預失真射頻放大器的線性化方法
2023-09-12 14:33:00 1
專利名稱：預失真射頻放大器的線性化方法
預失真射頻放大器的線性化方法
技術領域：
本發明涉及現代移動通信系統中功率放大器的線性化技術領域，尤其涉 及一種預失真射頻放大器的線性化方法。
技術背景
長期以來，用於通信系統中的功率放大器的效率提高技術和線性化技術 是業界研究的熱點。
現代無線通信系統由於採用了各種非恆定包絡的調製方式(如QPSK, QAM, OFDM等)，極大地提高了頻率資源的利用率，無線環境下的傳輸速 率隨著設備的更新換代(2G, 2.5G, 3G， 4G， LTE)快速增長，在系統中下 行鏈路均需要高效率、高線性、多載波的功率放大器進行放大以滿足基站(遠 程射頻單元RRU、直放站、室內覆蓋系統等)設備的覆蓋要求。
公知的，功率放大器的線性化技術按不同的技術架構分為前饋、反饋和 預失真等幾種，預失真技術又分為模擬預失真和數字預失真，模擬預失真是 指在射頻域利用模擬電路產生失真信號，數字預失真是指在基帶信號的數字 域的基礎上產生預失真信號並上變頻到射頻域。
由於調製技術的非恆定包絡信號將使功率放大器產生較大的非線性特 徵，常規採用前饋(FF)技術架構的多載波功率放大器，雖然具有對消性能 優良、工作帶寬寬、可以多制式共容等特點，但是，由於技術複雜度高、效 率低、成本高等因素制約了其發展。
包絡跟蹤等模擬預失真技術由於受到工作帶寬窄、對消效果差等因素的 影響，不能工作在多載波的情況下。
數字預失真技術是一種較有前途的線性化技術，具有工作效率高和適中 的對消的特點、但是由於受到人們對半導體器件的非線性表徵特性的認識的 限制和A/D、 D/A、 DSP等工作速率的限制，工作帶寬受限，其應用受到了 一定的限制。另外，無論從理論還是實踐的角度，國內外涉及數字預失真技術的專利文獻均揭示，現有技術中產生數字預失真信號的複雜度較高，而且 未能自適應調整適應不同的電氣環境，因此未能達到較好的線性化技術效果。
發明內容
本發明的目的就是要克服上述不足，提供一種預失真射頻放大器的線性 化方法，實現較高的工作帶寬和工作效率，並且能適合應用於不同的工作環境。
為實現該目的，本發明採用如下技術方案
本發明一種預失真射頻放大器的線性化方法，利用在射頻域產生的預失 真信號提高放大器的線性化程度，存在用於對初始載波信號進行功率放大的 第一鏈路和用於產生並處理預失真信號的第二鏈路第一鏈路首先將初始載 波信號進行功率放大，然後將包含了已產生交調信號的放大後信號與第二鏈 路的放大後預失真信號合路，輸出合路後信號；第二鏈路首先耦合初始載波 信號和所述合路後信號，經合路產生預失真信號，該預失真信號包含了初始 載波信號和所述交調信號，將該預失真信號進行與第一鏈路等效的功率放大；
且存在如下步驟將第一鏈路的放大後信號和第二鏈路的放大後預失真 信號合路對消交調信號，輸出高線性化合路後信號，完成對初始載波信號的 功率放大過程。
所述第一鏈路中對初始載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的 放大採用完全相同的方式。
所述第一鏈路中對載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放大 的具體方式包括將需放大的信號進行至少兩級功率;^文大的步驟。
所述第一鏈路中對載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放大 的具體方式還包括將需放大的信號進行微量衰減以校正信號強度的步驟。
所述第一鏈路中對載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放大 的具體方式還包括將需放大的信號進行微量調相以校正信號相位的步驟。
在第二鏈路中完成放大後的預失真信號，其中所包含的載波信號與其中 所包含的交調信號在相位上相差180度，而與第一鏈路中放大後信號在相位 上相差90度，採用正交電橋將第 一鏈路放大後的原始放大信號與第二鏈路放大後的預失真信號合路，獲得對消了交調信號的高線性化合路後信號。
所述第二鏈路中，產生所述預失真信號的具體包括 耦合初始載波信號和所述合路後信號；
所述耦合而得的初始載波信號經延遲後被分成兩路輸出，第一分路初始 載波信號與所述耦合而得的合路後信號再行合路對消彼此的載波信號後，獲 得所述第 一鏈路中產生的交調信號，該交調信號經與第二分路初始載波信號 再行合路後生成所述預失真信號。
所述耦合而得的初始載波信號的延遲時長為第一鏈路中，初始載波信號 從被耦合參與產生預失真信號的節點起，至與所述第二鏈路合路後被再度耦 合參與產生預失真信號的節點止，所花費的時間。
所述第 一 分路初始載波信號與所述合路後信號合路對消後獲得的交調 信號在與第二分路初始載波信號合路前有被微量衰減以校正信號強度的步 驟。
所述第 一 分路初始載波信號與所述合路後信號合路對消後獲得的交調 信號在與第二分路初始載波信號合路前有被微量調整時延的步驟。
所述第二分路初始載波信號在與由第一分路初始載波信號和所述合路 後信號合路對消後產生的交調信號合路前有被微量衰減以校正信號強度的步 驟。
所述第二分路初始載波信號在與由第 一分路初始載波信號和所述合路 後信號合路對消後產生的交調信號合路前有被微量調相以校正相位的步驟。
與現有的技術相比較，本發明的優點主要表現在三個方面
首先，與傳統的前饋型架構的線性多載波功率放大器比較，可以省去誤 差放大器，使系統的效率得到了極大的提高；
其次，在對消效果和工作即時(瞬時)帶寬方面幾乎可以達到前饋架構 的水平，在2100MHz頻段，可以在60MHz的即時工作帶寬下產生20dBc的 對消效果，在800 MHz頻段，可以在25MHz的即時工作帶寬下產生20dBc 的對消效果；
最後，由於該線性化技術實在射射頻域形成，與目前較為熱點的數字預 失真技術比較，有比較寬的即時工作帶寬和較為靈活的應用形式，在效率方 面，由於一般的數字預失真技術均結合CFR (削峰)技術的應用，如果本發 明運行與等同的PAR(峰均比)的情況下，可以取得與數字預失真技術媲美的工作效率。同時，與上述兩項技術比較，本技術架構有較為明顯的成本優 勢和較低的技術複雜度。
圖1為一種預失真射頻放大器的原理框圖； 圖2為圖1中預失真單元的原理框圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明
請參閱圖1,其揭示了根據預失真射頻放大器的線性化方法所實現的預 失真射頻放大器，該種預失真射頻放大器可直接用於移動通信直放站(未圖 示)中，接入直放站的上行鏈路和/或下行鏈路，對在射頻域的上行信號和/ 或下行信號進行功率放大，全程處理均在射頻域完全，無需數位化處理。
圖1中，箭頭RFin所指示的方向為射頻初始載波信號的輸入方向，箭 頭RFout則指示該射頻初始載波信號經兩個鏈路處理後的輸出方向。
預失真射頻放大器中，朝RFin指示的方向，初始載波信號首先在衰減 器11處被微調以校正其信號強度，然後輸出至一功率放大器12,其採用A 類放大器對該初始載波信號進行預放大，然後在第一耦合器21處分成兩路信 號進入兩個射頻鏈路進行分別處理。
第一鏈路為直通鏈路，在該鏈路中，初始載波信號首先流經衰減器31 進行信號強度微量調節，然後經移相器32進行微量移相(本發明所指移相器 雖可採用固定調節量的固定移相器，但較佳地可採用電調移相器，下同)，再 經一 A類放大器33進行預放大，最後經連續兩級功率放大器34和35進行 功率放大處理，成為放大後信號輸出，該放大後信號已經包含了初始載波信 號和初始載波信號在鏈路中形成的交調信號，成為一種混合信號。所述的兩 級功率放大器34和35採用AB類功率放大器。由衰減器31、移相器32、 A 類放大器33、兩級功率放大器34和35共同組成第一功放裝置，其對信號的 處理過程將對稱地應用在下述的第二鏈路中。
放大後信號進一步與下述第二鏈路中產生的放大後預失真信號在第一正 交電橋5中進行合路，形成合路後信號經環行器3朝RFout方向輸出。
在第一鏈路中，由於各電子器件不同的特性，會使合路後信號生成交調信號，也即失真信號，從而使合路後信號中噪聲比例較高，這些交調信號的 處理可由第二鏈路配合予以解決。
第二鏈路中，首先，由所述第一耦合器21耦合所述初始載波信號，由第 二耦合器22耦合所述第一正交電橋5輸出的合路後信號，兩路載波信號在預 失真單元6處進行合路處理，形成包含了所述交調信號和初始載波信號混合 而成的預失真信號，與所述第二耦合器22獲得的合路後信號相比較，預失真 信號的強度已被衰減，且其相位、時延等也均已被校正。
預失真信號產生後，輸出至第二功放裝置，第二功放裝置與所述第一鏈 路中的第一功放裝置完全對稱，對預失真信號進行等效於上述笫一功放裝置 的放大，為此，第二功放裝置採用與第一功放裝置完全相同的電子器件結構， 按預失真信號傳輸的路徑包括依次電性連接的衰減器41、移相器42、 A類放 大器43、兩級功率放大器44和45。經過第二功放裝置的等效放大後，形成 放大後預失真信號。
由於在預失真單元6和第二功放裝置的各種電子器件的處理過程中，可 對其所包含的載波信號和交調信號的相位進行調整，因而，令預失真信號所 包含的載波信號與所包含的交調信號在相位上相差180度，令預失真信號所 包含的載波信號與第一鏈路中放大後信號在相位上相差90度，由於第一鏈路 的放大後信號中所包含的載波信號與其所包含的交調信號同相，所以，第一 鏈路的放大後信號所包含的載波信號與第二鏈路的預失真信號所包含的載波 信號，在經所述第一正交電橋5進行合路的過程中相互疊加，而第一鏈路的 放大後信號所包含的交調信號與第二鏈路的預失真信號所包含的交調信號由 於在合路過程中，兩者在相位上相差180度，而幅度相等，因此會相互抵消， 此時，經第一正交電橋5輸出後的合路後信號為高線性化的合路後信號，達 到對射頻域的初始載波信號進行高線性化功率放大的目的，經所述第一鏈路 中的環行器112即可直接接回通信鏈路如直放站的上、下行鏈路中。
所述預失真單元6內部對初始載波信號和合路後信號的處理關係到預失 真信號的正確產生，因而直接影響本發明預失真射頻放大器的性能。
請結合圖1和圖2，圖2為圖1中利用預失真信號產生方法所實現的預 失真單元6的原理框圖，其中箭頭RFc所指示的方向為由第一耦合器21獲 得的初始載波信號進入的方向，而箭頭RFc+i則表示第二耦合器22從第一 正交電橋5 (參閱圖1)獲得的合路後信號輸入的方向。上並不同步，設第一
耦合器21在TO時刻獲得初始載波信號並輸入預失真單元6,而第二耦合器 22所獲得的合路後信號則是由第 一鏈路對初始載波信號進行處理後獲得的， 存在時間消耗Tp,則此處的合路後信號輸入時的時刻為Tl =T0+Tp,也即， TO和Tl存在間隔為Tp的時差。為了使初始載波信號和合路後信號在此處 實現同步，故可先通過一延時器611對初始載波信號進行延時Tp處理，繼 而，利用衰減器612對延時後的初始載波信號進行強度上的適度調整。
同理，所述合路後信號進入預失真單元6後也利用衰減器641進行適度 強度調整。
初始載波信號在預失真單元6上經過上述處理後，進入第二正交電橋652 進行分路。第一分路的初始載波信號與衰減後的合路後信號經過第三正交電 橋653進行合路，合路過程中，所述來自第二耦合器22的合路後信號所包含 的載波信號與來自第二正交電橋652的載波信號在相位上相差180度且在幅 度上相等而相互對消，僅餘下交調信號經第三正交電橋653輸出。
第三正交電橋653輸出的信號相繼經一衰減器681進行強度調整和經一 延時器682進行時間微調後，輸出至第四正交電橋654。由所述衰減器681 和延時器682組成第一整調裝置。
而第二正交電橋652分離出的第二分路的初始載波信號則相繼經功放大 器(採用A類放大器)621進行預放大後，經自動控制電調衰減器622進行 信號強度調整，再經移相器623進行相位微調後輸出至所述第四正交電橋 654。其中，自動控制電調衰減器622採用一檢波器6220進行檢測。由功率 放大器621、自動控制電調衰減器622、檢波器6220以及移相器623共同組 成第二調整裝置
所述第四正交電橋654,將來自第二分路的初始載波信號和來自第一分 路的交調信號進行合路，使兩者在相位上相差180度，如此便形成所述預失 真信號。
本發明所述的第一、第二、第三及第四正交電橋均採用90度3db電橋。 本發明的預失真單元具有如下特點
1、 利用初始載波信號和反饋的合路後信號產生預失真信號，預失真信號 中即包含了載波信號又包含了交調信號(即失真信號)；
2、 交調信號和載波信號的比例可以通過調整自動控制電調衰減器622、電調移相器623的控制端，根據功率放大器的輸出情況如線性指標、對消情 況等進行自適應調整，以保證在不同的外界情況下達到優良的性能；
3、 具有ALC功能(ALC, Automatic Level Control自動電平控制)，通 過檢波器6220對載波信號進行檢測自動控制電調衰減器622實現；
4、 在保證功率放大器較好性能的條件下，增益恆定。 本發明預失真射頻放大器具有如下特點
1、 利用兩路完全對稱的射頻放大鏈路分別放大載波信號和含有載波信號 與交調信號的預失真信號；
2、 交調信號的產生來自於放大後信號的所屬的第一鏈路，通過所述預失 真單元後形成包含了交調信號和載波信號的預失真信號；
3、 產生對消和載波信號的合成是通過第一正交電橋5完成的，在信號的 合成過程中，該交調信號不但要對第一鏈路中產生的放大後信號所包含的交 調信號產生預失真，並且在反饋後二次合路的過程中，對消了第一鏈路的放 大後信號所包含的交調信號，使放大器能夠輸出線性的多載波信號；
4、 可以利用兩個對稱的功;改裝置的衰減器和移相器，對由於放大器需求 的動態範圍、工作溫度變化等因素造成的線性指標的惡化情況進行自適應調 整保證相關的性能指標；
5、 本體系架構具有AGC (自動增益控制)功能，在維持最優的對消性 能的情況下，放大器的增益在任何情況下保持恆定。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不僅僅受 上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改 變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的 保護範圍之內。
權利要求
1、一種預失真射頻放大器的線性化方法，利用在射頻域產生的預失真信號提高放大器的線性化程度，其特徵在於存在用於對初始載波信號進行功率放大的第一鏈路和用於產生並處理預失真信號的第二鏈路第一鏈路首先將初始載波信號進行功率放大，然後將包含了已產生交調信號的放大後信號與第二鏈路的放大後預失真信號合路，輸出合路後信號；第二鏈路首先耦合初始載波信號和所述合路後信號，經合路產生預失真信號，該預失真信號包含了初始載波信號和所述交調信號，將該預失真信號進行與第一鏈路等效的功率放大；存在如下步驟將第一鏈路的放大後信號和第二鏈路的放大後預失真信號合路對消交調信號，輸出高線性化合路後信號，完成對初始載波信號的功率放大過程。
2、 根據權利要求1所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第一鏈路中對初始載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放 大採用完全相同的方式。
3、 根據權利要求2所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第一鏈路中對載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放大的具 體方式包括將需放大的信號進行至少兩級功率放大的步驟。
4、 根據權利要求3所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第一鏈路中對載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放大的 具體方式還包括將需放大的信號進行微量衰減以校正信號強度的步驟。
5、 根據權利要求3所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第一鏈路中對載波信號的放大和第二鏈路中對預失真信號的放大的 具體方式還包括將需放大的信號進行微量調相以校正信號相位的步驟。
6、 根據權利要求1至5中任意一項所述的預失真射頻放大器的線性化 方法，其特徵在於在第二鏈路中完成放大後的預失真信號，其中所包含的 載波信號與其中所包含的交調信號在相位上相差180度，而與第一鏈路中放 大後信號在相位上相差卯度，採用正交電橋將第 一鏈路放大後的原始放大信 號與第二鏈路放大後的預失真信號合路，獲得對消了交調信號的高線性化合 路後信號。
7、 根據權利要求6所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第二鏈路中，產生所述預失真信號的具體包括耦合初始載波信號和所述合路後信號；所述耦合而得的初始載波信號經延遲後被分成兩路輸出，第一分路初始 載波信號與所述耦合而得的合路後信號再行合路對消彼此的載波信號後，獲 得所述第一鏈路中產生的交調信號，該交調信號經與第二分路初始載波信號 再行合路後生成所述預失真信號。
8、 根據權利要求7所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述耦合而得的初始載波信號的延遲時長為第一鏈路中，初始載波信號 從被耦合參與產生預失真信號的節點起，至與所述第二鏈路合路後被再度耦 合參與產生預失真信號的節點止，所花費的時間。
9、 根據權利要求8所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第一分路初始載波信號與所述合路後信號合路對消後獲得的交調信 號在與第二分路初始載波信號合路前有被微量衰減以校正信號強度的步驟。
10、 根據權利要求9所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第 一分路初始載波信號與所述合路後信號合路對消後獲得的交調信 號在與第二分路初始載波信號合路前有被微量調整時延的步驟。
11、 根據權利要求7所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵在 於所述第二分路初始載波信號在與由第 一 分路初始載波信號和所述合路後信號合路對消後產生的交調信號合路前有被微量衰減以校正信號強度的步驟。
12、根據權利要求11所述的預失真射頻放大器的線性化方法，其特徵 在於所述第二分路初始載波信號在與由第一分路初始載波信號和所述合路 後信號合路對消後產生的交調信號合路前有被微量調相以校正相位的步驟。
全文摘要
本發明公開一種預失真射頻放大器的線性化方法，利用在射頻域產生的預失真信號提高放大器的線性化程度，存在兩個鏈路第一鏈路將初始載波信號進行功率放大，然後將放大後信號與第二鏈路的放大後預失真信號合路，輸出合路後信號；第二鏈路首先耦合初始載波信號和所述合路後信號，經合路產生預失真信號，該預失真信號包含了初始載波信號和交調信號，將預失真信號進行與第一鏈路等效的功率放大；存在如下步驟將第一鏈路的放大後信號和第二鏈路的放大後預失真信號合路對消交調信號，輸出高線性化合路後信號，完成對初始載波信號的功率放大過程。本發明的方法可以實現較高的工作帶寬和工作效率，並且能適合應用於不同的工作環境。
文檔編號H03F1/32GK101594325SQ20081002832
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月27日 優先權日2008年5月27日
發明者平 張, 潘栓龍 申請人:京信通信系統(中國)有限公司