CN102282761A - 高频放大器、无线设备和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种高频放大器，具有改进的低输出时效率，但电路尺寸增加最小。所述高频放大器具有：载频放大器(7)，放大输入信号；峰值放大器(8)，放大输入信号中具有预定幅度或更大幅度的输入信号；包络检测器(3)，提取所述输入信号的包络信息；以及偏置控制电路(4)，基于包络信息计算要供应至载频放大器(7)的计算电压，将所述计算电压与阈值进行比较，并改变要供应至载频放大器(7)的计算电压。

Description

高频放大器、无线设备和控制方法
技术领域
本发明涉及高频放大器、无线设备和控制方法，并且特别涉及包括载频放大器和峰值放大器在内的多赫尔蒂(Doherty)型高频放大器、无线设备和控制方法。
背景技术
在近年来的宽带通信系统中，所使用的信号的峰值功率和平均功率之比(PAR：峰均功率比)大约是10dB。在该情况下，为了无误的发送信息，必须使用能够发送比平均发送功率高10dB以上的峰值功率的高频放大器作为发送级的高频放大器。一般地，对于放大器，峰值功率和平均发送功率之比(回退)越大，功率效率越低。
另一方面，由于环境意识的提升，在无线系统中还要求较低的功耗。特别地，在移动电话的要求具有几十W的高输出的基站设备中，期望具有大功耗比的高频放大器以提高效率。存在多赫尔蒂型放大器作为高效的高频放大器，还存在采用漏极调制技术的放大器，所述漏极调制技术将信号的包络与放大元件的漏电压同步。
在多赫尔蒂型放大器中，只有载频放大器工作在低输出区中，载频放大器和峰值放大器均工作在高输出区中。在多赫尔蒂型放大器中，在峰值放大器开始工作的输出电平处，效率可以达到最大，因而可以实现高效率。此外，通过改变载频放大器和峰值放大器的饱和输出电平比，可以改变效率变为最大时的输出电平。然而，在低输出区，多赫尔蒂型放大器的效率将是被偏置为AB类的载频放大器的效率，因此，存在效率降低的问题。
作为漏极调制技术的示例的包络跟踪放大器根据信号包络改变放大元件的电源电压。例如，当包络值较小时，降低电源电压使得在任意时刻保持较低的回退状态，从而实现高效操作。然而，在移动电话基站的高频放大器中，信号频带为几十MHz，并且放大元件的最大输出将为几百W。因此，对于向放大元件供应电功率的漏极调制电源电路，同时要求大约100MHz的高速操作以及几百W级别的高输出操作，因而存在电路尺寸增加的问题。
PTL 1描述了一种多赫尔蒂放大器，包括：检测器，检测输入信号的包络；以及比较器，将包络和参考电压进行比较。当包络大于或等于参考电压时，输出基于包络的即时功率大小的脉冲信号，并且向载频放大器供应取决于输出脉冲信号的电平的驱动信号。
参考文献
专利文献
PTL 1：日本待审专利申请公开No.2008-227598
发明内容
技术问题
在PTL 1中，当包络超过参考值时，添加脉冲信号，然而，如在第0011段中描述的那样，存在如下问题：仅对电源进行优化，并且优化发生的概率为大约1％。
在这样的环境下提出了本发明，并且本发明的目的在于提供高频放大器、无线设备和控制方法，抑制电路尺寸增加同时改进低输出时的效率。
技术方案
根据本发明一方面的高频放大器，包括：载频放大器，放大输入信号；峰值放大器，放大输入信号中具有预定幅度或更大幅度的输入信号；包络提取单元，提取所述输入信号的包络信息；计算单元，根据包络信息计算要供应至载频放大器的计算电压；以及电源调制单元，将所述计算电压与阈值进行比较，并改变要供应至载频放大器的电压，其中，所述高频放大器将载频放大器和峰值放大器的放大后的输出进行合并，并加以输出。
根据本发明一方面的控制方法是高频放大器的控制方法，所述高频放大器用于将载频放大器和峰值放大器的放大后的输出进行合并，并加以输出，并且所述高频放大器包括载频放大器和峰值放大器，所述载频放大器放大输入信号，所述峰值放大器放大输入信号中具有预定幅度或更大幅度的输入信号，其中，所述控制方法包括：提取所述输入信号的包络信息；根据包络信息计算要供应至载频放大器的计算电压；将所述计算电压与阈值进行比较，并改变要供应至载频放大器的电压。
技术效果
根据本发明，可以提供高频放大器、无线设备和控制方法，在抑制电路尺寸增加的同时改进低输出时的效率。
附图说明
图1是示出了根据第一示例实施例的高频放大器的配置的示例的视图；
图2是示出了根据第一示例实施例的高频放大器的配置的示例的视图；
图3是示出了根据第一示例实施例的高频放大器的配置的另一示例的视图；
图4是说明根据第一示例实施例的高频放大器的操作的流程图；
图5是示出了根据第一示例实施例的高频放大器的输出电平效率的计算结果示例的图；
图6是示出了根据第二示例实施例的无线设备的配置的视图；
图7是示出了根据第三示例实施例的无线设备的配置的视图。
附图标记说明
1高频信号输入端子
2方向性耦合器
3包络检测器
4偏置控制电路
5延迟调整器
6移相器
7载频放大器
8峰值放大器
9移相器
10高频信号输出端子
11基带信号输入端子
12基带信号处理功能单元
13包络信息提取功能单元
14频率转换器
15阈值确定功能单元
41计算单元
42电源调制单元
100高频放大器
200无线设备
300无线设备
具体实施方式
第一示例实施例
参照图1说明根据本发明的第一示例实施例的高频放大器。图1是示出了根据该示例实施例的高频放大器100的配置。如图1所示，高频放大器100具有包络检测器3、偏置控制电路4、载频放大器7和峰值放大器8。
根据该示例实施例的高频放大器100具有多赫尔蒂放大器，所述多赫尔蒂放大器包括载频放大器7和峰值放大器8。载频放大器7对从外部输入的输入信号进行放大，并且对峰值放大器8的输入信号中具有预定幅度或更大幅度的输入信号进行放大。
包络检测器3提取输入信号的包络信息。在偏置控制电路4中提供计算单元41和电源调制单元42，所述计算单元41用于根据所提取的包络信息计算要供应至载频放大器7的计算电压，所述电源调制单元42将所述计算电压与阈值进行比较，并改变要供应至载频放大器的电压。高频放大器100将载频放大器7和峰值放大器8的放大后的输出进行合并，并加以输出。
此处，参照图2，说明图1所示的高频放大器100的具体配置。图2是根据该示例实施例的高频放大器100的配置的视图。如图2所示，高频放大器100包括：高频信号输入端子1、方向性耦合器2、包络检测器3、偏置控制电路4、延迟调整器5、移相器6和9、载频放大器7、峰值放大器8以及高频信号输出端子10。
方向性耦合器2将从高频信号输入端子1输入的高频信号分离至高频信号路由(Route和包络路由。在高频信号路由中提供延迟调整器5。延迟调整器5调整经由方向性耦合器2输入的高频信号，以消除高频信号路由和包络路由之间的延迟差。受延迟调整器5调整的高频信号被分支至两个路径。
在分支路径之一中顺序提供载频放大器7和移相器9。载频放大器7对分支高频信号之一进行放大，并且由移相器9调整相位。在另一路径中顺序提供移相器6和峰值放大器8。移相器6调整另一高频信号的相位，然后峰值放大器8进行放大。将来自移相器9和峰值放大器8的信号进行合并，并从高频信号输出端子10输出。
应当注意，如图3所示，在高频信号路由中，可以使用反相多赫尔蒂放大器，在反相多赫尔蒂放大器中，颠倒载频放大器7和峰值放大器8的顺序，还颠倒了移相器6和峰值放大器8的顺序。
在包络路由中提供包络检测器3和偏置控制电路4。包络检测器3提取高频信号输入的包络信息(包络。偏置控制电路4根据在包络检测器3中提取的包络信息，向载频放大器7输出驱动电压。相应地，偏置控制电路4根据包络信息改变供应至载频放大器7的电压。
参照图4说明根据该示例实施例的高频放大器100的包络路由中的具体操作。图4是用于说明高频放大器100的操作的流程图。
当由方向性耦合器2分离的高频信号被输入至包络检测器3时(步骤S1)，由包络检测器3执行包络检测(步骤S2)，并提取包络信息。所提取的包络信息被输入至偏置控制电路4。在偏置控制电路4中，计算漏电压(A)(步骤S3)，应根据包络信息将所述漏电压(A)施加至载频放大器7。
接着，将所计算的漏电压(A)与预先制定的阈值(T)进行比较(步骤S4)。当阈值(T)大于漏电压(A)时，向载频放大器7输出所计算的漏电压(A)，作为驱动电压(步骤S5)。另一方面，当阈值(T)小于或等于漏电压(T＜＝A)时，输出阈值(T)作为驱动电压(步骤S6)。
作为应被施加于载频放大器7的漏电压(A)的计算方法，存在使用预先制定的包络信息和漏电压(A)的对照表的方法。
以下示例是使用对照表的漏电压(A)的计算方法。应存储包络信息与漏电压(A)的值相对应的表，作为对照表。
(1)计算单元41计算漏电压(A)，所述漏电压(A)对应于对照表中的包络值中同输入的包络值最为接近的值。
(2)当输入的包络值不同于对照表中的包络值时，计算单元41计算漏电压(A)，所述漏电压(A)对应于对照表中的包络值中大于输入的包络值并且同输入的包络值最为接近的值。
(3)当输入的包络值不同于对照表中的包络值时，计算单元41计算漏电压(A)，所述漏电压(A)对应于小于输入的包络值并且同输入的包络值最为接近的值。
(4)当输入的包络值(B0)不同于对照表中的包络值时，计算单元41读取漏电压(A1)和漏电压(A2)，所述漏电压(A1)对应于大于输入的包络值并且同输入的包络值最为接近的值(B1)，所述漏电压(A2)对应于对照表中小于输入的包络值并且同输入的包络值最为接近的值(B2)；通过以下公式根据(A1)和(A2)进行内插；并计算漏电压(A)。
A＝A2+((A1-A2)/(B1-B2))*(B0-B2)
此外，作为漏电压(A)的其他计算方法，可以使用以下方法：对包络信息和漏电压(A)之间的关系进行多项式近似，并根据包络信息获得漏电压(A)。例如，当包络信息为x时，可以使用以下公式获得漏电压(A)。A＝a0+a1·x+a2·x2+…+an·xn
应当注意的是，a0至an是系数，n应当是自然数。
图5示出了输出电平效率的计算结果示例。在图5中，横轴指示输出电平(Pout)，纵轴指示效率(效率)。黑点“可变电压”是根据该示例实施例的高频放大器100的结果，并且白点“固定电压”是传统多赫尔蒂放大器的结果。应当注意的是，对于传统多赫尔蒂放大器，载频放大器的漏电压是固定的。
根据图5，可以看出在根据该示例实施例的高频放大器100中，同传统多赫尔蒂放大器相比，低输出区(46dBm或更低的输出电平)中的效率有所改进。例如，在35dBm输出电平处，提高了20个百分点以上。
因此，根据本发明，将根据包络信息计算的漏电压(A)和阈值(T)进行比较，并确定要供应至载频放大器7的漏电压。在PTL 1中，存在以下问题：虽然当包络超过参考值时添加了脉冲信号，但只能对电源进行优化，并且优化发生的概率为大约1％。然而，在本发明中，当其低于参考值时，可以根据包络改变电源电压。例如，当参考值被指定为与PTL 1相同的值时，对于电源，以99％的发生概率优化电源电压。如上所述，可以优化要供应至载频放大器7的漏电压。此时，可以改进低输出区中的效率。
此外，在本发明中，由于作为调制电源单元的偏置控制电路4可以仅操作载频放大器7，因此可以输出饱和输出(在图5所示的示例中为53.3dBm＝214W)的一半(在图5所示的示例中为107W)。另一方面，在诸如传统的包络跟踪等漏极调制方法中，要求输出达到饱和输出。因此，根据本发明，可以减小调制电源单元的电路尺寸。
应当注意的是，虽然上述描述假定FET(场效应管)作为载频放大器7，并将供电端子解释为漏极，但其不限于此。例如，双极晶体管可以作为放大器，并且在该情况下，在以上说明中，将漏极替换为集电极。
第二示例实施例
参照图6说明根据本发明的第二示例实施例的无线设备的配置。图6是示出了根据该示例实施例的无线设备200的配置的视图。在图6中，以相同的标记标示与图2中类似的组件，并且省略了相应的说明。
如图6所示，无线设备200包括：偏置控制电路4、延迟调整器5、移相器6和9、载频放大器7、峰值放大器8、高频信号输出端子10、基带信号输入端子11、基带信号处理功能单元12、包络信息提取功能单元13和频率转换器14。根据该示例实施例的无线设备200包括多赫尔蒂放大器。
在该示例实施例中，在基带信号处理功能单元12中提供包络信息提取功能单元13。包络信息提取功能单元13提取基带信号中包括的包络信息。在该示例实施例中，偏置控制电路4通过数字信号处理改变根据包络信息供应至载频放大器7的电压。在这样的情况下，由于可以通过如上所述将包络信息看作基带信号，以数字信号处理来实现偏置控制电路4中的信号处理，电路配置可以是简单的。
第三示例实施例
参照图7说明根据本发明第三示例实施例的无线设备的配置。图7是示出了根据该示例实施例的无线设备300的配置的视图。在图7中，以相同的标记标示与图2和5中类似的组件，并且省略了相应的说明。
如图7所示，除了图6所示的无线设备200，无线设备300还包括阈值确定功能单元15。在基带信号处理功能单元12中提供阈值确定功能单元15。阈值确定功能单元15通过诸如PAR和必要的EVM(误差向量量值)等信号信息，来确定保持在偏置控制电路4中的阈值。
阈值确定功能单元15所确定的阈值设置信号被发送至偏置控制电路4。该阈值设置信号改变偏置控制电路4中的阈值(T)。例如，在发送不同的已调信号的无线设备中，最佳PAR可能根据信号改变，并且最佳放大器的饱和输出可能相关联地改变。
当阈值(T)增加时，载频放大器7的饱和输出电平增加，从而可以增加整个高频放大器的饱和输出。相反地，由于当阈值(T)降低时载频放大器7的饱和功率电平降低，高频放大器的饱和输出也降低。
如上所述，根据本发明，能够改进低输出区内的效率，同时可以减小电路尺寸。此外，通过根据PAR和必要的EVM等改变阈值，可以增加饱和输出。本发明不限于上述示例实施例，相反，可以在不背离本发明范围的前提下适当修改。
本申请基于并要求于2009年1月26日递交的日本专利申请No.2009-014147的优先权，后者的全部内容被并入于此作为参考。
工业实用性
本发明可应用于使用多赫尔蒂型高频放大器的设备，所述多赫尔蒂型高频放大器包括载频放大器和峰值放大器。

Claims (13)

1.一种高频放大器，包括：
载频放大器，放大输入信号；
峰值放大器，放大输入信号中具有预定幅度或更大幅度的输入信号；
包络提取单元，提取输入信号的包络信息；
计算单元，根据包络信息计算要供应至载频放大器的计算电压；以及
电源调制单元，将所述计算电压与阈值进行比较，并改变要供应至载频放大器的电压，
其中，所述高频放大器将载频放大器和峰值放大器的放大后的输出进行合并并加以输出。
2.根据权利要求1所述的高频放大器，其中，当包络信息低于阈值时，所述电源调制单元输出随包络信息波动的计算电压，当包络信息高于阈值时，输出恒定阈值。
3.根据权利要求1或2所述的高频放大器，其中，所述计算单元通过对照表确定计算电压，所述对照表是对应于包络信息而存储的。
4.根据权利要求1或2所述的高频放大器，其中，所述计算单元根据包络信息，使用多项式来确定计算电压。
5.根据权利要求1所述的高频放大器，其中，载频放大器和峰值放大器构成多赫尔蒂放大器或反相多赫尔蒂放大器。
6.一种无线设备，包括：
基带处理功能单元；以及
根据权利要求1至5中任一项所述的高频放大器，
其中，所述包络信息提取单元是在基带处理功能单元中提供的，并且提取基带信号中包括的包络信息。
7.根据权利要求6所述的无线设备，还包括：阈值确定功能单元，根据来自基带处理功能单元的信号信息而改变阈值。
8.一种高频放大器的控制方法，所述高频放大器用于将载频放大器和峰值放大器的放大后的输出进行合并并加以输出，所述高频放大器包括载频放大器和峰值放大器，所述载频放大器放大输入信号，所述峰值放大器放大输入信号中具有预定幅度或更大幅度的输入信号，所述控制方法包括：
提取所述输入信号的包络信息；
根据包络信息计算要供应至载频放大器的计算电压；以及
将所述计算电压与阈值进行比较，并改变要供应至载频放大器的电压。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中包括：当包络信息低于阈值时，输出随包络信息波动的计算电压，当包络信息高于阈值时，输出恒定阈值。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其中，所述计算电压是通过对照表来确定的，所述对照表是对应于包络信息而存储的。
11.根据权利要求8或9所述的控制方法，其中，所述计算电压是使用多项式并根据包络信息来确定的。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的控制方法，其中，输入信号是基带信号，并且提取基带信号中包括的包络信息。
13.根据权利要求12所述的控制方法，其中，所述阈值根据基带信号信息而改变。
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