CN102545795B - 一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器，本发明包括第一级抵消环路、第二级抵消环路，其包括第一级抵消环路、第二级抵消环路，第一级抵消环路用于消除工作信号及提取误差信号，第二级抵消环路用于消除功放输出的失真分量，本发明采用电流检测自适应运用在第一极环路，通过电流检测电路检测第一环抵消后失真信号放大器的电流，MCU时时监控电流检测值，自动调节第一级抵消环路的移相、调幅矢量调节器，改变相位、幅度参数，使得电流检测值最低，失真信号放大器的输出功率最小，合路器处载波信号得到最大程度的抵消，以达到环路抵消最好。

Description

一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器

技术领域

本发明涉及移动通信系统中功率放大器设计领域，尤其涉及一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器。

背景技术

近年来，随着3G网络的大规模扩建，多载波基站放大器的需求也日趋增加，其核心的多载波基站放大器功放，输出功率大，线性要求高，线性度和工作稳定性越来越成为运营商关注的焦点。目前，运用最多的线性化技术有数字预失真技术（DPD）和前馈技术，由于数字预失真技术（DPD）目前不支持跳频，前馈技术依旧是多载波基站放大器功放主流的线性化技术。

如图1所示，传统双环前馈系统的原理：通过信号抵消环路提取放大器的非线性失真信号，然后经过误差放大器放大，经过误差信号抵消环路实现与放大器的非线性失真信号抵消，从而最大程度的保证输出信号对输入信号的线性放大，保证功放的线性。理论上前馈功放就能够很好的抵消失真信号，但是随着整个系统工作环境的改变、温度的变化，幅度和相位参数就出现了失配，前馈系统信号抵消性能就会大大消弱，整个系统的线性度就急剧的恶化。为了解决前馈技术中载波对消受环境和温度参数变化的影响，保证系统工作的稳定，必须加入自适应载波对消控制方法。已经得到很好应用的自适应方法有：导频信号检测自适应方法和最小功率检测自适应方法。

导频信号检测方法是在电路中引入一个适当功率大小的导频信号，导频信号进入前馈系统后将被看作一个参考信号而得到一定程度的抵消。如果该导频信号通过前馈环路被抵消了，那么需要抵消的信号也会被前馈环路进行最大的压缩，通过检测导频信号的大小，调节环路中矢量调节器，实现自适应调节。

最小功率检测方法是对信号抵消环路输出功率进行能量检测，以输出功率最小为目标，自动调节矢量调节器，通过这种方式实现自适应控制。

发明内容

本发明目的是提供一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器，以解决前馈技术中失真信号提取环路载波对消受环境和温度参数变化的影响，同时监控误差放大器功放工作状态，保证功放线性和工作的稳定。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器，其包括第一级抵消环路、第二级抵消环路，第一级抵消环路用于消除工作信号及提取误差信号，第二级抵消环路用于消除功放输出的失真分量，其特征在于：还包括用于调节第一级抵消环路中输出放大信号的相位的相位矢量调节器、用于调节第一级抵消环路中耦合信号的幅度的幅度矢量调节器、用于对第一级环路提取的失真信号预放大的失真信号放大器、用于检测失真信号放大器的工作电流电流检测电路以及用于监控电流检测电路的电流值并调节相位矢量调节器和幅度矢量调节器的控制模块。

按以上方案，所述控制模块是以电流检测电路检测的电流最小为目标来实时自适应调节相位矢量调节器和幅度矢量调节器。

按以上方案，所述控制模块内存储一个可设置的电流门限值，该电流门限值表征着失真信号放大器输出功率；当控制模块检测到失真信号放大器的工作电流大于这个门限值时，就关闭后面的误差放大器，以防止载波未对消理想时失真信号放大器输出过大造成误差放大器输出过大。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明克服了传统导频信号检测法电路复杂的缺点，电路简单、易实现，而且成本低。电流检测电路直接检测失真信号放大管的工作电流，直接监控了误差放大器的工作状态，可以通过检测值对误差功放实施不同的控制，解决了误差放大器高增益稳定性问题。相位矢量调节器和幅度矢量调节器不同设置值对应第一级抵消环路不同的抵消状况，对应失真信号放大器不同的输出功率，进而对应不同的电流检测值，通过调节这两个参量，使得第一级抵消环路合路处两路信号的相位相反、幅度相等时，抵消最好，失真信号提取的最纯净，检测的电流值对应最小。

附图说明

图1为传统的双级前馈功率放大器原理框图。

图2为使用了电流检测自适应方法的前馈功率放大器原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

请参阅图2，本发明具体包括：耦合器1、相位矢量调节器2、主放大器3、耦合器4、延时滤波器5、耦合器6、延时器8、合路器9、幅度矢量调节器7、失真信号放大器10、误差放大器11、电流检测电路13、单片机14。其中，单片机14为本发明所述的控制模块。

工作原理：移动通信信号进入功率放大器后，先通过耦合器1，将输入信号耦合一部分出来，然后经过相位矢量调节器2，输入到主放大器3，经主放大器3放大后，输入到耦合器4，耦合器4耦合的信号经过幅度矢量调节器7，调整幅度后输入到合路器9，作为合路器9的一路输入信号。耦合器1耦合的一部分信号经过延时器8产生时延后，输入到合路器9，作为合路器9的另一路输入信号。两路信号在合路器9抵消，提取出失真信号，然后经过失真信号放大器10放大，再经过误差放大器11放大，输入到耦合器6。主信号经过耦合器4后，经过延时滤波器5产生一定的时延，然后输入到耦合器6，两路信号在耦合器6处抵消后输出。电流检测电路13检测失真信号放大器10的工作电流，输出一个和失真信号放大器10电流有关的电压值，输入到单片机14，单片机14根据两者之间的映射关系，计算出失真信号放大器10工作电流并储存。然后单片机14按照一定规律调节相位矢量调节器2和幅度矢量调节器7，调节后链路的相位和幅度信息发生改变，合路器9处合路情况发生变化，失真信号抵消情况发生变化，失真信号放大器10的工作电流发生改变，电流检测电路13输送一个新的电压值给单片机14，单片机计算出一个新的工作电流值，两者进行比较，取其小。以失真信号放大器10工作电流最小为目的，自动调节相位矢量调节器2和幅度矢量调节器7。

以下介绍本发明详细处理步骤：

步骤1：射频信号进入功率放大器后，进入耦合器1。这些信号可以是GSM、CDMA、WCDMA等等现有制式不同频段的信号；

步骤2：射频信号经过步骤1处理后，被分为两路信号，一路直通信号，一路耦合信号。耦合器的耦合度视具体情况而定。信号未经过放大器放大，因此耦合信号只含有输入载波信号，不含有非线性失真信号。

步骤3：步骤2中的直通信号，经过相位矢量调节器2后，变成可调节相位的信号。相位矢量调节器直接由控制模块控制，可自动调节。

步骤4：步骤2中的耦合信号，进入延时器8，变成了经过一定延时的信号。其中延时器8的时延要根据主功放链路的时延而定。

步骤5：步骤3中可调节相位的信号，经主功放3放大，变成了放大后的射频信号。经过主放大器放大后的射频信号，就包含了失真信号。

步骤6：步骤5中放大后的射频信号，经过耦合器4，被分成两路信号，一路直通信号，一路耦合信号。耦合器的耦合度视具体情况而定。

步骤7：步骤5中的耦合信号，进入幅度矢量调节器7，输出一个可调节幅度的信号。幅度矢量调节器直接由控制模块控制，可自动调节。

步骤8：步骤5中的直通信号，进入延时滤波器5，产生一定的时延输出。延时滤波器一般为腔体的延时滤波器。

步骤9，步骤4中的延时信号和步骤7中的可调节幅度的信号，进入合路器9，在合路器9处合成，输出抵消后的信号。步骤4中的延时信号是只包含载波信号的信号，步骤7中的可调节幅度信号包含了载波信号和失真信号，两路信号在合路器9处抵消掉载波信号，提取出失真信号。

步骤10：步骤9中的抵消后输出的失真信号，进入失真信号放大器10，输出预放大的失真信号。

步骤11：步骤10中的预放大的失真信号，经过误差放大器11，输出放大的失真信号。

步骤12：步骤8中的经过延时的放大信号和步骤11中放大的失真信号，输入到耦合器6，在耦合器6处合成，将放大信号中含有的失真信号抵消掉，输出线性度很高的射频放大信号。

步骤13：步骤10中的预放大过程中，由电流检测电路13检测预失真放大器的电流值。该电流检测电路可以直接使用一个电流检测芯片完成，例如：AD8217。该电流检测电路会直接输出一个电压值，该电压值和失真放大器10电流值存在一组映射关系；

步骤14：步骤13中输出的电压值，直接送给控制芯片MCU14。MCU14储存这个电压值。

步骤15：MCU14调节相位矢量调节器2和幅度矢量调节器7，改变步骤9中合路器9一路输入信号的幅度和相位信息。合路器9抵消情况发生变化，失真放大器10的输出功率发生变化，，导致失真放大器10的工作电流发生改变。

步骤16：失真放大器10的工作电流发生改变，电流检测电路13输出的电压值发生改变，输出一个新的电压值到MCU14.

步骤17：MCU14根据步骤16中的新电压值和步骤14中储存的电压值比较，依据该电压值和失真放大器10电流值的映射关系，找出两者中失真放大器10电流值最小的那个，存储。并记录相位矢量调节器2和幅度矢量调节器7信息。

步骤18：MCU14按照一定的规律调节相位矢量调节器2和幅度矢量调节器7，反复重复步骤15、步骤16和步骤17，直到将失真放大器10电流值调节到最小。

    经过上述14-18步骤，失真放大器10的电流值调节到最小，失真放大器输出功率最小，步骤9中载波信号就被抵消的越彻底，失真信号提取的越纯净。

步骤16-18的自适应的调节，以失真放大器10的电流值最小为目的，自动、时时调节，始终保持失真放大器10的电流值为小，失真信号提取环路载波对消始终保持对消最好。解决了失真信号提取环路载波对消受环境和温度参数变化的影响。

此外，MCU时时监控失真信号放大器的工作电流，MCU存储一个可设置的电流门限值，该门限值表征着失真信号放大器输出功率，MCU检测到失真信号放大器的工作电流大于这个门限值时，就关闭后面的误差放大器。以防止步骤9中载波未对消理想时，失真信号放大器输出过大，误差放大器输出过大，甚至出现烧毁。

Claims (1)

1.一种基于电流检测自适应方法的前馈功率放大器，其包括第一级抵消环路、第二级抵消环路，第一级抵消环路用于消除工作信号及提取误差信号，第二级抵消环路用于消除功放输出的失真分量，其特征在于：还包括用于调节第一级抵消环路中输出放大信号的相位的相位矢量调节器、用于调节第一级抵消环路中耦合信号的幅度的幅度矢量调节器、用于对第一级环路提取的失真信号预放大的失真信号放大器、用于检测失真信号放大器工作电流的电流检测电路以及用于监控电流检测电路的电流值并调节相位矢量调节器和幅度矢量调节器的控制模块；所述控制模块是以电流检测电路检测的电流最小为目标来实时自适应调节相位矢量调节器和幅度矢量调节器；所述控制模块内存储一个可设置的电流门限值，该电流门限值表征着失真信号放大器输出功率；当控制模块检测到失真信号放大器的工作电流大于这个门限值时，就关闭后面的误差放大器，以防止载波未对消理想时失真信号放大器输出过大造成误差放大器输出过大；

所述前馈功率放大器具体包括：耦合器（1）、相位矢量调节器（2）、主放大器（3）、耦合器（4）、延时滤波器（5）、耦合器（6）、延时器（8）、合路器（9）、幅度矢量调节器（7）、失真信号放大器（10）、误差放大器（11）、电流检测电路（13）、单片机（14）,其中，单片机（14）为本发明所述的控制模块；移动通信信号进入功率放大器后，先通过耦合器（1），将输入信号耦合一部分出来，然后经过相位矢量调节器（2），输入到主放大器（3），经主放大器（3）放大后，输入到耦合器（4），耦合器（4）耦合的信号经过幅度矢量调节器（7），调整幅度后输入到合路器（9），作为合路器（9的一路输入信号；耦合器（1）耦合的一部分信号经过延时器（8产生时延后，输入到合路器（9），作为合路器（9的另一路输入信号；两路信号在合路器（9）抵消，提取出失真信号，然后经过失真信号放大器（10）放大，再经过误差放大器（11）放大，输入到耦合器（6）；主信号经过耦合器（4）后，经过延时滤波器（5）产生一定的时延，然后输入到耦合器（6），两路信号在耦合器（6）处抵消后输出；电流检测电路（13）检测失真信号放大器（10）的工作电流，输出一个和失真信号放大器（10）电流有关的电压值，输入到单片机（14），单片机（14）根据两者之间的映射关系，计算出失真信号放大器（10）工作电流并储存；然后单片机（14）按照一定规律调节相位矢量调节器（2）和幅度矢量调节器（7），调节后链路的相位和幅度信息发生改变，合路器（9）处合路情况发生变化，失真信号抵消情况发生变化，失真信号放大器（10）的工作电流发生改变，电流检测电路（13）输送一个新的电压值给单片机（14），单片机计算出一个新的工作电流值，两者进行比较，取其小；以失真信号放大器（10）工作电流最小为目的，自动调节相位矢量调节器（2）和幅度矢量调节器（7）。