CN112953576B - 信号发射机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种信号发射机，能够提高发射机信号分解的灵活度和提升信号发射机的系统性能。该信号发射机包括：信号分解模块，包括M个输出接口，信号分解模块用于将信号分解为N路子信号，并通过M个输出接口中的N个输出接口输出N路子信号，M和N为整数，M≥2，N≥1且M≥N；集成阵列行波管放大器，包括M个射频通道，M个通道与M个输出接口一一对应，每个通道用于对从对应的输出接口输出的子信号进行功率放大，其中，每个通道是可开闭的；供电模块，用于向集成阵列行波管放大器供电；至少一个发射天线，用于发送经过功率放大的信号。

Description

信号发射机
技术领域
本申请涉及通信领域，具体涉及一种信号发射机。
背景技术
传统的基于行波管放大器(travelling wave Tube Amplifier，TWTA)的线性放大利用非线性器件(linear amplification using nonlinear components，LINC)放大器/发射机使用两路单独的高效率TWTA对分解后的两路子信号分别进行功率放大，由于工艺误差等因素，导致两路功放的性能存在一定差异，进而导致功率放大后的两路信号合成一路信号后，合成信号质量和效率严重下降。实际中，为了提升发射机性能，需要对每一路功放采用反馈校准通道进行校准补偿，极大提升了系统复杂度；同时，通常每个行波管只支持一路信号的放大，而LINC发射机采用两路行波管，导致发射机尺寸和重量翻倍，对整个发射机系统造成负担；另外，LINC发射机只支持一路信号的分解，无法支持多路信号的分解和多频段信号的使用，实际使用比较受限。
因此，如何提升LINC放大器/发射机的实用性和性能成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种信号发射机，能够提高发射机信号分解的灵活度和系统功放性能。
第一方面，提供了一种信号发射机。该信号发射机可以包括：信号分解模块，包括M个输出接口，信号分解模块用于将信号分解为N路子信号，并通过M个输出接口中的N个输出接口输出N路子信号，M和N为整数，M≥2，N≥1且M≥N；集成阵列行波管放大器，包括M个射频通道，M个射频通道与M个输出接口一一对应，每个射频通道用于对从对应的输出接口输出的子信号进行功率放大，其中，射频通道是可开闭的；供电模块，用于向集成阵列行波管放大器供电；至少一个发射天线，用于发送经过功率放大的信号。
上述技术方案中，信号分解模块在一路信号最大分解为M路子信号的情况下，可以将信号分解为实际需要的N路子信号，提高了发射机信号分解的灵活度和实用性；同时，N路子信号通过集成阵列行波管N个性能一致的射频通道，提高了发射机的性能指标。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，信号分解模块还可以用于将P路信号分解为N路子信号，P为整数且N≥P≥2。
上述技术方案中，信号分解模块可以同时支持对2路及2路以上信号的分解，提高了发射机信号分解的灵活度和实用性。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，集成阵列行波管还可以用于对多个不同频段的子信号进行功率放大。
上述技术方案中，集成阵列行波管可以对分解后的多频段子信号同时进行功率放大，提高了信号发射机的实用性和效率。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第一控制器，用于控制所述M个射频通道中的每个射频通道的开闭。
上述技术方案中，通过第一控制器控制集成阵列行波管中M个通道的开关，关闭不需要工作的射频通道，从而可以减少信号发射机的功耗。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一控制器具体用于控制每个射频通道与所对应的输出接口之间的连接的通断。
上述技术方案中，通过第一控制器控制射频通道和信号分解模块对应的输出接口的通断，关闭不需要工作的射频通道，从而可以减少信号发射机的功耗。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述供电模块用于向所述M个射频通道提供各自对应的阴极电压；以及所述第一控制器具体用于控制每个射频通道所对应的阴极电压与所述供电模块之间的通断。
上述技术方案中，通过第一控制器控制关闭不需要工作的射频通道的阴极电压，从而可以减少信号发射机的功耗。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第二控制器，用于控制所述信号分解模块输出子信号的数量N。
上述技术方案中，由第二控制器控制信号分解模块具体分解多少路子信号，可以提高信号发射机信号分解的灵活度和实用性。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述发射天线为M个，所述M个发射天线与所述M个射频通道一一对应，每个发射天线用于发送所对应的子信号。
上述技术方案中，发射机不再受限于合成模块对带宽的限制，可以将集成阵列行波管功率放大后的N路子信号直接通过M个天线中的N个天线发射出去，使发射机架构更加适合宽带无线系统的使用。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述发射天线为1个，以及所述信号发射机还包括：信号合成模块：用于对从所述集成行波管放大器输出的经过功率放大后的N路子信号进行合成；以及所述发射天线具体用于发射经过合成后的信号。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述信号分解模块具体用于在模拟域将信号分解为N路子信号。
上述技术方案中，信号分解模块将分解后的N路子信号转化为模拟信号且达到集成阵列行波管所要求的驱动水平。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述信号分解模块具体用于在数字域将信号分解为N路子信号，以及所述信号发射机还包括：M个数模转换器，与所述M个输出接口一一对应，每个数模转换器用于对从所述对应的输出接口输出的子信号进行数模转换。
上述技术方案中，信号分解模块输出N路数字信号，M个数模转换器中的N个数模转换器将N路数字信号转换为模拟信号，以满足进入集成阵列行波管射频通道进行功率放大的信号类型。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述信号发射机还包括：M个驱动放大器，与所述M个输出接口一一对应，且所述M个驱动放大器与所述M个通道一一对应，每个驱动放大器用于对从所述对应的输出接口输出的子信号进行功率放大，以使得放大后的功率满足所对应的集成阵列行波管射频通道的输入功率要求。
上述技术方案中，M个驱动放大器中的N个驱动放大器对N路子信号进行功率放大，使N路子信号满足进入集成阵列行波管射频通道的输入功率要求。
第二方面，提供了一种通信设备，该通信设备包括第一方面以及第一方面的各种实施中的任一种信号发射机。
第三方面，提供了一种通信系统，该通信系统包括上述第二方面中的通信设备。
附图说明
图1是基于行波管放大器(TWTA)的LINC功放/发射机结构的示意性框图。
图2是本申请实施例提供的一种信号发射机的示意性框图。
图3是本申请实施例提供的另一种信号发射机的示意性框图。
图4是本申请实施例提供的一种典型的中射频链路的示意性框图。
图5是本申请实施例提供的又一种信号发射机的示意性框图。
具体实施方式
现在参照附图对本申请中的多个实施例进行描述，其中用相同的附图标记指示本文中的相同元件。在下面的描述中，为便于解释，给出了大量具体细节，以便提供对一个或多个实施例的全面理解。然而，很明显，也可以不用这些具体细节来实现所述实施例。在其它例子中，以方框图形式示出公知结构和设备，以便于描述一个或多个实施例。
本申请实施例的技术方案可以应用于各种通信系统，例如：长期演进(Long TermEvolution，LTE)系统、LTE频分双工(frequency division duplex，FDD)系统、LTE时分双工(time division duplex，TDD)、通用移动通信系统(universal mobiletelecommunication system，UMTS)、全球互联微波接入(worldwide interoperabilityfor microwave access，WiMAX)通信系统、卫星通信、空间通信、第五代(5th generation，5G)移动通信系统或新无线接入技术(new radio access technology，NR)或未来的通信系统，比如下一代通信技术6G。
为便于理解本申请实施例，首先结合图1对基于行波管放大器(TWTA)的LINC功放/发射机结构进行介绍。
作为目前LINC功放/发射机中使用最为普遍的两类功率放大器，一种是固态功率放大器(solid-state power amplifier，SSPA)，主要适用于较低功率需求的应用场景，另一种是行波管放大器(TWTA)，主要应用于较高功率需求的情形。相较于前者，行波管作为一种重要的电真空功率放大器件，具有工作频带宽、输出功率大、高效率、体积小的综合优势，在雷达、电子对抗和毫米波通信领域具有广阔的应用前景。例如，在毫米波基站应用场景中，SSPA由于较低的功率导致基站的覆盖距离受到极大限制，这就需要增加毫米波基站的数量来满足覆盖要求，极大增加了部署成本。而采用TWTA则可以极大提升基站的发射功率，从而可以减少基站数目，节省部署成本。
另一方面，目前，为了提高频谱利用率，无线通信采用了基于高阶正交幅度调制(quadrature amplitude modulation，QAM)调制的宽带正交频分复用(orthogonalfrequency-division multiplexing，OFDM)信号，使得信号具有很高的峰均功率比(peakto average power ratio，PAPR)。高PAPR的信号对基站功率放大器的要求较高，因此基站功率放大器为了不是真的放大这些高PAPR的信号，可以采用功率回退的方法，但还是这样导致效率很低(通常<10％)，这就要求基站采用更加先进的高效率功放结构，若LINC(或者Outphasing)放大器/发射机。
在LINC放大器/发射机中，高PAPR的可变包络信号首先被分解成两路信号幅度相同的恒包络调相信号，然后通过两路性能完全相同的高效功率放大器进行放大，最后进行合成，恢复出放大的原始可变包络信号。理论上，LINC放大器/发射机在保证线性度的基础上可以获得接近100％的回退效率。然而，实际应用中，由于功放，功率合成器方面的非理想因素，导致LINC放大器/发射机的设计和实现存在非常大的技术挑战。
单路宽带非恒包络调制信号首先通过信号分解器(signal component splitter，SCS)分解成两路等幅异相的恒包络信号，以图1为例，信号S(t)被分解为两路信号S1(t)和S2(t)，然后分别通过性能完全一致的高效率TWTA进行功率放大，然后将放大后的功率信号采用功率合成器进行信号合成，从而恢复出放大后的信号，最后通过天线发射出去。由于分解后的两路信号是恒包络信号，因此功率放大器可以工作在饱和区，从而获得非常高的系统效率。
但是，在实际应用中，由于加工工艺、制造及装配等技术方面的限制，不同的TWTA性能差异较大，导致整个LINC功放/发射机系统的效率、线性度等指标急剧恶化，无法满足发射机性能指标。通常需要给每一路功放增加复杂的校准电路进行校准补偿，极大增加了系统复杂度和成本。
另外，单个TWTA的体积和重量都要比采用固态功放的要大，导致采用两路/多路行波管的LINC发射机体积和重量远远大于采用固态功放的LINC发射机。
再次，为了和其余前端固态电路兼容，行波管必须采用和固态电路统一的供电电压。而由于行波管自身工作必须采用高压，因此无法单独使用，必须和电子电源调节器(electronic power conditioner，EPC)电源结合使用，因此，多个系统中的多个TWTA必须采用多个EPC电路，除了增加了整个发射机的体积和重量，特别是在大规模天线阵列(massive-multiple-input multiple-output，massive-MIMO)等系统中，供电网络还会变得非常复杂。
有鉴于此，本申请提出一种基于集成阵列行波管的信号发射机，可以有效的避免目前LINC功放/发射机的弊端，有效地提高LINC放大器/发射机的性能。
下面将结合附图详细说明本申请提供的各个实施例。
图2是本申请实施例提供的一种信号发射机。
由图2可知，该信号发射机包括：信号分解模块110、集成阵列行波管120、供电模块130、功率合成模块140和至少一路发射天线152。
其中，信号分解模块110通过M个(M≥2)输出接口与集成阵列行波管120相连，且M个输出接口与集成行波管120的M个射频通道一一对应，供电模块130通过1路接口与集成阵列行波管120相连，集成阵列行波管120中的M个射频通道通过M个输出接口与功率合成模块140相连，功率合成模块140通过1路接口与发射天线142相连。
应理解，本申请中描述的M路信号均表示2路或2路以上信号，下文不再赘述。
下面对该信号发射机中各模块的功能作进一步介绍。
(1)信号分解模块110：用于将接收到的一路具有高PAPR的宽带调制基带信号S分解成N(M≥2，N≥1且M≥N)路等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号，输出接口输出的N路子信号为模拟信号且达到集成阵列行波管120所要求的驱动水平。
应理解，M代表信号分解模块110最大可以分解的子信号数量，N代表信号分解模块110实际分解的子信号数量，通常取N≥2，但本申请中的信号发射机同样也适用于N＝1，此时表示信号S没有被分解。可选的，信号分解模块110可以集成在基带芯片来实现。
可选的，信号分解模块110也可以通过单独的专用信号处理电路来实现。
可选的，信号分解模块110也可以通过采用特殊的模拟电路实现。
可选的，信号分解模块110可以通过已有技术提供射频调制信号，将信号功率提升至集成阵列行波管120所要求的驱动水平。
可选的，当N≥2时，信号分解模块110可以通过设置PAPR阈值A2至AN，根据基带信号S的PAPR和阈值之间的关系确定将该信号分解为2至N路子信号，比如该基带信号S的PAPR小于阈值A2，则信号分解模块110将其分解为2路子信号，或当该基带信号S小于阈值AN，则信号分解模块110将其分解为N路子信号。
可选的，当N≥2时，第二控制器可以控制信号分解模块110将信号S分解为N路子信号，其中，第二控制器可以通过上述设置阈值的方式确定信号S分解的数量N，这里对第二控制器确定数量N的方法不做具体限定。
可选的，信号分解模块110可以对多路宽带调制基带信号进行信号分解。信号S1,…,SP分别为不同频段的信号，信号分解模块110可以将接收到的多路宽带调制基带信号S1,…,SP,(N≥P≥2)分别分解成对应的N1,…,NP(M≥N1+…+NP＝N且N1,…,NP≥1)路等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号。
应理解，M代表信号分解模块110最大可以分解的子信号数量，N代表信号分解模块110实际分解的子信号数量，一般的，通常取N>P，即表示信号S1,…,SP中至少一路信号被分解为至少两路子信号，但也适用于N＝P，此时表示信号S1,…,SP都没有被分解。
作为示例而非限定，如图2所示，信号S通过信号分解模块被分成两路子信号S1和S2，信号S1和S2为等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号。
(2)集成阵列行波管120：集成阵列行波管120包括电子枪组件、与电子枪组件对中装配好的慢波结构、磁聚焦系统以及对应的输能装置和收集极。其中，电子枪组件由多个阴极头以及各阴极头对应的聚焦电极排列组合而成，多个阴极头共用一个阴极热丝组件进行加热，在各自的聚焦极、阳极的作用下形成互相独立的多个电子注，其中电子注、阴极、阳极的数量与信号分解模块110的M个输出接口的数目相同。慢波结构是由多个独立的慢波结构平行排列组合而成，它们共用同一套磁聚焦系统和收集极，其中慢波结构的数目与信号分解模块110的M个输出接口数目相同；每一个慢波结构都有对应的输入和输出输能装置，分别使每一路输入信号经放大后，共用的收集极分别对多注电子注剩余能量进行回收。通过电子枪组件发射出来的多个电子注，在共同的磁聚焦系统的聚束作用下穿过多个独立的慢波结构，与慢波结构传播的电磁波发生互作用并进行能量交换，并经各自的输能装置输出放大的微波信号，收集极回收剩余的电子能量。
集成阵列行波管120通过信号分解模块110的M个输出接口对应的M个射频通道中的N个射频通道接收信号分解模块110分解后的N路子信号，并对分解后的N路恒包络/低PAPR子信号分别进行功率放大，同时保证N路子信号放大通道性能的一致性，其中，M个射频通道是可开闭的。
可选的，集成阵列行波管120可以自己控制M个射频通道的开关，当信号分解数量为M时，打开要使用的M个射频通道，关闭不使用的(M-N)个射频通道。可选的，第一控制器控制集成阵列行波管120中M个射频通道的开闭，具体用于控制每个通道与所对应的输出接口之间的连接的通断。当确定将信号S分解为N路子信号后，第一控制器控制分解后N路子信号通过分解模块110中M个输出接口中的N个输出接口，分别进入与该输出接口一一对应的集成阵列行波管120中的射频通道，同时断开其它(M-N)个输出接口与对应射频通道之间的连接。例如：信号分解模块110有10个输出接口与集成阵列行波管120的10个射频通道相连，信号分解模块110将信号S分解为5路信号，那么控制模块110还可以控制这5路子信号通过这10个接口中的哪5个接口进入集成阵列行波管120与之对应的射频通道，同时断开另外5路输出接口与对应的射频通道直接的连接。
可选的，信号分解模块110将不同频段的信号S1,…,SP(N≥P≥2)分别分解成N1,…,NP(M≥N1+…+NP＝N且N1,…,NP≥1)路等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号。集成阵列行波管120可以通过设计不同射频通道的慢波结构，阴极电压等参数，使其支持不同的频段工作，其中M1(M1≥N1≥1)个通道中的任意N1个通道支持分解后的第一个频段的N1路子信号工作，M2(M2≥N2≥1)个通道中的任意N2个通道支持分解后的第二个频段的N2路子信号工作，同理，MP(MP≥NP)个通道中的任意NP个通道支持分解后的第P个频段的NP路子信号工作，其中，M1+…+MP＝M。
如图2所示，信号S1和S2后通过集成阵列行波管120分别输出放大后的信号So1和So2，由于分解后的子信号S1和S2为恒包络信号或者PAPR等于0或者很低，集成阵列行波管可以工作在饱和区或者接近饱和区，从而可以获得很高的效率。
(3)供电模块130：由于集成阵列行波管是高电压低电流器件，自身的工作电压非常高，通常达到几千伏甚至几十千伏，如此高的电压无法和现有的无线通信系统兼容(如：现有的基站系统工作电压通常只有-48V)，因此，要想将集成阵列行波管和现有系统兼容共用同一供电电压，必须为集成阵列行波管集成一个供电模块130，例如，EPC电源系统，从而形成MMPM来使用。其中，电源模块130可以实现将现有的基站系统工作电压转换成集成阵列行波管所需要的高压，为保障整个MMPM的效率，要求供电模块130具备非常高的转换效率，例如转换效率需大于90％。
因为集成阵列行波管代替了传统的多路独立的行波管的使用，所以只需要一个供电模块模块130对行波管进行供电。供电模块模块130通过1路接口与集成阵列行波管120相连，分别对M路射频通道提供各自对应的阴极电压，同时还对M路射频通道共用的收集极提供电压。
可选的，第一控制器控制集成阵列行波管120中M个射频通道的开闭，具体用于控制每个射频通道所对应的阴极电压与所述供电模块之间的通断。当信号分解模块110确定将信号S分解为N路子信号后，N路子信号通过一一对应的N个输出接口进入对应的N个射频通道，第一控制器可以控制供电模块130为有N路子信号通过的N个射频通道提供相应的阴极电压，同时关闭其他(M-N)个射频通道的阴极电压。
可选的，上述第一控制器对集成阵列行波管120中M个射频通道的开闭功能也可以由供电模块130实现。
可选的，上述控制射频通道通断的开关可以设计在供电模块130中，也可以设计在集成阵列行波管120的阴极上，本申请对此不做具体限定。
(4)功率合成模块140：接收集成阵列行波管120放大功率后的N路子信号，将功率放大的N路子信号进行功率叠加，使之合成一路大功率大带宽信号，然后将合成后的一路信号传送至后端的天线单元152。
如图2所示，功率合成模块140对通过集成阵列行波管120功率放大后的信号So1和So2的功率进行叠加，使信号So1和So2合成一路信号Sout，然后将合成后的信号Sout发送至天线单元152。
应理解，功率合成模块140功率放大后的N路子信号的相位是不同的，采用威尔金斯等隔离型合成器会导致很大一部分功率被隔离电阻消耗，合成效率很低，从而导致整个LIMC功放/发射机效率很低。因此，目前LIMC功放/发射机常采用非隔离型的Chireix合成器，所以使用非隔离型的Chireix合成器的LIMC功放/发射机也常常叫做Chireix功放/发射机。
(5)发射天线152：接收功率合成模块140合成的一路信号，并将该信号发射至自由空间。
如图2所示，发射天线152接收功率合成模块140发送的合成信号Sout，然后将信号Sout通过一路发射天线152发送至其他设备。
基于上述技术方案，信号分解模块110或第二控制器可以将一路或多路信号分解成需要的子信号数量，供电电源130或第一控制器也可以控制集成阵列行波管120中多个通道的开闭，不仅提高了发射机信号分解的灵活度和实用性，同时关闭不使用的射频通道也减小了发射机的功耗。
此外，LIMC发射机中的多路单独的功放单元替换成一个集成阵列行波管放大器120，由于集成化阵列行波管120多个通道采用相同的加工工艺、装配方法相同，因此可以保证集成阵列行波管多个射频通道性能一致性高于独立的行波管的性能，可以在一定程度上减少LIMC功放/发射机对校准反馈通道的要求，甚至可以消除反馈通道的使用，从而减小了系统的复杂度。
另外，集成阵列行波管120采用多注电子枪，共用磁聚焦系统和收集极，有效减小了多个行波管放大器所占的面积，极大缩小了LIMC功放/发射机的尺寸，减小了整个发射机的体积和重量。
再者，由于集成化阵列行波管120多路射频通道共用阴极热丝组件和收集极，因此只需采用一套EPC电源电路，极大减低了LIMC功放/发射机电源的设计难度和复杂度。
图3是本申请实施例提供的另一种信号发射机。
由图3可知，该信号发射机包括：信号分解模块110、中射频链路160、集成阵列行波管120、供电模块130、功率合成模块140和发射天线152。
其中，信号分解模块110通过M个(M≥2)输出接口与M个中射频链路160相连，且信号分解模块110的M个输出接口与M个中射频链路一一对应，中射频链路160通过M个输出接口与集成阵列行波管120相连，且中射频链路160的M个输出接口与集成行波管120的M个射频通道一一对应，供电模块130通过1路接口与集成阵列行波管120相连，集成阵列行波管120中的M个射频通道通过M个输出接口与功率合成模块140相连，功率合成模块140通过1路输出接口与发射天线142相连。
下面对本实施例中提供的信号发射机中各模块的功能作进一步介绍。
(1)信号分解模块110：用于将接收到的一路具有高PAPR的宽带调制基带信号S分解成N(M≥2，N≥1且M≥N)路等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号，分解后通过输出接口输出的N路子信号为模拟信号且达到集成阵列行波管120所要求的驱动水平。
应理解，M代表信号分解模块110最大可以分解的子信号数量，N代表信号分解模块110实际分解的子信号数量，通常取N≥2，但本申请中的信号发射机同样也适用于N＝1，此时表示信号S没有被分解。
可选的，当N≥2时，信号分解模块110可以提前设置PAPR阈值A2至AN，根据基带信号S的PAPR和阈值之间的关系确定将该信号分解为2至N路子信号，比如该基带信号S的PAPR小于阈值A2，则信号分解模块110将其分解为2路子信号，或当该基带信号S小于阈值A10，则信号分解模块110将其分解为10路子信号。
可选的，当N≥2时，第二控制器可以控制信号分解模块110将信号S分解为N路子信号，其中，第二控制器可以通过上述设置阈值的方式确定信号S分解的数量N，这里对第二控制器确定数量N的方法不做具体限定。
可选的，信号分解模块110可以用于对多路不同频段的信号进行信号分解。信号S1,…,SP分别为不同频段的信号，信号分解模块110可以将接收到的多路宽带调制基带信号S1,…,SP,(N≥P≥2)分别分解成对应的N1,…,NP(M≥N1+…+NP＝N且N1,…,NP≥1)路等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号。应理解，M代表信号分解模块110最大可以分解的子信号数量，N代表信号分解模块110实际分解的子信号数量，一般的，取N>P，表示信号S1,…,SP中至少一路信号被分解为至少两路子信号，但也适用于N＝P，此时表示信号S1,…,SP都没有被分解。
作为示例而非限定，如图3所示，信号S通过信号分解模块110被分成两路信号S1和S2，本申请对信号分解模块110分解信号S的实现方式不做具体限定。
(2)中射频链路160：中射频链路160包括至少两路中射频链路162和中射频链路164，且中射频链路160包括的中射频链路数量与信号分解模块110的M个输出接口的数目相同，其中任意N路中射频链路都可用于对分解后的N路基带信号进行滤波、上变频、放大等功能，以使得分解后的N路子信号分别获得进入集成阵列行波管120时的所要求的射频恒包络带宽和功率电平。
作为示例而非限定，图4给出了一种典型、常见的中射频电路的框图。该中射频电路包括：数模转换器、低通滤波器、混频器、带通滤波器、驱动放大器。
可选的，M个中射频链路包括M个数模转换器，且与信号分解模块110的M个输出接口一一对应。若分解后N路基带信号为数字信号，每个数模转换器用于将从对应的输出接口输出的子信号进行数模转换，使对应的子信号从数字信号转化为模拟信号，从而能够进入集成阵列行波管120进行功率放大。
可选的，M个中射频链路包括M个驱动放大器，且与信号分解模块110的M个输出接口一一对应。用于对从所述对应的输出接口输出的子信号进行功率放大，以使得放大后的功率满足所对应的集成阵列行波管120射频通道的输入功率要求。
以图3为例，中射频链路150包括两路中射频链路152和154。中射频链路152对分解后的信号S1进行信号处理得到信号Sm1，中射频链路154对分解后的信号S2进行信号处理得到信号Sm2，使得信号Sm1和信号Sm2分别获得进入集成阵列行波管120时的所要求的射频恒包络带宽和功率电平。
(3)集成阵列行波管120：关于集成阵列行波管120的组成结构，参考图2中的相关介绍，这里不再赘述。
集成阵列行波管120在对应的M个射频通道中的N个射频通道接收中射频链路160处理后的N路子信号，并对处理后的N路模拟信号分别进行功率放大，同时保证N路子信号放大通道性能的一致性，其中，M个射频通道是可开闭的。
可选的，集成阵列行波管120自己控制M个射频通道的开关，当信号分解数量为M时，打开要使用的M个射频通道，关闭不使用的(M-N)个射频通道。
可选的，第一控制器控制集成阵列行波管120中M个射频通道的开闭，具体用于控制每个通道与所对应的输出接口之间的连接的通断。当确定将信号S分解为N路子信号后，第一控制器控制分解后N路子信号通过分解模块110中M个输出接口中的N个输出接口，分别进入与该输出接口一一对应的集成阵列行波管120中的射频通道，同时断开其它(M-N)个输出接口与对应射频通道之间的连接。例如：信号分解模块110有10个输出接口与集成阵列行波管120的10个射频通道相连，信号分解模块110将信号S分解为5路信号，那么控制模块110还可以控制这5路子信号通过这10个接口中的哪5个接口进入集成阵列行波管120与之对应的射频通道，同时断开另外5路输出接口与对应的射频通道直接的连接。
可选的，信号分解模块110将不同频段的信号S1,…,SP,(N>P≥2)分别分解成N1…,NP(M≥N1+…+NP＝N且N1,…,NP≥1)路等幅异相的恒包络或低PAPR的子信号。集成阵列行波管120可以通过设计不同射频通道的慢波结构，阴极电压等参数，使其支持不同的频段工作，其中M1(M1≥N1≥1)个通道中的任意N1个通道支持分解后的第一个频段的N1路子信号工作，M2(M2≥N2≥1)个通道中的任意N2个通道支持分解后的第二个频段的N2路子信号工作，同理，MP(MP≥NP)个通道中的任意NP个通道支持分解后的第P个频段的NP路子信号工作，其中，M1+…+MP＝M。
如图3所示，信号Sm1和信号Sm2通过集成阵列行波管120中的不同射频通道分别输出放大后的信号So1和So2，由于信号Sm1和信号Sm2为恒包络信号或者低PAPR的信号，集成阵列行波管可以工作在饱和区或者接近饱和区，从而可以获得很高的效率。
(4)供电模块130：由于集成阵列行波管是高电压低电流器件，自身的工作电压非常高，通常达到几千伏甚至几十千伏，如此高的电压无法和现有的无线通信系统兼容(如：现有的基站系统工作电压通常只有-48V)，因此，要想将集成阵列行波管和现有系统兼容共用同一供电电压，必须为集成阵列行波管集成一个供电模块130，例如，EPC电源系统，从而形成MMPM来使用。其中，电源模块130可以实现将现有的基站系统工作电压转换成集成阵列行波管所需要的高压，为保障整个MMPM的效率，要求供电模块130具备非常高的转换效率，例如转换效率需大于90％。
因为集成阵列行波管代替了传统的多路独立的行波管的使用，所以只需要一个供电模块模块130对行波管进行供电。供电模块模块130通过1路接口与集成阵列行波管120相连，分别对M路射频通道提供各自对应的阴极电压，同时还对M路射频通道共用的收集极提供电压。
可选的，第一控制器控制集成阵列行波管120中M个射频通道的开闭，具体用于控制每个射频通道所对应的阴极电压与所述供电模块之间的通断。当信号分解模块110确定将信号S分解为N路子信号后，N路子信号通过一一对应的N个输出接口进入对应的N个射频通道，第一控制器可以控制供电模块130为有N路子信号通过的N个射频通道提供相应的阴极电压，同时关闭其他(M-N)个射频通道的阴极电压。
可选的，上述第一控制器对集成阵列行波管120中M个射频通道的开闭功能也可以由供电模块130实现。
可选的，上述控制射频通道通断的开关可以设计在供电模块130中，也可以设计在集成阵列行波管120的阴极上，本申请对此不做具体限定。
(5)功率合成模块140：接收集成阵列行波管120放大功率后的N路子信号，将功率放大的N路子信号进行功率叠加，使之合成一路大功率大带宽信号，然后将合成后的一路信号传送至后端的天线单元152。
如图3所示，功率合成模块140对通过集成阵列行波管120功率放大后的信号So1和So2的功率进行叠加，使信号So1和So2合成一路信号Sout，然后将合成后的信号Sout发送至天线单元152。
应理解，功率合成模块140功率放大后的N路子信号的相位是不同的，采用威尔金斯等隔离型合成器会导致很大一部分功率被隔离电阻消耗，合成效率很低，从而导致整个LIMC功放/发射机效率很低。因此，目前LIMC功放/发射机常采用非隔离型的Chireix合成器，所以使用非隔离型的Chireix合成器的LIMC功放/发射机也常常叫做Chireix功放/发射机。
(6)发射天线152：接收功率合成模块140合成的一路信号，并将该信号发射至自由空间。
以图3为例，天线单元152接收功率合成模块140发送的合成信号Sout，然后将信号Sout通过一路发射天线152发送至其他设备。
基于上述技术方案，分解后的N路数字基带信号通过N个中射频链路可以完成信号的数模转换，信号滤波，上变频，信号放大等功能，获得驱动后面的集成阵列行波管120所要求的功率电平。
关于使用集成阵列行波管代替原先LINC发射机两路独立的功率放大器带来有益效果，参考上述实施例中的描述，这里不再赘述。
图5是本申请实施例提供的又一种信号发射机。
由图5可知，该信号发射机包括：信号分解模块110、中射频链路160、集成阵列行波管120、供电模块130和发射天线单元组150。
其中，信号分解模块110通过M个(M≥2)输出接口与M个中射频链路160相连，且信号分解模块110的M个输出接口与M个中射频链路一一对应，中射频链路160通过M个输出接口与集成阵列行波管120相连，且中射频链路160的M个输出接口与集成行波管120的M个射频通道一一对应，供电模块130通过1路接口与集成阵列行波管120相连，集成阵列行波管120中的M个射频通道通过M个输出接口与发射天线单元组150相连，且集成阵列行波管120的M个输出接口与发射天线单元组150包括的M个发射天线一一对应。
关于信号分解模块110、集成阵列行波管120、供电模块130、中射频链路160的介绍参考图3中各个模块的介绍，这里不再赘述。
发射天线单元150：发射天线单元150包括至少两路发射天线152和发射天线154，且发射天线单元150包括的发射天线数量与信号分解模块110的M个输出接口的数目相同，M个发射天线用于将N路功率放大的子信号分别通过一路独立的发射天线进行发射。
图5提供的信号发射机通过N路射频通道对子信号进行功率放大后，不再利用威尔金斯(WilkiMsoM)合成器、Hybrid合成器等进行电路级功率合成，而是直接通过由发射天线单元组150中的N路发射天线将多路子信号分别进行发射。为了避免信道相干，要求多个发射天线天线间距尽可能远(一般至少为5到10倍波长)。
如图5所示，通过集成阵列行波管120两个射频通道放大的两路信号So1和So2，不再利用合成模块对两路信号So1和So2进行合成，而是直接通过2路天线单元152和154分别发射信号So1和So2。
上述技术方案中，通过采用多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)天线结构，避免了电路级功率合成器的使用，消除了电路级功率合成器对LINC功放/发射机效率提升的限制，可以极大提升LINC功放/发射机的效率，降低功耗，从而降低了整个发射机及基站系统散热系统的要求，节省成本。
此外，功率合成器可能会使多路功率放大信号合成一路信号后带宽变小，而取消电路基功率合成器，消除了电路级功率合成器对发射机的带宽限制，使得LINC功放/发射机架构更加适合宽带无线系统的使用。
本申请实施例还提供一种通信设备，该通信设备可以是设置有本申请实施例信号发射机的终端设备或探测装置，例如雷达设备，将上述实施例中描述的发射机设置在雷达上，从而提高信号传输距离；该通信设备也可以是设置有本申请实施例信号发射机的网络设备，例如基站，将上述实施例中描述的发射机设置在基站上，以提高基站信号的强度和覆盖范围。
本申请实施例还提供一种通信系统，该通信系统包括本申请实施例中的通信设备。本申请中描述的各个实施例可以为独立的方案，也可以根据内在逻辑进行组合，这些方案都落入本申请的保护范围中。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及模块，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着各模块执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的信号发射机可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的信号发射机实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，信号发射机或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种信号发射机，其特征在于，包括：
信号分解模块，包括M个输出接口，所述信号分解模块用于将信号分解为N路子信号，并通过所述M个输出接口中的N个输出接口输出所述N路子信号，M和N为整数，M≥2，N≥1且M≥N；
集成阵列行波管放大器，包括M个射频通道，所述M个射频通道与所述M个输出接口一一对应，每个射频通道用于对从所述对应的输出接口输出的子信号进行功率放大，其中，所述射频通道是可开闭的；
供电模块，用于向所述集成阵列行波管放大器供电；
至少一个发射天线，用于发送经过功率放大的信号。
2.根据权利要求1所述的信号发射机，其特征在于，还包括：
第一控制器，用于控制所述M个射频通道中的每个射频通道的开闭。
3.根据权利要求2所述的信号发射机，其特征在于，所述第一控制器具体用于控制每个射频通道与所对应的输出接口之间的连接的通断。
4.根据权利要求2所述的信号发射机，其特征在于，所述供电模块用于向所述M个射频通道提供各自对应的阴极电压；以及
所述第一控制器具体用于控制每个射频通道所对应的阴极电压与所述供电模块之间的通断。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的信号发射机，其特征在于，还包括：
第二控制器，用于控制所述信号分解模块输出子信号的数量N。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的信号发射机，其特征在于，所述发射天线为M个，所述M个发射天线与所述M个射频通道一一对应，每个发射天线用于发送所对应的子信号。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的信号发射机，其特征在于，所述发射天线为1个，以及
所述信号发射机还包括：
信号合成模块：
用于对从所述集成阵列 行波管放大器输出的经过功率放大后的N路子信号进行合成；以及
所述发射天线具体用于发射经过合成后的信号。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的信号发射机，其特征在于，所述信号分解模块具体用于在模拟域将信号分解为N路子信号。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的信号发射机，其特征在于，所述信号分解模块具体用于在数字域将信号分解为N路子信号，以及
所述信号发射机还包括：
M个数模转换器，与所述M个输出接口一一对应，每个数模转换器用于对从所述对应的输出接口输出的子信号进行数模转换。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的信号发射机，其特征在于，所述信号发射机还包括：
M个驱动放大器，与所述M个输出接口一一对应，且所述M个驱动放大器与所述M个射频通道一一对应，每个驱动放大器用于对从所述对应的输出接口输出的子信号进行功率放大，以使得放大后的功率满足所对应的集成阵列行波管射频通道的输入功率要求。
11.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括：如权利要求1至10中任意一项所述的信号发射机。
12.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括：如权利要求11所述的通信设备。
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