CN101594326A - 预失真射频放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种预失真射频放大器，包括第一、第二功放装置、第一、第二耦合器、预失真单元以及第一正交电桥：第一功放装置对初始载波信号进行功率放大形成放大后信号；第一正交电桥将放大后信号和放大后预失真信号进行合路对消交调信号形成合路后信号；第一耦合器前置于第一功放装置耦合所输入的初始载波信号；第二耦合器耦合所述合路后信号；预失真单元将来自第一耦合器的初始载波信号和来自第二耦合器的合路后信号进行合路对消以形成包含了初始载波信号和所述交调信号的预失真信号；第二功放装置，对预失真信号进行与第一功放装置等效的功率放大形成放大后预失真信号。本发明实现较高的工作带宽和工作效率，并且能适合应用于不同的工作环境。
Description
【技术领域】
本发明涉及现代移动通信系统中功率放大器领域，尤其涉及一种预失真射频放大器。
【技术背景】
长期以来，用于通信系统中的功率放大器的效率提高技术和线性化技术是业界研究的热点。
现代无线通信系统由于采用了各种非恒定包络的调制方式(如QPSK，QAM，OFDM等)，极大地提高了频率资源的利用率，无线环境下的传输速率随着设备的更新换代(2G，2.5G，3G，4G，LTE)快速增长，在系统中下行链路均需要高效率、高线性、多载波的功率放大器进行放大以满足基站(远程射频单元RRU、直放站、室内覆盖系统等)设备的覆盖要求。
公知的，功率放大器的线性化技术按不同的技术架构分为前馈、反馈和预失真等几种，预失真技术又分为模拟预失真和数字预失真，模拟预失真是指在射频域利用模拟电路产生失真信号，数字预失真是指在基带信号的数字域的基础上产生预失真信号并上变频到射频域。
由于调制技术的非恒定包络信号将使功率放大器产生较大的非线性特征，常规采用前馈(FF)技术架构的多载波功率放大器，虽然具有对消性能优良、工作带宽宽、可以多制式共容等特点，但是，由于技术复杂度高、效率低、成本高等因素制约了其发展。
包络跟踪等模拟预失真技术由于受到工作带宽窄、对消效果差等因素的影响，不能工作在多载波的情况下。
数字预失真技术是一种较有前途的线性化技术，具有工作效率高和适中的对消的特点、但是由于受到人们对半导体器件的非线性表征特性的认识的限制和A/D、D/A、DSP等工作速率的限制，工作带宽受限，其应用受到了一定的限制。
另外，无论从理论还是实践的角度，国内外涉及数字预失真技术的专利文献均揭示，现有技术中产生数字预失真信号的复杂度较高，而且未能自适应调整适应不同的电气环境，因此未能达到较好的线性化技术效果。
【发明内容】
本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种预失真射频放大器，在射频域对载波信号进行放大，实现较高的工作带宽和工作效率，并且能适合应用于不同的工作环境。
为实现该目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种预失真射频放大器，在射频域对射频信号进行功率放大，包括第一功放装置、第二功放装置、第一耦合器、第二耦合器、预失真单元以及第一正交电桥：
第一功放装置，用于对输入的初始载波信号进行功率放大形成已包含了交调信号的放大后信号；
第一正交电桥，将第一功放装置产生的放大后信号和第二功放装置产生的放大后预失真信号进行合路对消由第一功放装置产生的交调信号形成合路后信号输出；
第一耦合器，前置于第一功放装置耦合所输入的初始载波信号；
第二耦合器，耦合第一正交电桥输出的合路后信号；
预失真单元，将来自第一耦合器的初始载波信号和来自第二耦合器的合路后信号进行合路对消以形成包含了初始载波信号和所述交调信号的预失真信号；
第二功放装置，用于对预失真单元产生的预失真信号进行与所述第一功放装置等效的功率放大以形成放大后预失真信号。
所述第一功放装置和第二功放装置采用相对称的结构，均包括至少两级功率放大器，将初始载波信号进行放大形成所述放大后信号输出。
前置于所述功率放大器，还设有衰减器，接收初始载波信号的输入，对其进行衰减以调整信号强度。
前置于所述功率放大器，还设有移相器，接收衰减器的输出信号，将其相位微量调整。
所述预失真单元包括延时器、第二正交电桥、第一调整装置、第二调整装置、第三正交电桥和第四正交电桥，
延时器，将所述来自第一耦合器的初始载波信号进行延时以保持与所述来自第二耦合器的合路后信号在时间上同步；
第二正交电桥，将延时器输出的信号进行分路输出；
第三正交电桥，将第二正交电桥的第一路输出与来自第二耦合器的合路后信号进行合路对消其中的载波信号后输出交调信号；
第一调整装置，将来自第三正交电桥的交调信号进行微调；
第二调整装置，将来自第二正交电桥的第二路输出信号进行微调；
第四正交电桥，将第一调整装置的载波信号和第二调整装置输出的交调信号进行合路以形成所述预失真信号。
所述第一调整装置包括依次电性连接的衰减器和延时器，分别对来自第三正交电桥的交调信号进行强度调整和时间调整。
所述第二调整装置包括依次电性连接的功率放大器、自动控制电调衰减器和移相器，功率放大器对来自第二正交电桥的第二路输出的信号进行功率放大，自动控制电调衰减器利用检波器将功率放大器输出的信号进行自动微量调节以校正信号强度，而所述移相器则对该信号进行微量调相。
前置于所述第三正交电桥，还设有对来自第二耦合器的合路后信号进行强度调整的衰减器。
前置于所述第一耦合器，设有衰减器对初始载波信号进行强度调整。
前置于所述第一耦合器，设有功率放大器对初始载波信号进行预放大。
所述第一、第二、第三及第四正交电桥均采用90度3db电桥。
与现有的技术相比较，本发明的优点主要表现在三个方面：
首先，与传统的前馈型架构的线性多载波功率放大器比较，省去了误差放大器，使系统的效率得到了极大的提高；
其次，在对消效果和工作即时(瞬时)带宽方面几乎可以达到前馈架构的水平，在2100MHz频段，可以在60MHz的即时工作带宽下产生20dBc的对消效果，在800MHz频段，可以在25MHz的即时工作带宽下产生20dBc的对消效果；
最后，由于该线性化技术实在射射频域形成，与目前较为热点的数字预失真技术比较，有比较宽的即时工作带宽和较为灵活的应用形式，在效率方面，由于一般的数字预失真技术均结合CFR(削峰)技术的应用，如果本发明运行与等同的PAR(峰均比)的情况下，可以取得与数字预失真技术媲美的工作效率。同时，与上述两项技术比较，本技术架构有较为明显的成本优势和较低的技术复杂度。
【附图说明】
图1为一种预失真射频放大器的原理框图；
图2为图1中预失真单元的原理框图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：
请参阅图1，其揭示了根据本发明预失真射频放大器的线性化方法所实现的预失真射频放大器，该种预失真射频放大器可直接用于移动通信直放站(未图示)中，接入直放站的上行链路和/或下行链路，对在射频域的上行信号和/或下行信号进行功率放大，全程处理均在射频域完全，无需数字化处理。
图1中，箭头RFin所指示的方向为射频初始载波信号的输入方向，箭头RFout则指示该射频初始载波信号经两个链路处理后的输出方向。
预失真射频放大器中，朝RFin指示的方向，初始载波信号首先在衰减器11处被微调以校正其信号强度，然后输出至一功率放大器12，其采用A类放大器对该初始载波信号进行预放大，然后在第一耦合器21处分成两路信号进入两个射频链路进行分别处理。
第一链路为直通链路，在该链路中，初始载波信号首先流经衰减器31进行信号强度微量调节，然后经移相器32进行微量移相(本发明所指移相器虽可采用固定调节量的固定移相器，但较佳地可采用电调移相器，下同)，再经一A类放大器33进行预放大，最后经连续两级功率放大器34和35进行功率放大处理，成为放大后信号输出，该放大后信号已经包含了初始载波信号和初始载波信号在链路中形成的交调信号，成为一种混合信号。所述的两级功率放大器34和35采用AB类功率放大器。由衰减器31、移相器32、A类放大器33、两级功率放大器34和35共同组成第一功放装置，其对信号的处理过程将对称地应用在下述的第二链路中。
放大后信号进一步与下述第二链路中产生的放大后预失真信号在第一正交电桥5中进行合路，形成合路后信号经环行器3朝RFout方向输出。
在第一链路中，由于各电子器件不同的特性，会使合路后信号生成交调信号，也即失真信号，从而使合路后信号中噪声比例较高，这些交调信号的处理可由第二链路配合予以解决。
第二链路中，首先，由所述第一耦合器21耦合所述初始载波信号，由第二耦合器22耦合所述第一正交电桥5输出的合路后信号，两路载波信号在预失真单元6处进行合路处理，形成包含了所述交调信号和初始载波信号混合而成的预失真信号，与所述第二耦合器22获得的合路后信号相比较，预失真信号的强度已被衰减，且其相位、时延等也均已被校正。
预失真信号产生后，输出至第二功放装置，第二功放装置与所述第一链路中的第一功放装置完全对称，对预失真信号进行等效于上述第一功放装置的放大，为此，第二功放装置采用与第一功放装置完全相同的电子器件结构，按预失真信号传输的路径包括依次电性连接的衰减器41、移相器42、A类放大器43、两级功率放大器44和45。经过第二功放装置的等效放大后，形成放大后预失真信号。
由于在预失真单元6和第二功放装置的各种电子器件的处理过程中，可对其所包含的载波信号和交调信号的相位进行调整，因而，令预失真信号所包含的载波信号与所包含的交调信号在相位上相差180度，令预失真信号所包含的载波信号与第一链路中放大后信号在相位上相差90度，由于第一链路的放大后信号中所包含的载波信号与其所包含的交调信号同相，所以，第一链路的放大后信号所包含的载波信号与第二链路的预失真信号所包含的载波信号，在经所述第一正交电桥5进行合路的过程中相互叠加，而第一链路的放大后信号所包含的交调信号与第二链路的预失真信号所包含的交调信号由于在合路过程中，两者在相位上相差180度，而幅度相等，因此会相互抵消，此时，经第一正交电桥5输出后的合路后信号为高线性化的合路后信号，达到对射频域的初始载波信号进行高线性化功率放大的目的，经所述第一链路中的环行器112即可直接接回通信链路如直放站的上、下行链路中。
所述预失真单元6内部对初始载波信号和合路后信号的处理关系到预失真信号的正确产生，因而直接影响本发明预失真射频放大器的性能。
请结合图1和图2，图2为图1中利用预失真信号产生方法所实现的预失真单元6的原理框图，其中箭头RFc所指示的方向为由第一耦合器21获得的初始载波信号进入的方向，而箭头RFc+i则表示第二耦合器22从第一正交电桥5(参阅图1)获得的合路后信号输入的方向。
请注意到此处的初始载波信号与合路后信号在时间上并不同步，设第一耦合器21在T0时刻获得初始载波信号并输入预失真单元6，而第二耦合器22所获得的合路后信号则是由第一链路对初始载波信号进行处理后获得的，存在时间消耗Tp，则此处的合路后信号输入时的时刻为T1＝T0+Tp，也即，T0和T1存在间隔为Tp的时差。为了使初始载波信号和合路后信号在此处实现同步，故可先通过一延时器611对初始载波信号进行延时Tp处理，继而，利用衰减器612对延时后的初始载波信号进行强度上的适度调整。
同理，所述合路后信号进入预失真单元6后也利用衰减器641进行适度强度调整。
初始载波信号在预失真单元6上经过上述处理后，进入第二正交电桥652进行分路。第一分路的初始载波信号与衰减后的合路后信号经过第三正交电桥653进行合路，合路过程中，所述来自第二耦合器22的合路后信号所包含的载波信号与来自第二正交电桥652的载波信号在相位上相差180度且在幅度上相等而相互对消，仅余下交调信号经第三正交电桥653输出。
第三正交电桥653输出的信号相继经一衰减器681进行强度调整和经一延时器682进行时间微调后，输出至第四正交电桥654。由所述衰减器681和延时器682组成第一整调装置。
而第二正交电桥652分离出的第二分路的初始载波信号则相继经功放大器(采用A类放大器)621进行预放大后，经自动控制电调衰减器622进行信号强度调整，再经移相器623进行相位微调后输出至所述第四正交电桥654。其中，自动控制电调衰减器622采用一检波器6220进行检测。由功率放大器621、自动控制电调衰减器622、检波器6220以及移相器623共同组成第二调整装置
所述第四正交电桥654，将来自第二分路的初始载波信号和来自第一分路的交调信号进行合路，使两者在相位上相差180度，如此便形成所述预失真信号。
本发明所述的第一、第二、第三及第四正交电桥均采用90度3db电桥。
本发明的预失真单元具有如下特点：
1、利用初始载波信号和反馈的合路后信号产生预失真信号，预失真信号中即包含了载波信号又包含了交调信号(即失真信号)；
2、交调信号和载波信号的比例可以通过调整自动控制电调衰减器622、电调移相器623的控制端，根据功率放大器的输出情况如线性指标、对消情况等进行自适应调整，以保证在不同的外界情况下达到优良的性能；
3、具有ALC功能(ALC，Automatic Level Control自动电平控制)，通过检波器6220对载波信号进行检测自动控制电调衰减器622实现；
4、在保证功率放大器较好性能的条件下，增益恒定。
本发明预失真射频放大器具有如下特点：
1、利用两路完全对称的射频放大链路分别放大载波信号和含有载波信号与交调信号的预失真信号；
2、交调信号的产生来自于放大后信号的所属的第一链路，通过所述预失真单元后形成包含了交调信号和载波信号的预失真信号；
3、产生对消和载波信号的合成是通过第一正交电桥5完成的，在信号的合成过程中，该交调信号不但要对第一链路中产生的放大后信号所包含的交调信号产生预失真，并且在反馈后二次合路的过程中，对消了第一链路的放大后信号所包含的交调信号，使放大器能够输出线性的多载波信号；
4、可以利用两个对称的功放装置的衰减器和移相器，对由于放大器需求的动态范围、工作温度变化等因素造成的线性指标的恶化情况进行自适应调整保证相关的性能指标；
5、本体系架构具有AGC(自动增益控制)功能，在维持最优的对消性能的情况下，放大器的增益在任何情况下保持恒定。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1、一种预失真射频放大器，在射频域对射频信号进行功率放大，其特征在于包括第一功放装置、第二功放装置、第一耦合器、第二耦合器、预失真单元以及第一正交电桥：
第一功放装置，用于对输入的初始载波信号进行功率放大形成已包含了交调信号的放大后信号；
第一正交电桥，将第一功放装置产生的放大后信号和第二功放装置产生的放大后预失真信号进行合路对消由第一功放装置产生的交调信号形成合路后信号输出；
第一耦合器，前置于第一功放装置耦合所输入的初始载波信号；
第二耦合器，耦合第一正交电桥输出的合路后信号；
预失真单元，将来自第一耦合器的初始载波信号和来自第二耦合器的合路后信号进行合路对消以形成包含了初始载波信号和所述交调信号的预失真信号；
第二功放装置，用于对预失真单元产生的预失真信号进行与所述第一功放装置等效的功率放大以形成放大后预失真信号。
2、根据权利要求1所述的预失真射频放大器，其特征在于：所述第一功放装置和第二功放装置采用相对称的结构，均包括至少两级功率放大器，将初始载波信号进行放大形成所述放大后信号输出。
3、根据权利要求2所述的预失真射频放大器，其特征在于：前置于所述功率放大器，还设有衰减器，接收初始载波信号的输入，对其进行衰减以调整信号强度。
4、根据权利要求3所述的预失真射频放大器，其特征在于：前置于所述功率放大器，还设有移相器，接收衰减器的输出信号，将其相位微量调整。
5、根据权利要求1至4中任意一项所述的预失真射频放大器，其特征在于：所述预失真单元包括延时器、第二正交电桥、第一调整装置、第二调整装置、第三正交电桥和第四正交电桥，
延时器，将所述来自第一耦合器的初始载波信号进行延时以保持与所述来自第二耦合器的合路后信号在时间上同步；
第二正交电桥，将延时器输出的信号进行分路输出；
第三正交电桥，将第二正交电桥的第一路输出与来自第二耦合器的合路后信号进行合路对消其中的载波信号后输出交调信号；
第一调整装置，将来自第三正交电桥的交调信号进行微调；
第二调整装置，将来自第二正交电桥的第二路输出信号进行微调；
第四正交电桥，将第一调整装置的载波信号和第二调整装置输出的交调信号进行合路以形成所述预失真信号。
6、根据权利要求5所述的预失真射频放大器，其特征在于：所述第一调整装置包括依次电性连接的衰减器和延时器，分别对来自第三正交电桥的交调信号进行强度调整和时间调整。
7、根据权利要求6所述的预失真射频放大器，其特征在于：所述第二调整装置包括依次电性连接的功率放大器、自动控制电调衰减器和移相器，功率放大器对来自第二正交电桥的第二路输出的信号进行功率放大，自动控制电调衰减器利用检波器将功率放大器输出的信号进行自动微量调节以校正信号强度，而所述移相器则对该信号进行微量调相。
8、根据权利要求7所述的预失真射频放大器，其特征在于：前置于所述第三正交电桥，还设有对来自第二耦合器的合路后信号进行强度调整的衰减器。
9、根据权利要求1所述的预失真射频放大器，其特征在于：前置于所述第一耦合器，设有衰减器对初始载波信号进行强度调整。
10、根据权利要求2所述的预失真射频放大器，其特征在于：前置于所述第一耦合器，设有功率放大器对初始载波信号进行预放大。
11、根据权利要求5所述的预失真射频放大器，其特征在于：所述第一、第二、第三及第四正交电桥均采用90度3db电桥。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: JINGXIN COMMUNICATION SYSTEM CO LTD (GUANGZHOU) Free format text: FORMER OWNER: COMBA TELECOM SYSTEMS (CHINA) CO., LTD. Effective date: 20150825 |
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Effective date of registration: 20150825 Address after: 510663 Guangdong city of Guangzhou province Guangzhou economic and Technological Development Zone Jinbi Road No. 6 Patentee after: Comba Telecom Systems (Guangzhou) Co., Ltd. Address before: 510663 Guangzhou Science City, Guangdong Shenzhou Road, No. 10 Patentee before: Comba Telecom System (China) Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200115 Address after: 510663 Guangzhou Science City, Guangdong Shenzhou Road, No. 10 Patentee after: Jingxin Communication System (China) Co., Ltd. Address before: 510663, No. 6, Jin Lu, Guangzhou economic and Technological Development Zone, Guangdong, Guangzhou Patentee before: Jingxin Communication System (Guangzhou) Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20120704 Termination date: 20210527 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |