专利名称：预失真射频放大器的线性化方法
预失真射频放大器的线性化方法
技术领域：
本发明涉及现代移动通信系统中功率放大器的线性化技术领域，尤其涉 及一种预失真射频放大器的线性化方法。
技术背景
长期以来，用于通信系统中的功率放大器的效率提高技术和线性化技术 是业界研究的热点。
现代无线通信系统由于采用了各种非恒定包络的调制方式(如QPSK, QAM, OFDM等)，极大地提高了频率资源的利用率，无线环境下的传输速 率随着设备的更新换代(2G, 2.5G, 3G， 4G， LTE)快速增长，在系统中下 行链路均需要高效率、高线性、多载波的功率放大器进行放大以满足基站(远 程射频单元RRU、直放站、室内覆盖系统等)设备的覆盖要求。
公知的，功率放大器的线性化技术按不同的技术架构分为前馈、反馈和 预失真等几种，预失真技术又分为模拟预失真和数字预失真，模拟预失真是 指在射频域利用模拟电路产生失真信号，数字预失真是指在基带信号的数字 域的基础上产生预失真信号并上变频到射频域。
由于调制技术的非恒定包络信号将使功率放大器产生较大的非线性特 征，常规采用前馈(FF)技术架构的多载波功率放大器，虽然具有对消性能 优良、工作带宽宽、可以多制式共容等特点，但是，由于技术复杂度高、效 率低、成本高等因素制约了其发展。
包络跟踪等模拟预失真技术由于受到工作带宽窄、对消效果差等因素的 影响，不能工作在多载波的情况下。
数字预失真技术是一种较有前途的线性化技术，具有工作效率高和适中 的对消的特点、但是由于受到人们对半导体器件的非线性表征特性的认识的 限制和A/D、 D/A、 DSP等工作速率的限制，工作带宽受限，其应用受到了 一定的限制。另外，无论从理论还是实践的角度，国内外涉及数字预失真技术的专利文献均揭示，现有技术中产生数字预失真信号的复杂度较高，而且 未能自适应调整适应不同的电气环境，因此未能达到较好的线性化技术效果。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述不足，提供一种预失真射频放大器的线性 化方法，实现较高的工作带宽和工作效率，并且能适合应用于不同的工作环境。
为实现该目的，本发明采用如下技术方案
本发明一种预失真射频放大器的线性化方法，利用在射频域产生的预失 真信号提高放大器的线性化程度，存在用于对初始载波信号进行功率放大的 第一链路和用于产生并处理预失真信号的第二链路第一链路首先将初始载 波信号进行功率放大，然后将包含了已产生交调信号的放大后信号与第二链 路的放大后预失真信号合路，输出合路后信号；第二链路首先耦合初始载波 信号和所述合路后信号，经合路产生预失真信号，该预失真信号包含了初始 载波信号和所述交调信号，将该预失真信号进行与第一链路等效的功率放大；
且存在如下步骤将第一链路的放大后信号和第二链路的放大后预失真 信号合路对消交调信号，输出高线性化合路后信号，完成对初始载波信号的 功率放大过程。
所述第一链路中对初始载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的 放大采用完全相同的方式。
所述第一链路中对载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放大 的具体方式包括将需放大的信号进行至少两级功率;^文大的步骤。
所述第一链路中对载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放大 的具体方式还包括将需放大的信号进行微量衰减以校正信号强度的步骤。
所述第一链路中对载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放大 的具体方式还包括将需放大的信号进行微量调相以校正信号相位的步骤。
在第二链路中完成放大后的预失真信号，其中所包含的载波信号与其中 所包含的交调信号在相位上相差180度，而与第一链路中放大后信号在相位 上相差90度，采用正交电桥将第 一链路放大后的原始放大信号与第二链路放大后的预失真信号合路，获得对消了交调信号的高线性化合路后信号。
所述第二链路中，产生所述预失真信号的具体包括 耦合初始载波信号和所述合路后信号；
所述耦合而得的初始载波信号经延迟后被分成两路输出，第一分路初始 载波信号与所述耦合而得的合路后信号再行合路对消彼此的载波信号后，获 得所述第 一链路中产生的交调信号，该交调信号经与第二分路初始载波信号 再行合路后生成所述预失真信号。
所述耦合而得的初始载波信号的延迟时长为第一链路中，初始载波信号 从被耦合参与产生预失真信号的节点起，至与所述第二链路合路后被再度耦 合参与产生预失真信号的节点止，所花费的时间。
所述第 一 分路初始载波信号与所述合路后信号合路对消后获得的交调 信号在与第二分路初始载波信号合路前有被微量衰减以校正信号强度的步 骤。
所述第 一 分路初始载波信号与所述合路后信号合路对消后获得的交调 信号在与第二分路初始载波信号合路前有被微量调整时延的步骤。
所述第二分路初始载波信号在与由第一分路初始载波信号和所述合路 后信号合路对消后产生的交调信号合路前有被微量衰减以校正信号强度的步 骤。
所述第二分路初始载波信号在与由第 一分路初始载波信号和所述合路 后信号合路对消后产生的交调信号合路前有被微量调相以校正相位的步骤。
与现有的技术相比较，本发明的优点主要表现在三个方面
首先，与传统的前馈型架构的线性多载波功率放大器比较，可以省去误 差放大器，使系统的效率得到了极大的提高；
其次，在对消效果和工作即时(瞬时)带宽方面几乎可以达到前馈架构 的水平，在2100MHz频段，可以在60MHz的即时工作带宽下产生20dBc的 对消效果，在800 MHz频段，可以在25MHz的即时工作带宽下产生20dBc 的对消效果；
最后，由于该线性化技术实在射射频域形成，与目前较为热点的数字预 失真技术比较，有比较宽的即时工作带宽和较为灵活的应用形式，在效率方 面，由于一般的数字预失真技术均结合CFR (削峰)技术的应用，如果本发 明运行与等同的PAR(峰均比)的情况下，可以取得与数字预失真技术媲美的工作效率。同时，与上述两项技术比较，本技术架构有较为明显的成本优 势和较低的技术复杂度。
图1为一种预失真射频放大器的原理框图； 图2为图1中预失真单元的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明
请参阅图1,其揭示了根据预失真射频放大器的线性化方法所实现的预 失真射频放大器，该种预失真射频放大器可直接用于移动通信直放站(未图 示)中，接入直放站的上行链路和/或下行链路，对在射频域的上行信号和/ 或下行信号进行功率放大，全程处理均在射频域完全，无需数字化处理。
图1中，箭头RFin所指示的方向为射频初始载波信号的输入方向，箭 头RFout则指示该射频初始载波信号经两个链路处理后的输出方向。
预失真射频放大器中，朝RFin指示的方向，初始载波信号首先在衰减 器11处被微调以校正其信号强度，然后输出至一功率放大器12,其采用A 类放大器对该初始载波信号进行预放大，然后在第一耦合器21处分成两路信 号进入两个射频链路进行分别处理。
第一链路为直通链路，在该链路中，初始载波信号首先流经衰减器31 进行信号强度微量调节，然后经移相器32进行微量移相(本发明所指移相器 虽可采用固定调节量的固定移相器，但较佳地可采用电调移相器，下同)，再 经一 A类放大器33进行预放大，最后经连续两级功率放大器34和35进行 功率放大处理，成为放大后信号输出，该放大后信号已经包含了初始载波信 号和初始载波信号在链路中形成的交调信号，成为一种混合信号。所述的两 级功率放大器34和35采用AB类功率放大器。由衰减器31、移相器32、 A 类放大器33、两级功率放大器34和35共同组成第一功放装置，其对信号的 处理过程将对称地应用在下述的第二链路中。
放大后信号进一步与下述第二链路中产生的放大后预失真信号在第一正 交电桥5中进行合路，形成合路后信号经环行器3朝RFout方向输出。
在第一链路中，由于各电子器件不同的特性，会使合路后信号生成交调信号，也即失真信号，从而使合路后信号中噪声比例较高，这些交调信号的 处理可由第二链路配合予以解决。
第二链路中，首先，由所述第一耦合器21耦合所述初始载波信号，由第 二耦合器22耦合所述第一正交电桥5输出的合路后信号，两路载波信号在预 失真单元6处进行合路处理，形成包含了所述交调信号和初始载波信号混合 而成的预失真信号，与所述第二耦合器22获得的合路后信号相比较，预失真 信号的强度已被衰减，且其相位、时延等也均已被校正。
预失真信号产生后，输出至第二功放装置，第二功放装置与所述第一链 路中的第一功放装置完全对称，对预失真信号进行等效于上述笫一功放装置 的放大，为此，第二功放装置采用与第一功放装置完全相同的电子器件结构， 按预失真信号传输的路径包括依次电性连接的衰减器41、移相器42、 A类放 大器43、两级功率放大器44和45。经过第二功放装置的等效放大后，形成 放大后预失真信号。
由于在预失真单元6和第二功放装置的各种电子器件的处理过程中，可 对其所包含的载波信号和交调信号的相位进行调整，因而，令预失真信号所 包含的载波信号与所包含的交调信号在相位上相差180度，令预失真信号所 包含的载波信号与第一链路中放大后信号在相位上相差90度，由于第一链路 的放大后信号中所包含的载波信号与其所包含的交调信号同相，所以，第一 链路的放大后信号所包含的载波信号与第二链路的预失真信号所包含的载波 信号，在经所述第一正交电桥5进行合路的过程中相互叠加，而第一链路的 放大后信号所包含的交调信号与第二链路的预失真信号所包含的交调信号由 于在合路过程中，两者在相位上相差180度，而幅度相等，因此会相互抵消， 此时，经第一正交电桥5输出后的合路后信号为高线性化的合路后信号，达 到对射频域的初始载波信号进行高线性化功率放大的目的，经所述第一链路 中的环行器112即可直接接回通信链路如直放站的上、下行链路中。
所述预失真单元6内部对初始载波信号和合路后信号的处理关系到预失 真信号的正确产生，因而直接影响本发明预失真射频放大器的性能。
请结合图1和图2，图2为图1中利用预失真信号产生方法所实现的预 失真单元6的原理框图，其中箭头RFc所指示的方向为由第一耦合器21获 得的初始载波信号进入的方向，而箭头RFc+i则表示第二耦合器22从第一 正交电桥5 (参阅图1)获得的合路后信号输入的方向。上并不同步，设第一
耦合器21在TO时刻获得初始载波信号并输入预失真单元6,而第二耦合器 22所获得的合路后信号则是由第 一链路对初始载波信号进行处理后获得的， 存在时间消耗Tp,则此处的合路后信号输入时的时刻为Tl =T0+Tp,也即， TO和Tl存在间隔为Tp的时差。为了使初始载波信号和合路后信号在此处 实现同步，故可先通过一延时器611对初始载波信号进行延时Tp处理，继 而，利用衰減器612对延时后的初始载波信号进行强度上的适度调整。
同理，所述合路后信号进入预失真单元6后也利用衰减器641进行适度 强度调整。
初始载波信号在预失真单元6上经过上述处理后，进入第二正交电桥652 进行分路。第一分路的初始载波信号与衰减后的合路后信号经过第三正交电 桥653进行合路，合路过程中，所述来自第二耦合器22的合路后信号所包含 的载波信号与来自第二正交电桥652的载波信号在相位上相差180度且在幅 度上相等而相互对消，仅余下交调信号经第三正交电桥653输出。
第三正交电桥653输出的信号相继经一衰减器681进行强度调整和经一 延时器682进行时间微调后，输出至第四正交电桥654。由所述衰减器681 和延时器682组成第一整调装置。
而第二正交电桥652分离出的第二分路的初始载波信号则相继经功放大 器(采用A类放大器)621进行预放大后，经自动控制电调衰减器622进行 信号强度调整，再经移相器623进行相位微调后输出至所述第四正交电桥 654。其中，自动控制电调衰减器622采用一检波器6220进行检测。由功率 放大器621、自动控制电调衰减器622、检波器6220以及移相器623共同组 成第二调整装置
所述第四正交电桥654,将来自第二分路的初始载波信号和来自第一分 路的交调信号进行合路，使两者在相位上相差180度，如此便形成所述预失 真信号。
本发明所述的第一、第二、第三及第四正交电桥均采用90度3db电桥。 本发明的预失真单元具有如下特点
1、 利用初始载波信号和反馈的合路后信号产生预失真信号，预失真信号 中即包含了载波信号又包含了交调信号(即失真信号)；
2、 交调信号和载波信号的比例可以通过调整自动控制电调衰减器622、电调移相器623的控制端，根据功率放大器的输出情况如线性指标、对消情 况等进行自适应调整，以保证在不同的外界情况下达到优良的性能；
3、 具有ALC功能(ALC, Automatic Level Control自动电平控制)，通 过检波器6220对载波信号进行检测自动控制电调衰减器622实现；
4、 在保证功率放大器较好性能的条件下，增益恒定。 本发明预失真射频放大器具有如下特点
1、 利用两路完全对称的射频放大链路分别放大载波信号和含有载波信号 与交调信号的预失真信号；
2、 交调信号的产生来自于放大后信号的所属的第一链路，通过所述预失 真单元后形成包含了交调信号和载波信号的预失真信号；
3、 产生对消和载波信号的合成是通过第一正交电桥5完成的，在信号的 合成过程中，该交调信号不但要对第一链路中产生的放大后信号所包含的交 调信号产生预失真，并且在反馈后二次合路的过程中，对消了第一链路的放 大后信号所包含的交调信号，使放大器能够输出线性的多载波信号；
4、 可以利用两个对称的功;改装置的衰减器和移相器，对由于放大器需求 的动态范围、工作温度变化等因素造成的线性指标的恶化情况进行自适应调 整保证相关的性能指标；
5、 本体系架构具有AGC (自动增益控制)功能，在维持最优的对消性 能的情况下，放大器的增益在任何情况下保持恒定。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不仅仅受 上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改 变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1、一种预失真射频放大器的线性化方法，利用在射频域产生的预失真信号提高放大器的线性化程度，其特征在于存在用于对初始载波信号进行功率放大的第一链路和用于产生并处理预失真信号的第二链路第一链路首先将初始载波信号进行功率放大，然后将包含了已产生交调信号的放大后信号与第二链路的放大后预失真信号合路，输出合路后信号；第二链路首先耦合初始载波信号和所述合路后信号，经合路产生预失真信号，该预失真信号包含了初始载波信号和所述交调信号，将该预失真信号进行与第一链路等效的功率放大；存在如下步骤将第一链路的放大后信号和第二链路的放大后预失真信号合路对消交调信号，输出高线性化合路后信号，完成对初始载波信号的功率放大过程。
2、 根据权利要求1所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第一链路中对初始载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放 大采用完全相同的方式。
3、 根据权利要求2所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第一链路中对载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放大的具 体方式包括将需放大的信号进行至少两级功率放大的步骤。
4、 根据权利要求3所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第一链路中对载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放大的 具体方式还包括将需放大的信号进行微量衰减以校正信号强度的步骤。
5、 根据权利要求3所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第一链路中对载波信号的放大和第二链路中对预失真信号的放大的 具体方式还包括将需放大的信号进行微量调相以校正信号相位的步骤。
6、 根据权利要求1至5中任意一项所述的预失真射频放大器的线性化 方法，其特征在于在第二链路中完成放大后的预失真信号，其中所包含的 载波信号与其中所包含的交调信号在相位上相差180度，而与第一链路中放 大后信号在相位上相差卯度，采用正交电桥将第 一链路放大后的原始放大信 号与第二链路放大后的预失真信号合路，获得对消了交调信号的高线性化合 路后信号。
7、 根据权利要求6所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第二链路中，产生所述预失真信号的具体包括耦合初始载波信号和所述合路后信号；所述耦合而得的初始载波信号经延迟后被分成两路输出，第一分路初始 载波信号与所述耦合而得的合路后信号再行合路对消彼此的载波信号后，获 得所述第一链路中产生的交调信号，该交调信号经与第二分路初始载波信号 再行合路后生成所述预失真信号。
8、 根据权利要求7所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述耦合而得的初始载波信号的延迟时长为第一链路中，初始载波信号 从被耦合参与产生预失真信号的节点起，至与所述第二链路合路后被再度耦 合参与产生预失真信号的节点止，所花费的时间。
9、 根据权利要求8所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第一分路初始载波信号与所述合路后信号合路对消后获得的交调信 号在与第二分路初始载波信号合路前有被微量衰减以校正信号强度的步骤。
10、 根据权利要求9所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第 一分路初始载波信号与所述合路后信号合路对消后获得的交调信 号在与第二分路初始载波信号合路前有被微量调整时延的步骤。
11、 根据权利要求7所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征在 于所述第二分路初始载波信号在与由第 一 分路初始载波信号和所述合路后信号合路对消后产生的交调信号合路前有被微量衰减以校正信号强度的步骤。
12、根据权利要求11所述的预失真射频放大器的线性化方法，其特征 在于所述第二分路初始载波信号在与由第一分路初始载波信号和所述合路 后信号合路对消后产生的交调信号合路前有被微量调相以校正相位的步骤。
全文摘要
本发明公开一种预失真射频放大器的线性化方法，利用在射频域产生的预失真信号提高放大器的线性化程度，存在两个链路第一链路将初始载波信号进行功率放大，然后将放大后信号与第二链路的放大后预失真信号合路，输出合路后信号；第二链路首先耦合初始载波信号和所述合路后信号，经合路产生预失真信号，该预失真信号包含了初始载波信号和交调信号，将预失真信号进行与第一链路等效的功率放大；存在如下步骤将第一链路的放大后信号和第二链路的放大后预失真信号合路对消交调信号，输出高线性化合路后信号，完成对初始载波信号的功率放大过程。本发明的方法可以实现较高的工作带宽和工作效率，并且能适合应用于不同的工作环境。
文档编号H03F1/32GK101594325SQ20081002832
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月27日 优先权日2008年5月27日
发明者平 张, 潘栓龙 申请人:京信通信系统(中国)有限公司