CN104052696B - 一体化下行系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种一体化下行系统及其处理方法，该系统包括依次连接的选频电路、射频预失真电路、功率放大电路和异频合成电路；功率放大电路包括功放单元、耦合单元和隔离单元；功放单元包括Doherty功率放大器；选频电路从输入信号中筛选出各个频段的信号；射频预失真电路分别对筛选出的各个频段的信号和耦合单元产生的耦合信号进行预失真处理；预失真处理后的信号经过功放单元进行功率放大，再顺次通过耦合单元和隔离单元传输至异频合成电路进行合路处理。本发明结合了预失真技术和高效率Doherty功放技术，实现了系统的高线性性能、较宽的瞬时带宽，提高了系统效率；采用一体化的设计，散热良好、成本低，满足了现代通信设备的需求。

Description

一体化下行系统及其处理方法

【技术领域】

本发明涉及一种下行系统，特别涉及一种一体化下行系统及其处理方法。

【背景技术】

随着无线通信的飞速发展，人们对无线通信的质量、速度、稳定性等要求越来越高。目前存在2G、3G、4G、WLAN等多种制式的移动通信网络和宽带网络，网络建设重复投资现象非常严重，物业协调施工也异常困难。现今，解决该覆盖问题的最好方法就是采用支持多网合成的DAS(Distribute Antenna System)系统。

DAS系统主要包括近端设备和远端设备，远端设备主要由上行系统和下行系统组成。

如图1所示，目前支持多网合成的DAS下行系统主要是由多频分路器以及多个支持单一制式、单一频段的独立功放模块经POI(多系统接入平台)合路而成。

对于室外DAS下行系统，功放采用前馈(Feedforward)技术，虽然能够保证线性，功放效率低，下行系统效率也较低，一般为9.5％；对于室内DAS下行系统，功放采用功率回退(Back-off)技术，瞬时带宽较小，一般瞬时带宽只能满足20MHz，导致下行系统效率非常低，只有4.5％左右。

【发明内容】

基于此，本发明提供一种一体化下行系统，采用高效率宽带功放技术以及预失真技术，在保证高线性的同时，实现了系统较宽的瞬时带宽，而且提高了系统效率，能够适用于现在的DAS等多网合成系统。

本发明实施例的具体内容如下：

一种一体化下行系统，包括依次连接的选频电路、射频预失真电路、功率放大电路和异频合成电路；所述功率放大电路包括功放单元、耦合单元和隔离单元；所述功放单元包括Doherty功率放大器；所述选频电路从输入信号中筛选出各个频段的信号；所述射频预失真电路分别对筛选出的各个频段的信号和所述耦合单元产生的耦合信号进行预失真处理；预失真处理后的信号经过所述功放单元进行功率放大，功率放大后的信号顺次通过耦合单元和隔离单元传输至异频合成电路进行合路处理。

相应的，本发明实施例还提供了一种一体化下行系统的处理方法，包括如下步骤：

从输入信号中筛选出各个频段的信号；

将筛选出的各个频段的信号进行射频预失真处理，得到预失真信号；

将所述预失真信号通过Doherty功率放大器进行功率放大得到功率放大信号；

将所述功率放大信号进行耦合产生耦合信号和直通信号，将当前频段的信号对应的耦合信号与下一时刻该频段的信号进行预失真处理；

将各个频段的信号对应的直通信号通过隔离处理之后进行异频合路处理。

本发明提供的一体化下行系统，采用高效率Doherty功放技术以及预失真技术，实现了系统的高线性性能、较宽的瞬时带宽，提高了系统效率；采用一体化的设计，散热良好、成本低，满足了现代通信设备的需求。

【附图说明】

图1为现有技术中DAS下行系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一中一体化下行系统的结构示意图；

图3为本发明实施例二中选频电路的结构示意图；

图4为本发明实施例二中一体化下行系统的硬件原理图；

图5为本发明中一种一体化下行系统的处理方法的流程示意图；

图6为本发明中一种从输入信号中筛选出各个频段的信号的方法的流程示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例一

如图2所示，一种一体化下行系统，包括依次连接的选频电路100、射频预失真电路200、功率放大电路300和异频合成电路400；所述功率放大电路300包括功放单元310、耦合单元320和隔离单元330。

当包含有多种频段的信号经过端口输入到下行系统时，选频电路100从输入信号中筛选出各个频段的信号，射频预失真电路200分别对选频电路100输出的各个频段的信号和功率放大电路300中耦合单元320产生的耦合信号进行预失真处理产生预失真信号，并将预失真信号输出到相应频段的功率放大电路输入口。功放单元310中包括有Doherty功率放大器，Doherty功率放大器是指采用Doherty结构的功率放大器，Doherty结构能够显著提高功放效率，是目前最有前景的一种结构。预失真信号经过功放单元310中的Doherty功率放大器之后功率被高效率的放大，然后经过相应频段的耦合单元320及隔离单元330后，输出到异频合路电路相应频段的下行端口；然后异频合路电路将各下行端口的信号进行合路处理。

其中耦合单元320可采用耦合器，将信号按比例耦合到耦合端口；隔离单元330可采用隔离器，对功率放大电路进行保护。

上述各个电路在搭建时，一体化设计，结构紧凑，相对于传统的DAS下行系统，其散热良好，成本更低。

上述的下行系统，结合了预失真技术和高效率Doherty功放技术，实现了系统的高线性性能、较宽的瞬时带宽，提高了系统效率，满足了现代通信设备的需求。

实施例二

请参照图3、图4，且一并参照实施例一。

如图3所示，在本实施例中，选频电路100包括功率分配单元110、增益放大单元120和选频滤波单元130；功率分配单元110包括3dB功分器，一个3dB功分器可以将信号分为功率相等的两路信号，功率分配单元110采用若干个3dB功分器可以将输入信号分为数量与输入信号中所含频段的数量相对应的分路信号；增益放大单元120分别对各个分路信号进行增益放大；选频滤波单元130从增益放大后的分路信号中筛选出对应频段的信号。

图4为本实施例的硬件原理图，如图4所示，功率分配单元110由多级3dB功分器组成；增益放大单元120由增益放大器组成；选频滤波单元130由选频滤波器组成。异频合路电路为异频合路器。

当包含有2ⁿ(n＝1,2,3,……)种频段的信号(实际情况中，输入信号中包含的频段数量不多，一般为5个之内)经射频端口RFin输入到下行系统时，首先经过功率分配单元110中第1级3dB功分器分将输入信号为2路信号，再经过第2级3dB功分器分为4路信号，再经过第3级3dB功分器分为8路信号，以此类推，直到经过第n级3dB功分器将输入信号分为2ⁿ路信号；

2ⁿ路信号经过各自的增益放大器GA1，GA2，……，GA(2ⁿ-1)，GA2ⁿ进行信号放大，然后通过各频段的选频滤波器LF1，LF2，……，LF(2ⁿ-1)，LF2ⁿ完成对应频段信号的筛选；

射频预失真电路可以由分立器件搭建，也可以采用射频预失真集成芯片。鉴于射频预失真集成芯片的高度集成性能，且占用面积小、电路搭建简单，故本实施例采用射频预失真集成芯片。将经过选频滤波器LF1，LF2，……，LF(2ⁿ-1)，LF2ⁿ的2ⁿ路信号输出到相应频段的射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(2ⁿ-1)，RFPD2ⁿ的输入口。射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(2ⁿ-1)，RFPD2ⁿ对选频滤波器LF1，LF2，……，LF(2ⁿ-1)，LF2ⁿ输出的2ⁿ路信号和功率放大电路中耦合器CP1，CP2，……，CP(2ⁿ-1)，CP2ⁿ耦合回来的2ⁿ路耦合信号进行相对应的预失真处理；

为了更好的满足系统对功放的需求，本实施例在功放单元310中，在Doherty功率放大器之前还设置有推动级功率放大器，经过射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(2ⁿ-1)，RFPD2ⁿ处理后的2ⁿ路预失真信号分别进入相对应的功率放大电路，先经过推动级功放Driver1，Driver2，……，Driver(2ⁿ-1)，Driver2ⁿ，再经过末级Doherty功率放大器Doherty1，Doherty2，……，Doherty(2ⁿ-1)，Doherty2ⁿ,实现高效率的功率放大，再经过耦合器CP1，CP2，……，CP(2ⁿ-1)，CP2ⁿ，对信号进行耦合产生直通信号和耦合信号；将耦合信号反馈到射频预失真电路；将直通信号经过隔离器IS1，IS2，……，IS(2ⁿ-1)，IS2ⁿ进行处理，对功率放大电路进行保护；

经过隔离器IS1，IS2，……，IS(2ⁿ-1)，IS2ⁿ处理后的2*n路信号接入异频合路器相对应的下行端口TX1，TX2，……，TX(2ⁿ-1)，TX2ⁿ，实现2ⁿ种频段的信号的合成。

若输入信号中只有k种频段信号，其中k∈(2^n-1,2ⁿ)，k、n都为正整数时，则经第n级3dB功分器分出来的2ⁿ分路信号中(2ⁿ-k)路分路信号是无用的，因此可以选择(2ⁿ-k)路分路信号，将其断路掉，例如可以将信号放大器GA2ⁿ输出端与选频滤波器LF2ⁿ的输入端断开，并将信号放大器GA2ⁿ输出端连接到一个负载电阻。

上述的下行系统中，各功能电路、单元均通过微带连接或对插射频接头依次连接，在搭建电路时，可以将异频合路电路与功率放大电路的结构底座相连，更好的实现一体化设计。

传统DAS下行系统中各个单元需要独立的结构，通过射频电缆连接，导致整个系统体积增大；合路单元插损较大，一般大于3dB，系统能量损耗严重；本发明的一体化下行系统，结合了预失真技术和高效率Doherty功放技术，实现了系统的高线性性能，瞬时带宽最高可达65MHz，系统效率高达15％，采用一体化的设计，散热良好、体积小、成本低，异频合路电路插损低，最高不会超过1.5dB，而且还具备双工功能，能够满足现有通信设备小型化、低成本、高效率、高线性等要求。

本发明还提供了一种一体化下行系统的处理方法，如图5所示，包括如下步骤：

S100从输入信号中筛选出各个频段的信号；

S200将筛选出的各个频段的信号进行视频预失真处理，得到预失真信号；

S300将所述预失真信号通过Doherty功率放大器进行功率放大得到功率放大信号；

S400将所述功率放大信号进行耦合产生耦合信号和直通信号，将当前频段的信号对应的耦合信号与下一时刻该频段的信号进行预失真处理；

S500将各个频段的信号对应的直通信号通过隔离处理之后进行异频合路处理。

预失真技术是一种广泛使用的射频功率放大器线性化技术，Doherty则是目前提高功放效率最有前景的一种结构。具体的，下行系统的输入信号中包含有多种频段信号，首先需要将每一个频段的信号筛选出来，然后对于每一个频段的信号进行预失真处理，通过预失真处理后的信号再通过Doherty功率放大器进行高效率的功率放大，然后通过耦合器或者其他能实现耦合功能的设备对功率放大后的信号进行耦合。

通过耦合之后会产生耦合信号和直通信号，将当前时刻的当前频段的信号的耦合信号作为反馈信号，与下一时刻的当前频段的信号进行预失真处理；将直通信号通过隔离器或其他设备进行隔离处理。其中，隔离处理的目的在于对功率放大电路进行保护。

最后将各个频段对应的经过隔离处理之后的直通信号进行异频合路处理。

如图6所示，在一种实施方式中，从输入信号中筛选出各个频段的信号的过程包括如下步骤：

S110将输入信号分为数量与输入信号中所含频段的数量相对应的分路信号；

S120分别对各个分路信号进行增益放大；

S130通过选频滤波器分别从增益放大后的分路信号中筛选出对应频段的信号。

具体的，输入信号中包含有多个频段的信号，首先将输入信号分路，具体的分路信号的数量与输入信号中包含频段的数量相对应，优选的在分路时采用3dB功分器，3dB功分器能使各分路信号的功率相等，便于后续的操作。

考虑到实际情况，到达下行系统的输入信号的输入功率一般都比较小，再等幅度分成多路分路信号，其功率更小，此时若先经过选频滤波器选频、再进行增益放大，会因功率过小而导致选频实现困难，因此在产生上述分路信号后，对各个分路的信号先进行增益放大，然后再通过选频滤波器进行选频，每一个选频滤波器对应一个频段，因此可以分别从增益放大后的各分路信号中筛选出对应频段的信号，完成对输入信号的选频。

在一种实施方式中，将所述预失真信号通过Doherty功率放大器进行功率放大之前将还可以将预失真信号通过推动级功率放大器进行初步功率放大，即将预失真信号先通过推动级放大器，再通过末级Doherty功率放大器，这样可以使得功率放大范围更大，更能满足系统需求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种一体化下行系统，其特征在于，包括依次连接的选频电路、射频预失真电路、功率放大电路和异频合成电路；所述功率放大电路包括功放单元、耦合单元和隔离单元；所述功放单元包括Doherty功率放大器；所述选频电路从输入信号中筛选出各个频段的信号；所述射频预失真电路分别对筛选出的各个频段的信号和所述耦合单元产生的耦合信号进行预失真处理；预失真处理后的信号经过所述功放单元进行功率放大，功率放大后的信号顺次通过耦合单元和隔离单元传输至异频合成电路进行合路处理；

所述选频电路包括功率分配单元、增益放大单元和选频滤波单元；所述功率分配单元包括3dB功分器，用于将输入信号分为数量与输入信号中所含频段的数量相对应的分路信号；所述增益放大单元分别对各个分路信号进行增益放大；所述选频滤波单元分别从增益放大后的分路信号中筛选出对应频段的信号；

当分路信号的数量大于输入信号中所含频段的数量时，在所述增益放大单元对各个分路信号进行增益放大后，将与分路信号的数量与输入信号中所含频段的数量的差值相同数量的分路信号进行断路处理。

2.根据权利要求1所述的一体化下行系统，其特征在于，所述射频预失真电路包括射频预失真集成芯片。

3.根据权利要求1所述的一体化下行系统，其特征在于，所述功放单元还包括推动级功率放大器，所述推动级功率放大器一端与所述射频预失真电路连接，另一端与所述Doherty功率放大器连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一体化下行系统，其特征在于，所述选频电路、射频预失真电路、功率放大电路和异频合成电路通过微带或对插射频接头依次连接。

5.一种一体化下行系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

从输入信号中筛选出各个频段的信号；

将筛选出的各个频段的信号进行射频预失真处理，得到预失真信号；

将所述预失真信号通过Doherty功率放大器进行功率放大得到功率放大信号；

将所述功率放大信号进行耦合产生耦合信号和直通信号，将当前频段的信号对应的耦合信号与下一时刻该频段的信号进行射频预失真处理；

将各个频段的信号对应的直通信号通过隔离处理之后进行异频合路处理；

从输入信号中筛选出各个频段的信号的过程包括如下步骤：

将输入信号分为数量与输入信号中所含频段的数量相对应的分路信号；

分别对各个分路信号进行增益放大；

通过选频滤波器分别从增益放大后的分路信号中筛选出对应频段的信号；

当分路信号的数量大于输入信号中所含频段的数量，在对各个分路信号进行增益放大后，将与分路信号的数量与输入信号中所含频段的数量的差值相同数量的分路信号进行断路处理。

6.根据权利要求5所述的一体化下行系统的处理方法，其特征在于，将所述预失真信号通过Doherty功率放大器进行功率放大之前将所述预失真信号通过推动级功率放大器进行功率放大。