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0dB功率回退共模振幅调制器正交振幅调制发射机

申请号 CN201711259748.3 申请日 2017-12-04 公开(公告)号 CN107995142B 公开(公告)日 2020-12-22
申请人 郭海燕; 发明人 郭海燕;
摘要 本 发明 涉及一种 正交 振幅调制发射机及其中的四个0dB功率回退共模振幅 调制器 ,分别输入幅度相同、 相位 为0、180、90和270度的载波正弦 信号 。电感或 变压器 的第一线圈施加差分的载波 频率 的正弦信号,或第一线圈施加单端的载波信号;电感或第二线圈的 中心抽头 处接收振幅调制信号,动态控制两个晶体管栅极电平。所述中心抽头处是 差分信号 的虚地点, 载波频率 信号的振幅为0,在此连接任何 电路 ,其电路的负载都不会对载波频率信号造成衰减。两个晶体管的漏极输出经过振幅调制的调制信号。本发明能够有效将幅度调制器和功率 放大器 结合在一起,在保证功率附加效率最大的条件下通过动态改变 功率放大器 的增益和饱和输出功率来实现输出功率的幅度调制。
权利要求

1.一种0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
第一变压器T1的A线圈的两端连接载波信号输入端口,接收差分的载波频率的正弦信号,所述正弦信号的交流成分通过第一变压器T1的A线圈耦合到B线圈;
晶体管M1和晶体管M2的栅极,分别与第一变压器T1中B线圈的两端相连;
所述第一变压器T1的B线圈上包含节点Vmod,作为差分信号的虚地点,通过向节点Vmod施加振幅调制信号,来对晶体管M1和晶体管M2的栅极电平进行动态控制,以控制晶体管M1和晶体管M2对栅极输入的载波频率信号的放大增益,实现对载波频率信号的振幅调制;
所述晶体管M1和晶体管M2的漏极接差分输出端口,输出经过振幅调制的调制信号。
2.如权利要求1所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将第一变压器T1的A线圈的两端连接载波信号输入端口,接收差分的载波频率的正弦信号的接线方式,替换为使第一变压器T1的A线圈的一端通过电容Cp1交流耦合到地或者直接与地相连,另一端连接载波信号输入端口来接收单端的载波信号,通过所述第一变压器T1的A线圈及B线圈将单端的载波信号转化为差分的载波信号输出。
3.如权利要求1所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将第一变压器T1替换为电感L1,所述电感L1两端连接载波信号输入端口以获取差分的载波频率的正弦信号,并施加到与电感L1两端分别连接的晶体管M1和晶体管M2的栅极;
所述电感L1上包含节点Vmod,作为差分信号的虚地点,通过向节点Vmod施加振幅调制信号,来对晶体管M1和晶体管M2的栅极电平进行动态控制。
4.如权利要求1~3中任意一项0dB功率回退所述共模振幅调制器,其特征在于,晶体管M1和晶体管M2的漏极之间,设置有可导通直流信号且可给交流信号提供阻抗的电路结构,为所述晶体管M1和晶体管M2的漏极提供直流电压电流
5.如权利要求1~3中任意一项所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,晶体管M1和晶体管M2的栅极之间,设置有电控开关
当电控开关导通时,晶体管M1和晶体管M2栅极上的差分信号相互抵消;当电控开关断开时,该电控开关不会衰减晶体管M1和晶体管M2栅极上的差分信号。
6.如权利要求1~3中任意一项所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,所述0dB功率回退共模振幅调制器还包含电平转换器、第一可调阻抗模、第二可调阻抗模块中的任意一种或其任意组合,使得在任何输入数据的情况下,差分输出端口的载波信号与载波信号输入端口的载波信号的相位差都相同,且差分输出端口的阻抗保持不变;
所述电平转换器向与之连接的节点Vmod施加振幅调制信号,对节点Vmod的电压值进行调整,以改变晶体管M1,M2的增益,对载波信号进行振幅调制;
所述第一可调阻抗模块连接在晶体管M1和晶体管M2的栅极之间;所述第二可调阻抗模块连接在晶体管M1和晶体管M2的漏极之间;通过第一可调阻抗模块和/或第二可调阻抗模块提供的阻抗,对载波信号相位的失真和幅度失真进行补偿。
7.如权利要求6所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
所述电平转换器的第一输入端口V[1:n]连接n种不同的模拟直流电平;
电平转换器的第二输入端口CB[1:n]连接n路第一数据控制线,由所述n路第一数据控制线控制的n个开关,对应控制第一输入端口V[1:n]所施加的直流电平是否传递到电平转换器的输出端口;
电平转换器的第三输入端口连接对应于节点SW电位的第二数据控制线,由所述第二数据控制线控制的开关,控制电平转换器的输出端口是否接地;
所述n路第一数据控制线控制的n个开关及所述第二数据控制线控制的开关之中,在任意时刻仅有一个开关会处于导通状态。
8.如权利要求7所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
所述第一可调阻抗模块设有n个第一阻抗调整值;通过所述n路第一数据控制线的控制,使得任意时刻仅有其中一个第一阻抗调整值,施加至晶体管M1和晶体管M2的栅极;
和/或,所述第二可调阻抗模块设有n+1个第二阻抗调整值;通过所述n路第一数据控制线及对应于节点SW电位的第二数据控制线的控制,使得任意时刻仅有其中一个第二阻抗调整值,施加至晶体管M1和晶体管M2的漏极。
9.如权利要求1~3中任意一项所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极
将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
10.如权利要求4所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极;
将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
11.如权利要求5所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极;
将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
12.如权利要求6所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极;
将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
13.如权利要求7所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极;
将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
14.如权利要求8所述0dB功率回退共模振幅调制器,其特征在于,
将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极;
将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
15.一种正交振幅调制发射机,其特征在于,包含四个结构相同的、权利要求1-14任意一项所述的0dB功率回退振幅调制器,称为Ip、In、Qp和Qn;
四个0dB功率回退振幅调制器的载波信号输入端口C,分别表示为CIp,CIn,CQp和CQn,相应地输入幅度相同而相位分别为0度、180度、90度和270度的载波正弦信号;
晶体管M1和晶体管M2的栅极,对应于节点M1_G和M2_G;晶体管M1和晶体管M2的漏极,对应于节点M1_D和M2_D;
所述正交振幅调制发射机还包含:第三可调阻抗模块X、第二变压器T2、带通滤波器、天线,为四个0dB功率回退振幅调制器Ip、In、Qp和Qn共用;
四个0dB功率回退振幅调制器的节点M1_D均连接到公共的节点outp;四个0dB功率回退振幅调制器的节点M2_D均连接到公共的节点outn;
所述第三可调阻抗模块X的两端分别连接节点outp和outn;第二变压器T2的B线圈的两端分别连接到节点outp和outn;第二变压器T2的B线圈的中心抽头接电源VDD;第二变压器T2的A线圈的一端接地,另一端接带通滤波器的输入端;带通滤波器的输出端接天线。
16.如权利要求15所述正交振幅调制发射机,其特征在于,
m m
所述第三可调阻抗模块X的阻抗由(4 +2)/2路控制线BX控制,使节点outp和outn处的阻抗在两类控制模式下均保持恒定;所述的两类控制模式,包含:
分别在输入不同幅度控制电平的状态下,使每个0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1,M2栅极之间的开关在断开且该0dB功率回退振幅调制器中的电平转换器输出某一非0控制电平时,其他三个0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1,M2栅极之间的开关导通且其各自对应的电平转换器输出接地;则,正交振幅调制发射机的节点outp和outn处的阻抗特性,由开关断开的这个0dB功率回退振幅调制器中的晶体管M1,M2的漏极阻抗决定,使发射机的输出功率处在饱和输出功率的状态,且功率附加效率处于峰值;以及,
以0dB功率回退振幅调制器Ip与Qp,In与Qp,Ip和Qn,In与Qn划分四个组,分别在输入不同幅度控制电平的状态下,依次使每组的两个0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1,M2栅极之间的开关在断开且该0dB功率回退振幅调制器中的电平转换器输出某一非0控制电平时,另两个0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1,M2栅极之间的开关导通且其各自对应的电平转换器输出接地;则,正交振幅调制发射机的节点outp和outn处的阻抗特性,由开关断开的这两个0dB功率回退振幅调制器中的晶体管M1,M2的漏极阻抗共同决定,使发射机的输出功率处在饱和输出功率的状态,且功率附加效率低于峰值并高于峰值的一半;
每个所述0dB功率回退振幅调制器的第一可调阻抗模块,其两端分别与该0dB功率回退振幅调制器中的节点M1_G和M2_G相连;每个所述0dB功率回退振幅调制器的电平转换器与节点Vmod连接以施加振幅调制信号;所述第一可调阻抗模块和电平转换器的控制线均包含
2m+1-1路排线,连接至该0dB功率回退振幅调制器的端口BB;所述电平转换器还连接至四个
0dB功率回退振幅调制器共用的端口V,接收输入的2m+1-1路模拟直流电平;
其中,m的数值由QAM的类型来确定:QPSK对应的m=0;16QAM对应的m=1;64QAM对应的m
1
=2,以此类推至4QAM对应的m=i-1;
四个0dB功率回退振幅调制器的端口S分别连接不同的数据控制线SIp,SIn,SQp和SQn,且四个0dB功率回退振幅调制器的端口BB分别连接不同的数据控制线BIp,BIn,BQp和BQn,实现对0度、180度、90度和270度这四种相位的载波正弦信号的振幅调制:
各0dB功率回退振幅调制器中端口S对应的数据控制线,控制该0dB功率回退振幅调制器中连接节点M1_G和M2_G之间的开关导通且电平转换器的输出接地时,该0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1和晶体管M2的栅极直流电位为0,且栅极差分的载波信号相互抵消,该
0dB功率回退振幅调制器输出载波信号的振幅为0;
或者,各0dB功率回退振幅调制器中端口S对应的数据控制线,控制该0dB功率回退振幅调制器中连接节点M1_G和M2_G之间的开关断开且电平转换器的输出不接地时,电平转换器的输出电位由该0dB功率回退振幅调制器中端口BB对应的数据控制线决定,同时该0dB功率回退振幅调制器中的第一可调阻抗的输出阻抗由该端口BB对应的数据控制线来控制,实现该0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1和晶体管M2对差分载波信号的放大增益控制及对载波信号相位和振幅失真的补偿,进而实现对差分载波信号的振幅调制。
17.一种正交幅度调制信号合成方法,其特征在于,适用于权利要求15或16所述正交振幅调制发射机;
对I方向和Q方向的两个矢量进行振幅调制,将调制后的矢量叠加得到星座图,星座图中的点与原点连线的夹表示调制信号载波频率的相位,点与原点连线的距离表示调制信号载波频率的幅度;
星座图中的点的分布与以下的两类控制模式相匹配,包含:
星座图中的点落在I方向或Q方向的坐标轴上:分别在输入不同幅度控制电平的状态下,使每个0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1,M2栅极之间的开关在断开且该0dB功率回退振幅调制器中的电平转换器输出某一非0控制电平时,其他三个0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1,M2栅极之间的开关导通且其各自对应的电平转换器输出接地;则,正交振幅调制发射机的节点outp和outn处的阻抗特性,由开关断开的这个0dB功率回退振幅调制器中的晶体管M1,M2的漏极阻抗决定,使发射机的输出功率处在饱和输出功率的状态,且功率附加效率处于峰值;以及,
星座图中的点没有落在I方向或Q方向的坐标轴上:以0dB功率回退振幅调制器Ip与Qp,In与Qp,Ip和Qn,In与Qn划分四个组,分别在输入不同幅度控制电平的状态下,依次使每组的两个0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1,M2栅极之间的开关在断开且该0dB功率回退振幅调制器中的电平转换器输出某一非0控制电平时,另两个0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1,M2栅极之间的开关导通且其各自对应的电平转换器输出接地;则,正交振幅调制发射机的节点outp和outn处的阻抗特性,由开关断开的这两个0dB功率回退振幅调制器中的晶体管M1,M2的漏极阻抗共同决定,使发射机的输出功率处在饱和输出功率的状态,且功率附加效率低于峰值并高于峰值的一半。

说明书全文

0dB功率回退共模振幅调制器正交振幅调制发射机

技术领域

[0001] 本发明涉及射频无线通信技术,特别涉及一种0dB功率回退共模振幅调制器,一种正交振幅调制发射机及一种正交幅度调制信号合成方法。

背景技术

[0002] 传统正交振幅调制发射机的系统框图如图15所示。正交振幅调制信号由正交振幅调制器产生,该正交振幅调制信号包括QPSK,16QAM,64QAM,…,4iQAM(i为大于等于1的整数)。该正交振幅调制信号输入给功率放大器对信号幅度进行放大。幅度放大后的正交振幅调制信号输入给带通滤波器滤除频带外信号能量。最后经过天线将正交振幅调制信号辐射输出。
[0003] 传统正交振幅调制发射机的不足主要表现在两个方面:1.在正交振幅调制信号被功率放大器放大的过程中,为了保证载波信号的群延时不发生变化,功率放大器需要实现宽带的输入阻抗匹配和宽带的输出阻抗匹配。而在实际电路设计中,为了实现这种宽带性能通常是以牺牲放大器增益和放大器直流功耗为代价来实现的。2.功率放大器存在饱和输出功率,当放大器的输出功率接近其饱和输出功率的时候,功率放大器的增益会逐渐降低(即输出功率随输入功率变化的非线性)。对于正交振幅调制信号,由于存在幅度调制,工作于非线性区的功率放大器对信号幅度不同的输入信号增益不同,导致正交振幅调制信号经过功率放大器放大后存在幅度的失真。
[0004] 目前学术界及工业界的解决方案是降低功率放大器输入信号的功率,使功率放大器的输出功率远离其饱和功率,这样功率放大器对不同振幅的输入信号就具有相同的增益,将正交振幅调制信号经过功率放大器放大后存在的幅度失真降到最小。功率放大器饱和输出功率和实际输出功率的差值为功率回退。对于正交振幅调制信号,通常功率回退设定在8dB以上。而功率放大器的输出功率在接近其饱和输出功率的时候其功率附加效率(PAE)最高,即此时功率放大器将直流功耗转化为交流输出信号功率的效率最高。如果功率放大器的功率回退设定在8dB,则功率放大器的功率附加效率比功率放大器的功率回退设定在0dB时的功率附加效率低6倍以上。
[0005] 对于任何结构的功率放大器,其输出功率(上方线条)与输入功率的关系以及功率附加效率(下方线条)与输入功率的关系,可以用图5表示。功率放大器在接近饱和输出功率的位置功率附加效率最高。
[0006] 对于传统的振幅调制发射机,其发射机中的功率放大器为了保持对振幅调制信号的线性放大,发射机的输出功率会限制在1dB功率压缩点以下,通常比饱和输出功率小8dB以上。这会严重降低功率放大器的功率附加效率。功率附加效率(PAE)的计算公式为:
[0007]
[0008] 在传统结构的功率放大器中,直流功耗与输出功率没有关系。因此当输出功率降低时,功率附加效率会降低。

发明内容

[0009] 本发明提供一种0dB功率回退共模振幅调制器及正交振幅调制发射机,能够有效将幅度调制器和功率放大器结合在一起,在保证功率附加效率的条件下通过动态改变功率放大器的增益和饱和输出功率来实现输出功率的幅度调制。本发明还提供一种正交幅度调制(QAM)信号合成方法。
[0010] 为了达到上述目的,本发明的一个技术方案是提供一种0dB功率回退共模振幅调制器,其中:
[0011] 第一变压器T1的A线圈的两端连接载波信号输入端口,接收差分的载波频率的正弦信号,所述正弦信号的交流成分通过第一变压器T1的A线圈耦合到B线圈;
[0012] 晶体管M1和晶体管M2的栅极,分别与第一变压器T1中B线圈的两端相连;
[0013] 所述第一变压器T1的B线圈上包含节点Vmod,作为差分信号的虚地点,通过向节点Vmod施加振幅调制信号,来对晶体管M1和晶体管M2的栅极电平进行动态控制,以控制晶体管M1和晶体管M2对栅极输入的载波频率信号的放大增益,实现对载波频率信号的振幅调制;
[0014] 所述晶体管M1和晶体管M2的漏极接差分输出端口,输出经过振幅调制的调制信号。
[0015] 可选的另一种0dB功率回退共模振幅调制器中,将第一变压器T1的A线圈的两端连接载波信号输入端口,接收差分的载波频率的正弦信号的接线方式,替换为使第一变压器T1的A线圈的一端通过电容Cp1交流耦合到地或者直接与地相连,另一端连接载波信号输入端口来接收单端的载波信号,通过所述第一变压器T1的A线圈及B线圈将单端的载波信号转化为差分的载波信号输出。
[0016] 可选的又一种0dB功率回退共模振幅调制器中,将第一变压器T1替换为电感L1,所述电感L1两端连接载波信号输入端口以获取差分的载波频率的正弦信号,并施加到与电感L1两端分别连接的晶体管M1和晶体管M2的栅极;
[0017] 所述电感L1上包含节点Vmod,作为差分信号的虚地点,通过向节点Vmod施加振幅调制信号,来对晶体管M1和晶体管M2的栅极电平进行动态控制。
[0018] 上述任意一种0dB功率回退共模振幅调制器中,可选地,晶体管M1和晶体管M2的漏极之间,设置有可导通直流信号且可给交流信号提供阻抗的电路结构,为所述晶体管M1和晶体管M2的漏极提供直流电压电流
[0019] 可选地,晶体管M1和晶体管M2的栅极之间,设置有电控开关
[0020] 当电控开关导通时,晶体管M1和晶体管M2栅极上的差分信号相互抵消;当电控开关断开时,该电控开关不会衰减晶体管M1和晶体管M2栅极上的差分信号。
[0021] 可选地,所述0dB功率回退共模振幅调制器还包含电平转换器、第一可调阻抗模、第二可调阻抗模块中的任意一种或其任意组合,使得在任何输入数据的情况下,差分输出端口的载波信号与载波信号输入端口的载波信号的相位差都相同,且差分输出端口的阻抗保持不变;
[0022] 所述电平转换器向与之连接的节点Vmod施加振幅调制信号,对节点Vmod的电压值进行调整,以改变晶体管M1,M2的增益,对载波信号幅度的失真进行补偿;
[0023] 所述第一可调阻抗模块连接在晶体管M1和晶体管M2的栅极之间;所述第二可调阻抗模块连接在晶体管M1和晶体管M2的漏极之间;通过第一可调阻抗模块和/或第二可调阻抗模块提供的阻抗,对载波信号相位和幅度的失真进行补偿。
[0024] 可选地,所述电平转换器的第一输入端口V[1:n]连接n种不同的模拟直流电平;电平转换器的第二输入端口CB[1:n]连接n路第一数据控制线,由所述n路第一数据控制线控制的n个开关,对应控制第一输入端口V[1:n]所施加的直流电平是否传递到电平转换器的输出端口;
[0025] 电平转换器的第三输入端口连接对应于节点SW电位的第二数据控制线,由所述第二数据控制线控制的开关,控制电平转换器的输出端口是否接地;
[0026] 所述n路第一数据控制线控制的n个开关及所述第二数据控制线控制的开关之中,在任意时刻仅有一个开关会处于导通状态。
[0027] 可选地,所述第一可调阻抗模块设有n个第一阻抗调整值;通过所述n路第一数据控制线的控制,使得任意时刻仅有其中一个第一阻抗调整值,施加至晶体管M1和晶体管M2的栅极;
[0028] 和/或,所述第二可调阻抗模块设有n+1个第二阻抗调整值;通过所述n路第一数据控制线及对应于节点SW电位的第二数据控制线的控制,使得任意时刻仅有其中一个第二阻抗调整值,施加至晶体管M1和晶体管M2的漏极。
[0029] 可选地,将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极
[0030] 将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
[0031] 本发明的另一个技术方案在于提供一种正交振幅调制发射机,其包含四个结构相同的、上述任意一种0dB功率回退振幅调制器,称为Ip、In、Qp和Qn;
[0032] 四个0dB功率回退振幅调制器的载波信号输入端口C,分别表示为CIp,CIn,CQp和CQn,相应地输入幅度相同而相位分别为0度、180度、90度和270度的载波正弦信号;
[0033] 晶体管M1和晶体管M2的栅极,对应于节点M1_G和M2_G;晶体管M1和晶体管M2的漏极,对应于节点M1_D和M2_D;
[0034] 所述正交振幅调制发射机还包含:第二变压器T2、带通滤波器、天线,为四个0dB功率回退振幅调制器Ip、In、Qp和Qn共用;
[0035] 四个0dB功率回退振幅调制器的节点M1_D均连接到公共的节点outp;四个0dB功率回退振幅调制器的节点M2_D均连接到公共的节点outn;
[0036] 第二变压器T2的B线圈的两端分别连接到节点outp和outn;第二变压器T2的B线圈的中心抽头接电源VDD;第二变压器T2的A线圈的一端接地,另一端接带通滤波器的输入端;带通滤波器的输出端接天线。
[0037] 可选地,各个0dB功率回退振幅调制器共用一个第三可调阻抗模块X,所述第三可调阻抗模块X的两端分别连接节点outp和outn,其阻抗由(4m+2m)/2路控制线BX控制,使节点outp和outn处的阻抗在下文描述的两类控制模式下均保持恒定;
[0038] 每个所述0dB功率回退振幅调制器的第一可调阻抗模块,其两端分别与该0dB功率回退振幅调制器中的节点M1_G和M2_G相连;每个所述0dB功率回退振幅调制器的电平转换器与节点Vmod连接以施加振幅调制信号;所述第一可调阻抗模块和电平转换器的控制线均包含2m+1-1路排线,连接至该0dB功率回退振幅调制器的端口BB;所述电平转换器还连接至四个0dB功率回退振幅调制器共用的端口V,接收输入的2m+1-1路模拟直流电平;
[0039] 其中,m的数值由QAM的类型来确定:QPSK对应的m=0;16QAM对应的m=1;64QAM对应的m=2,以此类推至4iQAM对应的m=i-1;
[0040] 四个0dB功率回退振幅调制器的端口S分别连接不同的数据控制线SIp,SIn,SQp和SQn,且四个0dB功率回退振幅调制器的端口BB分别连接不同的数据控制线BIp,BIn,BQp和BQn,实现对0度、180度、90度和270度这四种相位的载波正弦信号的振幅调制:
[0041] 各0dB功率回退振幅调制器中端口S对应的数据控制线,控制该0dB功率回退振幅调制器中连接节点M1_G和M2_G之间的开关导通且电平转换器的输出接地时,该0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1和晶体管M2的栅极直流电位为0,且栅极差分的载波信号相互抵消;
[0042] 或者,各0dB功率回退振幅调制器中端口S对应的数据控制线,控制该0dB功率回退振幅调制器中连接节点M1_G和M2_G之间的开关导通且电平转换器的输出不接地时,电平转换器的输出电位由该0dB功率回退振幅调制器中端口BB对应的数据控制线决定,同时该0dB功率回退振幅调制器中的第一可调阻抗的输出阻抗由该端口BB对应的数据控制线来控制,实现该0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1和晶体管M2对差分载波信号的放大增益控制,进而实现对差分载波信号的振幅调制。
[0043] 可选地,在正交振幅调制发射机中,将晶体管M1对应替换为第一三极管,晶体管M1的栅极、源极、漏极,对应替换为第一三极管的基极、发射极、集电极;
[0044] 将晶体管M2对应替换为第二三极管,晶体管M2的栅极、源极、漏极,对应替换为第二三极管的基极、发射极、集电极。
[0045] 本发明的又一个技术方案在于提供一种正交幅度调制信号合成方法,适用于上文所述的任意一种正交振幅调制发射机;
[0046] 对I方向和Q方向的两个矢量进行振幅调制,将调制后的矢量叠加得到星座图,星座图中的点与原点连线的夹表示调制信号载波频率的相位,点与原点连线的距离表示调制信号载波频率的幅度;
[0047] 星座图中的点按照下文所述QAM星座图的分布方式分布且与以下的两类控制模式相匹配,包含:
[0048] 星座图中的点落在I方向或Q方向的坐标轴上:分别在输入不同幅度控制电平的状态下,使每个0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1,M2栅极之间的开关在断开且该0dB功率回退振幅调制器中的电平转换器输出某一非0控制电平时,其他三个0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1,M2栅极之间的开关导通且其各自对应的电平转换器输出接地;则,正交振幅调制发射机的节点outp和outn处的阻抗特性,由开关断开的这个0dB功率回退振幅调制器中的晶体管M1,M2的漏极阻抗决定,使发射机的输出功率处在饱和输出功率的状态,且功率附加效率处于峰值;以及,
[0049] 星座图中的点没有落在I方向或Q方向的坐标轴上:以0dB功率回退振幅调制器Ip与Qp,In与Qp,Ip和Qn,In与Qn划分四个组,分别在输入不同幅度控制电平的状态下,依次使每组的两个0dB功率回退振幅调制器中晶体管M1,M2栅极之间的开关在断开且该0dB功率回退振幅调制器中的电平转换器输出某一非0控制电平时,另两个0dB功率回退振幅调制器的晶体管M1,M2栅极之间的开关导通且其各自对应的电平转换器输出接地;则,正交振幅调制发射机的节点outp和outn处的阻抗特性,由开关断开的这两个0dB功率回退振幅调制器中的晶体管M1,M2的漏极阻抗共同决定,使发射机的输出功率处在饱和输出功率的状态,且功率附加效率低于峰值并高于峰值的一半;
[0050] 本发明还有一个技术方案在于提供一种QAM星座图的分布方式,将原始QAM星座图逆时针旋转(2n+1)45°n∈N得到新的QAM星座图,以提高功率合成效率;所述原始QAM信号星座图中对应最大功率的四个对角点,各自是由I方向和Q方向的两个矢量合成;新的QAM星座图中对应最大功率的四个对角点,各自是由I方向或Q方向的一个矢量合成。
[0051] 与现有技术相比,本发明的优点在于:
[0052] 本发明提出的共模振幅调制器有效将幅度调制器和功率放大器结合在一起。在保证功率附加效率的条件下通过动态改变功率放大器的增益和饱和输出功率来实现输出功率的幅度调制。如图6所示。当晶体管M1,M2的栅极电压从V3变化到V1时,从图中可见,一方面放大器的差分增益出现了降低,另一方面其饱和输出功率也出现了下降,同时晶体管M1,M2的直流功耗也出现了下降。这种非线性幅度调制器的优势就是其放大管可以让其输出功率永远工作在饱和输出功率点,使其功率附加效率最大。
[0053] 本发明将对称结构的电感线圈,设置于0dB功率回退的正交振幅调制发射机结构及正交0dB功率回退共模振幅调制器之中,作为与两个晶体管栅极连接的电感或变压器的线圈;所述电感线圈的中心抽头处接收电平转换器提供的振幅调制信号,以动态控制两个晶体管的栅极电平。所述的中心抽头处,为差分信号的虚地点,载波频率信号的振幅为0,在此连接任何电路,其电路的负载都不会对载波频率信号造成衰减。
[0054] 本发明将电控开关,设置于连接两个晶体管的栅极,当电控开关导通的时候,两个晶体管栅极上的差分载波信号相互抵消,此时该结构对差分载波信号起到了很好的衰减作用;当电控开关断开的时候,两个晶体管栅极上的差分载波信号相互隔离,此时该结构对差分载波信号起到了很好的隔离作用。因此该电控开关可以辅助本发明中的振幅调制发射机实现更好的开关抑制。
[0055] 本发明将可调阻抗结构,设置于连接两个晶体管的栅极,以及连接两个晶体管的漏极。目的是使得任何输入数据(对应输出任何振幅的载波信号)的情况下,差分输出端口的载波信号与差分输入端口的载波信号的相位差都相同,且差分输出端口的阻抗保持不变。
[0056] 本发明的QAM星座图可以由传统的QAM星座图逆时针旋转(2n+1)45°n∈N得到。新型的QAM星座图具有更高的功率合成效率。在所有种类的新QAM信号矢量合成方式中,其四角节点在功率合成的时候效率比传统QAM信号矢量合成方式的大一倍。可以证明本发明的QAM信号矢量合成方式中的所有节点的功率效率都比传统QAM信号矢量合成方式中所对应节点的功率效率高。附图说明
[0057] 图1是0dB功率回退共模振幅调制器在第一实施例的示意图;
[0058] 图2是图1所示节点Vmod、SW、M1_G、M1_D的波形关系图;
[0059] 图3是图1所示电平转换器的示意图;
[0060] 图4是图1所示第一可调阻抗模块的示例结构图;
[0061] 图4a是图1所示第二可调阻抗模块的示例结构图;
[0062] 图5是功率放大器的输出功率、功率附加效率与输入功率的关系示意图;
[0063] 图6是晶体管栅极电压变化时输出功率与输入功率的示意图;
[0064] 图7是晶体管栅极电压变化时直流功耗与输入功率的示意图;
[0065] 图8是可作为图1中变压器B线圈的双圈电感的示意图;
[0066] 图9是0dB功率回退共模振幅调制器在第二实施例的示意图;
[0067] 图10是0dB功率回退共模振幅调制器在第三实施例的示意图;
[0068] 图11是0dB功率回退的正交振幅调制发射机的结构示意图;
[0069] 图12是0dB功率回退正交振幅调制发射机在16QAM时表示调制信号的幅度和相位的星座图;
[0070] 图13是传统QAM信号矢量合成方式的示意图;
[0071] 图14是产生特定幅度的载波信号的输出级结构;
[0072] 图15是传统正交振幅调制发射机的系统框图。

具体实施方式

[0073] 如图1所示,本发明提供一种0dB功率回退共模振幅调制器。其中,晶体管M1和M2的结构和尺寸相同,晶体管M1和晶体管M2的栅极与一个电控开关相连,该电控开关的导通与关断由节点SW的电位进行控制。晶体管M1和晶体管M2的栅极还分别接到变压器T1中B线圈的两端。变压器T1中B线圈的中心抽头处为节点Vmod,其与电平转换器的输出端连接,振幅调制信号会从这个节点输入,动态控制晶体管M1和晶体管M2的栅极电平。
[0074] 变压器T1中A线圈的两端接差分输入端,差分的载波频率的正弦信号会从这个端口输入。晶体管M1和晶体管M2的漏极接差分输出端,经过振幅调制的调制信号会从这个端口输出。
[0075] 电源VDD通过DCF1和DCF2接到晶体管M1和晶体管M2的漏极上,为其提供直流电压和直流电流。DCF1和DCF2表示可以导通直流信号但是会阻断交流信号的结构。在实际电路中DCF1和DCF2可以被电感,变压器等结构替代。
[0076] 所述0dB功率回退共模振幅调制器的具体实施过程如下:
[0077] 差分的载波频率的正弦信号从输入端口输入到变压器T1的A线圈,该信号的交流成分通过变压器T1由A线圈耦合到B线圈。晶体管M1和晶体管M2栅极的瞬态直流电平由节点Vmod输入的振幅调制信号决定。
[0078] 为了便于理解,图2给出了节点Vmod、SW、M1_G(晶体管M1栅极)、M1_D(晶体管M1漏极)上波形的对应关系。在图中,Vmod存在4个模拟电位,分别为0、V1、V2和V3,其对应四种输出振幅调制。由于晶体管非线性的存在,输出振幅与Vmod的电位关系不是线性变化的,但至少是正相关关系。因此对应特定的输出振幅,总存在一个特定的Vmod电位产生这样的输出振幅。对于差分输入的载波频率信号,变压器T1的B线圈的中心抽头处Vmod为差分信号的虚地点,因此节点Vmod处载波频率信号的振幅为0,且节点Vmod接任何电路,其电路的负载都不会对载波频率信号造成衰减。
[0079] 节点M1_G和节点M2_G处的电位是变压器T1中B线圈耦合输出的差模的载波信号成分和Vmod节点输入的共模信号成分的叠加。Vmod电位为0时,希望输出的振幅幅度为0。但是对于输入载波信号,当信号振幅足够大的时候,即使晶体管M1和晶体管M2栅极的直流电位为0,载波信号仍然能被晶体管放大输出,因此输出的信号振幅就不为0。为了实现当Vmod电位为0时输出信号振幅为0,在电路结构中引入了开关结构。当SW节点控制开关导通的时候节点M1_G和节点M2_G同电位,输入的差分载波信号在这里相互抵消,因此当Vmod电位为0,SW状态为导通时,晶体管M1和晶体管M2栅极的直流电位为0,交流振幅为0,此时输出信号振幅为0。当Vmod电位不为0时,SW节点控制开关断开,此时输入的差分载波信号在晶体管的输入端不会有任何的衰减。当晶体管栅极直流电位不同时,晶体管对交流信号的放大增益不同,因此相同振幅的差分输入信号经过不同增益放大后输出不同振幅的差分信号。
[0080] 电平转换器的结构如图3所示,输入V[1:n]端口接n种不同的模拟直流电平。端口CB[1:n]端口接n路数据控制线,分别控制V[1:n]端口所施加的直流电平是否可以传递到输出端口上。端口SW接一路数据控制线,控制输出端口是否接地。端口CB[1:n]和端口SW所控制的开关中,在任何时间点,有且只有一个开关处于导通状态。这样通过动态改变端口CB[1:n]和端口SW所接控制线的数据可以时时动态切换输出端口的直流电平。
[0081] 该0dB共模振幅调制器在幅度调制的过程中,由于晶体管M1和晶体管M2栅极电位的变化会影响到晶体管M1和晶体管M2从栅极看进去的阻抗以及会影响到晶体管M1和晶体管M2从漏极看进去的阻抗。这些阻抗变化会对载波信号的相位和幅度造成失真。
[0082] 为了补偿载波信号幅度和相位的失真,本发明在节点M1_G和节点M2_G之间接了第一可调阻抗模块,在节点M1_D和节点M2_D之间接了第二可调阻抗模块,第一可调阻抗模块是由n个数据线控制,对应Vmod节点输入的n种不同的电位值;第二可调阻抗模块是由n+1个数据线控制,对应Vmod节点输入的n种不同的电位值及0电位值。
[0083] 第一可调阻抗模块可采用图4所示的结构,第二可调阻抗模块可采用图4a所示的结构(对两者实际存在多种可替代结构,图示的结构只是其中一种):第一可调阻抗模块中,n个不同阻抗值的阻抗元件Z1,Z2...,Zn各自通过两个开关连接到端口PORTn和端口PORTp上。阻抗元件Z1两端的开关通过控制线CB[1]控制导通或关断。阻抗元件Z2两端的开关通过控制线CB[2]控制导通或关断。依次类推,阻抗元件Zn两端的开关通过控制线CB[n]控制导通或关断。CB[1:n]中有且只有一条控制线所控制的开关是导通状态,其它控制线所控制的开关都是断开状态。第二可调阻抗模块进一步包含第n+1个阻抗元件Zn+1,其阻抗值不同于其他阻抗元件,通过两个开关连接到端口PORTn和端口PORTp上,并由SW节点的电位控制导通或关断。
[0084] 可调阻抗结构存在很多变种结构,电平转换器也存在多种变种结构,只要是目的是使得任何输入数据(对应输出任何振幅的载波信号)的情况下,差分输出端口的载波信号与差分输入端口的载波信号的相位差都相同,且差分输出端口的阻抗保持不变的结构都应该在本发明的保护范围里。
[0085] 如图6、图7所示,当晶体管M1,M2的栅极电压从V3变化到V1时,从图中可见,一方面放大器的差分增益出现了降低,另一方面其饱和输出功率也出现了下降,同时晶体管M1,M2的直流功耗也出现了下降。这种非线性幅度调制器的优势就是其放大管可以让其输出功率永远工作在饱和输出功率点,使其功率附加效率最大。
[0086] 对于图1中从节点Vmod输入的振幅调制信号,我们希望该信号传递到晶体管M1,M2的栅级的信号不存在幅度和相位失真。幅度调制信号从节点Vmod传到晶体管M1,M2的栅极过程中经过了变压器T1的B线圈电感,和晶体管M1,M2的栅极寄生电容。这是一个由串联电感和并联电容构成的低通网络,为了减小该网络对信号幅度和相位的影响需要尽量减小该网络中电感的感值。为此,本发明提出一种在保持电感差模感值不变的条件下减小电感共模感值的电感结构,如图8所示。
[0087] 图8示出一种双圈电感,点a1、点a2分别是内圈外圈的连接点,点t1位于内圈中间;点b1、点b2是外圈的两个端点。已知从点a1到点t1间金属线的电感和从点a2到点t1间金属线的电感相同,为L1。从点a1到点b2间金属线的电感和从点a2到点b1间金属线的电感相同,为L2。金属线a1-t1和金属线a2-b1的互感与金属线a2-t1和金属线a1-b2的互感相同,为M12,M12可表示为:
[0088]
[0089] 则对于从点b1和点b2输入的差分信号,此时t1点为该电感的虚地点,其差模阻抗公式可表示为:
[0090] Zodd=jωL2+jωM12+jωL1+jωM12+jωL1+jωM12+jωL2+jωM12
[0091] =jω(2L1+2L2+4M12)
[0092] 对于从点b1和b2输入的共模信号,此时t1点不为该电感的虚地点。t1点到b1和b2点的共模阻抗公式为:
[0093] Zodd=jωL2-jωM12+jωL1-jωM12+jωL1-jωM12+jωL2-jωM12
[0094] =jω(2L1+2L2-4M12)
[0095] 因此t1点到b1和b2点的共模阻抗由于互感的原因变小了,由于线圈紧密对称的结构特性,通常L1≈L2≈L,k12≈1。k12为互感系数。所以
[0096] 2L1+2L2-4M12≈0。因此实际双圈电感结构的共模阻抗Zodd会呈现出比jω(L1+L2)小很多的感性。
[0097] 对于多圈(p)电感,第i圈电感为两个对称结构,感值为Li的金属线构成,(1≤i≤p),Li和Lj的互感为Mij,(1≤j≤p,j≠i)。
[0098] 对于多圈电感,当圈数p为偶数时,共模阻抗可以表示为:
[0099]
[0100] 当L1≈L2≈…≈Lp≈L且任意两根金属线间的互感系数k都接近1的时候,Zodd≈0依然成立。因此实际p圈(p为偶数)电感结构的共模阻抗Zodd会呈现出比 小很多的感性。
[0101] 对于多圈电感,当圈数p为奇数时,共模阻抗可以表示为:
[0102]
[0103] 当L1≈L2≈…≈Lp≈L且任意两根金属线间的互感系数k都接近1的时候,Zodd≈jω2L。当圈数p足够大的时候,共模阻抗Zodd也会呈现出比 小很多的感性。
[0104] 以图8为例的电感,其与任何对称结构的电感产生的共模互感可以用下面的关系式表示,该对称结构的电感与p圈电感中感值为Li的金属线的互感为Mi,(1≤i≤p):
[0105] 对于多圈电感,当圈数p为偶数时,共模互感可以表示为:
[0106]
[0107] 公式前面的正负号由流过对称结构电感的电流方向决定。当M1≈M2≈…≈Mp时,Modd≈0。因此实际p圈(p为偶数)电感结构与任意对称结构电感的共模互感Modd会呈现出比小很多的感性。
[0108] 对于多圈电感,当圈数p为奇数时,共模互感可以表示为:
[0109]
[0110] 公式前面的正负号由流过对称结构电感的电流方向决定。当M1≈M2≈…≈Mp时,Modd≈±2jωMp。当圈数p足够大的时候,共模互感Modd也会呈现出比 小很多的感性。
[0111] 因此这种电感结构应用于互感网络的时候在保持其特性(差模电感增强,共模电感消除)的条件下还可以减小该种结构电感与互感网络中其它电感的共模电流的互感,有效地抑制了共模电流在互感网络中的耦合。在其他可选择的示例中,电感线圈的每一圈也可以包含感值不同的两个对称的金属线。
[0112] 因此,为了保证Vmod节点信号传递到晶体管M1,M2的栅级的信号不存在幅度和相位失真,我们将以图8为例的电感结构引入本发明提出的0dB共模振幅调制器结构中。图1中所示变压器T1的B线圈采用以图8为例的电感结构,该线圈可以是任意圈数的电感线圈,最内圈的中点(如图8中的t1点)连接图1中的Vmod节点;最外圈的两端之中,一端(如图8中的b1点)连接图1中的M1_G节点,另一端(如图8中的b2点)连接图1中的M2_G节点。图1中的变压器T1的A线圈可以采用任何对称结构的电感。
[0113] 图9示出0dB功率回退共模振幅调制器结构的一例替代结构。其中,输入载波信号变为单端信号,变压器T1的A线圈的一端连接输入端口,另一端通过大电容Cp1交流耦合到地或者直接与地相连。这样变压器T1的作用相当于一个巴伦,可以将单端的载波信号转化为差分的载波信号输出。图9中的其它结构与图1中的完全一样。
[0114] 图10示出0dB功率回退共模振幅调制器结构的另一例替代结构。图1中的变压器T1在图10的实施例中以电感L1替代,L1采用以图8为例的电感结构(圈数不限),L1的中心抽头连接节点Vmod,L1的两端分别连接节点M1_G和M2_G(晶体管M1、M2的栅极)。差分输入信号直接从节点M1_G和M2_G输入。图10中的其它结构与图1中的完全一样。
[0115] 在其他可选择的方案中,可以在上述图1、图9、图10所示的0dB功率回退振幅调制器结构中,将晶体管M1、M2相应地替换为两个三极管,可实现类似的调制控制功能。
[0116] 基于本发明提出的0dB功率回退振幅调制器结构,本发明进一步提出了0dB功率回退的正交振幅调制发射机结构,如图11所示。该发射机结构中,包含四个结构相同的0dB功率回退振幅调制器Ip、In、Qp和Qn,一个可调阻抗模块X,一个变压器T2,一个带通滤波器和一个天线。每个0dB功率回退振幅调制器结构相同,采用图1、或图9、或图10所示的实施方案。可选的,在原有结构基础上还添加了一对交叉耦合电容Cc1和Cc2,和一个预放大器(图未示出)。在其他的示例中,晶体管M1,M2以三极管替代时的连接关系及控制方法类似,不做赘述。
[0117] 图11的示例中,每个0dB功率回退振幅调制器采用图9所示输入为单端的载波信号的实施例,其具体连接关系如下:
[0118] 端口C直接连接到变压器T1的A线圈的一端,或者端口C连接到预放大器的输入端,预放大器的输出端连接到变压器T1的A线圈的一端;变压器T1的A线圈的另一端通过交流耦合电容Cp1连接到地。变压器T1的B线圈的两端分别连接到节点M1_G和M2_G上。晶体管M1的栅极和漏极分别连节点M1_G和M1_D。晶体管M2的栅极和漏极分别连节点M2_G和M2_D。电容Cc1的两端分别连节点M1_G和M2_D。电容Cc2的两端分别连节点M2_G和M1_D。开关SW1的两端分别连节点M1_G和M2_G。开关SW1的控制线连端口S。第一可调阻抗模块的两端分别连节点M1_G和M2_G。
[0119] 第一可调阻抗模块和电平转换器的控制线为2m+1-1路排线,该控制线连接端口BB。其中m与QAM(正交振幅调制)的类型有关:对于QPSK(正交相移键控调制),m=0;对于16QAM(正交幅度调制),m=1;对于64QAM(正交振幅调制),m=2;以此类推至4iQAM对应的m=i-1。
m+1
电平转换器共有2 -1路模拟直流电平,接端口V。电平转换器的输出端口接变压器T1的B线圈的中心抽头。
[0120] 发射机的系统连接关系如下:
[0121] 四个0dB功率回退振幅调制器的端口S分别表示为:SIp,SIn,SQp和SQn。四个0dB功率回退振幅调制器的端口C分别表示为:CIp,CIn,CQp和CQn。四个0dB功率回退振幅调制器的端口BB分别表示为:BIp,BIn,BQp和BQn。四个0dB功率回退振幅调制器的端口V由于接在了一起,共享输入的2m+1-1路模拟直流电平,因此仍表示为V。
[0122] 四个0dB功率回退振幅调制器的节点M1_D均连接到节点outp。四个0dB功率回退振幅调制器的节点M2_D均连接到节点outn。可调阻抗模块X两端分别连节点outp和outn,其阻抗由(4m+2m)/2路控制线BX控制。变压器T2的B线圈的两端分别连接到节点outp和outn上。变压器T2的B线圈的中心抽头接电源VDD。变压器T2的A线圈的一端接地,另一端接带通滤波器的输入端。带通滤波器的输出端接天线。
[0123] 该发射机的实施过程如下:
[0124] 端口CIp,CIn,CQp,CQn分别输入幅度相同,但是相位为0度、180度、90度和270度的载波正弦信号。该四相位正弦信号分别经过Ip、In、Qp、Qn中的预放大器放大后输入到0dB功率回退振幅调制器进行幅度调制。四个振幅调制器的数据在节点outp和outn处叠加,经过变压器T2构成的巴伦将差分信号转化为单端信号后输入给带通滤波器滤波,最后从天线输出。Ip、In、Qp、Qn中的振幅调制器采用不同的数据控制线SIp、SIn、SQp、SQn和BIp、BIn、BQp、BQn来控制。
[0125] 四个0dB功率回退振幅调制器由于分别输入了4种相位信号(0度、180度、90度和270度)的载波正弦信号,通过端口S和端口BB输入的控制信号可以分别控制四个0dB功率回退振幅调制器对4种相位的载波正弦信号进行振幅调制。
[0126] 以数据控制线SIp和数据控制线BIp对0dB功率回退振幅调制器Ip的控制为例:当SIp控制的连接节点M1_G和M2_G的开关导通以及电平转换器的输出接地的时候,此时Ip中晶体管M1和晶体管M2的栅极直流电位为0,且栅极差分的载波信号相互抵消。因此晶体管M1和晶体管M2处于完全关断状态,此时0dB功率回退振幅调制器Ip输出的0度载波正弦信号的振幅为0。当SIp控制的连接节点M1_G和M2_G的开关导通以及电平转换器的输出不接地的时候,电平转换器的输出电位由数据控制线BIp决定,同时Ip中的可调阻抗1的输出阻抗由数据控制线BIp对应控制。以此实现对晶体管M1和晶体管M2对差分载波信号的放大增益控制,实现对差分载波信号的振幅调制。其它3个0dB功率回退振幅调制器In,Qp,Qn的控制原理可以此类推。这四个0dB功率回退振幅调制器根据下文介绍的QAM信号矢量合成方式,来合成QAM调制信号。
[0127] 图13是传统QAM信号矢量合成方式,图12是本发明QAM信号矢量合成方式。以16QAM为例,其它QAM类型可以此类推。QAM是一种矢量调制,基本矢量为图中I方向和Q方向的两个矢量。然后对这两个矢量进行振幅调制,将调制后的矢量叠加可以得到星座图。本发明的QAM星座图可以由传统的QAM星座图逆时针旋转(2n+1)45°n∈N得到。新型的QAM星座图具有更高的功率合成效率。
[0128] 下面分析原因:无论是基于晶体管结构,还是基于三极管结构,其输出一个特定幅度的载波信号(矢量),其输出级可以用图14表示,即一个电流源输出载波频率的交流电流IDS,与电流源并联的阻值为Rload的电阻。对于传统QAM信号星座图,其最大功率点为四个对角点(图13中为1,3,5,7四个点)。以5号点的功率合成为例,5号点的矢量由I方向和Q方向的两个矢量合成,由两个图14所示输出级输出信号合成,根据5号点在星座图的位置可知I方向输出级和Q方向输出级的电流大小相等,为IDS0。两个输出级的电流在输出节点叠加得到幅度为 的电流。根据5号点在星座图的位置可知I方向输出级和Q方向输出级的电阻大小相等,为Rload0。两个输出级的电阻在输出节点并联得到阻值为Rload0/2的电阻。因此由功率计算公式:
[0129] P=I2R
[0130] 可知5号节点对应的功率为IDS02Rload0。而如果I方向输出级或者Q方向输出级单独工作,其对应的功率也是IDS02Rload0。因此5号节点在功率合成时损失了IDS02Rload0的功率,也就是其直流到交流的转化效率变为原来的50%。可以证明1,3,7号节点也具有相同的特性,同理可以类推在所有种类的传统QAM信号矢量合成方式中,其四角节点在功率合成的时候效率降低50%。而四角节点是传统QAM信号矢量合成方式中功率最高的点,在保证星座图线性度的前提下,意味着星座图中的其他点的功率效率也要降低。
[0131] 而在本发明QAM信号矢量合成方式中(为了方便理解,以16QAM为例进行说明,参见图12,其它种类的QAM调制可以此类推),5号节点的矢量只由Q方向的一个矢量生成,由一个图14所示输出级输出信号生成,功率为IDS02Rload0。整个过程中没有功率损耗,因此功率效率比图13中5号节点的功率效率高一倍。可以证明1,3,7号节点也具有相同的特性,同理可以类推在所有种类的新QAM信号矢量合成方式中,其四角节点在功率合成的时候效率比传统QAM信号矢量合成方式的大一倍。可以证明本发明的QAM信号矢量合成方式中的所有节点的功率效率都比传统QAM信号矢量合成方式中所对应节点的功率效率高。
[0132] 16QAM调制时的控制模式如下,其他QAM调制可以此类推:调制信号的幅度和相位可以通过星座图上的点来表示,其中,点与原点连线的夹角表示这个调制信号载波频率的相位,点与原点连线的距离表示这个调制信号载波频率的幅度。对于16QAM,m=1。因此端口BIp,BIn,BQp,BQn的控制线个数都为3个。端口V共有3种不同的模拟直流电平。端口BX的控制线个数也为3个。控制线中数字电平1表示其对应的开关导通,数字电平0表示其对应的开关断开。16QAM星座图上16个点已经用标号标出。下表表示实现第1号到第16号星座图位置时对应的各个控制线上的数字电平。
[0133]   BIp[1:3] BIn[1:3] BQp[1:3] BQn[1:3] SIp SIn SQp SQn BX[1:3]1 001 000 000 000 0 1 1 1 100
2 100 000 000 000 0 1 1 1 010
3 000 001 000 000 1 0 1 1 100
4 000 100 000 000 1 0 1 1 010
5 000 000 001 000 1 1 0 1 100
6 000 000 100 000 1 1 0 1 010
7 000 000 000 001 1 1 1 0 100
8 000 000 000 100 1 1 1 0 010
9 010 000 100 000 0 1 0 1 001
10 100 000 010 000 0 1 0 1 001
11 000 010 100 000 1 0 0 1 001
12 000 100 010 000 1 0 0 1 001
13 010 000 000 100 0 1 1 0 001
14 100 000 000 010 0 1 1 0 001
15 000 010 000 100 1 0 1 0 001
16 000 100 000 010 1 0 1 0 001
[0134] 其中,对于1号、2号的情况,除了SIp控制开关断开外,SIn、SQp、SQn控制开关全部导通。这使得In、Qp、Qn中的晶体管M1,M2全部处于关断状态,没有直流功耗,也没有输出载波信号。同时In、Qp、Qn中的晶体管M1,M2的漏极阻抗呈现出高阻特性。使得发射机节点outp和outn处的阻抗特性主要由Ip中的晶体管M1,M2的漏极阻抗决定。1号为高幅度的情况,对应BIp[1:3]的控制电平为001;2号为低幅度的情况,对应BIp[1:3]的控制电平为100。在这两种情况下本发明的0dB功率回退发射机输出功率都在饱和输出功率的状态下,且功率附加效率处于峰值。3号、4号、5号、6号、7号、8号的情况可以依次类推。
[0135] 对于9号、10号的情况:这两种调制信号是经过Ip输出的信号和Qp输出的信号矢量合成的结果。因此SIp和SQp控制的开关断开,SIn和SQn控制的开关导通。这使得In、Qn中的晶体管M1,M2全部处于关断状态,没有直流功耗,也没有输出载波信号。同时In、Qn中的晶体管M1,M2的漏极阻抗呈现出高阻特性。使得发射机节点outp和outn处的阻抗特性主要由Ip和Qp中的晶体管M1,M2的漏极阻抗共同决定。9号情况对应BIp[1:3]的控制电平为010,BQp[1:3]的控制电平为100;10号情况对应BIp[1:3]的控制电平为100,BQp[1:3]的控制电平为010。在这两种情况下本发明的0dB功率回退发射机输出功率都在饱和输出功率的状态下,但是由于IQ矢量叠加存在一定的能量损耗,因此功率附加效率会出现一定的下跌,但是仍会保持在功率附加效率峰值的一半以上。11号、12号、13号、14号、15号、16号的情况可以依次类推。
[0136] 为了保持发射机输出阻抗匹配的恒定,在节点outp和outn处的阻抗通过可调阻抗X保持恒定。对于1号、3号、5号、7号的情况,虽然节点outp和outn处信号的相位不同,但是该处的阻抗特性是相同的,因此控制字BX[1:3]统一设定为100。对于2号、4号、6号、8号的情况,虽然节点outp和outn处信号的相位不同,但是该处的阻抗特性是相同的,因此控制字BX[1:3]统一设定为010。对于9号、10号、11号、12号、13号、14号、15号、16号的情况,虽然节点outp和outn处信号的相位不同,但是该处的阻抗特性是相同的,因此控制字BX[1:3]统一设定为001。
[0137] 需说明的是,上文所述的控制字编码不唯一,凡是控制0dB功率回退振幅调制器按照图12所示QAM星座图分布方式进行矢量合成的控制模式都应该在本发明的保护范围内。
[0138] 上文介绍了以图9所示结构形成正交振幅调制发射机时的一个实施例,而以如图1或图10所示四个相同结构的0dB功率回退共模振幅调制器形成所述发射机时的器件连接、公共端口对应关系及控制方式等与之类似,本领域技术人员可以相应调整,对此不再一一赘述。
[0139] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
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