本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，是利用數(shù)字前饋技術(shù)與包絡(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的線性差與轉(zhuǎn)換效率低的問題。

技術(shù)背景

功率放大器存在非線性問題與效率低的問題。

功率放大器本身存在嚴重的非線性問題，當功率放大器處于滿功率輸出，功率放大器輸出信號是非線性的，功率越高，信號壓縮越嚴重，由于非線性產(chǎn)生的互調(diào)信號使相鄰頻段受到嚴重的干擾。數(shù)字前饋技術(shù)可很好的解決功率放大器非線性問題。數(shù)字前饋技術(shù)利用相反的非線性信號，抵消功率放大器產(chǎn)生的非線性信號，但應用前饋技術(shù)的功率放大器會導致功率放大器的轉(zhuǎn)換效率降低問題。

功率放大器存在轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)熱嚴重的問題。包絡(luò)跟蹤技術(shù)利用改變功率放大器的供電電壓，使功率放大器一直工作在高效率區(qū)間，提升了功率放大器的整體轉(zhuǎn)換效率，使功率放大器效率問題得以解決。但是應用了包絡(luò)跟蹤技術(shù)的功率放大器會導致非線性問題更加嚴重。

為了同時解決功率放大器的非線性問題與轉(zhuǎn)換效率低問題，采用數(shù)字化功率放大器設(shè)計方法，同時應用了數(shù)字前饋技術(shù)與包絡(luò)跟蹤技術(shù)，同時解決了功率放大器的兩個缺陷。設(shè)計出高線性，轉(zhuǎn)換效率高的可自適應調(diào)整參數(shù)的數(shù)字功率放大器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字前饋技術(shù)與包絡(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的存在的非線性與轉(zhuǎn)換效率低的問題。

本發(fā)明所涉及的信號處理流程分為數(shù)字功率放大器信號處理，包絡(luò)跟蹤信號處理、數(shù)字前饋信號處理，下面將一一描述。

數(shù)字功率放大器信號處理流程：將數(shù)字基帶信號經(jīng)過數(shù)字上變頻處理，再經(jīng)過射頻發(fā)射機，輸出射頻信號到數(shù)字功率放大器放大輸出。數(shù)字功率放大器提供反饋信號的給包絡(luò)跟蹤處理與數(shù)字前饋處理，還提供使用定向耦合器之后的最終率放大器輸出信號給數(shù)字前饋進行信號處理。

包絡(luò)跟蹤信號處理方法流程：

提取基帶信號的能量包絡(luò)信息，用于控制數(shù)字功率放大器的供電電壓，使供電電壓的變化與基帶信號的能量包絡(luò)變化一致。

通過數(shù)字功率放大器的反饋信號、供電電壓與基帶信號進行數(shù)字信號處理，提取幅度，時延與相位信息，對包絡(luò)信號進行同步與補償處理。

使用可變電壓直流電源陣列的反饋電壓，提取電壓的變化信息，與數(shù)字功率放大器的輸出信號的幅度進行對比，形成閉環(huán)鏈路，調(diào)整輸出包絡(luò)信號的時延信息，使數(shù)字功率放大器的供電電壓與輸出信號包絡(luò)一致。

基帶包絡(luò)提取方法：計算基帶IQ信號的能量值，對能量頻率分布做出統(tǒng)計，提取出能量的低頻的信號，恢復為包絡(luò)信號。

可變電壓的處理方法：對陣列信號的獨立模塊進行開關(guān)控制，同時對每個模塊的電壓反饋信號進行控制，實現(xiàn)對輸出電壓的變化控制。

數(shù)字前饋處理方法流程：

射頻功率放大器的反饋信號輸入到反饋到數(shù)字前饋處理，用于數(shù)字前饋數(shù)據(jù)處理。

射頻功率放大器的反饋信號與數(shù)字前饋輸出的射頻信號合并，合并信號就是提取非線性信號，非線性型號需反饋至數(shù)字前饋模塊進行信號處理，形成第一個閉環(huán)，自適應調(diào)整，用于精確提取功率放大器的非線性信號。

數(shù)字前饋提取出來的非線性信號經(jīng)過幅度、相位與延時的調(diào)整，經(jīng)過前饋功率放大器放大，在定向耦合器中與數(shù)字功率放大器合并，抵消功率放大器的非線性信號，抵消之后的信號反饋至數(shù)字前饋與基帶信號再次進行信號處理，形成第二個閉環(huán)，自適應的調(diào)整幅度、相位與延時，實現(xiàn)精度的自適應抵消。

包絡(luò)跟蹤與數(shù)字前饋的信號處理，需要聯(lián)動進行，兩個算法需要進行配合調(diào)整。

附圖說明

圖1：一種基于數(shù)字前饋技術(shù)與包絡(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：包絡(luò)跟蹤可變電壓直流電源陣列結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3：包絡(luò)跟蹤信號處理流程圖。

圖4：包絡(luò)跟蹤的數(shù)字功率放大器可變電壓供電(401)與數(shù)字功率放大器輸出信號(402)關(guān)系圖。

圖5：數(shù)字前饋功率放大器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖

圖6：原始基帶信號信號頻譜圖

圖7：數(shù)字功率放大器輸出信號頻譜圖

圖8：數(shù)字前饋提取的非線性信號頻譜圖

圖9：經(jīng)數(shù)字前饋進行非線性信號抵消之后的信號頻譜圖。

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。

基于數(shù)字前饋技術(shù)與包絡(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，由數(shù)字前饋部分與包絡(luò)跟蹤部分組成，兩部分需要相互配合聯(lián)動，互為彌補。

如圖1所示，數(shù)字基帶數(shù)據(jù)117部分，是基帶數(shù)字IQ信號。

數(shù)字基帶數(shù)據(jù)117部件分別連接包絡(luò)跟蹤控制器101、數(shù)字信號處理103與數(shù)字前饋處理105。

包絡(luò)跟蹤處理101模塊，詳細描述參見圖3。

如圖3所示，包絡(luò)跟蹤處理流程首先是進行基帶信號的能量計算302，然后進行能量包絡(luò)提取303，實現(xiàn)方法為根據(jù)能量的功率譜分布，統(tǒng)計出功率頻譜分布數(shù)據(jù)，再進行能量信號的高頻信號濾除304，提取出適合可變電壓直流電源陣列(圖2所示)的電壓控制信號，包絡(luò)信號需要進行延時處理305，與數(shù)字功率放大器輸出的反饋信號、電壓反饋信號進行信號分析處理，延時參數(shù)由延時同步計算模塊306提供，包絡(luò)控制信號直接控制可變電壓直流電源陣列，使其為數(shù)字功率放大器輸出包絡(luò)電源，時延同步計算模塊306使用數(shù)字功率放大器輸出的反饋信號、供電電壓與基帶信號進行同步及參數(shù)計算。

圖2為可變電壓直流電源陣列，電壓的變化有兩個方面同時控制，第一是直接打開或者關(guān)閉陣列中的任意一個直流電源模塊，第二是對每個獨立的直流電源模塊的反饋電壓進行控制，使電源陣列輸出的包絡(luò)最接近理想的數(shù)字功率放大器輸出的能量包絡(luò)。

電源的輸出包絡(luò)與信號的能量越接近，則數(shù)字功率放大器的效率越高，可使功率放大器的效率從15%提升到50%或者更高。

可變電壓直流電源陣列輸出電壓與信號包絡(luò)的關(guān)系如圖4所示，其中401為直流電源電壓包絡(luò)，402為數(shù)字功率放大器輸出的信號。

圖1中的102信號是103中經(jīng)過數(shù)字信號處理計算得到的包絡(luò)控制參數(shù)。

圖1中的106是包絡(luò)信息，用于控制可變電壓直流電源陣列的電壓變化。

圖1中的107是可變電壓直流電源陣列輸出電壓的反饋信息，需要反饋到103模塊，用于判斷電壓與數(shù)字功率放大器111之間的誤差，包括延時誤差與增益誤差。

圖1中的103模塊，實現(xiàn)包絡(luò)跟蹤與數(shù)字前饋的算法，其中包絡(luò)跟蹤的時延計算、增益誤差計算以及前向鏈路的增益誤差補償，包絡(luò)跟蹤帶來的增益誤差會影響EVM，需要在103模塊進行修正，103模塊需要實現(xiàn)發(fā)射信號延時調(diào)整，用于實現(xiàn)包絡(luò)跟蹤及數(shù)字前饋的聯(lián)合延時處理。

圖1的108信號，基帶信號經(jīng)過信號調(diào)理，包括濾波，包絡(luò)跟蹤的增益誤差補償，數(shù)字上變頻，在經(jīng)過射頻發(fā)射機輸出的射頻信號，是111數(shù)字功率放大器的輸入信號，信號頻譜圖參見圖6。

圖1中的114為數(shù)字功率放大器111的輸出信號，信號頻譜圖參見圖7，從圖中可以看出111的非線性。

圖1的103還實現(xiàn)了數(shù)字前饋的信號處理，使用基帶信號與數(shù)字功率放大器的反饋信號109計算出的增益、相位、延時、群時延與帶內(nèi)平坦度參數(shù)，提供參數(shù)104到數(shù)字前饋處理105，數(shù)字前饋處理105在數(shù)字域?qū)敵龅纳漕l信號進行調(diào)整，實現(xiàn)增益、相位、延時、群時延與帶內(nèi)平坦度的補償。與數(shù)字功率放大器的反饋信號的109合并提取出非線性信號，并對非線性信號進行增益、相位、延時的調(diào)整，形成105的輸出信號113， 非線性信號113的頻譜圖如圖8所示。

圖1的112對113信號進行功率放大，與數(shù)字功率放大器111的非線性信號在能量相同，時延相同，相位相反，數(shù)字功率放大器的輸出信號114與數(shù)字前饋提取出來的非線性116使用定向耦合器115實現(xiàn)信號合路，實現(xiàn)非線性信號的消除，輸出信號的頻譜圖特性如圖9所示。

圖1的定向耦合器115的反饋信號118反饋至105，形成閉環(huán)，實現(xiàn)對抵消效果的閉環(huán)監(jiān)測，實現(xiàn)自適應調(diào)整抵消參數(shù)。

數(shù)字前饋的詳細流程如圖5所示，基帶信號分成三路，一路給射頻發(fā)射機501，轉(zhuǎn)化為射頻信號，作為數(shù)字功率放大器的輸入信號，數(shù)字功率放大器的信號輸入到定向耦合器，數(shù)字功率放大器的輸出信號反饋到504合路，形成第一個閉環(huán)，定向耦合器信號反饋給506形成第二個閉環(huán)。

圖5中的基帶信號經(jīng)過502進行幅度，相位與延時調(diào)整，經(jīng)過發(fā)射機503，輸入到合路器504，與數(shù)字功率放大器反饋信號合并提取出非線性信號510，非線性信號510需要反饋至506，形成第一個閉環(huán)，同時輸入到505進行幅度、相位與延時的調(diào)整，在經(jīng)過前饋功率放大器放大，輸入到定向耦合器進行合并，抵消非線性信號，抵消結(jié)果反饋到506，形成第二個閉環(huán)控制，實現(xiàn)幅度、相位、延時參數(shù)的同步計算，計算出的參數(shù)調(diào)整505模塊。