基於導頻的自適應前饋線性功放裝置的製作方法
2024-01-20 05:21:15 2
專利名稱：基於導頻的自適應前饋線性功放裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及通信技術領域的射頻功率放大器線性化技術，特別適用於寬帶多載波數字移動通信領 域的基於導頻的自適應前饋線性功放裝置。
背景技術：
隨著無線通信業務需求的快速持續增長和無線頻譜資源的日益緊張，客觀上要求無線通信系統在有限 的頻帶內傳送更多的信息量。為了充分有效地利用頻譜資源，無線通信系統中趨向於採用高數據傳輸數率 和頻譜利用率的線性調製方法和多載波技術。這些方法和技術產生的射頻信號包絡波動特別大，峰均值比 (PAR)達到十幾個dB。因此對射頻功率放大器的線性度提出了越來越高的要求。
由T射頻功率放人器的l古l冇t線性特性，對非恆幅包絡信號進行放人會產生失真，對峰值信號會產生 嚴歪的壓縮，進而使輸入信號的頻譜擴散，導致EVM (矢量調製誤差)和BER (比特誤碼率)的惡化， 還會干擾臨近信道的通信質ift，在系統中產生大量的噪聲。因此，3GPP規範規定了頻譜輻射屏蔽(Spectrum emission mask)的耍求，而通常所說的高功放是難以達到此要求的。雖然採用A類功放可能會達到耍求， 但它的效率太低，也難以把功率放大到兒十瓦的呈級。因此，在高功放的基礎上必須對其進行線性化處理， 把運W了線性化技術的功放，就稱為線性功放，它可以較好地解決信號的頻譜再生問題。
實用新型內容
本實用新剛的目的是正是耍克服上述技術存在的不足，而提供一種基T導頻的自適應前饋線性功放裝 s，它可以冇效地改善射頻功率放人器的線性，提高功放的效率，同時提高線性功放的可靠性穩定性，避
免由T載波信號變化、i:作環境變化和器件老化等情況下導致功放線性度惡化。
本實用新W目的通過以下技術方案來實現這種基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，該裝置包括載 波抵消環、誤差抵消環、導頻產生及檢測電路和自適應控制電路，其中；
載波抵消環，用於提取出主動功放產生的誤差信號；低失真的載波信號經過載波抵消環後分成兩路信 號，第一路是載波信號經過主功放放人的信號，主功放放大的信號包括載波信號和非線性引起的誤差信號， 第—路是載波抵消後提取山來的非線性性誤差信號；
誤差抵消環，提取出來的非線性誤差信號在誤差抵消環中經過幅度和相位的調整後再放大，最後與載 波抵消環的第一路輸出信號進行矢量相加，抵消誤差信號，通過這兩個環實現輸入載波信號的線性放大。
導頻產生及檢測電路和白適應控制電路，用於監控兩個環路中的幅度相位匹配，通過控制方法5適應調整環路中的幅度和相位，使環路的抵消效果最好。
作為優選，所述的載波抵消環，包括方向耦合器U1、 U2、 U7、 U10,衰減器U4、 U8，移相器U5，主 功放U6，延遲線U9;低失真的載波信號輸入後，經方向耦合器U1分為兩路； 一路作為主信號，經方向耦 合器U2、衰減器U4、移相器U5後由主功放U6放大，最後進入方向耦合器U7，方向耦合器U7的耦合端 耦合出部分信號經衰減器U8後進入方向糊合器UIO的耦合端；由方向耦合器U1分出來的另一路信號作為 參考信號，經延遲線U9後進入方向耦合器UIO，兩路進入方向耦合器UIO的信號進行矢量相加，抵消載 波，提取出主功放產生的誤差信號。
作為優選，所述的誤差抵消環，包括方向耦合器Ull、 U17、 U18，衰減器U13，移相器U14，輔功放 U15,延遲線U16，隔離器U19;載波抵消後的信號經方向耦合器Ull、衰減器U13、移相器U14進入輔功放 U15放大後進入方向耦合器U17的都合端，載波抵消環中方向耦合器U7的輸出信號經延遲線U16進入方 向耦合器U17，兩路進入方向耦合器U17的信號進行矢量相加，抵消誤差信號，得到符合要求的射頻輸出 信號；誤差抵消後的輸出信號經方向耦合器U18、隔離器U19後到本裝置的輸出埠 。
作為優選，所述的導頻產生及檢測屯路，包括導頻U3，衰減器U20，混頻器U21，本振U22，濾波器 U23;導頻U3產生所需耍的導頻信號，通過載波抵消環中的方向耦合器U2的耦合端注入到環路中；誤差 抵消環中的方向耦合器U18的耦合端耦合出來的信號(內含導頻信號)經衰減器U20進入混頻器U21的射 頻輸入端；本振U23產生出所需要的本振信號進入混頻器U21的本振輸入端；兩路進入混頻器U21的信號 泡頻頻後進入濾波器U23後得到中頻信號。
作為優選，所述的自適應控制電路，包括檢波器U12、 U24，微控制器U25;誤差抵消環中方向耦合 器Ull的耥合端耦合出來的信號進入檢波器U12，把射頻信號能量轉化成可測量的直流信號後進入微控制 器U25的一路A/D轉化埠進行採樣量化；導頻產生及檢測電路中濾波器U23輸出的中頻信號進入檢波器 U24,把中頻信號能量轉化成可測量的直流信號後進入微控制器U25的一路A/D轉化埠進行採用量化； 微控制器U25產生控制信號A1、 P1分別控制載波抵消環中衰減器U4、移相器U5，微控制器U25產生控制 信號A2、 P2分別控制誤差抵消環中衰減器U13、移相器U14。本實用新型所述的這種基於導頻的自適應前饋線性功放的控制方法，包括如下步驟a. 上電後，根據不同溫度初始化環路中衰減器U4、 U13，移相器U5、 U14的初始值A1、 A2、 Pl、 P2， 使兩個環路在啟動自適應控制前就有較好的幅度相位匹配；b. 採樣量化自適應控制電路中檢波器U12輸出的直流信號，對載波抵消環路中的衰減器U4的控制 信號Al和移相器U5的控制信號Pl進行調整，使檢波器U12的輸出信號達到最小；c. 釆樣量化自適應控制電路中檢波器U24輸出的直流信號，對誤差抵消環路中的衰減器U13的控制 信號A2和移相器U14的控制信號P2進行調整，使檢波器U24的輸出信號達到最小；d. 記錄兩個環路達到最佳幅度相位匹配時控制值Al、 A2、 Pl、 P2和此時對應的溫度，便於上電時 初始化；e. 循環跳轉至步驟b。作為優選，步驟c包括如下步驟a. 設g U3導頻信號頻率在裝置工作頻帶左邊偏移3朋z處，本振U22也隨著變化；b. 採樣量化0適應控制屯路中檢波器U24輸出的直流信號，對誤差抵消環路中的衰減器U13的控制 信號iV2和移相器U14的控制信號P2進行調整，使檢波器U24的輸出信號達到最小；c. 記錄此時A2和P2的值標記為A2L和P2L;d. 設置U3導頻信S頻率在裝置工作頻帶右邊偏移3MHz處，本振U22也隨著變化；e. 採樣量化白適應控制電路中檢波器U24輸出的直流信號，對誤差抵消環路中的袞減器U13的控制 信S- A2和移相器U14的控制信號P2進行調整，使檢波器U24的輸出信號達到最小；f. 記呆此時A2和P2的值標記為A2R和P2R;g. 通過一定的加權係數，由A2L和A2R計算出最終的衰減器U13的控制信號A2;h. 通過一定的加權係數，由P2L和P2R計算出最終的移相器U14的控制信號P2。作為優選，步驟d包括如下歩驟如果在對應的溫度沒有記錄過，則記錄此溫度對應的A1、 A2、 Pl、 P2;如果在對應的溫度有過記錄，則比較當前值和記錄值是否在一定的差值範圍內；如果在範圍內，則不 記錄；反之則把當前值替代以前記錄的值。作為優選，所述步驟都需要循環多次，直到檢波器U12和U24的直流輸出達到最小。本實用新型有益的效果本實用新型採用基於導頻的自適應前饋線性化裝置和控制方法，結構緊湊， 方法簡單，控制方法簡單有效，大大提高了射頻功率放大器的線性度和效率。通過注入導頻信號監控裝置 輸出端誤差信號抵消程度，自適應調整載波抵消環和誤差抵消環的幅度相位匹配，提高射頻功率放大器的 穩定度和可靠性。本裝置適應於寬頻帶、多載波、高峰均值比的CDMA/WCDMA/GSM移動通信系統。
圖1是本實用新型的系統方框圖；圖2是本實用新型的基於導頻的自適應前饋線性功放的原理框圖 圖3是木實用新型的控制方法流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述，但應理解這些實施例並不是限制本實用新型的範 ,，在不違竹本實用新型的精神和範圍的情況下，本領域技術人員可對本實用新型作出改變和改進以使其 適合不同的使ffl情況，條件和實施方案。本實川新型提出的基於導頻的fi適應前饋線性功放裝置和控制方法，能有效改善功放的效率和線性 度，包括載波抵消環、誤差抵消環、導頻產生及檢測電路、自適應控制電路和控制方法(如圖1、圖2)。 載波抵消環的作用是提取出主功放產生的誤差信號。低失真的載波信號經過載波抵消環後分成兩路信號， 第 一路是載波信號經過主功放放大的信號(包括載波信號和非線性引起的誤差信號)，第二路是載波抵消 後提取出來的t裁性性設差信號。誤差抵消環的作用抵消主功放產生的誤差信號。載波抵消環提取出來的 ,線性誤差信號在誤差抵消環中經過幅度和相位的調整後再放大，最後與載波抵消環的第一路輸出信號進 行矢呈相加，抵消誤差信號。通過這兩個環實現輸入載波信號的線性放大。導頻產生及檢測電路和自適應 控制屯路的作W是監控兩個環路中的幅度相位匹配，進而通過控制方法自適應調整環路中的幅度和相位， 使兩個環路的抵消效果最好。載波抵消環，包括方向鎖合器U1、 U2、 U7、 UIO，衰減器U4、 U8，移相器U5，主功放U6，延遲線U9。 低火真的載波信號輸入後，經方向耦合器U1分為兩路； 一路作為主信號，經方向耦合器U2、衰減器U4、 移相器U5後由主功放U6放火，最後進入方向耦合器U7，方向耦合器U7的耦合端耦合出部分信號經衰減 器U8後進入方向耦合器U10的耦合端。由方向耦合器Ul分出來的另一路信號作為參考信號，經延遲線 U9後進入方向耦合器UIO，兩路進入方向耦合器U10的信號進行矢量相加。方向耦合器Ul分成的兩路信號 可以是等功率，也可以不是等功率。衰減器U4是壓控衰減器，受控制信號A1控制，改變A1的大小，就可以改變通過信號的幅度。移相器U5是壓控移相器，受控制信號P1控制，改變P1的大小，就可以改變 通過信號的相位。衰減器U4和移相器U5組成矢量調節器，可以改變信號的幅度和相位，從而使環路中主 信號和參考信號的幅度和相位相互匹配。主功放U6是用來對輸入信號的功率放大，由於它的非線性特性， 會產生誤差信號。方向耦合器U7把放大後的信號分成兩路， 一路直接輸入到誤差抵消環中，另一路從耦 合端耦合出部分帶有誤差的信號送入載波抵消迴路。為了使兩路信號的幅度相等，主路信號耦合出來後接 入固定衰減器U8進行幅度l周整。延遲線U9用來延遲參考信號之路的時延，使兩路信號在方向耦合器U10 抵消時的時延一樣。偶合器U10把環路中的兩路信號進行矢量相加，由於參考信號之路沒有誤差信號，主 信號之路耦合出來的信號既有載波信號又有誤差信號，且兩路信號的幅度相等，相位相差180度，所以矢 量相加後只剩下誤差信號。誤差抵消環，包括方向耦合器Ull、 U17、 U18,衰減器L'13，移相器U14，輔功放U15，延遲線LU6, 隔離器U19。載波抵消後的信號經方向耦合器Ull、衰減器U13、移相器U14進入輔功放U15放大後進入 方向糊合器U17的耦合端，載波抵消環中方向耦合器U7的輸出信號經延遲線U16進入方向耦合器U17,兩 路進入方向耦合器U17的信號進行矢量相加，抵消誤差信號。誤差抵消後的輸出信號經方向耦合器U18、 隔離器U19後到本裝置的輸出埠。方向耦合器Ull的耦合端提取出部分誤差信號(載波抵消後)送入tl 適應控制屯路。哀減器U13的功能和載波抵消環中衰減器U4的功能一樣。移相器U14的功能和載波抵消 環中移相器U5的功能一樣。衰減器U13和移相器U14組成誤差抵消環的矢量調節器。輔功放U15把誤差 信3放大到適合的屯平，輔功放的線性度耍非常好，不能再產生其它的誤差信號，工作帶寬也要比主功放:::作帶寬寬3到5倍。延遲線ui6用來彌補誤差抵消環中兩路信號的時延，要求插損小。耦合器un把環路中的兩路信號進行矢量相加，抵消誤差信號得到符合要求的射頻輸出信號。耦合器U18耦合出部分輸出 信號送入到導頻產生及檢測電路，用來監控誤差抵消環中兩路信號的幅度和相位匹配情況。隔離器U19川來保護主功放，優化裝置輸出埠的駐波。導頻產生及檢測電路，包括導頻U3,衰減器U20，混頻器U21，本振U22，濾波器U23。導頻U3產生 所需耍的導頻信號，通過載波抵消環中的方向耦合器U2的耦合端注入到環路屮，通過載波抵消環中的衰 減器L'4、移相器U5、主功放U6後在方向耦合器U7分成了兩路，其中的一路經誤差抵消環中延遲線U16 後進入方向耥合器器U17;另外一路經誤差抵消環的衰減器U13、移相器U14、輔功放U15後進入方向耦 合器m7。導頻信號在方向耦合器U17進行矢量相加，相互抵消。誤差抵消環中的方向耦合器U18的耦合 端耦合出來的信號(內含導頻信號)經衰減器U20進入混頻器U21的射頻輸入端；本振II23產生出所需耍 的本振信號進入混頻器U21的本振輸入端；兩路進入混頻器U21的信號混頻頻後進入濾波器U23後得到中頻信號，此信號能反映導頻信號在誤差抵消環抵消後殘留下來的導頻信號電平大小。因為導頻信號是為誤 差信號抵消程度而設立的風向標，所以它可以用來監控誤差抵消環中兩路信號的幅度和相位的匹配情況。 衰減器器U20是固定衰減器，用來調整信號電平。濾波器U23要求對載波信號至少有90dB的抑制，否則 導頻信號蔣淹沒在載波信號中。自適應控制電路，包括檢波器U12、 U24，微控制器U25。誤差抵消環中方向耦合器Ull的耦合端耦 合出來的信號進入檢波器U12，把射頻信號能量轉化成可測量的直流信號後進入微控制器U25的一路A/D 轉化埠進行採樣量化，量化後再根據控制方法控制載波抵消環中的衰減器U4、移相器U5，使環路中兩 路信號的幅度和相位匹配達到最佳；導頻產生及檢測電路中濾波器U23輸出的中頻信號進入檢波器U24， 把中頻信號能量轉化成可測量的直流信號後進入微控制器U25的一路A/D轉化埠進行採用量化，量化後 再根據控制方法控制誤差抵消環中的衰減器U13、移相器U14，使環路中兩路信號的幅度和相位匹配達到 最佳；微控制器U25產生控制信號Al、 Pl分別控制載波抵消環中衰減器U4、移相器U5，微控制器U25 產生控制信號A2、 P2分別控制誤差抵消環中衰減器U13、移相器U14。微控制器U25具有2路A/D轉化接 L」，4路D/A轉化接口。檢波器U12、 U24的輸入射頻信號電平檢測範圍至少耍有40dB。這種基T導頻的0適應前饋線性功放的控制方法，包括如下步驟a. 上屯後，根據不同溫度初始化環路中衰減器U4、 U13，移相器U5、 U14的初始值A1、 A2、 Pl、 P2， 使兩個環路在啟動白適應控制前就有較好的幅度相位匹配；b. 採樣量化自適應控制屯路中檢波器U12輸出的直流信號，對載波抵消環路中的衰減器U4的控制 信號Al和移相器U5的控制信號Pl進行調整，使檢波器U12的輸出信號達到最小；c. 採樣itt化S適應控制屯路中檢波器U24輸山的直流信號，對誤差抵消環路中的衰減器U13的控制 信號A2和移相器U14的控制信號P2進行調整，使檢波器U24的輸出信號達到最小；d. 記錄兩個環路達到最佳幅度相位匹配時控制值Al、 A2、 Pl、 P2和此時對應的溫度，便於上電時 初始化；e. 循環跳轉至步驟b。 控制方法的步驟c，包括如下步驟a. 設置U3導頻信號頻率在裝置工作頻帶左邊偏移3MHz處，本振U22也隨著變化；b. 採樣量化自適應控制電路中檢波器U24輸出的直流信號，對誤差抵消環路中的衰減器U13的控制信號A2和移相器U14的控制信號P2進行調整，使檢波器U24的輸出信號達到最小；c. 記錄此時A2和P2的值標記為A2L和P2;d. 設置U3導頻信號頻率在裝置工作頻帶右邊偏移3MHz處，本振U22也隨著變化；e. 採樣量化自適應控制電路中檢波器U24輸出的直流信號，對誤差抵消環路中的衰減器U13的控制 信號A2和移相器U14的控制信號P2進行調整，使檢波器U24的輸出信號達到最小；f. 記錄此時A2和P2的值標記為A2R和P2R;g. 通過一定的加權係數，由A2L和A2R計算出最終的衰減器U13的控制信號A2;h. 通過一定的加權係數，由P2L和P2R計算出最終的移相器U14的控制信號P2。控制方法的步驟d，有如下特點如果在對應的溫度沒有記錄過，則記錄此溫度對應的A1、 A2、 Pl、P2;如果在對應的溫度有過記錄，則比較當前值和記錄值是否在一定的差值範圍內；如果在範圍內，則不 記錄；反之則把當前值替代以前記錄的值。控制方法所述步驟都需耍循環多次，直到檢波器U12和U24的直流輸出達到最小。 可以理解的是，對本領域技術人員來說，對本實用新型的技術方案及實用新型構思加以等同替換或改 變都應屬於本實用新型所附的權利耍求的保護範圍。
權利要求1.一種基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，其特徵在於該裝置包括載波抵消環、誤差抵消環、導頻產生及檢測電路和自適應控制電路，其中；載波抵消環，用於提取出主動功放產生的誤差信號；低失真的載波信號經過載波抵消環後分成兩路信號，第一路是載波信號經過主功放放大的信號，主功放放大的信號包括載波信號和非線性引起的誤差信號，第二路是載波抵消後提取出來的非線性性誤差信號；誤差抵消環，提取出來的非線性誤差信號在誤差抵消環中經過幅度和相位的調整後再放大，最後與載波抵消環的第一路輸出信號進行矢量相加，抵消誤差信號；導頻產生及檢測電路和自適應控制電路，用於監控兩個環路中的幅度相位匹配，通過控制方法自適應調整環路中的幅度和相位。
2、 根據權利要求1所述的基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，其特徵在於所述的載波抵消環， 包括方向耦合器m、 U2、 U7、 UIO，衰減器U4、 U8，移相器U5，主功放U6，延遲線U9;低失真的載波信 號輸入後，經方向耦合器U1分為兩路； 一路作為主信號，經方向耦合器U2、衰減器U4、移相器U5後由 主功放U6放火，最後進入方向耦合器U7，方向耦合器U7的耦合端耦合出部分信號經衰減器U8後進入方 向耦合器U10的耥合端；由方向耦合器Ul分出來的另一路信號作為參考信號，經延遲線U9後進入方向耦 合器UIO，兩路迸入方向耦合器U10的信號進行矢量相加，抵消載波，提取出主功放產生的誤差信號。
3、 根據權利耍求1所述的基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，其特徵在於所述的誤差抵消環， 包括方向耦合器Ull、 U17、 U18，衰減器U13，移相器U14，輔功放U15，延遲線U16,隔離器U19;載波抵 消後的信號經方向耦合器Ull、衰減器U13、移相器U14進入輔功放U15放大後進入方向耦合器U17的耥 合端，載波抵消環中方向耦合器U7的輸出信號經延遲線U16進入方向耦合器U17，兩路進入方向耦合器 U17的信號進行矢量相加，抵消誤差信號，得到符合要求的射頻輸出信號；誤差抵消後的輸出信號經方向 耦合器U18、隔離器U19後到本裝置的輸出埠 。
4、 根據權利耍求l所述的基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，其特徵在於所述的導頻產生及檢 測電路，包括導頻U3，衰減器U20，混頻器U21，本振U22,濾波器U23;導頻U3產生所需耍的導頻信號，通過載波抵消環中的方向耦合器U2的耦合端注入到環路中；誤差抵消環中的方向耦合器U18的耦合端耦 合出來的信號經衰減器U20進入混頻器U21的射頻輸入端；本振U23產生出所需要的本振信號進入混頻器 U21的本振輸入端；兩路進入混頻器U21的信號混頻頻後進入濾波器U23後得到中頻信號。
5、根據權利耍求l或4所述的基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，其特徵在亍所述的自適應控 制電路，包括檢波器U12、 U24，微控制器U25;誤差抵消環中方向耦合器Ull的耦合端耦合出來的信號進 入檢波器U12,把射頻信號能量轉化成可測量的直流信號後進入微控制器U25的一路A/D轉化埠進行採 樣量化；導頻產生及檢測電路中濾波器U23輸出的中頻信號進入檢波器U24，把中頻信號能量轉化成可測 量的直流信號後進入微控制器U25的一路A/D轉化埠進行採用量化；微控制器U25產生控制信號Al、 Pl分別控制載波抵消環中衰減器U4、移相器U5，微控制器U25產生控制信號A2、 P2分別控制誤差抵消 環中衰減器U13、移相器U14。
專利摘要本實用新型涉及一種基於導頻的自適應前饋線性功放裝置，該裝置包括載波抵消環、誤差抵消環、導頻產生及檢測電路和自適應控制電路，載波抵消環，用於提取出主動功放產生的誤差信號；誤差抵消環用於抵消誤差信號；導頻產生及檢測電路和自適應控制電路，用於監控兩個環路中的幅度相位匹配，通過控制方法自適應調整環路中的幅度和相位，使環路的抵消效果最好。本實用新型有益的效果本實用新型採用基於導頻的自適應前饋線性化裝置和控制方法，結構緊湊，方法簡單，控制方法簡單有效，大大提高了射頻功率放大器的線性度和效率。通過注入導頻信號監控裝置輸出端誤差信號抵消程度，自適應調整載波抵消環和誤差抵消環的幅度相位匹配，提高射頻功率放大器的穩定度和可靠性。
文檔編號H03F1/32GK201422101SQ20092012003
公開日2010年3月10日 申請日期2009年5月12日 優先權日2009年5月12日
發明者賴敏福 申請人:三維通信股份有限公司