CN102983824A - 一种自适应预失真功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自适应预失真功率放大器，其特征在于：预失真模块的第一输入端连接一输入耦合器的耦合端；所述输入耦合器的输入端接收输入信号通过一输入放大器后的放大信号，输出端通过一延迟线连接一矫正耦合器的输入端，隔离端通过负载接地；所述矫正耦合器的隔离端通过负载接地，输出端连接一主功率放大单元的输入端，耦合端连接所述预失真模块的输出端；所述主功率放大单元的输出端连接一反馈耦合器的输入端；所述反馈耦合器的耦合端连接所述预失真模块的第二输入端，输出端连接一环形器的输入端；隔离端通过负载接地；所述环形器的隔离端通过负载接地，输出端作为所述自适应预失真功率放大器的输出端。本发明提高了功率放大器的效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是一种自适应预失真功率放大器。
背景技术
目前在移动通信网络中运行的直放站数以万计，这些直放站基本上采用AB类放大器，设备的效率比较低，满负荷工作时的功耗极大。数量如此庞大的设备，常年运行下来，电力消耗是一个极大的数目，对安装环境的电力供应以及运营商的日常运行开支要求极高，也不符合工信部提出的节能减排的要求。直放站设备中的能耗主要集中在覆盖区方向的射频大功率功放上，针对射频大功率功放的效率优化，能提高直放站设备的效率，降低直放站的能耗，减少运行中的能耗开支。
在无线通信系统中，为满足接收设备的信号强度，无线射频信号的发射需要较高的功率，需要功率放大器把射频信号放大到一定的幅度。而在现代无线通信系统中，为了提高频谱利用率，解决日益紧张的频谱资源问题，采用非恒包络调试的高阶调制方式，比如QAM、QPSK、OFDM调制。功放通常工作在放大器的非线性区域，由幅度失真（ＡＭ-ＡＭ）、相位失真（ＡＭ-ＰＭ）引起的失真产物使信号严重失真，结果是破坏了信号的完整性，恶化接收设备的误码率；且失真产物导致的频谱再生使得相邻信道的干扰严重，再次导致频谱利用率下降。同时，为了达到节能减排的目标，采用高效率的Doherty功放设计技术。Doherty功率放大器以牺牲线性指标来实现较高的效率，同样满足不了现代无线通信的要求。现有技术上通常采用数字预失真、模拟预失真技术与其配合。数字预失真技术，改善效果最佳，但其成本较高，常规模拟预失真技术，成本低廉，但是改善效果不理想，对于宽带高阶调制信号通常只有3-5dB改善量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自适应预失真功率放大器，实现射频功率放大器的效率优化。
本发明采用以下方案实现：一种自适应预失真功率放大器，包括一预失真模块，其特征在于：所述预失真模块的第一输入端连接一输入耦合器的耦合端；所述输入耦合器的输入端接收输入信号通过一输入放大器后的放大信号，所述输入耦合器的输出端通过一延迟线连接一矫正耦合器的输入端，所述输入耦合器的隔离端通过负载接地；所述矫正耦合器的隔离端通过负载接地，所述矫正耦合器的输出端连接一主功率放大单元的输入端，所述矫正耦合器的耦合端连接所述预失真模块的输出端，矫正耦合器的信号走向为从预失真模块耦合信号到信号主传输线上（即主功率放大单元的输入端）；所述主功率放大单元的输出端连接一反馈耦合器的输入端；所述反馈耦合器的耦合端连接所述预失真模块的第二输入端，所述反馈耦合器的输出端连接一环形器的输入端，所述反馈耦合器的隔离端通过负载接地；所述环形器的隔离端通过负载接地，所述环形器的输出端作为所述自适应预失真功率放大器的输出端。
在本发明一实施例中，所述主功率放大单元采用Doherty设计，提高了整个功放的效率，降低了功放的功耗。
在本发明一实施例中，所述主功率放大单元包括一推动放大器、一3dB电桥、一波载放大器、一峰值放大器、一Doherty阻抗变换器；所述推动放大器的输入端作为所述主功率放大单元的输入端，所述推动放大器的输出端连接所述3dB电桥的第一输入端，所述3dB电桥的第二输入端通过负载接地，所述3dB电桥的第一输出端连接所述波载放大器的输入端，所述3dB电桥的第二输出端连接所述峰值放大器的输入端；所述波载放大器的输出端连接所述Doherty阻抗变换器的第一输入端；所述峰值放大器的输出端连接所述Doherty阻抗变换器的第二输入端；所述Doherty阻抗变换器的输出端作为所述主功率放大单元的输出端。
在本发明一实施例中，所述预失真模块采用单片预失真集成电路，在功放的输入电平、输入频率、功放工作温度产生变化时，无需人工干预，能够自适应完成预失真算法及矫正功能。
本发明的优点在于以下几点：
1.所述主功率放大器采用Doherty设计，提高了整个功放的效率，降低功放的功耗；
2.使用软件无线电技术，在射频域上对功放的反馈信号中的失真分量进行检测，通过自适应算法生成需要的预失真信号；
3.预失真模块采用单片预失真集成电路，在功放的输入电平、输入频率、功放工作温度产生变化时，能自适应重新生成预失真信号，在比较宽的应用范围内自适应工作；
4.通过拾取功放输出信号的一部分作为反馈信号，与主功率放大器的输入信号比较，判断功放产生的失真分量，再产生相位相反，有一定幅度的预失真信号，叠加在主功率放大器的输入信号上，达到消除或者降低功放失真分量的目标；
5.可以实现CDMA多载波功率放大，应用于CDMA多载波直放站设备，利用本发明的技术方案可以在满足多载波高阶调制下的各种指标要求，降低CDMA多载波直放站的功耗，提高直放站的效率；
6.实现了现阶段高峰均比的第三代移动通信调制信号以及后续发展的高峰均比第四代移动通信调制信号的功率放大，并提高了功率放大器的效率，降低直放站设备的功耗，满足当前绿色环保，节能减排的要求。
附图说明
图1是本发明预失真功率放大器的原理框图。
图2是本发明主功率放大器的原理框图。
图3是本发明预失真功率放大器的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
本发明提供所述预失真模块的第一输入端连接一输入耦合器的耦合端；所述输入耦合器的输入端接收输入信号通过一输入放大器后的放大信号，所述输入耦合器的输出端通过一延迟线连接一矫正耦合器的输入端，所述输入耦合器的隔离端通过负载接地；所述矫正耦合器的隔离端通过负载接地，所述矫正耦合器的输出端连接一主功率放大单元的输入端，所述矫正耦合器的耦合端连接所述预失真模块的输出端；所述主功率放大单元的输出端连接一反馈耦合器的输入端；所述反馈耦合器的耦合端连接所述预失真模块的第二输入端，所述反馈耦合器的输出端连接一环形器的输入端，所述反馈耦合器的隔离端通过负载接地；所述环形器的隔离端通过负载接地，所述环形器的输出端作为所述自适应预失真功率放大器的输出端。
如图1所述，本实施例提供一种自适应预失真功率放大器，包括一预失真模块U1，其特征在于：所述预失真模块U1的第一输入端连接一输入耦合器1的耦合端；所述输入耦合器1的输入端接收输入信号通过一输入放大器A1后的放大信号，所述输入耦合器1的输出端通过一延迟线2连接一矫正耦合器3的输入端，所述输入耦合器1的隔离端通过负载接地；所述矫正耦合器3的隔离端通过负载接地，所述矫正耦合器3的输出端连接一主功率放大单元4的输入端，所述矫正耦合器3的耦合端连接所述预失真模块U1的输出端，矫正耦合器3的信号走向为从预失真模块U1耦合信号到信号主传输线上（即主功率放大单元4的输入端）；所述主功率放大单元4的输出端连接一反馈耦合器5的输入端；所述反馈耦合器5的耦合端连接所述预失真模块U1的第二输入端，所述反馈耦合器5的输出端连接一环形器的输入端，所述反馈耦合器5的隔离端通过负载接地；所述环形器的隔离端通过负载接地，所述环形器的输出端作为所述自适应预失真功率放大器的输出端。
如图2所示，在本发明一实施例中，所述主功率放大单元采用Doherty设计，提高了整个功放的效率，降低了功放的功耗。所述主功率放大单元包括一推动放大器、一3dB电桥（同频合路器）、一波载放大器、一峰值放大器、一Doherty阻抗变换器；所述推动放大器的输入端作为所述主功率放大单元的输入端，所述推动放大器的输出端连接所述3dB电桥的第一输入端，所述3dB电桥的第二输入端通过负载接地，所述3dB电桥的第一输出端连接所述波载放大器的输入端，所述3dB电桥的第二输出端连接所述峰值放大器的输入端；所述波载放大器的输出端连接所述Doherty阻抗变换器的第一输入端；所述峰值放大器的输出端连接所述Doherty阻抗变换器的第二输入端；所述Doherty阻抗变换器的输出端作为所述主功率放大单元的输出端。所述Doherty阻抗变换器包括一电阻R1和一电阻R2；所述电阻R1的一端作为所述Doherty阻抗变换器的第一输入端，所述电阻R1的另一端作为所述Doherty阻抗变换器的第二输入端并连接所述电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端作为所述Doherty阻抗变换器输出端。
为了提高功放的效率，主功率放大单元采用Doherty功率放大器的设计。在主功率放大单元中，一路工作在AB类状态，作为载波功率放大器，一路工作在C类状态，作为峰值功率放大器。
预失真模块采用的单片集成电路，是射频功率放大器线性化电路的系统芯片，是自适应的、而且是在射频输入/射频输出预失真的单片解决方案，可精确补偿射频功率放大器的非线性，包括幅度失真（ＡＭ/ＡＭ）、相位失真（ＡＭ/ＰＭ）、频谱再生、记忆效应等功放特性。
该预失真模块采用创新的线性化架构，将复杂的数字信号处理转化为计算效率更高的模拟射频信号处理。可直接在载波频率下单独工作，既不需要复杂的软件开发也无需使用基带信号。与常规的几种线性化技术相比，具有完全自适应的特点，在输入电平、频率、信号带宽发生变化时，能自动搜寻载波频率并重新优化至最佳状态。射频域上的预失真处理，改善效果略逊数字预失真技术，比常规的模拟预失真技术改善量超过20dB。
为了让一般技术人员更好的理解本发明的工作原理，下面结合图2具体说明本发明的工作原理，如图3所示：
预失真模块的芯片在上电后执行内部电路初始化，把内部的矫正参数复位为初始状态，矫正耦合器端没有输出。初始化完毕后，在输入信号每秒变化不超过1dB的范围内，输入信号带宽稳定及中心频率稳定的条件下，自适应引擎开始搜索查找载波中心频率和带宽，执行全速矫正程序；当检测到功率变化超过3dB或者信号带宽发生变化，芯片自动进入快速频率搜索和快速矫正模式并重新设置矫正系数，周而复始，实现跟踪矫正。本发明在预失真模块的芯片检测到功放的输入电平、输入频率、功放工作温度产生变化而造成的功放线性指标恶化时，无需人为设置，自动进入快速搜索模式，完成自适应矫正。
本发明中采用Doherty功率放大器设计以及单片预失真集成电路，将移动通信调制信号放大至所需功率等级。Doherty功率放大器的特点是：高效率，线性差，在主功放中，一路工作在AB类状态，作为载波功率放大器，一路为峰值功率放大器。由于Doherty功放信号放大后严重失真，线性满足不了现代移动通信的ACPR、EVM、PCDE等要求，必须采用线性化技术改善其线性，所以与单片预失真集成电路结合。在Doherty功放的输出端，耦合一部分功率，作为预失真集成电路的反馈信号，用来与主功放的输入信号做比较，当预失真集成电路检测到功放的输出信号失真严重时，产生一个与功放失真分量相位相反，幅度足以抵消失真分量的信号，与输入信号合成，最终的结果是功放的输出信号失真分量降低，满足高峰均比信号的放大要求。
上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1. 一种自适应预失真功率放大器，包括一预失真模块，其特征在于：所述预失真模块的第一输入端连接一输入耦合器的耦合端；所述输入耦合器的输入端接收输入信号通过一输入放大器后的放大信号，所述输入耦合器的输出端通过一延迟线连接一矫正耦合器的输入端，所述输入耦合器的隔离端通过负载接地；所述矫正耦合器的隔离端通过负载接地，所述矫正耦合器的输出端连接一主功率放大单元的输入端，所述矫正耦合器的耦合端连接所述预失真模块的输出端；所述主功率放大单元的输出端连接一反馈耦合器的输入端；所述反馈耦合器的耦合端连接所述预失真模块的第二输入端，所述反馈耦合器的输出端连接一环形器的输入端，所述反馈耦合器的隔离端通过负载接地；所述环形器的隔离端通过负载接地，所述环形器的输出端作为所述自适应预失真功率放大器的输出端。
2. 根据权利要求1所述的一种自适应预失真功率放大器，其特征在于：所述主功率放大单元采用Doherty设计，提高了整个功放的效率，降低了功放的功耗。
3. 根据权利要求1所述的一种自适应预失真功率放大器，其特征在于：所述主功率放大单元包括一推动放大器、一3dB电桥、一波载放大器、一峰值放大器、一Doherty阻抗变换器；所述推动放大器的输入端作为所述主功率放大单元的输入端，所述推动放大器的输出端连接所述3dB电桥的第一输入端，所述3dB电桥的第二输入端通过负载接地，所述3dB电桥的第一输出端连接所述波载放大器的输入端，所述3dB电桥的第二输出端连接所述峰值放大器的输入端；所述波载放大器的输出端连接所述Doherty阻抗变换器的第一输入端；所述峰值放大器的输出端连接所述Doherty阻抗变换器的第二输入端；所述Doherty阻抗变换器的输出端作为所述主功率放大单元的输出端。
4.根据权利要求1所述的一种自适应预失真功率放大器，其特征在于：所述预失真模块采用单片预失真集成电路，在功放的输入电平、输入频率、功放工作温度产生变化时，无需人工干预，能够自适应完成预失真算法及矫正功能。
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