帶RF輸出的全數(shù)字調(diào)制器設(shè)計(jì)

軟件定義無線電(sdr)終端促進(jìn)了物理層功能的可編程實(shí)現(xiàn)。很多研究工作已經(jīng)應(yīng)用dsp和fpga實(shí)現(xiàn)物理層的基帶功能。 sdr無線電是如此定義的電臺(tái)，其天線后面的某段實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。其后電臺(tái)可用柔性及可配置的功能模塊來實(shí)現(xiàn)dsp算法。隨著技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化可以在天線后，或非常接近于天線，如此幾乎所有的無線電功能都可以使用高速可編程的dsp引擎通過軟件實(shí)現(xiàn)。 目前的無線電結(jié)合了模擬和數(shù)字構(gòu)造模塊。rf功能還是適合模擬電路實(shí)現(xiàn)，而基帶功能更適合于dsp的實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化前端(dfe)常用來連接rf及基帶處理。def通常能夠處理10mh左右的頻率信號(hào)，常被稱為數(shù)字中頻(if)。因此，重要的模擬模塊留在了rf和if之間。 數(shù)字rf收發(fā)器可擴(kuò)展軟件定義功能到射頻頻段。所有數(shù)字發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是高效的功率放大；數(shù)字化合并多通道信號(hào)；以及軟件的可編程或可重配置性。 使用全數(shù)字發(fā)射機(jī)，整個(gè)發(fā)射機(jī)可以用dsp或fpga實(shí)現(xiàn)，可以利用cmos技術(shù)增強(qiáng)中的性能。除了與sdr兼容，基于dsp的rf系統(tǒng)可補(bǔ)償rf通道的不平衡性。因此，直接在射頻產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)吸引了很多研究人員和工程師的興趣。 一種比較傳統(tǒng)的方法使用帶通delta-sigma調(diào)制在無線電頻率上產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)。二進(jìn)制信號(hào)可與開關(guān)模式功率放大器(pa)一起使用以實(shí)現(xiàn)比其他功放技術(shù)更高的效率(圖1)。這種體系結(jié)構(gòu)的限制是帶通delta-sigma (bpds)調(diào)制在中心頻率的四倍處運(yùn)行，達(dá)到幾千兆赫。為了適應(yīng)如此高的頻率操作，定制的ic必須仔細(xì)設(shè)計(jì)，不具備重新編程能力。 采用bpds的數(shù)字發(fā)射機(jī)另外一種方式是用脈寬調(diào)制(pwm)數(shù)字合成二進(jìn)制rf信號(hào)。pwm是很久以前提出的一種模擬調(diào)制，但是最近流行起來，特別是在數(shù)字音頻放大應(yīng)用上。d類音頻pa，由pwm音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)，可達(dá)到90%以上的效率。delta-sigma類型調(diào)制也可用于數(shù)字pwm，但與bpds方式比較運(yùn)行在較低頻率。然而，delta-sigma環(huán)路傾向于比bpds更復(fù)雜，由于其較低的過采樣率和pwm有關(guān)的非線性。 測(cè)試配置使用存儲(chǔ)在測(cè)試模式發(fā)生器中的離線計(jì)算的信號(hào)源。在本例中，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)來演示使用數(shù)字pwm的rf信號(hào)數(shù)字發(fā)生器的能力。 數(shù)字rfpwm發(fā)生器 由數(shù)字功放技術(shù)推動(dòng)的數(shù)字pwm，數(shù)字信號(hào)無須依靠數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)就可以直接轉(zhuǎn)換成高功率模擬信號(hào)。由于全數(shù)字音頻系統(tǒng)越來越受到關(guān)注，數(shù)字功放已經(jīng)在數(shù)字音頻應(yīng)用上開始流行。 在數(shù)字pwm，脈寬以高速時(shí)鐘離散化。因此，采樣計(jì)數(shù)器可根據(jù)高速參考時(shí)鐘產(chǎn)生數(shù)字pwm波形(圖2)。內(nèi)插器增加pcm輸入的采樣頻率到適合pwm調(diào)制的水平。該頻率經(jīng)常稱為脈沖重復(fù)頻率(prf)。 組成數(shù)字pwm系統(tǒng)的信號(hào)處理模塊正常采樣器是均勻采樣數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)計(jì)算正常采樣信號(hào)值。顯然當(dāng)采用pwm時(shí)，正常采樣信號(hào)基帶失真遠(yuǎn)小于均勻采樣。 出于實(shí)現(xiàn)考慮，量化需確保高速參考時(shí)鐘運(yùn)行在適當(dāng)?shù)仡l率上。例如，pcm的原始輸入是44.1 khz，16倍內(nèi)插器將導(dǎo)致705.6 khz的prf。若脈寬量化到16位，高速參考時(shí)鐘必須達(dá)到46-ghz。假如只需要8位量化脈寬的話，高速參考時(shí)鐘可至180 mhz。因此，用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)將比較容易。噪音成型技術(shù)，delta-sigma調(diào)制技術(shù)，常被用來抑制量化引入的基帶噪聲。 處理密集的模塊、正常采樣器、及噪音成型量化的采樣頻率prf。這是該工作的主要?jiǎng)訖C(jī)——主要的信號(hào)處理算法在較低的prf而不是rf頻率上執(zhí)行。 全數(shù)字rfpwm 全數(shù)字rf pwm稱為正交積分噪音成型(ins)，是用于量化及噪音成型模塊的一種算法。其主要目標(biāo)是抑制基帶脈寬量化處理過程引入的噪聲功率。它不同于其它在反饋環(huán)中引入非線性項(xiàng)的算法。不考慮ins算法的細(xì)節(jié)的話，正交ins可看成是2個(gè)獨(dú)立的pwm調(diào)制器，分別用于復(fù)信號(hào)的同相(i)和正交分量(q)。 這些脈寬調(diào)制使用以前描述過的相同體系結(jié)構(gòu)。這些pwm輸出的是基帶信號(hào)，需要進(jìn)一步和數(shù)字本機(jī)振蕩器信號(hào)混合形成rf帶通信號(hào)。假如基帶pwm及數(shù)字本機(jī)振蕩器信號(hào)都是