CN104393844B - 功率放大系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率放大系统及其处理方法，该系统包括依次连接的信号筛选电路、射频预失真电路、合路电路、Doherty功率放大电路、耦合电路以及反馈选频电路，所述射频预失真电路与所述反馈选频电路连接。本发明的功放系统可支持n(n＝2,3,4,……)种频段，带宽宽，体积小、成本低，易于实现。采用射频预失真(RFPD)技术以及多频宽带Doherty技术，实现了系统的高线性性能、高效率性能，而且该功率放大系统无须采用任何宽带A/D、D/A等器件，避免了受限器件的困扰。

Description

功率放大系统及其处理方法

【技术领域】

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种功率放大系统及其处理方法。

【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(第二代移动通信技术，包括GSM和CDMA制式)、3G(第三代移动通信技术，包括CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA制式)、4G(第四代移动通信技术，包括TD-LTE和FDD-LTE制式)等多种制式的移动通信网络以及WLAN(Wireless Local Area Networks，无线局域网)，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。多频段、多通信制式共建共享是避免投资重复、资源浪费的有效途径，中国通信设施服务股份公司的成立也是响应这一技术趋势。因此，射频功放作为无线通信系统的核心设备，在宽带性能上面临着前所未有的技术挑战。

目前的多频带宽带线性功放都是基于数字预失真(DPD)线性化技术，但由于DPD需要采用宽带A/D(模数转换)、D/A(数模转换)等器件，这些器件受到出口国家的严格限制，并且其电路结构非常复杂，因此现有的多频段宽带线性功放系统实现较困难，无法满足无线通信系统的要求。

【发明内容】

基于此，本发明提供一种功率放大系统，采用射频预失真(RFPD)技术以及多频宽带Doherty技术，实现了系统的高线性性能、高效率性能，该功率放大系统无须采用任何宽带A/D、D/A等器件，避免了受限器件的困扰。

本发明实施例的内容具体如下：

一种功率放大系统，包括依次连接的信号筛选电路、射频预失真电路、合路电路、Doherty功率放大电路、耦合电路以及反馈选频电路，所述射频预失真电路与所述反馈选频电路连接；

所述信号筛选电路从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号；

所述射频预失真电路分别对各个频段的输入信号以及由所述反馈选频电路产生且与输入信号相对应的反馈信号进行预失真处理，生成对应的各个频段的预失真信号；

所述合路电路对各个频段的预失真信号进行合路处理，生成合路预失真信号；

所述Doherty功率放大电路对所述合路预失真信号进行功率放大，生成功率放大信号；

所述耦合电路对所述功率放大信号进行耦合处理，生成直通信号以及与各个频段输入信号相对应的各个频段的耦合信号；

所述反馈选频电路接收所述耦合信号并分别进行选频滤波，获得与各个频段的耦合信号相对应的各个频段的反馈信号，并将所述反馈信号传输至射频预失真电路。

相应的，本发明提供一种功率放大系统的处理方法，包括如下步骤：

从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号；

分别对筛选出的各个频段的输入信号进行射频预失真处理，生成对应的各个频段的预失真信号；

将所述预失真信号进行合路处理，生成合路预失真信号；

通过Doherty功率放大器对所述合路预失真信号进行功率放大，生成功率放大信号；

对所述功率放大信号进行耦合处理，生成与各个频段的输入信号相对应的各个频段的耦合信号以及直通信号；分别对各个频段的耦合信号进行选频滤波，获得对应的各个频段的反馈信号，并将当前时刻的反馈信号与下一时刻的与该反馈信号频段相同的输入信号进行射频预失真处理；

由所述直通信号生成射频输出信号。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用了射频预失真(RFPD)技术，实现了系统的高线性性能；

(2)本发明采用Rfin—Rfout(射频输入—射频输出)模式，无须采用任何宽带A/D、D/A等器件，避免了受限器件；

(3)本发明采用了多频宽带Doherty技术，实现了系统的高效率性能；

(4)本发明采用的电路结构简单，易于实现，可快速响应市场需求，满足现有通信设备高效率、高线性等要求。

【附图说明】

图1为本发明实施例中功率放大系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例中功率放大系统的硬件结构示意图；

图3为本发明实施例中功率放大系统的处理方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中一种从射频输入信号中筛选出不同频段的输入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。

如图1所示，一种功率放大系统，包括依次连接的信号筛选电路1、射频预失真电路2、合路电路3、Doherty功率放大电路4、耦合电路5以及反馈选频电路6，射频预失真电路2与反馈选频电路6连接。

其中，信号筛选电路1从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号；

射频预失真电路2分别对输入信号以及由反馈选频电路6产生且与输入信号相对应的反馈信号进行预失真处理，生成对应的预失真信号；

合路电路3对各个不同频段的预失真信号进行合路处理，生成合路预失真信号；

Doherty功率放大电路4对合路预失真信号进行功率放大，生成功率放大信号；

耦合电路5对功率放大信号进行耦合处理，生成直通信号以及与所述功率放大信号中各个不同频段信号相对应的各个不同频段的耦合信号；

反馈选频电路6接收所述耦合信号并分别进行选频滤波，获得与各个不同频段的耦合信号相对应的各个不同频段的反馈信号，并将所述反馈信号传输至射频预失真电路2。

本发明的功放系统可支持n(n＝2,3,4,……)种频段，带宽宽，体积小、成本低，易于实现。采用射频预失真(RFPD)技术以及多频宽带Doherty技术，实现了系统的高线性性能、高效率性能，而且该功率放大系统无须采用任何宽带A/D、D/A等器件，避免了受限器件的困扰。

下面结合一个更具体的实施例对本发明的功率放大系统进行描述。

如图2所示，在本实施例中，信号筛选电路包括功分电路以及放大选频电路，所述功分电路对射频输入信号进行分路，生成分路信号，分路信号的数量与射频输入信号中包含的信号频段数量一致；所述放大选频电路分别对分路信号进行放大及选频，筛选出各个不同频段的输入信号。

较佳的，本实施例中的功分电路为功分器，放大选频电路包括增益放大器以及选频滤波器。

当包含有n(n＝2,3,4,……)种频段信号的射频输入信号经射频端口RFin输入系统时，首先经过n路功分器(如一分二、一分三、一分四等功分器)后分成n路等幅度(功率相等)的分路信号，本实施例中使分路信号的功率相等，可以统一标准，方便后续的放大选频操作。

n路等幅度的分路信号经过各自的增益放大器GA1，GA2，……，GA(n-1)，GAn，进行信号放大后通过不同频段的选频滤波器LF1，LF2，……，LF(n-1)，LFn(选频滤波器的工作频段与射频输入信号中包含的n种频段相对应)，筛选出n种频段的输入信号，至此，完成对包含有n种频段信号的射频输入信号的放大选频。

射频预失真电路可以由分立器件搭建，也可以采用专用射频预失真集成芯片。鉴于专用射频预失真集成芯片的高度集成性能，且其占用面积小，电路搭建简单，本实施例中射频预失真电路采用专用射频预失真集成芯片。

经过选频滤波器LF1，LF2，……，LF(n-1)，LFn的n路输入信号输出到相应频段的射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(n-1)，RFPDn的输入口。射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(n-1)，RFPDn对选频滤波器LF1，LF2，……，LF(n-1)，LFn输出的n路输入信号和反馈选频滤波器FB_LF1，FB_LF2，……，FB_LF(n-1)，FB_LFn输出的n路反馈信号进行相对应的预失真处理，生成n路预失真信号。

经过射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(n-1)，RFPDn处理后的n路预失真信号进入n路合路器进行信号合路，生成合路预失真信号。

经过n路合路器后的合路预失真信号进入Doherty功率放大电路，进行高效率线性放大，生成功率放大信号。

Doherty放大器是在1936年由科学家W.H.Doherty首先提出的，本实施例中的Doherty功率放大电路包括Dual-band(双频段)Doherty放大器或Multi-band(多频段)Doherty放大器，其工作带宽大于或等于所述n种频段信号的带宽，即Doherty功率放大电路的最低工作频率小于或等于所述n种频段信号的最低频率，且Doherty功率放大电路的最高工作频率大于或等于所述n种频段信号的最高频率。

Doherty功率放大电路输出的功率放大信号输入到耦合电路，本实施例中的耦合电路包括耦合器，耦合器CP1，CP2，……，CP(n-1)，CPn对各自对应频段的信号进行耦合，生成直通信号以及不同频段的耦合信号，其中直通信号输出到射频输出口RFout，耦合信号进入到反馈选频电路。

本实施例中的反馈选频电路包括反馈选频滤波器，反馈选频滤波器FB_LF1，FB_LF2，……，FB_LF(n-1)，FB_LFn的通带带宽(工作带宽)大于或等于各自接收的耦合信号带宽的3倍，其目的是为了使反馈信号中的交调误差信号不被过滤掉，便于预失真处理。如果反馈选频滤波器的工作带宽太低，则产生的反馈信号中的交调误差信号便被滤掉了，这样预失真处理后的预失真信号就没有反交调误差信号，系统不能更好地实现线性放大。

反馈选频滤波器FB_LF1，FB_LF2，……，FB_LF(n-1)，FB_LFn对各自接收的耦合信号再次选频滤波，并将反馈信号送到各自对应的射频预失真电路RFPD1，RFPD2，……，RFPD(n-1)，RFPDn，输入信号、耦合信号以及反馈信号的频段都是相互对应的，射频预失真电路利用n路反馈信号对n路输入信号进行预失真处理，实现预失真的自适应功能，完善预失真处理过程。

综上所述，本发明采用了射频预失真(RFPD)技术，实现了系统的高线性性能；采用Rfin—Rfout(射频输入—射频输出)模式，无须采用任何宽带A/D、D/A等器件，避免了受限器件；采用了多频宽带Doherty技术，实现了系统的高效率性能；本发明采用的电路结构简单，易于实现，可快速响应市场需求，满足现有通信设备高效率、高线性等要求。

本发明还提供了一种功率放大系统的处理方法，如图3所示，包括如下步骤：

S310从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号；

S320分别对筛选出的各个频段的输入信号进行射频预失真处理，生成对应的各个频段的预失真信号；

S330将所述预失真信号进行合路处理，生成合路预失真信号；

S340通过Doherty功率放大器对所述合路预失真信号进行功率放大，生成功率放大信号；

S350对所述功率放大信号进行耦合处理，生成直通信号以及与各个频段的输入信号相对应的各个频段的耦合信号；

S360分别对各个频段的耦合信号进行选频滤波，获得对应的各个频段的反馈信号；

S370将当前时刻的反馈信号与下一时刻的与该反馈信号频段相同的输入信号进行射频预失真处理；

S380由所述直通信号生成射频输出信号。

如图4所示，在一种实施方式中，所述从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号的过程包括如下步骤：

S311对射频输入信号进行分路，生成分路信号，分路信号的数量与射频输入信号中包含的信号频段数量一致；

S312分别对分路信号进行放大及选频，筛选出各个频段的输入信号。

具体的，包含有n(n＝2,3,4,……)种频段信号的射频输入信号输入系统，首先需要对射频输入信号进行分路，分成n路等幅度(功率相等)的分路信号；

然后对n路等幅度的分路信号放大选频，筛选出n种频段的输入信号，完成对包含有n种频段信号的射频输入信号的放大选频；

对筛选出的n路输入信号进行射频预失真处理，生成n路预失真信号；

对n路预失真信号进行信号合路，生成合路预失真信号；

将合路预失真信号进入Doherty功率放大器，进行高效率线性放大，生成功率放大信号；

利用耦合器等耦合电路对Doherty功率放大器输出的功率放大信号进行耦合处理，生成直通信号以及耦合信号，通过选频滤波器等器件对耦合信号进行选频滤波，得到不同频段的反馈信号，反馈信号与输入信号是一一对应的，将当前时刻的反馈信号与下一时刻的输入信号(该反馈信号与该输入信号频段相同)进行预失真处理，实现预失真的自适应，完善上述的射频预失真处理过程。所述的直通信号输出到功率放大系统的射频输出口RFout，由该直通信号得到功率放大系统的射频输出信号。

实现上述方法的各软硬件设备以及更为具体的实现方法流程可参照上述的功率放大系统，此处不再进行赘述。

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 (7)

1.一种功率放大系统，其特征在于，包括依次连接的信号筛选电路、射频预失真电路、合路电路、Doherty功率放大电路、耦合电路以及反馈选频电路，所述射频预失真电路与所述反馈选频电路连接；

所述信号筛选电路从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号；

所述射频预失真电路分别对各个频段的输入信号以及由所述反馈选频电路产生且与输入信号相对应的反馈信号进行预失真处理，生成对应的各个频段的预失真信号；

所述合路电路对各个频段的预失真信号进行合路处理，生成合路预失真信号；

所述Doherty功率放大电路对所述合路预失真信号进行功率放大，生成功率放大信号；所述Doherty功率放大电路包括双频段Doherty放大器或多频段Doherty放大器，所述双频段Doherty放大器或多频段Doherty放大器的最低工作频率小于或等于各个频段输入信号的最低频率，并且所述双频段Doherty放大器或多频段Doherty放大器的最高工作频率大于或等于各个频段输入信号的最高频率；

所述耦合电路对所述功率放大信号进行耦合处理，生成直通信号以及与各个频段输入信号相对应的各个频段的耦合信号；

所述反馈选频电路接收所述耦合信号并分别进行选频滤波，获得与各个频段的耦合信号相对应的各个频段的反馈信号，并将所述反馈信号传输至射频预失真电路。

2.根据权利要求1所述的功率放大系统，其特征在于，所述信号筛选电路包括功分电路以及放大选频电路；

所述功分电路对射频输入信号进行分路，生成分路信号，分路信号的数量与射频输入信号中包含的信号频段数量一致；

所述放大选频电路分别对分路信号进行放大及选频，筛选出各个频段的输入信号。

3.根据权利要求2所述的功率放大系统，其特征在于，所述放大选频电路包括增益放大器以及选频滤波器。

4.根据权利要求1或2或3所述的功率放大系统，其特征在于，所述射频预失真电路包括专用射频预失真集成芯片，或者所述射频预失真电路由分立器件搭建而成。

5.根据权利要求1所述的功率放大系统，其特征在于，所述反馈选频电路包括反馈选频滤波器，反馈选频滤波器的工作带宽大于或等于其接收的耦合信号的带宽的3倍。

6.一种功率放大系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号；

分别对筛选出的各个频段的输入信号进行射频预失真处理，生成对应的各个频段的预失真信号；

将所述预失真信号进行合路处理，生成合路预失真信号；

通过Doherty功率放大器对所述合路预失真信号进行功率放大，生成功率放大信号；所述Doherty功率放大器包括双频段Doherty放大器或多频段Doherty放大器，所述双频段Doherty放大器或多频段Doherty放大器的最低工作频率小于或等于各个频段输入信号的最低频率，并且所述双频段Doherty放大器或多频段Doherty放大器的最高工作频率大于或等于各个频段输入信号的最高频率；

对所述功率放大信号进行耦合处理，生成与各个频段的输入信号相对应的各个频段的耦合信号以及直通信号；分别对各个频段的耦合信号进行选频滤波，获得对应的各个频段的反馈信号，并将当前时刻的反馈信号与下一时刻的与该反馈信号频段相同的输入信号进行射频预失真处理；

由所述直通信号生成射频输出信号。

7.根据权利要求6所述的功率放大系统的处理方法，其特征在于，所述从射频输入信号中筛选出各个频段的输入信号的过程包括如下步骤：

对射频输入信号进行分路，生成分路信号，分路信号的数量与射频输入信号中包含的信号频段数量一致；

分别对分路信号进行放大及选频，筛选出各个频段的输入信号。