一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置

摘要

本发明提供一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，该装置可以提升脉宽幅度调制和延迟相位调制的分辨率，该装置包括：输入模块获取量化斩波脉宽控制信号和量化相位延迟控制信号；脉宽抖动模块将量化斩波脉宽控制信号的第一预设区间等分为第一预设数值个子区间，获取抖动后的脉宽控制信号；脉宽调制模块获取抖动后的脉宽斩波信号；相位抖动模块将量化相位延迟信号的第二预设区间等分为第二预设数值个子区间，获取抖动后的相位控制信号；相位调制模块获取在抖动后的脉宽斩波信号上进一步调制延迟相位信号；输出模块获取并发射调制、功放、滤波后的射频频率信号。本发明提高了脉宽幅度调制系统的幅度调制精度和延迟相位调制系统的相位调制精度。

说明书

技术领域

本发明涉及通信和电子技术领域，尤其涉及一种利用幅相偏差颤动的脉宽调制射频功率放大装置。

背景技术

随着通信速率的不断提高，无线通信系统重新回到幅度调制，尤其是正交频分复用(简称OFDM)和高阶正交幅度调制(简称xQAM)的引入，对射频功放的幅度和相位线性保真度提出了及其苛刻的要求。

但是目前任何类型的射频功放管都是非线性的，需要数字预失真(简称DPD)和回退技术，来保证发射到空间的信号与调制信号一致，这使得系统设计难度增加，同时能量的极大浪费。4G、5G、WiFi和WiMAX等移动通信的主要功耗、设计难度都与非线性射频功放器件有关。

对此，提出了利用开关型非线性功放来实现线性放大，其原理是，任何一种调制都能够表达成RFS＝Asin(ωt+φ)，其中，RFS是已经调制了的载有基带信号的射频信号，经过直角坐标系到极坐标系的变换之后，A是幅度和基带对幅度的调制，ω是射频频率，t是时间，φ是相位和基带对相位的调制，按照这个公式，可采用脉宽调制方法。

其方法是：脉宽调制频率F

这种调制被称为脉宽幅度调制和延迟线相位调制技术，调制后对斩波和延迟的信号进行无失真功率放大。在发射到空间之前的发射天线入口处对斩波信号进行FRF的射频滤波，过滤后的信号即为具有足够能量的、已经调制的、系统所需的RFS＝Asin(ωt+φ)大功率信号。

上述传统脉宽幅度调制和延迟线相位调制技术最大的问题是器件的物理极限。随着频谱资源的枯竭和基带带宽的增加，系统射频F

脉宽调制的量化误差严重，分辨率低，调制精度受限，因此通过传统的正交频分复用和高阶正交幅度调制无法实现复杂高阶调制。

发明内容

本发明实施例提供一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，用以解决现有技术中脉宽调制量化误差大的缺陷，以达到可实现在数千兆赫兹载频下通过正交频分复用和高阶正交幅度调制实现复杂高阶调制的目的。

本发明实施例提供一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，包括：输入模块、脉宽抖动模块、脉宽调制模块、相位抖动模块、相位调制模块和输出模块，其中：

所述输入模块用于获取调制信号对应的幅度和相位，获取量化斩波脉宽控制信号，并用所述幅度控制信号对射频震荡信号进行斩波，并对所述相位进行量化延迟，获取量化相位延迟信号；

所述脉宽抖动模块用于将所述量化斩波脉宽控制信号的第一预设时间区间等分为第一预设数值个时间子区间为最小分辨粒度，并在第一预设时间区间内，按照最小分辨粒度进一步分配减少一个最小粒度脉宽和增加一个一个最小粒度脉宽的抖动的比例，获取抖动脉宽控制信号和抖动控制信号；

所述脉宽调制模块用于抖动后的脉宽控制信号对射频震荡信号进行抖动的脉宽调制，获取抖动的脉宽斩波信号；

所述相位抖动模块用于将所述量化相位延迟信号的第二预设延迟区间等分为第二预设延迟数值个子区间为最小分辨粒度，并在第二预设延迟区间内，按照最小分辩粒度进一步分配减少一个最小粒度延迟和增加一个最小粒度延迟的抖动的比例，获取抖动相位控制信号；

所述相位调制模块用抖动后的相位控制信号对已经完成了加有抖动的脉宽幅度调制的射频信号进行相位或延迟调制，获取相位或延迟调制相位信号；

所述输出模块用于对根据所述具有抖动的脉宽调制后的斩波信号进一步完成所述的具有抖动的延迟相位调制后，作为输入信号进行功率放大和射频滤波，形成发射调制后的射频频率信号。

根据本发明一个实施例的利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，所述第一预设区间为：

其中，A

根据本发明一个实施例的利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，所述第二预设区间为：

其中，φ

根据本发明一个实施例的利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，所述第一预设数值和所述第二预设数值为：F

根据本发明一个实施例的利用幅相偏差颤动的脉宽幅度调制和延迟相位调制的射频功率放大装置，所述输入模块具体包括发射机数字调制器、直角坐标到极坐标信号变换单元、幅度面积修正单元、脉宽变换器和延迟计算器，其中：

所述发射机数字调制器用于将输入的比特码流转换成所述的调制信号；

所述极坐标信号变换单元用于将所述的直角坐标系调制信号用极坐标表示，获取所述幅度和所述相位；

所述幅度面积修正单元用于根据所述幅度换成对应的面积；

所述脉宽变换器用于根据所述面积，获取量化斩波脉宽控制信号；

所述延迟计算器用于根据所述相位，获取所述量化相位延迟信号。

根据本发明一个实施例的利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，所述输出模块包括相位延迟调制单元、功率放大器、射频滤波器和射频天线，其中：

所述相位延迟调制单元用于根据所述抖动的脉宽斩波信号和所述的抖动的延迟调制相位信号，获取调制后的射频频率信号；

所述功率放大器用于对调制后的射频频率信号进行满幅功率放大，获取放大后的射频频率信号；

所述射频滤波器用于对放大后的抖动脉宽调制和抖动延迟相位调制的射频频率信号进行射频滤波，其滤波效果为将脉宽抖动和脉宽调制积分成幅度，将延迟抖动和延迟调制积分成相位，进而获取滤波后的射频频率信号；

所述射频天线用于发射滤波后的射频频率信号。

根据本发明一个实施例的利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，所述幅度面积修正单元具体包括幅度变换获取子单元和幅度对应面积查找子单元，其中：

所述幅度获取子单元用于获取所述调制信号的幅度；

所述面积查找子单元用于根据所述幅度和预设查找表，获取所述的对应面积，所述预设查找表中包括每一幅度对应的面积值。

本发明实施例还提供一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大方法，包括：

获取调制信号对应的幅度和相位，并根据所述幅度对应的脉宽对射频震荡信号进行斩波，获取量化斩波脉宽控制信号，并对所述相位对应的延迟进行量化延迟，获取量化相位延迟信号；

将所述量化斩波脉宽控制信号的第一预设区间等分为第一预设数值个子区间，获取抖动后的脉宽控制信号；

使用抖动后的脉宽控制信号对射频震荡信号进行抖动的脉宽调制，获取脉宽斩波信号；

将所述量化相位延迟信号的第二预设区间等分为第二预设数值个子区间，获取抖动后的相位控制信号；

所述相位调制模块用于使用对抖动后的相位控制信号对已经完成了加有抖动的脉宽幅度调制的射频信号进行延迟相位调制，获取调制相位信号；

所述输出模块用于根据所述脉宽斩波信号和所述调制相位信号，获取，放大，并发射调制滤波后的射频频率信号。

本发明实施例提供一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，通过对极化调制方式的射频功放添加幅度域的脉宽抖动模块，提高了系统的幅度调制精度；通过对相位域添加相位抖动模块，提高了系统的相位调制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置的结构示意图；

图2为本发明一优选实施例提供的一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括输入模块101、脉宽抖动模块102、脉宽调制模块103、相位抖动模块104、相位调制模块105和输出模块106，其中：

具体地，本发明实施例中该射频功率放大装置中各个模块的连接关系为：输入模块的输出端分别与脉宽抖动模块、相位抖动模块的输入端连接，脉宽抖动模块的输出端与脉宽调制模块的输入端连接，脉宽调制模块的输出端连接相位调制模块的输入端；相位抖动模块的输出端是相位调制模块的控制输入，相位调制模块的输出端与输出模块的输入端连接。

所述输入模块101用于获取调制信号对应的幅度和相位，并将所述幅度变换为斩波控制，获取量化斩波脉宽控制信号，并对所述相位进行量化延迟变换，获取量化相位延迟控制信号；

输入模块为该射频功率放大装置的信号输入部分，一般的调制信号通常在笛卡尔坐标系下表示，通过将该调制信号转换为极坐标表示，得到归一化幅度和归一化相位，该归一化幅度即为调制信号对应的幅度，该归一化相位即为调制信号对应的相位。

对该幅度进行斩波，所谓斩波是指在时间轴上将部分信号阻止掉具体原理如下：

将一个射频周期1/F

F

所述脉宽抖动模块102用于将所述量化斩波脉宽控制信号的第一预设区间等分为第一预设数值个子区间，获取抖动后的脉宽控制信号；

具体地，本发明实施例中将该量化斩波脉宽控制信号的第一预设区间等分为第一预设数值个子区间，得到抖动后的脉宽控制信号。

通过该操作，使得脉冲宽度的分辨率增加了第一预设数值个，通过增加脉冲宽度的分辨率，减少了量化误差，从而提高了脉宽调制精度。

所述脉宽调制模块103用于对抖动后的脉宽控制信号进行调制，获取脉宽斩波信号；

脉宽调制模块对抖动后的脉宽控制信号进行调制，得到脉宽斩波信号。

对相位进行延迟，具体地，将360度相位分解为F

所述相位抖动模块104用于将所述量化相位延迟信号的第二预设区间等分为第二预设数值个子区间，获取抖动后的相位控制信号；

同理因为硅工艺的限制，比值F

同样地，相位抖动模块将原来产生的量化相位延迟信号第二预设区间等分为第二预设数值个子区间，得到抖动后的相位控制信号。

通过该步骤，本发明实施例通过对某个区间进行细分，增加了相位延迟的分辨率，从而将向上取整造成的延迟量化误差再进一步减小，从而调高了相位调制精度。

所述相位调制模块105用于对加入脉宽抖动的脉宽调制后的幅度调制信号进一步实施相位调制，用抖动后的相位控制信号进行相位延迟调制，进一步获取添加了抖动的调制的延迟相位信号；

所述输出模块106用于对调制后的射频频率信号进行放大，获取放大后的射频频率信号；并对放大后的抖动脉宽调制和抖动延迟相位调制的射频频率信号进行滤波，其滤波效果为将脉宽抖动和脉宽调制积分成幅度，将延迟抖动和延迟调制积分成相位，进而获取滤波后的射频频率信号。并将其通过天线发送出去。本发明实施例提供一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置，通过对极化脉宽调制和延迟相位调制方式的射频功放添加幅度域的脉宽抖动模块，提高了系统的幅度调制精度；通过对相位域添加相位抖动模块，提高了系统的相位调制精度。

在上述实施例的基础上，优选地，所述第一预设区间为：

其中，A

在上述实施例的基础上，优选地，所述第二预设区间为：

其中，φ

本发明实施例中将第一预设区间细分为第一预设数值份，将第二预设区间细分为第二预设数值份。

在上述实施例的基础上，优选地，所述输入模块具体包括发射机调制器、极坐标信号变换单元、幅度面积修正单元、脉宽变换器和延迟计算器，其中：

具体地，输入模块由发射机调制器、极坐标信号变换单元、幅度面积修正单元、脉宽变换器和延迟计算器组成，其连接方式为，发射机调制器的输出端与极坐标信号变换单元的输入端连接，极坐标信号变换单元的输出端分别与幅度面积修正单元的输入端、延迟计算器的输入端连接，幅度面积修正单元的输出端与脉宽变换器的输入端连接。

所述发射机调制器用于将输入的比特码流转换成所述调制信号；

具体地，将需要发射的比特码流输入到发射机调制器中，该信号通常使用笛卡尔坐标表示，包含I、Q两路信号，发射机调制器将比特码流调制成调制信号。

所述极坐标信号变换单元用于将所述调制信号用极坐标表示，获取所述幅度和所述相位；

原始的调制信号一般是在笛卡尔坐标系下表示的，极坐标信号变换单元将调制信号转换到极坐标系下，得到调制信号的幅度和相位。

脉宽调制的输出是能量面积，滤波积分后得到调制幅度，因此应将输出的脉宽变换成所需的调制幅度。因此所述幅度面积修正单元用于根据所述幅度获取对应的面积；

幅度面积修正单元根据幅度查找到该幅度对应的面积，本发明实施例中首先将幅度转换成面积，再将面积转换为脉宽。

所述脉宽变换器用于根据所述面积，获取量化斩波脉宽控制信号；

脉宽变换器将根据面积，进行斩波，最后得到量化斩波脉宽控制信号。

所述延迟计算器用于根据所述相位，获取所述量化相位延迟信号。

延迟计算器根据极坐标变换计算得到的相位，得到对应的量化相位延迟信号。

在上述实施例的基础上，优选地，所述输出模块包括相位延迟调制单元、功率放大器、射频滤波器和射频天线，其中：

具体地，本发明实施例中的输出模块包括相位延迟调制单元、功率放大器、射频滤波器和射频天线，其连接关系为，相位延迟调制单元的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与射频滤波器的输入端连接，射频滤波器的输出端与射频天线连接。

所述相位延迟调制单元用于根据对所述带有抖动的脉宽斩波信号，被所述相位延迟调制控制信号进行延迟操作，从而获取调制后的射频频率信号；

相位延迟调制单元根据脉宽斩波信号和调制相位信号，得到调制后的射频频率信号。

所述功率放大器用于对脉宽和延迟调制后的射频频率信号进行放大，获取放大后的射频频率信号；

功率放大器对调制后的射频频率信号进行放大，得到放大后的功率射频频率信号。

脉宽调制的输出是能量面积，滤波积分后得到调制幅度，因此应将输出的脉宽变换成所需的调制幅度。所述射频滤波器用于对放大后的射频频率信号进行滤波，获取滤波后所需的幅度调制的射频频率信号；同时滤波平滑了延迟抖动，析出了延迟抖动载有的延迟精调信息。

射频滤波器对放大后的射频频率信号进行滤波，得到滤波后的射频频率信号。

所述射频天线用于发射滤波后的射频频率信号。

射频天线将滤波后的射频频率信号发射出去。

在上述实施例的基础上，优选地，所述幅度面积修正单元具体包括幅度获取子单元和面积查找子单元，其中：

所述幅度获取子单元用于获取所述幅度；

所述面积查找子单元用于根据所述幅度和预设查找表，获取所述面积，所述预设查找表中包括每一幅度对应的面积值。

具体地，本发明实施例中通过查找表的方式来实现对幅度面积的修正，该幅度面积修正单元包括幅度获取子单元和面积查找子单元两部分组成，幅度获取子单元通过获取幅度，然后面积查找子单元根据该幅度，在预设查找表中进行查找，得到该幅度对应的面积，预设查找表中存储了每个幅度对应的面积值。

综上，本发明实施例提供一种利用幅相偏差颤动改善脉宽和延迟调制精度的发射机和线性射频功率放大装置，通过对脉宽调制和延迟相位调制引入的幅度和相位偏差颤动技巧，提高了脉宽调制精度，从而实现正交频分复用和高阶正交幅度调制的复杂高阶调制。

图2为本发明一优选实施例提供的一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大装置的结构示意图，该装置包括：发射机调制器、极坐标信号变换单元、幅度面积修正单元、脉宽变换器、延迟计算器、幅度抖动机、射频信号单元、脉宽调制器、相位抖动机、相位延迟调制单元、功率放大器、射频滤波器和射频天线，其连接结构参考图2。

本发明实施例中，输入模块包括发射机调制器、极坐标信号变换单元、幅度面积修正单元、脉宽变换器和延迟计算器，脉宽抖动模块即为幅度抖动机，脉宽调制模块即为脉宽调制器，相位抖动模块即为相位抖动机，相位调制模块即为相位延迟调制单元，输出模块包括功率放大器、射频滤波器和射频天线。

为了清晰的展示本发明实施例提高幅度和相位调制精度的方法，本发明实施例基于类似于广电5G终端的发射机和功放。

具体地，F

该射频功率放大装置的工作过程如下：

(1)向发射机调制器中输入需要发射的比特码流，该信号通常使用笛卡尔坐标表示，包含正交的I、Q两路信号。本实例输入的是15kHz子谱间隔，2048个子谱，每个子谱都是64QAM调制的OFDM系统。(2)发射机调制器将比特码流调制成I/Q调制信号。经过FFT变换到时域之后，每个1/30.72MHz时隙输出一组I和Q信号。

(3)极坐标信号变换单元将笛卡尔坐标下表示的调制信号转换为极坐标表示，，转换成的A和φ信号分别为归一幅度和相位，其中幅度进一步通过幅度面积修正模块修正为相应的面积值，然后面积值进入脉宽变换器，在经过幅度抖动状态机后，对射频信号进行斩波，得到量化斩波脉宽控制信号。

(4)经过脉宽变换器后得到量化斩波脉宽控制信号，因为硅工艺的限制，F

(5)对用震荡器输出的F

(6)极坐标信号变换单元得到的相位经过延迟计算器后，得到量化相位延迟信号，同理因为硅工艺的限制，F

(7)相位抖动机将延迟计算器向上取整造成的延迟量化误差再进一步减小，其原理是将归一的[(φ

(8)抖动和延迟相位调制的执行再相位延迟调制器中完成，输入经过脉宽抖动、脉宽调制、相位抖动和相位调制后的射频频率信号。

(9)经工作频率在F

在该实施例下，对本发明实施例中的射频功率放大装置进行性能评估如下：

在加入幅度抖动之前，脉宽调制的幅度分辩率极限在2

在加入幅度抖动之后，脉宽调制的幅度分辩率极限在2

在加入相位延迟抖动之前，相位延迟调制的相位分辩率极限在2

在加入相位延迟抖动之后，相位延迟调制的相位分辩率极限在2

图3为本发明实施例提供的一种利用幅相偏差颤动的射频功率放大方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

S1，获取调制信号对应的幅度和相位，获取量化斩波脉宽控制信号，对所述相位进行量化延迟，获取量化相位延迟信号；

S2，将所述量化斩波脉宽控制信号的第一预设区间等分为第一预设数值个子区间，在量化脉冲斩波控制信号上，添加抖动脉宽控制信号；

S3，用抖动后的脉宽控制信号对射频震荡信号进行脉宽斩波信号调制；

S4，将所述量化相位延迟信号的第二预设区间等分为第二预设数值个子区间，在量化延迟控制信号上，添加抖动后的相位控制信号；

S5，用抖动后的延迟相位控制信号对斩波后的脉宽调制信号进行延迟相位调制，

S6，抖动延迟相位调制后的抖动斩波信号为调制后的射频频率信号，对其进行功率放大，再滤波后得到最终所需的天线功率信号。

本实施例为与上述装置相对应的方法实施例，详情请参考上述装置实施例，本方法实施例在此不再赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。