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主动谐波消除多电平射频脉宽调制策略及其性能分析

2021-08-24陈剑斌

国防科技大学学报 2021年4期
关键词:信号

陈剑斌,周 强,朱 蕾,张 江

(1. 陆军工程大学 通信工程学院, 江苏 南京 210007; 2. 国防科技大学 第六十三研究所, 江苏 南京 210007)

随着当前无线通信业务类型的快速增长,通信终端在小型化的同时需要兼容更多的功能和标准,从而在带宽、效率以及可重配置性等方面都面临更高的要求和挑战。传统模拟体制发信机中模拟射频器件参数固定,且效率、线性和带宽等主要性能指标在理论上相互制约[1],从而极大制约了发信机的效率、体积以及可重配置等性能。软件定义无线电(Software Defined Radio,SDR)[2]采用数字信号处理技术完成传统模拟器件功能,可以实现对不同通信业务的适配,因此得到越来越多关注。其中,全数字发信机(All-Digital Transmitter,ADTx)[3]技术在数字域完成上变频和功率放大等射频功能,具有灵活的可重构和可编程性能,被认为是实现SDR系统的理想方案。

ADTx如图1所示,主要包含数字射频调制器、开关模式功放(Switched-Mode Power Amplifier,SMPA)以及调谐滤波器[4-6],其中数字射频调制器完成基带信号的上变频和脉冲编码,生成脉冲序列以驱动后级SMPA实现高效放大。由于脉冲编码降低幅度分辨率,引入大量量化噪声,为保证输出信噪比和频谱纯度,需引入噪声整形技术,将带内量化噪声转换为带外噪声或谐波。因此基于噪声整形的脉冲编码算法不仅决定ADTx输出信号质量,而且直接影响后级SMPA工作效率,是ADTx实现高效率和高线性的核心。

图1 ADTx系统框图Fig.1 Structure diagram of ADTx system

Delta-Sigma调制(Delta-Sigma Modulation,DSM)[7-8]和脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation,PWM)[9-11]是目前ADTx系统主要的脉冲编码技术。其中DSM能够实现更高的带内信噪比,但其硬件实现复杂度较高,且输出脉冲序列的切换频率数倍于载波频率,从而大大增加后级功放损耗[7]。……

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