一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置和方法
2023-09-20 19:02:00 2
專利名稱：一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置和方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置和 方法。
背景技術：
目前移動通信在我國快速發展，信號的帶寬越來越寬，峰均比越來越高，為了提高 功率放大器的線性度和效率， 一是選擇合適的超線性半導體器件，設計出高性能的射頻 發射機，這種辦法花費巨大，並且技術難度很高；二是對整個發射通道進行功率回退， 使發射通道工作在線性區，這種方法大大降低了系統的工作效率；三是目前出現了很多 功率放大器的線性化技術，有前饋法、反饋法、預失真法和用非線性部件實現線性化 (LINC)等，前饋技術的效果最好，但電路複雜，效率比較低下，數字預失真技術目前 發展比較快，但是系統比較複雜，造價昂貴，掌握成熟技術的廠家不多。本發明介紹了 一種載波抵消法實現的射頻預失真功放。射頻預失真目前是利用二極體的非線性實現預 失真，這種方法實現帶寬比較有限，改善程度比較低。
發明內容
本發明的目的在於提供一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置和方法。 本發明提供的一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置，包括第一正交橋(102)、增
益放大器(103)、第二正交橋(104)、功率放大器(105)、失真器、可變增益放大器(110)、
第一移相器(111);
所述第一正交橋(102)用於將進入該裝置的射頻信號分成兩路，其中一路輸出至 增益放大器(103)，另一路輸出至失真器，這兩路信號幅度相等、相位相差90度； 所述增益放大器(103)用於對所接收的一路信號進行增益放大以獲得主鏈路信號; 所述失真器用於對所接收的另一路信號進行處理以獲得誤差信號，並將誤差信號輸
出至可變增益放大器(110);
所述可變增益放大器(110)用於線性放大誤差信號，並將放大後的誤差信號輸出 至第一移相器(111);
所述第一移相器(111)用於對放大後的誤差信號進行相位調整；所述第二正交橋(104)用於從所述增益放大器(103)接收主鏈路信號和從所述第 一移相器(111)接收誤差信號，並將主鏈路信號和誤差信號進行合成，合成後產生的 信號就是帶預失真的射頻信號；
所述功率放大器(105)用於從所述第二正交橋(104)接收帶預失真的射頻信號， 並對該帶預失真的射頻信號進行功率放大，然後從該裝置輸出。
如上所述裝置，其中，根據功率放大器(105)的輸出頻譜，能夠調整可變增益放 大器(110)的增益和第一移相器(111)的相位，以使得最後結果最優。
如上所述裝置，其中，所述失真器包括第三正交橋(106)、第一低線性放大器(107)、 第一衰減器(108)、第四正交橋(109)、第二衰減器(113)，第二低線性放大器(114)， 第二移相器(115);
所述第三正交橋(106)用於將失真器所接收的另一路射頻信號再分成兩路幅度相 等、相位相差90度的信號，其中一路輸出至第一低線性放大器(107)，另一路輸出至 第二衰減器(113);
所述第一低線性放大器(107)工作在非線性區，用於對接收的信號進行非線性失
真放大，然後輸出至第一衰減器(108);
所述第一衰減器(108)和第二衰減器(113)均用於對接收的信號進行衰減； 所述第二低線性放大器(114)工作在線性區，用於從第二衰減器(113)接收信號，
並對接收的信號進行線性放大，然後輸出至第二移相器(115);
所述第二移相器(115)用於對接收的信號進行相位調整；
所述第四正交橋(109)用於分別從所述第一衰減器(108)和所述第二移相器(115) 接收信號，並將接收的兩路信號進行合成，合成的信號載波已經抵消，只剩下誤差信號， 然後將誤差信號輸出至可變增益放大器(110)。
如上所述裝置，其中，所述第二移相器(115)能夠微調，以使得載波的抵消效果 更好。
如上所述裝置，其中，所述第一低線性放大器(107)和所述第二低線性放大器(114) 完全相同，所述第一衰減器(108)和所述第二衰減器(113)完全相同。
如上所述裝置，其中，該裝置還包括若干負載(101、 112、 116、 117)，分別連接 在第一正交橋(102)和第三正交橋(106)的輸入端、以及第二正交橋(104)和第四 正交橋(109)的輸出端；並且所述第一正交橋(102)、第二正交橋(104)、第三正交 橋(106)和第四正交橋(109)分別為3dB正交橋。本發明的一種載波抵消射頻預失真功放實現方法，包括以下步驟
步驟一、將接收的射頻信號分成兩路，其中一路輸出至增益放大器進行增益放大以
獲得主鏈路信號，另一路輸出至失真器，這兩路信號幅度相等、相位相差90度； 步驟二、失真器對所接收的另一路信號進行處理以獲得誤差信號； 步驟三、可變增益放大器對步驟二中獲得的誤差信號進行線性放大，然後第一移相
器對放大後的誤差信號進行相位調整；
步驟四、將步驟一中獲得的主鏈路信號和步驟三中獲得的誤差信號進行合成，合成
後產生的信號就是帶預失真的射頻信號；
步驟五、功率放大器對所述帶預失真的射頻信號進行功率放大，然後輸出。 如上所述方法，其中，還包括根據功率放大器的輸出頻譜，調整可變增益放大器
的增益和第一移相器的相位，以使得最後結果最優。
如上所述方法，其中，所述步驟二還包括以下步驟-
(1) 將失真器所接收的另一路射頻信號再分成兩路幅度相等、相位相差90度的信 號，其中一路輸出至第一低線性放大器，另一路輸出至第二衰減器；
(2) 所述第一低線性放大器工作在非線性區，其對接收的信號進行非線性失真放 大，然後輸出至第一衰減器；所述第二衰減器對接收的信號進行衰減，然後輸出至第二 低線性放大器；
(3) 所述第一衰減器對接收的信號進行衰減；所述第二低線性放大器工作在線性 區，其對接收的信號進行線性放大，然後輸出至第二移相器(115);
(4) 所述第二移相器對接收的信號進行相位調整；
(5) 將從所述第一衰減器接收的信號和從所述第二移相器接收的信號進行合成， 合成的信號載波已經抵消，只剩下誤差信號，然後將誤差信號輸出至可變增益放大器。
如上所述方法，其中，所述步驟二還包括微調第二移相器，以使得載波的抵消效 果最好。
本發明提供的載波抵消射頻預失真功放實現裝置和方法，解決了信號傳輸功率放大 器線性較差、效率低下等問題。本發明的方法主要在傳統載波抵消法的基礎上作了改進， 大大降低了調試難度和時間，可以實現對誤差信號的幅度和相位根據最後結果進行靈活 調整，使得預失真效果最優，該方法可用於各種系統的功放線性化，改善效果比較明顯。
圖l是載波抵消射頻預失真功放實現裝置的框圖； 圖2是沒有預失真的雙音互調測試結果； 圖3是有預失真的雙音互調測試結果； 圖4是沒有預失真的調製信號頻譜結果； 圖5是有預失真的調製信號頻譜結果。
具體實施例方式
下面結合
本發明的具體實施方式
。
如圖1所示，本發明一個實施例的載波抵消射頻預失真功放實現裝置包括3dB正交 橋102、增益放大器103、 3dB正交橋104、功率放大器105、失真器、可變增益放大器 110、移相器lll;所述3dB正交橋102用於將進入該裝置的射頻信號分成兩路，其中一 路輸出至增益放大器103，另一路輸出至失真器，這兩路信號幅度相等，相位相差90 度;所述增益放大器103用於對所接收的一路射頻信號進行增益放大以獲得主鏈路信號；
所述失真器用於對所接收的另一路射頻信號進行處理以獲得誤差信號，並將誤差信號輸 出至可變增益放大器110;所述可變增益放大器110用於線性放大誤差信號，並將放大 後的誤差信號輸出至移相器111;所述移相器111用於對放大後的誤差信號進行相位調 整;所述3dB正交橋104用於從所述增益放大器103接收主鏈路信號和從所述移相器111 接收誤差信號，並將主鏈路信號和誤差信號進行合成，合成後產生的信號就是帶預失真 的射頻信號;所述功率放大器105用於從所述3dB正交橋104接收帶預失真的射頻信號， 並對該帶預失真的射頻信號進行功率放大，然後從該裝置輸出。
所述裝置還包括負載101、 112、 116、 117，所述負載101連接至3dB正交橋102 的輸入端，所述負載112連接至3dB正交橋106的輸入端，所述負載116連接至3dB正 交橋109的輸出端，所述負載117連接至3dB正交橋104的輸出端。
所述失真器包括3dB正交橋106、低線性放大器107、衰減器108、 3dB正交橋109、 衰減器113，低線性放大器114，移相器115;所述3dB正交橋106用於將失真器所接收 的另一路射頻信號再分成兩路幅度相等、相位相差90度的信號，其中一路輸出至低線 性放大器107，另一路輸出至衰減器113;所述低線性放大器107工作在非線性區，用 於對接收的信號進行非線性失真放大，然後輸出至衰減器108;所述衰減器108和衰減 器U3均用於對接收的信號進行衰減；所述低線性放大器114工作在線性區，用於從衰減器113接收信號，並對接收的信號進行線性放大，然後輸出至移相器115;所述移相 器115用於對接收的信號進行相位調整;所述3dB正交橋109用於分別從所述衰減器108 和所述移相器115接收信號，並將接收的兩路信號進行合成，合成的信號載波已經抵消， 只剩下誤差信號，然後將誤差信號輸出至可變增益放大器110。
圖l所示的裝置，根據功率放大器105的輸出頻譜，能夠調整可變增益放大器IIO 的增益和移相器lll的相位，以使得最後結果最優。所述移相器115能夠微調，以使得 載波的抵消效果更好。
圖1所示的裝置，其中所述低線性放大器107和所述低線性放大器114可以完全相 同，所述衰減器108和所述衰減器113可以完全相同。
本發明一個實施例的的載波抵消射頻預失真功放方法包括誤差信號提取、誤差信號 放大和相位調整、誤差信號和主信號合成、合成信號功率放大等，具體工作步驟如下
步驟一射頻信號進入功放實現裝置，通過3dB正交橋102分成兩路， 一路進入主 鏈路(即增益放大器103所在的鏈路)進行增益放大， 一路進入失真器產生需要的誤差 信號，這兩路信號幅度相等、相位相差90度。
歩驟二進入失真器的信號被3dB正交橋106再分成兩路幅度相等、相位相差90 度的信號， 一路信號先經過放大然後再衰減，另一路信號先衰減再放大、然後進行相位 調整。這兩路信號選用的放大器和衰減器是完全一樣的，不同的是先放大的一路工作在 非線性區，後放大的一路工作在線性區，即放大器107工作在非線性區，放大器114工 作在線性區。
步驟三從步驟二來的兩路信號進入3dB正交橋109進行合成，由於這兩路信號載 波幅度一樣，相位差90度，這樣經過3dB正交橋109合成的信號載波已經抵消，只剩 下誤差信號。期間可以通過微調移相器115，使得抵消效果最好。
步驟四從步驟三來的誤差信號，進入可變增益放大器110進行線性放大，再進入 移相器lll進行相位調整。
步驟五從步驟四來的誤差信號，和從步驟一中增益放大器103來的主鏈路信號 進入3dB正交橋104進行合成，這樣經過3dB正交橋104後產生的信號就是帶預失真的 射頻信號。
步驟六帶預失真的射頻信號進入放大器105進行功率放大，由於非線性原因，這 樣在功率放大器105裡產生的失真信號和產生的誤差信號進行抵消，從而達到改善功放 的線性。步驟七根據功率放大器的輸出頻譜，我們可以通過調整可變放大器110的增益和 移相器111的相位，使得最後結果最優。
下面通過實驗結果對本發明的有益效果進行說明。
圖2是在沒有預失真的情況下，雙音互調測試結果，其中標誌ml為三階交調結果。 圖3是在有射頻預失真的情況下，雙音互調測試結果，其中標誌ml為三階交調結果。
通過對比圖2的ml和圖3的ml，我們可以看出有預失真的三階互調有明顯改善。 圖4是在沒有預失真的情況下，加一調製信號測試，最後輸出頻譜。 圖5是在有射頻預失真的情況下，加一調製信號，測試的最後輸出頻譜。 通過比較圖4和圖5，我們可以看出圖5的帶外雜散比圖4有明顯改善。 本發明解決了信號傳輸功率放大器線性較差、效率低下等問題，本發明提出的載波 抵消射頻預失真功放實現裝置和方法，在傳統載波抵消法的基礎上作了改進，大大降低 了調試難度和時間。而且和傳統射頻預失真技術相比實現了對誤差信號的相位和幅度大 小可根據最後結果進行一定範圍調整，使得預失真效果最優，該方法可以用於各種系統 的功放線性化，改善效果比較明顯。
以上所屬僅為本發明的較佳實施例，並不用於限制本發明，凡在本發明精神和原則 之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均包含於本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置，該裝置包括第一正交橋(102)、增益放大器(103)、第二正交橋(104)、功率放大器(105)、失真器、可變增益放大器(110)、第一移相器(111)；所述第一正交橋(102)用於將進入該裝置的射頻信號分成兩路，其中一路輸出至增益放大器(103)，另一路輸出至失真器，這兩路信號幅度相等、相位相差90度；所述增益放大器(103)用於對所接收的一路信號進行增益放大以獲得主鏈路信號；所述失真器用於對所接收的另一路信號進行處理以獲得誤差信號，並將誤差信號輸出至可變增益放大器(110)；所述可變增益放大器(110)用於線性放大誤差信號，並將放大後的誤差信號輸出至第一移相器(111)；所述第一移相器(111)用於對放大後的誤差信號進行相位調整；所述第二正交橋(104)用於從所述增益放大器(103)接收主鏈路信號和從所述第一移相器(111)接收誤差信號，並將主鏈路信號和誤差信號進行合成，合成後產生的信號就是帶預失真的射頻信號；所述功率放大器(105)用於從所述第二正交橋(104)接收帶預失真的射頻信號，並對該帶預失真的射頻信號進行功率放大，然後從該裝置輸出。
2、 如權利要求l所述的裝置，其特徵在於，根據功率放大器(105)的輸出頻譜， 能夠調整可變增益放大器(110)的增益和第一移相器(111)的相位，以使得最後結果 最優。
3、 如權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述失真器包括第三正交橋(106)、 第一低線性放大器(107)、第一衰減器(108)、第四正交橋(109)、第二衰減器(113)， 第二低線性放大器(114)，第二移相器(115);所述第三正交橋(106)用於將失真器所接收的另一路射頻信號再分成兩路幅度相 等、相位相差90度的信號，其中一路輸出至第一低線性放大器(107)，另一路輸出至 第二衰減器(113);所述第一低線性放大器(107)工作在非線性區，用於對接收的信號進行非線性失 真放大，然後輸出至第一衰減器(108);所述第一衰減器(108)和第二衰減器(113)均用於對接收的信號進行衰減； 所述第二低線性放大器(114)工作在線性區，用於從第二衰減器(113)接收信號，並對接收的信號進行線性放大，然後輸出至第二移相器(115); 所述第二移相器(115)用於對接收的信號進行相位調整；所述第四正交橋(109)用於分別從所述第一衰減器(108)和所述第二移相器(115) 接收信號，並將接收的兩路信號進行合成，合成的信號載波已經抵消，只剩下誤差信號， 然後將誤差信號輸出至可變增益放大器(110)。
4、 如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述第二移相器(115)能夠微調，以 使得載波的抵消效果更好。
5、 如權利要求3或4所述的裝置，其特徵在於，所述第一低線性放大器(107)和 所述第二低線性放大器(114)完全相同，所述第一衰減器(108)和所述第二哀減器(113) 完全相同。
6、 如權利要求3-5中任一項所述的裝置，其特徵在於，該裝置還包括若干負載(101、 112、 116、 117)，分別連接在第一正交橋(102)和第三正交橋(106)的輸入端、以及 第一正交橋(104)和第四正交橋(109)的輸出端；並且所述第一正交橋(102)、第二 正交橋(104)、第三正交橋(106)和第四正交橋(109)分別為3dB正交橋。
7、 一種載波抵消射頻預失真功放實現方法，該方法包括以下步驟步驟一、將接收的射頻信號分成兩路，其中一路輸出至增益放大器進行增益放大以 獲得主鏈路信號，另一路輸出至失真器，這兩路信號幅度相等、相位相差90度；步驟二、失真器對所接收的另 一路信號進行處理以獲得誤差信號；步驟三、可變增益放大器對步驟二中獲得的誤差信號進行線性放大，然後第一移相器對放大後的誤差信號進行相位調整；步驟四、將步驟一中獲得的主鏈路信號和步驟三中獲得的誤差信號進行合成，合成 後產生的信號就是帶預失真的射頻信號；步驟五、功率放大器對所述帶預失真的射頻信號進行功率放大，然後輸出。
8、 如權利要求7所述的方法，其特徵在於還包括根據功率放大器的輸出頻譜， 調整可變增益放大器的增益和第一移相器的相位，以使得最後結果最優。
9、 如權利要求7或8所述的方法，其特徵在於所述步驟二還包括以下步驟(1) 將失真器所接收的另一路射頻信號再分成兩路幅度相等、相位相差90度的信號，其中一路輸出至第一低線性放大器，另一路輸出至第二衰減器；(2) 所述第一低線性放大器工作在非線性區，其對接收的信號進行非線性失真放 大，然後輸出至第一衰減器；所述第二衰減器對接收的信號進行衰減，然後輸出至第二低線性放大器；(3) 所述第一衰減器對接收的信號進行衰減；所述第二低線性放大器工作在線性 區，其對接收的信號進行線性放大，然後輸出至第二移相器(115);(4) 所述第二移相器對接收的信號進行相位調整；(5) 將從所述第一衰減器接收的信號和從所述第二移相器接收的信號進行合成， 合成的信號載波己經抵消，只剩下誤差信號，然後將誤差信號輸出至可變增益放大器。
10、如權利要求9所述的方法，其特徵在於所述步驟二還包括微調第二移相器， 以使得載波的抵消效果最好。
全文摘要
本發明涉及一種載波抵消射頻預失真功放實現裝置和方法，通過提取誤差信號、將誤差信號進行放大和相位調整、將誤差信號和主信號合成、將合成信號進行功率放大、並根據最後結果對誤差信號的幅度和相位進行靈活調整，來對傳統載波抵消法進行改進，大大降低了調試難度和時間，並且由於實現了對誤差信號的幅度和相位的靈活調整，本發明可以使得預失真效果最優。
文檔編號H03F1/32GK101286962SQ200810114050
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者劉廣才 申請人:北京北方烽火科技有限公司