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随着无线通信技术的快速发展,IMT-2020(5G)通信技术已成为全球性研究的热点。在未来5G移动通信中,将会使用的更多的频谱资源,包括sub-1 GHz、LTE频段、3.5 GHz频段、4.9 GHz频段以及毫米波的28 GHz频段和39 GHz频段等等。出现了低延时、高速率,高数据量、高用户接入数量等一系列新的通信场景或需求,也进一步使得未来5G通信系统变得更加复杂化。面向5G移动通信的多标准宽带技术应用,针对目前频谱拥挤问题以及高宽带需求,频域和空域抗干扰芯片技术是目前国际上的研究热点。本文主要以宽带自干扰抑制收发机芯片及宽带波束成形相控阵收发机芯片技术为研究对象,对其中的关键技术、模块及设计思想和方法进行了深入探讨分析,并完成收发机系统芯片验证和测试。一、在频域抗干扰技术方面:(1)本文提出了一种基于频率选择并联-串联负反馈技术的自干扰抑制收发机新结构,能够实现对临近信道干扰抑制。分析了具体芯片电路实现架构,根据系统架构对其中关键技术、模块及收发机系统芯片进行了研究。其中,提出的一款嵌入源极退化网络(SDN)的干扰抑制低噪声放大器,在实现较高干扰抑制的同时不会引入额外的噪声和功耗。该低噪声放大器采用CMOS工艺流片,能够实现>16.5 dB的干扰抑制能力,-7.5 dBm的干扰信号承受能力,在0 dBm干扰信号下,噪声系数仅为3.6 dB。相关技术已经申请发明专利。采用CMOS工艺设计了一款0~60dB增益调节范围、1 dB增益步进、带宽高达250 MHz的可编程增益放大器(PGA),具有较高的线性度、较低的功耗和芯片面积。相关工作已发表在2015 ISPACS国际会议。提出的一款基于双输入全差分OPA的Sallen-Key LPF,打破了传统宽带滤波器在噪声、线性度、插入损耗以及滚降系数之间的折中,能够实现75~150 MHz带宽可调以及>40 dBc的邻道抑制。提出的一种以电流镜作为跨导级的直流失调消除电路,能够避免静态电流及对PGA的共模点的影响。相关技术已经申请中国发明专利并授权。研究了发射机关键模块,并重点针对输出功率调节、线性度及发射机泄露的干扰信号抑制等方面做了优化设计。研究了频率综合器中的VCO,分频器及自动频率校准(AFC)等模块,提出了自适应环路带宽控制(ALBC)技术,用来加速锁定。频率综合器采用CMOS工艺流片并测试,13 GHz处相噪达到-112.5 dBc/Hz@1 MHz。相关工作已发表在国际期刊IEICE Trans.on Electronics上。(2)在上述关键技术和模块的基础上,根据所提自干扰抑制收发机架构,采用CMOS工艺,设计并实现所提出的新型宽带自干扰抑制收发机芯片。测试结果表明,该芯片中接收机的噪声系数为3 dB,带外IIP3为+17.5 dBm。接收机和发射机在160 MHz调制带宽OFDM 256 QAM下的EVM分别能够达到2.02%和2.72%。在自干扰抑制模式下,blocker P1dB为-8 dBm,在0 dBm干扰下噪声系数仅恶化2.1 dB为5.1 dB。在-15 dBm 80 MHz带宽300 MHz频偏处的自干扰存在的情况下,接收-40 dBm 160 MHz带宽256 QAM的有用信号,接收的EVM仍能达到2.98%。相关工作已发表在国际核心期刊IEEE Trans.on Microw.Theory and Techn.(TMTT)上。二、在空域抗干扰技术方面:(1)本文研究并提出了能够覆盖5G移动通信首选商用候选频段(3~5 GHz)的高精度、低相位误差宽带波束成形相控阵收发机芯片技术。分析了相控阵收发机架构、分析了单通道接收机、发射机及频率综合器结构。根据系统架构对其中关键技术、模块及收发机系统芯片进行了研究。其中,提出的可重构正交产生电路结构及可编程增益级的最优化设计方法,降低了6-bit矢量合成移相器的RMS相位误差和增益误差,提高了频率覆盖范围。该移相器采用65-nm CMOS工艺流片验证,在2.4~6 GHz频率范围内,RMS相位误差小于2°,RMS增益误差小于0.75 dB。相关工作已发表在国际核心期刊Microwave and Optical Technology Letters上。基于共源共栅噪声抵消结构,研究并设计了一款无电感宽带低噪声放大器,将相关技术扩展到本文需要的更高频段。该低噪声放大器采用65-nm CMOS流片,工作频率覆盖2~5 GHz,具有较好的噪声、线性度、功耗及芯片面积等方面综合性能。相关工作已发表在国际期刊IEICE Trans.on Fund.Electron.Commun.Comput.Sci.上。提出的一种无电感宽带双转单电路结构,大大减小了芯片面积,具有更好的双转单增益误差及相位误差特性。设计了无片上电感功率放大电路,同上述双转单电路一起采用65-nm CMOS流片验证,测试结果表明,从0.1 GHz至6 GHz,双转单增益误差小于±0.2 dB,相位误差小于±1°,功率放大电路输出功率达10.8 dBm。相关技术已经申请中国发明专利。(2)在上述关键技术和模块的基础上,根据波束成形相控阵收发机架构,设计实现了带有射频移相功能的接收机和发射机芯片,采用65-nm CMOS工艺流片。测试结果表明,接收机、发射机芯片均具有很宽的工作频率范围,能够覆盖5G移动通信商用频段(如3.5 GHz Band、4.9 GHz Band),具有较高的移相精度、较大的增益调节范围,较大的中频带宽。