移動通信射頻信號數位化電路的製作方法
2023-12-02 07:14:46 1
專利名稱：移動通信射頻信號數位化電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種移動通信射頻信號數位化電路，即採用無線電及數字電路技 術，將移動通信基站射頻接口射頻信號轉換為數位訊號的轉換電路。
技術背景-
作為移動通信數字直放站的核心處理部分，本實用新型有著巨大的意義。 直放站的使用意義和應用範圍
在移動通信迅速發展的今天，無論何種無線通信的覆蓋區域都將產生弱信號區和盲 區，而對一些偏遠地區和用戶數不多的盲區，要架設基站成本太高，基礎設施也較複雜， 為此提供一種成本低、架設簡單，卻具有小型基站功能的經濟有效的設備…直放站是很有 必要的。特別是，移動通信服務商們開始在基地之外的建築物內部及地下等電波盲區設置 直放站，以最大限度地滿足用戶對於通話服務的要求。
傳統直放站覆蓋存在的問題
直放站以起獨有的優勢在移動優化覆蓋領域己被廣泛認可，並在全球移動通信網絡上 大量採用。但是伴隨著運營商網絡建設的日趨完善和進一步品質化和精品化要求，目前網 絡建設己進入了査漏補缺和調整優化階段，現階段的網絡呈現出
弱信號區和盲區存在的面積很小而數量眾多。
在基站或廣域網覆蓋良好的部分樓宇內，僅存在很少面積、信號屏蔽嚴重的電梯和地 下室等盲區；
受建築物內部結構的影響，建築物內小範圍的網絡覆蓋弱信號地區；
建築物密集的生活住宅小區，受地理環境的影響，存在小範圍的弱信號地區；
受傳輸路由、線纜布放困難的限制，使室內覆蓋系統等合理解決方案，不能達到需覆 蓋的部分區域。如與主覆蓋區有一定距離的，又因為管線井道不通的住宅小區地下停車 場；大型樓宇的附樓、群樓；相對分散的建築群等。
已覆蓋的建築物內，有小範圍的人口密度大、話務集中等熱點區域(忙區)，如會 議室、報告廳、娛樂場所等。
受基站上行靈敏度底噪聲等限制，基站的一個扇區可接入的直放站數目有限，否則基 站的指標會明顯受到影響。
解決上述網絡問題，若仍採用傳統的直放站系統，將會存在以下幾個問題
投資成本大、性價比不高。針對上述區域，從進行覆蓋的意義和作用上講運營商是為了使通信服務網絡更精品 化、更高品質化，能實現真正意義上的"網絡無縫覆蓋"；從網絡建設的投入產出比上講: 運營商類似覆蓋是服務性的、非贏利性。所以，在制定解決方案時，投資成本的大小是解 決方案提供商首先和最重點要考慮的問題。
設備體積大、對站址的環境要求相對較高，靈活性、隨機性差。
傳統直放站在架設時，必須要有固定的機房、足夠的安裝空間、穩定的電源等配套設 施，使解決方案的設計受到很多條件的制約。
設備安裝時必須由專業技術人員，並使用專用的配套工具才能實現。工程周期長，工 程施工複雜。
基站的一個扇區可接入的直放站數目有限，資源浪費。
遇到要覆蓋的多個區域都在同一路由方向的情況，用傳統的直放站只能多臺直放站引 用多扇區信號多臺近端機帶多臺遠端機對目標區域進行覆蓋，否則就有可能造成噪聲疊 加，幹擾基站。而使用數字直放站由於上行噪聲不疊加，所用信源只要同一扇區一臺近端 機帶多臺遠端機就可以滿足。所以，使用傳統的直放站設備反而是一種浪費。
所以，針對現階段的網絡特點和市場現狀，如何尋找到一種性能穩定、價格低廉、安 裝簡易的有效解決辦法和配套產品，成為我們最為關注的項目課題和研究方向
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術中所存在的上述不足，而提供一種移 動通信射頻信號數位化轉換電路，即數字基帶處理的接口。通過該接口可以在保證通信質 量的基礎上在數字領域對基帶信號進行超遠距離光傳輸、再生、同步和處理。
本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案是:移動通信射頻信號數位化電路包 括可變增益放大器、差分IQ調製電路、IQ信號驅動電路、模擬/數字轉換電路、並行信 號轉串行信號電路、鎖相環電路、時鐘電路；
上述電路的信號處理流程:移動通信基站射頻接口射頻信號經過可變增益放大器最佳 匹配放大後，輸入零中頻差分IQ調製電路，生成的差分IQ信號經過IQ信號驅動電路匹 配放大後，由模擬/數字轉換電路轉換為12位並行數位訊號，12位並行數位訊號再經過
並行信號轉串行信號電路轉換為串行數位訊號。時鐘電路與零中頻差分IQ調製電路、模 擬/數字轉換電路連接，用來提供零中頻差分IQ調製電路、模擬/數字轉換電路所需的時 鍾本振信號和時序信號，鎖相環電路與零中頻差分IQ調製電路連接，用來提供鎖相本振 信號。
本實用新型首次採用了零中頻技術，將移動通信基站射頻接口射頻信號直接下變頻到0 24MHz信號，通過電路匹配和後級的數字處理，可靠抑制了鏡頻和阻塞的影響，減少 了傳統的中頻和緩衝處理單元，電路更簡單，性能更穩定。
對射頻信號進行IQ調製，將輸出帶寬減小了一半，因此對後級數字採樣電路的採樣 速率要求相應降低，只需直接採樣速率的一半速率即可，有效提高了後級數字採樣及傳輸 電路的穩定性，也大大降低了數字採樣部分的綜合成本；
(1) 按照現有國內兩種移動通信網絡制式GSM和CDMA1X的兩種制式，中國移動GSM 頻率為上下行各24M:上行885 909MHz、下行930 954MHz，中國聯通GSM頻率為上下 行各6M:上行909 915MHz、下行954 960MHz。
中國聯通CDMA1X頻率為上下行各10M:上行825 835MHz、下行870 880MHz。
(2) 按照現有國內兩種移動通信網絡制式GSM和CDMA1X的兩種制式，在GSM中， 數據速率選為270. 833kbit/sec，中國移動GSM網絡94個信道數據速率最大為270. 833 X94=25458.302 kbit/sec，因中國聯通信道數少於中國移動，所以信道速率按最大來計 算為25458. 302 kbit/sec (約為25. 5M)。
cdma2000 — IX EV — DO(Data Only),採用與話音分離的信 道傳輸數據，高通公司提出的HD R (H i g h Data R a t e )技術已成為該階 段的技術標準，支持平均速率為6 5 0 k b i t / s 、峰值速率為2. 4 M b i t / s的 高速數據業務(H D R是一種針對分組數據業務進行優化的、高頻譜利用率的C D M A無 線通信技術。可在1. 2 5M帶寬內提供峰值速率達2. 4Mb i t / s的高速數據傳輸 服務。這一速率甚至高於W C D M A在5 M帶寬內所能提供的數據速率。H D R己被3 G P P 2接納為cdma20 0 0 — IX EV — DO的唯一標準)。
IQ信號的頻率帶寬最大為24M。
IQ信號速率最大為25. 5M。
利用數字採樣的方法把移動通信射頻信號轉換為12位並行數位訊號，採樣帶寬G網 24M， C網IOM。
按照乃奎斯特採樣定理，若要無損採樣，採樣時鐘頻率要大於兩倍待採樣信號頻率， 採樣速率要大於兩倍待採樣信號速率。 因此ADC採樣時鐘頻率定為50M。
因為對射頻信號進行IQ調製，將輸出帶寬減小了一半，因此對後級數字採樣電路的 採樣速率要求相應降低，只需直接採樣速率的一半速率即可，因此後級使用採樣速率為 64M的ADC晶片即可。
利用數字採樣的方法把移動通信射頻信號轉換為12位並行數位訊號，在數字域對信號進行處理，極大增強了設備對信號的處理、控制和中繼能力；
利用fpga電路對數位訊號進行處理，對數字域信號進行了串行打包整形，為後級的 雙工傳輸提供了接口；也為後級射頻信號數字域處理提供了接口。
本實用新型用於將移動通信基站射頻接口射頻信號轉換為數位訊號，利用fpga電路 對數位訊號進行處理，對數字域信號進行了串行打包整形，為後級的雙工傳輸提供了接口 ； 也為後級射頻信號數字域處理提供了接口。
圖1是本實用新型實施例的結構示意圖。
圖2是本實用新型實施例可變增益放大器和零中頻差分iq調製電路的電路圖。 圖3是本實用新型實施例iq信號驅動電路的電路圖。 圖4是本實用新型實施例模擬/數字轉換電路的電路圖。
具體實施方式
參見圖1 圖4，本實用新型實施例涉及一種移動通信射頻信號數位化電路，即採用 無線電及數字電路技術，將移動通信基站射頻接口射頻信號轉換為數位訊號的轉換電路。
該移動通信射頻信號數位化電路包括可變增益放大電路i 、零中頻差分iQ調製電路n、 iQ信號驅動電路ni、模擬/數字轉換電路iv、並行信號轉串行信號電路v、鎖相環電路vi、 時鐘電路vn以及給上述電路提供電源的電源電路。可變增益放大電路i與零中頻差分iq
調製電路II連接，零中頻差分iq調製電路ii與iq信號驅動電路iii、鎖相環電路vi、時鐘
電路vn均連接，iQ信號驅動電路m與模擬/數字轉換電路iv連接，模擬/數字轉換電路iv 與並行信號轉串行信號電路v、時鐘電路w均連接。
移動通信基站射頻接口射頻信號rf經過可變增益放大電路i最佳匹配放大後，輸入
差分iQ調製電路n，生成的零中頻差分iQ信號經過iQ信號驅動電路m匹配放大後，由
模擬/數字轉換電路iv轉換為12位並行數位訊號，12位並行數位訊號再經過並行信號轉
串行信號電路v轉換為串行數位訊號。時鐘電路vn直接與零中頻差分iq調製電路ii的電
容c72和模擬/數字轉換電路iv的引腳clk—a、 clk—b連接，用於提供該兩個電路所需的時
鍾本振信號和時序信號，鎖相環電路vi與零中頻差分iQ調製電路n連接並用來提供鎖相 本振信號vps0—a、 vps0一b，並行信號轉串行信號電路v、鎖相環電路vi、時鐘電路vn和
電源電路均可採用現有技術。
可變增益放大電路i、零中頻差分iq調製電路ii具體電路原理圖見電路圖2，移動 通信基站射頻接口射頻信號rf經過變壓器t2轉換為差分信號，經過由電阻r7、 r8和電 容c23、 c24組成的放大匹配電路輸入可變增益放大器u4(ad8375)，經過可變增益放大器
6U4最佳匹配放大，再通過IQ匹配電路輸入零中頻差分IQ調製電路II的IQ調製集成塊U5 (AD15382)，經過IQ調製集成塊U5零中頻正交混頻後得到基帶信號IF—IHI、 IF_ILO、 IF_QHI、 IF一QL0四路信號輸出。移動通信基站射頻接口射頻信號RF經過零中頻差分IQ
調製電路n處理後，為後級的高速無損數字採樣提供了數據速率降低一半的更加便利的條件。
零中頻差分IQ調製電路II是一款可應用在W-CDMA/CDMA/CDMA2000/GSM系統中的高性 能正交I/Q解調器，IQ調製集成塊U5的射頻輸入頻率範圍是700 MHz 2.7 GHz。差分 IQ調製電路(噪聲係數NF = 14 dB， IPldB = 14.7 dBm， IIP3 = 33.5 dBm at 900 MHz) 具有寬動態範圍，適用於通信設施直接轉換的苛刻要求。差分射頻輸入提供50Q寬帶輸 入阻抗，為了實現最佳性能，採用l:l巴倫驅動，為了產生本振正交信號，利用內置多相 濾波器實現穩定的正交精度。在較寬的本振頻率範圍內可以得到出色的解調精度。解調後 的同相位(I)與正交(Q)差分輸出信號是經過緩衝的。電壓轉換增益為4dB，與差分負 載阻抗無關，阻抗最小可以為100Q，負載200Q時的驅動能力超過2Vpp。完全平衡的 設計減小了二階失真產物。從本振埠到射頻埠的洩漏小於-65dBc。 I、 Q輸出埠的 直流差分偏置小於10 mV。
IQ信號驅動電路III包括信號驅動模塊U6 (AD8366)。參見圖3，經過圖2的IQ調製 集成塊U5零中頻正交混頻後得到基帶信號IF_IHI、 IF_ILO、 IF—QHI、 IF—QLO四路信號經 過匹配電路後，分別輸入到IQ信號驅動電路III信號驅動模塊U6的IPPA、 IPMA、 IPMB、 IPPB四個埠，經過信號驅動模塊U6匹配整形放大後，輸出VINAB、 VINA、 VINB、 VINBB 四個信號到圖4模擬/數字轉換電路IV的AD轉換器Ul的VINAB、 VINA、 VINB、 VINBB四個 引腳，經過AD轉換器U1的模擬/數字轉換後，形成D0 D13的並行12位信號輸出，然後 經過FPGA電路轉換為12位串行信號。
本實施例採用的信號驅動模塊U6具有出色的無雜散動態範圍，適合驅動12-bit ADC。 在10 MHz工作時，最大增益下的噪聲係數(NF)為10.5 dB，增益每降低4 dB， NF就增 加2 dB。在整個增益範圍內，在10MHz下驅動500Q負載時，對於2V p-p的輸出，HD3 和HD2都大於88 dBc。驅動200 Q負載時，-90 dBc的雙音互調失真對應為43 dBm的0IP3。 IQ信號驅動電路的差分輸入阻抗為200Q，以提供良好的阻抗匹配。差分輸出採用電壓模 式，阻抗較低，為30Q。在整個電壓範圍，輸出共模電壓默認值為Vps/2，可通過信號驅 動模塊U6的引腳VCMA與VCMB進行編程調節。如果採用直流耦合工作方式，可以禁用內 置的直流失調補償環路。高通角通過信號驅動模塊U6的引腳OFSA、 OFSB上的外部電容設 定。輸入共模電壓默認值也為Vps/2，但可以在1.2V到3.4V之間驅動。數字接口支持並行或串行增益編程。信號驅動模塊U6採用4. 5V 5. 5V電源供電，電源電流消耗為175 mA,待機功耗為4 mA。
參見圖4，模擬/數字轉換電路IV包括AD轉換器Ul(AD9238)，採樣率最高分別可達 65 MS/s。可以提供與單通道A/D轉換器同樣優異的動態性能，但是比使用2個單通道A/D 轉換器具有更好的抗串擾性能。模擬/數字轉換電路由2個高性能A/D轉換器組成。這2 個ADC通道除了共用內部的電壓參考源VREF，其他基本是獨立的。每個ADC通道都 包含有1個前端採樣保持放大器(SHA)和1個流水線ADC。該流水線ADC分為三級， 第一級是l個4b的閃速(Flash) ADC,第二級是8個1. 5b的閃速ADC，第三級是1 個4b的閃速ADC。每一級都提供有充分的位數重疊來糾正前一級的錯誤，每級的量化 輸出再加上數字誤差校正可以保證最後得到12b的有效位數。流水線的結構允許前一級 在完成某一採樣工作後進行新的採樣，而後一級仍在進行先前的採樣工作。流水線的每 一級(除了最後一級)都有一個低位數的DAC和一個乘法器來驅動下一級。乘法器用閃 速ADC的輸出來控制開關電容DAC。 DAC的輸出減去輸入信號再經放大後送入下一級 流水線，乘法器這一級也叫做乘法DAC (MDAC)。每一級有lb用來對前一級的錯誤進 行數字校正。最後一級只包括一個閃速ADC緩衝器。輸出緩衝器單獨供電，這樣可以方 便地對輸出電壓進行調節。
本實用新型實施例使得高頻射頻信號轉化為串行數位訊號，為信號的基帶處理準備了 接口，可有效濾除無線信號的噪聲和雜散，大大改善無線網絡信號的信噪比，提高了無線 信號覆蓋的網絡質量，可通過數字光網絡進行無線信號超遠距離傳輸。
權利要求1、一種移動通信射頻信號數位化電路，其特徵在於包括可變增益放大電路、零中頻差分IQ調製電路、IQ信號驅動電路、模擬/數字轉換電路、並行信號轉串行信號電路、鎖相環電路、時鐘電路，移動通信基站射頻接口射頻信號經過可變增益放大電路最佳匹配放大後，輸入到零中頻差分IQ調製電路，生成的差分IQ信號經過IQ信號驅動電路匹配放大後，由模擬/數字轉換電路轉換為並行數位訊號，並行數位訊號再經過並行信號轉串行信號電路轉換為串行數位訊號，時鐘電路與零中頻差分IQ調製電路、模擬/數字轉換電路連接，用來提供零中頻差分IQ調製電路、模擬/數字轉換電路所需的時鐘本振信號和時序信號，鎖相環電路與零中頻差分IQ調製電路連接並用來提供鎖相本振信號。
2、 根據權利要求1所述的移動通信射頻信號數位化電路，其特徵在於可變增益放大電 路設置有變壓器、放大匹配電路、可變增益放大器，射頻信號經過變壓器轉換為差分信號， 經過放大匹配電路輸入可變增益放大器，由可變增益放大器最佳匹配放大後傳送到零中頻差 分IQ調製電路。
3、 根據權利要求1或2所述的移動通信射頻信號數位化電路，其特徵在於所述零中頻 差分IQ調製電路設置有IQ匹配電路、IQ調製集成塊，由可變增益放大電路最佳匹配放大後 的信號通過IQ匹配電路輸入IQ調製集成塊，經過IQ調製集成塊零中頻正交混頻後得到基帶 信號輸出。
4、 根據權利要求3所述的移動通信射頻信號數位化電路，其特徵在於所述零中頻差分 IQ調製電路的IQ調製集成塊採用AD15382，其射頻輸入頻率範圍是700 MHz 2.7GHz,差 分射頻輸入提供50Q寬帶輸入阻抗，採用l:l巴倫驅動，電壓轉換增益為4dB，阻抗最小為 100 Q，負載200Q時的驅動能力超過2Vpp。
5、 根據權利要求1所述的移動通信射頻信號數位化電路，其特徵在於所述IQ信號驅 動電路包括信號驅動模塊，零中頻差分IQ調製電路輸出的基帶信號經過匹配電路後輸入到 IQ信號驅動電路的信號驅動模塊，經過信號驅動模塊匹配整形放大後輸出到模擬/數字轉換 電路。
專利摘要本實用新型公開了一種移動通信射頻信號數位化電路，包括可變增益放大電路、零中頻差分IQ調製電路、IQ信號驅動電路、模擬/數字轉換電路、並行信號轉串行信號電路、鎖相環電路、時鐘電路，射頻信號經過可變增益放大電路最佳匹配放大後，輸入到零中頻差分IQ調製電路，生成的差分IQ信號經過IQ信號驅動電路匹配放大後，由模擬/數字轉換電路轉換為並行數位訊號，並行數位訊號再經過並行信號轉串行信號電路轉換為串行數位訊號，時鐘電路用來提供零中頻差分IQ調製電路、模擬/數字轉換電路所需的時鐘本振信號和時序信號，鎖相環電路用來提供鎖相本振信號。本實用新型為信號的基帶處理準備了接口，有效濾除無線信號的噪聲和雜散，改善無線網絡信號的信噪比，提高無線信號覆蓋的網絡質量。
文檔編號H04B1/26GK201290110SQ20082016754
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月5日 優先權日2008年11月5日
發明者冀 和, 韓春根, 傑 黃 申請人:浙江新時訊通信技術有限公司