[發明專利]擴展帶寬的數字多爾蒂發射機

有效

• 申請號: 201380051036.6
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN104704747B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: F·甘諾奇;R·達拉吉
• 申請（專利權）人: F·甘諾奇
• 主分類號: H04B1/04
• 分類號: H04B1/04;H03F1/07;H03F3/20;H04L27/00;H04W24/02;H04W88/00
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所11313
• 代理人: 郝文博

技術領域

本發明大致涉及數字多爾蒂(Doherty)發射機，尤其涉及擴展帶寬的數字多爾蒂發射機。

背景技術

為了應對越來越多的無線網絡用戶，現代無線通信標準(第3代以及以上)采用頻譜有效調制(spectrum efficient modulation)和訪問技術，例如正交幅度調制(QAM)、正交頻分多路復用(OFDM)和碼分多址(CDMA)。盡管這些技術允許過度擁擠的射頻(RF)頻譜的有效管理，它們還會導致具有高峰值平均功率比(PAPR)特性的高度不同的包絡信號產生。為了避免在功率放大期間由于失真而信號切斷以及所發射信息損失，發射機應當處理所發射信號的峰值，雖然其通常以遠遠低于平均功率水平運作。因此，無線發射機的功率放大器(PA)被迫在從其飽和點大幅回退處運作，在該飽和點處，PA的功率效率大幅下降。

用于增強回退輸出功率區域處的效率的普及功率放大結構是多爾蒂放大器結構。從根本上，多爾蒂放大器由以下組成：1)一個主放大器(一般指的是載波放大器)，其在類別AB中運作并且針對所有輸入信號等級執行信號放大，2)至少一個輔助放大器(一般指的是峰值放大器)，其在類別C中運作并從預先限定的信號等級開始執行信號放大，3)用于在載波放大器和峰值放大器之間分配輸入信號的輸出模擬功率分配器，4)用于合成載波放大器和峰值放大器的輸出的非隔離式多爾蒂輸出功率合成器，其包括四分之一波長轉換器，以及5)插入在峰值放大器和/載波放大器的輸入處的50歐姆線，用以平衡多爾蒂放大器的支路之間的延遲。非隔離式功率合成器的使用啟動主動負載機制，其基于通過由峰值放大器觸發的阻抗調制動態地改變施加給載波放大器的負載。這容許載波放大器有效運作，直到其達到其最佳負載，而峰值放大器同時促成多爾蒂放大器的輸出功率。

事實上，由一個載波放大器和一個峰值放大器組成的兩級多爾蒂放大器和由一個載波放大器和兩個峰值放大器組成的三級多爾蒂放大器在基于多爾蒂的RF發射機中是最常用的結構。四級和更高等級多爾蒂放大器的實際實施方式是罕見的，并且其性能無法完全令人信服。主要原因在于與兩級或三級多爾蒂放大器結構相比，這種實施方式相當復雜的設計和過高的成本并沒有顯著的性能改善。

理想地，兩級(三級)多爾蒂放大器具有兩個(三個)最大效率點，其位于相對于飽和輸出功率點至多6dB(12dB)的輸出功率回退范圍內。這一特征使得兩級和三級多爾蒂放大器成為用于第3代以及以上的無線通信應用中的功率放大的最合適結構，其中調制信號的PAPR通常在6-12dB范圍之間。在實踐中，當PAPR為大約或略微高于6dB時，兩級多爾蒂放大器更合適，當信號的PRPR顯著高于6dB時，三級多爾蒂放大器更合適。這種優越性能的獲得需要擬完全負載調制機制，由于兩級或三級多爾蒂放大器的RF模塊中針對固有硬件減損的限制，其不太可能在完全模擬的實施方式中發生。

在兩級或三級多爾蒂放大器的情況下，載波放大器和一個或兩個峰值放大器的運作類別中的差異導致多爾蒂放大器的輸出支路之間的復雜增益波動。由此，來自載波放大器的輸出信號振幅和來自峰值放大器的輸出信號振幅不與管理多爾蒂放大器的正確運作的理想電流分布匹配。其轉化為不完善的負載調制機制和降低的效率。

在多種設備(晶體管)技術(例如高電子遷移率晶體管(HEMT)和氮化鎵(GaN)等)中，載波放大器和峰值放大器之間偏置條件的不同導致多爾蒂放大器的輸出支路內的功率依賴性和高非線性相位偏差，其引起嚴重的輸出功率損失、不充分的負載調制以及降低的效率。

與多爾蒂PA相關的另一問題是狹窄的帶寬性能。確實，由于對使用四分之一波長阻抗變換器來設計輸出功率合成器的需要，多爾蒂PA的效率隨著運作的頻率偏離多爾蒂PA的設計頻率(f₀)而顯著下降，這非常限制其帶寬。

發明內容

在本發明的一個方面，數字多爾蒂發射機具有基帶信號處理模塊，該基帶信號處理模塊包括數字預失真單元、適應性數字信號分配單元以及數字相位對準單元；信號上變頻模塊；RF功率放大模塊，該RF功率放大模塊包括載波放大器和一個或兩個峰值放大器；以及RF多爾蒂合成網絡，RF多爾蒂合成網絡的拓撲結構是預先限定的，并且其基于多爾蒂放大器系統的級別及其峰值放大器的開啟點的設置。

在本申請的描述中，三級多爾蒂放大器將被使用。應當注意，包括一個峰值放大器的兩級多爾蒂放大器可以被認為是具有兩個峰值放大器的三級多爾蒂放大器結構的簡單和特別情況的一種情形。