Способ и устройство цифрового преобразования и способ реконфигурации сигналов

Способ и устройство цифрового преобразования и способ реконфигурации сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

РОДСТВЕННАЯ ЗАЯВКА

В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет по дате подаче патентной заявки US 12/254,332, поданной 20 октября 2008 г., содержание которой вводится ссылкой в настоящую заявку.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к цифровым системам связи, в частности к системам преобразования сигналов с повышением частоты.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Традиционно преобразование полосы модулирующих сигналов в высокочастотные сигналы выполняется аналоговыми средствами с использованием одной из трех схем: с использованием гетеродина, с использованием супергетеродина или прямое преобразование.

В схемах с гетеродином или с супергетеродином полосовой сигнал может быть комплексным, использующим аналоговую квадратурную модуляцию, или действительным, использующим цифровую квадратурную модуляцию, для модуляции полосового сигнала на низкую промежуточную частоту. В схеме с прямым преобразованием полосовой сигнал комплексный, и в этом случае используется аналоговая квадратурная модуляция.

Аналоговое преобразование с повышением частоты и цифровое преобразование, попытки которого предпринимались, как правило, являются частотнозависимыми процессами, то есть схемы такого преобразования работают в узкой частотной полосе. Поэтому схема, разработанная для одного частотного диапазона, не будет эффективна для работы в другом частотном диапазоне. Например, преобразователь с повышением частоты, разработанный для работы на частоте 800 МГц, не будет работать должным образом на частотах 450 МГц, 1,5 ГГц или 1,9 ГГц.

Один из недостатков аналогового преобразования заключается в том, что в нем возникают проблемы, связанные с нестабильностью аналоговых схем, обусловленной разбросом характеристик компонентов, температурными уходами, зависимостью от напряжения и уходами, вызываемыми старением компонентов. Другим недостатком аналогового преобразования является отсутствие гибкости (универсальности), поскольку схемы аналоговых преобразователей должны разрабатываться для конкретных частотных диапазонов. Поэтому задачу использования радиоприемного устройства для работы в другом частотном диапазоне трудно решить без замены в этом устройстве преобразователя с повышением частоты, а также других частотнозависимых компонентов, другим преобразователем, разработанным для этого другого частотного диапазона, или же необходимо иметь в составе радиоустройства набор преобразователей, каждый из которых может работать в определенном частотном диапазоне. Указанные варианты увеличивают стоимость системы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагается способ цифрового преобразования дискретизированного полосового сигнала с повышением частоты до необходимой величины, включающий: задание фиксированной эффективной частоты F_s дискретизации для цифроаналогового преобразователя (ЦАПа), используемого для преобразования дискретизированного по времени полосового сигнала с повышением частоты; выполнение комплексной перестройки дискретизированного по времени полосового сигнала для получения комплексного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала, который смещается в частотной области; увеличение частоты дискретизации в N раз, где N>=2, для получения дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации, представление которого в частотной области содержит множество спектров сигнала, расположенных на равных расстояниях друг от друга; фильтрацию дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации для выделения по меньшей мере одного спектра из множества спектров дискретизированного по времени сигнала для получения отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала; преобразование отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала, который содержит по меньшей мере один спектр сигнала, в непрерывный сигнал с использованием ЦАПа; и фильтрацию непрерывного сигнала для выделения спектра сигнала, расположенного на нужной частоте в частотной области; причем величина перестройки, используемая для выполнения стадии комплексной перестройки сигнала, и коэффициенты фильтрации, используемые на стадии фильтрации дискретизированного по времени сигнала, определяются в функции от фиксированной эффективной частоты дискретизации ЦАПа и требуемой повышенной частоты преобразования.

В некоторых вариантах способ также содержит: определение величины комплексной перестройки сигнала для выполнения стадии комплексной перестройки сигнала и определение коэффициентов фильтрации, используемых на стадии фильтрации дискретизированного по времени сигнала.

В некоторых вариантах способ также содержит: выполнение квадратурной модуляции после комплексной перестройки сигнала.

В некоторых вариантах выполнение квадратурной модуляции после перестройки комплексного сигнала включает: выполнение цифровой квадратурной модуляции перед преобразованием отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала в непрерывный сигнал; или выполнение аналоговой квадратурной модуляции после преобразования отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала в непрерывный сигнал.

В некоторых вариантах выполнение квадратурной модуляции после комплексной перестройки сигнала включает: выполнение цифровой квадратурной модуляции после фильтрации дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации.

В некоторых вариантах фильтрация непрерывного сигнала включает: выделение спектра сигнала из непрерывного сигнала, расположенного на частоте между 0 и F_s; или выделение спектра сигнала из непрерывного сигнала, расположенного на частоте, превышающей F_s.

В некоторых вариантах увеличение в N раз частоты дискретизации дискретизированного сигнала и фильтрация дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации содержит дискретизацию и фильтрацию с использованием полифазной обработки сигнала.

В некоторых вариантах увеличение в N раз частоты дискретизации дискретизированного по времени сигнала и фильтрация дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации содержит дискретизацию и фильтрацию с использованием полифазной обработки сигнала, причем: выполнение цифровой квадратурной модуляции содержит использование частоты квадратурной модуляции, которая равна фиксированной эффективной частоте дискретизации ЦАПа, разделенной на целое число.

В некоторых вариантах это целое число содержится в N целое число раз.

В некоторых вариантах выполнение комплексной перестройки дискретизированного по времени полосового сигнала включает: последовательное выполнение M раз, где M>=2, причем первый раз дискретизированного по времени группового сигнала и каждый следующий раз дискретизированного по времени сигнала, полученного при предыдущем выполнении: комплексной перестройки дискретизированного по времени сигнала для получения промежуточного перестроенного дискретизированного по времени сигнала; увеличения частоты дискретизации промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала для получения этого сигнала с увеличенной частотой дискретизации; фильтрации промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала с увеличенной частотой дискретизации для выделения спектров сигнала и получения отфильтрованного промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала; выполнения комплексной настройки на M-й отфильтрованный промежуточный перестроенный, дискретизированный по времени, сигнал для получения дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации.

В некоторых вариантах способ также содержит: повторную дискретизацию по меньшей мере одного из сигналов: дискретизированного по времени полосового сигнала, комплексного перестроенного дискретизированного по времени сигнала, дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации и отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала, с частотой, которая в целое число раз меньше фиксированной эффективной частоты дискретизации ЦАПа.

Предлагается также устройство для цифрового преобразования дискретизированного полосового сигнала с повышением частоты до необходимой величины, содержащее: цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) с фиксированной эффективной частотой дискретизации, равной F_s; комплексный тюнер, предназначенный для перестройки дискретизированного по времени полосового сигнала для получения комплексного перестроенного дискретизированного по времени сигнала; цифровое устройство увеличения в N раз частоты дискретизации, где N>=2, для получения дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации, представление которого в частотной области содержит множество спектров сигнала, расположенных на равных расстояниях друг от друга; фильтр выделения спектров сигнала, предназначенный для выделения по меньшей мере одного спектра из множества спектров сигнала и формирования отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала, которые преобразуется ЦАПом в непрерывный во времени сигнал; фильтр после ЦАПа, предназначенный для приема непрерывного во времени сигнала и выделения спектра, расположенного на нужной частоте в частотной области; причем величина перестройки, используемая в комплексном тюнере, и коэффициенты фильтрации, используемые в фильтре выделения спектров, определяются в функции от фиксированной эффективной частоты дискретизации ЦАПа и требуемой повышенной частоты преобразования.

В некоторых вариантах комплексный тюнер и фильтр выделения спектров могут настраиваться (конфигурироваться) путем изменения рабочих параметров для цифрового преобразования с повышением частоты дискретизированного по времени полосового сигнала до необходимой величины в одном из множества диапазонов радиосвязи.

В некоторых вариантах цифровое устройство увеличения в N раз частоты дискретизации и фильтр выделения спектров реализуются в форме полифазной обработки сигнала.

В некоторых вариантах устройство содержит также квадратурный модулятор для выполнения квадратурной модуляции после комплексного тюнера.

В некоторых вариантах квадратурный модулятор может быть: цифровым квадратурным модулятором, предназначенным для выполнения цифровой квадратурной модуляции перед ЦАПом; или аналоговым квадратурным модулятором, предназначенным для выполнения аналоговой квадратурной модуляции после ЦАПа.

В некоторых вариантах цифровое устройство увеличения в N раз частоты дискретизации и фильтр выделения спектров реализуются в форме полифазной обработки сигналов, и квадратурный модулятор настроен для работы на частоте квадратурной модуляции, снижающей сложность реализации устройства.

В других вариантах комплексный тюнер является распределенным устройством, содержащим M (M>=2) комплексных тюнеров полосовых сигналов, M-1 цифровых устройств увеличения частоты дискретизации и M-1 фильтров выделения спектров сигнала, причем M-1 из M тюнеров полосового сигнала, M-1 цифровых устройств увеличения в K раз частоты дискретизации и M-1 фильтров выделения спектров сигнала организованы в группы, каждая из которых содержит тюнер полосового сигнала, цифровое устройство увеличения частоты дискретизации и фильтр выделения спектров сигнала, и каждая группа предназначена для: комплексной перестройки дискретизированного по времени сигнала для получения промежуточного перестроенного дискретизированного по времени сигнала; увеличения частоты дискретизации промежуточного перестроенного дискретизированного по времени сигнала для получения этого сигнала с увеличенной частотой дискретизации; и фильтрации промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала с увеличенной частотой дискретизации для выделения спектров сигнала и получения отфильтрованного промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала; причем первая группа осуществляет обработку дискретизированного по времени полосового сигнала, и каждая следующая группа осуществляет обработку отфильтрованного промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала с выхода каждой предыдущей группы; и M-й комплексный тюнер настроен для: приема M-го отфильтрованного промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала; и выполнения комплексной перестройки M-1-го отфильтрованного промежуточного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала для получения комплексного перестроенного, дискретизированного по времени, сигнала.

В других вариантах устройство содержит также компонент изменения частоты дискретизации для повторной дискретизации по меньшей мере одного из сигналов:

дискретизированного по времени полосового сигнала, комплексного перестроенного дискретизированного по времени сигнала, дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации и отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала, с частотой, которая в целое число раз меньше фиксированной эффективной частоты дискретизации ЦАПа.

Также предлагается способ перенастройки цифрового преобразователя для работы в другом частотном диапазоне, включающий: определение частоты перестройки для использования при осуществлении комплексной перестройки дискретизированного по времени полосового сигнала для получения комплексного перестроенного дискретизированного по времени сигнала; определение коэффициентов фильтра для использования при фильтрации дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации для выделения по меньшей мере одного спектра в частотной области из множества спектров дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации и получения отфильтрованного дискретизированного по времени сигнала, причем дискретизированный по времени сигнал с увеличенной частотой дискретизации получают путем увеличения частоты дискретизации комплексного перестроенного дискретизированного по времени сигнала; причем частота перестройки и коэффициенты фильтра определяются в функции от фиксированной эффективной частоты дискретизации цифроаналогового преобразователя (ЦАПа), используемого в цифровом преобразователе с повышением частоты, и требуемой повышенной частоты преобразования дискретизированного по времени полосового сигнала.

В некоторых вариантах способ также содержит: замену текущей частоты перестройки и текущих коэффициентов фильтра, используемых в цифровом преобразователе, частотой перестройки и/или коэффициентами фильтра, полученными на предыдущих стадиях.

Другие особенности и признаки настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники после ознакомления с нижеприведенным описанием конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми фигурами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления изобретения описываются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фигура 1 - блок-схема устройства цифрового преобразования сигнала с повышением частоты в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;

фигуры 2A-2F - иллюстрации частотного преобразования сигнала в одном из вариантов осуществления изобретения;

фигура 3 - графическое сравнение частотных характеристик для различных режимов работы цифроаналогового преобразователя, используемого в вариантах осуществления изобретения;

фигура 4 - вид блок-схемы распределенного тюнера комплексного полосового сигнала в соответствии с одним из вариантов;

фигура 5 - блок-схема алгоритма осуществления способа в соответствии с одним из вариантов;

фигура 6 - блок-схема алгоритма осуществления другого способа в соответствии с одним из вариантов;

фигура 7A и 7B - блок-схемы устройства цифрового преобразования сигнала с повышением частоты в соответствии с разными вариантами осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем описании раскрываются способы и устройство, в которых используется перестройка комплексного сигнала, принципиально повторяющийся характер дискретных сигналов и программируемая цифровая фильтрация для создания гибкой системы преобразования сигналов с повышением частоты, содержащей цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) с фиксированной частотой дискретизации, которую более точно следует называть частотой обновления, поскольку это скорость, с которой изменяется или обновляется информация ЦАП и выходной сигнал, и в то же время обеспечивается возможность перестройки в широкой полосе частот.

Способы и устройство, рассмотренные в настоящем описании, используют положительные качества дискретного характера цифровых сигналов. А именно при цифровом представлении сигнала с использованием частоты дискретизации F_s частотный спектр от 0 до F_s повторяется бесконечное число раз в обоих направлениях: в направлении положительных частот между F_s и 2F_S, 2F_S и 3F_S и т.д., и в направлении отрицательных частот между 0 и -F_s, -F_s и -2F_S, -2F_S и -3F_S и т.д. Аналогичное повторение спектра сигнала происходит при увеличении частоты дискретизации или при преобразовании сигнала из цифровой формы в аналоговую форму.

Хотя природа систем с дискретизацией данных хорошо изучена, в предлагаемых в изобретении способах и устройстве используются положительные качества таких систем для создания цифрового перестраиваемого преобразователя сигнала с повышением частоты, в котором возможна перестройка в широкой полосе частот с выдерживанием фиксированной эффективной частоты дискретизации ЦАП такого преобразователя.

Возможность цифровой перестройки частоты в преобразователе сигнала с повышением частоты, который содержит ЦАП с постоянной эффективной частотой F_s дискретизации, необходима по нескольким причинам. Разработка аналогового радиоприемного устройства с изменяемой частотой дискретизации ЦАП представляет собой трудную задачу из-за сложности отслеживания различных результирующих колебаний, возникающих в связи с перестраиваемой частотой дискретизации ЦАП, что необходимо для подавления помех, которые создаются нежелательными результирующими колебаниями в рабочей полосе частот. С другой стороны, использование ЦАП с постоянной частотой дискретизации дает возможность упростить общую конструкцию радиоприемного устройства, отчасти благодаря выбору эффективной частоты дискретизации ЦАП для минимизации влияния нежелательных боковых полос частот. Кроме того, разработка аналогового устройства с изменяемой частотой дискретизации ЦАП обычно приводит к нежелательным компромиссам, на которые приходится идти в связи с перерасчетами радиоприемного устройства для каждого нового диапазона частот.

Спектры, возникающие при увеличении частоты дискретизации, принципиально присущи системам с дискретизацией данных, однако расположение этих спектров не всегда будет оптимальным или подходящим. Путем объединения перестройки комплексного сигнала в основной полосе частот и увеличения частоты выборки в N раз с программируемым полосовым фильтром, устроенным таким образом, чтобы он выделял по меньшей мере один из N спектров сигнала в заданной рабочей полосе частот радиоприемного устройства, возникающих в результате увеличения частоты дискретизации, можно переносить входной полосовой сигнал в широкий диапазон частот выше или ниже F_s, например, в частотном спектре от 0 до F_s, F_s до 2F_S, 2F_S до 3F_S и т.д., без изменения фиксированной частоты дискретизации ЦАП.

Далее описывается пример устройства, обеспечивающего преобразование полосового сигнала с повышением частоты до необходимой величины, со ссылками на фигуру 1, и представление сигнала в частотной области на фигурах 2A-2F, которые иллюстрируют, как сигнал, поступающий в устройство, преобразуется на определенных стадиях внутри этого устройства.

На фигуре 1 представлена блок-схема, содержащая тюнер 110 комплексного полосового сигнала, цифровое устройство 120 увеличения частоты дискретизации, фильтр 130 выделения спектров, цифровой квадратурный модулятор 140, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 150 и фильтр 160 на выходе ЦАП.

Сигналы, обрабатываемые компонентами 110, 120, 130, 140 и 150, являются дискретизованными по времени сигналами, а сигнал на выходе ЦАП 150, обрабатываемый фильтром 160, представляет собой сигнал, непрерывный во времени. На вход тюнера 110 поступает комплексный сигнал в основной полосе частот (комплексный полосовой сигнал), имеющий частоту F_s/N дискретизации, которая используется в качестве входной частоты, переносимой на требуемую частоту, где F_s - это эффективная частота дискретизации ЦАП 150 и N - коэффициент увеличения частоты дискретизации, используемый цифровым устройством 120 увеличения частоты дискретизации. В некоторых вариантах комплексный полосовой сигнал может не иметь частоту F_s/N дискретизации, однако может быть выполнена дискретизация сигнала с этой частотой F_s/N, как это будет описано ниже. На фигуре 2А приведено представление в частотной области полосового сигнала 210, расположенным симметрично относительно частоты 0 МГц (DC) до перестройки на другую частоту. Комплексный полосовой сигнал может состоять из инфазной (I) и квадратурной (Q) цифровых составляющих, каждая из которых является потоком дискретных величин, представляющих по меньшей мере одно цифровое значение. Тюнер 110 комплексного полосового сигнала выполняет настройку на комплексный полосовой сигнал для формирования выделенного комплексного сигнала. Перестройка по существу представляет перенос частоты полосового сигнала внутри ограниченного диапазона между -F_s/2N и F_s/2N. Например, перестройка в ее наиболее простой форме выполняется путем смешивания комплексного полосового сигнала с переменным сдвигом фазы за заданный интервал времени. На фигуре 2В приведено представление в частотной области полосового сигнала 220 после его перестройки на другую частоту.

В некоторых вариантах тюнер 110 комплексного полосового сигнала является программируемым, так что задание в нем других рабочих параметров обеспечивает работу тюнера в другом режиме. Например, когда в тюнере комплексного полосового сигнала задаются другие рабочие параметры, он может перестраивать входной сигнал на другую частоту, отличающуюся от предыдущей частоты, на которую он был настроен ранее.

Тюнер комплексного полосового сигнала может быть спроектирован для обработки сигналов с использованием параметров полосы частот и возможности перестройки, которые определяются его реализацией. В более общем смысле, полосовой сигнал может быть перестроен в частотной области в диапазоне между -F_s/2N и F_s/2N. Поскольку входной полосовой сигнал является комплексным, то не возникает никаких проблем, если сигнал будет смещен по частоте между -F_s/2N и F_s/2N.

Конкретный пример тюнера комплексного полосового сигнала описан в патентной заявке US 12/214,856 "Тюнер комплексного сигнала, работающий по алгоритму Волдера, с точным разрешением по частоте", поданной 23 июня 2008 г., которая уступлена правопреемнику по настоящей заявке, и полное содержание которой вводится в нее ссылкой.

В этом примере цифровое устройство 120 увеличения частоты дискретизации увеличивает частоту дискретизации выходного сигнала тюнера 110 комплексного полосового сигнала в N раз, где N>=1. Увеличение в N раз частоты дискретизации перестроенного комплексного полосового сигнала обеспечивает дискретизированный по времени сигнал с частотой дискретизации F_s, равной частоте дискретизации ЦАП. Представление комплексного полосового сигнала в частотной области содержит N боковых спектров, отстоящих на одинаковом расстоянии друг от друга между DC и фиксированной частотой F_s дискретизации ЦАП, как показано на фигуре 2C. Как показано на фигуре 2C, N равно 8, что дает 8 спектров сигнала, исходного принятого полосового сигнала 220 и 7 спектров-копий 230 между DC и F_s. В некоторых вариантах увеличение частоты дискретизации выполняется введением N-1 нулей между дискретизированными отсчетами выделенного комплексного сигнала для формирования повторений в частотной области. Однако увеличение частоты дискретизации не ограничивается способом введения N-1 нулей между отсчетами. В других вариантах могут использоваться другие технологии увеличения частоты дискретизации.

Фильтр 130 выделения спектров предназначен для приема выходного сигнала цифрового устройства 120 увеличения частоты дискретизации и выделения одного из спектров перестроенного комплексного полосового сигнала на выходе устройства 120. Фильтр 130 выделения спектров принимает дискретизированный по времени сигнал с эффективной частотой F_s дискретизации. Рассматривая представление сигнала в частотной области, можно сказать, что фильтр 130 выделяет необходимый спектр в частотной области путем подавления всех ненужных спектров. В некоторых вариантах входной сигнал является комплексным, и фильтр 130 выделения спектров устроен таким образом, что он обрабатывает комплексный сигнал, так что в этом случае будет отсутствовать симметрия сигнала в частотной области относительно F_s/2, которая может вызывать помехи.

Фильтр выделения спектров сигнала может быть фильтром обработки действительного или комплексного сигнала. Выполнение фильтра выделения спектров сигнала в форме фильтра комплексных или действительных сигналов зависит от конкретных условий, однако следует понимать, что соответствующие типы фильтров (для комплексных или действительных сигналов) имеют различные характеристики работы, которые должны приниматься во внимание при выборе типа фильтра. Например, на фигуре 2D показана частотная область между DC и F_s, на которой видно, что выделен второй спектр 240 из N спектров между 0 F_s, а остальные спектры подавлены.

В некоторых вариантах фильтр 130 выделения спектров является программируемым, так что задание других коэффициентов фильтрации фильтра 130 обеспечивает изменение обработки сигналов. Например, когда в фильтре выделения спектров выбираются другие коэффициенты фильтрации, которые задают другую частотную характеристику фильтра, он сможет выделять спектр в другом месте диапазона частот.

Цифровой квадратурный модулятор 140 получает сигнал, дискретизированный по времени, с выхода фильтра 130 выделения спектров и осуществляет квадратурную модуляцию сигнала. В частотной области этот процесс приводит к переносу выделенного спектра сигнала, дискретизированного по времени, с выхода фильтра 130 выделения спектров и преобразованию комплексного сигнала в действительный сигнал. На фигуре 2Е представлен пример области частот на выходе цифрового квадратурного модулятора 140, когда квадратурная модуляция применяется к сигналу, дискретизированному по времени, включая выделенный второй спектр, показанный на фигуре 2D. Частота f_qmod модуляции, использованная в иллюстративном примере, представленном на фигуре 1, равна F_s/4. В результате выделенный второй спектр сигнала, показанный на фигуре 2D, сдвигается по частоте на F_s/4 (указано ссылочным номером 250), как показано на фигуре 2Е. Кроме того, поскольку квадратурная модуляция обеспечивает получение действительного сигнала, то формируется обращенный спектр, отражение смещенного спектра, полученного в результате квадратурной модуляции, указанный ссылочным номером 260.

Зона Найквиста определяется как зона, имеющая ширину полосы, равную F_s/2, и частотный спектр содержит неограниченное число таких зон. Например, в положительной частотной области первая зона Найквиста занимает часть частотного спектра от DC до F_s/2, вторая зона Найквиста занимает часть от F_s/2 до F_s, третья зона Найквиста занимает часть от F_s до 3F_s/2, четвертая зона Найквиста занимает часть от 3F_s/2 to 2F_s и т.д. Как показано на фигуре 2Е, смещенный спектр 250 сигнала находится в первой зоне Найквиста, и обращенный спектр 260 сигнала находится во второй зоне Найквиста.

Хотя цифровой квадратурный модулятор может быть предпочтительным по причине меньшей сложности, однако может также использоваться и аналоговый квадратурный модулятор, как этот будет описано ниже.

ЦАП 150 имеет эффективную фиксированную скорость F_s дискретизации. Термин "эффективный", используемый в описании, означает, что ЦАП может принимать один входной сигнал с частотой дискретизации F_s или же может принимать сигналы с параллельных входов Р, частота дискретизации каждого из которых равна F_s/P, так что суммарная скорость дискретизации сигналов, обрабатываемых ЦАП, равна F_s. ЦАП 150 принимает дискретизированный по времени сигнал с выхода квадратурного модулятора 140 и преобразует его в непрерывный во времени сигнал. При этом в частотной области формируются спектры сигнала в диапазоне частот между DC и F_s, аналогичным образом повторяющиеся в направлении положительных и отрицательных частот. Диапазон частот от DC до F_s повторяется в направлении положительных частот между F_s и 2F_S, 2F_S и 3F_S и т.д., и в направлении отрицательных частот между 0 и -F_s, -F_s и -2F_S, -2F_S и -3F_S и т.д.

ЦАП 150 может работать в режиме прямой передачи, если необходимо преобразовать сигнал с повышением частоты в первую зону Найквиста. ЦАП, работающий в режиме прямой передачи, имеет частотную характеристику, обеспечивающую полезный выход в первой зоне Найквиста. Если ЦАП поддерживает ВЧ-режим, то цифровой преобразователь с повышением частоты может использоваться для преобразования с повышением частоты во второй или в третьей зоне Найквиста. В некоторых вариантах ЦАП, поддерживающий ВЧ-режим, может осуществлять его с помощью перестраиваемой выходной ступени, предназначенной для модификации частотной характеристики ЦАП во второй и третьей зонах Найквиста, которая обеспечивает работу в этих зонах. Нужная зона будет зависеть от одного или нескольких факторов, таких как, например, требуемая частота преобразования с повышением частоты, максимальная частота дискретизации ЦАП, технические характеристики ЦАП и необходимая общая производительность преобразователя с повышением частоты. На фигуре 3 иллюстрируется пример нормализованного сравнения частотных характеристик ЦАП, работающего в режиме прямой передачи (сплошная линия), и ЦАП, работающего в ВЧ-режиме (прерывистая линия).

На фигуре 2F иллюстрируется частотный спектр на выходе ЦАП 150, в котором выходной сигнал (спектры 250, 260 сигнала) цифрового квадратурного модулятора 140 (фигура 2Е) на интервале между DC и F_s повторяется на интервале между F_s и 2F_s (спектры 270, 280 сигнала). На более высоких частотах появляются дополнительные спектры сигнала, но они на фигурах не показаны. Необходимо отметить, что спектры 260, 280 сигнала во второй и четвертой зонах Найквиста являются обращенными спектрами исходного полосового сигнала.

Непрерывный во времени сигнал с выхода ЦАП 150 поступает в фильтр 160. Фильтр 160, подключенный к выходу ЦАП, "очищает "непрерывный сигнал, так чтобы спектр сигнала, расположенный в частотной области на требуемой повышенной частоте, используемой при преобразовании с повышением частоты, был выделен, а другие мешающие спектры были подавлены. Выделенный спектр сигнала на требуемой частоте может быть расположен в диапазоне частот, находящихся ниже частоты F_s дискретизации ЦАП, например, в первой или во второй зоне Найквиста, или выше частоты F_s дискретизации, то есть в третьей зоне Найквиста или в зонах Найквиста с более высокими номерами.

В некоторых вариантах фильтр 160 после ЦАП представляет собой аналоговый фильтр для выделения и подавления частот выходного сигнала ЦАП 150 для снижения помех сигналу со стороны других спектров комплексного полосового сигнала.

В некоторых вариантах выполняется повторная дискретизация для модификации частоты дискретизации входного комплексного полосового сигнала с целью задания частоты, которая является делителем частоты дискретизации ЦАП, путем введения фильтра изменения частоты дискретизации в цепь компонентов 110, 120, 130, 140. Например, частота дискретизации входного полосового сигнала может быть такой, что целочисленный коэффициент увеличения частоты дискретизации не дает такую частоту, которая обеспечивала бы оптимальную обработку преобразователем ЦАП. Для получения частоты F_s дискретизации, которая была бы предпочтительной для ЦАП, фильтр изменения частоты дискретизации обеспечивает изменение входного полосового сигнала в соответствии с целочисленным коэффициентом, который позволяет получить фиксированную эффективную частоту дискретизации ЦАП, перед подачей сигнала в ЦАП. Целочисленная величина коэффициента может быть равна или больше 1. В отличие от расположения фильтра изменения частоты дискретизации перед тюнером комплексного полосового сигнала он может быть расположен в любой точке цепи компонентов, показанных на фигуре 1. Фильтр изменения частоты дискретизации может быть расположен в следующих точках схемы, представленной на фигуре 1: после тюнера 110 комплексного полосового сигнала, после цифрового устройства 120 увеличения частоты дискретизации, после фильтра 130 выделения спектров сигнала, после цифрового квадратурного модулятора 140 или перед ЦАПом 150. В некоторых вариантах может использоваться несколько фильтров изменения частоты дискретизации, так что сочетание таких фильтров будет повышать частоту дискретизации полосового сигнала, дискретизированного по времени, в целое число раз для получения частоты, кратной фиксированной эффективной частоте дискретизации ЦАП до поступления в него сигнала, причем это целое число может быть равно или больше 1. Если фильтр изменения частоты дискретизации расположен в любом месте схемы, представленной на фигуре 1, он может быть более сложным для реализации, поскольку изменение частоты дискретизации сигнала может давать более высокую частоту, чем частота дискретизации входного полосового сигнала. В конечном счете, если сигнал на входе ЦАП имеет фиксированную частоту F_s дискретизации ЦАП, частоты дискретизации в любой точке схемы, представленной на фигуре 1, не должны быть равны тем, которые указаны выше в отношении фигур 1 и 2.

Кроме того, в то время как выше описываются выходные сигналы каждого из компонентов 110, 120, 130, 140, 150 схемы, представленной на фигуре 1, которые поступают на вход последующего компонента схемы, необходимо понимать, что в схему могут быть включены и другие компоненты, например, фильтр изменения частоты дискретизации, и такое включение других компонентов будет находиться в пределах объема изобретения. В некоторых вариантах компоненты могут следовать в другом порядке, отличном от порядка, показанного на фигуре 1, как это будет описано ниже более подробно.

В некоторых вариантах некоторые или все компоненты в вышеописанном цифровом преобразователе с повышением частоты, а именно тюнер комплексного полосового сигнала, цифровое устройство повышения частоты дискретизации, фильтр выделения спектров и/или модулятор, реализуются с использованием программируемых пользователем логических микросхем (). Микросхемы FPGA - это всего лишь один из примеров возможной реализации компонентов цифрового преобразователя с повышением частоты, и для них могут быть использованы и другие технологии цифровой обработки. В некоторых вариантах технология FPGA может использоваться для реализации некоторых компонентов, и другие технологии могут использоваться для реализации других компонентов. В некоторых вариантах компоненты могут быть реализованы в форме отдельных устройств, которые собраны вместе (каскадная схема). В других вариантах компоненты могут быть реализованы таким образом, что два или более компонентов реализуются вместе, на одной микросхеме, и две