一种前馈放大器的数字控制方法及数字化前馈放大器

摘要

本发明公开一种前馈放大器的数字控制方法及数字化前馈放大器，所述方法是将数字输入信号等幅、等相位的分成两路，一路是数字信号A，一路是数字信号B；将数字信号A经数模采样变换、混频处理后进行功率放大得到模拟信号A；取样部分模拟信号A经混频处理、模数采样变换得到数字信号C；根据数字信号C和数字信号B得到误差信号；将误差信号经数模采样变换、混频处理后得到模拟信号B；将模拟信号A和模拟信号B耦合得到线性输出信号。本发明根据上述方法制造的前馈数字化放大器系统得到的放大信号线性度极高，且本发明的前馈数字化放大器系统结构简单，操作简便。

说明书

技术领域

本发明涉及通信网络技术领域，特别涉及一种前馈放大器的数字控制方法 及数字化前馈放大器。

背景技术

当今蜂窝和个人通信网络的迅速增加，使频谱更加拥挤。特别是第三代无 线移动通信系统提出的带宽加宽，动态范围变大，功率输出增加，对高功率放 大器的带宽、线性度和效率都有了更高的要求。因此，研究以及创造线性度高、 效率高的放大器系统显得极有意义。

对于前馈技术，目前比较成熟的是模拟前馈系统。附图1为模拟前馈系统 的结构。输入的双音信号，经过功分器后分成相同的两路信号，上路信号经过 主功放放大后，会叠加上由于功放非线性产生的交调失真以及噪声信号，其输 出为V_main＝KV_in+V_non+V_NF。如果时延器的时延等于主功放的时延，并且耦合器 C1的耦合系数等于放大器的增益，那么从减法器出来的信号将只剩下噪声以及 交调信号的信息为V_errin＝(V_non+V_NF)/C1，再用误差放大器(假设误差放大器是 完全线性的且不会引入噪声)将这个信号放大得到V_errout＝K_err(V_non+V_NF)/C1。当 误差放大器的放大倍数等于耦合器C1以及耦合器C2的耦合系数之积时，最后 的输出为：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{main}}-\frac{V_{\mathrm{errout}}}{C2}={\mathrm{KV}}_{\mathrm{in}}+V_{\mathrm{non}}{V}_{\mathrm{NF}}-\frac{K_{\mathrm{err}}}{C1C2}(V_{\mathrm{non}}+V_{\mathrm{NF}})={\mathrm{KV}}_{\mathrm{in}}$

其有着良好的线性效果。但是，要实现精确的时延对齐，其系统很复杂并 且难以调试。另外，由于误差放大器以及功放后面延时器的插损，使得前馈系 统的效率极低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种前馈放大器 的数字控制方法。

本发明的另一目的在于结合数字系统的特性提供一种线性高、简单、效率 高的放大器系统数字化前馈放大器。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种前馈放大器的数字控制实现 方法，包括如下步骤：

一种前馈放大器的数字控制方法，其特征在于包括如下步骤：

将数字输入信号等幅、等相位的分成两路，一路是数字信号A，一路是数 字信号B；

将数字信号A经数模采样变换、混频处理后进行功率放大得到模拟信号A；

取样部分模拟信号A经混频处理、模数采样变换得到数字信号C；

根据数字信号C和数字信号B得到误差信号；

将误差信号经数模采样变换、混频处理后得到模拟信号B；

将模拟信号A和模拟信号B耦合得到线性输出信号。

一种数字化前馈放大器，包括数字信号均分器、前馈控制器、数模转换器 A、数模转换器B、模数转换器、混频器A、混频器B、混频器C、功率放大器、 延时调整器A、耦合器A、耦合器B；所述数字信号均分器的输出端分别连接 前馈控制器的输入端和延时调整器A的输入端，所述延时调整器A的输出端依 次连接数模转换器B、混频器B、功率放大器、耦合器A，所述耦合器A输出 端分别连接耦合器B的输入端和混频器C的输入端，所述混频器C的输出端经 模数转换器连接前馈控制器的输入端，所述前馈控制器的输出端依次连接数模 转换器A、混频器A，所述混频器A连接耦合器B的输入端。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明通过将放大器的前馈技术数字化使得到放大信号线性度极高， 结构简单，操作简便。

(2)本发明还可以与其他放大器线性技术结合组成混合性线性技术，从而 得到线性度更好的放大器系统。

附图说明

图1是模拟前馈系统的原理框图。

图2是本发明实施例的前馈放大器的数字控制实现方法流程图。

图3是本发明实施例的数字化前馈放大器框图。

图4是图3中的前馈控制器框图。

图5是图4计算器框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。

实施例

由于放大器的模拟前馈技术要求幅度以及时延的精确控制使得前馈系统极 其复杂；另外，需要一个额外的误差放大器，使得系统的效率比较低。而数字 系统在幅度以及相位控制方面比起模拟系统来说更加容易做，并且并不需要误 差放大器。前馈放大器系统最重要的是精确的找出放大器由于功放非线性产生 的交调失真以及噪声信号的幅度、时延。然后用减法器从主功放中减去失真信 号以及噪声信号，从而使得功放具有良好的线性。

如图2所示，本发明的一种前馈放大器的数字实现方法，包括如下步骤：

步骤S100：将数字输入信号等幅、等相位的分成两路，一路是数字信号A， 一路是数字信号B，此步骤的实现比较简单，只需将输入信号复制一份作为数 字信号B，原信号作为数字信号A即可；

步骤S200：将数字信号A经数模采样变换、混频处理后进行功率放大得 到模拟信号A；所述模拟信号由于放大器的非线性会存在交调失真以及噪声信 号的幅度和时延。

步骤S300：取样部分模拟信号A经混频处理、模数采样变换得到数字信 号C；

步骤S400：根据数字信号C和数字信号B作用得到误差信号，所述误差 信号为上述的由于功放非线性产生的交调失真信号以及噪声信号；

步骤S500：将误差信号经数模采样变换、混频处理后得到模拟信号B；其 中，将误差信号进行数模采样变换前，一般还要对误差信号进行时延调整、相 位调整、幅度调整，其中，相位调整是将相位调整180°，而使得经调整得到 的模拟信号B与模拟信号A幅度相等、相位相差180°；

步骤S600：将模拟信号A和模拟信号B耦合得到线性输出信号，此时得 到的输出信号抵消了由于功放非线性产生的交调失真信号以及噪声信号，线性 度很高。

所述步骤S400包括如下步骤：

步骤S401：将数字信号C的幅度和时延调整至与数字信号B的幅度和时 延相一致；因为数字信号C相对于数字信号B有一定的时延，所以应该进行时 延调整，另外，为了能抵消数字信号B得到误差信号，还应该对数字信号C进 行幅度调整以使得其与数字信号B幅度相同；

步骤S402：将步骤S401得到的信号与数字信号B做减法运算得到由功放 非线性产生的交调失真信号以及噪声信号等组成的误差信号。

在实际工作时，为了消除温度的变化造成时延性质的变化，所述步骤S400 还包括如下步骤：

定时计算数字信号C和数字信号B的方差；

判断所述方差是否大于预设值；

若是，重新调整时延，以使所述方差小于预设值，消除温度变化对时延的 影响。

如图3所示，本发明的数字化前馈放大器，包括数字信号均分器、前馈控 制器、数模转换器A、数模转换器B、模数转换器、混频器A、混频器B、混 频器C、功率放大器、延时调整器A、耦合器A、耦合器B；所述数字信号均 分器的输出端分别连接前馈控制器的输入端和延时调整器A的输入端，所述延 时调整器A的输出端依次连接数模转换器B、混频器B、功率放大器、耦合器 A，所述耦合器A输出端分别连接耦合器B的输入端和混频器C的输入端，所 述混频器C的输出端经模数转换器连接前馈控制器的输入端，所述前馈控制器 的输出端依次连接数模转换器A、混频器A，所述混频器A连接耦合器B的输 入端。

在具体实施时，上述前馈控制器可以选择图4所示的方式实现，即前馈控 制器可以包括依次连接的数字增益调节器B、延时调整器B、计算器、相位调 整器、数字增益调节器A，所述计算器输入端连接数字信号均分器的输出端， 所述数字增益调节器B输入端连接模数转换器的输出端，如图5所示所述计算 器包括减法器。

所述数字信号均分器将输入的数字信号等幅、等相位的分成两路信号，一 路信号直接输入前馈控制器，另一路信号依次经延时调整器A、数模转换器B、 混频器B、功率放大器作用后得到放大的模拟信号，所述放大的模拟信号经耦 合器A取样后再依次经混频器C、模数转换器、数字增益调节器B、延时调整 器B后与直接输入前馈控制器的信号在减法器进行减法运算后得到误差信号， 所述误差信号再依次经相位调整器、数字增益调节器A、数模转换器A、混频 器A后得到与放大的模拟信号幅度相等、相位相差180°的信号，此信号与放 大的模拟信号经耦合器B耦合后得到高线性信号。

在具体实施时，先将延时调整器A设置为零，调整延时调整器B以及数字 增益调节器B使得前馈控制器中的减法器输出只存在误差信号信息，设延时调 整器B的调整量为ΔT2。再调整延时调整器A、延时调整器B，使混频器A输 出的信号与功放输出的信号交调幅度相等、相位相差180°。此次调整延时调 整器A、延时调整器B应该同时，若延时调整器A的调整量为ΔT1，则延时调 整器B也再调节ΔT1，使最后总的调整量为ΔT1+ΔT2。最后将ΔT1写入延时 调整器A，ΔT1+ΔT2写入延时调整器B。

由于在实际工作时，温度的变化会造成各器件时延性质的变化，从而大大 影响系统的性能。因此，如图5所示，在所述计算器还设置了方差计算器，所 述方差计算器用于计算所述直接输入前馈控制器的信号和延时调整器B输出的 信号的方差，并判断所述方差是否大于预设值，若是，发送延时调整指令，延 时调整器A和延时调整器B接到指令后重新进行调整。调整的顺序为先调整延 时调整器B，再调节延时调整器A。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在 本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的权利要求保护范围之内。