專利名稱：一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法及其接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法及其接收機(jī)。
背景技術(shù)：
軟件無(wú)線電最早應(yīng)用于軍事通信領(lǐng)域，其設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思想已深入到軍事通信、民用移動(dòng)通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)、測(cè)控甚至電視廣波等無(wú)線電工作的各個(gè)領(lǐng)域。軟件無(wú)線電接收機(jī)是整個(gè)軟件無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵之一。目前，大多軟件無(wú)線電接收機(jī)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)仍是模擬變頻體制，如

圖1所示。即先通過(guò)兩級(jí)模擬變頻將射頻信號(hào)變換到中頻，再由A/D將模擬中頻變換到數(shù)字域，最后由FPGA、DSP進(jìn)行數(shù)字信道化等處理。上述模擬變頻體制主要有以下幾個(gè)缺點(diǎn):1)體積重量功耗要大；2)由模擬頻率合成器引入的相位噪聲會(huì)抬高接收信道的底噪，影響接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍；3)由模擬變頻引入的插損會(huì)增大系統(tǒng)的噪聲系數(shù)；4)捷變頻困難
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種無(wú)模擬變頻射頻軟件無(wú)線電接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，用以解決現(xiàn)有中頻體制中存在的體積重量功耗大、影響接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍等問題。本發(fā)明的目的主要是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明提供了一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法，主要包括:本發(fā)明提供了一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法，包括:確定分波段濾波器各個(gè)波段的頻率范圍，以及射頻輸入信號(hào)的采樣頻率；射頻輸入信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，經(jīng)過(guò)低噪聲放大、分波段濾波，將信號(hào)放大至A/D轉(zhuǎn)換器可接收的電平后輸出給A/D ；由數(shù)字信號(hào)處理單元將經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分相得到多相數(shù)字信號(hào)，每一相數(shù)字信號(hào)與一路NCO的輸出進(jìn)行正交數(shù)字混頻后，得到各相混頻信號(hào)；通過(guò)自設(shè)計(jì)的多相FIR低通濾波器將各相混頻信號(hào)的后端高頻分量濾掉，保留基帶成分；將每一相低通濾波后得到的信號(hào)流相加，得到接收機(jī)輸出的基帶信號(hào)。進(jìn)一步地，確定分段濾波各個(gè)波段頻率范圍的過(guò)程具體包括:根據(jù)接收機(jī)輸入頻率范圍、輸出帶寬確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣盲區(qū)數(shù)m ;根據(jù)采樣盲區(qū)數(shù)m確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率值；根據(jù)確定的采樣頻率計(jì)算分波段濾波的頻率范圍。進(jìn)一步地，確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣盲區(qū)數(shù)m的過(guò)程具體包括:假設(shè)接收機(jī)的輸入最低頻率是，最高頻率是f2，接收機(jī)最大輸出信道帶寬是W，A/D的最大采樣頻率為fsl，采樣盲區(qū)定義為:
權(quán)利要求
1.一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括: 確定分波段濾波器各個(gè)波段的頻率范圍，以及射頻輸入信號(hào)的采樣頻率； 射頻輸入信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，經(jīng)過(guò)低噪聲放大、分波段濾波，將信號(hào)放大至A/D轉(zhuǎn)換器可接收的電平后輸出給A/D ； 由數(shù)字信號(hào)處理單元將經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分相得到多相數(shù)字信號(hào)，每一相數(shù)字信號(hào)與一路NCO的輸出進(jìn)行正交數(shù)字混頻后，得到各相混頻信號(hào)； 通過(guò)自設(shè)計(jì)的多相FIR低通濾波器將各相混頻信號(hào)的后端高頻分量濾掉，保留基帶成分； 將每一相低通濾波后得到的信號(hào)流相加，得到接收機(jī)輸出的基帶信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定分段濾波各個(gè)波段頻率范圍的過(guò)程具體包括: 根據(jù)接收機(jī)輸入頻率范圍、輸出帶寬確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣盲區(qū)數(shù)m ； 根據(jù)采樣盲區(qū)數(shù)m確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率值； 根據(jù)確定的采樣頻率計(jì)算分波段濾波的頻率范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣盲區(qū)數(shù)m的過(guò)程具體包括: 假設(shè)接收機(jī)的輸入最低頻率是，最高頻率是f2，接收機(jī)最大輸出信道帶寬是《，A/D的最大采樣頻率為fsl，采樣盲區(qū)定義為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，確定A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率值的過(guò)程具體包括: 如果m值為O表明無(wú)盲區(qū)，則A/D無(wú)需變速率采樣； 否則，根據(jù)每個(gè)盲區(qū)的中心頻率求取變速率采樣，具體過(guò)程包括:a)求取每個(gè)盲區(qū)的中心頻率值: fbi = fsi.(k+l)/2; fb2 = fsi.(k+2) /2; fbm = fsi.(k+m) /2 b)求取對(duì)應(yīng)每個(gè)盲區(qū)的采樣頻率值
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，根據(jù)采樣頻率計(jì)算分波段濾波各個(gè)波段的頻率范圍的過(guò)程具體包括: 分波段濾波的波段數(shù)=2m+l，其中，m是采樣盲區(qū)數(shù)； 每個(gè)波段的頻率范圍按下式求取:波段 1#:fbdl_l fbdl—2 = fl fbl-w/2;波段 2#:fbd21 fbd2_2 = fbl-3w/2 fbl+3w/2;波段 3#:fbd31 fbd3—2 = fbl+w/2 fb2_w/2;波段 4#:fbd41 fbd4—2 = fb2-3w/2 fb2+3w/2;波段 2m#:fbd2m l fbd2ni—2 = fbm-3w/2 fbni+3w/2;波段 2m+l#:fbd2m+L1 fbd2ni+1—2 = fbm+w/2 f2; 其中，fbdij fM1—2表示波段I的起始頻率和終止頻率，以此類推；w表示接收機(jī)的帶寬，偶數(shù)頻段的帶寬均為3w，奇數(shù)波段對(duì)應(yīng)fsl采樣頻率，偶數(shù)頻段分別對(duì)應(yīng)fs2，fs3，...fsm+1采樣頻率； 根據(jù)每個(gè)波段的頻率范圍、采樣頻率檢查各頻段濾波器的矩形系數(shù)，如果不能滿足工程制造要求，對(duì)該波段進(jìn)行再拆分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，確定射頻輸入信號(hào)的采樣頻率的過(guò)程具體包括: 根據(jù)輸入頻率落在濾波器的那個(gè)區(qū)域來(lái)決定采樣頻率: a)當(dāng)輸入頻率落在奇數(shù)波段區(qū)域時(shí)，選用fsl采樣頻率； b)當(dāng)輸入頻率落在偶數(shù)波段區(qū)域時(shí)，2#區(qū)選用fs2’4#區(qū)選用fs3，以此類推； c)當(dāng)輸入頻率落在兩個(gè)重疊區(qū)時(shí)，輸入頻率大于盲區(qū)中心頻率時(shí)采樣頻率選擇下一個(gè)區(qū)域的采樣頻率，否則不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，抽取分相時(shí)，其相數(shù)應(yīng)滿足
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)如下計(jì)算得到NCO輸出: 假設(shè)fo為接收機(jī)調(diào)諧中心頻率，范圍是:fi+w/2 f2_w/2 其中，f\、f2是接收機(jī)輸入頻率范圍，w是接收機(jī)最大輸出信道帶寬； 假設(shè)選用D個(gè)NCO本振源，則每個(gè)NCO輸出的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多相FIR低通濾波器的原型濾波器是一個(gè)低通FIR濾波器，歸一化截止頻率按下式求取:
10.、一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)，其特征在于，包括:無(wú)模擬變頻射頻前端單元和數(shù)字信號(hào)處理單元，其中無(wú)模擬變頻射頻前端單元具體包括:低噪放、分波段濾波器、步進(jìn)衰減器、放大器、時(shí)鐘電路以及A/D轉(zhuǎn)換器； 低噪放，用于對(duì)進(jìn)入接收機(jī)的射頻輸入信號(hào)進(jìn)行放大，并輸出給分波段濾波器； 分波段濾波器，用于按預(yù)定的頻率范圍對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行帶限濾波，并輸出給步進(jìn)衰減器； 步進(jìn)衰減器，用于當(dāng)輸入信號(hào)功率過(guò)大，超過(guò)接收機(jī)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，對(duì)分波段濾波后的信號(hào)功率進(jìn)行衰減，使之落在接收機(jī)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)；放大器，用于對(duì)經(jīng)過(guò)帶限濾波的射頻信號(hào)放大至A/D轉(zhuǎn)換器可接收電平，并輸出給A/D轉(zhuǎn)換器； A/D轉(zhuǎn)換器，用于將放大器出來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)輸出給數(shù)字信號(hào)處理單元； 時(shí)鐘電路，用于向A/D轉(zhuǎn)換器提供已確定的射頻輸入信號(hào)的采樣頻率； 數(shù)字信號(hào)處理單元由FPGA實(shí)現(xiàn)，用于將經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)進(jìn)行抽取分相得到多相數(shù)字信號(hào)，每一相數(shù)字信號(hào)與一路NCO輸出進(jìn)行正交數(shù)字混頻后，得到各相混頻信號(hào)；通過(guò)多相FIR低通濾波器將各相混頻信號(hào)的后端高頻分量濾掉，保留基帶成分；將每一相濾波后得到的信號(hào)流相加，得到接 收機(jī)輸出的基帶信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無(wú)模擬變頻射頻數(shù)字化接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法及其接收機(jī)，其中設(shè)計(jì)方法主要包括確定分波段濾波器各個(gè)波段的頻率范圍，以及射頻輸入信號(hào)的采樣頻率；射頻輸入信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，經(jīng)過(guò)低噪聲放大、分波段濾波，將信號(hào)放大至A/D轉(zhuǎn)換器可接收電平；將經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取分相得到多相數(shù)字信號(hào)，每一相數(shù)字信號(hào)與一路NCO輸出進(jìn)行正交數(shù)字混頻后，得到各相混頻信號(hào)；通過(guò)多相FIR低通濾波器將各相混頻信號(hào)的后端高頻分量濾掉，保留基帶成分；將每一相濾波后得到的信號(hào)流相加，得到接收機(jī)輸出的基帶信號(hào)；通過(guò)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)模擬變頻射頻軟件無(wú)線電接收機(jī)，接收機(jī)的頻率范圍僅受限于A/D模擬帶寬。
文檔編號(hào)H04B1/16GK103248380SQ20131014922
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者陳順陽(yáng), 楊小牛, 陳仕川, 劉剛, 王衛(wèi)濤 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所