專利名稱：寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)的制作方法
應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明涉及移動通訊系統(tǒng)，尤其涉及寬帶碼分多址系統(tǒng)的多載頻接收機(jī)。
背景技術(shù)：
在移動通訊技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們對移動通訊系統(tǒng)的需求也日益增大，移動通訊系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，越來越多的影響著無線通訊服務(wù)質(zhì)量，其中，多載波接收機(jī)是移動通訊系統(tǒng)的重要組成部分，其功能的好壞，成為系統(tǒng)優(yōu)劣的重要因素。
目前，大多數(shù)移動通訊多載波接收機(jī)(接收機(jī)的一種，為一個射頻通道可處理多個載頻信號的接收機(jī))都采用數(shù)字中頻技術(shù)，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。從圖1中可看出，由于AD器件中頻帶寬采樣防混疊的需要，用了兩個中頻濾波器，此濾波器一般采用聲表(SAW，Surface Acoustic Waveform)濾波器。雖然聲表濾波器的帶外抑制較高、矩形系數(shù)較好，但在WCDMA系統(tǒng)中要滿足3GPP(3rd GenerationPartnership Project，該組織負(fù)責(zé)制定和發(fā)布第三代移動通訊的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn)要求，則仍需兩級聲表濾波器，但是采用聲表濾波器將會導(dǎo)致因帶內(nèi)幅度波動和相位波動而造成信號信噪比的惡化。
從圖2可以看出，每個中頻聲表濾波器的帶內(nèi)幅度波動可達(dá)±1dB，兩級在匹配良好的條件下最小也會達(dá)到±1.5dB。其群延時波動(群延時是指相位相對于角頻率的變化率，而群延時波動是指在一定的頻率范圍內(nèi)群延時的最大和最小的差，該參數(shù)主要描述器件對信號相位造成的影響)也對信號造成影響(如造成信號相位失真，使信號惡化)。根據(jù)仿真計算和測試可知，由中頻聲表濾波器帶來的信噪比惡化達(dá)0.5dB，這種惡化會造成基站最大接入用戶數(shù)量的減少。而且由于中頻濾波器都有較大的插損(即插入損耗，指信號通過射頻器件后造成的能量損失)，造成中頻鏈路的加長，不僅如此，因為中頻濾波器受溫度等外界環(huán)境因素影響較大，從而嚴(yán)重影響整個接收機(jī)的穩(wěn)定性。另外，各個不同生產(chǎn)廠家之間參數(shù)的離散性較大，這也會給大批量生產(chǎn)造成影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的限制最大接入用戶數(shù)量、射頻鏈路長、穩(wěn)定性差、不適合大規(guī)模生產(chǎn)等缺點，以保證寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)的最大接入用戶數(shù)量增加，并縮短射頻鏈路、提高其穩(wěn)定性、提高接收機(jī)系統(tǒng)的性能、更適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明構(gòu)造了一種寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，包括雙工器、低噪聲放大器(LNA，Low-Noise Amplifier)、RF濾波器、混頻器(MIX，Mixer)、模數(shù)變換器、接收信號處理器和可變增益控制裝置(VGC，Variable-GainCortrol)，其特征在于，射頻信號經(jīng)所述雙工器濾波，并經(jīng)所述低噪聲放大器放大后，由所述RF濾波器濾除混頻器鏡相噪聲干擾和AD采樣混疊區(qū)噪聲干擾，到達(dá)所述混頻器中進(jìn)行下變頻處理轉(zhuǎn)換成中頻信號，再經(jīng)中頻放大和增益調(diào)整送到所述模數(shù)變換器中進(jìn)行模數(shù)變換成數(shù)字信號，最后，所述接收信號處理器(RSP，Receive SignalProcessor)對這些數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字解調(diào)、抽取、濾波、AGC控制然后輸出到基帶；其中，所述雙工器的帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為73dB、帶內(nèi)波動小于±0.1dB、插損小于1dB；所述RF濾波器的帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為13dB、帶內(nèi)波動小于±0.3dB、插損小于4dB；所述模數(shù)變換器的采樣頻率大于40MHz、采樣位數(shù)不小于14。
所述可變增益控制裝置為可變衰減器(ATT)。
本發(fā)明所述裝置通過有效限定各個器件的參數(shù)值，并適當(dāng)構(gòu)造多載頻濾波器，從而實現(xiàn)省略中頻濾波器的目的，進(jìn)一步保證寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)的最大接入用戶數(shù)量增加，并縮短射頻鏈路、提高其穩(wěn)定性、提高接收機(jī)系統(tǒng)的性能，不僅更合于大規(guī)模生產(chǎn)，而且還能有效降低系統(tǒng)成本。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)中頻聲表濾波器幅頻特性圖。
圖3是本發(fā)明所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載波接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖。
圖4是作為本發(fā)明一種實施方式的多載頻接收機(jī)中，AD6644器件主要技術(shù)指標(biāo)表。
圖5是作為本發(fā)明一種實施方式的多載頻接收機(jī)中射頻鏈路在鄰道測試條件時的計算結(jié)果表。
圖6是作為本發(fā)明一種實施方式的多載頻接收機(jī)中射頻鏈路在阻塞測試條件時的計算結(jié)果表。
圖7是作為本發(fā)明一種實施方式的多載頻接收機(jī)中雙工器混疊區(qū)的頻譜圖。
圖8是作為本發(fā)明一種實施方式的多載頻接收機(jī)中雙工器的幅頻特性曲線圖。
圖9是作為本發(fā)明一種實施方式的多載頻接收機(jī)中超導(dǎo)濾波器的幅頻特性曲線圖具體實施方式
在現(xiàn)有的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載波數(shù)字中頻接收機(jī)中，中頻濾波器的主要作用是防止產(chǎn)生AD采樣的頻譜混疊。如果放棄采用中頻濾波器，那么對AD采樣混疊頻譜的抑制，就必須由前端的射頻濾波器來完成。在3GPP標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，基站接收頻段為1920MHz-1980MHz，60MHz帶寬。如果采用通帶帶寬為60MHz的雙工器來完成，根據(jù)Nyquist(乃奎斯特)帶通采樣定理，其采樣頻率Fs必需大于或者等于信號帶寬的兩倍，即Fs≥120MHz，由于現(xiàn)有雙工器的矩形系數(shù)影響，該采樣頻率Fs在實際應(yīng)用中的值應(yīng)該更高。雖然現(xiàn)在已經(jīng)有Fs≥120MHz的模數(shù)變換器產(chǎn)品，但其采樣位數(shù)、SNR、SFDR(SNR信號噪聲比Signal-Noise Ratio，SFDR無雜散動態(tài)范圍Spurious-Free Dynamic Range)等指標(biāo)尚不能滿足寬帶碼分多址系統(tǒng)多載波接收機(jī)的要求。而且，如果數(shù)據(jù)數(shù)率太高，會給接收信號處理器設(shè)計帶來很大困難，所以目前這種方法尚不能實現(xiàn)。由于該60MHz帶寬在實際應(yīng)用中，將會由多家電信運營商共享，而事實上，每家運營商可以應(yīng)用到的帶寬一般不超過20MHz，所以，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，可以考慮采用帶寬為20MHz的射頻濾波器進(jìn)行帶限濾波，從而使得模數(shù)轉(zhuǎn)換器為采樣速率Fs只需要大于40MHz即可。
由上述說明可知，本發(fā)明可以在現(xiàn)有器件滿足一定指標(biāo)要求的情況下，省略中頻濾波器，設(shè)計一個無中頻濾波器的多載頻接收機(jī)，圖3所示即為本發(fā)明所構(gòu)造的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)。在圖3中，來自于天線的射頻信號經(jīng)雙工器濾波，并經(jīng)低噪聲放大器(LNA，Low-Noise Amplifier)放大后，由RF濾波器濾除在小信號條件下的混頻器鏡相噪聲干擾(混頻器的工作原理是一種乘法運算，通過三角函數(shù)的計算可以得知在本振頻率的上下兩側(cè)都會有噪聲和信號通過混頻器后落入所需要的頻譜內(nèi)，在實際線路中則只需要其中一側(cè)的信號，而另一側(cè)就是混頻器鏡相噪聲干擾)和AD采樣混疊區(qū)噪聲干擾(AD器件進(jìn)行信號采樣時會將產(chǎn)生帶寬為其采樣頻率一半的多個采樣區(qū)，并將是這些采樣區(qū)的信號混疊在一起，而不需要的信號則會產(chǎn)生AD采樣混疊區(qū)噪聲干擾)，到達(dá)混頻器中進(jìn)行下變頻處理轉(zhuǎn)換成中頻信號，再經(jīng)中頻放大和增益調(diào)整送到模數(shù)變換器中進(jìn)行模數(shù)變換成數(shù)字信號，最后，接收信號處理器(RSP，Receive Signal Processor)對這些數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字解調(diào)、抽取、濾波、AGC控制然后輸出到基帶。其中，關(guān)鍵模塊應(yīng)滿足下列要求，才能達(dá)到取消中頻濾波器而仍然保證系統(tǒng)正常工作的目的。
雙工器要求帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為73dB，帶內(nèi)波動小于±0.1dB，插損小于1dB；RF濾波器要求帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為13dB，帶內(nèi)波動小于±0.3dB，插損小于4dB；ADC(模數(shù)變換器)器件要求采樣頻率大于40MHz，采樣位數(shù)不小于14。
另外，LNA(低噪聲放大器)、MIX(混頻器)、ATT(可變衰減器)、RSP(接收信號處理器)是本發(fā)明中的非關(guān)鍵模塊，但也應(yīng)從系統(tǒng)考慮，滿足寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)的各項要求。
下面用現(xiàn)有器件具體構(gòu)造無中頻濾波器的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)。圖3中的LNA(低噪聲放大器)采用RF Hitech公司的RHL-1920R240，MIX(混頻器)采用Sirenza公司的SRM2016，中頻放大器采用WJ公司的AH3，ATT(衰減器)采用SKYWORKS公司的AA113，ADC采用ADI公司的AD6644(其性能指標(biāo)如圖4所示)，RSP采用Intersil公司的ISL5416。另外，RF濾波器采用介質(zhì)或聲表濾波器即可，而雙工器則可以采用SUPERCONDUCTOR TECHENOLOGIES公司的超導(dǎo)濾波器。
下面從噪聲系數(shù)和OIP3(輸出三階交調(diào)點，Output 3rdIntercept Point)分析、雙工器的抗混疊指標(biāo)分析和抑制噪聲濾波器指標(biāo)分析等三個方面說明本發(fā)明所構(gòu)造的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)的射頻系統(tǒng)指標(biāo)。所有的指標(biāo)分析均基于滿足3GPP關(guān)于接收機(jī)的各種性能指標(biāo)要求而進(jìn)行，以保證分析的客觀及準(zhǔn)確性。
首先進(jìn)行噪聲系數(shù)和OIP3的分析。在該分析中，雙工器和LNA的參數(shù)是根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品的測試結(jié)果而得出的；RF濾波器選用聲表濾波器或介質(zhì)濾波器，其指標(biāo)是根據(jù)現(xiàn)有的60MHz濾波器的指標(biāo)得出；混頻器和中頻放大器都是根據(jù)器件的說明材料和測試結(jié)果得出；ADC器件參數(shù)指標(biāo)根據(jù)器件說明資料的指標(biāo)折算得到，其折算方法為在SNR和SFDR指標(biāo)為圖4所示的情況下，如AD6644的滿量程輸入為7dBm，則其噪底功率為7dBm-1dB-73.5dB(SNR)-74.87dB(61.44MHz采樣頻率時的采樣帶寬)＝-142.37dBm/Hz；ADC的噪聲系數(shù)NF＝-142.37dBm/Hz-(-174dBm/Hz)＝31.63dB，由于圖4中給出的是在模擬輸入為30MHz情況下的SNR值，考慮到當(dāng)模擬輸入頻率提高后SNR會惡化，所以計算中取NF＝40dB；OIP3＝(7dBm-7dB)+90dB(IMD)/2＝45dB。
圖3所述多載頻接收機(jī)的射頻鏈路在鄰道測試條件時，為使ADC器件最大輸入信號為0dBm而不飽和(0dBm是3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鄰道測試條件)，其射頻鏈路增益設(shè)計為52dB，其測試結(jié)果如圖5所示，可以看出，射頻鏈路增益設(shè)計為52dB能夠滿足噪聲系數(shù)NF＜2.8dB和OIP3＞24dBm的接收機(jī)設(shè)計要求，同時也可滿足靈敏度條件下的測試要求。
圖3所述多載頻接收機(jī)的射頻鏈路在阻塞測試條件時，為使ADC器件最大輸入信號為0dBm而不飽和(0dBm是3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的阻塞測試條件)，其射頻鏈路增益設(shè)計為40dB，其測試結(jié)果如圖6所示，可以看出，射頻鏈路增益設(shè)計為40dB能夠滿足噪聲系數(shù)NF＜2.8dB的接收機(jī)設(shè)計要求。由于阻塞信號偏離有用信號10MHz，帶寬為5MHz，所以落在有用信號帶內(nèi)交調(diào)信號是5階交調(diào)信號，比3階交調(diào)信號要小，能滿足設(shè)計要求。
然后進(jìn)行雙工器的抗混疊指標(biāo)分析。根據(jù)現(xiàn)有ADC器件的參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)計要求，選擇采樣頻率Fs為61.44MHz，則Nyquist采樣帶寬為30.72MHz。由3GPP對寬帶碼分多址阻塞特性的要求，可能產(chǎn)生如圖7所示的情況中心頻率為Fo-28.22MHz的寬帶碼分多址阻塞信號(兩邊側(cè)部分)處于頻率為Fo-7.5MHz(中間兩部分)有用信號的混疊區(qū)，中心頻率為Fo+28.22MHz的寬帶碼分多址阻塞信號(兩邊側(cè)部分)處于頻率為Fo+7.5MHz(中間兩部分)有用信號的混疊區(qū)，假設(shè)由于ADC器件造成頻譜混疊而引起的噪聲占總噪聲功率得25％，則濾波殘留后的噪聲功率為-115dBm+18dB(WCDMA處理增益)-6dB＝-103dBm；濾波器在Fo±20.72MHz以外的抑制為-40-(-103)＝63dB，如果預(yù)留10dB的余量，則要求為73dB。
由以上分析可得出對于寬帶碼分多址系統(tǒng)，當(dāng)信號帶寬(BW，Bandwidth)和ADC器件的采樣頻率變化時，應(yīng)滿足濾波器在f＝Fo±((Fs/4)+((Fs/4)-(BW/2))-2.5MHz))＝Fo±(((Fs-BW)/2)-2.5MHz)以外的抑制為73dB。
事實上，現(xiàn)有濾波器一般是達(dá)不到上述指標(biāo)要求的，圖8為現(xiàn)有雙工器的幅頻特性測試曲線，由圖8可以看出，偏離通頻帶10MHz處其抑制只有不到20dB，而且當(dāng)帶寬變窄后指標(biāo)還有可能會惡化。超導(dǎo)濾波器能達(dá)到要求，由于高溫超導(dǎo)材料的不斷涌現(xiàn)使超導(dǎo)濾波器的商業(yè)應(yīng)用有可能實現(xiàn)。圖9是超導(dǎo)濾波器的幅頻特性曲線(測量時和其內(nèi)置的LNA一起測量時得到的結(jié)果)，可見其性能可以滿足要求。而這些器件都是腔體器件，不可能做在印制板上，所以一般都做成雙工器。
最后，對抑制噪聲濾波器指標(biāo)進(jìn)行分析。由于在靈敏度測試下，待測的寬帶碼分多址信號功率在熱噪聲功率以下，因為超導(dǎo)濾波器將不能對噪底進(jìn)行濾波，如果不在LNA之后增加抑制噪聲的濾波器，AD采樣的信號將是個頻譜無限寬的噪聲信號，會產(chǎn)生很多混疊噪聲。所以需要在LNA后用一級射頻濾波器來避免混頻器鏡相干擾和ADC采樣混疊區(qū)的干擾。設(shè)這兩部分產(chǎn)生的噪聲要小于噪聲總功率的10％，那么就要求其在Fo±20.72MHz以外的抑制為-10dB-3dB＝13dB。這個指標(biāo)要求是比較低的，現(xiàn)有的介質(zhì)濾波器和聲表濾波器都可以實現(xiàn)。
通過以上分析，可以看出，采用無中頻濾波器的射頻鏈路架構(gòu)，可以得到滿足四載波寬帶碼分多址數(shù)字中頻接收機(jī)設(shè)計的射頻性能。進(jìn)一步利用多載頻數(shù)字信號處理器，可以實現(xiàn)最優(yōu)的4個載波的寬帶碼分多址數(shù)字中頻接收機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明所構(gòu)造的無中頻濾波器寬帶碼分多址系統(tǒng)四載波接收機(jī)的射頻電路主要特點是采用了超導(dǎo)濾波器，避免了混疊信號的影響，采用射頻抑制噪聲濾波器，解決寬帶噪聲帶來噪聲的混疊。通過以上的處理，可以完全簡化接收機(jī)的設(shè)計，提高接收機(jī)的性能。
本實施例所構(gòu)造的無中頻濾波器四載波接收機(jī)的射頻鏈路主要指標(biāo)在采樣頻率為61.44MHz情況下為信道帶寬為20MHz；模擬部分增益為40dB～60dB；OIP3大于24dBm。另外，RF濾波器的指標(biāo)要求為帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為13dB；帶內(nèi)波動小于±0.3dB；插損小于4dB。超導(dǎo)濾波器的性能指標(biāo)要求為帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為73dB；帶內(nèi)波動小于±0.1dB；插損小于1dB。
權(quán)利要求
1.一種寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，包括雙工器、低噪聲放大器、RF濾波器、混頻器、模數(shù)變換器、接收信號處理器和可變增益控制裝置，其特征在于，射頻信號經(jīng)所述雙工器濾波，并經(jīng)所述低噪聲放大器放大后，由所述RF濾波器濾除混頻器鏡相噪聲干擾和AD采樣混疊區(qū)噪聲干擾，到達(dá)所述混頻器中進(jìn)行下變頻處理轉(zhuǎn)換成中頻信號，再經(jīng)所述可變增益控制裝置進(jìn)行中頻放大和增益調(diào)整后，送到所述模數(shù)變換器中進(jìn)行模數(shù)變換成數(shù)字信號，最后，所述接收信號處理器對這些數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字解調(diào)、抽取、濾波、AGC控制然后輸出到基帶。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，其特征在于，所述雙工器的帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為73dB、帶內(nèi)波動小于±0.1dB、插損小于1dB。
3.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，其特征在于，所述RF濾波器的帶外抑制Fo±20.72MHz以外的抑制為13dB、帶內(nèi)波動小于±0.3dB、插損小于4dB。
4.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，其特征在于，所述模數(shù)變換器的采樣頻率大于40MHz、采樣位數(shù)不小于14。
5.如權(quán)利要求1、2、3或者4所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，其特征在于，所述可變增益控制裝置為可變衰減器(ATT)。
6.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，其特征在于，所述RF濾波器采用介質(zhì)濾波器。
7.如權(quán)利要求1所述的寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，其特征在于，所述RF濾波器采用聲表濾波器。
全文摘要
本發(fā)明公開了通訊領(lǐng)域中的一種寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)，包括雙工器、低噪聲放大器、RF濾波器、混頻器、模數(shù)變換器、接收信號處理器和可變增益控制裝置，射頻信號經(jīng)雙工器濾波，并經(jīng)低噪聲放大器放大后，由RF濾波器濾除干擾，到達(dá)混頻器轉(zhuǎn)換成中頻信號，再經(jīng)可變增益控制裝置進(jìn)行中頻放大和增益調(diào)整后，送到模數(shù)變換器中變換成數(shù)字信號，最后，接收信號處理器對這些數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出到基帶。本發(fā)明省略了中頻濾波器，保證了寬帶碼分多址系統(tǒng)多載頻接收機(jī)的最大接入用戶數(shù)量增加，并縮短射頻鏈路、提高其穩(wěn)定性、提高接收機(jī)系統(tǒng)的性能，適合大規(guī)模生產(chǎn)，有效降低系統(tǒng)成本。
文檔編號H04B1/69GK1567772SQ03139758
公開日2005年1月19日 申請日期2003年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者李巖, 施漢軍, 李積微, 陳長根 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司