[發明專利]一種連續變頻的多模式全數字發射機

在審

• 申請號: 202210185750.5
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114499556A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 徐鴻濤;殷韻;胡春曉;鄭迪陽;林杰
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04B1/04
• 分類號: H04B1/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于無線通信技術領域，具體為一種連續變頻的多模式全數字發射機。本發明發射機包括基帶信號處理模塊、采樣、混頻模塊、分頻器、全數字功率放大器、全數字鎖相環以及SPI模塊等。本發明支持多種工作模式，能夠兼容不同通信協議；在采樣、變頻模塊，采用Farrow架構實現任意倍數的小數倍采樣，與LO分頻時鐘相匹配，避免引入額外的時鐘信號；采用基于CORDIC矢量旋轉算法，產生數字變頻所需要的時鐘信號，實現高精度、連續滑動的中頻轉換的功能，實現不同頻率的頻譜搬移。本發明能夠對調制信號進行裁剪和限幅，解決了濾波器非線性運算所造成的信號溢出等問題。本發射機結構簡單、高度集成，可靈活地應用于多種工作場景。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種連續變頻的多模式全數字發射機電路。

背景技術

近年來，隨著語音視頻、虛擬現實技術、可穿戴電子等領域的興起，無線通信技術也發揮著越來越重要的作用。遠程辦公、在線課程教育、視頻會議等應用極大的改變了人們的生活方式，無線通信技術已經變成人類不可或缺的一部分。多場景應用、高數據吞吐率、覆蓋廣、高可靠性等應用需求的增加，也對無線通信技術提出了更高的需求。為了提高數據傳輸性能，滿足低功耗、廣覆蓋、多終端接入等需求，物聯網概念走進人們的視野并經歷了爆發式發展。

應用于物聯網通信的協議主要包括低功耗藍牙（BLE）通信協議、Zigbee通信協議、802.11ah通信協議以及窄帶物聯網（NB-IoT）通信協議。BLE和Zigbee協議廣泛應用于2.4GHz頻段，但是受制于調制方式，這兩種通信協議的覆蓋范圍較小。頻譜利用率低，抗干擾和抗衰減性能弱，這極大限制了其應用場景。802.11ah通信協議采用OFDM調制方式，極大提高了頻譜利用率。靈活的帶寬、更廣的覆蓋范圍以及低的信道干擾，使得802.11ah能夠滿足多種應用需求。窄帶物聯網（NB-IoT）通信協議是針對物聯網領域的發展而迭代出的一種新型通信協議。NB-IoT具有更廣的覆蓋范圍，并且支持更多的終端接入。NB-IoT協議的復雜度，具有多載波頻段，兼容性強，同時能夠實現超低功耗及低成本，廣泛地應用于多種通信場景。

無線通信協議的不斷發展以及應用場景的不斷變化，對發射機的設計也是一個極大的挑戰。智能電子設備的多種應用場景以及不同協議所規定的不同的指標與性能，要求發射機可以兼容多種協議，支持多種工作模式。而數字基帶電路作為射頻發射機前端的重要模塊，其性能的好壞直接影響整個發射機系統的性能。數字基帶的主要功能是實現數據采樣率轉換，并保證高的信噪比、信號的完整性和有效性。在送入功率放大器之前，信號必須滿足協議所規定的帶外抑制度、錯誤矢量誤差（EVM）等指標。

基于以上分析，本發明提出了一種多模式、可重構帶寬、可以實現高精度連續變頻的全數字發射機架構。本發明發射機的射頻頻率覆蓋0.7GHz-2.43GHz，信號帶寬覆蓋180kHz-15MHz，可兼容多種通信協議，比如窄帶物聯網協議（NB-IoT）、低功耗藍牙協議（BLE）等。該發射機片上集成采樣、變頻模塊（120）、分頻器（130）、全數字功率放大器（140）、天線（210）、全數字鎖相環（ADPLL）（310）、串行外設接口（SPI）（410）等電路模塊。整個架構通過全數字的方式實現，可極大地降低系統的功耗和成本，且整個系統架構高度集成，結構簡單。另外，本發明所提出的發射機架構支持不同的信號帶寬，兼容多種協議，支持不同的工作模式，可靈活地應用于多種工作場景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多模式、可重構帶寬、可以實現高精度連續變頻的全數字發射機。

本發明提供的連續變頻的多模式全數字發射機，其系統架構如圖1所示。不需要系統提供額外的變頻時鐘，該全數字發射機便能實現高精度的連續變頻。包括基帶信號處理模塊（110）、采樣、變頻模塊（120）、分頻器（130）、全數字功率放大器（140）、天線（210）、全數字鎖相環（ADPLL）（310）、串行外設接口（SPI）（410）等電路模塊；其中：