作不利。
实用新型内容
本实用新型的目的是要解决上述现有技术的缺陷，而提供一种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器，采用新颖的数字中频滤波器频率配置方案，可应用于WCDMA直放站，也可应用于数字电视转发器中。
本实用新型的技术方案具体是这样实现的：这种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器，该装置主要包括：
A/D模块，用于对模拟中频信号采样；
数字滤波模块，用于滤波处理，输出数据速率为62.5MHz；
2倍内插及低通滤波模块一，用于作2倍内插，即在原数据相邻样点间插一个0值数据，并使内插后的数据速率提高到125MHz，再对内插后的数据作低通滤波；
混频滤波模块，用于作混频运算，混频后的信号中在第一奈奎斯特区选取中心频率F2为35MHz的且与其他频谱块不重叠的信号，再对该信号滤波；
2倍内插及高通滤波模块，用于作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到250MHz，然后再对内插后的数据作高通滤波；
2倍内插及低通滤波模块二，用于作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到500MHz，然后再对内插后的数据作低通滤波；
混频模块，用于信号混频，在第一奈奎斯特区选取中心频率为160MHz的信号，且160MHz的信号频谱结构与A/D输入信号的结构相同；其中，
模拟中频信号与用于采样的A/D模块输入端相连接，其中模拟中频信号的输入频率为140MHz，并且带宽小于31.25MHz；A/D转换后的中频频率F1为15Mhz的信号与数字滤波模块输入端相连接，数字滤波模块的输出信号与2倍内插及低通滤波模块一的输入端相连接；2倍内插及低通滤波模块一的输出信号与20MHz本振与混频滤波模块的输入端相连接；混频滤波模块的输出信号与2倍内插及高通滤波模块的输入端相连接；2倍内插及高通滤波模块的输出信号与2倍内插及低通滤波模块二的输入端相连接；2倍内插及低通滤波模块二的输出信号、250MHz本振与混频模块的输入端相连接，其输出信号经D/A模块输出。
本实用新型所述A/D模块的采样速率为62.5MHz，采样的信号带宽要大于155MHz。
本实用新型数字滤波模块可以依据具体的应用要求，实现不同的滤波特性，如WCDMA数字中频滤波中可配置成数字滤波模块带宽为10MHz，可选通二路相邻载波配置的WCDMA信号，即每路WCDMA信号带宽5MHz；又如在DVB-T数字中频滤波中，根据模式的不同，可设计成6MHz、7MHz、8MHz三种滤波带宽。
本实用新型有益的效果是：本实用新型可实现对输入中频140MHz的信号滤波，并可实现多种信道滤波特性，并可将输出中频提升到160MHz，以更便于后面上变频器的制作。
●输入中频信号、输出中频信号采用不同的频率，输入中频140MHz，输出中频160MHz；
●A/D、D/A采用不同的特定的采样速率，A/D的采样速率为62.5MHz，D/A的采样速率为500MHz；
●采用了数字混频技术实现了输入、输出频率的不同频变换。
附图说明
图1是本实用新型的原理方框图；
图2是本实用新型中140MHz中频信号经62.5MHzA/D采样后的频谱示意图；
图3是本实用新型中在WCDMA直放站应用中数字滤波器的一种频率特性示意图；
图4是本实用新型中2倍内插及低通滤波模块一的输出信号频谱示意图；
图5是本实用新型中2倍内插及低通滤波模块一与20MHz正弦信号混频后频谱示意图；
图6是本实用新型中混频滤波模块的输出频谱示意图；
图7是本实用新型中2倍内插及高通滤波模块的输出频谱示意图；
图8是本实用新型中2倍内插及低通滤波模块二的输出频谱示意图；
图9是本实用新型中混频模块的输出频谱示意图；
附图标记说明：A/D模块1，数字滤波模块2，2倍内插及低通滤波模块一3，混频滤波模块4，倍内插及高通滤波模块5，2倍内插及低通滤波模块二6，混频模块7，D/A模块8，62.5MHzA/D采样时钟9，20MHz本振10，250MHz本振11，500MHz D/A转换时钟12。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步介绍：
这种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器，该装置主要包括：
A/D模块1，用于对模拟中频信号采样；
数字滤波模块2，用于滤波处理，输出数据速率为62.5MHz；
2倍内插及低通滤波模块一3，用于作2倍内插，即在原数据相邻样点间插一个0值数据，并使内插后的数据速率提高到125MHz，再对内插后的数据作低通滤波；
混频滤波模块4，用于作混频运算，混频后的信号中在第一奈奎斯特区选取中心频率F2为35MHz的且与其他频谱块不重叠的信号，再对该信号滤波；
2倍内插及高通滤波模块5，用于作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到250MHz，然后再对内插后的数据作高通滤波；
2倍内插及低通滤波模块二6，用于作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到500MHz，然后再对内插后的数据作低通滤波；
混频模块7，用于信号混频，在第一奈奎斯特区选取中心频率为160MHz的信号，且160MHz的信号频谱结构与A/D输入信号的结构相同。
工作原理说明：
1、将输入频率为140MHz，并且带宽小于31.25MHz的模拟中频信号，通过采样速率为62.5MHz的A/D模块1采样，采样的信号带宽要大于155MHz。在第一奈奎斯特Nyqui st区，得到A/D转换后数字中频频率F1为15Mhz的信号，该信号的频谱结构与140MHz输入信号的频谱结构完全相同。如图2所示，只要中频信号带宽小与31.25MHz，采样信号的频谱块相互不会混叠。
A/D模块1的选用：主要是要考虑采样速率、带宽、A/D数据位数的要求。A/D的采样速率要能够达到62.5MHz的要求，A/D能采样的信号带宽要满足大于155MHz的要求，A/D数据位数要考虑满足应用的S/N信噪比要求。TI公司的AD5411，AD公司的AD6644等能满足WCDMA直放站数字中频的技术指标要求。
2、将中频频率F1为15Mhz的信号通过数字滤波模块2作滤波处理，滤波特性要求视应用场合而定。数字滤波模块2的输出数据速率为62.5MHz；如对WCDMA直放站的应用场合，一种可能的特定的滤波模板如下图3所示，图3中的横坐标表示频率，单位为MHz。该模式的滤波器带宽为10MHz，可选通二路相邻载波配置的WCDMA信号每路WCDMA信号带宽5MHz。将数字滤波模块2的输出信号通过2倍内插及低通滤波模块一3先作2倍内插，即在原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到125MHz，然后再对内插后的数据作低通滤波，滤波后数据频谱结构示意图如图4所示，A处所示为低通滤波特性。为简单起见，图4中的频谱块未考虑数字滤波模块2特性的影响。
3、先对2倍内插及低通滤波模块一3的输出信号与20MHz本振10通过混频滤波模块4作混频运算，可得到如图5所示的频谱结构示意图。20MHz本振10可在FPGA中用NCO数字压控振荡器来实现。混频后的信号中在第一奈奎斯特区选取中心频率F2为35MHz的且与其他频谱块不重叠的信号，再对该信号用带通滤波器滤出后的信号频谱示意图如图6所示，B处所示为带通滤波特性，混频滤波模块4的数据速率为125MHz。
4、先对混频滤波模块4的输出信号通过2倍内插及高通滤波模块5作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到250MHz，然后再对内插后的数据作高通滤波，滤波后数据频谱结构示意图如下图7所示。图7中在第一奈奎斯特区有中心频率F3为90MHz的且与其他频谱块不重叠的信号，但频谱与A/D前的频谱成镜像关系，C处所示为高通滤波特性。
5、先对2倍内插及高通滤波模块5的输出信号通过2倍内插及低通滤波模块二6作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到500MHz，然后再对内插后的数据作低通滤波，滤波后数据频谱结构示意图如下图8所示，D处所示为低通滤波特性。
6、将2倍内插及低通滤波模块二6的输出信号与250MHz本振11通过混频模块7进行信号混频，由于250MHz本振信号的数据率为500MHz，250MHz信号经抽样后的信号实际上可视为+1-1+1-1……序列，混频运算实际上是2倍内插及低通滤波6的输出序列与+1-1+1-1……序列的相乘运算。经混频运算后可得到下图9所示输出频谱示意图。由图9中可知，在第一奈奎斯特Nyquist区有只有中心频率为160MHz的信号，且160MHz的信号频谱结构与A/D输入信号的结构相同。该信号经D/A输出及低通或带通滤波后即可得到中心频率为160MHz的中频输出。
如图1所示，图1中数字滤波模块2、2倍内插及低通滤波模块一3、混频滤波模块4、20MHz本振10可由FPGA(现场可编程逻辑阵列)实现，FPGA的选用：主要是考虑FPGA的容量及速度。Atera公司的Cyclone II系列EP2C35、EP2C50等芯片可满足要求，FPGA中的数字滤波模块2、2倍内插及低通滤波模块一3、混频滤波模块4、20MHz本振10是通过对FPGA下载特定的配置程序生成的，配置程序是通过EDA工具软件，采用VHDL或其他编程语言生成。2倍内插及高通滤波模块5、2倍内插及低通滤波6、混频7、D/A8、250MHz本振11可由带内插功能的D/A实现，带内插功能的D/A芯片选用：主要是考虑速度及功能是否满足要求，TI公司的DAC5687芯片的速度及功能可完全满足本专利的实施要求，带内插功能的D/A芯片的具体功能是由单片机向D/A中寄存器加载特定的配置数据产生的。62.5MHz A/D采样时钟9由外部时钟电路提供。500MHz D/A转换时钟12即可由外部时钟电路提供，也可用由带内插功能的D/A内部的时钟电路产生。9、10、11、12单元的频率是由基于同一参考频率源产生的，因而是同步于同一参考频率源的。图中的Fs1、Fs2、Fs3、Fs4表示各信号节点的数据采样速率，15MHz、35MHz、95MHz、160MHz表示各节点信号的中心频率。
框图中的有关频率关系：
●模拟中频信号输入频率：Fin＝140MHz
●A/D转换后数字域中频频率：F1＝Fin-2Fs1＝15MHz
●在数字中频处理单元中混频后的频率：F2＝F1+Fo＝35MHz Fo为20MHz本振频率
●在D/A带内插功能中2倍内插及高通滤波后频率：F3＝2Fs1-F2＝90MHz
●在D/A带内插功能中4倍内插滤波及混频后的频率：F4＝4Fs1-F3＝160MHz
● DAC5687输出频率：Fout＝F4＝160MHz
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器，其特征是：该装置主要包括：
A/D模块(1)，用于对模拟中频信号采样；
数字滤波模块(2)，用于滤波处理，输出数据速率为62.5MHz；
2倍内插及低通滤波模块一(3)，用于作2倍内插，即在原数据相邻样点间插一个0值数据，并使内插后的数据速率提高到125MHz，再对内插后的数据作低通滤波；
混频滤波模块(4)，用于作混频运算，混频后的信号中在第一奈奎斯特区选取中心频率F2为35MHz的且与其他频谱块不重叠的信号，再对该信号滤波；
2倍内插及高通滤波模块(5)，用于作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到250MHz，然后再对内插后的数据作高通滤波；
2倍内插及低通滤波模块二(6)，用于作2倍内插，即原数据相邻样点间插一个0值数据，内插后的数据速率提高到500MHz，然后再对内插后的数据作低通滤波；
混频模块(7)，用于信号混频，在第一奈奎斯特区选取中心频率为160MHz的信号，且160MHz的信号频谱结构与A/D输入信号的结构相同；其中，
模拟中频信号与用于采样的A/D模块(1)输入端相连接，其中模拟中频信号的输入频率为140MHz，并且带宽小于31.25MHz；A/D转换后的中频频率F1为15Mhz的信号与数字滤波模块(2)输入端相连接，数字滤波模块(2)的输出信号与2倍内插及低通滤波模块一(3)的输入端相连接；2倍内插及低通滤波模块一(3)的输出信号与20MHz本振(10)与混频滤波模块(4)的输入端相连接；混频滤波模块(4)的输出信号与2倍内插及高通滤波模块(5)的输入端相连接；2倍内插及高通滤波模块(5)的输出信号与2倍内插及低通滤波模块二(6)的输入端相连接；2倍内插及低通滤波模块二(6)的输出信号、250MHz本振(11)与混频模块(7)的输入端相连接，其输出信号经D/A模块(8)输出。
2.根据权利要求1所述的射频转发设备中输入输出异频的数字中频滤波器，其特征是：
所述A/D模块(1)的采样速率为62.5MHz，采样的信号带宽要大于155MHz。
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