面向多功能综合射频系统的多通道全数字发信机

多功能综合射频系统(MIRFS)是解决舰载、机载、星载等空间受限平台雷达、无线通信、电子战、导航定位等多种射频功能综合集成的重要途径,其核心是孔径综合、射频综合和软件综合。针对射频综合对MIRFS射频信道的多任务共用需求,提出一种多通道全数字发信机架构。该架构具有多个参数独立配置的数据通道,每个通道首先将输入基带I/Q数据数字正交上变频到一个合适的中频;然后利用2对带通增量求和调制器(BPDSM)分别对中频I/Q数据进行脉冲编码,产生2对反相数字脉冲序列。对所有通道产生的BPDSM脉冲序列进行内插,最后通过数据交织合并为1路数字脉冲序列,从而实现对多路射频调制信号的数字综合。仿真表明,通过对多个通道参数的独立配置,该架构可提高MIRFS的灵活性和适应性。

全数字扩频收发信机技术

提出一种在接收信号具有显著多普勒频移的不确定性条件下,适用于全数字实现的扩频码和载波快速同步的新型扩频收发信机技术.对伪码捕获采用了16个通道并行搜索伪码相位的方式,将原来单路捕获所需的时间缩短到1/16.AFC技术采用FFT校频的方式对载波残差进行对消,有效地消除了多普勒频差对解扩增益的影响.同时还采用了巴克码作为交织帧的帧头,在Viterbi译码时可以快速地进行节点同步,防止出现比特位模糊.该接收机能在极短时间内快速建立同步,有效地实现实时突发通信.

基于面积等效原理的数字射频调制策略

为了驱动后级开关功放,全数字发信机需要利用数字射频调制器将输入信号转换为相应的脉冲序列信号.针对现有脉宽调制(PWM)和Delta-Sigma调制(DSM)策略在调制性能及系统实现方面存在的不足,本文利用面积等效原理提出一种新的数字射频调制策略.理论分析和仿真结果表明,本文策略相比PWM和DSM,不仅简化了硬件实现难度,而且能够获得更优的带内SNR和编码效率性能.

一种特定谐波消除多电平RF-PWM方法

为消除射频脉宽调制(Radio Frequency Pulse Width Modulation,RF-PWM)的特定谐波,本文提出了一种适用于全数字发信机(All-Digital Transmitters,ADTx)的多电平RF-PWM方法.该方法利用多个自适应门限与相位调制信号实时比较,控制多个子脉冲的脉冲宽度,在基波分量加权之和正比于输入信号包络的前提下,使其特定谐波分量相互抵消.和现有技术相比,该方法可显著降低ADTx的输出滤波要求,提高其宽频段性能.以3次谐波消除为例,本文给出了对应5电平RF-PWM方案,并利用仿真和离线实验证明了该方案的有效性.

时钟抖动对射频脉宽调制性能的影响分析

在全数字发信机系统中,射频脉宽调制(RF-PWM)将基带调制信号的幅度与相位信息编码为输出脉冲的宽度和位置。由于数字信号处理器件的非理想特性,其时钟信号的上升沿和下降沿存在抖动误差,影响RF-PWM的输出信号质量。基于3种RF-PWM实现方案,本文通过公式推导确定了时钟抖动引入的非线性失真项,并给出了时钟抖动影响下不同方案输出脉冲信号底噪的数学解析式。最后利用Matlab软件,对不同方案在时钟抖动条件下的基波、奇次谐波和底噪进行仿真验证,结果证明理论推导正确;同时对信号的矢量幅度误差(EVM)和邻信道功率比(ACPR)进行仿真,分析出时钟抖动对信号带内外性能的影响。结果表明,时钟抖动引入的非线性失真主要体现为底噪的抬高;不同RF-PWM实现方案时钟抖动的影响特性各有不同,其中五电平方案对时钟抖动影响具有抑制效果,且随时间分辨力的增大而增大。

主动谐波消除多电平射频脉宽调制策略及其性能分析

为降低全数字发信机(All-Digital Transmitters, ADTx)的输出谐波要求,提高系统宽频带工作性能,提出并实现适用于全数字发信机的多电平射频脉宽调制(Radio Frequency Pulse Width Modulation, RF-PWM)策略。该方法通过控制各子脉冲的脉冲宽度,在基波分量加权之和正比于输入信号包络的前提下,实现对RF-PWM脉冲序列特定谐波分量的有效抑制。以3次谐波消除为例,对该5电平RF-PWM策略实现方案进行推导,同时分析验证了该方案下脉冲基波分量与信号幅度之间的最佳增益系数。在此基础上,利用软件仿真验证了理论分析结果以及主动谐波抑制RF-PWM策略的有效性。

射频开关功放技术的研究及应用

针对当前无线通信系统对高效射频功放技术的实际需求,梳理了射频开关功放(SMPA)技术的研究进展,同时对比了不同结构射频SMPA的应用特性。在此基础上,首次采用多比特带通Delta–Sigma调制器(BPDSM)和多电平SMPA,提出一种新的基于电压型D-类(VMCD)功放的全数字发信机架构,并基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)器件和分立元件实现了全数字发信机。硬件测试结果表明,30～88 MHz超短波频率下,系统平均输出功率为15.2 W,效率达到60%以上。

采用3电平非均匀量化的脉冲编码策略

作为全数字发信机系统中广泛应用的一种脉冲编码技术,Delta-Sigma调制(Delta-Sigma Modulation,DSM)通过增加量化电平,能够实现调制性能的提升。但限于全数字发信机系统开关功放的具体结构,多电平DSM序列无法直接驱动后级功放电路。在传统3电平DSM基础上,通过引入面积等效原理和非均匀量化技术,提出了适用于开关功放的一种新的脉冲编码策略。理论分析和仿真结果表明,相比常规2电平DSM序列,采用该策略获得的调制脉冲序列具有更优的带内SNR和编码效率性能。

新一代无线电平台数字射频核心技术研究与工程实践

无线电平台数字射频是提高现代无线电系统复杂电磁环境适应能力、机动能力、传输能力和综合集成能力等基础性能的关键.本文分析了射频技术的发展需求和国内外数字射频领域的研究进展,以及模拟射频核心单元——模拟射频功放主要指标相互矛盾的机理,并将数字射频概念扩展到综合数字射频,重点论述了数字射频核心技术——数字射频功放和全数字发信机的基本原理、优势和关键技术,提出了基于系统与工艺相结合的数字射频设计方法、数字射频功放的物理模型和一种全数字发信机体系结构以及我国自主可控发展数字射频的技术路线建议.本文认为在当今时代背景下,数字射频对于新一代无线电平台具有革命性和可行性;如果不能自主可控发展该项核心技术,我国又将出现一个新的受制于人的脆弱点.