CN203326988U

CN203326988U - 认知频谱感知接收机的射频前端单元

Info

Publication number: CN203326988U
Application number: CN2013202990897U
Authority: CN
Inventors: 肖海林; 韩霄; 濮锦胜; 王丽元; 闫坤
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-05-28

Abstract

本实用新型公开一种认知频谱感知接收机的射频前端单元，主要由相连的低通滤波器、低噪声放大器、第一本振发生器、第一混频器、高中频滤波器、高中频放大器、第二本振发生器、第二混频器、自动增益控制器、调谐滤波器网络、第一单片机、第二单片机和上位机组成。其中调谐滤波器网络包括升阻抗匹配传输线变压器组、电调谐滤波器、调谐滤波放大器、降阻抗匹配传输线变压器组和数控直流稳压电源。本实用新型具有DVB-T全频段覆盖、镜像干扰影响较小、电路设计简单、智能操作简单且容易实现的特点。

Description

认知频谱感知接收机的射频前端单元

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种基于地面数字电视广播（DVB-T）频段的认知频谱感知接收机的射频前端单元。

背景技术

无线频谱资源是一种极其有限的资源，需要由国家相关部门来指定相关规定统一管理并将某频段范围内的频谱资源授权给特定的用途来使用。随着无线通信技术的发展，人们对无线业务种类需求的日益多样化，频谱资源将会越来越贫乏。为了缓解频谱资源短缺的问题，可以通过提高频谱利用率来实现目前频谱资源的管理国际上采用的通用做法是实行授权和非授权频率管理机制。对于授权频段，非授权者不得随意使用。在这些已分配的授权频段和非授权频段中，存在这频谱资源利用的不平衡性。即在某些授权频段频谱利用率很低，而在某些非授权频段上用户很多，业务量拥挤，无线电频段已基本趋于饱和。

为了解决这个问题，人们开始考虑如果能够将暂时空缺的频谱资源加以利用，即允许没有授权许可的用户在对授权用户不产生任何干扰的情况下，来使用已分配的许可频段，频谱资源的紧张状况将得到极大的改善。认知无线电的应用为提高频谱利用率提供了一种良好的解决方案。其核心思想就是在不对授权用户产生干扰的情况下，当授权用户在未使用授权频段时，认知用户便可以使用该频段进行通信。

地面数字电视广播（DVB-T），是人们休闲娱乐的一个重要部分。往往人们观看数字广播电视只是占用其中的一部分频段，对于其他频段来说，是处于空闲状态。如果能把这一部分暂未分配的频段充分利用起来，将会极大的提高频谱利用率。

2004年10月，IEEE正式成立IEEE802.22工作组，这是第一个世界范围的基于认知无线电技术的空中接口标准化组织，其工作于54Mhz～862MHz的VHF/UHF频段(扩展频率范围47MHz～910MHz)频段中的TV信道，它可自动检测空闲的频段资源并加以利用。

认知无线电的一个关键技术是频谱感知技术。如何快速、准确地检测出主用户信号在这段频谱上是否存在，是频谱感知的关键问题。认知无线电频谱感知接收机的核心思想是对不同的频段进行检测来判断其频段是否空闲，这就需要具有多波段、可重构的认知无线电通用射频前端硬件平台。

目前有许多关于多频段的射频接收机的结构方案。比如公告号为CN101867381的中国实用新型专利“利用窄带本振和开关滤波实现射频频谱仪下变频的方法”和公告号为CN101938613的“用于电视调谐器的跟踪滤波器”，他们都是采用将射频输入信号共分为几个波段进行下变频，利用开关滤波实现不同波段信号的选频。这种利用多个带通滤波器实现选频和频率调谐的结构并不适合作为DVB-T认知频谱检测接收机的射频前端电路，原因是DVB-T的频段带宽较宽，若选择的子频段少了，会影响所能检测到的空闲频谱的概率。而选择较多子频段，则分几个子频段就需要几个滤波器，造成电路十分复杂。另外公告号为CN101908896的中国实用新型专利“一种多频段射频接收机”采用射频信号经过两次混频下变频到所需要的中频输出，频率综合器除了给第一混频器提供本振信号外，还通过一个分频器，给第二混频提供本振信号。但因为是由一个分频器控制，而分频器不能十分精确，所以较难实现对于DVB-T全频段的覆盖，其次若子频段分的较多时，控制分频器将十分复杂。申请号为201210047420.6的中国实用新型专利“短波频谱感知方法与系统”内采用了调谐滤波器，细化短波频段。并在细化短波频段内步进制扫频实现对接收信号的感知，且短波频段覆盖全面。但由于调谐滤波器对于频率可调范围及带宽有限，所以很难实现在DVB-T频段内实现全频段扫频。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种认知频谱感知接收机的射频前端单元，其具有DVB-T全频段覆盖、镜像干扰影响较小、电路设计简单、智能操作简单且容易实现的特点。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的：

一种认知频谱感知接收机的射频前端单元，主要由低通滤波器、低噪声放大器、第一本振发生器、第一混频器、高中频滤波器、高中频放大器、第二本振发生器、第二混频器、自动增益控制器、调谐滤波器网络、第一单片机、第二单片机和上位机组成。其中调谐滤波器网络包括升阻抗匹配传输线变压器组、电调谐滤波器、调谐滤波放大器、降阻抗匹配传输线变压器组和数控直流稳压电源。低通滤波器的输入端与接收天线相连。低通滤波器的输出端经低噪声放大器后送入第一混频器的其中一个输入端，上位机经第一单片机连接第一本振发生器的数据输入端，第一本振发生器的输出端与第一混频器的另一个输入端相连。第一混频器的输出端依次经高中频滤波器和高中频放大器后接入第二混频器的其中一个输入端，第二本振发生器的输出端连接第二混频器的另一个输入端。第二混频器的输出端经自动增益控制器送入调谐滤波器网络的升阻抗匹配传输线变压器组的输入端。升阻抗匹配传输线变压器组的输出端连接电调谐滤波器的输入端，电调谐滤波器的输出端经调谐滤波放大器连接降阻抗匹配传输线变压器组的输入端，降阻抗匹配传输线变压器组的输出端连接基带处理单元。上位机经第二单片机连接数控直流稳压电源的数据输入端，而数控直流稳压电源的电压输出与电调谐滤波器的电压相连。

上述单元中，所述电调谐滤波器采用的是绕线电感和变容二级管的并联谐振回路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、该射频前端电路专门适用于DVB-T频谱感知接收机的结构，细化了DVB-T频段，并在细化频段内进行yMHZ带宽的步进制扫频功能，从而实现对接收信号的感知，并且可以实现DVB-T的全频段覆盖。

2、采用了第一上变频的二次变频方案，并且使用一个固定频率滤波器和一个调谐滤波器，并且两个滤波器的频带都是专门定制设计的，可以使整个系统具有较好的选择性和通带特性，达到更好的镜像抑制效果、失真效果更少。

3、提供第一上边频的本振信号通过上位机控制，可以方便准确的输出所想要的本振频率。

4、控制电调谐滤波器的数控直流稳压源采用的是单片机为核心，它用上位机控制来替代传统的数字电位器控制，从而更加简单方便、精确的控制调谐滤波器的滤波频段。

5、该射频前端电路虽然也需要进行两次变频，由于经过第一次混频后的高中频是固定的，所以第二次混频也是固定的，电路中不需要进行更改；因而整个射频前端电路系统需要控制的就是提供第一混频的本振信号以及电调谐滤波器，这两块都可以直观的通过上位机实时进行控制并且显示出接收到的频段，使得整个电路十分简单；通过这两部分控制，可以很直观的知道是哪一部分的频段进行频谱的检测，方便之后的认知无线电设备工作。

附图说明

图1为本实用新型的电路系统原理图。

图2为本实用新型的电调谐滤波器框图。

具体实施方式

一种认知频谱感知接收机的射频前端单元，如图1所示，主要由低通滤波器、低噪声放大器、第一本振发生器、第一混频器、高中频滤波器、高中频放大器、第二本振发生器、第二混频器、自动增益控制器、调谐滤波器网络、第一单片机、第二单片机和上位机组成。其中调谐滤波器网络包括升阻抗匹配传输线变压器组、电调谐滤波器、调谐滤波放大器、降阻抗匹配传输线变压器组和数控直流稳压电源。低通滤波器的输入端与接收天线相连。低通滤波器的输出端经低噪声放大器后送入第一混频器的其中一个输入端，上位机通过串口与第一单片机的输入端连接，第一单片机的输出端连接第一本振发生器的数据输入端，第一本振发生器的输出端与第一混频器的另一个输入端相连。第一混频器的输出端依次经高中频滤波器和高中频放大器后接入第二混频器的其中一个输入端，第二本振发生器的输出端连接第二混频器的另一个输入端。第二混频器的输出端经自动增益控制器送入调谐滤波器网络的升阻抗匹配传输线变压器组的输入端。升阻抗匹配传输线变压器组的输出端连接电调谐滤波器的输入端，电调谐滤波器的输出端经调谐滤波放大器连接降阻抗匹配传输线变压器组的输入端，降阻抗匹配传输线变压器组的输出端连接基带处理单元。上位机通过串口与第二单片机的输入端连接，第二单片机的输出端连接数控直流稳压电源的数据输入端，而数控直流稳压电源的电压输出与电调谐滤波器的电压相连。

上位机采用VB语言编写，里面包含三个部分，分别为一级本振控制部分、电调谐滤波器控制部分、接收机接收频段显示部分。

对于第一本振发生器，其第一锁相环采用的是ADF4350芯片，其特点是内部集成第一电压控制振荡器（VCO），能够输出频率范围为137.5MHZ至4400MHZ。非常适合作为本射频前端本振部分。其内部包含有8个寄存器，通过设置这8个寄存器的值就可以产生相对应的本振频率。这8个寄存器采用的是串行数据输入，可以用单片机进行控制。通过上位机就可以控制单片机对锁相环输入数据。根据每一个子频段CHn，上位机分别对应着一个本振频率。需要时，只需输入想要的子频段值，按下对应的按钮，就可以把其对应着的子频段搬移到低频段中。

对于调谐滤波器网络，它主要包括两个传输线变压器网络匹配、一个电调谐滤波器、一个调谐滤波放大器分和一个数控直流稳压电源。上述电调谐滤波器采用的是绕线电感和变容二级管的并联谐振回路，参见图2。调谐滤波器网络是射频接收前端的重点，它的性能好坏，直接决定频谱感知系统的检测概率和灵敏度。由于要实现在带宽为xMHz的低频直接实现yMHZ带宽的窄带宽电调谐滤波器对谐振电路的Q值要求很高。若输入输出阻抗和负载都为50欧姆时，滤波器的衰减会很缓慢，通频带宽很宽，谐振回路的Q值不高，从而达不到窄带滤波的要求。所以可以采用增大输入输出阻抗和负载。其中，升阻抗匹配传输线变压器组与降阻抗匹配传输线变压器组采用的是Mini-Circuits公司的传输线变压器芯片TC4-1W和ADT16-1T，通过两级级联来实现50欧姆到3.2K欧姆的阻抗转换从而达到提高电调谐滤波器谐振回路品质因数Q值的目的。经过阻抗匹配网络后，电调谐滤波器通过控制变容二极管两端的电压就可以实现在带宽为xMHz的低频中进行yMHZ带宽滑动。而通过一个数控直流稳压电源就可以实现控制电调谐滤波器。数控直流稳压电源这里也用上位机对单片机进行控制，通过控制数控直流稳压电源输出的电压就可以控制电调谐滤波器中心频率。

本实用新型提供的基于DVB-T认知无线电频谱检测接收机射频前端，其基本思路是就是把DVB-T的整个频段以每xMHz设为一个子频段单位，设其为CH1、CH2、CH3……CHn。每一个子频段对应着一个一级本振频率。通过二次混频，将接受信号先上变频到第一高中频，再下变频到第二中频端，从而把整个子频段频谱搬移到带宽为xMHz的中频附近。再通过一个yMHz带宽，中心频率随着电压的变化而在一定范围内滑动的电调谐滤波器，并对这一个频段进行扫频。这样就可以实现接收以DVB-T全频段范围覆盖的yMHz为带宽的信号。在整个系统中，上位机控制着第一本振频率以及电调谐滤波器中心频率，第二本振频率是固定的。很容易就可以得出接收机射频前端当前所接收的信号范围。

Claims

1.认知频谱感知接收机的射频前端单元，其特征是，主要由低通滤波器、低噪声放大器、第一本振发生器、第一混频器、高中频滤波器、高中频放大器、第二本振发生器、第二混频器、自动增益控制器、调谐滤波器网络、第一单片机、第二单片机和上位机组成；其中调谐滤波器网络包括升阻抗匹配传输线变压器组、电调谐滤波器、调谐滤波放大器、降阻抗匹配传输线变压器组和数控直流稳压电源；低通滤波器的输入端与接收天线相连；低通滤波器的输出端经低噪声放大器后送入第一混频器的其中一个输入端，上位机经第一单片机连接第一本振发生器的数据输入端，第一本振发生器的输出端与第一混频器的另一个输入端相连；第一混频器的输出端依次经高中频滤波器和高中频放大器后接入第二混频器的其中一个输入端，第二本振发生器的输出端连接第二混频器的另一个输入端；第二混频器的输出端经自动增益控制器送入调谐滤波器网络的升阻抗匹配传输线变压器组的输入端；升阻抗匹配传输线变压器组的输出端连接电调谐滤波器的输入端，电调谐滤波器的输出端经调谐滤波放大器连接降阻抗匹配传输线变压器组的输入端，降阻抗匹配传输线变压器组的输出端连接基带处理单元；上位机经第二单片机连接数控直流稳压电源的数据输入端，而数控直流稳压电源的电压输出与电调谐滤波器的电压相连。

2.根据权利要求1所述的认知频谱感知接收机的射频前端单元，其特征是，

所述电调谐滤波器采用的是绕线电感和变容二级管的并联谐振回路。