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一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统及方法技术方案

技术编号:25842167 阅读:54 留言:0更新日期:2020-10-02 14:21
本发明专利技术公开一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统及方法,该系统包括射频收发信机、升压/降压直流‑直流变换器、射频预失真器以及功率放大器,射频收发信机向升压/降压直流‑直流变换器发送模拟电压信号,控制升压/降压直流‑直流变换器向功率放大器输出相应的电源电压值;射频收发信机向射频预失真器发送射频激励信号,并由射频预失真器将处理后的射频预失真信号发送至功率放大器输入端,功率放大器对接收的射频预失真信号进行放大,产生的射频放大信号其中一部分通过双工器送至天线发射,另一小部分经过耦合器反馈至射频预失真器上,同时也反馈到射频收发信机的接收机输入端。

【技术实现步骤摘要】
一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统及方法
本专利技术属于无线电通信领域,具体涉及一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统及方法。
技术介绍
通常功率放大器作为无线发射机系統或设备未端器件单元,当功率放大器放大射频信号时,无论放大后输出射频信号的平均功率较强或较弱,其放大器电源电压是固定不变的。当功率放大器放大的射频信号功率较弱时,放大器电源电压仍维持固定不变,这样功率放大器的直流功耗也较大,并导致功率效率降低。改善功率效率的有效方式之一是根据功率放大器输出信号功率強弱来动态调节放大器电源电压值,电源电压随着放大器输出信号功率增大而提高,反之而降低。这种调节电源电压值能有效改善功率效率,特别是输出信号功率弱或较弱时改善功率效率明显。电源调制器或升压-降压DC-DC转换器可分别向功率放大器提供可变电源电压,其可变电源电压是根据功率放大器输入射频信号包络变化或基于下一时间段中功率放大器输出射频信号平均功率,因而相对应向功率放大器提供可变电源电压的方式分别称为包络跟踪(ET)技术和平均功率跟踪(APT)技术(如图1所示)。包络跟踪技术是在射频信号进入功率放大器之前首先提取射频信号包络,然后使用该包络信号作为输入来控制电源调制器(如图1中包络跟踪组件),使其电源调制器输出信号跟踪射频信号包络变化,並用来作为功率放大器电源电压。该电源电压为动态电源电压,并且该动态电源电压跟踪射频信号包络变化,因而电源电流也随着射频信号包络变化而上升或下降,其结果减少了多余直流电压并确保放大器可以输出瞬时功率,从而最大限度地改善了功率效率并且延长了电源电池使用持续时间。但是该技术缺点是:由于受电源调制器传输带宽限制,电源调制器输出射频信号包络变化会导致功率放大器产生严重非线性失真从而导致发射信号性能降低。同包络跟踪(ET)技术相比较,平均功率跟踪(APT)技术根据射频信号在下一段时间内的平均功率测量值或估算值来通过升压/降压直流-直流(DC-DC)转换器(如图1中平均功率跟踪组件)设置电源电压。同包络跟踪(ET)技术相比,虽然功率放大器传输功率效率略低,但放大后的射频信号具有抑制带内频谱旁瓣和带外杂散性能好,硬件实现也较为简单和成本低。同常规固定电源电压功率放大器相比,平均功率跟踪(APT)具有功率放大器传输功率效率高並且硬件实现也不太复杂。特别是针对峰值功率比平均功率值(PAPR)较大的传输信号並且放大器输入射频信号功率较低时,同常规固定电源电压功率放大器相比,平均功率跟踪(APT)可进一步改善功率放大器的传输功率效率。但是该技术缺点是:需要测量或估值下一段时间中射频信号的平均功率,但困难的是如何实时测量或估值该时段内信号功率,并依据测量或估值信号功率来调节功率放大器的电源电压,而又不延迟及影响该射频信号传输。
技术实现思路
本专利技术针对上述存在的技术问题,提出了一种在无线收发信机和通信设备中,针对下一帧传输射频信号,直接根据发射机支路增益设置调节功率放大器多电平电源电压,向功率放大器提供相应电源电压值以降低多余的直流功耗,从而改善功率放大器功率效率,并且同时采用射频预失真器(RFPD)辅助对功率放大器在不同电源电压激励下引起的非线性失真进行补偿。发射机支路增益用来控制功率放大器下一帧输出射频信号平均功率的大小或强弱,并且和输出射频信号平均功率之间的关系是在离线模式下通过测试校准确定的。本专利技术采用的技术方案:一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,该系统包括射频收发信机,所述射频收发信机包括射频发射机和射频接收机,其中,所述射频发射机用于输出模拟电压信号控制升压/降压直流-直流变换器的输出可变多电平电源电压值作为功率放大器电源电压,并输出射频激励信号至射频预失真器进行预失真处理;升压/降压直流-直流变换器,用于接收射频发射机输出的模拟电压信号模拟电压信号,并将升压/降压直流-直流变换器的输入直流电压转换成多电平电源电压中的一个相应值作为输出电压向功率放大器提供电源电压值,其输出电压可以小于或大于输入电压;射频预失真器,用于接收射频发射机输出的射频激励信号,并对射频激励信号进行预失真处理得到射频预失真信号,将射频预失真信号输出至功率放大器;还用于接收功率放大器输出的射频放大信号经第一耦合器耦合的一支路反馈射频信号,以及接收射频发射机输出的射频激励信号经第二耦合器耦合的一支路射频信号;功率放大器,用于接收多电平电源电压和射频预失真信号,并在某一相应电源电压供给下放大射频预失真信号,将放大的射频预失真信号作为射频放大信号发送至天线,且射频放大信号的一支路信号中的小部分则经第一耦合器耦合后反馈至射频预失真器;还用于射频信号功率强度指示模拟电压信号反馈至射频收发信机。优选的,所述射频预失真器包括误差信号产生器,用于接收射频发射机输出的射频激励信号经第二耦合器耦合的一支路前馈射频信号以及功率放大器输出的射频放大信号经第一耦合器耦合的一支路反馈射频信号,并分别经过下变频、解调处理得到前馈射频信号的等效基带信号和反馈射频信号的等效基带信号,根据输入射频信号的等效基带信号和反馈射频信号的等效基带信号在时间域或频率域上的差异而产生误差信号,发送至预失真系数生成器;预失真系数生成器,根据误差信号自适应更新预失真系数,直到误差信号减小并且收敛,发送至预失真多项式生成器;预失真多项式生成器,根据更新的预失真系数对输入的前馈射频信号经下变频、解调、低通滤波处理后的基带信号进行处理,得到非线性多项式,发送至预失真生成器;预失真生成器,根据非线性多项式对射频激励信号进行处理得到射频预失真信号,发送至功率放大器进行功率放大。优选的,所述射频发射机包括模数转换器,用于接收功率放大器放大后的射频信号功率强度指示模拟信号并进行转换,将转换后的数字信号发送至增益指数控制单元;增益指数控制单元,用于在系统出厂前通过离线模式对实测发射功率与目标功率进行校准,使两者之间的误差小于门槛值,并设置相应的增益指数作为输出分别控制发射支路增益查找单元和控制指数简化单元;发射支路增益查找单元,用于接收增益指数控制单元输出的增益指数,通过查表方式分配发射支路电路单元中各个电路的功率放大倍数或增益,并输出信号去设置发射支路电路单元控制各个电路的相应功率增益值;发射支路电路单元,用于根据发射支路增益查找单元分配的发射支路各个电路的功率放大倍数或增益,设置各个电路相应的功率增益值,从而确定射频激励信号在射频预失真器输入端的功率;控制指数简化单元,用于接收增益指数控制单元输出的增益指数,并对其进行简化处理得到简化控制指数,发送至电源电压查找单元;电源电压查找单元,用于根据接收的简化增益指数找出相对应的电源电压值,并通过第一数模转化器转换为模拟电压信号控制升压/降压直流-直流变换器输出相应的电压电平作为功率放大器电源电压值。优选的,所述发射支路电路单元包括第二数模本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,该系统包括/n射频收发信机,所述射频收发信机包括射频发射机和射频接收机,其中,所述射频发射机用于输出模拟电压信号控制升压/降压直流-直流变换器的输出可变多电平电源电压值作为功率放大器电源电压,并输出射频激励信号至射频预失真器进行预失真处理;/n升压/降压直流-直流变换器,用于接收射频发射机输出的模拟电压信号,并将升压/降压直流-直流变换器的输入直流电压转换成多电平电源电压中相应的一种电压值作为输出电压向功率放大器提供电源电压值;/n射频预失真器,用于接收射频发射机输出的射频激励信号,并对射频激励信号进行预失真处理得到射频预失真信号,将射频预失真信号输出至功率放大器;还用于接收功率放大器的射频放大信号经第一耦合器耦合的一支路反馈射频信号,以及接收射频发射机输出的射频激励信号经第二耦合器耦合的一支路射频信号;/n功率放大器,用于接收多电平电源电压和射频预失真信号,并在不同的可变电源电压下放大射频预失真信号,将放大的射频预失真信号作为射频放大信号发送至天线,且射频放大信号的一支路信号则经第一耦合器耦合后反馈至射频预失真器;还用于射频放大信号功率强度指示模拟电压信号反馈至射频收发信机。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,该系统包括
射频收发信机,所述射频收发信机包括射频发射机和射频接收机,其中,所述射频发射机用于输出模拟电压信号控制升压/降压直流-直流变换器的输出可变多电平电源电压值作为功率放大器电源电压,并输出射频激励信号至射频预失真器进行预失真处理;
升压/降压直流-直流变换器,用于接收射频发射机输出的模拟电压信号,并将升压/降压直流-直流变换器的输入直流电压转换成多电平电源电压中相应的一种电压值作为输出电压向功率放大器提供电源电压值;
射频预失真器,用于接收射频发射机输出的射频激励信号,并对射频激励信号进行预失真处理得到射频预失真信号,将射频预失真信号输出至功率放大器;还用于接收功率放大器的射频放大信号经第一耦合器耦合的一支路反馈射频信号,以及接收射频发射机输出的射频激励信号经第二耦合器耦合的一支路射频信号;
功率放大器,用于接收多电平电源电压和射频预失真信号,并在不同的可变电源电压下放大射频预失真信号,将放大的射频预失真信号作为射频放大信号发送至天线,且射频放大信号的一支路信号则经第一耦合器耦合后反馈至射频预失真器;还用于射频放大信号功率强度指示模拟电压信号反馈至射频收发信机。


2.根据权利要求1所述的一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,所述射频预失真器包括
误差信号产生器,用于接收射频发射机输出的射频激励信号经第二耦合器耦合的一支路前馈射频信号以及功率放大器输出的射频放大信号经第一耦合器耦合的一支路反馈射频信号,并分别经过下变频、解调处理得到前馈射频信号的等效基带信号和反馈射频信号的等效基带信号,根据输入射频信号的等效基带信号和反馈射频信号的等效基带信号在时间域或频率域上的差异而产生误差信号,发送至预失真系数生成器;
预失真系数生成器,根据误差信号自适应更新预失真系数,直到误差信号减小并且收敛,发送至预失真多项式生成器;
预失真多项式生成器,根据更新的预失真系数对输入的前馈射频信号经下变频、解调、低通滤波处理后的基带信号进行处理,得到非线性多项式,发送至预失真生成器;
预失真生成器,根据非线性多项式对射频激励信号进行处理得到射频预失真信号,发送至功率放大器进行功率放大。


3.根据权利要求1所述的一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,所述射频发射机包括
模数转换器,用于接收功率放大器放大后的射频信号功率强度指示模拟信号并进行转换,将转换后的数字信号发送至增益指数控制单元;
增益指数控制单元,用于在系统出厂前通过离线模式对实测发射功率与目标功率进行校准,使两者之间的误差小于门槛值,并设置相应的增益指数作为输出分别控制发射支路增益查找单元和控制指数简化单元;
发射支路增益查找单元,用于接收增益指数控制单元输出的增益指数,通过查表方式分配发射支路电路单元中各个电路的功率放大倍数或增益,并输出信号去设置发射支路电路单元控制各个电路的相应功率增益值或放大倍数;
发射支路电路单元,用于根据发射支路增益查找单元分配的发射支路各个电路的功率放大倍数或增益,设置各个电路相应的功率增益值,从而确定射频激励信号在射频预失真器输入端的功率;
控制指数简化单元,用于接收增益指数控制单元输出的增益指数,并对其进行简化处理得到简化控制指数,发送至电源电压查找单元;
电源电压查找单元,用于根据接收的简化增益指数找出相对应的电源电压值,并通过第一数模转化器转换为模拟电压信号控制升压/降压直流-直流变换器输出相应的电压电平作为功率放大器电源电压值。


4.根据权利要求3所述的一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,所述发射支路电路单元包括第二数模转换器、模拟滤波器、放大器、调制器、上变频器和射频功率放大驱动器;
其中,所述第二数模转换器将数字基带信号转换为模拟基带信号,所述模拟滤波器位于第二数模转换器的输出端且用于去除高频分量;所述放大器对滤波后的基带信号进行适当放大,其放大增益作为发射支路增益的一部分;所述调制器使用放大后的输入基带信号对载波信号进行调制,调制后的调制信号实现了频谱搬移,即低频频谱搬移到高频频谱,所述上变频器和调制器设计在一起实现频谱搬移;所述射频功率放大驱动器对调制后的调制信号进行功率放大以满足之后跟随的功率放大器对其输入信号功率的要求,且功率放大器放大增益是固定的,而射频功率放大驱动器放大增益是可调节的,通过调节可增大或减小功率放大器的输出信号功率;
由模拟滤波器、放大器、调制器、上变频器和射频功率放大驱动器的功率增益分贝之和构成发射支路增益分贝,并且该发射支路增益分贝和功率放大器增益之和共同决定功率放大器的输出功率。


5.根据权利要求3所述的一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,所述控制指数简化单元对增益指数进行简化处理的过程包括:根据增益指数范围按照大小顺序简化为若干有限区域,并对每个区域设定代表代码,每个区域的代表代码对应相应的功率放大器输出功率值范围,并经过电源电压查找单元向功率放大器提供相应的电源电压值,该电源电压值依据增益指数区域的代表代码对下一帧传输信号平均功率区域大小间接进行设置,以便选择合理的电源电压值避免使用多余和过高的电源电压值,从而降低功率放大器的直流功耗实现提高功率放大器的功率效率。


6.根据权利要求5所述的一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,所述电源电压查找单元根据发射机支路增益指数所在的区域并通过升压/降压直流-直流变换器直接对功率放大器电源电压进行设置或调节,用作传输下一帧射频信号时的功率放大器的电源电压,该电源电压值在下一帧发射信号之前设置,并在下一帧发射信号时已稳定。


7.根据权利要求2所述的一种基于发射机支路增益设置进行调节功率放大器多电平电源电压的系统,其特征在于,在离线模式下,通过分别采集功率放大器输入信号和输出信号,用于获得相应的射频预失真系数作为在线上模式下的初始预失真系数,因此,该系统还包括射频信号发生器、升压/降压直流-直流控制器、衰减器、频谱分析仪以及计算机,所述射频信号发生器的输出端和功率放大器、衰减器、频谱分析仪、计算机依次连接,用作采集功率放大器的输出信号,所述射频信号发生器的输出端还直接与频谱分析仪...

【专利技术属性】
技术研发人员:高伟任宇辉高宝健
申请(专利权)人:西北大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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