特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法及调制器技术

本发明专利技术公开了一种特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法及调制器。该方法基于特定谐波消除多电平RF‑PWM输出的多电平射频脉冲信号，利用面积等效原理，根据输出多电平RF‑PWM信号的脉冲上升和下降沿，将特定谐波消除多电平RF‑PWM信号分解为多个脉冲面积相等的3电平RF‑PWM信号，驱动后级的SMPA单元，在实现多电平RF‑PWM输出脉冲序列特定谐波消除的同时，实现后级SMPA单元之间以及单元内各功率管之间的功率均衡；该射频脉宽调制器基于上述功率均衡方法，利用数字延时线单元产生驱动后级5电平SMPA单元的移相控制信号，实现对3X次特定谐波的主动消除。本发明专利技术不需引入额外功率均衡控制电路，简化了调制器结构。

Power Equalization Method and Modulator for Specific Harmonic Elimination Multilevel RF Pulse Width Modulation

The invention discloses a power equalization method and a modulator for specific harmonic elimination multilevel radio frequency pulse width modulation. This method is based on specific harmonics to eliminate multi-level RF PWM output multi-level radio frequency pulse signal. According to the pulse rising and falling edge of output multi-level RF PWM signal, the specific harmonics to eliminate multi-level RF PWM signal is decomposed into three-level RF PWM signal with equal pulse area, and SMPA unit is driven to achieve multi-level RF PWM output pulse. While eliminating specific harmonics in impulse sequence, the power balance between SMPA units and power transistors in the unit is realized. Based on the above power balance method, the RF pulse width modulator generates phase-shifting control signals for driving SMPA units of 5-level in the latter stage by using digital delay line unit to realize active elimination of 3X specific harmonics. The invention does not need to introduce additional power equalization control circuit and simplifies the structure of the modulator.

【技术实现步骤摘要】
特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法及调制器
本专利技术涉及无线通信
，特别是一种特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法及调制器。
技术介绍
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，由于该脉冲信号仅由2个或有限个离散的量化电平构成，不只包含所需的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，还要进行脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法，其特征在于，基于特定谐波消除多电平射频脉宽调制方法，输出M电平射频脉宽调制信号SMLRF_PWM，M为大于3的任意奇数，其归一化最大电平幅值为U，则M个电平对应幅值为‑U、…、‑iU/N、…、‑U/N、0、U/N、…、iU/N、…、U，N＝(M‑1)/2，i为1到N之间的任意整数，M电平射频脉宽调制信号SMLRF_PWM包含M‑1个脉冲上升沿和M‑1个脉冲下降沿，按脉冲上升沿或下降沿产生的时间先后顺序，分别定义为第一脉冲上升沿、第二脉冲上升沿、…、第i脉冲上升沿、…、第M‑1脉冲上升沿和第一脉冲下降沿、第二脉冲下降沿、…、第i脉冲下降沿、…...

【技术特征摘要】
1.一种特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法，其特征在于，基于特定谐波消除多电平射频脉宽调制方法，输出M电平射频脉宽调制信号SMLRF_PWM，M为大于3的任意奇数，其归一化最大电平幅值为U，则M个电平对应幅值为-U、…、-iU/N、…、-U/N、0、U/N、…、iU/N、…、U，N＝(M-1)/2，i为1到N之间的任意整数，M电平射频脉宽调制信号SMLRF_PWM包含M-1个脉冲上升沿和M-1个脉冲下降沿，按脉冲上升沿或下降沿产生的时间先后顺序，分别定义为第一脉冲上升沿、第二脉冲上升沿、…、第i脉冲上升沿、…、第M-1脉冲上升沿和第一脉冲下降沿、第二脉冲下降沿、…、第i脉冲下降沿、…、第M-1脉冲下降沿，并利用以下方法得到N个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_1、…、S3LRF_PWM_i、…、S3LRF_PWM_N，以驱动后级N个SMPA单元进行开关功率放大，其中：由第一脉冲上升沿、第一脉冲下降沿、第N+1脉冲下降沿、第2N脉冲上升沿构成第一个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_1，由第i脉冲上升沿、第i脉冲下降沿、第N+i脉冲下降沿、第2N+1-i脉冲上升沿构成第i个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_i，由第N脉冲上升沿、第N脉冲下降沿、第2N脉冲下降沿、第N+1脉冲上升沿构成第N个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_N；由于N个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_1、…、S3LRF_PWM_i、…、S3LRF_PWM_N的脉冲面积相等，以N个3电平射频脉宽调制信号驱动M电平射频脉宽调制器后级的N个开关功放单元，即可实现对N个开关功放单元之间的功率均衡。2.根据权利要求1所述的特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法，其特征在于，所述N个开关功放单元均具有相同功放结构且为H桥D类功放，所述3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_i对应驱动1个H桥D类功放单元SMPAi，所述N个H桥D类功放单元SMPA1、…、SMPAi、…、SMPAN均采用移相控制，以实现所述N个H桥D类功放单元内部各功率管之间的功率均衡。3.根据权利要求1所述的特定谐波消除多电平射频脉宽调制的功率均衡方法，其特征在于，所述特定谐波消除多电平射频脉宽调制方法，包括以下步骤：步骤1：选定待消除的K个特定奇次谐波，即X1次、…、Xj次、…、XK次谐波，确定比较门限个数N和射频脉宽调制的电平数M，其中N>K，M＝2N+1；步骤2：采用幅相分离算法将基带I、Q信号分解为归一化的包络信号SA和相位信号SΦ，且SA、SΦ与I、Q有如下关系：根据式(2)，由相位信号SΦ和射频载波频率fc生成相位调制信号SPM：SPM＝cos(2πfct+SΦ)(2)t为连续或离散时间信息；同时相位调制信号SPM和归一化的已调射频信号SRF满足如下关系：SRF＝SA·SPM(3)步骤3：设置N个比较门限Vth1、…、Vthi、…、VthN，根据式(4)，每个比较门限将分别与相位调制信号SPM进行比较，得到相应的3电平射频脉宽调制信号；其中，U为M电平射频脉宽调制信号SMLRF_PWM的最大幅度值，U/N为3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_i的幅度，且要求N个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_1、…、S3LRF_PWM_i、…、S3LRF_PWM_N的脉冲宽度W1、…、Wi、…、WN满足如下关系：其中，G为调制增益，εi为加权系数且等于1或-1，εi具体取值与归一化的包络信号SA相关；求解式(5)，根据得到的N个3电平射频脉宽调制信号的脉冲宽度W1、…、Wi、…、WN，再由式(6)确定所述N个比较门限Vth1、…、Vthi、…、VthN的取值：Vthi＝cos(Wi/2)(6)以一组不同的P个归一化包络信号SA的幅度A1、…、Am、…、AP为输入，离线求解式(5)和式(6)，得到N个比较门限Vth1、…、Vthi、…、VthN分别对应P个包络信号幅度的二维数据表T，其中P为大于1的任意整数，m为1到P之间的任意整数；步骤4：以归一化包络信号SA的实时幅度值为输入，通过对T的查表和插值，得到对应当前包络信号幅度的N个比较门限值Vth1、…、Vthi、…、VthN，并分别与相位调制信号SPM进行比较，产生N个3电平脉宽调制信号S3LRF_PWM_1、…、S3LRF_PWM_i、…、S3LRF_PWM_N；最后根据式(7)，M电平射频脉宽调制信号SMLRF_PWM由N个3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_1、…、S3LRF_PWM_i、…、S3LRF_PWM_N通过加权叠加获得：4.一种特定谐波消除多电平射频脉宽调制器，其特征在于，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～第二反相器、第一～第四延时补偿单元、第一～第二两路复用器，共具有第一～第三3个信号输入端和第一～第四4个信号输出端，实现特定谐波消除5电平射频脉宽调制，并将产生的5电平射频脉宽调制信号S5LRF_PWM转换为2路脉冲面积相等的3电平射频脉宽调制信号S3LRF_PWM_1和S3LRF_PWM_2，利用数字延时线单元分别产生用于驱动后级SMPA单元的移相控制信号，以实现2个SMPA之间以及单元内各功率管之间的功率均衡，其中：所述脉冲延时控制单元，用于接收基带已调I、Q信号，并计算脉冲延时数据，输出4路脉冲延时控制信号SΔ1+、SΔ1-、SΔ2+和SΔ2-，还输出选通控制信号SAM；所述射频载波脉冲产生单元，用于接收射频载波频率信息fc，产生射频载波脉冲参考信号SRF_LO并由输出端输出；所述第一～第四数字延时线单元，具有相同结构；每个数字延时线单元的信号输入端S均接收射频载波脉冲产生单元输出的射频载波脉冲参考信号SRF_LO，四个数字延时线单元的控制信号输入端分别接收脉冲延时控制单元输出的4路脉冲延时控制信号SΔ1+、SΔ1-、SΔ2+和SΔ2-；四个数字延时线单元根据接收的相应脉冲延时控制信号，实现对于射频载波脉冲参考信号SRF_LO的延时输出，并分别通过第一～第四数字延时线单元的第一～第四脉冲信号输出端E，输出4路射频脉冲延时信号S1+、S1-、S2+和S2-；所述第一～第二反相器，具有相同结构，第一反相器包括第一输入端和第一输出端，第二反相器包括第二输入端和第二输出端；第一、第二反相器的第一、第二输入端分别连接第三、第四数字延时线单元的第三、第四脉冲信号输出端E，第一、第二输出端分别输出射频脉冲延时信号S2+和S2-的反相信号和所述第一～第四延时补偿单元，具有相同结构；第三延时补偿单元、第四延时补偿单元具有相同的固定延时，且延时时间长度与1个反相器带来的延时时间长度相等；第一延时补偿单元、第二延时补偿单元具有相同的固定延时，且延时时间长度与1个反相器和1个两路复用器带来的延时时间长度相等；第一～第四延时补偿单元的输入端分别连接第一～第四数字延时线单元的第一～第四脉冲信号输出端E，分别输出射频脉冲延时信号S1+、S1-、S2+和S2--的延时补偿信号S1、S'1、S'2+和S'2-；所述第一两路复用器和第二两路复用器，具有相同结构；第一两路复用器的两个信号输入端分别接收第三延时补偿单元输出的延时补偿信号S'2+和第一反相器输出的反相信号第二两路复用器的两个信号输入端分别接收第四延时补偿单元输出的延时补偿信号S'2-和第二反相器输出的反相信号该两个两路复用器的控制信号输入端均接收脉冲延时控制单元输出的选通控制信号SAM，并根据接收的选通控制信号SAM控制对应两路复用器的信号输入端与控制信号输出端M3连通，以输出对应的射频脉冲延时信号S2和S'2。5.根据权利要求4所述的特定谐波消除多电平射频脉宽调制器，其特征在于，所述脉冲延时控制单元，包括第一～第二信号输入端、第五～第八信号输出端和第一控制信号输出端；所述第一信号输入端和第二信号输入端，分别用于接收基带已调I、Q信号，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，朱蕾，张江，魏志虎，何攀峰，陈剑斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32