CN102386852B - 数字多载波功率放大的方法及实现该方法的功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数字多载波功率放大的方法包括六个步骤，前五个步骤依次为将多载波射频输入信号转换为数字中频信号、数字中频信号分通道进行数字中频处理、数字中频信号转换为模拟中频信号、模拟中频信号变频为射频信号并线性放大、将放大的多通道射频信号合路后输出；第六个步骤为一个反馈/检测通道，其将多个分通道线性放大的射频信号择一通道的信号作为检测信号，再与合路后的射频信号产生的前向功率信号和反向功率信号三种信号通过开关选择信号，完成功率检测和信号反馈。本发明还公开了实现数字多载波功率放大的功率放大器，采用本发明实现多载波射频信号的放大，功放效率较高，能降低功放管器件的选型要求，因此实现功放的成本低。

Description

数字多载波功率放大的方法及实现该方法的功率放大器

技术领域

本发明涉及功率放大的方法及设备，具体是数字多载波功率放大的方法及实现该方法的功率放大器。

背景技术

现今行业功放系统实现数字多载波功率放大的方法在将数字信号处理为射频信号后经过滤波、变频，并进行射频线性放大。采用行业方法实现数字多载波功率放大，功放效率较低，线性指标对功放管器件要求高，且散热和可靠性都遇到了很大的挑战，因此实现功放的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了能降低功放管器件的选型要求，提高功放效率的数字多载波功率放大的方法及实现该方法的功率放大器。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：数字多载波功率放大的方法，包括以下步骤：

步骤1、将多载波射频输入信号依次经过滤波、变频、放大后再经过模数转换为数字中频信号；

步骤2、将步骤1中产生的数字中频信号分为两个以上的通道，并分通道进行数字中频信号处理；

步骤3、将步骤2处理后的各个通道的数字中频信号经过数模转换为模拟中频信号；

步骤4、将步骤3中各个通道产生的模拟中频信号经过滤波、变频为射频信号并线性放大；

步骤5、将步骤4中各个通道线性放大后的射频信号合路为一路射频信号输出；

步骤6、将步骤4中产生射频信号的各个通道选择其中一个通道的信号作为检测信号，再与步骤5中合路后的射频输出信号产生的前向功率信号和反向功率信号三者通过开关择一处理为数字信号，对产生的数字信号进行功率检测，并将检测到的反馈信号返回到步骤2中进行数字中频信号处理。

所述步骤2中的数字中频信号处理包括峰均比和数字预失真处理、数字滤波、数字放大、数字衰减、增益调整及相位调整。本发明通过数字处理，可以有效滤除干扰信号和杂散信号。

所述步骤2中产生的通道数量小于12个。

作为本发明的进一步改进，本发明还包括在步骤2中选择打开或关闭各数字中频信号通道，所述步骤4产生射频信号的通道与步骤2中打开或关闭的数字中频信号通道对应。

实现上述放大信号的方法的功率放大器，包括顺次连接的射频输入处理模块、数字中频处理模块、模拟中频处理模块、射频放大处理模块及连接于数字中频处理模块与射频放大处理模块之间的反馈电路；多载波射频输入信号输入射频输入处理模块进行滤波、变频、放大、模数转换后产生数字中频信号，数字中频信号输入数字中频处理模块内，数字中频处理模块将数字中频信号分为两个以上的通道并分通道进行数字中频信号处理，数字中频处理模块输出的数字中频信号输入模拟中频处理模块进行数模转换、滤波、变频、放大后输入射频放大处理模块内，射频放大处理模块将各个通道线性放大后的射频信号合路为一路射频信号输出，反馈电路将产生射频信号的各个通道选择其中一个通道的信号作为检测信号，再与射频输出信号产生的前向功率信号和反向功率信号三者通过开关择一处理为数字信号，对产生的数字信号进行功率检测，并将检测到的反馈信号返回到数字中频处理模块中进行数字中频信号处理。

所述的射频输入处理模块包括顺次连接的可变衰减器、滤波变频器、放大器及模数转换器，所述模数转换器与数字中频处理模块连接。

所述的数字中频处理模块为FPGA，且数字中频处理模块包括功率检测模块。

所述模拟中频处理模块包括两条以上顺次连接有数模转换器、滤波变频器及放大器的电路，所述数模转换器与数字中频处理模块连接，所述放大器与射频放大处理模块连接。

所述射频放大处理模块包括两条以上顺次连接有滤波器、放大器及隔离器的分支电路，且射频放大处理模块设有的分支电路条数与模拟中频处理模块的电路条数相同；所述射频放大处理模块的滤波器与模拟中频处理模块的放大器一一对应连接，所述隔离器连接有合路器，所述合路器合并射频放大处理模块中的分支电路构成一条射频输出电路。

所述反馈电路包括与射频放大处理模块中的分支电路数量相同、一一对应耦合连接的耦合支路，所述耦合支路连接一个多选一选择开关，所述多选一选择开关的输入端口的数量与射频放大处理模块中分支电路的数量相同，且耦合支路与多选一选择开关的输入端口一一对应连接；所述反馈电路还包括与射频输出电路耦合连接的前向耦合电路和反向耦合电路，所述前向耦合电路、反向耦合电路及多选一选择开关输出端口连接的线路与一个三选一选择开关的输入端口一一对应连接，所述三选一选择开关的输出端依次连接一个滤波变频器、一个模数转换器后与数字中频处理模块连接。反馈电路的模数转换器具体是与数字中频处理模块的功率检测模块连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：（1）本发明将多载波射频输入信号处理为数字中频信号后，将数字中频信号分为多路通道进行处理，并恢复为多载波射频信号，经过滤波、变频，以及射频线性放大后，再将各通道合路为一路射频通道。本发明在数字中频信号部分就实行分通道处理，减少了数字中频信号部分功放管器件对信号的承载量，从而可降低器件功率等级的要求，降低器件选型风险，可通过选择功率等级相对较低的器件实现大功率放大输出，降低成本，本发明较现有技术提前实现分通道处理，提高了功放效率。

（2）本发明可通过打开和关闭各通道的方式实现功放池的功能，即同一产品支持不同的功率等级的功率输出，减少再次开发的成本，且当个别通道异常情况下，可以打开其他备用通道，从而实现额定功率输出。

附图说明

图1为本发明功率放大器的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

本实施方式的数字多载波功率放大的方法主要包括六个步骤，其中，六个步骤依次为：步骤1、将多载波射频输入信号转换为数字中频信号；步骤2、数字中频信号分通道进行数字中频处理；步骤3、数字中频信号转换为模拟中频信号；步骤4、模拟中频信号变频为射频信号并线性放大；步骤5、将放大的多通道射频信号合路后输出；步骤6为一个反馈/检测通道，其将步骤4中多个分通道线性放大的射频信号择一通道的射频信号，以及步骤5合路的射频信号产生的前向功率信号和反向功率信号三种信号选择其中一种信号，将选择的信号处理为数字信号并进行功率检测，并将检测到的反馈信号返回到步骤2。

本实施方式的步骤1在将多载波射频输入信号经过模数转换为数字中频信号之前，其还对多载波射频输入信号依次经过滤波、变频、放大处理，变频将多载波射频输入信号变频为模拟中频信号，放大是对模拟中频信号的放大。步骤2中将数字中频信号分通道应分为两个以上的通道，且通道的数量优选小于12个，而分通道处理为对数字中频信号依次进行峰均比、数字预失真、数字滤波、数字放大、数字衰减、增益调整及相位调整等处理。步骤4中所述的模拟中频信号分通道处理包括对模拟中频信号进行滤波和变频处理。本实施方式的反馈/检测通道为对多个通道中线性放大后的射频信号选择其中一个通道的信号作为检测信号，以及合路后的射频输出信号产生的前向功率信号和反向功率信号三者信号中选择一种信号，并对选择的信号进行处理后检测，完成实现本实施方式的功率放大器的功率检测，以检测射频输出端口的功率是否正常和保证设备的正常运行；将检测到的反馈信号返回到步骤2，具体为返回到步骤2中的数字预失真部分。本实施方式还包括在步骤2中选择打开或关闭各数字中频信号通道，步骤4产生射频信号的通道与步骤2中打开或关闭的数字中频信号通道对应。

如图1所示，实现数字多载波功率放大的功率放大器，包括顺次连接的射频输入处理模块、数字中频处理模块、模拟中频处理模块、射频放大处理模块及连接于数字中频处理模块与射频放大处理模块之间的反馈电路。其中，射频输入处理模块包括顺次连接的可变衰减器、滤波变频器、放大器及模数转换器。数字中频处理模块为FPGA，射频输入处理模块的模数转换器与FPGA连接，且数字中频处理模块包括功率检测模块。模拟中频处理模块包括两条以上顺次连接有数模转换器、滤波变频器及放大器的电路，数模转换器与FPGA连接。射频放大处理模块包括两条以上顺次连接有滤波器、放大器及隔离器的分支电路，且射频放大处理模块设有的分支电路条数与模拟中频处理模块的电路条数相同；射频放大处理模块的滤波器与模拟中频处理模块的放大器一一对应连接，隔离器连接有合路器，在射频放大处理模块中的分支电路较多时，可通过多个合路器来合并分支电路，合路器合并射频放大处理模块中的分支电路构成一条射频输出电路。本实施方式的反馈电路包括与射频放大处理模块中的分支电路数量相同，且与射频放大处理模块中的分支电路一一对应耦合连接的耦合支路，耦合支路连接一个多选一选择开关，多选一选择开关的输入端口的数量与射频放大处理模块中分支电路的数量相同，且耦合支路与多选一选择开关的输入端口一一对应连接。反馈电路还包括与射频输出电路耦合连接的前向耦合电路和反向耦合电路，前向耦合电路、反向耦合电路及多选一选择开关输出端口连接的线路与一个三选一选择开关的输入端口一一对应连接，所述三选一选择开关的输出端依次连接一个滤波变频器、一个模数转换器后与数字中频处理模块的功率检测模块连接。

本实施方式的功率放大器在进行多载波功率放大时，输入的多载波射频信号通过可变衰减器调整信号的大小，以满足变频器的输入功率要求，通过滤波变频器滤波、变频为模拟中频，经过放大器放大后，信号通过模数转换器转换为数字中频信号；在FPGA中通过算法完成数字中频信号处理，在数字处理过程中，将数字中频信号分为多通道，并分通道进行数字中频信号处理（包括峰均比、数字预失真、数字滤波、数字放大、数字衰减、增益调整、相位调整等）；从FPGA输出的信号经过数模转换器转换为模拟中频信号，经过滤波器滤波后，各通道的模拟中频信号经过变频器变频为射频信号，并经过线性放大器放大后，多通道射频信号通过合路器合路为一路射频信号输出，完成对多载波射频信号的高效率、高线性放大，本实施方式通过FPGA实现关闭或者打开各数字中频信号通道。

反馈/检测通道通过开关选择，选择射频信号合路前的一个通道的射频信号，其与合路后的前向功率信号、反向功率信号三者中选择一个信号经过滤波器滤波，变频器变频为模拟中频信号，再经过模数转换器转换为数字信号，FPGA中处理完成实现功率放大的功率放大器的功率检测。

如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (10)

1.数字多载波功率放大的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将多载波射频输入信号依次经过滤波、变频、放大后再经过模数转换为数字中频信号；

步骤2、将步骤1中产生的数字中频信号分为两个以上的通道，并分通道进行数字中频信号处理；

步骤3、将步骤2处理后的各个通道的数字中频信号经过数模转换为模拟中频信号；

步骤4、将步骤3中各个通道产生的模拟中频信号经过滤波、变频为射频信号并线性放大；

步骤5、将步骤4中各个通道线性放大后的射频信号合路为一路射频信号输出；

步骤6、将步骤4中产生射频信号的各个通道选择其中一个通道的信号作为检测信号，再与步骤5中合路后的射频输出信号产生的前向功率信号和反向功率信号三者通过开关择一处理为数字信号，对产生的数字信号进行功率检测，并将检测到的反馈信号返回到步骤2中进行数字中频信号处理。

2.根据权利要求1所述的数字多载波功率放大的方法，其特征在于，所述步骤2中的数字中频信号处理包括峰均比和数字预失真处理、数字滤波、数字放大、数字衰减、增益调整及相位调整。

3.根据权利要求1所述的数字多载波功率放大的方法，其特征在于，所述步骤2中产生的通道数量小于12个。

4.根据权利要求1所述的数字多载波功率放大的方法，其特征在于，还包括在步骤2中选择打开或关闭各数字中频信号通道，所述步骤4产生射频信号的通道与步骤2中打开或关闭的数字中频信号通道对应。

5.实现权利要求1～4所述的任一种方法的功率放大器，其特征在于，包括顺次连接的射频输入处理模块、数字中频处理模块、模拟中频处理模块、射频放大处理模块及连接于数字中频处理模块与射频放大处理模块之间的反馈电路；多载波射频输入信号输入射频输入处理模块进行滤波、变频、放大、模数转换后产生数字中频信号，数字中频信号输入数字中频处理模块内，数字中频处理模块将数字中频信号分为两个以上的通道并分通道进行数字中频信号处理，数字中频处理模块输出的数字中频信号输入模拟中频处理模块进行数模转换、滤波、变频、放大后输入射频放大处理模块内，射频放大处理模块将各个通道线性放大后的射频信号合路为一路射频信号输出，反馈电路将产生射频信号的各个通道选择其中一个通道的信号作为检测信号，再与射频输出信号产生的前向功率信号和反向功率信号三者通过开关择一处理为数字信号，对产生的数字信号进行功率检测，并将检测到的反馈信号返回到数字中频处理模块中进行数字中频信号处理。

6.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，所述的射频输入处理模块包括顺次连接的可变衰减器、滤波变频器、放大器及模数转换器，所述模数转换器与数字中频处理模块连接。

7.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，所述的数字中频处理模块为FPGA，且数字中频处理模块包括功率检测模块。

8.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，所述模拟中频处理模块包括两条以上顺次连接有数模转换器、滤波变频器及放大器的电路，所述数模转换器与数字中频处理模块连接，所述放大器与射频放大处理模块连接。

9.根据权利要求8所述的功率放大器，其特征在于，所述射频放大处理模块包括两条以上顺次连接有滤波器、放大器及隔离器的分支电路，且射频放大处理模块设有的分支电路条数与模拟中频处理模块的电路条数相同；所述射频放大处理模块的滤波器与模拟中频处理模块的放大器一一对应连接，所述隔离器连接有合路器，所述合路器合并射频放大处理模块中的分支电路构成一条射频输出电路。

10.根据权利要求9所述的功率放大器，其特征在于，所述反馈电路包括与射频放大处理模块中的分支电路数量相同、一一对应耦合连接的耦合支路，所述耦合支路连接一个多选一选择开关，所述多选一选择开关的输入端口的数量与射频放大处理模块中分支电路的数量相同，且耦合支路与多选一选择开关的输入端口一一对应连接；所述反馈电路还包括与射频输出电路耦合连接的前向耦合电路和反向耦合电路，所述前向耦合电路、反向耦合电路及多选一选择开关输出端口连接的线路与一个三选一选择开关的输入端口一一对应连接，所述三选一选择开关的输出端依次连接一个滤波变频器、一个模数转换器后与数字中频处理模块连接。