CN104270103A - 预失真功放射频链路、射频功率放大器及其故障处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器的故障处理方法，包括：检测射频链路的输入信号功率和输出信号功率；计算所述射频链路的信号增益；检测所述射频链路是否发生故障；如果所述射频链路发生故障，则切换至射频功率放大器内的备份射频链路。还公开了一种预失真功放射频链路，包括预失真电路、输入耦合与功率检测电路、输入射频开关电路、主射频链路、备份射频链路、输出射频开关电路、输出耦合与功率检测电路和单片机控制电路。此外，还公开了一种包括上述预失真功放射频链路的射频功率放大器。本发明将备份功能集成在射频功率放大器内部，不仅降低了成本，同时占用的空间更小，有利于缩小射频功率放大器的体积。

Description

预失真功放射频链路、射频功率放大器及其故障处理方法

技术领域

本发明涉及射频功率放大器技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器的故障处理方法、一种预失真功放射频链路和一种射频功率放大器。

背景技术

在无线通信系统中，射频功率放大器(简称功放)是整个通信发射机的核心部件，它将经过调制后的射频通信信号进行放大，并通过天馈系统发射出去，实现射频信号的有效覆盖，达到无线通信的目的。经过有效统计，在整个通信发射机系统(包括基站，RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)，直放站等)中，射频功率放大器占据全部功耗的50％以上，是能耗最大，工作环境最严苛的部件，同时也是价值最高，故障率最高，维护成本最高的部件，为了提高发射机的正常使用寿命，保证整个通讯网络的稳定运行，对于射频功率放大器进行备份是非常有必要的。

为保证功放管损坏时通信发射机仍然可以正常工作，目前常用方法是将射频功率放大器进行备份，当射频功率放大器损坏时可以切换至备份的射频功率放大器，从而保证通信发射机正常运行。但是这种做法成本较高，并且由于通信发射机体积越来越小，放置备份的射频功率放大器的空间需求所带来的矛盾也日趋严重。

发明内容

基于此，本发明提供了一种射频功率放大器的故障处理方法、一种预失真功放射频链路和一种射频功率放大器。

一种射频功率放大器的故障处理方法，包括以下步骤：

检测射频功率放大器内射频链路的输入信号功率和输出信号功率；

根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述射频链路的信号增益；

根据计算的所述信号增益，检测所述射频链路是否发生故障；

如果所述射频链路发生故障，则切换至射频功率放大器内的备份射频链路。

同时，本发明还提出了一种预失真功放射频链路，包括预失真电路、输入耦合与功率检测电路、输入射频开关电路、主射频链路、备份射频链路、输出射频开关电路、输出耦合与功率检测电路和单片机控制电路；

所述预失真电路、所述输入耦合与功率检测电路和所述输入射频开关电路依次连接，所述输入射频开关电路分别连接所述主射频链路和所述备份射频链路，所述主射频链路和所述备份射频链路分别连接所述输出射频开关电路，所述输出射频开关电路连接所述输出耦合与功率检测电路，所述输入耦合与功率检测电路和所述输出耦合与功率检测电路分别连接所述单片机控制电路，所述单片机控制电路分别连接所述输入射频开关电路和所述输出射频开关电路；

所述输入耦合与功率检测电路和所述输出耦合与功率检测电路分别检测所述主射频链路的输入信号功率和输出信号功率；

所述单片机控制电路根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述主射频链路的信号增益；并根据计算的所述信号增益，检测所述主射频链路是否发生故障；

如果所述主射频链路发生故障，则所述单片机控制电路向所述输入射频开关电路和所述输出射频开关电路发送切换信号，将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路。

与此同时，本发明还提出了一种包括上述预失真功放射频链路的射频功率放大器。

与一般技术相比，本发明预失真功放射频链路、射频功率放大器及其故障处理方法，实现射频功率放大器内部的射频链路备份。对射频链路工作状态进行检测，当射频链路发生故障时，自动切换为备份射频链路，不影响整个射频功率放大器的发射功率，保证射频功率放大器正常工作。而且在射频功率放大器内部实现射频链路的备份，不仅降低了成本，同时占用的空间更小，有利于缩小射频功率放大器的体积。此外，借助本发明实现预失真功放射频链路的备份，能够大大提高预失真射频功率放大器的使用寿命，保证通信发射机的正常运行。因此，对于通信发射机，特别是对于预失真线性化技术与射频相结合的大功率的射频功率放大器而言，本发明有着良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明射频功率放大器的故障处理方法的流程示意图；

图2为本发明预失真功放射频链路的结构示意图；

图3为本发明预失真功放射频链路的一种优选实施方式的结构示意图；

图4为主射频链路工作时的开关切换状态示意图；

图5为备份射频链路工作时的开关切换状态示意图；

图6为单片机控制流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

请参阅图1，为本发明射频功率放大器的故障处理方法的流程示意图。

本发明射频功率放大器的故障处理方法，包括以下步骤：

S101检测射频功率放大器内射频链路的输入信号功率和输出信号功率；

S102根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述射频链路的信号增益；

S103根据计算的所述信号增益，检测所述射频链路是否发生故障；

S104如果所述射频链路发生故障，则切换至射频功率放大器内的备份射频链路。

随着3G通信技术的发展与应用，以及数字技术的发展，现在射频功率放大器的集成度越来越高。为满足多载波宽带的要求，射频功率放大器往往采用预失真技术和单片机控制技术。

射频功率放大器一般由预失真单元、监控单元和射频链路单元组成；其中，预失真单元和监控单元往往采用高度集成的数字芯片组成，功耗较低，可靠性非常高，故障率接近0；而射频链路由多级射频功放管组成，是耗能最大、热量最高和可靠性最差的单元，也是射频功率放大器中故障率最高的部分。

当射频链路中功放管损坏，则意味着射频链路出现断路，信号无法传输放大，整个射频功率放大器停止工作，通信发射机系统也无法正常发射信号。

在步骤S101中，可以采用各种常规方法检测射频功率放大器内射频链路的输入信号功率和输出信号功率。例如，可以采用RMS(均方根，Root Mean Square)检波管分别置于射频链路的输入端和输出端，将检测的输入射频链路的信号和输出射频链路的信号转化为电平，从而完成对输入信号功率和输出信号功率的检测。本发明射频功率放大器的故障处理方法中，不限于采用RMS检波管，对于本领域技术人员而言，可以采用其他各种技术完成对射频链路的输入信号功率和输出信号功率的检测，在此不再赘述。

在步骤S102中，检查出射频链路的输入信号功率和输出信号功率之后，就可以计算所述射频链路的信号增益。

作为一种优选的具体实施方式，所述计算所述射频链路的信号增益，包括以下步骤：

根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，通过预设算法计算所述射频链路的信号增益；

所述预设算法可以是本领域技术人员各种常规算法，例如，通过所述输出信号功率与所述输入信号功率的差值，计算所述射频链路的信号增益。

在实现上述优选的具体实施方式时，可以将检查出射频链路的输入信号功率和输出信号功率发送至监控单元，由监控单元按照预设算法计算射频链路的信号增益。所述监控单元可以安装于射频功率放大器外部，也可以集中于射频功率放大器内部。可以保证对信号增益计算的准确性，并且易于硬件实现。

在步骤S103中，在计算出信号增益之后，就可以以此作为一个参数进一步检测射频链路是否发生故障。对于本领域技术人员而言，根据信号增益检测射频链路的工作状态，可以有多种方法。

作为一种优选的具体实施方式，所述检测所述射频链路是否发生故障，包括以下步骤：

将计算的所述信号增益与预设额定增益进行比较，如果计算的所述信号增益小于或者等于所述预设额定增益，则将所述射频链路检测为发生故障。

所述预设额定增益可以根据射频功率放大器的具体链路计算。例如，将其取值为射频链路的正常增益值减去射频链路发生故障时产生的增益降低值。如果射频链路的正常增益值为50dB，而发生故障时会导致6dB的增益损失，则所述预设额定增益可以设定为44dB。从某种意义上将，所述预设额定增益可以定义为一个增益门限。当射频链路的信号增益小于或者等于该门限时，则检测结果显示射频链路发生故障。这样不仅使检测结果更加精确，而且本领域技术人员在应用本发明时能够有客观的标准，利于推广。

在步骤S104中，如果步骤S103中的检测结果为所述射频链路发生故障，则切换至射频功率放大器内的备份射频链路。所述备份射频链路集成于射频功率放大器内部，也即不同于在通信发射机中将射频功率放大器进行备份，而是在射频功率放大器内部的对射频链路进行备份，因此具备更好的成本优势以及备份保证。

作为一种优选的具体实施方式，在所述切换至射频功率放大器内的备份射频链路的步骤之前，关闭射频功率放大器内的预失真电路。

在所述切换至射频功率放大器内的备份射频链路的步骤之后，重启射频功率放大器内的预失真电路，使射频功率放大器恢复工作。

在射频功率放大器切换至备份射频链路的过程中，需要预失真电路进行配合。在切换之前，先关闭预失真电路，等切换完成之后再重启射频功率放大器内的预失真电路。如果射频功率放大器内部集成了监控单元，或者监控单元内部包括单片机，对预失真电路的关闭和重启工作可以通过监控单元或者监控单元内部的单片机来完成。这样做能够使射频功率放大器在射频链路的切换过程中保持稳定，顺利切换后恢复正常工作。

与一般技术相比，本发明射频功率放大器的故障处理方法，实现射频功率放大器内部的射频链路备份。对射频链路工作状态进行检测，当射频链路发生故障时，自动切换为备份射频链路，不影响整个射频功率放大器的发射功率，保证射频功率放大器正常工作。而且在射频功率放大器内部实现射频链路的备份，不仅降低了成本，同时占用的空间更小，有利于缩小射频功率放大器的体积。此外，借助本发明实现预失真功放射频链路的备份，能够大大提高预失真射频功率放大器的使用寿命，保证通信发射机的正常运行。因此，对于通信发射机，特别是对于预失真线性化技术与射频相结合的大功率的射频功率放大器而言，本发明有着良好的应用前景。

请参阅图2，为本发明预失真功放射频链路的结构示意图。

本发明预失真功放射频链路，包括预失真电路201、输入耦合与功率检测电路202、输入射频开关电路203、主射频链路204(也即图中的主功放链路)、备份射频链路205(也即图中的备份功放链路)、输出射频开关电路206、输出耦合与功率检测电路208和单片机控制电路207；

所述预失真电路201、所述输入耦合与功率检测电路202和所述输入射频开关电路203依次连接，所述输入射频开关电路203分别连接所述主射频链路204和所述备份射频链路205，所述主射频链路204和所述备份射频链路205分别连接所述输出射频开关电路206，所述输出射频开关电路206连接所述输出耦合与功率检测电路208，所述输入耦合与功率检测电路202和所述输出耦合与功率检测电路208分别连接所述单片机控制电路207，所述单片机控制电路207分别连接所述输入射频开关电路203和所述输出射频开关电路206；

所述输入耦合与功率检测电路202和所述输出耦合与功率检测电路208分别检测所述主射频链路204的输入信号功率和输出信号功率；

所述单片机控制电路207根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述主射频链路204的信号增益；并根据计算的所述信号增益，检测所述主射频链路204是否发生故障；

如果所述主射频链路204发生故障，则所述单片机控制电路207向所述输入射频开关电路203和所述输出射频开关电路206发送切换信号，将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路204切换至所述备份射频链路205。

所述输入耦合与功率检测电路202可以检测输入射频链路的信号功率，输出耦合与功率检测电路208可以检测射频链路的输出信号功率，两个功率检测电平信号进入单片机控制电路207进行检测，可以计算出整个射频链路的信号增益；输入射频开关电路203、输出射频开关电路206构成一个链路选择电路，可以切换信号的走向；射频功率放大器正常工作时，信号从主射频链路204通过放大；当主射频链路204发生故障时，单片机控制电路207检测出链路增益异常，判断出主射频链路204故障，发送开关切换信号至输入射频开关电路203与输出射频开关电路206，开关切换至备份射频链路205，则整个射频功率放大器可以继续正常运行。

请参阅图3，为本发明预失真功放射频链路的一种优选实施方式的结构示意图。

本发明预失真功放射频链路可以有很多实现方式，图3提供了一种具体实现方式：

预失真电路采用芯片模拟预失真器，由耦合器U1、贴片延时线U2、耦合器U3、预失真芯片U4组合成一个完整的预失真电路，可以对射频功率放大器进行预失真矫正。

输入耦合与功率检测电路由耦合器U5、RMS检波管U6组成，可以检测输入射频链路的信号并将之转化为电平V1；

输出耦合与功率检测电路由耦合器U7、RMS检波管U8组成，可以检测射频链路输出的信号并将之转化为电平V2；

输入射频开关电路和输出射频开关电路分别由单刀双掷射频开关SW1和SW2组成，主射频链路为A1，备份射频链路为A2组成。

请参阅图4和图5，分别为主射频链路工作时的开关切换状态示意图和备份射频链路工作时的开关切换状态示意图。

SW1和SW2的切换由其PD脚的电平高低进行控制，通过控制SW1和SW2的开关切换状态，可以实现射频功率放大器在主射频链路和备份射频链路之间的切换。

作为一种优选的具体实施方式，所述单片机控制电路根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，通过预设算法计算所述射频链路的信号增益；并将计算的所述信号增益与预设额定增益进行比较，如果计算的所述信号增益小于或者等于所述预设额定增益，则所述单片机控制电路将所述射频链路检测为发生故障。

这样做的好处是，不仅检测结果更加精确，而且本领域技术人员在应用本发明时能够有客观的标准，利于推广。

请参阅图6，为单片机控制流程示意图。

单片机控制电路由MCU单片机构成，检波电压V1和V2进入MCU单片机的ADC采样口，并通过算法得出当前主射频链路的增益G1，并与预定额定增益G0进行比较，如果G1＜G0，可以判定主射频链路损坏。

作为一种优选的具体实施方式，如果所述主射频链路发生故障，则在将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路之前，所述单片机控制电路关闭所述预失真电路。

作为一种优选的具体实施方式，在将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路之后，所述单片机控制电路重启所述预失真电路，使射频功率放大器恢复工作。

当检测主射频链路损坏时，MCU单片机通过I/03口控制预失真单元停止工作，同时改变SW1和SW2的切换控制电压将射频开关(也即输入射频开关电路和输出射频开关电路)切换至备份射频链路。当切换完成，则重新开启预失真器，射频功率放大器恢复正常工作。

在射频功率放大器切换至备份射频链路的过程中，需要预失真电路进行配合。在切换之前，先关闭预失真电路，等切换完成之后再重启射频功率放大器内的预失真电路。如果射频功率放大器内部集成了监控单元，或者监控单元内部包括单片机，对预失真电路的关闭和重启工作可以通过监控单元或者监控单元内部的单片机来完成。这样做能够使射频功率放大器在射频链路的切换过程中保持稳定，顺利切换后恢复正常工作。

作为一种优选的具体实施方式，所述备份射频链路为一条或多条。

本发明不局限于双备份方案，可以采用单刀N掷开关以及多路备份链路，实现整个射频功率放大器的射频链路多备份功能。备份射频链路可以为1路，也可以为多路。当采用多路备份射频链路时，可实现整个功放模块的射频多重备份。每个射频功率放大器实现双备份甚至多备份，将具备更好的成本优势以及备份保证。

本发明还提供了一种射频功率放大器，包括预失真功放射频链路；

所述预失真功放射频链路，包括预失真电路、输入耦合与功率检测电路、输入射频开关电路、主射频链路、备份射频链路、输出射频开关电路、输出耦合与功率检测电路和单片机控制电路；

所述预失真电路、所述输入耦合与功率检测电路和所述输入射频开关电路依次连接，所述输入射频开关电路分别连接所述主射频链路和所述备份射频链路，所述主射频链路和所述备份射频链路分别连接所述输出射频开关电路，所述输出射频开关电路连接所述输出耦合与功率检测电路，所述输入耦合与功率检测电路和所述输出耦合与功率检测电路分别连接所述单片机控制电路，所述单片机控制电路分别连接所述输入射频开关电路和所述输出射频开关电路；

所述输入耦合与功率检测电路和所述输出耦合与功率检测电路分别检测所述主射频链路的输入信号功率和输出信号功率；

所述单片机控制电路根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述主射频链路的信号增益；并根据计算的所述信号增益，检测所述主射频链路是否发生故障；

如果所述主射频链路发生故障，则所述单片机控制电路向所述输入射频开关电路和所述输出射频开关电路发送切换信号，将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路。

与一般技术相比，本发明预失真功放射频链路和射频功率放大器，实现射频功率放大器内部的射频链路备份。对射频链路工作状态进行检测，当射频链路发生故障时，自动切换为备份射频链路，不影响整个射频功率放大器的发射功率，保证射频功率放大器正常工作。而且将备份功能集成在射频功率放大器内部，不仅降低了成本，同时占用的空间更小，有利于缩小射频功率放大器的体积。此外，借助本发明实现预失真功放射频备份，能够大大提高预失真射频功率放大器的使用寿命，保证通信发射机的正常运行。因此，对于通信发射机，特别是对于预失真线性化技术与射频相结合的大功率的射频功率放大器而言，本发明有着良好的应用前景。

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 (10)

1.一种射频功率放大器的故障处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测射频功率放大器内射频链路的输入信号功率和输出信号功率；

根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述射频链路的信号增益；

根据计算的所述信号增益，检测所述射频链路是否发生故障；

如果所述射频链路发生故障，则切换至射频功率放大器内的备份射频链路。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器的故障处理方法，其特征在于，所述计算所述射频链路的信号增益，包括以下步骤：

根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，通过预设算法计算所述射频链路的信号增益；

所述检测所述射频链路是否发生故障，包括以下步骤：

将计算的所述信号增益与预设额定增益进行比较，如果计算的所述信号增益小于或者等于所述预设额定增益，则将所述射频链路检测为发生故障。

3.根据权利要求1所述的射频功率放大器的故障处理方法，其特征在于，在所述切换至射频功率放大器内的备份射频链路的步骤之前，包括以下步骤：

关闭射频功率放大器内的预失真电路。

4.根据权利要求3所述的射频功率放大器的故障处理方法，其特征在于，在所述切换至射频功率放大器内的备份射频链路的步骤之后，包括以下步骤：

重启射频功率放大器内的预失真电路，使射频功率放大器恢复工作。

5.一种预失真功放射频链路，其特征在于，包括预失真电路、输入耦合与功率检测电路、输入射频开关电路、主射频链路、备份射频链路、输出射频开关电路、输出耦合与功率检测电路和单片机控制电路；

所述预失真电路、所述输入耦合与功率检测电路和所述输入射频开关电路依次连接，所述输入射频开关电路分别连接所述主射频链路和所述备份射频链路，所述主射频链路和所述备份射频链路分别连接所述输出射频开关电路，所述输出射频开关电路连接所述输出耦合与功率检测电路，所述输入耦合与功率检测电路和所述输出耦合与功率检测电路分别连接所述单片机控制电路，所述单片机控制电路分别连接所述输入射频开关电路和所述输出射频开关电路；

所述输入耦合与功率检测电路和所述输出耦合与功率检测电路分别检测所述主射频链路的输入信号功率和输出信号功率；

所述单片机控制电路根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，计算所述主射频链路的信号增益；并根据计算的所述信号增益，检测所述主射频链路是否发生故障；

如果所述主射频链路发生故障，则所述单片机控制电路向所述输入射频开关电路和所述输出射频开关电路发送切换信号，将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路。

6.根据权利要求5所述的预失真功放射频链路，其特征在于，所述单片机控制电路根据检测的所述输入信号功率和所述输出信号功率，通过预设算法计算所述射频链路的信号增益；并将计算的所述信号增益与预设额定增益进行比较，如果计算的所述信号增益小于或者等于所述预设额定增益，则所述单片机控制电路将所述射频链路检测为发生故障。

7.根据权利要求5所述的预失真功放射频链路，其特征在于，如果所述主射频链路发生故障，则在将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路之前，所述单片机控制电路关闭所述预失真电路。

8.根据权利要求7所述的预失真功放射频链路，其特征在于，在将所述预失真功放射频链路从所述主射频链路切换至所述备份射频链路之后，所述单片机控制电路重启所述预失真电路，使射频功率放大器恢复工作。

9.根据权利要求5所述的预失真功放射频链路，其特征在于，所述备份射频链路为一条或多条。

10.一种射频功率放大器，其特征在于，包括权利要求5至9中任一项所述的预失真功放射频链路。