带RF输出的全数字调制器设计

软件定义无线电(sdr)终端促进了物理层功能的可编程实现。很多研究工作已经应用dsp和fpga实现物理层的基带功能。 sdr无线电是如此定义的电台，其天线后面的某段实现了数字化。其后电台可用柔性及可配置的功能模块来实现dsp算法。随着技术的进步，数字化可以在天线后，或非常接近于天线，如此几乎所有的无线电功能都可以使用高速可编程的dsp引擎通过软件实现。 目前的无线电结合了模拟和数字构造模块。rf功能还是适合模拟电路实现，而基带功能更适合于dsp的实现。数字化前端(dfe)常用来连接rf及基带处理。def通常能够处理10mh左右的频率信号，常被称为数字中频(if)。因此，重要的模拟模块留在了rf和if之间。 数字rf收发器可扩展软件定义功能到射频频段。所有数字发射机的关键优势是高效的功率放大；数字化合并多通道信号；以及软件的可编程或可重配置性。 使用全数字发射机，整个发射机可以用dsp或fpga实现，可以利用cmos技术增强中的性能。除了与sdr兼容，基于dsp的rf系统可补偿rf通道的不平衡性。因此，直接在射频产生数字信号吸引了很多研究人员和工程师的兴趣。 一种比较传统的方法使用带通delta-sigma调制在无线电频率上产生二进制信号。二进制信号可与开关模式功率放大器(pa)一起使用以实现比其他功放技术更高的效率(图1)。这种体系结构的限制是带通delta-sigma (bpds)调制在中心频率的四倍处运行，达到几千兆赫。为了适应如此高的频率操作，定制的ic必须仔细设计，不具备重新编程能力。 采用bpds的数字发射机另外一种方式是用脉宽调制(pwm)数字合成二进制rf信号。pwm是很久以前提出的一种模拟调制，但是最近流行起来，特别是在数字音频放大应用上。d类音频pa，由pwm音频信号驱动，可达到90%以上的效率。delta-sigma类型调制也可用于数字pwm，但与bpds方式比较运行在较低频率。然而，delta-sigma环路倾向于比bpds更复杂，由于其较低的过采样率和pwm有关的非线性。 测试配置使用存储在测试模式发生器中的离线计算的信号源。在本例中，设计了一个实时系统来演示使用数字pwm的rf信号数字发生器的能力。 数字rfpwm发生器 由数字功放技术推动的数字pwm，数字信号无须依靠数模转换器(dac)就可以直接转换成高功率模拟信号。由于全数字音频系统越来越受到关注，数字功放已经在数字音频应用上开始流行。 在数字pwm，脉宽以高速时钟离散化。因此，采样计数器可根据高速参考时钟产生数字pwm波形(图2)。内插器增加pcm输入的采样频率到适合pwm调制的水平。该频率经常称为脉冲重复频率(prf)。 组成数字pwm系统的信号处理模块正常采样器是均匀采样数字信号为基础计算正常采样信号值。显然当采用pwm时，正常采样信号基带失真远小于均匀采样。 出于实现考虑，量化需确保高速参考时钟运行在适当地频率上。例如，pcm的原始输入是44.1 khz，16倍内插器将导致705.6 khz的prf。若脉宽量化到16位，高速参考时钟必须达到46-ghz。假如只需要8位量化脉宽的话，高速参考时钟可至180 mhz。因此，用适当的技术实现将比较容易。噪音成型技术，delta-sigma调制技术，常被用来抑制量化引入的基带噪声。 处理密集的模块、正常采样器、及噪音成型量化的采样频率prf。这是该工作的主要动机——主要的信号处理算法在较低的prf而不是rf频率上执行。 全数字rfpwm 全数字rf pwm称为正交积分噪音成型(ins)，是用于量化及噪音成型模块的一种算法。其主要目标是抑制基带脉宽量化处理过程引入的噪声功率。它不同于其它在反馈环中引入非线性项的算法。不考虑ins算法的细节的话，正交ins可看成是2个独立的pwm调制器，分别用于复信号的同相(i)和正交分量(q)。 这些脉宽调制使用以前描述过的相同体系结构。这些pwm输出的是基带信号，需要进一步和数字本机振荡器信号混合形成rf带通信号。假如基带pwm及数字本机振荡器信号都是