宽频段全数字发信机设计理论与关键技术

As a revolutionary technology of next generation wireless communications, the design theory of and key technology of wideband all digital transmitter (ADTx) has become a hot international research spot and front in recent years, and it is expected to fundamentally overcome the limitation of analog architecture. This work is carried out in collaboration of the 63 Institute of General Staff Department, Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences and Southeast University, based on their advantages of the tactical communication frequency band ADTx, GaN device and digital pre-distortion technology. Time domain transform upconverter, digital radio frequency modulation based on cost function and the pulse waveform control algorithm, topology and control methods of multilevel switching power amplifier circuit and nonlinear suppression and compensation methods of the wideband ADTx are innovatively reasearched. And the key scientific issues and technical difficulties in wideband frequency coverage of ADTx structure, digital direct RF modulation algorithm optimization, high efficiency amplification of multilevel pulsing signal and nonlinear distortion of wideband ADTx are the crucial breakthrough areas. It is hoped to lay a theory and practice foundation of near antenna digital wideband ADTx, and promote radio technology from analog RF to digital RF, from software defined radio to software radio evolvement for our country. Through this project, a core research team on digital RF with significant international influential will be setup, a number of important and integrated innovations with independent intellectual property rights are expected to achieved in the field of wideband ADTx.

作为新一代无线电平台的一项革命性技术，宽频段全数字发信机设计理论与关键技术是近年来国际研究的前沿，有望从根本上解决模拟射频的体制性障碍。本项目结合中央军委装备发展部第六十三研究所、中国科学院微电子研究所和东南大学在战术通信频段全数字发信机、氮化镓器件和数字预失真等技术积累的优势，创新研究时域变换上变频、基于代价函数和脉冲波形控制的数字射频调制、多电平开关功放电路结构及控制、非线性抑制及补偿等内容，突破全数字发信机结构的宽频段覆盖、直接数字射频调制算法最优化求解、多电平脉冲信号高效功率放大、宽频段全数字发信机非线性失真等关键科学问题，为在我国最终实现数字化靠近天线的宽频段全数字发信机奠定理论与实践基础，推动无线电技术由模拟射频向数字射频、由软件定义无线电向软件无线电的转变。通过本项目研究，形成一支具有重要国际影响的数字射频研究团队，在本领域取得若干具有自主知识产权的、核心技术自主可控的创新成果。

自无线电问世以来一直采用模拟射频体制发信机，严重制约了无线通信装备的效率、线性、射频可配置等基础性能和软件无线电架构的实现。基于数字射频的宽频段全数字发信机(ADTx)是近年国际信息通信领域的研究前沿，有望从根本上解决模拟射频的体制性障碍。由于宽频段ADTx需要跨越多个倍频程，在提高效率、线性和工作带宽等性能指标以及杂散、噪声等无用信号抑制等方面存在急需解决的关键科学问题，已成为当前无线电技术发展的必经之路和重大课题。本项目围绕解决宽频段发信机主要指标之间相互矛盾涉及的ADTx设计理论和关键技术，主要研究宽频段ADTx原理结构及其设计理论、基于高精度脉冲波形控制的直接数字射频调制(DDRFM)、宽带高效开关功放(SMPA)与单片集成(MMIC)芯片、非线性失真机理及抑制方法等内容；改变基于频域分段线性处理的现有宽频段发信机设计思路，创新提出了基于时域波形控制和可重构非线性处理的宽频段ADTx综合设计方法，在跨多倍频程ADTx原理结构、DDRFM优化算法与高精度脉冲波形控制技术、宽频段SMPA及GaN器件与MMIC芯片、非线性失真机理与抑制方法等方面取得了一系列原创性成果；在本领域国内外重要期刊和重要国际会议上发表和录用论文79篇(其中，SCIE源刊论文39篇、EI源刊及会议论文32篇、中文核心期刊论文6篇)；申请发明专利23项，其中7项已获授权；研制了覆盖7个倍频程的宽频段ADTx原理样机，该样机及自研的SMPA MMIC芯片在“XXX抗干扰通信原型系统”中进行了应用，验证了软件无线电体制与抗干扰波形动态重构所需的发射信道射频可编程能力；相关成果获2018年军队科技进步一等奖。本项目通过对宽频段ADTx基础理论、设计方法以及核心器件的系统研究，促进了数字射频及其相关领域的理论发展和技术应用，其原创性成果在军民用通信终端、射频核心器件等领域具有广阔的应用前景。