CN110679082A - 多级多尔蒂功率放大器和发射机 - Google Patents

Abstract

提供了多级多尔蒂(Doherty)功率放大器和发射机，并且多级多尔蒂功率放大器包括：通用载波放大器(201)，其是嵌套的两路反相多尔蒂子放大器；连接到通用载波放大器(201)的通用峰值放大器(202)，其是嵌套的单端子放大器或嵌套的两路普通多尔蒂子放大器；通用载波放大器(201)和通用峰值放大器(202)以通用两路反相多尔蒂功率放大器的形式布置。在实施例中，应用了面向经济高效的多级多尔蒂PA设计的信号功率概率分布函数(PDF)，并且将两路普通和反相多尔蒂PA单元用作基本单元来构造具有增益扩展效果的多级多尔蒂PA。

Description

多级多尔蒂功率放大器和发射机

技术领域

本公开的实施例总体上涉及通信领域，并且更具体地，涉及多级多尔蒂功率放大器和发射机。

背景技术

在第四代(4G)和更高版本的移动通信系统的蜂窝基站中，高级数字调制方案被用于高频谱效率。射频(RF)信号表现出较大的峰均功率比(PAPR)，该射频信号在功率放大器(PA)处被放大。因此，瞬时发射功率的幅度将发生巨大变化。这样，传统的RF PA在高的PAPR刺激下平均效率会相当低。

提高RF PA效率的一种方法是使用多尔蒂功率放大器(多尔蒂PA)。本公开中的经典多尔蒂PA或普通多尔蒂PA被用于增强高PAPR信号的效率，这会在回退期间在远离峰值输出功率6dB处产生第二效率峰值点。但是，随着PAPR的提高，多尔蒂PA的主要挑战是在有限的多尔蒂区域在PAPR大于6dB的情况下保持高效率。

本部分介绍可以有助于更好地理解本公开的方面。因此，本部分的陈述应该从这个角度阅读，而不应被理解为对现有技术中的内容或非现有技术中的内容的认可。

发明内容

发明人发现多尔蒂的概念已经扩展到多级(即，两级以上)变体。对于变化的幅度分布，这允许在较宽的输出功率水平范围内保持高的效率。同时，可以增加针对特定幅度分布和特定功率水平的平均效率。

但是，已经标识了与多级多尔蒂PA相关的两个问题：低效率的问题(如果使用增益受限的放大器(晶体管))和差线性度的问题。低效率是由过多的驱动功耗以确保驱动器级的高线性导致的，而如果使用常规的多级多尔蒂PA实现，则过多的驱动功耗是必需的。如果多尔蒂PA中的功率放大器增益低，则该问题尤其明显。差线性度是由于以下事实导致的：在常规的多级多尔蒂PA中，要求一些放大器(除了两个顶级功率放大器以外的所有放大器)在某些过渡点处饱和并在这些过渡点上保持饱和。

为了解决上述问题中的至少一部分，在本公开中提供了多级多尔蒂PA和发射机。可以理解，本公开的实施例不限于多输入多输出(MIMO)发射机系统，而是可以更广泛地应用于存在类似问题的任何应用场景。

本公开的各种实施例主要旨在例如在MIMO发射机系统中提供多级多尔蒂PA和发射机。发射机可以是例如终端设备或网络设备。当结合附图阅读具体实施例的以下描述时，本公开的实施例的其它特征和优点也将被理解，其中，附图以示例的方式示出了本公开实施例的原理。

总体上，本公开的实施例提供了嵌套多级多尔蒂PA的概念，以克服以上描述中指出的问题。

在第一方面，提供了一种多级多尔蒂功率放大器。多级多尔蒂功率放大器包括：通用载波放大器，其是嵌套的两路反相多尔蒂子放大器；连接到通用载波放大器的通用峰值放大器，其是嵌套的单端子放大器或嵌套的两路普通多尔蒂子放大器；所述通用载波放大器和所述通用峰值放大器以通用两路反相多尔蒂功率放大器的形式布置。

在一个实施例中，通用载波放大器包括子载波放大器和连接到该子载波放大器的第一子峰值放大器，子载波放大器具有第一半导体特征，并且第一子峰值放大器具有带有谐波终止的第二半导体特征，并且该第一子峰值放大器的放大器效率高于子载波放大器的放大器效率。

在一个实施例中，通用峰值放大器包括第二子峰值放大器，该第二子峰值放大器具有第一半导体特征。

在该实施例的实施方式中，子载波放大器和子第二峰值放大器的偏置电压值为正，并且第一子峰值放大器的偏置电压值为负。

在该实施例的实施方式中，子载波放大器、第一子峰值放大器和第二子峰值放大器之间的功率比根据施加的高峰均功率比(PAPR)信号的功率分布函数(PDF)来确定。

在该实施例的实施方式中，第一半导体特征是LDMOS，第二半导体特征是GaNHEMT。

在该实施例的实施方式中，第一子峰值放大器的功率增益大于子载波放大器的功率增益以进行功率增益扩展，子载波放大器的功率增益被压缩到预定的压缩水平，并且第一峰值放大器的功率增益未被压缩。

在该实施例的实施方式中，功率增益扩展的特性是以队列或级联方式连接到多级多尔蒂功率放大器的驱动器放大器的逆特性，以便对该驱动器放大器执行预失真。

在另一个实施例中，通用峰值放大器包括多个子峰值放大器，末级子峰值放大器具有第一半导体特征，除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器具有第二半导体特征，并且除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的放大器效率高于末级子峰值放大器的放大器效率。

在该实施例的实施方式中，子载波放大器和末级子峰值放大器的偏置电压值为正，并且第一子峰值放大器和除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的偏置电压值为负。

在该实施例的实施方式中，子载波放大器、第一子峰值放大器和多个子峰值放大器之间的功率比根据施加的高峰均功率比(PAPR)信号的功率分布函数(PDF)来确定。

在该实施例的实施方式中，第一半导体特征是LDMOS，第二半导体特征是GaNHEMT。

在该实施例的实施方式中，除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的功率增益高于第一子峰值放大器的功率增益以进行功率增益扩展；除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器中的各级子峰值放大器的功率增益高于其前级的子级峰值放大器的功率增益以进行功率增益扩展；子载波放大器的功率增益被压缩到预定的压缩水平，并且除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的功率增益未被压缩。

在该实施例的实施方式中，功率增益扩展的特性与以队列或级联方式连接到多级多尔蒂功率放大器的驱动器放大器相反，以便对该驱动器放大器执行预失真。

在该实施例的实施方式中，通用峰值放大器包括3个子峰值放大器，以形成四级多尔蒂功率放大器。

在第二方面，提供了一种发射机。该发射机包括信号处理器，该信号处理器被配置为对多个信道的基带输入信号进行信号处理；以及如第一方面所述的多级多尔蒂功率放大器。

在第三方面，提供了一种设备。该设备包括处理器、存储器和发射机，该存储器包含程序，该程序包括可由处理器执行的指令，并且该发射机如第二方面所述。

在一个实施例中，该设备是终端设备。

在另一个实施例中，该设备是网络设备。

根据本公开的各种实施例，应用了面向经济高效的多级多尔蒂PA设计的信号功率概率分布函数(PDF)，并且将两路普通和反相多尔蒂PA单元用作基本单元来构造具有增益扩展效果的多级多尔蒂PA。

根据本公开的各种实施例，将多尔蒂输出功率回退范围分段以用于不同的设计。将基于不同半导体工艺的晶体管同时用于不同的分段输出功率回退范围。它们被分开设计以满足对功率、效率和成本的不同需求。

根据本公开的各种实施例，增益扩展效果用于补偿驱动器放大器的非线性。因此，整体队列效率将得到提高。

附图说明

作为示例，根据以下参考附图的详细描述，本公开的各种实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加全面地明显，在附图中类似的附图标记或字母用于指代类似或等同的元件。附图被示出以便于更好地理解本公开实施例，并且附图不一定按比例绘制，其中：

图1是无线通信网络的小区的示意图；

图2示出了本公开的多级多尔蒂PA的框图；

图3示出了本公开的三级多尔蒂PA的框图；

图4示出了本公开的四级多尔蒂PA的框图；

图5示出了本公开中用于“逐步”处理分段的多尔蒂操作区域的通用三级多尔蒂PA；

图6示出了本公开中用于“逐步”处理分段的多尔蒂操作区域的通用四级多尔蒂PA；

图7是示出了本公开中如何使用PDF分析来获得多尔蒂设计参数的流程图；

图8是在本公开中多尔蒂操作区域的“逐步”划分的图示；

图9是与LDMOS和GaN单独解决方案相比的本公开中的输入偏置方案的图示；

图10是本公开中的模拟预失真方案的图示；

图11是现有解决方案和具有较高驱动器级和队列效率的本公开中的预失真队列的队列配置的框图；

图12是作为四级多尔蒂PA的本公开的技术实施方式的示意图；

图13是本公开中电源电流与输出功率的图示；

图14是本公开中PAE和增益与输出功率和增益扩展效果观察的图示；

图15是本公开中RF输出功率与RF输入功率中的增益扩展效果观察的图示；

图16是本公开的发射机的图；

图17是根据本公开的实施例的装置的简化框图。

具体实施方式

现在将参照若干示例实施例描述本公开。应当理解，仅出于使本领域技术人员能够更好地理解本公开并因此实现本公开的目的而讨论这些实施例，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

如本文中使用的，术语“无线通信网络”是指遵循任何适当的通信标准的网络，例如高级LTE(LTE-A)、LTE、宽带码分多址(WCDMA)、高速分组接入(HSPA)等。此外，无线通信网络中的终端设备与网络设备之间的通信可以根据任何适当代的通信协议执行，包括但不限于第一代(1G)、第二代(2G)、2.5G、2.75G、第三代(3G)、第四代(4G)、4.5G、未来第五代(5G)通信协议和/或目前已知或未来将要开发的任何其他协议。

术语“网络设备”是指无线通信网络中的设备，终端设备经由该网络设备接入网络并从其接收服务。网络设备是指无线通信网络中的基站(BS)、接入点(AP)、服务器、控制器或任何其他适当的设备。BS可以是，例如，节点B(NodeB或NB)、演进NodeB(eNodeB或eNB))、gNode B(gNB)、中继、低功率节点(例如，毫微微、微微)等。

网络设备的其他示例包括多标准无线电(MSR)无线电设备(例如，MSR BS)、基站收发器站(BTS)、传输点、传输节点。然而，更一般地，网络设备可以表示能够、被配置为、被布置为和/或可操作以能够实现和/或提供到无线通信网络的终端设备接入或者向已经接入无线通信网络的终端设备提供一些服务的任何适当的设备(或设备组)。

术语“终端设备”是指可以接入无线通信网络并从无线通信网络接收服务的任何端设备。作为示例而非限制，终端设备指的是移动终端、用户设备(UE)或其他适当的设备。UE可以是例如订户站(SS)、便携式订户站、移动站(MS)或接入终端(AT)。终端设备可以包括但不限于便携式计算机、诸如数码相机的图像捕获终端设备、游戏终端设备、音乐存储和回放设备、移动电话、蜂窝电话、智能电话、平板电脑、可穿戴设备、个人数字助理(PDA)、车辆等。

终端设备可以支持设备到设备(D2D)通信，例如通过实现用于副链路通信的3GPP标准，并且在这种情况下可以被称为D2D通信设备。

作为又一特定示例，在物联网(IoT)场景中，终端设备可以表示执行监测和/或测量并且将这种监测和/或测量的结果发送到另一终端设备和/或网络设备的机器或其他设备。在这种情况下，终端设备可以是机器到机器(M2M)设备，在3GPP上下文中它可以被称为机器类型通信(MTC)设备。

作为一个具体示例，终端设备可以是实现3GPP窄带物联网(NB-IOT)标准的UE。这种机器或设备的具体示例是传感器、计量设备(例如，功率计)、工业机器、或者家用或个人用具(例如，冰箱、电视、个人可穿戴计算设备(例如，手表)等)。在其他场景中，终端设备可以表示能够监测和/或报告其操作状态或与其操作相关联的其他功能的交通工具或其他设备。

如本文所使用的，术语“第一”和“第二”指的是不同的元件。除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一”和“一个”意在还包括复数形式。本文所使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”、“含有”和/或“并入”表示所陈述的特征、元件和/或组件等的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、组件和/或其组合。术语“基于”应被解读为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应被解读为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应被解读为“至少一个其他实施例”。下面可以包括其他显式和隐式定义。

下面将参考附图描述本公开的一些示例性实施例。首先参考图1，其示出了无线通信网络100的示意图。这里示出了无线通信网络100中的网络设备101和终端设备102。在图1的示例中，网络设备101为终端设备102服务。

应该理解，仅出于说明的目的来描述图1的配置，而不暗示对本公开的范围的任何限制。本领域技术人员将会理解，无线通信网络100可以包括任何适当数量的终端设备和/或网络设备，并且可以具有其他适当的配置。

为了方便起见，在以下实施例中，以MIMO系统为例进行描述，但是实施例不限于此，在本发明中，与多信道功率放大器(例如，卫星系统等)有关的任何系统都是可行的。

为了解决发明内容中描述的至少一个问题(即，低效率的问题和差线性度的问题)，提出了本公开。以下将参考附图和特定实施方式描述本公开的实施例。

实施例的第一方面

在该实施例中提供了多级多尔蒂功率放大器。多级多尔蒂功率放大器在发射机处(例如，终端设备或网络设备处的多天线发射机)实现。

图2示出了本公开的多级多尔蒂功率放大器200的框图。如图2所示，多级多尔蒂功率放大器200可以包括：通用载波放大器201和通用峰值放大器202。通用载波放大器201是嵌套的两路反相多尔蒂子放大器，而通用峰值放大器202是嵌套的单端子放大器或嵌套的两路普通多尔蒂子放大器。在该实施例中，通用载波放大器201和通用峰值放大器202以通用两路反相多尔蒂功率放大器的形式布置，因此多级多尔蒂功率放大器200在通用反相多尔蒂拓扑中。通过这种布置，可以如下所述实现智能偏置方案、模拟预失真和逐步多尔蒂操作分段。

在该实施例中，多级多尔蒂PA 200包括分别用于通用载波和峰值放大的多个嵌套子放大器单元。因此，它是具有全局反相多尔蒂配置的嵌套的多尔蒂PA，但是分别用于载波子放大器的是反相多尔蒂和用于峰值子放大器的是普通多尔蒂。

在该实施例中，多级多尔蒂PA包括作为两路多尔蒂放大器单元的单元放大器。对于通用载波放大器，多尔蒂单元为反相结构。对于通用峰值放大器，多尔蒂单元在正常的多尔蒂结构中。全局结构是反相的多尔蒂PA。

在该实施例中，多级多尔蒂PA的多个嵌套子放大器不是统一设计的，并且它们专用于基于高PAPR信号的功率分布函数(PDF)的特定输出功率回退范围。因此，一些子放大器的半导体工艺和设计度量是不同的。在该实施例中，沿多尔蒂区域的中心单元应当优先考虑效率，侧单元应当优先考虑线性度、成本或高功率水平。例如，可以通过使用LDMOS的半导体工艺来形成侧单元，并且可以通过使用GaN HEMT的半导体工艺来形成中心单元。

在本实施例中，功率比由PDF定义，即，子放大器之间的功率比根据施加的高PAPR信号的PDF确定，使得子放大器的功率可以适应施加的高PAPR信号的PDF。PDF越高，应使用的晶体管效率越高。

在实施方式中，通用载波放大器201包括子载波放大器和第一子峰值放大器；通用峰值放大器202包括至少一个子峰值放大器。

在该实施方式中，子载波放大器具有第一半导体特征，即，其通过使用第一半导体工艺来设计；第一子峰值放大器具有第二半导体特征，即，其通过使用具有谐波终止的第二半导体工艺来设计以提高效率；并且第一子峰值放大器的放大器效率高于子载波放大器的放大器效率。

作为示例，通用峰值放大器202包括第二子峰值放大器，该第二子峰值放大器具有第一半导体特征，也就是说，其通过使用第一半导体工艺来设计。

在该示例中，中心单元(即，通用载波放大器201的第一子峰值放大器)的放大器效率高于侧单元(即，通用载波放大器201的子载波放大器和通用峰值放大器202的第二子峰值放大器)的放大器效率。

图3示出了一个三级多尔蒂PA 300，如图3所示，该三级多尔蒂PA 300以嵌套方式实现，以便子载波放大器(C)和第一子峰值放大器(P1)构造反相多尔蒂子放大器。从第二峰值放大器(P2)的观点来看，该反相多尔蒂子放大器可以用作通用载波放大器。通用载波放大器和第二峰值放大器(P2)形成另一个反相多尔蒂，即，多级多尔蒂功率放大器200。此外，第一子峰值放大器(P1)使用具有谐波终止的高效半导体工艺来提高效率(例如，GaNHEMT)，而子载波放大器(C)和第二峰值放大器(P2)使用成本较低的中等效率半导体工艺(例如，LDMOS)。

作为另一示例，通用峰值放大器202包括多个子峰值放大器；末级子峰值放大器具有第一半导体特征，即，其是通过使用第一半导体工艺设计的；除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器具有第二半导体特征，即，它们是通过使用第二半导体工艺来设计的；并且如上所述，除末级子峰值放大器外的其他级子峰值放大器的放大器效率高于末级子峰值放大器的放大器效率。

在该示例中，中心单元(即，通用载波放大器201的第一子峰值放大器和除通用峰值放大器202的末级子峰值放大器以外的其他子级峰值放大器)的放大器效率高于侧单元(即，通用载波放大器201的子载波放大器和通用峰值放大器202的末级子峰值放大器)的放大器效率。

图4示出了一个四级多尔蒂PA 400，如图4所示，该四级多尔蒂PA 400以嵌套方式实现，以便由子载波放大器(C)和第一子峰值放大器(P1)形成的反相多尔蒂子放大器可以用作通用载波放大器201，由第二子峰值放大器(P2)和第三子峰值放大器(P3)形成的普通多尔蒂子放大器可以用作通用峰值放大器202。整个多尔蒂PA 400处于由通用子放大器单元形成的反相多尔蒂拓扑中。此外，中心单元(即，第一子峰值放大器(P1)和第二子峰值放大器(P2))使用具有谐波终止的高效半导体工艺来提高效率(例如，GaN HEMT)，而侧单元(即，子载波放大器(C)和第三子峰值放大器(P3))使用成本较低的中等效率半导体工艺(例如，LDMOS)。

通过利用图3-4所示的拓扑，在该实施例中可以实现一些高级特征。具体而言，理论上的峰值效率点不是持续或均匀分布的。在该实施例中，该峰值效率点采用由施加的高PAPR信号的PDF给出的权重。它们由功率分布的概率来定优先级和形状。因此，PA设计对于适应各种信号特性更加灵活。例如，图5和图6分别示出了与高PAPR信号PDF曲线图相比，本公开中的三级和四级多尔蒂PA实施例的效率与输出功率回退。

在图5中，如(a)所示，现有解决方案并未针对多尔蒂操作的不同区域对放大器设计参数进行优先排序，对于一些低功率概率区域，分配的效率和功率与高功率概率区域一样高。如(b)所示，在本公开中，将多尔蒂区域划分为三个，中心峰值效率点使用具有谐波终止的高效率PA(P1)来优先考虑效率。副峰值效率点仅在低功率概率区域内。因此，可以以较低的效率优先级来处理副峰值效率点，这可以有助于降低成本。

在图6中，如(a)所示，现有解决方案中的四个峰值效率点在半导体工艺和设计方法中进行了统一处理或设计(例如，该四个峰值效率点所对应的放大器全部由GaN HEMT制成)，而没有考虑所施加的高PAPR信号的PDF，使得资源利用率下降，并且需要更多级。如图(b)所示，在本公开中，根据所施加的高PAPR信号的PDF曲线图，以不同的低(L)、中(M)和高(H)水平来差异地选择设计参数，包括：输出功率、增益、效率、线性度。

在此实施例中，多级多尔蒂PA的设计参数可以从施加的高PAPR信号的PDF中获得，如图7所示。

利用图7所示的方法，效率与输出功率回退可以分为三个区域，并形成用于多尔蒂PA设计的“逐步”形状掩模。图8示出了三个步骤，即：阶段1，权衡效率以用于增益和/或功率和/或线性度。阶段2，权衡其他以用于效率；以及阶段3，权衡效率以用于功率，这可以优先考虑多尔蒂PA的不同设计参数，以获得更高效的资源利用率并且为多级多尔蒂PA设计提供经济高效的解决方案。

在该实施例中，如图8所示，通过采用不同的技术、设计方法等，效率与输出功率回退曲线是“逐步的”。因此，由于根据所施加的高PAPR信号的PDF使用具有不同半导体特征的晶体管，提供了高功率放大器的经济高效的解决方案。

在该实施例中，由于通过使用中等效率的半导体工艺(例如，LDMOS)来设计侧单元，并且通过使用高效率的半导体工艺(例如，GaN HEMT)来设计中心单元，侧单元的偏置电压为正，而中心单元的偏置电压为负。因此，与基于单一技术过程的现有解决方案相比，本公开提供了更合理的输入偏置方案。图9以四级多尔蒂PA为例示出了现有解决方案和本公开(包括LDMOS和GaN HEMT)中的LDMOS和GaN HEMT的输入偏置(基极/栅极)方案。

通过图9所示的布置，对于LDMOS或GaN HEMT，在多级多尔蒂PA中首先开启的子放大器(图9所示的“载波”)不会受到影响，并且在低功耗模式期间提供高效率。峰值放大器(图9所示的“峰值1”、“峰值2”和“峰值3”)可以通过施加非常负的输入偏置而完全关闭。但是，由于局限性，一些PACC(功率放大器控制电路)无法提供最佳的负偏置，这使得多级多尔蒂PA的最后一个峰值放大器(图9所示的“峰值3”)难以偏置在最佳状态处。

相比之下，本公开以交错的方式布置输入偏置极性，将正输入偏置用于载波放大器(图9所示的“载波”)，中间峰值放大器(图9所示的“峰值1”、“峰值2”和“峰值3”)被偏置为负输入偏置，并且最后一个峰值放大器(图9中所示的“峰值3”)作为输入偏置返回到正值或接近零值。

采用这种布置，由于可以在单个多级多尔蒂PA设计中使用正和负输入偏置，因此可以大大扩展输入偏置范围。扩展的输入偏置范围不再单调减小，而是恢复为零，这对于多级多尔蒂PA设计仅需要有限的偏置电压范围，并且可以简化设计以用于适当的有源负载调制效果目的。这样，降低了使用统一半导体工艺的栅极偏置方案的难度，可以以更容易的方式实现多级多尔蒂偏置方案。

在该实施例中，本公开提供了一种模拟预失真方案，其升高了驱动器级放大器和队列PAE(功率附加效率)。那就是功率增益扩展。在功率增益扩展中，除了末级子放大器之外，后一个子放大器的功率增益大于前一个子放大器的功率增益。

以三级多尔蒂PA为例，第一子峰值放大器的功率增益大于子载波放大器的功率增益以进行功率增益扩展，子载波放大器的功率增益被压缩到预定的压缩水平，并且第一峰值放大器的功率增益未被压缩。

以三级以外的多级多尔蒂PA为例，除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的功率增益高于第一子峰值放大器的功率增益以进行功率增益扩展；除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器中的各级子峰值放大器的功率增益高于其前级的子级峰值放大器的功率增益以进行功率增益扩展；子载波放大器的功率增益被压缩到预定的压缩水平，并且除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的功率增益未被压缩。对于四级多尔蒂PA，第一子峰值放大器的功率增益大于载波子放大器的功率增益，第二子峰值放大器的功率增益大于第一子峰值放大器的功率增益。

在该实施例中，增益扩展特性是以队列或级联方式连接到多级多尔蒂功率放大器的驱动器放大器的逆特性，从而可以补偿该驱动器放大器的功率增益压缩，即，对该驱动器放大器执行预失真。

图10示出了本公开中的模拟预失真方案。如图10所示，通过操纵多尔蒂PA中的多级，可以通过在本公开中的末级放大器处使用不同的半导体工艺和设计参数来获得增益扩展效果。众所周知，增益压缩效果对于PA更为常见。可以在驱动器级放大器和末级放大器(在本公开中为多级多尔蒂PA)的串联布置中使用增益压缩的逆特性来校正在驱动器放大器级中发生的增益压缩。通常，驱动器级放大器将不被如此强烈地推入饱和状态，因此可以获得可接受的线性度，从而在队列配置中为末级放大器留出设计余量。现有解决方案的主要缺点是驱动放大器的效率会很低，因为它距离饱和区域很远。由于驱动器放大器效率贡献对于队列配置至关重要，因此，驱动器级放大器的现有解决方案中的布置将限制队列效率提高。

在本公开中，在末级放大器处提供适当的增益扩展效果，该增益扩展效果可用于校正在驱动器放大器处发生的压缩效果，如图10所示。这使驱动器放大器可以在较小的压缩区域内提取更多的功率，这将大大有助于改善驱动器和队列效率。这可以通过使用本公开中的子放大器设计来完成，如图11所示。

如图11所示，提供了一种使用末级放大器(多级多尔蒂PA)的增益扩展的新的队列预失真方法。如本公开中先前所讨论的，末级的多级多尔蒂PA的增益扩展补偿了驱动器级PA的增益压缩特性。这种补偿导致整个队列放大器的3dB压缩点(P3dB)电平增加。可以获得对整体线性度增加P3 dB的效果。

在图11中，(a)是现有解决方案的队列配置，其是使用线性驱动器级放大器和末级放大器构造的。在图11中，(b)是提出的结构，其中末级放大器的增益扩展优于如图11(a)所示的相同的末级放大器。从图11(b)可以看出，本公开可以补偿该队列的AM-AM特性，如图15所示。与现有解决方案相比，由于增益扩展抵消了末级放大器的增益压缩，因此所提出的队列结构的增益特性显示出更好的线性度。与现有解决方案相比，由于末级的多级多尔蒂PA的增益补偿，预失真队列的相邻信道功率比(ACPR)得到改善。同样，互补累积分布函数(CCDF)曲线可以显示信号超出平均功率多远和多频繁。当输出信号的功率水平超过P3 dB压缩点时，CCDF曲线开始被削减，这指示放大信号被压缩的频率。与现有解决方案相比，预失真队列放大器的CCDF结果被削减得较少。

作为验证的示例，通过安捷伦高级设计系统(ADS)仿真来验证本公开的概念，图12示出了示例性的四级多尔蒂设计。

在图12中，通用多级多尔蒂PA 1200是两路复合反相多尔蒂PA，包括两个子多尔蒂放大器1201、1202。第一子多尔蒂放大器1201是两路反相多尔蒂PA，而第二子多尔蒂放大器1202是两路普通多尔蒂PA。两者以正确的顺序组合在一起才能开启。为了晶体管的成本和高功率能力，载波放大器和峰值3放大器12021以LDMOS工艺实现。峰值2和峰值1放大器以GaN HEMT工艺实现，以得到针对具有第二和第三谐波终止的最高PDF的高效率。有三个混合耦合器(在图12中显示为混合90)，用于向不同的路径分配输入功率。偏移线用于在设计的输入端进行相位对齐。图13通过观察每个子放大器的放大器电源电流示出了开启顺序。

图14示出了四级多尔蒂PA的功率附加效率和传感器增益与输出功率。效率曲线不再是平滑曲线，而是根据所施加的高PAPR信号的信号分布直方图成形的。其特点是针对功率概率分布进行了优化。此外，可以观察到由LDMOS载波放大器过渡到GaN HEMT峰值2峰值放大器引起的增益扩展效果。这用于使驱动器放大器线性化，以便该驱动器放大器级可以工作到饱和状态以提供高得多的队列效率。

图15示出了RF输出功率与RF输入功率传递函数绘图。使用图15中所示的曲线，将会更好地理解所产生的增益扩展效果。

为了使本公开的优点清楚和更好地理解，下面参考附图描述现有解决方案中存在的问题和本公开的优点。

如图8所示，常规的多尔蒂PA设计经过优化，在宽广的回退范围内保持恒定的高效率而没有选择性。这种策略会造成某种浪费，尤其对于极低的功率概率范围。然而，本公开根据所施加的高PAPR信号的PDF对多尔蒂PA设计参数进行优先级排序和优化，这可以更好地权衡参数和资源利用。

此外，现有解决方案没有考虑所施加的复杂信号的PDF的滚降特性。传统上，多尔蒂PA设计仅考虑峰均功率比(PAPR)点。因此，信号的PDF的细节被忽略了，例如，没有考虑信号PDF的偏斜。因此，没有针对信号的PDF优化设计参数。

此外，在现有解决方案中，由于忽略了信号的PDF，因此多尔蒂设计的所有子放大器的半导体工艺都是相同的。因此，无法优化成本和性能以获得最大收益。然而，在本公开中指示了用于施加的信号的PDF所需的半导体工艺，晶体管的选择可以更灵活以得到经济高效的解决方案。可以基于所施加信号的PDF曲线来实现混合模式多尔蒂PA设计。

此外，在现有解决方案中，多尔蒂PA设计的调谐参数/度非常有限。因为没有空间对多尔蒂PA设计的不同输出功率回退范围进行分段优化。然而，在本公开中，针对不同的输出功率回退范围，该设计可以是范围特定的。可以引入不同的过程和参数，从而为具有明确目标的高性能多尔蒂PA设计增加更多的调谐参数/调谐度：面向信号PDF的PA设计。

最后，在队列配置中，现有解决方案中使用的驱动器放大器必须在非常线性的区域内工作，避免了末级产生的更多失真，这极大地限制了驱动器效率。相比之下，在本公开中可以产生增益扩展效果，该增益扩展效果使驱动器放大器能够工作到轻微的饱和区域以获得更高的驱动器效率，从而提高了队列效率。

实施例的第二方面

在该实施例中提供了一种发射机，并且省略了与第一实施例中相同的内容。

图16示出了发射机1600的图，如图16所示，该发射机包括信号处理器1601、驱动器放大器1602和多级多尔蒂功率放大器1603。

对于信号处理器1601和驱动放大器1602，可以参考现有解决方案；对于多级多尔蒂功率放大器，可以参考实施例1，在实施例1中已经进行了详细描述，本文不再赘述。

实施例的第三方面

在这些实施例中提供了一种装置。

图17示出了根据本公开的实施例的装置1700的简化框图。应当理解，装置1700可以被实现为例如网络设备或终端设备的至少一部分，特别地可以被实现为例如包括在网络设备或终端设备中的发射机或收发器的至少一部分。

如图17所示，装置1700包括：通信装置1730和处理装置1750。处理装置1750包括数据处理器(DP)1710、耦接到DP 1710的存储器(MEM)1720。通信装置1730耦接到处理装置1750中的DP 1710。MEM 1720存储程序(PROG)1740。通信装置1730用于与其它设备通信，其它设备可以被实现为用于发送/接收信号的收发器。

在装置1700作为网络设备的一些实施例中，处理装置1750可以被配置为对输入信号执行信号处理并获得输出信号，并且通信装置1730可以被配置为发送输出信号或接收终端设备发送的输出信号。在装置1700作为终端设备的一些其他实施例中，处理装置1750可以被配置为对输入信号执行信号处理并获得输出信号，并且通信装置1730可以被配置为发送输出信号或接收网络设备发送的输出信号。

假设PROG 1740包括程序指令，该程序指令在由相关联的DP1710执行时，使得装置1700能够根据本公开的实施例来操作。本文的实施例可以通过装置1700的DP 1710可执行的计算机软件来实现，或者通过硬件或通过软件和硬件的组合来实现。数据处理器1710和MEM 1720的组合可以形成适于实现本公开的各种实施例的处理装置1750。

MEM 1720可以具有适合于本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术，作为非限制性示例，例如基于半导体的存储器件，磁存储器件和系统，光学存储器件和系统，固定存储器和可拆卸存储器)来实现。虽然在装置1700中仅示出一个MEM，但是在装置1700中可能存在几个物理上不同的存储器模块。DP 1710可以具有适合本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性示例，可以包括以下中的一个或多个：通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)和基于多核处理器架构的处理器。装置1700可以具有多个处理器，例如在时间上从动于与主处理器同步的时钟的专用集成电路芯片。

在实施例中提供了一种设备(例如，未示出的终端设备或网络设备)，该设备包括装置1700，并且省略了与实施例的第一方面和第二方面中的内容相同的内容。

将理解的是，本文描述的本发明的实施例可以包括一个或多个传统处理器以及唯一的存储的程序指令，该程序指令控制一个或多个处理器结合某些非处理器电路来实现一些、大多数或全部产生具有降低的波峰因数的多载波通信信号的功能，如本文所述。非处理器电路可以包括但不限于无线电发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路和用户输入设备。因此，这些功能可以解释为用于产生具有降低的波峰因数的信号的方法的方框。可替代地，一些或全部功能可以由未存储程序指令的状态机来实现，或者在一个或多个专用集成电路(ASIC)中实现，其中每个功能或某些功能的一些组合被实现为定制逻辑。另外，可以预期：普通技术人员尽管可以花费大量精力并在由例如可用时间、当前技术和经济考虑而激发的情况下做出许多设计选择，但是在由本文公开的构思和原理的指导下，将用最少的试验能够容易地产生这样的软件指令、程序和集成电路(IC)。

例如，本文描述的一个或多个示例可以在现场可编程门阵列(FPGA)中实现，通常包括可编程区块阵列。这些可编程区块可以包括：例如，输入/输出块(IOB)、可配置逻辑块(CLB)、专用随机存取存储块(BRAM)、乘法器、数字信号处理块(DSP)、处理器、时钟管理器、延迟锁定循环(DLL)等。

每个可编程区块通常包括可编程互连和可编程逻辑。可编程互连通常包括通过可编程互连点(PIP)互连的大量不同长度的互连线。可编程逻辑使用可编程元件来实现用户设计的逻辑，该可编程元件可以包括：例如，函数发生器、寄存器、算术逻辑等。

通常通过将配置数据流加载到内部配置存储单元中来对可编程互连和可编程逻辑进行编程，该内部配置存储单元定义了可编程元件的配置方式。可以从存储器(例如，从外部PROM)读取配置数据，或者由外部设备将配置数据写入FPGA。然后，各个存储器单元的集体状态决定了FPGA的功能。

通常，可以用硬件或专用电路、软件、逻辑单元或其任何组合来实现本公开的各种实施例。一些方面可以用硬件来实现，而其他方面可以用可以由控制器、微处理器或另一个计算设备执行的固件或软件来实现。虽然本公开的实施例的多个方面被示出和描述为框图、流程图，或者使用一些其它的图形表示，但是将意识到，本文描述的框、装置、系统、技术或方法可以被实施为(作为非限制示例)硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备、或者它们的某种组合。

作为示例，本公开的实施例可以在在目标现实或虚拟处理器上的设备中执行的机器可执行指令(例如，包括在程序模块中的指令)的一般上下文中描述。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等。在各种实施例中，可以根据需要在程序模块之间组合或拆分程序模块的功能。可以在本地或分布式设备内执行程序模块的机器可执行指令。在分布式设备中，程序模块可以位于本地存储介质和远程存储介质二者中。

可以以一种或多种编程语言的任何组合来写用于执行本公开的方法的程序代码。可以将这些程序代码提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，以使得程序代码在被处理器或控制器执行时实现在流程图和/或框图中指定的功能/操作。程序代码可以完全在机器上执行，部分在机器上执行，作为独立软件包来执行，部分在机器上且部分在远程机器上执行，或完全在远程机器或服务器上执行。

上述程序代码可以被体现在机器可读介质上，该机器可读介质可以是任何有形介质，其可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备相关的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外、或半导体系统、装置或设备、或者前述各项的任意适当组合。

机器可读存储介质的更加具体的示例包括：具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式高密度盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备、或前述各项的任意适当组合。

在本公开的上下文中，在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令的一般上下文中(诸如，程序模块)，可以实现该设备。一般地，程序模块可以包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、逻辑、数据结构等。该设备还可以实施在分布式云计算环境中，其中，由通过通信网络链接的远程处理设备执行任务。在分布式云计算环境中，程序模块可以位于本地和远程计算机存储介质(包括存储器存储设备)二者中。

此外，虽然以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以示出的特定顺序或以顺序次序执行，或者需要执行所有示出的操作来实现期望的结果。在某些情境下，多任务处理和并行处理可以是有利的。同样地，尽管在上述讨论中包含了若干具体实施细节，但这些细节不应被解释为对本公开的范围的限制，而应被解释为是对可能特定于特定实施例的特征的描述。在独立实施例的上下文中描述的特定特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开地或以任何适当的子组合实现。

尽管已经以对结构特征和/或方法动作特定的语言描述了本公开，但是应当理解的是，在所附权利要求中限定的本公开不必受限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而公开的。

Claims (20)

1.一种多级多尔蒂功率放大器(200)，包括：

通用载波放大器(201)，其是嵌套的两路反相多尔蒂子放大器，以及

连接到通用载波放大器(201)的通用峰值放大器(202)，其是嵌套的单端子放大器或嵌套的两路普通多尔蒂子放大器，

其中，所述通用载波放大器(201)和所述通用峰值放大器(202)以两路反相多尔蒂功率放大器的形式布置。

2.根据权利要求1所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述通用载波放大器(201)包括子载波放大器和连接到所述子载波放大器的第一子峰值放大器。

3.根据权利要求2所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述子载波放大器具有第一半导体特征，所述第一子峰值放大器具有带有谐波终止的第二半导体特征。

4.根据权利要求3所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述第一子峰值放大器的放大器效率高于所述子载波放大器的放大器效率。

5.根据权利要求4所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述通用峰值放大器(202)包括第二子峰值放大器，所述第二子峰值放大器具有所述第一半导体特征。

6.根据权利要求5所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述子载波放大器和子第二峰值放大器的偏置电压值为正，并且所述第一子峰值放大器的偏置电压值为负。

7.根据权利要求5所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述子载波放大器、所述第一子峰值放大器和所述第二子峰值放大器之间的功率比根据施加的高峰均功率比(PAPR)信号的功率分布函数(PDF)来确定。

8.根据权利要求5所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述第一半导体特征是LDMOS，所述第二半导体特征是GaN HEMT。

9.根据权利要求3所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述第一子峰值放大器的功率增益大于所述子载波放大器的功率增益以进行功率增益扩展，所述子载波放大器的功率增益被压缩到预定的压缩水平，并且所述第一峰值放大器的功率增益未被压缩。

10.根据权利要求9所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述功率增益扩展的特性是以队列或级联方式连接到所述多级多尔蒂功率放大器的驱动器放大器的逆特性，以便对所述驱动器放大器执行预失真。

11.根据权利要求4所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述通用峰值放大器(202)包括多个子峰值放大器，末级子峰值放大器具有第一半导体特征，除所述末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器具有第二半导体特征，并且除所述末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的放大器效率高于所述末级子峰值放大器的放大器效率。

12.根据权利要求11所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述子载波放大器和所述末级子峰值放大器的偏置电压值为正，并且所述第一子峰值放大器和除所述末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的偏置电压值为负。

13.根据权利要求11所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述子载波放大器、所述第一子峰值放大器和所述多个子峰值放大器之间的功率比根据施加的高峰均功率比(PAPR)信号的功率分布函数(PDF)来确定。

14.根据权利要求11所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述第一半导体特征是LDMOS，所述第二半导体特征是GaN HEMT。

15.根据权利要求11所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，除所述末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的功率增益高于所述第一子峰值放大器的功率增益以进行功率增益扩展；除末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器中的各级子峰值放大器的功率增益高于其前级的功率增益以进行功率增益扩展；所述子载波放大器的功率增益被压缩到预定的压缩水平，并且除所述末级子峰值放大器以外的其他级子峰值放大器的功率增益未被压缩。

16.根据权利要求15所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述功率增益扩展的特性是以队列或级联方式连接到所述多级多尔蒂功率放大器的驱动器放大器的逆特性，以便对所述驱动器放大器执行预失真。

17.根据权利要求11所述的多级多尔蒂功率放大器，其中，所述通用峰值放大器(202)包括3个子峰值放大器，以形成四级多尔蒂功率放大器。

18.一种发射机，包括：

信号处理器，被配置为对多个信道的基带输入信号进行信号处理；

根据权利要求1-17中任一项所述的多级多尔蒂功率放大器。

19.一种设备，包括：

处理器(1710)；

存储器(1720)，所述存储器(1720)包含程序(1740)，所述程序(1740)包括能够由所述处理器(1710)执行的指令，以及

根据权利要求18所述的发射机。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述设备是终端设备或网络设备。

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