本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，是利用一種自適應(yīng)的數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字功率放大器設(shè)計的一種系統(tǒng)設(shè)計方法。該方法可以很好的解決功率放大器轉(zhuǎn)換效率低的問題。

技術(shù)背景

功率放大器是無線通信的重要組成部分，但是功率放大器本身存在轉(zhuǎn)換效率低的問題。一般的功率放大器轉(zhuǎn)換效率只有15%或者更低，大部分能量轉(zhuǎn)化為熱量，不但浪費能量，還導(dǎo)致高溫，增加設(shè)備解決高溫的成本，并且高溫工作影響了設(shè)備的壽命。

功率放大管的輸出效率與其1dB壓縮點曲線相關(guān)，而1dB壓縮點則與供電電壓相關(guān)。如果功率放大管工作在1dB壓縮點附近，越靠近1dB壓縮點，其轉(zhuǎn)換效率越高。目前的無線通信信號，均為峰均比較高的信號，一般峰均比達到10dB，導(dǎo)致功率放大器絕大部分時間是工作在遠離1dB壓縮點，導(dǎo)致了功率放大器的轉(zhuǎn)換效率低。

包絡(luò)跟蹤技術(shù)，則是利用功率放大管的這個特性，改變由功率放大管所組成的各種功率放大器的供電電壓，使功率放大器一直工作在1dB壓縮點附近，則功率放大器的效率可以由15%左右提升到50%或者更高。實現(xiàn)綠色節(jié)能效果，并且能夠降低設(shè)備用于解決發(fā)熱的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的數(shù)字功率放大器的系統(tǒng)設(shè)計方法，解決無線通信功率放大器轉(zhuǎn)換效率低的問題。

本發(fā)明描述了數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的信號處理流程，并且提出了一種如何使用直流電源模塊實現(xiàn)包絡(luò)電壓輸出的解決方案。

本發(fā)明中，基帶信號轉(zhuǎn)換至射頻信號的流程如下：基帶信號經(jīng)過數(shù)字上變頻處理，使用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC輸出模擬IQ信號，使用IQ調(diào)制器把DAC輸出的IQ調(diào)制成射頻信號，射頻信號經(jīng)過功率放大器放大，整體結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)數(shù)字功率放大器的一體化設(shè)計。

數(shù)字包絡(luò)跟蹤的信號處理方法流程如下：

基帶信號為IQ信號，將IQ信號轉(zhuǎn)化為功率信號。

對由基帶信號轉(zhuǎn)化的功率信號使用功率譜分析的方法統(tǒng)計功率譜，提取主要的功率分布情況。

將提取出來的功率譜參數(shù)提供給濾波器，濾波器根據(jù)功率譜參數(shù)自動修改參數(shù)，提取出基帶信號功率包絡(luò)數(shù)字信號。

功率包絡(luò)信號需要進行包絡(luò)誤差修正與延時修正，包絡(luò)誤差修正的參數(shù)由使用功率放大器供電電壓反饋信息與基帶信號功率包絡(luò)信號計算得到；延時誤差修正的參數(shù)由使用功率放大器供電電壓反饋信息與功率放大器輸出信號計算得到。

經(jīng)過誤差處理與延時處理的包絡(luò)信號分為兩路，一路信號轉(zhuǎn)換為電源模塊的開關(guān)控制信號，控制可變電壓直流電源陣列的直流電源模塊開關(guān)，對每個模塊實現(xiàn)獨立開關(guān)控制；一路信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)化芯片DAC轉(zhuǎn)化為模擬電壓，并且通過模擬加法器電路將電壓附加在電源模塊的反饋電壓輸入口，實現(xiàn)電源模塊的輸出電壓控制。

基帶信號功率包絡(luò)信號、可變電壓直流電源陣列的輸出電壓反饋信號及功率放大器輸出的反饋信號輸入到包絡(luò)誤差提取模塊與延時計算模塊中，計算出電壓包絡(luò)的誤差信息及延時信息，提供給修正模塊進行修正。

可變電壓直流電源陣列的實現(xiàn)方式，使用多個獨立的直流電源模塊搭建，每個直流電源模塊均需要支持開關(guān)控制，以及實現(xiàn)反饋電壓的控制，其中使用了模擬電壓加法器電路，對包絡(luò)跟蹤的控制電壓與電源模塊輸出電壓實現(xiàn)兩個電壓的疊加。

本發(fā)明提供一種自適應(yīng)數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的數(shù)字功率放大器系統(tǒng)設(shè)計方法，大幅度提高了功率放大器的轉(zhuǎn)換效率，實現(xiàn)了綠色節(jié)能的目的。

附圖說明

為了更好的描述本發(fā)明的實施方法與技術(shù)方案，下面將提供圖例對實施方法與技術(shù)方案進行介紹，下面的附圖只是本發(fā)明的一個實施方法，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員也可以根據(jù)本發(fā)明的描述文件與圖例，在不需要付出任何創(chuàng)造性勞動的情況下，獲得本發(fā)明的其他實施方法。

圖1：一種基于數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的數(shù)字化功率放大器的系統(tǒng)設(shè)計方法原理框圖。

圖2：基帶信號功率包絡(luò)提取方法結(jié)構(gòu)框圖。

圖3：包絡(luò)信號誤差修正、延時處理及轉(zhuǎn)化為控制信號結(jié)構(gòu)框圖。

圖4：可變電壓直流電源陣列實現(xiàn)原理框圖。

圖5：包絡(luò)跟蹤延時同步計算及誤差計算原理框圖。

圖6：直流電源模塊實現(xiàn)反饋電壓調(diào)整電路原理框圖。

圖7：窄帶信號下的包絡(luò)跟蹤圖。

圖8：寬帶信號下的包絡(luò)跟蹤圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的實現(xiàn)方法、實現(xiàn)特征和優(yōu)勢描述清楚，下面將結(jié)合參考附圖對本發(fā)明的實施方式以及實施效果進行詳細描述，顯然，本發(fā)明所描述的實施方案與技術(shù)方法只是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例，基于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在沒有做出任何創(chuàng)造性勞動的情況下，可以獲取其他實施例，也是屬于本發(fā)明的保護范圍。

基于自適應(yīng)數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的數(shù)字化功率放大器的系統(tǒng)如圖1所示。

如圖1所示，數(shù)字基帶數(shù)據(jù)101部分，表示正交的基帶數(shù)字IQ信號，IQ信號在具體的實施方案中，可以來自光纖傳輸，可以來自與射頻接收機接收射頻信號，經(jīng)過混頻器，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC采樣之后，數(shù)字下變頻及濾波器處理的數(shù)字IQ信號，基帶信號可以為正交IQ基帶信號。

如圖1所示，基帶信號至功率放大器的信號處理流程如下：

基帶信號101輸入到數(shù)字上變頻及延時調(diào)整模塊106，實現(xiàn)數(shù)字上變頻，插值濾波處理，并且根據(jù)包絡(luò)跟蹤同步算法及誤差計算模塊105得到的延時信息進行延時調(diào)整，數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC轉(zhuǎn)化為模擬的IQ信號，模擬的IQ信號經(jīng)過IQ調(diào)制器，調(diào)制為射頻信號，輸入到功率放大器107中，功率放大器107實現(xiàn)功率放大輸出。

如圖1所示，基帶信號的功率包絡(luò)提取模塊102，實現(xiàn)了基帶信號的功率包絡(luò)的提??；圖2詳細解釋圖1的102工作流程。

圖2中，基帶信號進入202模塊，進行功率計算，將基帶信號轉(zhuǎn)化為功率信號；功率信號進入濾波器203，實現(xiàn)功率包絡(luò)提取。202輸出的功率信號進入功率譜分析201，進行信號的功率譜分析，提取功率分布信息，功率譜信息傳輸?shù)焦β拾j(luò)提取濾波器203模塊，濾波器203根據(jù)功率譜信息自動調(diào)整濾波器參數(shù)提取出功率包絡(luò)信號204。

如圖1所示，功率包絡(luò)提取出來之后，傳輸?shù)焦β拾j(luò)誤差修正與延時調(diào)整模塊103，103模塊使用圖3進行詳細解釋。

如圖3中所示，功率包絡(luò)信號被提取出來之后，首先進行包絡(luò)誤差修正處理301，誤差信息是來自圖1的105誤差計算模塊，誤差的修正可以使用濾波器組的方式，也可以使用查表的方式實現(xiàn)；經(jīng)過修正之后的包絡(luò)信號根據(jù)圖1的105模塊同步得到的延時信息，進行延時調(diào)整302，本發(fā)明中，包絡(luò)誤差修正模塊301與延時調(diào)整模塊302可以互換位置，不影響系統(tǒng)性能；經(jīng)過誤差修正與延時調(diào)整的包絡(luò)信號分別進入陣列開關(guān)控制303與直流電源反饋電壓控制304，進入303的包絡(luò)信號將轉(zhuǎn)化為可變電壓直流電源陣列的內(nèi)部模塊開關(guān)信號，可以使用查表的方式實現(xiàn)；進入304的包絡(luò)信號，經(jīng)過幅度調(diào)整處理，轉(zhuǎn)化為適合控制直流電源模塊的反饋電壓信號，在圖1的104模塊中使用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC轉(zhuǎn)化為電壓信號。

如圖1所示，經(jīng)過103處理之后的信號，進入可變電壓直流電源陣列104模塊，104的結(jié)構(gòu)可以參考圖4與圖6；圖4中所示，直流電源陣列，組成的數(shù)量是根據(jù)功率放大器的功率需求決定。

如圖6所示，每個電源陣列內(nèi)部的直流電源模塊，均支持反饋電壓與控制電壓的疊加控制，電壓加法可以根據(jù)實際情況組合電源模塊使用，可以是一個電源模塊使用一個電壓加法合路器，也可以所有電源模塊合用一個電壓加法器，本發(fā)明并不限定組合的方式。

如圖6所示，直流電源模塊601輸出電壓經(jīng)過的LC濾波電路602，濾除包絡(luò)頻率以外的高頻信號，濾波之后的電壓反饋到模擬電壓加法器604中，與直流電源反饋控制電壓603，也就是圖3中的304信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC輸出的電壓信號進行模擬電壓相加，形成直流電源模塊的反饋信號。

根據(jù)圖4所示，直流電源模塊的輸出電壓，與其他電源模塊輸出的電壓經(jīng)過并行合路之后，輸出給功率放大器使用。

根據(jù)圖1所示，數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的一個核心模塊105，實現(xiàn)了包絡(luò)跟蹤的延時計算，以及包絡(luò)誤差計算。其中105使用了基帶信號的功率包絡(luò)信號，可變電壓直流電源陣列的輸出電壓的反饋信息及功率放大器107的反饋信號，計算出包絡(luò)誤差及延時信息，輸出給包絡(luò)誤差糾正及延時糾正模塊103，延時信息輸出106進行延時調(diào)整，包絡(luò)跟蹤的同步及誤差計算105參見圖5。

如圖5所示，實際的功率放大器的供電電壓包絡(luò)與通過基帶信號提取功率包絡(luò)存在一定的誤差，需要進行誤差計算及補償，其中電壓包絡(luò)誤差提取模塊501使用了基帶信號功率包絡(luò)與功率放大器的供電電壓反饋信號進行計算得到包絡(luò)誤差，延時計算502的延時誤差參數(shù)可以通過功率放大器的供電電壓與功率放大器的輸出信號進行計算得到。

包絡(luò)跟蹤的功率放大器輸出信號功率與供電電壓之間的關(guān)系參見圖7，圖8。

其中圖7為功率放大器輸出窄帶信號是的圖形，其中701為沒有做包絡(luò)跟蹤情況下的恒定電壓，702為做了包絡(luò)跟蹤處理的功率放大器的供電電壓包絡(luò)，虛線703為功率放大器的輸出功率。

其中圖8為功率放大器輸出寬帶信號是的圖形，其中801為沒有做包絡(luò)跟蹤情況下的恒定電壓，802為做了包絡(luò)跟蹤處理的功率放大器的供電電壓包絡(luò)，虛線803為功率放大器的輸出功率。

在本發(fā)明的實施過程中，所描述的處理算法與控制，可以在數(shù)字域進行處理，這樣有利于控制的準確度，穩(wěn)定度，與可靠性，也有利于生產(chǎn)實現(xiàn)，同時降低產(chǎn)品實現(xiàn)的成本，只有必需的硬件部分使用硬件電路實現(xiàn)，如功率放大器，電源模塊，基于數(shù)字包絡(luò)跟蹤技術(shù)的數(shù)字功率放大器系統(tǒng)實現(xiàn)，分成數(shù)字信號處理硬件，包絡(luò)電源硬件及功率放大器三部分構(gòu)成，或者任意組合，也可以一體化設(shè)計實現(xiàn)，都是屬于本發(fā)明的實現(xiàn)方式，只是組合的實現(xiàn)劃分。