[發明專利]改善射頻功率放大器線性度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310414566.4
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103475315A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 何松柏;王顯飛;侯憲允;任芹;黃超意;馬力;江中坡;游飛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

技術領域

本發明涉及無線通信技術中的射頻功率放大器線性化技術，具體涉及射頻功率放大器的前饋線性化技術，具體說，是一種改善射頻功率放大器線性度的方法及裝置。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，涌現出越來越多先進的通信標準，如WCDMA，TD-SCDMA，WIMAX，LTE等等，采用頻譜利用率高的多載波技術和復雜的數字調制方式，如3G通信的WCDMA制式下行傳輸采用QPSK調制技術，LTE采用OFDM調制技術。但是這種方式導致基帶信號具有很寬的帶寬和很高的峰均比，這給功放的設計帶來了更為嚴峻的挑戰。在功放設計中，效率和線性是必須考慮的兩個關鍵因素。在高峰均比的信號時，功放需要工作在功率回退區域，導致功放的效率大為降低。當功放工作在飽和區域時，效率提高了，但是出現了嚴重的失真，主要表現為AM-AM/AM-PM失真，導致信號頻譜擴展。同時，信號帶寬的增加，功放的記憶效應增強，這些都為功放的設計以及線性化提出了新的挑戰。

????目前功放線性化方法主要有4種：回退法，負反饋法、預失真法和前饋法。回退法是將功放工作在回退區，其實質是犧牲功放的效率來提高功放的線性度。回退法簡單且易實現，但是功放的效率明顯降低，而且功放的記憶效應是無法通過功率回退避免的，所以必須把功率回退法與其他線性化技術結合使用。負反饋法是一種出現較早的線性化方法，由于在射頻情況下很難保證系統的穩定性，一般不直接采用射頻反饋，而是采用調制反饋技術使系統工作在低頻狀態。常用的調制反饋技術有包絡負反饋，極坐標調制負反饋和笛卡爾調制負反饋。負反饋法的優點是結構簡單，同時互調干擾的抑制效果較好。但是負反饋法是閉環系統，放大器的增益必須滿足足夠大，以實現高增益和高失真抑制，同時環路延遲是負反饋的主要限制因素，在高頻段，環路延遲可達到幾個載波周期，這就制約了線性化器的工作帶寬。另外，負反饋法還存在穩定性問題。所以負反饋法適用于單載波、單信道情況，適用于手機中的功放。預失真技術，就是在信號在通過功放進行放大之前通過預失真器模擬功放的逆特性，這樣整個系統表現線性。根據預失真器處理信號的不同可將預失真技術分為模擬預失真和數字預失真。模擬預失真技術通常采用模擬電路實現預失真器，具有實現簡單、成本低廉、無條件穩定和易于高頻寬帶應用等優勢，但是對頻譜再生分量抑制較少，線性改善易受工作狀態和環境的影響，高階頻譜分量抵消較困難。數字預失真技術有兩種實現方式，一種是通過非線性射頻功放的參數模型實現，另一種通過查找表實現。數字預失真具有實現簡單，易于信號處理，可獲得較寬的帶寬，線性化效果好等優點，但是數字預失真的建模需要至少5倍的基帶信號帶寬，預失真的效果與功放的模型有直接關系，而且數字預失真的硬件實現也相對復雜。前饋技術的基本思想是將主功放產生的失真信號樣本向前反饋到放大器輸出端，從而使得放大器輸出端的失真信號得到極大的對消。

????如圖1為傳統前饋技術的一般簡化系統框圖。傳統前饋系統包含兩個環路，分別為基波抵消環路和誤差抵消環路。射頻輸入信號經過功分器分為兩路信號，一路經過主功放MPA、耦合器C1、衰減器A1、移相器P1、耦合器C2，另一路經過延遲線L1、耦合器C2，這兩路信號構成了基波抵消環路。延遲線的作用是保證基波抵消環路的上下兩路信號延遲對準。經耦合器C1直通端輸出的信號經過延遲線到達功合器，經耦合器C2直通端輸出的信號經過衰減器A2、移相器P2、副功放DPA到達功合器，這兩路信號構成了誤差抵消環路。同樣誤差抵消環路的延遲線L2用于保證上下兩路信號的延遲對準。基波抵消環路用于抵消主功放MPA輸出的基波成分，產生誤差信號。誤差抵消環路主要是對誤差信號調整，保證誤差信號與主功放MPA輸出的信號幅值相等相位相反，這樣經過功合器把誤差信號饋入主路信號，抵消主路信號的失真成分。從圖1可以看出傳統前饋技術的實現結構復雜，而且對信號的調整難度大，同時隨著工作條件和工作環境的變化，前饋環路的幅度和相位會發生變化，線性化效果會明顯下降。

發明內容

針對傳統的前饋系統實現結構復雜調試難度大的缺點，綜合考慮傳統前饋系統存在的問題，本發明提出了一種新型的前饋系統。該系統引入模擬預失真器，一方面產生前饋系統中誤差信號抵消環路所需要的誤差信號，簡化了傳統前饋技術產生誤差信號的復雜度，另一方面，模擬預失真器本身具有預失真的作用，可以在誤差抵消環路之前，已經對主功放的線性度有所改善。為了保持好的線性化效果，該技術引入自適應控制電路，通過采集射頻輸入輸出信號，經過數字信號處理，自適應調整模擬預失真器和誤差信號調整電路，不僅可以提高前饋系統的線性化效果，而且也可提高控制前饋系統的精度。