CN1340974A - 可支持智能天线的数字上变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可支持智能天线的数字上变频器,它由调制模块、功率控制模块、乘法器模块、数控振荡器模块、混频器模块以及多路求和模块构成的数字上变频器,采用本发明的上变频器可以在数字部分处理完成满足智能天线的需求,能够在移动通讯系统中实现智能天线发射信号,使得原来需要在模拟发射部分处理的电路省掉,其设计简单,调整方便,成本也随之降低,具有广阔的应用前景。

Description

可支持智能天线的数字上变频器

本发明涉及数字移动通信系统，更具体地是指一种可支持智能天线的数字上变频器。

以全球移动通信系统(GSM，下同)为代表的第二代移动通信系统已经非常成熟，主要以话音为主流业务。但随着互联网(Internet)的高速崛起，通过无线空中接口的数据通信的需求飞速发展，第二代移动通信系统正在向第三代移动通信系统演进。

同时作为移动通讯系统中的一个重要部分，天线技术也正在进行重大变革。智能天线系统作为一个新型的天线系统已越来越引起大家的关注。

智能天线技术能够明显提高无线(wireless)通讯系统的性能，它能够使PCS、cellular(GSM、EDGE、CDMA)、WLL(wireless local loop)网络在信号质量、信号容量以及信号覆盖率上有显著提高。

智能天线技术应用对于网络应用技术是透明的，它对于调制方式和空中接口协议没有限制，可以适合于现在所有的移动通讯系统和移动通讯网络。

支持智能天线发射的独立装置通常采用在RF(射频)端加入部分模拟电路，使得输出的射频信号满足智能天线应用要求，但这种电路设计复杂、调整困难，成本较高，故应用面不广。

数字中频技术已经成为移动通讯系统中较为成熟的技术之一，数字上变频器(DUC)已得到了推广应用。如何在数字上变频器中实现支持智能天线技术？是应用和推广采用智能天线发射技术的关键之一，也就是说，设计一种集支持智能天线的装置于数字上变频器为一体的上变频器具有广泛的应用前景和重要的意义。

为此，本发明的目的是提供一种可支持智能天线的数字上变频器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该可支持智能天线的数字上变频器包括调制模块、功率控制模块、乘法器模块、数控振荡器模块、混频器模块以及多路求和模块，其中，

调制模块接收基带数字信号并完成对该输入信号的调制处理，输出数字同相信号和正交信号；

功率控制模块根据不同的等级对调制模块输出的调制信号进行功率控制处理；

乘法器模块对经过功率控制模块处理后的信号进行复数或实数相乘，并输入至混频器模块中；

数控振荡器模块产生一单一数字中频信号并输入至混频器模块中；

混频器模块将数控振荡器模块和乘法器模块的输出进行混频处理后得到单路调制中频信号并输出到多路求和模块；

多路求和模块可对多路调制后的中频信号进行相加。

所述的乘法器模块为复数乘法器模块，该复数乘法器模块由实部调整值和虚部调整值进行调整，将经过功率控制器模块处理后的数字I、Q信号相乘得到实部信号和虚部信号，实部信号和虚部信号被送入下一级的混频器模块。

所述的乘法器模块为实数乘法器模块，该实数乘法器模块由不同的幅度调整值调整，将经过功率控制器模块处理后的数字I、Q信号相乘送至混频器模块；同时，数控振荡器模块由不同的相位调整值调整后，其输出也送至混频器模块。

本发明采用了由调制模块、功率控制模块、乘法器模块、数控振荡器模块、混频器模块以及多路求和模块构成的数字上变频器，特别是将乘法器模块设计为复数乘法器和实数乘法器，它集支持智能天线的装置于数字上变频器为一体，采用本发明的数字上变频器后，可以在数字部分处理完成支持智能天线的需求，能够在移动通讯系统中实现智能天线发射信号，使得原来需要在模拟发射部分处理的电路省掉，其设计简单，调整方便，成本也随之降低，具有广阔的应用前景。

下面结合附图和实施例，对本发明作一详细地说明：

图1为智能天线发射通道原理结构框图。

图2为本发明的数字上变频器原理结构框图。

图3为本发明的另一数字上变频器原理结构框图。

图4为本发明的又一数字上变频器原理结构框图。

图5为本发明的数字上变频器的应用示例原理框图。

请先参阅图1所示，使用智能天线是在移动通讯系统领域提出的新概念。从图1可以看出，基带处理后的基带信号依次经过数字上变频器、射频后由智能天线向外发射，图1中示意了若干路发射天线。

智能天线的使用需要满足下面关系：

在数字上变频器DUC中采用复数乘法器的实现装置，复数乘法器实部、虚部的值{

}可按时隙进行变化。

采用复数乘法器的数字上变频器DUC在具体专用集成电路(ASIC)实现中需要四个实数乘法器和两个全加器来完成。

复数乘法器具体完成操作为： $I_i*\mathrm{Real}\left(A_j{e}^{j{\mathrm{\θ}}_j}\right)-Q_j*\mathrm{Imag}\left(A_j{e}^{j{\mathrm{\θ}}_j}\right);I_j*\mathrm{Imag}\left(A_j{e}^{j{\mathrm{\θ}}_j}\right)+Q_j*\mathrm{Real}\left(A_j{e}^{j{\mathrm{\θ}}_j}\right)$

实部：

虚部；

为了减少专用集成电路(ASIC)设计资源，我们又考虑用实数乘法器来代替复数乘法器。

对公式(一)进行推导，可以得到：

其中A_j，θ_j是按时隙Slot变化的数

复数乘法器的作用被分解成两部分：一部分是振幅A_j的作用；另一部分是中频混频器相位的θ_j作用。

数控振荡器相位θ_j和幅度调整A_j都可按时隙变化，进行幅度与相位调整都在功率控制的最低点；每个通道幅度与相位调整保持同步关系；相位调整值θ_j采用N bit控制，提高初始相位的调节精度。

根据上述的设计思想，本发明的核心思想是对上变频器进行了重新设计，对此，请参阅图2所示，

该数字上变频器包括调制模块、功率控制模块、乘法器模块、数控振荡器模块、混频器模块以及多路求和模块，其中，

调制模块接收基带数字信号并完成对该输入信号的调制处理，输出数字同相信号(I)和正交信号(Q)；

功率控制模块根据不同的等级对调制模块输出的调制信号进行功率控制处理；

乘法器模块对经过功率控制模块处理后的信号进行复数或实数相乘，并输入至混频器模块中，以保证可支持智能天线；

数控振荡器模块产生一单一数字中频信号并输入至混频器模块中；

混频器模块将数控振荡器模块和乘法器模块的输出进行混频处理后得到单路调制中频信号并输出到多路求和模块；

多路求和模块可对多路调制后的中频信号进行相加，F_j表示其它调制中频信号，即，求和模块就是将混频器模块输出的中频信号与其它调制中频信号进行求和相加。

请再参阅图3所示，所述的乘法器模块为复数乘法器模块，该复数乘法器模块由实部调整值B_j和虚部调整值C_j进行调整，将经过功率控制器模块处理后的数字同相信号(I)、正交信号(Q)相乘得到实部信号和虚部信号，实部信号和虚部信号被送入下一级的混频器模块。工作原理是，调制模块完成调制功能后产生基带调制信号，功率控制模块根据不同的等级对基带调制信号进行有关的功率控制处理，复数乘法器通过设置不同的实部调整值和虚部调整值，从而保证数字上变频器能配合智能天线的使用要求，数控振荡器产生单一数字中频信号，混频器将数控振荡器输出和乘法器输出经过处理后得到单路调制中频，多路求和模块完成几个单路调制中频信号的求和相加，以满足与其它调制中频信号求和的需要。

请继续参阅图4所示，所述的乘法器模块为实数乘法器模块，该实数乘法器模块由不同的幅度调整值调整，将经过功率控制器模块处理后的数字I、Q信号相乘送至混频器模块；同时，数控振荡器模块由不同的相位调整值调整后，其输出也送至混频器模块。

工作原理如下：调制模块完成调制功能后产生基带调制信号，功率控制模块根据不同的等级对基带调制信号进行有关的功率控制处理，实数乘法器是为了适合智能天线的使用而增加的专用模块，通过设置不同的幅度调整值，以保证数字上变频器能配合智能天线的使用要求，数控振荡器产生单一数字中频信号，并通过相位调整值来调整中频信号的初始相位，相位调整值是为适合智能天线使用而新增的，并同幅度调整值共同作用，混频器将数控振荡器输出和乘法器输出经过处理后得到单路调制中频，多路求和模块完成几个单路调制中频信号的求和相加，以满足与其它调制中频信号求和的需要。

通过系统仿真和电路FPGA验证，本发明的数字上变频器完全满足智能天线的要求。

图5示意了本发明的一个应用示例，图中，单元41是基带功能处理模块，完成信源编码、信道编码等基带处理，并送出基带信号到单元43。单元43是本发明所关注的具有支持智能天线功能的数字上变频器(DUC)，为了支持智能天线多天线发射的功能，一般会选用多个数字上变频器。为了控制数字上变频器的工作模式和幅度调整值、相位调整值等，引入了数字信号处理单元42，进行相关控制。单元44是高速、高精度DAC，将数字上变频器输出的数字中频调制信号转化为模拟中频调制信号。单元45是射频处理单元，将模拟中频信号进行线性放大、带通滤波和频谱搬移后，转变成模拟射频信号送入单元46，即智能天线单元，最后发射到空间。

本实例在具体实施中，应考虑如何对每个通道数字上变频器施加相应的幅度调整值与相位调整值；系统应保证每个通道调整同步进行。

Claims (3)

1、一种可支持智能天线的数字上变频器，其特征在于：该数字上变频器包括调制模块、功率控制模块、乘法器模块、数控振荡器模块、混频器模块以及多路求和模块，其中，

调制模块接收基带数字信号并完成对该输入信号的调制处理，输出数字同相信号和正交信号；

功率控制模块根据不同的等级对调制模块输出的调制信号进行功率控制处理；

乘法器模块对经过功率控制模块处理后的信号进行复数或实数相乘，并输入至混频器模块中；

数控振荡器模块产生一单一数字中频信号并输入至混频器模块中；

混频器模块将数控振荡器模块和乘法器模块的输出进行混频处理后得到单路调制中频信号并输出到多路求和模块；

多路求和模块可对多路调制后的中频信号进行相加。

2、如权利要求1所述的可支持智能天线的数字上变频器，其特征在于：所述的乘法器模块为复数乘法器模块，该复数乘法器模块由实部调整值和虚部调整值进行调整，将经过功率控制器模块处理后的数字同相、正交信号相乘得到实部信号和虚部信号，实部信号和虚部信号被送入下一级的混频器模块。

3、如权利要求1所述的可支持智能天线的数字上变频器，其特征在于：所述的乘法器模块为实数乘法器模块，该实数乘法器模块由不同的幅度调整值调整，将经过功率控制器模块处理后的数字同相、正交信号相乘送至混频器模块；同时，数控振荡器模块由不同的相位调整值调整后，其输出也送至混频器模块。

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