CN207819906U - 支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,由于主要包括:高性能零中频接收芯片SCT3810,和支持多种调制解调方式的基带芯片SCT3258以及高线性度发射芯片CMX998构成。是可支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台。与市场上同类产品相比,在相同带宽的情况下,其最高传输速率为同类产品的2‑3倍。接收机采用零中频接收方案,电路结构简单,集成度高,一致性好。发射机包含笛卡儿环反馈回路,具有极佳的线性度和发射频谱。产品满足欧洲ETSI EN 300 113和ETSI EN 301 166相关指标要求。
Description
技术领域
本实用新型数传涉及技术领域,具体地,涉及支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台。
背景技术
目前市面上常用的窄带数传电台多采用各种FM调制方式,传输速率非常有限。例如
在行业内领先的日精电台,在信道带宽为25kHz时,其传输速率是目前市面上同等带宽下最高的——38.4kbps。常用的日精电台规格如表一。
表一
而采用本实用新型设计的数传电台,由于可以支持64QAM等高阶调制方式,在25kHz带宽下最高传输速率可以达到108kbps。
窄带通讯接收机的优势在于高灵敏度和很强的抗干扰能力,在此基础上能保证较远的点对点通讯距离。但也因为这些特性决定了此类方案对RF性能要求极高,传统的超外差接收电路能很好的满足这样的应用场景。但是传统的超外差电路需要多次下变频以及高Q值的晶体滤波器和陶瓷滤波器等分立器件,外围电路结构复杂,分立器件数量较多。最终的接收机性能受分立器件的离散性影响,也会存在一定的差异。而零中频接收方案能克服超外差接收的诸多缺点实现高度的集成化且一致性更优越,但是在接收机RF性能方面却无法和超外差接收机相比拟。
目前的窄带通讯多采用传统FM调制。FM调制为恒包络信号,对发射机没有线性要求,
因此发射功率放大器按照饱和功率输出即可满足系统要求。能达到更高传输速率的高阶调制信号存在调幅和调相等非恒包络信号,对发射机线性度要求极高。这要求发射功率放大器需要在饱和峰值功率的基础上做回退,才能满足系统的线性要求。例如:64QAM调制信号的峰均比为7.3dB。5W(37dBm)的发射功率放大器需要回退7.3dB才能满足要求,此时的实际发射功率只有29.7dBm,大约1W。可见高阶调制对发射机的线性要求非常苛刻,导致射频功放器的效率很低,很难实现大功率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于,针对上述问题,提出一种支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,以克服现有技术中的存在的缺陷。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,主要包括:
零中频接收机芯片SCT3810,产生IQ信号并将IQ信号输出至基带芯片SCT3258;
基带芯片SCT3258,接收IQ信号,将IQ信号进行解调。
具有笛卡尔环反馈回路的芯片CMX998,对SCT3258输出的信号进行调制,并将射频功放器输出的已失真的非线性信号反馈回芯片内部做补偿,实现线性的输出;
射频功放器,对调制后的信号放大;
射频切换开关,连接至射频功放器的输出端,实现信号的输出状态和外部信号输入状态的切换;
本振源,分别向CMX998和SCT3810提供本振信号。
进一步地,CMX998包括前向发射通路的IQ信号放大器、IQ调制器、反馈回路的IQ解调器以及具有两个通路的第一本振分频器和相位控制器,IQ信号放大器的输入端与SCT3258连接,该IQ信号放大器的输出端与IQ调制器的输入端连接,IQ调制器的输出端与射频功放器连接,第一本振分频器和相位控制器一路与反馈回路的IQ解调器的输入端连接,另一路与IQ解调器连接;射频功放器的输出端与反馈回路的IQ解调器连接。
进一步地,CMX998还包括DC预估电路,准确读取I路信号和Q路信号的DC差异信号,反向通知基带芯片SCT3258对DC作出补偿。
进一步地,射频功放器的输出端通过耦合器与反馈回路的IQ解调器连接。
进一步地,所述SCT3810包括顺次连接的高线性度和低噪声的放大器、混频器、第一级滤波放大电路和第二级滤波放大电路,还包括与高线性度混频器连接的本振信号分频器和本振信号相位控制器;第一级滤波放大电路包括第一级滤波器和可变增益放大器,第二级滤波放大电路包括第二级滤波器和固定增益放大器;
本振信号经过本振信号分频器和本振信号相位控制器与低噪声放大器放大的射频信号进行混频,产生IQ信号,该IQ信号经过第一级的滤波器后被可变增益的放大器进行放大,而后经过第二级滤波器滤波后被固定增益的放大器放大得到两级放大后的IQ信号,并将两级放大后的IQ信号输出至SCT3810
进一步地,基带芯片SCT3258的调制方式为FSK,2FSK,4FSK、MSK、QPSK,Pi/4-DQPSK,8PSK或QAM。
进一步地,射频功放器为AFT05MS031N
本实用新型各实施例的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,由于主要包括:高性能零中频接收芯片SCT3810,和支持多种调制解调方式的基带芯片SCT3258以及高线性度发射芯片CMX998构成。是可支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台。与市场上同类产品相比,在相同带宽的情况下,其最高传输速率为同类产品的2-3倍。接收机采用零中频接收方案,电路结构简单,集成度高,一致性好。发射机包含笛卡儿环反馈回路,具有极佳的线性度和发射频谱。产品满足欧洲ETSI EN 300 113和ETSIEN 301 166相关指标要求。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。
下面通过附图和实施例,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
图1为本实用新型实施例所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
实施例一:
结合图1,接收器SCT3810的输出端与基带SCT3258的输入端连接,SCT3258的输出端与发射器CMX998连接,CMX998的输出端与射频功放器(AFT05MS031N)的输入端连接,射频功放器的输出端通过耦合器CMX998的输入端连接,射频功放器的输出端还与射频收发切换开关的一端连接,射频收发的开关的另一端与SCT3810的输入端连接,天线与射频收发切换开关连接,本振源分别与CMX998和SCT3810连接。
零中频接收机芯片SCT3810,产生IQ信号并将IQ信号输出至基带芯片SCT3258;
基带芯片SCT3258,接收IQ信号,将IQ信号进行解调。
具有笛卡尔环反馈回路的芯片CMX998,对SCT3258输出的信号进行调制,并将射频功放器输出的已失真的非线性信号反馈回芯片内部做补偿,实现线性的输出;
射频功放器,对调制后的信号放大;
射频切换开关,连接至射频功放器的输出端,实现信号的输出状态和外部信号输入状态的切换;
本振源,分别向CMX998和SCT3810提供本振信号。
实施例二:
CMX998包括前向发射通路的IQ信号放大器、IQ调制器、反馈回路的IQ解调器以及具有两个通路的第一本振分频器和相位控制器,IQ信号放大器的输入端与SCT3258连接,该IQ信号放大器的输出端与IQ调制器的输入端连接,IQ调制器的输出端与射频功放器连接,第一本振分频器和相位控制器一路与反馈回路的IQ解调器的输入端连接,另一路与IQ解调器连接;射频功放器的输出端(可以通过耦合器)与反馈回路的IQ解调器连接。
内部带笛卡尔环反馈回路的芯片CMX998,可以将发射机功率放大器输出的已失真的非线性信号反馈回芯片内部做补偿,最终达到线性的输出。CMX998内部包含前向发射通路的IQ信号放大器,IQ调制器,反馈回路的IQ解调器,以及两个通路各自的LO本振分频器和相位控制器。
IQ信号放大器负责将基带给出的差分IQ信号转换为单端IQ信号并放大,随后和反馈回路产生的IQ信号一起进入预失真放大器产生最终的IQ信号,经IQ调制器上变频调制后发射。我们知道IQ两路信号的直流成分如果不一致,在发射频谱上会看到有本振泄露,芯片内部集成了DC预估电路,可以准确的读取I路信号和Q路信号的DC差异,从而反向通知基带芯片对DC作出相应的补偿,保证I路信号和Q路信号的DC是完全一致的以避免本振泄露现象。经IQ调制器上变频调制后的射频信号通过外部的射频放大器进行放大,此时外部的射频放大器可以工作在接近饱和区,那么意味着放大后的射频信号中包含的调制信号都存在失真,将这个失真的射频信号反馈回芯片内部后,通过芯片内部的IQ解调器下变频解调出反馈回来的已失真IQ信号,然后进入前面提到的预失真放大器,在预失真放大器比较基带产生的IQ信号和反馈回来的已失真信号,根据比较结果做出相应的补偿后从而得到最终理想的IQ信号。整个反馈回路一旦稳定建立后,那么整个发射通路产生的失真都会被进行补偿。上下变频器与本振通道之间有个移相器(即相位控制器,将本振信号移项后分别送到上下变频器),调整移相器,使得上下变频同步,以便消除外部射频放大器和反馈回路所产生的延迟的影响。整个环路的校准精度不仅仅取决于电路的增益和带宽,也取决于下变频解调器的线性度。下变频解调器的线性度很大程度的决定了笛卡尔环线性化系统的校准能力。
经实践验证,使用该发射机芯片CMX998后,只要求射频功率放大器工作在低于饱和峰值功率1dB以下便可满足系统的线性要求。这和常规的线性发射系统动辄需要回退6-7dB相比有巨大的优势。相当于用丙类功放实现甲类或甲乙类功放的功能,极大的提高了功放的效率和输出功率,在满足64QAM这样的高阶调制的线性要求的同时,能够轻松做到大功率的输出。
采用带笛卡儿环的IQ调制器后,可以配合基带使用高阶调制信号。使用高阶调制的好处是,可以在同等带宽下得到更高的传输速率。但是高阶调制信号的峰均比通常都比较高,因此对功放的线性要求会比较高。这需要发射功率放大器在饱和峰值功率的基础上做回退才能满足系统的线性要求。使用笛卡尔环反馈回路对功率放大器线性度进行优化后,线性度可以极大的提高。经过实践验证,使用笛卡尔环反馈回路后,射频功率放大器输出功率仅需在低于饱和功率1dB的条件下,线性就能满足系统的要求,极大的提高了功率放大器的效率,节省了功耗,轻松实现高阶调制的大功率输出。
采用带笛卡儿环的IQ调制器后,笛卡尔环优化了系统的线性度,可以保证高阶调制下,射频信号质量线性不恶化。配合基带使用更高阶调制信号,可以极大的提升相同带宽下的数据传输速率。本方案最高可支持64QAM调制方式,在25kHz带宽下最高传输速率可以达到108kbps。远超所有现有的同等传输带宽产品的数据传输速率。
实施例三:
所述SCT3810包括顺次连接的高线性度和低噪声的放大器、混频器、第一级滤波放大电路和第二级滤波放大电路,还包括与高线性度混频器连接的本振信号分频器和本振信号相位控制器;第一级滤波放大电路包括第一级滤波器和可变增益放大器,第二级滤波放大电路包括第二级滤波器和固定增益放大器;
本振信号经过本振信号分频器和本振信号相位控制器与低噪声放大器放大的射频信号进行混频,产生IQ信号,该IQ信号经过第一级的滤波器后被可变增益的放大器进行放大,而后经过第二级滤波器滤波后被固定增益的放大器放大得到两级放大后的IQ信号,并将两级放大后的IQ信号输出至SCT3810。
SCT3810,在达到类似超外差接收机的接收性能同时,具有零中频接收机的电路结构简单,高集成度,一致性好等特点。
SCT3810内部包含具有高线性度和低噪声的LNA,Mixer,LO分频器和相位控制器,以及IQ信号的滤波和放大等电路。LO信号经过分频器后和LNA放大的外部RF信号混频产生IQ信号,此IQ信号经过第一级的滤波器后被一个可变增益的VGA进行放大,然后经过第二级滤波器滤波后被一个固定增益的放大器放大输出给基带处理。第二级滤波器的工作带宽可以通过SCT3810外部的电容来控制,通过SCT3810内部寄存器控制可以实现实际工作带宽在此外围硬件决定的工作带宽基础上按比例放宽,以此来实现不同通讯带宽下的应用。基带在获取IQ信号后根据IQ信号的强度来调整SCT3810内部LNA和VGA的增益,以保证在不同的外部RF信号强度获得最佳的IQ信号幅度以便最后得到最佳的解调结果。
实施例四:
本方案由于接收机和发射机都采用了IQ的调制解调方式,且接收机和发射机都具有非常高的线行度,配合基带芯片SCT3258可以不仅可以支持FSK,2FSK,4FSK,MSK等恒包络的FM调制方式,也可以支持QPSK,Pi/4-DQPSK,
8PSK,QAM等非恒包络调制方式。极大的提高了在25kHz带宽以下的数据传输速率,在兼顾窄带传输通讯距离远,抗干扰能力强的优点同时,很大程度的弥补了窄带通讯数据传输速率低的缺陷。
本方案所实现的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其最终的性能指标如表二。所有指标均满足欧洲ETSI EN 301 166和ETSI EN 300 113标准。
至少可以达到以下有益效果:
随着无线电应用领域不断扩大,无线电台数量的不断增多,空中电磁环境越来越复杂,对无线电频谱资源的需求和供给间的矛盾日益增大。本方案采用带笛卡儿环的IQ调制器,可以配合基带使用高阶调制信号,在同等带宽下,得到更高的传输速率。从而在固定的数据传输速率下,占用的带宽资源更少,能极大的提高频谱资源的利用率。
上述实施例均是通过硬件电路的设计实现相应的信号处理,并不依赖于算法。
本方案在兼顾窄带传输通讯距离远,抗干扰能力强的优点同时,很大程度的弥补了窄带通讯数据传输速率低的缺陷,填补了目前市场上的同类产品的产品空白。更好的满足了一些窄带高传输速率的市场需求。
最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,
零中频接收机芯片SCT3810,产生IQ信号并将IQ信号输出至基带芯片SCT3258;
基带芯片SCT3258,接收IQ信号,将IQ信号进行解调;
具有笛卡尔环反馈回路的芯片CMX998,对SCT3258输出的信号进行调制,并将射频功放器输出的已失真的非线性信号反馈回芯片内部做补偿,实现线性的输出;
射频功放器,对调制后的信号放大;
射频切换开关,连接至射频功放器的输出端,实现信号的输出状态和外部信号输入状态的切换;
本振源,分别向CMX998和SCT3810提供本振信号。
2.根据权利要求1所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,CMX998包括前向发射通路的IQ信号放大器、IQ调制器、反馈回路的IQ解调器以及具有两个通路的第一本振分频器和相位控制器,IQ信号放大器的输入端与SCT3258连接,该IQ信号放大器的输出端与IQ调制器的输入端连接,IQ调制器的输出端与射频功放器连接,第一本振分频器和相位控制器一路与反馈回路的IQ解调器的输入端连接,另一路与IQ解调器连接;射频功放器的输出端与反馈回路的IQ解调器连接。
3.根据权利要求2所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,CMX998还包括DC预估电路,准确读取I路信号和Q路信号的DC差异信号,反向通知基带芯片SCT3258对DC作出补偿。
4.根据权利要求3所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,射频功放器的输出端通过耦合器与反馈回路的IQ解调器连接。
5.根据权利要求4所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,所述SCT3810包括顺次连接的高线性度和低噪声的放大器、混频器、第一级滤波放大电路和第二级滤波放大电路,还包括与高线性度混频器连接的本振信号分频器和本振信号相位控制器;第一级滤波放大电路包括第一级滤波器和可变增益放大器,第二级滤波放大电路包括第二级滤波器和固定增益放大器;
本振信号经过本振信号分频器和本振信号相位控制器与低噪声放大器放大的射频信号进行混频,产生IQ信号,该IQ信号经过第一级的滤波器后被可变增益的放大器进行放大,而后经过第二级滤波器滤波后被固定增益的放大器放大得到两级放大后的IQ信号,并将两级放大后的IQ信号输出至SCT3810。
6.根据权利要求5所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,基带芯片SCT3258的调制方式为FSK,2FSK,4FSK、MSK、QPSK,Pi/4-DQPSK,8PSK或QAM。
7.根据权利要求5所述的支持多种调制解调方式的高线性度窄带大功率数传电台,其特征在于,射频功放器为AFT05MS031N。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |