专利名称：一种软件定义的射频收发信机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及无线通信系统射频收发信机，更具体地说，涉及一种软件定义的射频收发信机。
背景技术：
在现代无线移动通信系统中，基站的无线射频RF收发信机TRX是不可缺少的重要组成部分。而现有的无线通信系统中，TRX收信机部分的作用是在某种无线通信标准规定的频带内，在选择的某个特定的载频信道中，将天线接收到的，所需要的有用的无线通信信号进行滤波，放大和变频，并转换为数字信号，供基带进行数字信号处理；发信机部分的作用是在相应的无线通信标准规定的频带内，在相应选择的某个特定的载频信道中，将准备要发送的数字信号转换为模拟信号，并进行滤波、放大和变频，供功率放大器发送到空间，通过空间传播到无线用户终端(UE)，从而实现无线通信，其对应的典型的射频收发信机TRX结构如图1所示。
随着数字通信技术的发展，上述大部分中频信号后续的模拟信号处理技术已由软件无线电(SR-Soft Radio)的数字信号处理技术所取代。目前由SR技术进一步发展的SDR技术已经成为无线通信技术的主要发展方向，即通过加载不同的控制软件、不同的数字信号处理软件、不同无线通信标准的信令软件，使无线通信的基站设备工作于宽带多频段、多载频、多标准、多模式，达到各种无线通信标准的无线通信系统间真正意义上的开放性、集成性和互操作性，实现SDR。尽管SDR技术已经成为未来的方向，但无线模拟射频信号处理技术还不能完全被数字信号处理技术所取代。特别是大功率的无线射频功率放大部件的数字化，在一定的时期内，还很难有所突破。
在当前世界上存在的众多无线通信系统中，包含了众多的无线通信标准。按不同的无线通信标准开发、生产、安装和营运的各种无线通信系统，均拥有各自不同的无线频段、不同的载频带宽、不同的无线指标、不同的信号处理方法、不同的控制管理机制和不同的网络支撑。传统的无线通信系统中的基站收发信机均按照各自的无线频段、载频带宽、无线指标和信号处理方法以及网络接口标准来设计。其中基站的射频收发信机部分在基站设备中占有比较大的成本比例。尽管射频收发信机已经是非常成熟的技术，但按传统方法设计的射频收发信机，只能采用特定的本振信号、射频信号和时钟信号，特定的载频带宽和载频数量，按特定的信号处理方法应用于特定无线通信标准下的无线通信系统中的基站设备。因此各个无线通信标准的无线通信系统，均为封闭式的无线通信系统。各个无线通信标准的无线通信系统之间，也不存在真正意义上的开放性、集成性和互操作性。这极大地阻碍了新技术的发展和新产品的开发，同时增加了设备的成本并造成资源的浪费。
在申请人先期提出的两项专利申请“一种中频信号处理方法和电路”和“一种收信机内的中频信号处理方法和电路”，给收发信机提供了两种分别满足发信和收信中频信号处理的方法和电路，能在满足通常中频信号处理的要求下，还可以向射频部分的发信机单元输出宽带中频模拟信号，向基带单元输出宽带高倍率过采样基带数字信号或宽带中频数字信号，进一步用以满足不同模式、载频或带宽的需要以及不同无线通信系统的要求，全面实现SDR。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，如何基于现有无线模拟射频技术，利用在申请人先期提出的两种中频信号处理方法和电路，设计一种新型的射频收发信机用以满足不同模式、载频或带宽的需要以及不同无线通信系统的要求，实现SDR。
本发明上述技术问题这样解决，构造一种软件定义的射频收发信机，如图2所示，设置在无线通讯系统中，包括与天线相连的收信机单元和发信机单元、与收信机单元和发信机单元相连的用于提供基准频率的本振单元以及连接在收信机单元和发信机单元与基带设备之间的数字中频单元，其特征在于，所述数字中频单元包括输出端与发信机单元连接的可以输出通常中频模拟信号和宽带中频模拟信号的软件可设置的中频信号处理电路一，还包括输入端与收信机单元连接的可以输出通常基带信号和宽带高倍率过采样基带数字信号或宽带中频数字信号的软件可设置的中频信号处理电路二；所述收信机单元、发信机单元和本振单元具有满足各种无线通信标准和制式所要求的工作参数；所述工作参数通过软件设置。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，收信机单元和发信机单元的所述工作参数是工作带宽、噪声系数和动态范围；本振单元的所述工作参数是频率工作范围。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，设置在频分双工系统中，所述接收机单元和发射机单元在不同频率下同时工作，其工作频率由本振单元确定，工作带宽由数字中频单元确定。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，设置在时分双工系统中，所述接收机单元和发射机单元在相同频率下分时工作，其工作频率由本振单元确定，工作带宽由数字中频单元确定。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，设置在具有智能天线的基站的系统中，所述接收机单元内接收模块的数量和发射机单元内发射模块的数量等于接收和发射天线单元的数量。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，设置在具有接收或者发射分集的基站的系统中，所述接收机单元内接收模块的数量和发射机单元内发射模块的数量等于接收和发射天线单元的数量。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，所述系统是无线通讯系统。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，所述中频信号处理电路一的工作过程包括插值处理过程。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，所述中频信号处理电路二的工作过程包括重采样插值处理过程。
按照本发明提供的收发信机，其特征在于，同一收发信机内的所有接收和发射模块通过软件配置可以同时或分别工作在不同的无线通讯标准下；本收发信机可以同时应用在一个或多个无线通讯系统中，减少设备投入。
本发明提供的收发信机使用一个硬件平台，该平台提供了1)多单元的宽带无线射频收信机单元和多单元的宽带无线射频发信机单元它们均具有较宽频带的线性工作范围，能满足多种无线移动通信标准的无线移动通信系统在相应频段内工作；2)本振单元它们可以在软件的控制下，能提供宽频带的满足多种无线移动通信标准的无线移动通信系统所需的各种本振信号和各种时钟信号；3)数字中频单元的数字信号处理的技术在软件的控制下，能满足各种无线移动通信标准的无线移动通信系统的不同模式、不同载频、不同带宽等的要求；4)软件定义所有功能单元均能通过软件编程、配置和管理，并提供监测信号输出；5)SDR应用由所有功能单元组成的射频收发信机，建立了一个通用的无线射频收发信机的硬件平台，通过对该硬件平台加载不同无线通信标准的软件，在同样的硬件平台上，用软件编程、配置、定义、控制和管理，支持多频段、支持多载频、支持多信道、支持多种双工方式、支持多种通信标准模式、支持空间分集、支持智能天线，实现SDR的应用。
图1是典型的射频收发信机的原理框图。
图2是本发明提供的支持SDR的射频收发信机装置的整机结构框图。
图3是图2所示装置的收信机单元的电路示意图。
图4是图2所示装置的发信机单元的电路示意图。
图5是图2所示装置的本振单元的电路示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
首先，对射频收发信机整体结构作概要说明本发明提供的支持SDR的基站射频收发信机，其结构如图2所示，由如下四个主要单元所构成，它们是1)收信机单元100；2)发信机单元200；3)本振单元300及；4)数字中频单元400。
收信机单元100将来自空间，由天线感应到的电磁波550，经过放大和变频，向数字中频接收部分提供所需要的宽带中频模拟信号。发信机单元200将来自数字中频发射部分的模拟中频信号，经过放大和变频，成为供发射的射频信号560并送向功率放大器。本振单元300根据时钟信号520形成所需要的收信机的本振信号570和发信机的本振信号580，并分别送至收信机单元100和发信机单元200。数字中频单元400的接收部分要完成接收到的模拟信号向数字信号的转换、取样、滤波等数字处理，将来自收信机单元100的宽带模拟信号中取出所需要的频带的信号，转换为输出的数字信号530；数字中频单元400的发射部分要完成待发射的数字信号540进行处理，转换为模拟信号并送至发信机单元。所有上述单元均连接在控制总线500上，此总线的另一端是主控计算机或者微处理器。这样，此射频收发信机的工作模式、带宽等所有性能指标都可以用软件定义和控制，此收发信机可以使用于多种无线通信系统，进一步具体说明如下1)当工作于频分双工系统时，控制收信机单元100和发信机单元200设置在不同频率下同时工作，其工作频率由本振单元300确定，工作带宽由数字中频单元400确定。
2)当工作于时分双工系统时，控制收信机单元100和发信机单元200设置在相同频率下分时工作，其工作频率由本振单元300确定，工作带宽由数字中频单元400确定。
3)工作于具有接收或者发射分集的基站时，根据接收及发射天线单元的数量，设置收信机单元100内接收模块的数量及发信机单元200内发射模块的数量，再根据是频分双工或者时分双工系统设置并控制收发信机的工作方式。
4)工作于具有智能天线的基站时，根据接收及发射天线单元的数量，设置收信机单元100内接收模块的数量及发信机单元200内发射模块的数量，再根据是频分双工或者时分双工系统设置并控制收发信机的工作方式。
在本领域技术人员理解范围内，可以使用目前已经非常成熟的芯片及元器件，根据本发明提供的方法设计射频收发信机，使用SDR概念，用同一套硬件，通过软件控制，使该射频收发信机可以工作于各种移动通信系统中，例如第二代移动通信系统(GSM或IS-95 CDMA)，或者第三代移动通信系统(CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、UMC136或E-DECT)，或者其它无线通信系统(PHS或Wireless LAN)等等。
第二步，对收信机单元100进一步详细说明收信机单元100的详细结构如图3所示，由多只收信机模块构成，每一模块基本上是相同的，下面以收信机单元100中一只模块110为例说明每个模块的结构。这里，我们以一个两级变频的超外差收信机作为例子，当然，也可以使用一级变频的超外差收信机，或者直接放大后就进行取样的收信机。在本例子中，来自接收天线的信号118通过低噪声放大器111放大，用变频器112第一次变频，用中频放大器113放大，直接输出中频信号经由A/D到数字下变频器处理到低中频或基带输出119，或用鉴相器114分离I、Q信号，并变频至低中频或基带，再放大115后输出119。其中，所有放大器(或者其中部分放大器)均受来自控制总线500的控制包括增益控制(控制线1、3、5)和开关控制(控制线2、4、6)。即此模块的增益及工作状态(导通或者关闭)均可以程序控制。变频器112的本振信号来自本振单元571。鉴相器114的本振信号来自本振单元572。本振通路可接入放大器116和117，也可在此地接射频开关。此放大器或者射频开关也是可以由控制总线500的控制，用开关控制(控制线7、8)。
上述所指收信机单元100必须能工作于足够的带宽，而且要有低的噪声系数及宽的动态范围，满足各种无线通信标准和制式对收信机设备的具体要求的总和。
第三步，对发信机单元200进一步详细说明发信机单元200的详细结构如图3所示，由多只发信机模块210、220、…、2m0构成，每一模块基本相同，下面以发信机单元200中一只模块210为例说明每个模块的结构。这里，我们以一个两级变频的超外差发信机来作为例子，当然，也可以使用一级变频的超外差发信机，或者直接放大的发信机。在本例子中，来自数字中频单元的I、Q信号218通过一对低通放大器211放大，用调制器212调制成为中频信号，或由数字上变频器经由D/A调制成为中频信号，用中频放大器213放大，再用变频器214变频至射频，再放大信号215后输出信号219。其中，所有放大器(或者其中部分放大器)均受来自控制总线500的控制包括增益控制(控制线1、3、5)和开关控制控制线2、4、6)。即此模块的增益及工作状态(导通或者关闭)均可以程序控制。调制器212的本振信号来自本振单元581。变频器214的本振信号来自本振单元582。本振通路可接入放大器216和217，也可在此地接射频开关。此放大器或者射频开关也是可以由控制总线500的控制，用开关控制(控制线7、8)。
上述所指发信机单元200必须能工作于足够的带宽，而且要有比较低的噪声系数及宽的动态范围。以满足设备用SDR方式工作的各种无线通信标准和制式的要求。
第四步，进一步说明本振单元300的详细结构此本振单元300可以是单个，也可以有冗余备份。它应当设计为在控制总线500的控制下，在要求的时刻输出收信机单元100及发信机单元200所需要的本振信号。作为例子，示意一提供四组本振信号的此单元，其详细结构如图5所示。从控制及时钟总线500所提供的基准时钟325分配给4个频率合成器本振信号311、312、313和314，其中，两只频率合成器为收信机单元100提供本振信号311、312；另外两只频率合成器为发信机单元100提供本振信号313、314。本振信号从频率合成器所连接的压控振荡器316、317、318和319输出，再提供给输出分配器321、322、323和324，经分路和放大后分别向收信机单元100和发信机单元100提供本振信号。本设计的特点是上述使用器件都是被控制总线控制的频率合成器的开启及中断，输出频率；压控振荡器开启和中断；每一输出分配器中每一条输出的电平及开、断等等。同样，此本振单元300必须能在很宽频率范围内工作。
第五步，对数字中频单元400进行详细说明在无线通信设备的中频信号处理部分，主要实现基带信号与射频信号之间的上/下变频、频率调谐、频率跟踪、中频滤波、相位控制、增益控制、调制和解调等功能。目前，无线通信设备的数字中频信号处理技术已广泛地应用于无线通信设备的设计中。然而现有的模拟/数字转换器ADC的速度和数字下变频器DDC的处理速度和能力，还远远不能满足无线通信设备中收信机的宽带高中频信号处理的要求，特别是在需要高倍率采样的宽带数字信号输出的应用中。
在本发明申请人前面申请的两项专利“一种收信机内的中频信号处理方法和电路”和“一种收信机内的中频信号处理方法和电路”中，申请人提出了多种可编程、可重构的数字无线通信收发信机内的中频信号处理电路二和中频信号处理电路一，具体电路详见对应的申请文件，这两种电路在满足通常中频信号处理的要求下，仍可满足基带数字信号或中频数字信号输出的要求，还可实现宽带高倍率过采样基带数字信号或宽带中频数字信号输出的设计方法。从而提高无线通信收发信机的中频系统的处理精度和处理速度，为增进无线通信设备的抗干扰能力和提高无线通信系统的容量提供了基础，同时也降低了设备的成本。通过对时钟和不同数量的DCC进行组合编程，还可实现多模式、多载频和智能天线的应用，本发明的数字中频单元400就是采用这两种电路的一个收发信机的综合数字中频处理平台。
权利要求
1.一种软件定义的射频收发信机，设置在无线通讯系统中，包括与天线相连的收信机单元(100)和发信机单元(200)、与收信机单元(100)和发信机单元(200)相连的用于提供基准频率的本振单元(300)以及连接在收信机单元(100)和发信机单元(200)与基带设备之间的数字中频单元(400)，其特征在于，所述数字中频单元(400)包括输出端与发信机单元连接的可以输出通常中频模拟信号和宽带中频模拟信号的软件可设置的中频信号处理电路一，还包括输入端与收信机单元连接的可以输出通常基带信号和宽带高倍率过采样基带数字信号或宽带中频数字信号的软件可设置的中频信号处理电路二；所述收信机单元(100)、发信机单元(200)和本振单元(300)具有满足各种无线通信标准和制式所要求的工作参数；所述工作参数通过软件设置。
2.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，收信机单元(100)和发信机单元(200)的所述工作参数是工作带宽、噪声系数和动态范围；本振单元(300)的所述工作参数是频率工作范围。
3.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，设置在频分双工系统中，所述接收机单元(100)和发射机单元(200)在不同频率下同时工作，其工作频率由本振单元(300)确定，工作带宽由数字中频单元(400)确定。
4.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，设置在时分双工系统中，所述接收机单元(100)和发射机单元(200)在相同频率下分时工作，其工作频率由本振单元(300)确定，工作带宽由数字中频单元(400)确定。
5.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，设置在具有接收或者发射分集的基站的系统中，所述接收机单元(100)内接收模块的数量和发射机单元(200)内发射模块的数量等于接收和发射天线单元的数量。
6.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，设置在具有智能天线的基站系统中，所述接收机单元(100)内接收模块的数量和发射机单元(200)内发射模块的数量等于接收和发射天线单元的数量。
7.根据权利要求3-6任一项所述收发信机，其特征在于，所述系统是无线通讯系统。
8.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，所述中频信号处理电路一的工作过程包括插值处理过程。
9.根据权利要求1所述收发信机，其特征在于，所述中频信号处理电路二的工作过程包括重采样插值处理过程。
10.根据权利要求7所述收发信机，其特征在于，同一收发信机内的所有接收和发射模块通过软件配置可以同时或分别工作在不同的无线通讯标准下。
全文摘要
本发明涉及到和公开了一种新的无线移动通信系统的体系结构，即软件定义无线电(SDR－Software DefinedRadio)技术和支持SDR技术在无线通信系统的基站中具有多种功能射频收发信机的设计方法。该多功能的射频收发信机由可编程、可配置的多个宽带无线射频收信机(100)、多个宽带无线射频发信机(200)、一个本振信号发生器(300)和多个中频数字信号处理器(400)的单元部件来组成。通过对该射频收发信机加载不同无线通信标准的软件，在软件编程的控制下，产生相应不同的射频信号、中频信号和时钟信号，设置相应不同的工作频段、载频带宽和双工方式，处理相应不同的载频个数和运行相应不同的信号处理算法。结合智能天线技术，实现了SDR的应用。
文档编号H04B1/38GK1538625SQ0311428
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月19日 优先权日2003年4月19日
发明者李世平, 王宏宇 申请人:世代通信(深圳)有限公司