擴展帶寬的數字多爾蒂發射機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明大致涉及數字多爾蒂(Doherty)發射機，尤其涉及擴展帶寬的數字多爾蒂發射機。
【背景技術】
[0002]為了應對越來越多的無線網絡用戶，現代無線通信標準(第3代以及以上)采用頻譜有效調制(spectrum efficient modulat1n)和訪問技術,例如正交幅度調制(QAM)、正交頻分多路復用(OFDM)和碼分多址(CDMA)。盡管這些技術允許過度擁擠的射頻(RF)頻譜的有效管理，它們還會導致具有高峰值平均功率比(PAPR)特性的高度不同的包絡信號產生。為了避免在功率放大期間由于失真而信號切斷以及所發射信息損失，發射機應當處理所發射信號的峰值，雖然其通常以遠遠低于平均功率水平運作。因此，無線發射機的功率放大器(PA)被迫在從其飽和點大幅回退處運作,在該飽和點處，PA的功率效率大幅下降。
[0003]用于增強回退輸出功率區域處的效率的普及功率放大結構是多爾蒂放大器結構。從根本上，多爾蒂放大器由以下組成:1) 一個主放大器(一般指的是載波放大器)，其在類別AB中運作并且針對所有輸入信號等級執行信號放大，2)至少一個輔助放大器(一般指的是峰值放大器)，其在類別C中運作并從預先限定的信號等級開始執行信號放大，3)用于在載波放大器和峰值放大器之間分配輸入信號的輸出模擬功率分配器，4)用于合成載波放大器和峰值放大器的輸出的非隔離式多爾蒂輸出功率合成器,其包括四分之一波長轉換器，以及5)插入在峰值放大器和/載波放大器的輸入處的50歐姆線，用以平衡多爾蒂放大器的支路之間的延遲。非隔離式功率合成器的使用啟動主動負載機制，其基于通過由峰值放大器觸發的阻抗調制動態地改變施加給載波放大器的負載。這容許載波放大器有效運作，直到其達到其最佳負載，而峰值放大器同時促成多爾蒂放大器的輸出功率。
[0004]事實上，由一個載波放大器和一個峰值放大器組成的兩級多爾蒂放大器和由一個載波放大器和兩個峰值放大器組成的三級多爾蒂放大器在基于多爾蒂的RF發射機中是最常用的結構。四級和更高等級多爾蒂放大器的實際實施方式是罕見的，并且其性能無法完全令人信服。主要原因在于與兩級或三級多爾蒂放大器結構相比，這種實施方式相當復雜的設計和過高的成本并沒有顯著的性能改善。
[0005]理想地，兩級(三級)多爾蒂放大器具有兩個(三個)最大效率點，其位于相對于飽和輸出功率點至多6dB(12dB)的輸出功率回退范圍內。這一特征使得兩級和三級多爾蒂放大器成為用于第3代以及以上的無線通信應用中的功率放大的最合適結構，其中調制信號的PAPR通常在6-12dB范圍之間。在實踐中，當PAPR為大約或略微高于6dB時，兩級多爾蒂放大器更合適，當信號的PRPR顯著高于6dB時，三級多爾蒂放大器更合適。這種優越性能的獲得需要擬完全負載調制機制，由于兩級或三級多爾蒂放大器的RF模塊中針對固有硬件減損的限制，其不太可能在完全模擬的實施方式中發生。
[0006]在兩級或三級多爾蒂放大器的情況下，載波放大器和一個或兩個峰值放大器的運作類別中的差異導致多爾蒂放大器的輸出支路之間的復雜增益波動。由此，來自載波放大器的輸出信號振幅和來自峰值放大器的輸出信號振幅不與管理多爾蒂放大器的正確運作的理想電流分布匹配。其轉化為不完善的負載調制機制和降低的效率。
[0007]在多種設備(晶體管)技術(例如高電子遷移率晶體管(HEMT)和氮化鎵(GaN)等)中，載波放大器和峰值放大器之間偏置條件的不同導致多爾蒂放大器的輸出支路內的功率依賴性和高非線性相位偏差，其引起嚴重的輸出功率損失、不充分的負載調制以及降低的效率。
[0008]與多爾蒂PA相關的另一問題是狹窄的帶寬性能。確實，由于對使用四分之一波長阻抗變換器來設計輸出功率合成器的需要，多爾蒂PA的效率隨著運作的頻率偏離多爾蒂PA的設計頻率(&)而顯著下降，這非常限制其帶寬。
【發明內容】
[0009]在本發明的一個方面，數字多爾蒂發射機具有基帶信號處理模塊，該基帶信號處理模塊包括數字預失真單元、適應性數字信號分配單元以及數字相位對準單元；信號上變頻模塊；RF功率放大模塊，該RF功率放大模塊包括載波放大器和一個或兩個峰值放大器；以及RF多爾蒂合成網絡，RF多爾蒂合成網絡的拓撲結構是預先限定的，并且其基于多爾蒂放大器系統的級別及其峰值放大器的開啟點的設置。
[0010]在本申請的描述中，三級多爾蒂放大器將被使用。應當注意，包括一個峰值放大器的兩級多爾蒂放大器可以被認為是具有兩個峰值放大器的三級多爾蒂放大器結構的簡單和特別情況的一種情形。
[0011]在本發明的另一方面，數字多爾蒂發射機包括基帶信號處理模塊，該基帶信號處理模塊包括數字預失真單元、適應性數字信號分配單元以及數字相位對準單元；信號上變頻模塊，信號上變頻模塊包括三個數模轉換器(DAC)和三信道上變頻器或三個單信道上變頻器；RF功率放大模塊，該RF功率放大模塊包括載波放大器和兩個峰值放大器；以及RF多爾蒂合成網絡，其包括四分之一波長阻抗變換器，該RF多爾蒂合成網絡的拓撲結構是預先限定的，并且其基于多爾蒂放大器的級別數、模式和運作順序。
[0012]參考以下附圖、描述和權利要求，本發明適用的進一步的范圍將變得清晰可見。應當理解為，具體的描述和特定的示例雖然指示本發明的優選實施例，其僅僅是為了說明的目的而非意在限制本發明的范圍。
【附圖說明】
[0013]通過具體描述和附圖，本發明將變得更加被完全理解，其中:
[0014]圖1是根據本發明的一個示例實施例的數字多爾蒂發射機結構的框圖；
[0015]圖2是示出圖1的結構的具體框圖的一個實施例，其使用單個三信道上變頻器；
[0016]圖3是示出圖1的結構的具體框圖的一個替換實施例，其使用三個單個信道上變頻器；
[0017]圖4是本發明的一個示例實施例的可能的信號分配方案的一個示例；
[0018]圖5是本發明的一個示例實施例的可能的相位對準機制的一個示例；
[0019]圖6是現有技術的框圖；
[0020]圖7是現有技術的線路圖；
[0021]圖8是示出在圖7的電路的基頻處理想輸出電流分布的圖表；
[0022]圖9是根據圖2中所示的本發明的示例實施例的線路圖；
[0023]圖10是根據本發明的一個示例實施例的結構的框圖，其中RF功率放大模塊僅具有一個峰值放大器；
[0024]圖11是圖10中所示的本發明結構的另一實施例，其中RF功率放大模塊僅具有一個峰值放大器以及雙信道上變頻器；
[0025]圖12是根據圖11中所示的本發明的一個示例實施例的線路圖；
[0026]圖13是圖10的結構的另一可能的框圖，其中RF功率放大模塊僅具有一個峰值放大器以及兩個單信道上變頻器；
[0027]圖14是示出由基帶處理模塊的數字信號分配單元執行的數字適應性信號分配算法的運行步驟的流程圖；
[0028]圖15是示出基帶處理模塊的數字相位對準單元的數字相位對準算法的運行步驟的流程圖；
[0029]圖16是基帶處理模塊的數字預失真單元的數字預失真(DPD)算法的運行步驟的流程圖；
[0030]圖17是示出本發明的基帶信號處理模塊的步驟的流程圖；
[0031]圖18是根據本發明的一個實施例在適應性模式中使用時的結構的框圖，其中高方向性I禹合器在RF功率放大模塊的輸出處被使用；
[0032]圖19是圖10的結構的框圖，其中高方向性耦合器在RF功率放大模塊的輸出處被使用；
[0033]圖20是與本發明的示例實施例的實踐實施方式比較的現有技術的測量性能；
[0034]圖21是與本發明的示例實施例的實踐實施方式比較的現有技術的另一測量性倉泛;
[0035]圖22是與本發明的示例實施例的實踐實施方式比較的現有技術的模擬性能；
[0036]圖23是本發明的示例實施例的實踐實施方式在頻譜方面的測量性能。
【具體實施方式】
[0037]優選實施例的以下描述實質上僅僅是示例性的，并且絕非是意在限制本發明、其應用或用途。
[0038]概括而言，本發明的一個實施例提供用于無減損運行的多支路數字多爾蒂發射機結構以及數字信號處理算法和線性化的三級多爾蒂放大器。
[0039]如圖1-3所示，針對數字多爾蒂發射機的特定運作模式來說，從初始基帶信