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专利号: 2020100056267
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:包括:施主天线、DMB射频接收模块、数据选择器、LMS自适应回波抵消电路、IQ混频器、低通滤波器、上变频器、功放、RF开关模块、耦合器和转发天线;

其中,DMB射频接收模块包括带通滤波器、III波段DMB调谐器、模数转换部分;

上变频器采用AD9957正交上变频电路,射频接收模块和上变频器各自集成在一块板子上,通过现场可编程门阵列FPGA实现LMS自适应回波抵消电路的硬件实现,数据选择器、LMS自适应回波抵消电路、IQ混频器、低通滤波器在一块FPGA开发板上实现;

当FPGA控制RF开关芯片处于导通状态,且数据选择器的SEL端置1时,是同频直放站工作模式,其中,同频直放站由施主天线、DMB射频接收模块、数据选择器、LMS自适应回波抵消电路、IQ混频器、低通滤波器、上变频器、功放、RF开关模块、耦合器和转发天线组成;

当FPGA控制RF开关芯片处于断开状态,且数据选择器的SEL端置0时,是移频直放站工作模式,其中,移频直放站由施主天线、DMB射频接收模块、数据选择器、IQ混频器、低通滤波器、上变频器、功放和转发天线组成。

2.根据权利要求1所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

在所述无线直放站中,FPGA控制RF开关芯片处于导通状态,且数据选择器的SEL端置1时,即为同频直放站工作模式,在本发明所述DMB射频接收模块中,直放站的施主天线接收到DMB发射机发射出来的III波段微弱的射频信号和直放站经转发天线耦合到施主天线的回波信号和杂波的叠加,通过中心频点为205.5MHZ带宽为63MHZ的带通滤波器LFB32205将频段外的杂波信号滤波掉;然后经过芯片型号为FC2501的III波段DMB调谐器进行模拟混频滤波输出2.048MHZ的模拟中频信号,完成模拟下变频,其中III波段DMB调谐器FC2501通过单片机去控制,芯片晶振为24.576MHZ;然后经过模数转换芯片ADC1173将2.048MHZ的模拟中频信号转换为并行8bit的2.048MHZ的数字信号,以完成模拟到数字的转换,数字中频信号方便后面回波抵消器的处理分析,且抗干扰性能较模拟信号强,其中ADC的采样率为8.192MHZ,由FC2501中24.576MHZ晶振经3分频得到。

3.根据权利要求2所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

所述经过模数转换后的数字信号,经过LMS自适应回波抵消电路实现回波抵消,数据选择器S0和数据选择器S1共用选择端SEL,SEL置1,数据选择器S0的输出Y1=e(n),数据选择器S1的输出Y2=Y1=e(n),LMS自适应回波抵消电路由对消模块、权向量更新模块和FIR滤波器部分组成;LMS自适应回波抵消电路的期望信号d(n)为直放站施主天线接收到DMB发射机发射出来的III波段微弱的射频信号和直放站经转发天线耦合到施主天线的回波信号和杂波的叠加后经DMB射频接收模块处理后的数字信号,其中,期望信号d(n)只包含DMB有用信号和耦合回波信号的叠加;参考信号x(n)选自直放站转发天线后经耦合器、RF开关模块和DMB射频接收模块以及延时模块后的数字信号;

耦合器的目的是将信号的功率降低,通过上变频器后的信号经功放后发射出去的信号功率较大,所以经耦合器将信号功率降低;

延时模块的目的是使内部延时与外部延时保持一致,使估计的回波与实际的回波对齐,同时消除参考信号与接收到DMB有用信号的相关性,参考信号x(n)经过FIR线性滤波器估计出回波信号ye(n),并在对消模块中与期望信号d(n)进行对消输出DMB有用信号,即d(n)-ye(n)=e(n),从而把回波抵消掉;FIR滤波器的权系数h(n)通过LMS自适应权向量更新模块进行实时的更新以提供最优的权系数;LMS自适应回波抵消算法方程为:ye(n)=h(n)x(n)

e(n)=d(n)-ye(n)

h(n+1)=h(n)+2ux(n)e*(n)

式中ye(n)为估计回波信号,h(n)为更新前的滤波权重,x(n)为参考信号,h(n+1)为更新后的滤波权重,e(n)为对消后信号,u为加权向量更新时的步长因子,为大于0小于1的数,d(n)为期望信号,e*(n)表示e(n)的共轭;

其中,在施主天线后经过DMB射频接收模块与转发天线后经DMB射频接收模块的延时近似为抵消,则延时模块Delay为空中回波的延时时间减去信号经过耦合器和RF开关模块的时间,耦合回波经转发天线耦合到接收天线的时延Ta用公式Ta=L/C计算,L为直放站转发天线到接收天线的距离,C为电磁波传播速度近似为光速,经过耦合器的延时为Tb,经过RF开关模块的延时为Tc;延时模块的延时Delay=Ta-Tb-Tc。

4.根据权利要求3所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

在所述LMS自适应回波抵消后,数据选择器的选择端SEL被置1,数据选择器S0的输出Y1为回波抵消信号e(n),电路处理的2.048MHZ的8bit数字中频信号e(n)经过IQ混频器将数字中频信号搬移到基带,同时产生额外的高频信号,其中,混频器的本振信号为2.048MHZ,由前面DMB射频接收模块中的24.576MHZ晶振经过12分频得来;经IQ混频后的信号通过FIR低通滤波器滤除混频过程中产生的高频信号,从而输出IQ两路数字基带信号,其中基带数字信号的抗噪声干扰能力较强,经过FIR低通滤波器后的IQ基带信号为18bit,以适配后面AD9957的正交模式下要求的输入并行的18bit的IQ数据;其中数据选择器、LMS自适应回波抵消电路、IQ混频器和低通滤波器在一块FPGA开发板上实现。

5.根据权利要求4所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

通过所述低通滤波器后,并行18bit的IQ两路数字基带信号进行上变频处理,上变频器采用基于AD9957中的数字正交上变频方案,基带信号有着较强的抗干扰能力,且采用AD9957中的正交上变频模式具有很强的抑制镜像效果;其中AD9957芯片集成了数字上变频加数模转换部分,经过AD9957上变频电路把2.048MHZ的基带数字信号上变频到与DMB发射机发出来同频的III波段模拟信号,III波段模拟同频信号经过功率放大器放大后由转发天线发送出去进行广播;

其中AD9957芯片中的数字处理单元沿着从18bit的I/Q并行数据输入端到DAC输出端的信号路径依次分为:数据复合处理单元、反CCI滤波器、固定插值滤波器、CCI滤波器、正交调制器、DDS、反Sinc滤波器、输出幅度乘法器和14位DAC;通过FPGA去控制AD9957电路来实现数字正交上变频;其中D17-D0为输入的18bit并行的数字IQ数据;当AD9957工作时,会从系统内部产生一个时钟为PDCLK,这个时钟等于输入并行数据的采样率,用作输入数据的采集时钟,在正交模式下,输入数据为交替的IQ数据,PDCLK与内部系统时钟成比例关系,通过控制寄存器的PDCLK比特率控制位来做调整,当控制位有效时,PDCLK采样率减半,使用PDCLK上升沿采集I数据,下降沿采样Q数据;TXENABLE用来表示控制输入信号的有效性,当TXENABLE为1时,芯片通过PDCLK锁存输入的并行数据,当TXENABLE为0时,芯片不接收外部输入数据,在正交模式中,当TXENABLE由0变为1时,表示芯片做好准备接收第一个I数据,然后依次接收Q数据、I数据的循环。

6.根据权利要求1所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

在所述无线直放站中,FPGA控制RF开关芯片处于断开状态,且数据选择器的SEL端置0时,即为移频直放站工作模式,数据选择器S0的输出信号Y1为经DMB射频接收模块后的数字中频信号d(n),即Y1=d(n),数据选择器S1的输出信号Y2为悬空,此时,LMS自适应回波抵消电路、转发天线后的耦合器和DMB射频接收模块不工作,从而能大大节约系统功耗;移频直放站由于经功率放大器放大后,经转发天线转发的信号频率与直放站施主天线接收到的信号频率不同,就不会产生直放站转发天线到施主天线之间的耦合回波,避免自激现象发生;在DMB射频接收模块中,移频直放站的施主天线接收到DMB发射机发射出来微弱的III波段射频信号与杂波的叠加,通过中心频点为205.5MHZ带宽为63MHZ的带通滤波器LFB32205将频段外的杂波信号滤波掉,输出DMB有用的模拟信号;然后经过芯片型号为FC2501的III波段DMB调谐器进行模拟混频滤波输出2.048MHZ的模拟中频信号,完成模拟下变频,其中III波段DMB调谐器FC2501通过单片机去控制,芯片晶振为24.576MHZ;然后经过芯片型号为ADC1173的模数转换芯片将2.048MHZ的模拟中频信号转换为并行8bit的2.048MHZ的数字信号,以完成模拟到数字的转换,数字信号抗干扰性能较模拟信号强,其中ADC的采样率为

8.192MHZ,由FC2501中24.576MHZ晶振经3分频得到。

7.根据权利要求6所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

经过所述DMB射频接收模块处理后,数据选择器的选择端置0,数据选择器S0的输出Y1为数字中频信号d(n),2.048MHZ的8bit数字中频信号d(n)经过IQ混频器将数字中频信号搬移到基带,同时产生额外的高频信号,其中混频器的本振信号为2.048MHZ,由前面DMB射频接收模块中的24.576MHZ晶振经过12分频得来;经IQ混频后的信号通过FIR低通滤波器滤除混频过程中产生的高频信号,从而输出IQ两路数字基带信号,其中基带数字信号的抗噪声干扰能力较强,经过FIR低通滤波器后的IQ基带信号为18bit,以适配后面AD9957的正交模式下要求的输入并行的18bit的IQ数据;其中数据选择器、IQ混频器、低通滤波器在一块FPGA开发板上实现。

8.根据权利要求7所述的一种可配置的数字多媒体广播微型无线直放站,其特征在于:

通过所述低通滤波器后,并行的18bit频率为2.048MHZ的IQ两路数字基带信号进行上变频处理,上变频器采用基于AD9957中的数字正交上变频方案,基带信号有着较强的抗干扰能力,且采用AD9957中的正交上变频模式具有很强的抑制镜像效果;其中AD9957芯片集成了数字上变频加数模转换部分,经过AD9957上变频电路把2.048MHZ的基带数字信号上变频到不同于DMB发射机发出来III波段信号的移频信号,III波段模拟移频信号经过功率放大器放大后由转发天线发送出去进行广播,从而实现以频直放站效果。