[发明专利]一种基于数字延时线单元的射频脉宽调制器及调制方法

说明书

本发明公开了一种基于数字延时线单元的射频脉宽调制器及调制方法。该调制器包括脉冲延时控制单元、射频载波脉冲产生单元、第一～第四数字延时线单元、第一～第二两路复用器。所述调制方法为：射频脉宽调制器中脉冲延时控制单元采用5电平射频脉冲调制方法，具体为3X次谐波消除5电平射频脉冲调制方法，其中X为大于零的任意奇数，即将需输出的5电平射频脉冲分解为2个3电平射频子脉冲的加权叠加，通过控制两个3电平射频子脉冲的脉冲宽度，使2个3电平射频子脉冲加权叠加后的3X次谐波幅值为零。本发明实现了对5电平射频脉宽调制信号3X次谐波主动消除与有效抑制，减小了滤波器的成本和体积，提高了宽频段全数字发信机的综合性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于数字延时线单元的射频脉宽调制器及调制方法。

背景技术

发信机是无线通信系统的重要组成部分之一，其作用是将已调基带信号上变频到射频(RF)，并将射频信号放大到足够天线发射的功率电平。它是决定无线通信系统输出信号质量和工作效率的主要因素。更小体积、更低功耗、更高通信速率、数字化及可重构是发信机的发展方向。近年来，结合直接数字射频调制(DDRFM)、开关模式功放(SMPA)和调谐滤波器的高效率、宽频段数字发信机(DTx)技术发展迅速，已成为无线通信领域的研究热点，其高效率、高线性以及灵活的可重构和可编程性能已成为软件定义无线电(SDR)最具吸引力的特性。

得益于氮化镓(GaN)高电子迁移率(HEMT)器件等高性能半导体器件技术的迅速发展，SMPA已可实现对几个Gbps速率的高速数字射频脉冲序列的高效放大。然而，该脉冲信号仅由2个或有限个离散的量化电平构成，不仅包含所需的RF信号，还存在大量的量化噪声。由于SMPA固有的强非线性，DDRFM不仅要实现基带信号的数字上变频，还要进行脉冲编码，将数字射频信号转换为适合开关放大的脉冲信号，同时将量化噪声移至带外，以提高输出信噪比。

当前，增量求和调制(DSM)和脉宽调制(PWM)是DTx研究中主要采用的两种脉冲编码技术，其核心优势是可实现很高的信噪比。然而，DSM技术存在两个缺点，一是需要远高于载波频率的过采样频率，不仅要求数字信号处理器件(DSP)具有很高逻辑运算速率，增加了设计复杂度，而且使得SMPA的开关频率数倍(至少≥4倍)于射频载波频率；二是DSM存在很高的带外噪声，需要高品质因数的带通滤波器来抑制。相较于DSM，文献1(F.H.Raab,“Radiofrequency pulsewidth modulation,”IEEE Trans.Commun.,vol.21,No.8,pp.958-966,1973)提出的射频脉宽调制(RF-PWM)技术虽然也需要很高的采样频率，但在三个方面具有优势：一是具有更优的编码效率(所需RF信号与脉冲编码信号的功率之比)，而且可降低DSP的运算速率要求和设计复杂度；二是所需开关频率仅为射频载波频率的两倍，有利于降低SMPA的开关损耗；三是量化噪声被转换为谐波分量，仅需低通滤波器即可完成信号恢复。因此，综合考虑信号完整性、效率和频谱纯度，RF-PWM被认为是目前最适合DTx应用的高效脉冲编码技术。针对RF-PWM的谐波问题，文献2(周强,陈剑斌,朱蕾.基于RF-PWM的主动谐波消除方法[J].太赫兹科学与电子信息学报,2017,15(5):828-833)、文献3(Yao F Q,Zhou Q,Wei Z H.A Novel Multilevel RF-PWM Method With Active-Harmonic Elimination forAll-Digital Transmitters[J].IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques,2018,66(7):3360-3373)分别提出了针对恒包络和非恒包络的调制信号特定谐波消除的多电平RF-PWM方法。中国专利(申请号201711051727.2)公开了一种特定谐波消除多电平射频脉宽调制方法及调制器，可实现对多电平RFPWM输出脉冲特定次谐波的主动消除，特别是通过优先消除低次谐波，可以显著降低对调谐滤波器的设计要求，有利于提高DTx的宽频段性能。