數字射頻發射器及方法
2023-08-01 19:13:11
專利名稱：數字射頻發射器及方法
技術領域：
本發明涉及一種數字射頻發射器(RF transmitter)，特別是涉及一種雙信道的數字式射頻發射器。
背景技術：
圖1示出了傳統數字通訊系統的基本原件及方塊圖。數字通訊系統在發射端包括一數據源及輸入轉換器11、來源編碼器12、頻道編碼器13及數字調製器14，而在接收端具有數字解調器15、頻道解碼器16、來源解碼器17及輸出轉換器18。發射端所發射的信號經由通訊頻道19送至接收端。通訊頻道是信號由發射端送至接收端的實體媒介。在無線通訊中，通訊頻道19的大氣。數據源及輸入轉換器11輸出一模擬信號，如聲音或圖像信號，或是一在時序上不連續且具有有限位數目的數位訊號，如電傳打字設備的輸出信號。來源編碼器12對來自數據源及輸入轉換器11的信號進行有效的轉換，使其成為二位的串行，一般稱的為數據串行。頻道編碼器13的主要功能是將某些額外的位插入，以利接收端可以克服信號在通訊頻道19中傳送時所遭遇到的噪聲及幹擾等問題。數字調製器14做為通訊頻道19的接口，其主要功能在於依據二元的數據串行形成相對應的信號波形。
在數字通信系統中，接收端利用一數字解調器15、頻道解碼器16及來源解碼器17將自發射端所接收的信號還原。
在通訊頻道19中，低頻的信號無法在大氣環境下進行長距離的傳輸，而必需使用射頻信號做為載波，才能達到長距離傳輸的目的。因此，在發射端處必需使用一射頻發射器來達到此目的。
圖2示出了一傳統射頻發射器的電路方塊圖。傳統射頻發射器包括有一數字模擬轉換器21、一區域振蕩器23、一混合器電路25及一功率放大器27。數字模擬轉換器21接收一頻寬小於10MHz的數字基頻信號DBS，將其轉換為模擬基頻信號ABS。區域振蕩器23產生一具有2.4GHz或5GHz的模擬載頻信號ACS。混合器電路25則接收模擬基頻信號ABS及模擬載頻信號ACS後，在頻譜上進行頻率相乘的操作，而產生一準發射信號STS，送至功率放大器27進行放大後經由天線送出發射信號TS。其中，功率放大器27是使用A級、AB級、B級或C級的線性功率放大器(linear power amplifier)。
圖3a、3b及3c示出了在頻譜上，模擬基頻信號ABS、模擬載頻信號ACS及發射信號TS的關係。模擬基頻信號ABS具有一頻寬BW(小於10MHz)，及中心頻率0。模擬載頻信號ACS具有頻率LO(2.4GHz或5GHz)。經過混合器電路25混合後，則在頻率LO處形成一頻寬為BW的發射信號TS。藉此，數字基頻信號DBS便可經由此種模擬處理的方式乘載於載波上而進行長距離的傳輸。
然而，在上述傳統射頻發射器中，具有以下的缺點第一、數字模擬轉換器及混合器電路容易產生噪聲，且在進行轉換或混合時，亦因非線性轉換現象的存在，極易產生信號的誤差；第二、由於傳統的射頻發射器全然使用模擬的方式進行，其所包含的電路均為模擬式電路，因此其電路設計的困難度較高。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供一種低功率的數字式射頻發射器，在電路設計上較容易，且使其混合器電路僅進行單純的「0」與「1」的乘法運算來實現基頻信號與載頻信號的混合，而沒有非線性轉換的問題。
本發明的第一個目的在於提供一種數字射頻發射器，包括一第一及第二調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；一第一及第二數字混合器，分別接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及一加法器，將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
本發明的第二個目的在於提供一種數字射頻發射方法，包括以下步驟自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；產生一第一及第二數字載頻信號；接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；帶通過濾該第一及第二發射信號；以及將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
本發明的第三個目的在於提供一種數字射頻發射器，包括一第一及第二調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有N倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；一第一及第二數字混合器，分別接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及一加法器，將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
本發明的第四個目的在於提供一種數字射頻發射方法，包括以下步驟自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有N倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；產生一第一及第二數字載頻信號；接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；帶通過濾該第一及第二發射信號；以及將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
本發明的第五個目的在於提供一種數字射頻發射方法，包括以下步驟使用一噪聲整型調製裝置自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；使用一區域振蕩裝置產生一第一及第二數字載頻信號；使用一數字混合裝置接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；使用一第一及第二帶通過濾裝置分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及使用一加法裝置將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
本發明的第六個目的在於提供一種數字射頻發射器，包括一第一及第二噪聲整型調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率(取樣頻率)fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；數字混合器裝置，接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及一數字加法器，將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
藉此，由於在本發明的射頻發射器中直接使用數字電路進行信號的處理，消除了傳統射頻發射器因使用模擬電路所造成的非線性轉換及設計困難度高的問題。
以下結合
本發明的一種通訊用的射頻發射器及方法的實施例。
圖1示出了傳統數字通訊系統的基本原件及方塊圖；圖2示出了一傳統射頻發射器的電路方塊圖；圖3a-3c示出了在頻譜上，模擬基頻信號ABS、模擬載頻信號ACS及發射信號TS的關係；圖4a及4b分別示出了本發明一第一及第二實施例中的雙通道射頻發射器的電路方塊圖；圖5a-5d示出了在頻譜上，數字基頻信號、數字載頻信號、準發射信號及發射信號間的關係。
圖6示出了本發明一實施例中的雙通道射頻發射方法的流程圖；圖7示出了圖4a及4b中的調製器；圖8a及8b示出了圖4a及4b中的混合器及其真值表。
附圖符號說明11-數據源及輸入轉換器；12-來源編碼器；13-頻道編碼器；14-數位調製器；15-數位解調器；16-頻道解碼器；17-來源解碼器；18-輸出轉換器；19-通訊頻道；21-數字模擬轉換器；23、43a、43b、43c-區域振蕩器；27、44-功率放大器；25、45a、45b-混合器電路；41a、41b-數位調製器；42、72-加法器；47a、47b-開關器；49a、49b-帶通濾波器；73-積分器；74-量化器。
具體實施例方式
圖4a示出了本發明一第一實施中雙通道射頻發射器的電路方塊圖。其包括有數字調製器(modulator)41a、41b、區域振蕩器43a、43b、混合器電路45a、45b、開關器47a、47b、帶通濾波器(band-pass filter)49a、49b、一加總電路(summation circuit)42及一功率放大器44。調製器41a自I信道接收一具有頻率fBB的數字基頻信號DBS1(頻率fBB通常小於10MHz)，並將其進行調製後，產生一調製後的數字基頻信號MDBS1。調製器41a亦可以包括一噪聲整型量化電路或過取樣(over-sampling)電路(請參考美國專利第5068661號)，而可以提高噪聲比(S/N ratio)、並使高解析度的數位訊號轉換為具有較低解析度及較低量化噪聲值的數位訊號。同樣地，調製器41b自Q信道接收一具有頻率fBB的數字基頻信號DBS2，並將其進行調製後，產生一調製後的數字基頻信號MDBS2。調製器41b亦可以包括一噪聲整型(noise-shaping)量化電路或過取樣電路。I與Q信道的信號間具有90°的相位差。區域振蕩器43a產生一具有頻率fLO(如2.4GHz或5GHz)的數字載頻信號DCS1。同樣地，區域振蕩器43b產生一具有頻率fLO(如2.4GHz或5GHz)的數字載頻信號DCS2。混合器電路45a則接收調製後的數字基頻信號MDBS1及數字載頻信號DCS1後，進行兩信號位間的乘法運算，而使信號MDBS1在頻譜上發生頻率位移的現象並產生一準發射信號STS1。同樣地，混合器電路45b則接收調製後的數字基頻信號MDBS2及數字載頻信號DCS2後，進行兩信號位間的乘法運算，而使信號MDBS2在頻譜上發生頻率位移的現象並產生一準發射信號STS2。準發射信號STS1及STS2分別被送至開關器47a及47b。接著再經由帶通濾波器49a及49b進行帶通過濾後送至加總電路42。加總電路42將接收的I及Q信道信號加總後產生一加總信號SS，再送至功率放大器44進行信號放大，而經由天線送出同時含有I及Q信道信號的發射信號TS。
圖4b示出了本發明一第二實施中雙通道射頻發射器的電路方塊圖。圖4a與4b中相同的組件使用相同的符號。比較圖4a與圖4b可看出，在圖4b中僅有一個區域振蕩器43c。區域振蕩器43c同時為I及Q通道產生兩個具有90°相位差的數字載頻信號DCS1及DCS2。
圖7示出了第一及第二實施例中調製器41a及41b。在第一及第二實施例中，調製器為一Sigma-Delta調製器，包括了一加法器72、一積分器73及一量化器74。由N位數字基頻信號DBS1或DBS2轉換而成的具有頻率N×fs的1位信號輸入至加法器72，其中fs是信號DBS1及DBS2的取樣頻率。因此，信號MDBS1及MDBS2的頻率亦為N×fs。量化器74可為一與門電路，其中當來自積分器73的信號電平小於0V時，輸出一高電位，而當來自積分器73的信號電平大於0V時，輸出一低電位。
圖8a及8b示出了圖4a及4b中的混合器及其真值表。混合器45a或45b是一與門，接收分別來自信號MDBS1或MDBS2及DCS1或DCS2的位A及B。與門的輸出結果是位A及B的乘積，如圖4b所示的真值表。
圖5a-5d示出了在頻譜上，調製後的數字基頻信號MDBS1/MDBS2、數字載頻信號DCS1/DCS2、準發射信號STS1/STS2及發射信號TS1/TS2的關係。調製後的數字基頻信號MDBS1/MDBS2在中心頻率0處具有頻寬BW(小於10MHz)。此外，在大於BW處仍存在有其它因調製所產生的更高頻信號成份。數字載頻信號DCS1/DCS2則具有頻率LO(2.4GHz或5GHz)。經過混合器電路45a/45b混合後，信號MDBS1/MDBS2及DCS1/DCS2混合形成信號STS1/STS2。信號STS1/STS2的中心頻率為LO，頻寬為BW。由於因調製所產生的高頻噪聲仍然存在於準發射信號STS1/STS2中，因此使用一帶通濾波器49a/49b進行信號過濾，將此高頻噪聲濾除而得到發射信號。藉此，數字基頻信號DBS1/DBS2便可經由此種數字處理的方式乘載於載波上而進行長距離的傳輸。
圖6示出了本發明一實施例中的雙通道射頻發射方法的流程圖。
首先，在步驟S1中，接收一I信道及Q信道的N位數字基頻信號並對所述數字基頻信號進行調製，如增量總和調製。數字基頻信號具有一中心頻率fs。調製後所產生的信號為具有中心頻率N×fs的1位信號。
接著，在步驟S2中，分別產生一第一及第二數字載頻信號。
然後，在步驟S3中，接收I、Q通道的調製後1位數字基頻信號及上述的第一及第二數字載頻信號，並進行乘法運算後分別產生一I信道及Q信道的準發射信號。
再者，在步驟S4中，帶通過濾準發射信號。
接著，在步驟S5中，將I信道及Q信道中帶通過濾後的準發射信號進行加總而產生一加總信號。
最後，在步驟S6中，接收加總信號並經由一功率發大器放大後由天線送出。
綜上所述，本發明提供了一種雙信道的數字式射頻發射器，直接使用數字電路進行信號的處理，消除了傳統射頻發射器因使用模擬電路所造成的設計困難度高的問題，同時亦由於其混合器電路藉由單純的「0」與「1」的乘法運算來達成基頻信號與載頻信號的混合，而消除了非線性轉換的問題。
雖然本發明已以一較佳實施例披露如上，然其並非用以限定本發明，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可作若干的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍視後附的權利要求為準。
權利要求
1.一種數字射頻發射器，包括一第一及第二調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；一第一及第二數字混合器，分別接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及一加法器，將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
2.如權利要求1所述的數字射頻發射器，其中還包括一功率放大器，將該加總信號放大。
3.如權利要求1所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二調製器包括一噪聲整型調製裝置。
4.如權利要求1所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二調製器包括一過取樣量化裝置。
5.如權利要求1所述的數字射頻發射器，其中該第一頻率為一取樣頻率
6.如權利要求1所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二調製器分別為一I及Q頻道調製器，I代表同相位，而Q代表正交相位。
7.一種數字射頻發射方法，包括以下步驟自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；產生一第一及第二數字載頻信號；接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；帶通過濾該第一及第二發射信號；以及將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
8.如權利要求7所述的數字射頻發射方法，其中還包括以下步驟放大該加總信號。
9.如權利要求7所述的數字射頻發射方法，其中該第一及第二數字基頻信號的調製方式為Sigma-Delta調製。
10.一種數字射頻發射器，包括一第一及第二調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有N倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；一第一及第二數字混合器，分別接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及一加法器，將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
11.如權利要求10所述的數字射頻發射器，其中還包括一功率放大器，將該加總信號放大。
12.如權利要求10所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二調製器分別為一I及Q頻道調製器，I代表同相位，而Q代表正交相位。
13.一種數字射頻發射方法，包括以下步驟自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有N倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；產生一第一及第二數字載頻信號；接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；帶通過濾該第一及第二發射信號；以及將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
14.如權利要求13所述的數字射頻發射方法，其中還包括以下步驟放大該加總信號。
15.一種數字射頻發射方法，包括以下步驟使用一噪聲整型調製裝置自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；使用一區域振蕩裝置產生一第一及第二數字載頻信號；使用一數字混合裝置接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；使用一第一及第二帶通過濾裝置分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及使用一加法裝置將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
16.如權利要求15所述的數字射頻發射方法，其中還包括以下步驟使用一功率放大裝置將該加總信號放大。
17.如權利要求15所述的數字射頻發射方法，其中該第一頻率為一取樣頻率。
18.如權利要求15所述的數字射頻發射方法，其中該噪聲整型調製裝置包括一過取樣裝置。
19.如權利要求15所述的數字射頻發射方法，其中該噪聲整型調製裝置包括一噪聲整型量化裝置。
20.一種數字射頻發射器，包括一第一及第二噪聲整型調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率(取樣頻率)fs的一第一及第二N位的數字基頻信號，並對所述數字基頻信號進行調製而得到具有M倍fs頻率的一第一及第二1位的調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；數字混合器裝置，接收該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號，並分別進行該第一調製後基頻信號及該第一數字載頻信號、以及該第二調製後基頻信號及該第二數字載頻信號的乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾該第一及第二發射信號；以及一數字加法器，將該帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
21.如權利要求20所述的數字射頻發射器，其中還包括一切換式功率放大裝置，將該數字加總信號放大。
22.如權利要求20所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二數字基頻信號的調製方式為一Sigma-Delta調製。
23.如權利要求20所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二噪聲整型調製器包括一過取樣裝置。
24.如權利要求20所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二噪聲整型調製器包括一噪聲整型量化裝置。
25.如權利要求20所述的數字射頻發射器，其中該第一及第二噪聲整型調製器分別為一I及Q頻道調製器，I代表同相位，而Q代表正交相位。
全文摘要
本發明提供一種數字射頻發射器，包括一第一及第二調製器，自一第一及第二頻道分別接收具有一第一頻率fs的第一及第二N位數字基頻信號，並進行調製而得到具有M倍fs頻率的第一及第二1位調製後基頻信號；一第一及第二區域振蕩器，分別產生一第一及第二數字載頻信號；一第一及第二數字混合器，分別接收第一調製後基頻信號及第一數字載頻信號、以及第二調製後基頻信號及第二數字載頻信號，並分別進行乘法運算後產生一第一及第二發射信號；一第一及第二濾波器，分別帶通過濾第一及第二發射信號；以及一加法器，將帶通過濾後的第一及第二發射信號加總而產生一加總信號。
文檔編號H04L27/20GK1499732SQ0313267
公開日2004年5月26日 申請日期2003年9月28日 優先權日2002年10月29日
發明者許偉展 申請人:威盛電子股份有限公司