一种数字多波束合成芯片

1.一种数字多波束合成芯片，其特征在于，所述数字多波束合成芯片包括接收多波束合成链路、发射多波束合成链路、菊花链SerDes高速接口和频率综合器；所述接收多波束合成链路用于连接子阵列天线单元和射频接收链路，将通过子阵列天线单元和射频接收链路的放大和下变频的接收信号送至多路正交/同向ADC，每路ADC经过同步采样后输出至多个数字波束合成模块；将每路对应的多个数字波束合成模块的输出进行组合累加，得到多个接收波束；所述菊花链SerDes高速接口用于对接收波束进行并/串转换并输出至下一级数字多波束合成芯片或者基带处理模块中，并接收上一级数字多波束合成芯片的波束信号进行串/并转换并与对应的接收波束进行累加输出实现SerDes接口的菊花链功能；所述发射多波束合成链路用于接收来自上一级数字多波束合成芯片或者基带处理模块的波束信号通过菊花链SerDes高速接口的解串器进行串/并转换，每个并行支路代表一路波束信号，每路波束信号分别送至多个数字波束合成模块中，分别对每路波束信号对应的多个数字波束合成模块的输出与其他波束对应的多个数字波束合成模块的输出进行组合累加，形成多个发射波束后通过多路正交/同向ADC送至射频发射链路，经过射频发射链路的上变频和功率放大，输出至对应的子阵列天线单元；所述频率综合器具备输出时钟同步功能以确保多芯片扩展后的采样时钟同步性；所述接收多波束合成链路包括多路正交/同向ADC、直接数字频率综合器、数字下变频器、抽取滤波器、数字波束合成模块、延迟模块和均衡滤波器；所述均衡滤波器包括接收链路I/Q失配校准模块和多通道接收链路幅相失配校准模块；所述延迟模块用于补偿多级数字多波束合成芯片级联过程中同一波束信号的时间差异，其中，在接收多波束合成链路中的时间差异为T D,k ＝kT D,det ，k为数字多波束合成芯片在菊花链中的节点号，若连接数字基带处理模块的数字多波束合成芯片的节点号为1，根据菊花链的串行延申依次加1，T D,det 为菊花链SerDes高速接口的确定性延迟；所述数字波束合成模块包括高精度TTD模块和数字增益/相位补偿模块；高精度TTD模块包括由移位寄存器实现的整数延迟模块和Farrow滤波器实现的小数延迟模块，主要用于提供宽带信号的时间延迟；数字增益/相位补偿模块可由复数域乘法器进行实现，主要用于调整宽带信号的幅度和载波信号的相位。 2.根据权利要求1所述的数字多波束合成芯片，其特征在于，所述发射多波束合成链路包括预均衡滤波器、内插滤波器、数字波束合成模块、数字上变频器、直接数字频率综合器、延迟模块和ADC；所述预均衡滤波器包括发射链路I/Q失配校准模块、多通道发射链路幅相失配校准模块和功率放大器数字预失真模块；所述延迟模块用于补偿多级数字多波束合成芯片级联过程中同一波束信号的时间差异，其中，在发射多波束合成链路中的时间差异为T D,k ＝(p-k)T D,det ，k为数字多波束合成芯片在菊花链中的节点号，若连接数字基带处理模块的数字多波束合成芯片的节点号为1，根据菊花链的串行延申依次加1，p为菊花链中连接的数字多波束合成芯片的数量，T D,det 为菊花链SerDes高速接口的确定性延迟；所述数字波束合成模块包括高精度TTD模块和数字增益/相位补偿模块；高精度TTD模块包括由移位寄存器实现的整数延迟模块和Farrow滤波器实现的小数延迟模块，主要用于提供宽带信号的时间延迟；数字增益/相位补偿模块可由复数域乘法器进行实现，主要用于调整宽带信号的幅度和载波信号的相位。 3.根据权利要求1所述的数字多波束合成芯片，其特征在于，所述菊花链式SerDes高速接口包括业务数据SerDes高速接口和控制数据SerDes高速接口；所述业务数据SerDes高速接口主要负责多波束合成数据的传输；所述控制数据SerDes高速接口主要负责芯片配置数据的传输。 4.一种基于权利要求1至3任意一项所述的数字多波束合成芯片的数字相控阵系统失配校准方法，其特征在于，所述方法包括：数字多波束合成芯片通过菊花链SerDes接口进行串行扩展连接形成规模数字相控阵系统后，采用串行校准的方式依次对数字相控阵系统中的多通道幅相失配进行补偿，包括远场校准和现场校准，得到补偿时域响应；根据所述补偿时域响应配置数字多波束合成芯片中均衡滤波器/预均衡滤波器已有抽头系数后对多通道幅相失配进行补偿完成多通道幅相失配校准；数字多波束合成芯片通过菊花链SerDes接口进行串行扩展连接形成规模数字相控阵系统后，对射频收发链路本身的正交失配进行远场校准后采用与多通道幅相失配校准相同的方式进行近场互耦合校准完成I/Q失配校准；所述射频收发链路包括射频接收前端和ADC、射频发射前端和数模转换器DAC；对数字多波束合成芯片中每一个发射链路，任意选取一个接收链路作为观察接收链路，将接收信号反馈至数字预失真估计模型中估计出功率放大器数字预失真参数并写入非易失存储器中完成功率放大器数字预失真。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用串行校准的方式依次对数字相控阵系统中的多通道幅相失配进行补偿，包括远场校准和现场校准，得到补偿时域响应，包括：对接收链路进行远场校准，从数字相控阵系统中相对于基带处理模块最远的数字多波束合成芯片进行校准，令最远端数字多波束合成芯片的解串器的接收输入端为零，并通过菊花链式SerDes高速接口配置MUX模块选通接收链路，并确保每一个天线阵元连接的接收链路均能经过菊花链式SerDes高速接口输出至基带信号处理模块；基带处理模块配置成校准模式，将接收链路的输出信号依次送入FFT模块进行频域估计产生相应幅相谱并进行记录，任意选择一路收/发连接作为参考支路，其他收/发连接作为计算补偿支路，两者的商即为其他连接支路的频域补偿幅相谱；对频域补偿幅相谱进行IFFT，得到时域补偿冲击响应，将所述时域补偿冲击响应反馈至对应接收链路的均衡补偿寄存器中即可对多通道接收链路进行相对性幅相失配补偿，并通过菊花链SerDes接口进行均衡滤波器系数配置。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对发射链路进行远场校准，以天线阵元为单位进行串行校准，从相对于基带处理模块最近的数字多波束合成芯片逐渐向最远的数字多波束合成芯片进行校准，基带信号处理模块通过DDS产生全频段覆盖的多音信号，并将多音信号送入第一并行通道中，其余并行通道数据为0，经过SerDes模块后发送至最近端数字多波束合成芯片，数字多波束合成芯片通过解串器的接收端口接收来自基带信号处理模块的发射基带信号；令最近的数字多波束合成芯片中的MUX模块依次选通与天线阵元对应的各信号链路，并通过发射链路经天线阵元发送至远场校准天线，分别对远场校准天线接收到的多音信号与发射基带信号进行FFT处理，给出对应频率下的幅相误差补偿系数，经过IFFT后得到补偿均衡滤波器的时域系数，并通过菊花链SerDes接口写入非易失存储器中。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤1：完成远场校准后，切换至天线阵互耦合校准，天线阵元依次发送相同多音信号，基带信号处理模块记录下相应接收链路的频域幅相值，并通过菊花链SerDes接口写入非易失存储器中；步骤2：对相控阵天线进行现场校准，假设发射单元为T 1 ～T M ，接收单元为R 1 ～R N ，在完成远场出厂校准后，记录的互耦合矩阵为C，C为M×N矩阵，内部矩阵元素为c mn (t)，表示第m个发射阵元T m 与第n个接收阵元R n 之间的传输函数；步骤3：记录需要校准时的传输函数矩阵C’，对矩阵C和C’内部的各元素分别进行傅里叶变换转换至频域，变换后矩阵记为FC和FC’，对两个矩阵按元素相除后的矩阵为E，E＝FC’/FC，E内部的元素ec mn (f)表示为第m个发射阵元T m 对应的发射链路的频域传输函数变化量ΔT m (f)与第n个接收阵元R n 对应的接收链路的频域传输函数变化量ΔR n (f)之间的乘积；步骤4：对矩阵E中的元素进行复对数变换，将矩阵E中各元素的频域传输函数变化量分别进行ln操作，此时乘法操作变为加法操作，表示为ΔLT m (f)+ΔLR n (f)，其中ΔLT m (f)＝ln(ΔT m (f))，ΔLR n (f)＝ln(ΔR n (f))；步骤5：根据步骤4中的矩阵构造超定矩阵方程Ax＝b；采用最小二乘法确定矩阵x＝(A T A) -1 A T b；步骤6：对步骤5中得到的矩阵x中的各元素进行复指数操作，并对各元素进行傅里叶反变换得到时域补偿响应。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据步骤4中的矩阵构造超定矩阵方程Ax＝b，包括：x为(M+N)×1矩阵，前M个元素为M个发射阵元的频域传输函数变化量，后N个元素为N个接收阵元的频域传输函数变化量；b为P×1矩阵，P＝M×N为矩阵E中的元素数量，b中的元素为矩阵E中的元素依次按照行列的顺序展开形成的。 9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对射频收发链路本身的正交失配进行远场校准，包括:在远场校准阶段，对于接收链路的I/Q失配校准，所有的天线阵元同时接收来自发射源的射频信号，并通过接收链路分别送入对应的数字多波束合成芯片中，数字多波束合成芯片内部集成I/Q失配自适应校准算法，依次对数字多波束合成芯片每个接收链路的正交失配进行校准，并将校准值分别写入非易失存储器中；对于发射链路的I/Q失配校准，基带信号处理模块采用与发射链路多通道幅相失配校准相同的方式依次通过发射链路向远场接收天线发送射频信号，远场接收天线接收信号后，依次估计接收信号的正交失配参数，并通过SerDes菊花链接口依次写入数字多波束合成芯片的非易失存储器中。