【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于射频集成电路，涉及一种太赫兹发射机架构，尤其涉及一种低成本太赫兹高阶qam信号直接调制发射机及其方法。
技术介绍
1、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。
2、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：
3、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；
4、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；
5、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
6、针对以上应用和技术背景，本专利技术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。本专利技术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。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种低成本的太赫兹高阶qam直接调制发射机及其方法，本专利技术提出的架构末级采用了三倍频器，因此功放仅需工作在较低频段、并且只需要对衡包络的qpsk信号进行放大，从而大大提升功放部分的效率；并且，本专利技术提出的发射机架构通过在射频域直接进行高阶qam调制，显著降低了对数模转换芯片的性能要求，从而降低系统能耗。
2、本专利技术技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种低成本的太赫兹高阶qam直接调制发射机，包括并行设置的第一支路、第二支路，以及线性功率合成器；
4、所述第一支路包括依次串联连接的相位控制电路、第一正交调制器、增益可调的第一功率放大器pa1、第一三倍频器；
5、所述第二支路包括依次串联连接的第二正交调制器、第二功率放大器pa2、第二三倍频器。
6、其中：
7、所述的相位控制电路用于调控第一支路输出信号的相位；
8、所述的第一正交调制器用于调制数据位d0_i、d0_q，生成一路qpsk信号，该信号作为所述的第一功率放大器pa1的输入信号；
9、所述的第二正交调制器用于调制数据位d1_i、d1_q，生成另一路qpsk信号，该信号作为所述的第二功率放大器pa2的输入信号；
10、所述的第一功率放大器pa1的输入端与所述的第一正交调制器相连，输出端与第一三倍频器相连；所述的第二功率放大器pa2的输入端与所述的第二正交调制器相连，输出端与第二三倍频器相连；
11、所述的第一、第二三倍频器用于将qpsk信号的频谱迁移至太赫兹频段；
12、作为优选，所述的线性功率合成器将第一三倍频器的输出信号以及第二三倍频器的输出信号进行矢量合成，最终实现qam高阶调制信号。
13、作为优选，所述的第一三倍频器的输出信号记作output 1、第二三倍频器的输出信号记作output 2，二者均为中心频率在太赫兹频段的qpsk信号；将output 1、output 2的幅值和相位分别记作a1、a2以及φ1、φ2，它们之间满足条件a1 = a2/2 和φ1 = φ2；
14、作为优选，所述的第一、第二三倍频器均用于生成太赫兹频段的qpsk信号；
15、作为优选，所述的相位控制电路用于调控输出信号output 1的相位，使其满足φ1= φ2；所述的第一功率放大器pa1用于调控输出信号output 2的幅值，使其满足a1 = a2/2。
16、第二方面，本专利技术还提供了太赫兹高阶qam直接调制方法，包括以下步骤：
17、利用由所述的依次串联连接的相位控制电路、第一正交调制器、增益可调的第一功率放大器pa1、第一三倍频器组成的第一支路生成符号间距为2d的太赫兹qpsk信号，记为qpsk1_t；
18、利用由所述的依次串联连接的第二正交调制器、第二功率放大器pa2、第二三倍频器组成的第二支路生成符号间距为4d的太赫兹qpsk信号，记为qpsk2_t；
19、qpsk2_t信号用于将原点（0，0）映射到位于（-2d，-2d）、（-2d、+2d）、（2d、-2d）和（2d，2d）的四个新原点，而 qpsk1_t 则负责在每个新原点周围产生四个新的随机符号；
20、利用所述的线性功率合成器将qpsk1_t与qpsk2_t进行矢量合成，进而构建16-qam调制信号。
21、作为优选，所述的第一支路和第二支路中第一三倍频器、第二三倍频器具体实现过程如下：
22、假设t时刻输入信号为v1(t)，其表达如下：
23、（1）
24、其中vi(t)和vq(t)分别为t时刻输入信号在复平面上实轴和虚轴的对应分量，fc为输入信号的频率，re表示取实部，j表示vi(t)和vq(t)有90度的相位差（即正交）；
25、记输出信号为v2(t)，其表达如下：
26、（2）
27、（3）
28、其中n为倍频次数；
29、对于qpsk调制信号而言，|vi(t)| = |vq(t)|，因此结合公式（2）与公式（3）可得：
30、（4）
31、从公式（4）中得到如下关系：奇数次倍频后的 qpsk信号星座图可视作以原点沿逆时针方向旋转90°的倍数，各符号的相对位置相比于倍频前依然保持不变；同时三次谐波在差分电路架构下为能量最强的高次谐波。
32、本专利技术具有以下优点和有益效果：
33、（1）由于三倍频器的存在，本专利技术架构下的功放仅需要工作在较低的频段，无需直接工作在太赫兹频段，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本的太赫兹高阶QAM直接调制发射机，其特征在于包括并行设置的第一支路、第二支路，以及线性功率合成器；
2.根据权利要求1所述一种低成本的太赫兹高阶QAM直接调制发射机，其特征在于，所述的第一三倍频器的输出信号记作Output 1，所述的第二三倍频器的输出信号记作Output2，Output 1、Output 2均为中心频率在太赫兹频段的QPSK信号；将Output 1、Output 2的幅值和相位分别记作A1、A2以及Φ1、Φ2，它们之间满足条件A1 = A2/2 和Φ1 = Φ2。
3.根据权利要求2所述一种低成本的太赫兹高阶QAM直接调制发射机，其特征在于，所述的相位控制电路用于调控输出信号Output 1的相位，使其满足Φ1 = Φ2；所述的第一功率放大器PA1用于调控输出信号Output 2的幅值，使其满足A1 = A2/2。
4.基于权利要求1-3任一项所述发射机的太赫兹高阶QAM直接调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.基于权利要求4所述方法，其特征在于，所述的第一支路和第二支路中第一三倍频器、第二三倍频
...【技术特征摘要】
1.一种低成本的太赫兹高阶qam直接调制发射机，其特征在于包括并行设置的第一支路、第二支路，以及线性功率合成器；
2.根据权利要求1所述一种低成本的太赫兹高阶qam直接调制发射机，其特征在于，所述的第一三倍频器的输出信号记作output 1，所述的第二三倍频器的输出信号记作output2，output 1、output 2均为中心频率在太赫兹频段的qpsk信号；将output 1、output 2的幅值和相位分别记作a1、a2以及φ1、φ2，它们之间满足条件a1 = a2/2 和φ1 = φ...
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