本技术介绍了一种经济型太赫兹频段高阶QAM信号调制发射机及其实现方法。该技术通过在发射机末级应用三倍频器,将两路QPSK调制信号频谱提升至太赫兹频段,并进行矢量合成以生成16-QAM调制信号。此方法的优势在于:1) 降低晶体管截止频率要求,减少加工成本;2) 提高功放效率,因其在较低频段工作;3) 减轻DAC功耗负担,实现射频域的高阶QAM调制。
背景技术
随着第五代移动通信(5G)的大规模部署,全球陆续开启了对下一代移动通信(6G)的研究和探索。得益于太赫兹频段具有的海量频谱资源,太赫兹通信技术成为了6G的关键技术之一。太赫兹通信技术能够支持上百Gbps的数据传输速率;并且太赫兹频段的波长较短,更容易实现射频前端电路与天线的一体化集成,实现超小尺寸的片上集成系统(SoC)。因此太赫兹通信技术在数据中心无线互连、无线局域网/无线个域网、片间/片上通信等短距、高速无线通信场景有着巨大的应用潜力。与此同时,太赫兹频段的工作频率已接近甚至超过大部分工艺晶体管的特征频率(ft
)。在此频段下,晶体管的增益与效率急剧降低,射频发射机的能效也随之恶化,这对射频发射机架构提出了更高的设计要求。
传统的发射机架构(例如零中频结构、超外差架构等)在应用于太赫兹频段时往往面临以下挑战:
1)功率放大器需要直接工作在太赫兹频段,并且需要保证晶体管的截止频率远大于功放的工作频率,因此需要借助成本高昂的先进工艺节点甚至化合物工艺设计实现;
2)太赫兹频段功放的效率低下,直接影响系统整体的功耗和散热;
3)太赫兹通信系统的数据速率往往达到几十甚至上百Gbps,如此高的数据速率对数模转换芯片(DAC)的采样率和分辨率提出了极高的要求,并且高速高精度的DAC能耗巨大。目前存在已报导的支持100+ Gs/s采样率的DAC,其功耗已经超过2.5W,如此高的功耗将带来棘手的能效控制和散热设计问题。
针对以上应用和技术背景,本发明提供了一种低成本的太赫兹高阶QAM(正交幅度调制)直接调制发射机架构。本发明在发射机末级采用三倍频器将两路QPSK调制信号的频谱迁移至太赫兹频段,随后将两路QPSK(正交相移键控)信号进行矢量合成,实现16-QAM调制信号。一方面,由于三倍频器的使用,功放无需工作在太赫兹频段,从而对晶体管截止频率的要求降低,进而降低加工成本;而且由于功放工作在较低频段,拥有更高的效率;另一方面,高阶QAM调制环节直接在射频域进行,可大大减轻DAC部分的功耗负担。
实现思路