专利名称：无线通信系统中的多载波功率放大器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及无线通信系统中的功率放大器。
背景技术：
在通信系统中，功率放大器应用十分普遍。功率放大器的任务是放大输入信号，使之达到足够高的功率电平，以满足发射天线或负载单元的要求。实际上它不仅应用在各种类型发射机中，许多电子设备如高频换流器及微波功率源等也广泛用到它。
发射机各级高频放大器的输出功率小的从几十毫瓦到几百毫瓦，高的可以达到几十瓦、几百瓦以至几千瓦。放大器的输出功率大小不同意味着它的输入信号大小相差也很大。以双极型晶体管为例，当输入信号较小时，整个信号周期中晶体管都工作在它的放大区，这种状态称为甲类功率放大。当输入信号很大时，为了提高放大器的集电极效率和输出功率，晶体管要工作在截止区，即发射结、集电结都处于反向偏置状态，这种状态称为乙类放大或丙类放大。所谓乙类放大是指晶体管集电极电流只能在半个周期内通过，而丙类放大时集电极电流的导通时间小于半个高频周期。丙类放大的效率高，且输出功率可以很大，因此射频放大时常用丙类放大。
功率放大器的一个主要特点是工作在大信号的非线性状态。
随着通信技术的发展，特别是第三代通信系统的开发应用及蓝牙技术的研发涌现，要求功率放大器，特别是射频功率放大器有很好的线性特性，而用来表示线性特性的参数往往是交调信号(IMD)的功率电平。这是由于功率放大器是一种非线性器件，不管其工作在线性区，还是在非线性区，都会产生非线性产物，只不过工作在线性区时，非线性产物功率电平较低，一般只考虑其三阶IMD分量即可；而当其工作在非线性区，其非线性产物功率电平就很高，此时，五阶IMD分量甚至七阶IMD分量都必须予以考虑。
如果一个通信系统的功率放大器的线性特性得不到提高，则会产生严重的IMD分量及频谱泄漏，带来信号间的相互干扰，影响通讯的质量及降低通讯系统的容量。如何提高系统的线性度是通信系统亟待解决的一个问题。
当前的技术通常采用以下两种方法来解决通信系统的线性度问题第一种方法是将功率放大器进行功率回退，使放大器工作在线性区，这种方法大大降低了放大器的工作效率，增加了系统的成本，同时可能引起比较严重得散热问题；第二种方法是采用线性化技术，利用适当的外围电路，对发信通道的非线性特性进行校正，从而在电路整体上呈现对输入信号的线性放大效果。后一种方法避开了难度很大的器件制造技术，从器件的外部电路着手，采用成本相对较低的器件组成校正电路，这种方式不但形式多样，而且器件的选择也较灵活，因此目前受到普遍采用。这种方法中，最有效的是前馈式和预失真两种方式。
下面先结合附图1说明前馈式功率放大器。
前馈式功率放大器主要由耦合器110、111、112、113、114、115，衰减器120、121，主功放(MPA)130，延迟器140、141，误差功放(EPA)150、反馈通道160和线性算法模块170组成。其中，由耦合器110、111、112，衰减器120，MPA130和延迟器140组成的LOOP1所实现的主要功能是提取信号通过主功放MPA130后所产生的IMD信号；由耦合器111、112、113、114，衰减器121，延迟器141，EPA150组成的LOOP2所实现的主要功能是放大IMD抵消载波中的IMD，使输出的信号较为纯净，从而改善放大器的线性度。假设多载波信号100为待放大的信号。通过耦合器110分为两路送入LOOP1。其中一路送入放大器MPA 130。由于MPA 130的非线性，输出信号101便有了杂散IMD。经过耦合器111取出一部分信号与从延迟器140送来的没有杂散的载波在耦合器112会合。调节D1、D2矢量衰减器120的幅度和相位，使到达耦合器112的两路载波信号幅度相等相位相反，这样LOOP1就提供给我们信号102，理论上它只是含有IMD。实际过程中，信号102的精度主要取决于矢量衰减器的D1、D2的精细调节，而D1、D2的值是由自动控制装置根据检测接收机收到的信息进行计算、处理得到的，该信息包含了载波对消的程度。所提取的IMD信号通过误差放大器EPA 150进行放大后通过耦合器114和被放大过的带有IMD的载波进行抵消，得到被消除IMD的、被放大的载波信号103，其抵消精度通过检测接收机接收IMD，送入自动控制装置处理来调节矢量衰减器121的D3、D4，使到达耦合器114的IMD信号和载波信号中含有的IMD信号幅度相等相位相反。最后达到改善MPA130输出的IMD的目的。窄带接收机通过单刀双掷开关K1轮流检测LOOP1和LOOP2对消后的载波和IMD，K1由自动控制单元同步控制在LOOP1和LOOP2之间轮流转换。
下面结合附图2说明预失真功率放大器。
预失真功率放大器主要包括射频预失真和基带预失真两种。如图2所示，假设初始信号200输入，经过加法器210后送入功率放大器220，输出的是被放大后的信号201。由于功率放大器的非线性，信号201中包含IMD，即图中信号201中的虚线部分。预失真器230产生和信号201虚线部分反向的IMD信号202，经过加法器210和功率放大器220，成为IMD信号203。IMD信号203和功率放大器220产生的IMD进行抵消，使得最终的输出的信号204中的IMD减小到满足要求。
前馈式和预失真是两种有效的改善系统线性特性的方法，然而在现代无线通讯系统中，为了降低成本和使系统结构更加紧凑，系统更加趋于采用多载波结构。如附图3所示，多载波结构由调制器300、混合器310、高速数模转换器320、多载波发射机(MTX)330、放大器340和陷波器350依次串联组成。其中，调制器300用于对数据进行调制，即将信号调制于载波之上；混合器310用于混合多路调制后的数据；高速数模转换器320用于将已调数据转换为多载波信号，该多载波信号频率通常较低；MTX330用于将低频段的多载波信号变换成多载波射频信号；放大器340用于放大MTX330所输出的多载波射频信号，使其达到足够的功率电平；陷波器350是一种带阻滤波器，用于去除放大器340输出信号中的IMD分量，使得输出端只有信号通过，并送到天线上发射出去。
在实际应用中，上述方案存在以下问题在当前的无线蜂窝网络中，无线网络是由大量基站组成，这些基站的频道配置大多是不相同的，例如在宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access，简称″WCDMA″)系统中，发射频率对应2110MHz至2170MHz的频段，该频段又将分配给不同的运营商，每个运营商的大量的基站中的频率配置存在各种的组合，这些不同的频率配置通过放大器后将产生不同的IMD模式。为了消除IMD，就必须设计和生产很多各不相同的陷波器，造成产品的品种过多、库存增加等问题。另外，在日常运作过程中，若同一基站的载频增加或进行调整时，使得工作频率发生变化，此时原有的陷波器将不能继续使用，需要更换新的陷波器，造成资源的浪费。
造成这种情况的主要原因在于，陷波器的阻带是固定的，使用现有陷波器的功率放大器系统只能工作于单一固定的频率。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无线通信系统中的多载波功率放大器，使得该功率放大器在无须更换任何模块的条件下也能适应任意配置的频率。
为实现上述目的，本发明提供了一种无线通信系统中的多载波功率放大器，包含相互连接的放大器和陷波器，其中，所述放大器用于对接收到的多载波信号进行功率放大，并输入到所述陷波器；所述陷波器用于对所述放大器输出的信号进行滤波，去除其中的交调成分，所述陷波器的陷波参数是可调的；并且，所述多载波功率放大器还包含控制器，用于根据载波配置的变动，调整所述陷波器的陷波参数。
其中，所述陷波参数包含陷波频率、带宽或衰减量。
所述陷波器包含一个或多个串连的子器件，每一个所述子器件是可调子滤波器、固定子陷波器或固定子滤波器中的任意一种。
所述可调子滤波器的陷波参数通过变容二极管、或PIN管、或射频开关、或铁氧体、或YIG球进行调整。
所述可调子滤波器通过导体空腔、或介质谐振器、或超导滤波器、或可变(机械可变或电控可变)介电常数、或YIG球、或高Q值的LC元件等来实现。
所述可调子滤波器的形式可以是波导、或同轴线、或平面微带线。
所述平面微带线可以为微带型、或悬置微带型、或带状线、或鳍线。
还包含至少一个调制器、混合器、数模转换器和多载波发射机，其中所述调制器用于对输入信号进行调制，混合器用于对来自所述调制器的调制信号进行混合，所述数模转换器用于将来自混合器的混合后的信号转换为多载波信号，所述多载波发射机将所述多载波信号转换为多载波射频信号，并输出到所述放大器。
通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的区别在于，本发明将多载波信号直接送入放大器进行放大后，利用可调陷波器除去从放大器输出端的IMD信号。该可调陷波器在控制器的操控下，能根据载波配置的不同，自动调整陷波的频率和带宽。
这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即本发明能适用于任意配置载波信号的功率放大，具有高度的灵活性和通用性；在载波信号发生改变的情况下，也无需更换器件，节省资源和工作量；省去信号和IMD信号的反馈电路，节省器件和成本；结构简单，体积小，易于实现小型化。
图1是现有技术中一种前馈式功率放大器的电路图；图2是现有技术中一种预失真功率放大器的电路图；图3是现有技术中一种多载波功率放大器的示意图；图4是根据本发明的一个实施例的频段A中各种载波组合模式及产生相应IMD信号的示意图；图5是根据本发明的一个实施例的适用于任意载波配置的功率放大器的结构图；图6是根据本发明的一个实施例的载波配置变化前用可调陷波器进行陷波的示意图；图7是根据本发明的一个实施例的载波配置变化后用可调陷波器进行陷波的示意图；图8是根据本发明的一个实施例的使用子滤波器和子陷波器串接成可调陷波器的示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。
首先说明本发明的基本原理。本发明使用可调的陷波器取代原来只能工作在固定频率的陷波器，并增加控制器，以根据载波配置的变动，调整所述陷波器的陷波参数。在本发明中，陷波参数包含陷波频率、带宽或衰减量。
如前所述，当前无线蜂窝网络中，基站的频率配置存在多种组合。如图4所示，假设频段A中可使用1#载波、2#载波和3#载波，横坐标为频域，标号400至412表示IMD信号。当采用不同的载波组合时，将会产生不同频率的各种IMD信号。如使用1#载波时产生IMD信号400和401；使用2#载波时产生IMD信号402和403；使用3#载波时产生IMD信号404和405；使用1#载波和2#载波时产生IMD信号406和407；使用2#载波和3#载波时产生IMD信号408和409；使用1#载波和3#载波时产生IMD信号410、411和412。
为了抑制上述各种不同的IMD信号，可使用本发明所述的多载波功率放大器。如附图5所示，该多载波功率放大器由调制器300、混合器310、高速数模转换器320、多载波发射机(MTX)330、放大器340、可调陷波器500和控制器510组成。其中，调制器300、混合器310、高速数模转换器320、MTX330、放大器340和可调陷波器500是依次串联而成的；可调陷波器500由一系列子陷波器组成，分别对不同的频率位置进行陷波；而控制器510与调制器300、混合器310位于同一模块内，用于收集载波的信息，与此同时它还和可调陷波器500中的各个子陷波器相连，用于根据载波信息控制陷波器的陷波频率。值得说明的是，该系统可能还需要诸如隔离器等辅助器件，它们可放置于放大器340或可调陷波器500中，熟悉本领域的技术人员可以理解，这并不影响本发明的实质和范围。
下面说明本发明所述的多载波功率放大器的动态工作过程。
当无线通信系统的载波配置出现不同时，载波的IMD信号出现的位置也会不同。控制器510将收集有关载波的信息，然后控制可调陷波器500中的各个子陷波器，使得各个陷波点的频率根据需要进行移动，这样可调陷波器500的各个陷波带总是对准需要进行陷波的频率位置，从而适应载波配置变化。
下面结合附图6、附图7说明本发明的一个较佳实施例。
在某无线通信系统中，包含频段A、B、C。假设频段B可使用1#载波、2#载波和3#载波。在初始运行阶段，如图6所示，使用2#载波配置，产生IMD信号600和601。可调陷波器500包含3个子陷波器5001、5002和5003。其中，子陷波器5002固定地用于抑制频段A和频段C的IMD信号；而子陷波器5001和5003则是受控可变的，它们根据控制器510的指示来调整陷波的频率位置、带宽等，以满足不同配置时的需求。因此，在初始运行阶段，子陷波器5001用于抑制1#载波所对应频段内的IMD信号600，子陷波器5003用于抑制3#载波所对应频段内的IMD信号601。然而，随着用户数量增加，需要在频段B中增加载波，并要调整载波配置为使用1#载波和3#载波，如附图7所示。此时子陷波器5002继续固定地抑制频段A和频段C的IMD信号；子陷波器5001则根据控制器510的要求，变为抑制2#载波所对应频段内的IMD信号603；子陷波器5003则可闲置或根据控制器510的要求抑制其他频段内的IMD信号。值得说明的是，如本实施例所述，可调陷波器500可由固定子陷波器和可变子陷波器组合而成，固定的子陷波器只负责固定频段的陷波，可变子陷波器则可根据控制器510的控制，改变陷波的频率和带宽。固定的子陷波器和可变的子陷波器的任何组合方式均不影响本发明的实质和范围。
对于诸如固定子陷波器等个别子陷波器，可以采用子滤波器来代替。值得说明的是，一般的陷波器都是适合于串接的，而一般的滤波器都是适合于并接的，因此这里用于替代子陷波器的子滤波器也需与其余子陷波器串联连接。作为本发明的一个较佳实施例，图8中可调陷波器500可由子陷波器5001和5002以及子滤波器800串联而成。子滤波器800代替了图7中子陷波器5002，用于固定地抑制频段A和频段C的IMD信号。也就是说，本发明所述的可调陷波器可以是子陷波器的组合，也可以是子陷波器和子滤波器的组合。
对于可变子陷波器，它的陷波频率、带宽和衰减幅度等参数都是可变的。这些参数的改变可通过变容二极管(Varactor)、PIN管、射频开关、铁氧体可变(机械可变或电控可变)介电常数、或YIG球等实现，也可通过步进电机调整螺杆的进退或插片的旋转来实现。
熟悉本领域的技术人员可以理解，上述陷波器的形式包括但不限于有波导、同轴线和各种形式平面微带线如微带型、悬置微带型、带状线、鳍线等。可变陷波器可用导体空腔、介质谐振器、超导滤波器、YIG球和高Q值的LC元件等来实现。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种无线通信系统中的多载波功率放大器，包含相互连接的放大器和陷波器，其中，所述放大器用于对接收到的多载波信号进行功率放大，并输入到所述陷波器；所述陷波器用于对所述放大器输出的信号进行滤波，去除其中的交调成分，其特征在于，所述陷波器的陷波参数是可调的；并且，所述多载波功率放大器还包含控制器，用于根据载波配置的变动，调整所述陷波器的陷波参数。
2.根据权利要求1所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，所述陷波参数包含陷波频率、带宽或衰减量。
3.根据权利要求1或2所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，所述陷波器包含一个或多个串连的子器件，每一个所述子器件是可调子滤波器、固定子陷波器或固定子滤波器中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，所述可调子滤波器的陷波参数通过变容二极管、或PIN管、或射频开关、或铁氧体、或机械可变介电常数、或电控可变介电常数、或YIG球等进行调整。
5.根据权利要求3所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，所述可调子滤波器通过导体空腔、或介质谐振器、或超导滤波器、或YIG球、或高Q值的LC元件等来实现。
6.根据权利要求3所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，所述可调子滤波器的形式可以是波导、或同轴线、或平面微带线。
7.根据权利要求6所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，所述平面微带线可以为微带型、或悬置微带型、或带状线、或鳍线。
8.根据权利要求3所述的无线通信系统中的多载波功率放大器，其特征在于，还包含至少一个调制器、混合器、数模转换器和多载波发射机，其中所述调制器用于对输入信号进行调制，混合器用于对来自所述调制器的调制信号进行混合，所述数模转换器用于将来自混合器的混合后的信号转换为多载波信号，所述多载波发射机将所述多载波信号转换为多载波射频信号，并输出到所述放大器。
全文摘要
本发明涉及无线通信领域，公开了一种无线通信系统中的多载波功率放大器，使得该功率放大器在无须更换任何模块的条件下也能适应任意配置的频率。这种无线通信系统中的多载波功率放大器中，将多载波信号直接送入放大器进行放大后，利用可调陷波器除去从放大器输出端的IMD信号。该可调陷波器在控制器的操控下，能根据载波配置的不同，自动调整陷波的频率和带宽。
文档编号H04B7/005GK1845451SQ200510034129
公开日2006年10月11日 申请日期2005年4月8日 优先权日2005年4月8日
发明者李亚锐 申请人:华为技术有限公司