[发明专利]发送机、用于数字RF发送机的功率编码器以及用于发送数据的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于功率放大器的功率编码方案，并且更具体地，涉及一种用于直接数字射频(RF)发送机中的RF开关模式功率放大器的数字脉宽调制编码器。

背景技术

与数字模拟RF发送机相比，直接数字RF发送机(TX)具有若干优势。直接数字RF发送机靠近天线地设置数字模拟接口，使得需要较少的模拟部件。可以大大地缓解以及甚至避免典型的模拟问题，诸如同相位(I)和正交相位(IQ)失配、局部振荡器(LO)泄露、图像失真。直接数字RF发送机还通过由机敏的数字信号处理而使能的多模式和多频带操作来提高系统灵活性。此外，直接数字RF发送机可以利用增加数字处理的速度和密度以及高水平集成的优点。因此，直接数字RF发送机同时对基站和移动应用均有益处。

直接数字RF发送机除了具有重构带通滤波器(BPF)外还包括利用诸如DSM(德尔塔西格玛调制)、PWM(脉宽调制)及PPM(脉冲位置调制)的特定功率编码方案的诸如D类或S类功率放大器的开关模式功率放大器(SMPA)。

在功率方面，RF功率放大器(PA)在发送机中消耗最多能量。该发送机的主要优势在于SMPA总是位于开(饱和)和关(截止)操作区域之间，从而获得高峰效率。但是，如果将常用于第三代(3G)和第四代(4G)蜂窝移动通信系统的非恒定包络信号编码成单个比特数字化信号，则被定义为功率编码效率的整个数字化的信号功率上的带内功率较低，这是因为量化噪声的生成是不可避免的且由于系统线性度规范要求的噪声成型函数而广泛遍布在频域。由于噪声信号也由SMPA放大，因此不期望的噪声功率变得浪费，这造成了过量的功率损失和总TX效率降低。

该问题存在于基于S类功率放大器的带通德尔塔-西格玛调制(BPDSM)中。参见例如U.S.2003/0210746、U.S.2006/0188027、EP 2063536和U.S.7,825,724。

总TX功率效率涉及编码器的功率编码效率以及PA的功率效率。对于处于饱和的功率级的SMPA而言，取决于PA电路设计的PA效率η_PA通常相对较高(>80％)。相比之下，功率编码效率η_CODE是对编码脉冲串p(t)的功率频谱密度(PSD)的直接测量，并且基于编码器的性能。对于具有非恒定包络调制的信号的常规功率编码方案而言，编码器的性能相对较低(<20％)。因此，对于直接数字RF发送机而言，设定发送机的整个效率的上界的功率编码效率η_CODE是首要关注点。为了在调制的非周期切换条件下提高直接数字RF发送机的效率，需要改进功率编码效率。

低的功率编码效率是德尔塔西格玛功率编码方案中噪声成型的结果。因此，一些常规的编码方案使用各种PWM技术以改善功率编码效率。

例如，Blocher等人的“Coding efficiency for different switched-mode RF transmitter architectures,”Circuits and Systems,2009.MWSCAS'09.52nd IEEE International Midwest Symposium on,vol.,no.,pp.276,279,2-5Aug.2009描述了极性PWM结构。在PWM编码器中调制基带信号的包络，其中，通过将包络大小与参考波形(三角或锯齿)进行比较来实施PWM的编码。通常，PWM参考波形的频率是输入信号的基带带宽的10至100倍。该结构可以获得较高的功率编码效率以及所需要的线性度，但是难以数字地执行。此外，由于发送的信号在RF载波频率直接结合，振幅和相位之间的时间对准是较难的，尤其对于宽带信号来说。