CN102098247A - 高效率、高线性直放站系统及其高效率和高线性实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率、高线性直放站系统，包括：施主端双工单元，用于对下行输入射频信号进行隔离和滤波；Doherty功率放大单元，用于对数字预失真单元输出的信号进行放大，将放大后的一部分信号反馈至数字预失真单元；数字预失真单元，用于对隔离和滤波后的下行输入射频信号及反馈信号进行预失真处理；重发端双工单元，用于对Doherty功率放大单元放大后的另一部分信号进行隔离和滤波；监控单元，用于监控Doherty功率放大单元的输出功率电平，数字预失真单元根据监控结果调整下行输入射频信号的功率电平。本系统功率高、高线性好，功率放大器在宽动态范围内功率稳定。本发明同时公开了直放站系统高效率和高线性实现方法。

Description

高效率、高线性直放站系统及其高效率和高线性实现方法

技术领域

本发明涉及一种高效率、高线性直放站系统及直放站系统高效率和高线性实现方法。

背景技术

直放站系统是在无线通信传输过程中起到信号增强作用的一种无线电发射中继设备。

随着第三代移动通信技术的发展及成熟，直放站系统对其功率(效率)、以及线性提出了更高的要求，然而高功率(效率)与高线性之间存在着矛盾，表现在：线性功率放大器的效率低于非线性功率放大器。当功率放大器的输出功率接近最大时，效率最高，但线性变差；输出功率从最大值回退时，线性较好，但效率变差。因此，直放站系统研究的关键在于解决高功率(效率)与高线性之间矛盾。

现有的提高直放站系统线性的技术包括回退技术、前馈技术、反馈技术以及预失真技术。回退技术是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。前馈技术是在利用硬件电路提高功放线性的基础上，减少和消除误差，从而提高功放线性。反馈技术是将功率放大器输出端的失真反馈回输入端并与之相减，从而在输出端消除失真，达到改善线性度的目的。预失真技术是在输入信号与功率放大器之间插入一个非线性模块，它是通过产生输入信号的互补信号，使非线性模块与功率放大器的非线性产物互相抵消，来消除RF功放(射频功放)的非线性失真。

现有的提高直放站系统功率(效率)的技术包括包络消除与恢复(EER)、使用非线性组件的线性放大(LINC)、Doherty放大器等。EER技术通过包络检波和限幅器将输入信号分解，经过高效非线性放大器来放大后再合成，其功率放大器可工作在饱和区，同时实现功率放大器的高效率和高线性；LINC技术通过改变输入信号来避免非线性功率放大器的影响，通过将输入信号分离成相同幅度的两路相位调制信号，分别使用强非线性的功率放大器进行放大并合成，充分利用功率放大器的放大能力，具有较高的功率和效率；Doherty功率放大器有工作在AB类的主功率放大器和工作在C类的辅助放大器组成，通过调节主功率放大器的工作方式，使Doherty功率放大器具有B类放大器的工作效率及AB类放大器的线性度。

现有的功率(效率)的技术中，由于EER技术和LINC技术的电路设计采用非线性功率放大器，因此可得到较高的效率，但是电路较为复杂、成本较高、方案实现困难，而Doherty放大器技术具有实现方法简单，成本低廉，对系统的线性影响相对较小等优点。传统的线性技术中，回退技术和前馈技术都存在一定问题，比如效率低，高耗电，发热大，可靠性低和成本高。

以故，将现有的预失真技术和Doherty技术进行组合，能解决高功率(效率)与高线性之间的矛盾，可以完全克服上述缺点，并且有更宽的信号频带，能够处理含多载波的信号，成本低，工艺简单，便于生产。

然而，现有采用这种组合方式的系统也存在一定的缺陷，由于器件的自身特性，预失真技术能够处理的信号功率范围有一定的限制，如何在更宽的范围内保证功率放大器有稳定的输出功率，是面临的需要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率、高线性直放站系统及直放站系统高效率和高线性实现方法，能解决直放站系统中高功率(效率)与高线性之间的矛盾，线性高、功率(效率)高，同时能够保证功率放大器在宽动态范围内功率的稳定，系统简单，成本低廉。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高效率、高线性直放站系统，包括：

施主端双工单元，用于对下行输入射频信号进行隔离和滤波；

Doherty功率放大单元，用于对数字预失真单元输出的信号进行放大，同时将放大后部分输出的射频信号反馈至数字预失真单元；

数字预失真单元，与所述施主端双工单元以及所述Doherty功率放大单元连接，用于提取所述施主端双工单元输出的隔离和滤波后的下行输入射频信号中的基带信号幅度信息和相位信息，提取所述Doherty功率放大单元部分输出的反馈链路射频信号中的基带信号幅度信息和相位信息，根据提取的下行输入射频基带信号幅度信息和相位信息与反馈链路基带信号幅度信息和相位信息的比较结果矫正下行输入射频信号，并将校正的下行输入射频信号输出至Doherty功率放大单元；

监控单元，与所述数字预失真单元和所述Doherty功率放大单元连接，用于监控所述Doherty功率放大单元的输出功率电平，所述数字预失真单元根据所述监控单元监控的所述Doherty功率放大单元的输出功率电平调整下行输入射频信号的功率电平以稳定所述Doherty功率放大单元的输出功率电平；

重发端双工单元，与所述Doherty功率放大单元连接，用于对所述Doherty功率放大单元输出的另一部分射频信号进行隔离和滤波。

在本发明的一个实施例中，所述数字预失真单元包括：

输入链路自动增益控制单元，与所述施主端双工单元以及所述监控单元连接，用于根据所述监控单元监控的所述Doherty功率放大单元的输出功率电平调整所述施主端双工单元隔离和滤波后的下行输入射频信号的功率电平以稳定所述Doherty功率放大单元的输出功率电平；

输入链路下变频单元，与所述输入链路自动增益控制单元连接，用于将所述输入链路自动增益控制单元输出的功率电平调整后的下行输入射频信号转换成中频信号；

反馈链路自动增益控制单元，与所述Doherty功率放大单元连接，用于调整所述Doherty功率放大单元部分输出的反馈链路射频信号的功率电平；

反馈链路下变频单元，与所述反馈自动增益控制单元连接，用于将所述反馈链路自动增益控制单元输出的功率电平调整后的反馈链路射频信号转换成中频信号；

模数转换单元，与所述输入链路下变频单元以及所述反馈链路下变频单元连接，用于将所述输入链路下变频单元输出的下行输入中频信号以及所述反馈链路下变频单元输出的反馈链路中频信号转换成数字信号；

数字预失真处理单元，与所述模数转换单元连接，用于分别提取所述模数转换单元输出的下行输入数字信号以及反馈链路数字信号中的基带数字信号的辐度信息和相位信息，根据分别提取的辐度信息和相位信息的比较结果通过相位和辐度调整电路矫正下行输入数字信号，得到预失真后的输入数字信号；

数模转换单元，与所述数字预失真处理单元连接，用于将所述数字预失真处理单元输出的预失真后的输入数字信号转换成中频模拟信号；

输出链路上变频单元，与所述数模转换单元连接，用于将数模转换单元输出的中频模拟信号转换成射频信号；

输出链路自动增益控制单元，与所述输出链路上变频单元以及所述Doherty功率放大单元连接，用于调整所述输出链路上变频单元输出的射频信号的功率，并将功率电平调整后的射频信号输入至所述Doherty功率放大单元。

在本发明的另一实施例中，所述数字预失真单元还包括：

中央处理器单元，与所述输入链路自动增益控制单元、反馈链路自动增益控制单元、输出链路自动增益控制单元、以及所述数字预失真处理单元连接，用于分别检测输入至所述输入链路自动增益控制单元的输入信号的大小、输入至反馈链路自动增益控制单元的反馈信号的大小、输入至输出链路自动增益控制单元的输入信号的大小，根据检测结果调整所述输入链路自动增益控制单元、反馈链路自动增益控制单元、输出链路自动增益控制单元的增益大小，并控制所述数字预失真处理单元的矫正操作。

本发明还提供了一种直放站系统高效率和高线性实现方法，包括如下步骤：

(1)对隔离和滤波后的下行输入射频信号进行放大，同时将放大后的部分输出信号作为反馈链路射频信号；

(2)监控所述反馈链路射频信号的输出功率电平；

(3)根据监控结果调整所述下行输入射频信号的功率电平以稳定所述反馈链路射频信号的输出功率电平；

(4)对所述下行输入射频信号以及所述反馈链路射频信号分别依次进行功率电平调整、下变频、模数转换，得到下行输入数字信号以及反馈链路数字信号；

(5)对所述下行输入数字信号以及所述反馈链路数字信号进行数字预失真处理，得到预失真后的输入数字信号；

(6)将预失真后的输入数字信号依次进行数模转换、上变频、功率电平调整，得到预失真后的射频输入信号；

(7)将预失真后的射频输入信号依次进行放大、隔离和滤波。

在本发明的一个实施例中，所述步骤(5)具体为：

提取所述下行输入数字信号以及所述反馈链路数字信号的基带信号的幅度信息和相位信息，根据分别提取的辐度信息和相位信息的比较结果通过相位和辐度调整电路矫正下行输入数字信号，得到预失真后的输入数字信号，该预失真后的信号的非线性与放大后的部分输出信号的非线性互补。

与现有技术相比，本发明高效率、高线性直放站系统及直放站系统高效率和高线性实现方法具有如下优点：

1)能解决直放站系统的高功率(效率)与高线性之间矛盾；

2)仅由施主端双工单元10、Doherty功率放大单元30、数字预失真单元20和重发端双工单元40组成，因此结构简单、成本低；

3)监控单元能够保证功率放大器在宽动态范围内功率的稳定，系统实现简单；

4)该方法可广泛应用于CDMA、WCDMA等不同制式的室内覆盖系统及直放站系统。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明高效率、高线性直放站系统的组成示意图。

图1a为图1所示高效率、高线性直放站系统中的数字预失真单元的详细组成图。

图2为本发明直放站系统高效率和高线性实现方法的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

本发明高效率、高线性直放站系统包括：

施主端双工单元10，用于对下行输入射频信号进行隔离和滤波；

Doherty功率放大单元30，用于对数字预失真单元20预失真处理后的信号进行放大，同时将部分输出射频信号作为数字预失真单元20的反馈输入，Doherty功率放大单元30输入至数字预失真单元20的反馈链路射频信号用来反映Doherty功率放大单元30的非线性特性，以便数字预失真单元20对Doherty功率放大单元30的非线性进行改善；

数字预失真单元20，与所述施主端双工单元10以及所述Doherty功率放大单元30连接，用于提取所述施主端双工单元10输出的隔离和滤波后的下行输入射频信号中的基带信号幅度信息和相位信息，提取所述Doherty功率放大单元30部分输出的反馈链路射频信号中的基带信号幅度信息和相位信息，根据提取的下行输入射频基带信号幅度信息和相位信息与反馈链路基带信号幅度信息和相位信息的比较结果矫正下行输入射频信号，并将校正的下行输入射频信号输出至Doherty功率放大单元30；

重发端双工单元40，与所述Doherty功率放大单元30连接，用于对所述Doherty功率放大单元30输出的另一部分射频信号进行隔离和滤波。

监控单元50，与所述数字预失真单元20和Doherty功率放大单元30连接，对所述数字预失真单元20及Doherty功放单元30的工作状态进行监控和控制。监控单元50能够实时监控并采集Doherty功率放大单元30的输出功率电平等工作状态，数字预失真单元20从监控单元50能够准确查询到Doherty功率放大单元的输出功率电平，通过其输入链路自动增益控制单元211调整下行输入射频信号的功率电平，稳定Doherty功率放大单元的输出功率电平。

与现有技术相比，本高效率、高线性直放站系统的优点是：

1)采用了Doherty功率放大单元30，使直放站系统具有较高的功率效率水平，同时采用了数字预失真单元，改善了Doherty功率放大单元30带来的非线性影响，提高直放站系统的线性度，解决直放站系统的高功率(效率)与高线性之间矛盾；

2)仅由施主端双工单元10、Doherty功率放大单元30、数字预失真单元20和重发端双工单元40组成，因此结构简单、成本低；

3)由于直放站系统的线性度得到提高，对相邻信道的干扰减小，信号质量得到提高，覆盖效果得到改善；

4)由于直放站系统的功率效率得到提高，使同样功率等级的直放站系统热耗减少，减轻直放站系统散热压力，同时节约能源，从而减少由于效率低而导致功率耗散带来的电费开支；

5)能够保证功率放大器在宽动态范围内功率的稳定，系统实现简单；

6)该方法可广泛应用于GSM、CDMA、WCDMA等不同制式的室内覆盖系统及直放站系统。

如图1a，所述数字预失真单元20包括：

输入链路自动增益控制单元(AGC)211，与所述施主端双工单元10以及所述监控单元50连接，用于从监控单元50中查询Doherty功率放大单元的输出功率电平，根据监控结果调整所述施主端双工单元10隔离和滤波后的下行输入射频信号的功率电平，以稳定Doherty功率放大单元30的输出功率电平；

输入链路下变频单元212，与所述输入链路自动增益控制单元211连接，用于将所述输入链路自动增益控制单元211输出的功率电平调整后的下行输入射频信号转换成中频信号；

反馈链路自动增益控制单元(AGC)221，与所述Doherty功率放大单元30连接，用于调整所述Doherty功率放大单元30部分输出的反馈链路射频信号的功率电平；

反馈链路下变频单元222，与所述反馈自动增益控制单元221连接，用于将所述反馈链路自动增益控制单元221输出的功率电平调整后的反馈链路射频信号转换成中频信号；

模数转换单元23，与所述输入链路下变频单元212以及所述反馈链路下变频单元222连接，用于将所述输入链路下变频单元212输出的下行输入中频信号以及所述反馈链路下变频单元222输出的反馈链路中频信号转换成数字信号；

数字预失真处理单元24，与所述模数转换单元23连接，用于分别提取所述模数转换单元23输出的下行输入数字信号以及反馈链路数字信号中的基带数字信号的辐度信息和相位信息，根据分别提取的辐度信息和相位信息的比较结果通过相位和辐度调整电路矫正下行输入数字信号，得到预失真后的输入数字信号；

数模转换单元25，与所述数字预失真处理单元24连接，用于将所述数字预失真处理单元24输出的预失真后的输入数字信号转换成中频模拟信号；

输出链路上变频单元261，与所述数模转换单元25连接，用于将数模转换单元25输出的中频模拟信号转换成射频信号；

输出链路自动增益控制单元(AGC)262，与所述输出链路上变频单元25以及所述Doherty功率放大单元30连接，用于调整所述输出链路上变频单元25输出的射频信号的功率电平，并将功率电平调整后的射频信号输入至所述Doherty功率放大单元30；

中央处理器单元27，与所述输入链路自动增益控制单元211、反馈链路自动增益控制单元221、输出链路自动增益控制单元261、以及所述数字预失真处理单元24连接，用于分别检测输入至所述输入链路自动增益控制单元211的输入信号的大小、输入至反馈链路自动增益控制单元221的反馈信号的大小、输入至输出链路自动增益控制单元261的输出信号的大小，根据检测结果调整所述输入链路自动增益控制单元211、反馈链路自动增益控制单元221、输出链路自动增益控制单元261的增益大小，并控制所述数字预失真处理单元的矫正操作。

如图2，本发明直放站系统高效率和高线性实现方法，包括如下步骤：

步骤S1，对隔离和滤波后的下行输入射频信号进行放大，同时将放大后的部分输出信号作为反馈链路射频信号；

步骤S2，监控所述反馈链路射频信号的输出功率电平；

步骤S3，根据监控结果调整所述下行输入射频信号的功率电平以稳定所述反馈链路射频信号的输出功率电平；

步骤S4，对所述下行输入射频信号以及所述反馈链路射频信号分别依次进行功率电平调整、下变频、模数转换，得到下行输入数字信号以及反馈链路数字信号；

步骤S5，对所述下行输入数字信号以及所述反馈链路数字信号进行数字预失真处理，得到预失真后的输入数字信号；

步骤S6，将预失真后的输入数字信号依次进行数模转换、上变频、功率电平调整，得到预失真后的射频输入信号；

步骤S7，将预失真后的射频输入信号依次进行放大、隔离和滤波。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S5具体为：

提取下行输入数字信号以及反馈链路数字信号的基带信号的幅度信息和相位信息，根据分别提取的辐度信息和相位信息的比较结果通过相位和辐度调整电路矫正下行输入数字信号，得到预失真后的输入数字信号，该预失真后的信号的非线性与放大后的部分输出信号的非线性互补。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (5)

1.一种高效率、高线性直放站系统，包括：

施主端双工单元，用于对下行输入射频信号进行隔离和滤波；

Doherty功率放大单元，用于对数字预失真单元输出的信号进行放大，同时将放大后部分输出的射频信号反馈至数字预失真单元；

数字预失真单元，与所述施主端双工单元以及所述Doherty功率放大单元连接，用于提取所述施主端双工单元输出的隔离和滤波后的下行输入射频信号中的基带信号幅度信息和相位信息，提取所述Doherty功率放大单元部分输出的反馈链路射频信号中的基带信号幅度信息和相位信息，根据提取的下行输入射频基带信号幅度信息和相位信息与反馈链路基带信号幅度信息和相位信息的比较结果矫正下行输入射频信号，并将校正的下行输入射频信号输出至Doherty功率放大单元；

监控单元，与所述数字预失真单元和所述Doherty功率放大单元连接，用于监控所述Doherty功率放大单元的输出功率电平，所述数字预失真单元根据所述监控单元监控的所述Doherty功率放大单元的输出功率电平调整下行输入射频信号的功率电平以稳定所述Doherty功率放大单元的输出功率电平；

重发端双工单元，与所述Doherty功率放大单元连接，用于对所述Doherty功率放大单元输出的另一部分射频信号进行隔离和滤波。

2.如权利要求1所述的高效率、高线性直放站系统，其特征在于，所述数字预失真单元包括：

输入链路自动增益控制单元，与所述施主端双工单元以及所述监控单元连接，用于根据所述监控单元监控的所述Doherty功率放大单元的输出功率电平调整所述施主端双工单元隔离和滤波后的下行输入射频信号的功率电平以稳定所述Doherty功率放大单元的输出功率电平；

输入链路下变频单元，与所述输入链路自动增益控制单元连接，用于将所述输入链路自动增益控制单元输出的功率电平调整后的下行输入射频信号转换成中频信号；

反馈链路自动增益控制单元，与所述Doherty功率放大单元连接，用于调整所述Doherty功率放大单元部分输出的反馈链路射频信号的功率电平；

反馈链路下变频单元，与所述反馈自动增益控制单元连接，用于将所述反馈链路自动增益控制单元输出的功率电平调整后的反馈链路射频信号转换成中频信号； 

模数转换单元，与所述输入链路下变频单元以及所述反馈链路下变频单元连接，用于将所述输入链路下变频单元输出的下行输入中频信号以及所述反馈链路下变频单元输出的反馈链路中频信号转换成数字信号；

数字预失真处理单元，与所述模数转换单元连接，用于分别提取所述模数转换单元输出的下行输入数字信号以及反馈链路数字信号中的基带数字信号的辐度信息和相位信息，根据分别提取的辐度信息和相位信息的比较结果通过相位和辐度调整电路矫正下行输入数字信号，得到预失真后的输入数字信号；

数模转换单元，与所述数字预失真处理单元连接，用于将所述数字预失真处理单元输出的预失真后的输入数字信号转换成中频模拟信号；

输出链路上变频单元，与所述数模转换单元连接，用于将数模转换单元输出的中频模拟信号转换成射频信号；

输出链路自动增益控制单元，与所述输出链路上变频单元以及所述Doherty功率放大单元连接，用于调整所述输出链路上变频单元输出的射频信号的功率电平，并将功率电平调整后的射频信号输入至所述Doherty功率放大单元。

3.如权利要求2所述的高效率、高线性直放站系统，其特征在于，所述数字预失真单元还包括：

中央处理器单元，与所述输入链路自动增益控制单元、反馈链路自动增益控制单元、输出链路自动增益控制单元、以及所述数字预失真处理单元连接，用于分别检测输入至所述输入链路自动增益控制单元的输入信号的大小、输入至反馈链路自动增益控制单元的反馈信号的大小、输入至输出链路自动增益控制单元的输入信号的大小，根据检测结果调整所述输入链路自动增益控制单元、反馈链路自动增益控制单元、输出链路自动增益控制单元的增益大小，并控制所述数字预失真处理单元的矫正操作。

4.一种直放站系统高效率和高线性实现方法，包括如下步骤：

(1)对隔离和滤波后的下行输入射频信号进行放大，同时将放大后的部分输出信号作为反馈链路射频信号；

(2)监控所述反馈链路射频信号的输出功率电平；

(3)根据监控结果调整所述下行输入射频信号的功率电平以稳定所述反馈链路射频信号的输出功率电平；

(4)对所述下行输入射频信号以及所述反馈链路射频信号分别依次进行功率电平调整、下变频、模数转换，得到下行输入数字信号以及反馈链路数字信号； 

(5)对所述下行输入数字信号以及所述反馈链路数字信号进行数字预失真处理，得到预失真后的输入数字信号；

(6)将预失真后的输入数字信号依次进行数模转换、上变频、功率电平调整，得到预失真后的射频输入信号；

(7)将预失真后的射频输入信号依次进行放大、隔离和滤波。

5.如权利要求4所述的直放站系统高效率和高线性实现方法，其特征在于，所述步骤(5)具体为：

提取所述下行输入数字信号以及所述反馈链路数字信号的基带信号的幅度信息和相位信息，根据分别提取的辐度信息和相位信息的比较结果通过相位和辐度调整电路矫正下行输入数字信号，得到预失真后的输入数字信号，该预失真后的信号的非线性与放大后的部分输出信号的非线性互补。 

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