CN1832336A - 一种优化射频功率放大器的方法及射频功率放大器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种优化射频功率放大器的方法，该方法包括：功率放大器接收实际工作频率点；根据接收到的实际工作频率点信息调整功率放大器性能参数。本发明同时公开了一种射频功率放大器系统，通过基带及控制模块获得实际工作频率点信息，并将获得的实际工作频率点信息通过接口电路传送给功率放大器的功放控制单元，功放控制单元根据实际工作频率点信息，确定最合适的工作性能参数来对功率放大器的输入输出特性进行优化。本发明通过闭环控制，实现了对功放的动态优化，使功放更为灵活地适用于不同的工作场合工作频率的变化，并在不同的工作场合都尽量体现出了功放的优良特性。

Description

一种优化射频功率放大器的方法及射频功率放大器系统

技术领域

本发明涉及射频功放技术，尤指一种优化射频功率放大器的方法及射频功率放大器系统。

背景技术

文中将射频功率放大器简称为功率放大器。

在无线基站系统中，功率放大器是用来将发信机的小信号放大到一定功率的设备。功率放大器的功能就是尽量无失真地对来自发信机的射频信号进行放大。以下将功率放大器简称为功放。

图1是现有技术功率放大器在无线基站系统中应用的示意图，其中功率放大器主要由放大器模块12、增益控制电路13、告警保护电路14、线性化模块15和中央控制模块16五个模块组成，其中可将增益控制电路13、告警保护电路14、线性化模块15和中央控制模块16称为功放控制单元。下面对各个模块的功能进行描述：

增益控制电路13用于对增益和增益平坦度进行控制；告警保护电路14对功率放大器的工作状态进行监测；线性化模块15用于固定导频的设置和失真检测；放大器模块12根据来自增益控制电路13和线性化模块15的性能调整参数对放大器工作性能进行优化，然后对输入射频信号进行放大后输出，放大器模块12的输入端是功放的信号输入端；中央控制模块16用于协调上述各模块之间配合工作。

在无线基站系统中，如图1所示，现有技术的功放对射频信号的处理过程是这样的：基带及控制系统10对信号进行编码产生基带信号，发信机11将来自基带及控制系统10的基带信号调制到中频或射频上，然后将中频或射频信号发送给放大器模块12，放大器模块12对输入中频或射频信号进行放大后输出。

中频或射频信号的放大质量取决于功率放大器的性能参数，而功放的性能参数与带宽密切相关。

带宽限制是功放固有特性，功放的功率增益、线性、效率等功放性能参数都与带宽密切相关。以功放的增益平坦度为例，如果功放的工作带宽很宽，增益平坦度不容易做好，一般是频率的低端增益高、频率的高端增益低，带宽越宽差别越大，导致功放的线性度差，从而造成射频信号的放大产生失真。

为了达到对射频信号的无失真放大，功放需要对其性能参数进行优化。一般而言，在一定带宽范围内，通过对功放的调试来满足带宽对功放的性能的要求。比如对于增益平坦度的补偿，可以在调试时先对功放的增益与频率的对应关系进行扫描，得到频率信息后，可以通过对增益控制电路的调整来达到对增益平坦度的改进。如果带宽太宽，只能对功率增益、线性、效率等方面取折衷，但是，这样势必会造成功放的性能不能充分发挥。

随着无线传送信息量的增大，无线通信系统分配的带宽越来越大，这就要求功放在更宽的带宽内满足特定性能指标。而对于大多数无线通信系统，在实际使用环境中每个功放往往只应用分配带宽中的一小部分，如果能针对特定功放个体进行优化，就有可能提高功放性能。

目前，有两种方法来解决由于带宽给功放的应用带来的不适问题：

一种方法是采用固定导频来对功放的实际应用进行优化的方法。功放开发出来一般都有特定的用途，比如900MHz的GSM功放，规定带宽是35MHz，这个频带是由无委会规定的，即是已知的。该方法在规定频带的带外边缘设置固定导频，通过对固定导频输出参数的提取来控制功放的功率增益、线性、相位调整，从而使功放工作状态尽量满足要求。

这里固定导频可以在功放的线性化模块15中设置，现有技术中，针对不同功放，都已经对导频源设置了相关固定导频信息，在该功放使用时，中央控制模块16获得固定导频信息后，控制线性化模块15中导频电路部分的锁相环(PLL)，使PLL锁定在固定导频上，这样固定导频就设置好了。线性化模块15将设置好的固定导频发送给放大器模块12进行放大，然后中央控制模块16通过线性化模块15、放大器模块12提取固定导频输出参数，并根据导频输出参数控制增益控制电路13来控制功放的功率增益、线性、相位等参数调整。

固定导频设置在规定频段外靠近规定频段的地方，一方面，从功效来讲，越靠近频带边缘越好，因为这样越能真实反应工作频段的特性；另一方面，如果将固定导频设置到了带内，将会有可能对有用信号造成干扰，因为工作频段是在规定频段内一段不预知的频段。可见，这种方法为了尽量真实反应带内特征，功放要在整个规定频段包括固定导频处做到输入与输出的关系尽量平坦，这样就必然增加调整难度，提高了加工成本，另外也还是要在性能上有所折衷。更重要的是，对带内而言，这是一个不稳定的开环控制，功放特性如果有变化，在固定导频上无法反映出来。

另一种方法是无导频的情况。这种方法靠生产调试来满足规定频段的增益、线性等性能要求，利用温度补偿来消除温度变化，优点是对系统完全透明。这种方法可以省去线性化模块15中用于设置固定导频的导频电路，从而降低了物料成本，也避免了导频带来杂散的可能。但是，这种方法一般只能用在带宽很窄、工作环境温度变化小、要求较低的系统中，否则调试非常复杂，加工成本很高，性能也无法保证。

从现有技术的两种对功放进行优化的方法可以看出，要么就是完全采用人工调试的第二种方法，要么就是采用一个固定导频来对功放的性能进行优化的第一种方法。采用人工调试的方法，显然受到环境和人为因素的影响比较大，比如由于调试时的温度与功放现场应用的环境温度差异，会对当时调试好的参数造成一些影响，从而影响到功放的使用性能，而且这种方法只能适合带宽较窄、要求较低的场合；若采用设置固定导频的方法，会省去复杂的调试工作，但这种方法是一种开环控制方式，即当实际工作频段发生变化时，固定导频是不能对功放的工作性能产生任何调节作用的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种优化功率放大器的方法，该方法能完成对功放的动态优化。即该方法能够根据实际工作频率灵活设置功放的导频，从而实现对功放的性能参数的动态调节。

本发明的另一目的在于提供一种功率放大器的系统，该系统能在硬件增加极少的情况下使功放获得较高的工作性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种优化射频功率放大器的方法，该方法包括以下步骤：

A.射频功率放大器接收实际工作频率点；

B.射频功率放大器根据接收到的实际工作频率点信息调整射频功率放大器性能参数。

步骤A中，在射频功率放大器接收实际工作频率点后，该方法还包括：存储接收到的实际工作频率点信息。

在射频功率放大器中设置工作频段寄存器，将所述接收到的实际工作频率点信息存储在工作频段寄存器中。

步骤B所述调整射频功率放大器性能参数的方法：

B11.对存储在工作频段寄存器中的实际工作频率点进行扩大频率范围处理；

B12.根据处理后的频率点信息设置导频，并根据该导频信号对射频功率放大器性能参数进行调整。

步骤B11所述扩大频率范围处理是将实际工作频率点增加或减少规定频率点。

步骤B12所述设置导频的方法包括：

将处理后的频率点信号传送给射频功率放大器原有的线性化模块中导频电路部分的锁相环，使锁相环锁定在导频上。

步骤B12中根据导频信号对射频功率放大器性能参数进行调整的方法：

将设置好的导频信号放大，然后提取放大后的导频输出参数，并根据导频输出参数控制功放的增益、增益平坦度、相位参数的调整。

在射频功率放大器中设置校准表寄存器，步骤A之前，该方法还包括：将射频功率放大器规定频率划分为若干小频段，并将划分后的每个小频段上对应的对射频功率放大器进行调整的性能参数存储在校准表寄存器中。

步骤B所述调整射频功率放大器性能参数的方法：

选择与存储的实际工作频率点信息匹配的小频段对应的射频功率放大器性能参数作为当前射频功率放大器的性能参数。

一种射频功率放大器的系统，该系统包括基带及控制系统、射频功率放大器，其中射频功率放大器包括功放控制单元、放大器模块，该系统还包括：

第一接口电路：位于基带及控制系统，用于向射频功率放大器发送实际工作频率点；

第二接口电路：位于射频功率放大器，用于接收来自基带及控制系统的实际工作频率点；

第二接口电路将接收到的来自第一接口电路的实际工作频率点信息发送给功放控制单元；

功放控制单元接收来自第二接口电路的实际工作频率点信息并根据该实际工作频率点信息对放大器模块性能参数进行调整；

放大器模块接收来自功率控制单元调整后的性能参数并根据该性能参数对来自外部的频率信号进行放大后输出。

所述功放控制单元包括：

中央控制模块：接收来自第二接口电路的实际工作频率点，对该实际工作频率点进行扩大频率范围处理，并将处理后的频率点信息发送给线性化模块；

线性化模块：接收来自中央控制模块处理后的频率点信息，并根据该频率点信息设置导频，然后将设置好的导频信号发送给放大器模块放大；

中央控制模块通过线性化模块、放大器模块提取导频放大输出参数，并将该导频放大输出参数发送给增益控制电路；

增益控制电路：接收中央控制模块提取到的导频放大输出参数，并根据该导频放大输出参数对射频功率放大器增益和增益平坦度进行控制。

所述功放控制单元还包括：工作频段寄存器：接收来自中央控制模块的实际工作频率点信息并将该实际工作频率点信息存储在本地。

所述功放控制单元还包括：

校准表寄存器：存储射频功率放大器规定频率中划分的每个小频段上对应的对射频功率放大器进行优化的参数；

中央控制模块根据接收到的实际工作频率点，选择与存储的实际工作频率点信息匹配的小频段对应的射频功率放大器性能参数作为当前射频功率放大器的性能参数，并将该参数经中央控制模块发送给增益控制电路；

增益控制电路接收来自中央控制模块的所述性能参数，并根据该性能参数对射频功率放大器增益和增益平坦度进行控制。

由上述的技术方案可见，本发明这种优化功率放大器的方法及功率放大器系统，先获得具体的工作频率点信息，并将获得的工作频率点信息通过接口电路传送给功放的功放控制单元，功放根据具体的工作频率点信息确定最合适的性能参数来对功放的输入输出特性进行优化。本发明通过闭环控制，实现了对功放的动态优化，使功放更为灵活地适用于不同工作场合工作频率的变化，并在不同的工作场合都尽量体现出了功放的优良特性。

附图说明

图1是现有技术功放在无线基站系统中应用的示意图；

图2是本发明较佳实施例一的系统示意图；

图3是本发明较佳实施例一的方法流程图；

图4是本发明较佳实施例二的方法流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：功率放大器先获得具体的工作频率点信息，再根据具体的工作频率点信息，确定最合适的功放性能参数来对功放的输入输出特性进行优化。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举较佳实施例，对本发明进一步详细说明。

较佳实施例一：

图2是本发明较佳实施例一的系统示意图，较佳实施例一在功放中除了包括现有的中央控制模块26、增益控制电路23、告警保护电路24、线性化模块25和放大器模块22，其中可将增益控制电路23、告警保护电路24、线性化模块25和中央控制模块26称为功放控制单元，该系统还包括接口电路29，在功放控制单元中还包括寄存器1，另外在基带及控制模块20中还包括的接口电路201。在本实施例中寄存器1由工作频段寄存器28和校准表寄存器27组成。

其中，校准表寄存器27中存储功率放大器规定频率中划分的每个小频段上对应的对功放进行优化的参数；工作频段寄存器28中存储实际工作频率点信息；接口电路29与接口电路201相对应，这里所说相对应是指接口电路29与接口电路201两个接口电路的类型及通信协议一致；并通过控制线将接口电路201与接口电路29连接，即在基带及控制模块20与功放之间建立了连接关系，通过这个连接关系，基带及控制模块20将实际工作频率点信息发送给功放并存储在工作频段寄存器28中。

有一点需要说明，如果在基带及控制模块20和功率放大器中均有空闲的通信接口，且类型和通信协议一致，则只需在两个接口之间添加控制线和相应数据发送和接收处理即可；另外，如果接口电路29和接口电路201均采用无线传输方式，比如：红外通信，则可以不接控制线。

下面结合图3对本发明较佳实施例一的具体工作步骤进行描述。假设接口电路29和接口电路201均采用串口通信方式，这两个接口电路之间采用控制线连接。

结合图3本发明较佳实施例一的流程图，该实施例是将通过控制线由接口电路201发送给中央控制模块26的实际工作频率点信息，与存储在校准表寄存器27中的功放性能调整信息进行匹配，选择最接近实际工作频率点信息的那段频率所对应的性能调整信息作为对放大器模块22进行优化的参数。具体实现如下：

步骤300：将功放规定频率中划分的每个小频段上对应的对功放进行优化的性能参数存储在校准表寄存器27中。

本步骤是在功放调试阶段完成，通过外接功率计或网络分析仪进行校准，例如：首先将功放的规定频率划分成一个一个的小频段，在每个小频段中选取一个中间值作为输入频率信号输入给功率放大器，通过检测放大后的输出信号的特性，对在该输入频率信号时的功放的增益、相位等性能参数进行调整。以确定该频率点上对应的功放最佳性能参数，并将调整好的功放最佳性能参数与该频率段之间建立一一对应关系后存储在校准表寄存器中。重复上述过程，就可以将划分的每个小频段对应的功放最佳性能参数存储在校准表寄存器27中，并与这些参数所在的频率段之间建立一一对应关系。

这里，可以通过建立数据库表来反应这种对应关系，如以频率段和功放性能参数集为索引建立数据库表。

另外，小频段长短的选取取决于功放应用场合对功放性能要求而定，在性能要求较高的场合，可以将小频段取得短些，即对于某功放的规定频率中划分的小频段会较多些；反之，小频段则取得长些即可。

步骤301：通过接口电路29和接口电路201之间的通信，将实际工作频率点传送给功放，并存储在工作频段寄存器28中。

本步骤中，例如：功放应用在无线基站系统中，那么由基站控制器将实际工作频率点信息下发给基带及控制系统，基带及控制系统通过接口电路201将获得的实际工作频率点信息发送给功放，功放将收到的实际工作频率点信息存储在工作频段寄存器28中。

步骤302：根据存储在工作频段寄存器28中实际工作频率点信息，将其与存储在校准寄存器27中的划分的规定小频段进行匹配，选择频率点信息落入的一频率段，将该频率段对应的功放性能参数作为当前功放的优化参数。

较佳实施例一是一种采用预先存储功放性能参数，然后根据实际工作频率点来选择性能参数对功放进行优化的方式，是本发明实现功放根据实际工作频率进行优化的其中一种实施方式。

较佳实施例二：

参见图2的本发明较佳实施例一的系统示意图，较佳实施例二在图2所示较佳实施例一的基础上，去掉校准表寄存器27即可，即在本实施例中寄存器1由工作频段寄存器28组成，这里工作频段寄存器同样用于存储实际工作频率点信息。

下面结合图4对本发明较佳实施例二的具体工作步骤进行描述。假设接口电路29和接口电路201均采用串口通信方式，这两个接口电路之间采用控制线连接。

结合图4本发明较佳实施例二的流程图，该实施例根据实际工作频率点信息设置导频，然后根据导频信息对功放进行调整，并将调整后的性能参数作为当前对功放进行优化的参数，具体实现如下：

步骤400：通过接口电路29和接口电路201之间的通信，将实际工作频率点传送给功放，并存储在工作频段寄存器28中。

步骤401：根据存储的实际工作频率点信息设置导频。

本步骤中，为了使设置的导频在实际工作频段之外且靠近实际工作频段边缘，以便更好地真实反应带内特征，中央控制模块26将存储在工作频段寄存器28中的实际工作频率点信息进行扩大频率范围处理，比如增加规定数量的频率点信息或减少规定数量的频率点信息即可，然后将计算好的频率点信息作为导频信息传送给线性化模块25中导频电路部分的锁相环(PLL)，使PLL锁定在处理后的实际工作频率点信息上，这样导频就设置好了。

本步骤中，将计算好的频率点信息传送给线性化模块25中导频电路部分的锁相环(PLL)，使PLL锁定在处理后的实际工作频率点信息上。这部分属于现有技术内容。

步骤402：根据设置好的导频对功放进行优化。

本步骤中，中央控制模块26将设置好的导频传送给放大器模块22，通过放大器模块22对导频信号的放大，然后中央控制模块26通过线性化模块25、放大器模块22提取导频输出参数，并根据导频输出参数控制增益控制电路23来控制功放的增益、增益平坦度、相位等参数的调整。这部分内容属于现有技术。

较佳实施例二的导频是在实际工作频率点附近处设置的，那么导频的工作状态能较好地反应实际工作频率的工作状态，即通过导频对功放进行的优化，对实际工作频率来说也是适合的。这样，也就达到了本发明对功放进行优化的目的。

从上述两个实施例可以看出，本发明通过接口电路29与接口电路201之间的通信，基带及控制系统将实际工作频率点信息传送给功率放大器，而功率放大器根据实际工作频率点信息对功放进行参数优化，以达到功放的最佳工作状态，从而进一步更大程度地保证了输入功放的射频信号的无失真放大。

说明一点，功放一上电使用时，就可以首先采用本发明方法对功放的性能参数进行优化，然后再进入功放的正常工作状态。

在功放正常工作中，可以定时对实际工作频率点信息进行提取、比较，若实际工作频率点发生变化，则重新对性能参数进行优化；也可以采用中断的方式，当实际工作频率发生变化时，进入中断服务处理，在中断服务处理中重新对功放的性能参数进行优化。所以，可以看出，本发明是一种闭环动态功放优化的处理方法，提高了功放对工作场合发生变化后的适应能力。

另外，如果中央控制模块26的内部存储器存储容量足够大，也可以利用中央控制模块26的内部存储器作为工作频段寄存器和校准表寄存器。

本发明系统及方法同样适用于微波、卫星通信等领域中对功率放大器的优化。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种优化射频功率放大器的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A.射频功率放大器接收实际工作频率点；

B.射频功率放大器根据接收到的实际工作频率点信息调整射频功率放大器性能参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，在射频功率放大器接收实际工作频率点后，该方法还包括：存储接收到的实际工作频率点信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在射频功率放大器中设置工作频段寄存器，将所述接收到的实际工作频率点信息存储在工作频段寄存器中。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B所述调整射频功率放大器性能参数的方法：

B11.对存储在工作频段寄存器中的实际工作频率点进行扩大频率范围处理；

B12.根据处理后的频率点信息设置导频，并根据该导频信号对射频功率放大器性能参数进行调整。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B11所述扩大频率范围处理是将实际工作频率点增加或减少规定频率点。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤B12所述设置导频的方法包括：

将处理后的频率点信号传送给射频功率放大器原有的线性化模块中导频电路部分的锁相环，使锁相环锁定在导频上。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤B12中根据导频信号对射频功率放大器性能参数进行调整的方法：

将设置好的导频信号放大，然后提取放大后的导频输出参数，并根据导频输出参数控制功放的增益、增益平坦度、相位参数的调整。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在射频功率放大器中设置校准表寄存器，步骤A之前，该方法还包括：将射频功率放大器规定频率划分为若干小频段，并将划分后的每个小频段上对应的对射频功率放大器进行调整的性能参数存储在校准表寄存器中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤B所述调整射频功率放大器性能参数的方法：

选择与存储的实际工作频率点信息匹配的小频段对应的射频功率放大器性能参数作为当前射频功率放大器的性能参数。

10.一种射频功率放大器的系统，该系统包括基带及控制系统、射频功率放大器，其中射频功率放大器包括功放控制单元、放大器模块，其特征在于，该系统还包括：

第一接口电路：位于基带及控制系统，用于向射频功率放大器发送实际工作频率点；

第二接口电路：位于射频功率放大器，用于接收来自基带及控制系统的实际工作频率点；

第二接口电路将接收到的来自第一接口电路的实际工作频率点信息发送给功放控制单元；

功放控制单元接收来自第二接口电路的实际工作频率点信息并根据该实际工作频率点信息对放大器模块性能参数进行调整；

放大器模块接收来自功率控制单元调整后的性能参数并根据该性能参数对来自外部的频率信号进行放大后输出。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述功放控制单元包括：

中央控制模块：接收来自第二接口电路的实际工作频率点，对该实际工作频率点进行扩大频率范围处理，并将处理后的频率点信息发送给线性化模块；

线性化模块：接收来自中央控制模块处理后的频率点信息，并根据该频率点信息设置导频，然后将设置好的导频信号发送给放大器模块放大；

中央控制模块通过线性化模块、放大器模块提取导频放大输出参数，并将该导频放大输出参数发送给增益控制电路；

增益控制电路：接收中央控制模块提取到的导频放大输出参数，并根据该导频放大输出参数对射频功率放大器增益和增益平坦度进行控制。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述功放控制单元还包括：工作频段寄存器：接收来自中央控制模块的实际工作频率点信息并将该实际工作频率点信息存储在本地。

13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述功放控制单元还包括：

校准表寄存器：存储射频功率放大器规定频率中划分的每个小频段上对应的对射频功率放大器进行优化的参数；

中央控制模块根据接收到的实际工作频率点，选择与存储的实际工作频率点信息匹配的小频段对应的射频功率放大器性能参数作为当前射频功率放大器的性能参数，并将该参数经中央控制模块发送给增益控制电路；

增益控制电路接收来自中央控制模块的所述性能参数，并根据该性能参数对射频功率放大器增益和增益平坦度进行控制。

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