射频功率放大器及其包络信号的处理方法、装置与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种射频功率放大器及其包络信号的处理方法、装置、用户终端、基站。

背景技术：

射频功率放大器是无线通信系统的重要组成部分，无线通信系统在发射之前，通过射频功率放大器来放大射频信号的功率，而后通过天线发射。

随着移动通信技术的发展，空间频谱拥挤。为了提高频谱利用率，各种新兴的无线通信制式纷纷采用高阶正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)。相比于传统的恒包络调制信号，高阶正交振幅调制具有较高的峰值均值功率比。此外，包括正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术、载波聚合等多载波技术的应用也会进一步提高发射信号的峰值均值功率比。

峰值均值功率比(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)，是指峰值功率与平均功率的比值。较大的峰值均值功率比表示，射频功率放大器较多地以低于峰值功率在工作。这会导致功耗利用率低的不良后果，且无用功率会转化为热能，从而也对设备的散热提出了更高的要求。

包络跟踪放大器，是基于包络跟踪(Envelope Tracking，ET)技术的射频功率放大器。包络跟踪技术是一种电源技术，可以根据瞬态功率追踪所需的电压，从而提高射频功率放大器的功耗利用率。

尤其是在目前发射信号的峰值均值功率比越来越高的今天，包络跟踪技术可以显著提高射频功率放大器处理峰值均值功率比较高的信号时的功耗利用率。

现有技术中存在多种基于包络跟踪技术的射频功率放大器，可参考公开号为：CN104521137A、CN104300915A、CN104221282A、CN104113285A、CN104124929A的中国专利申请。

以上述中国专利申请为例的现有技术方案，在进行硬件电路实现时具有较高的成本，同时耗电量也较大。如前所述，将包络跟踪技术用于射频功率放大器的初衷即是要降低功耗，如果增加的电路耗电量较大的话，就部分抵消了包络跟踪技术用于射频功率放大器的优势。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，如何降低包络处理过程中的功耗。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种射频功率放大器中包络信号的处理方法，包括：

提取包络信号；

通过基2运算对包络信号进行整形；

计算包络信号的dB2值；

对包络信号进行延时；

对包络信号进行缩放；

将包络信号的dB2值映射为电压信号；

将电压信号提升至射频功率放大器所需的电压，并输出至射频功率放大器。

可选的，所述提取包络信号包括：从经过非线性预畸变单元处理后的正交IQ信号中提取包络信号。

可选的，所述通过基2运算对包络信号进行整形包括：进行以下运算：

A_DTF＝A+A_F；

其中，A_F＝(2^-A<<d)>>d，d为整形因子。

可选的，所述计算包络信号的dB2值包括：进行以下运算：

A_dB2＝log₂(A_DTF)。

可选的，所述对包络信号进行延时包括：

对输入数据进行采样点延时；

对输入数据进行移位加操作；

对输入数据进行多相滤波；

延时参数为2的整数次幂形式。

可选的，所述延时参数为2的整数次幂形式包括：延时参数配置给移位器后，将多相滤波的结果累加输出，从而实现延时参数为2的整数次幂级别的小数延时。

可选的，采用延时控制器对包络信号进行延时，所述延时控制器包括整数延时控制器和小数延时控制器。

可选的，采用减法器对包络信号进行缩放。

可选的，采用减法器对包络信号进行缩放包括：从延时控制器的输出减去一个可配置的缩放因子，所述缩放因子通过下式计算：

A_Scl＝A_D-A_sub。

可选的，采用从功率到电压的查表电路将包络信号的dB2值映射为电压信号，所述查表电路采用以2为底对数的幅度作为表项指数。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种射频功率放大器中包络信号的处理装置，包括：包络信号提取单元、包络整形单元、dB2求取单元、延时控制单元、包络缩放单元、映射单元和电压配置单元；其中：

包络信号提取单元，适于提取包络信号；

包络整形单元，适于在所述包络信号提取单元执行操作之后，通过基2运算对包络信号进行整形；

dB2求取单元，适于在所述包络整形单元执行操作之后，计算包络信号的dB2值；

延时控制单元，适于在所述dB2求取单元执行操作之后，对包络信号进行延时；

包络缩放单元，适于在所述延时控制单元执行操作之后，对包络信号进 行缩放；

映射单元，适于在所述包络缩放单元执行操作之后，将包络信号的dB2值映射为电压信号；

电压配置单元，适于在所述映射单元执行操作之后，将电压信号提升至射频功率放大器所需的电压，并输出至射频功率放大器。

可选的，所述提取包络信号包括：从经过非线性预畸变单元处理后的正交IQ信号中提取包络信号。

可选的，所述通过基2运算对包络信号进行整形包括：进行以下运算：

A_DTF＝A+A_F；

其中，A_F＝(2^-A<<d)>>d，d为整形因子。

可选的，所述计算包络信号的dB2值包括：进行以下运算：

A_dB2＝log₂(A_DTF)。

可选的，所述对包络信号进行延时包括：

对输入数据进行采样点延时；

对输入数据进行移位加操作；

对输入数据进行多相滤波；

延时参数为2的整数次幂形式。

可选的，所述延时参数为2的整数次幂形式包括：延时参数配置给移位器后，将多相滤波的结果累加输出，从而实现延时参数为2的整数次幂级别的小数延时。

可选的，采用延时控制器对包络信号进行延时，所述延时控制器包括整数延时控制器和小数延时控制器。

可选的，采用减法器对包络信号进行缩放。

可选的，采用减法器对包络信号进行缩放包括：从延时控制器的输出减去一个可配置的缩放因子，所述缩放因子通过下式计算：

A_Scl＝A_D-A_sub。

可选的，采用从功率到电压的查表电路将包络信号的dB2值映射为电压信号，所述查表电路采用以2为底对数的幅度作为表项指数。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种射频功率放大器，所述射频功率放大器为基于包络跟踪技术的射频功率放大器，包括如上所述的射频功率放大器中包络信号的处理装置。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种用户终端，包括如上所述的射频功率放大器。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种基站，包括如上所述的射频功率放大器。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在包络处理过程中，避免对信号进行复杂的信号处理运算，例如避免使用实际功率dBm值运算、避免幅度缩放过程中的乘除法、避免求自然对数、避免使用滤波器等，从而降低了运算的复杂度，也降低了包络处理过程中的功耗。

进一步地，采用dB2表示法，并将包络信号的dB2值映射为电压信号，利用取log₂后的包络信号作为从功率到电压的查表的索引，运算中避免了使用实际功率dBm值，从而降低了运算复杂度和功耗。

进一步地，通过基2运算对包络信号进行整形，具体地，进行以下运算：A_DTF＝A+A_F，现有技术中包络整形电路的实现形式通常是：y＝x+a*e^-x/a，即相对于现有技术而言，避免了高复杂度的指数运算和乘除法运算，同时也降低了功耗。

进一步地，采用延时控制器对包络信号进行延时，避免了现有技术中使用滤波器而带来的高功耗。

进一步地，采用减法器对包络信号进行缩放，避免了现有技术中使用乘法器带来的高运算复杂度和高功耗。

附图说明

图1为本发明实施例中射频功率放大器中包络信号的处理方法流程图；

图2为本发明实施例中延时控制器的实现结构框图；

图3为本发明实施例中射频功率放大器中包络信号的处理装置结构框图。

具体实施方式

根据背景技术部分的分析可知，随着移动通信技术的发展，发射信号的峰值均值功率比越来越高，这会导致功耗利用率低的不良后果。包络跟踪技术可以显著提高射频功率放大器处理峰值均值功率比较高的信号时的功耗利用率。

现有技术中基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在进行硬件电路实现时具有较高的成本，同时耗电量也较大。如前所述，将包络跟踪技术用于射频功率放大器的初衷即是要降低功耗，如果增加的电路耗电量较大的话，就部分抵消了包络跟踪技术用于射频功率放大器的优势。

发明人对现有技术在包络处理过程中功耗较大的原因进行了分析研究后发现，现有技术之所以在进行硬件电路实现时功耗较大，是由于在包络处理过程中需要对信号进行复杂的信号处理运算，包括使用实际功率dBm(dB-milliWatt)值运算、幅度缩放过程中涉及乘除法运算、求自然对数、使用滤波器等。在此基础上，发明人提出了可以尽可能地在电路实现上避免上述运算，从而降低包络处理过程中的功耗。

为使本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下参照附图，通过具体实施例进行详细说明。

实施例一

如下所述，本发明实施例提供一种射频功率放大器中包络信号的处理方法。

参照图1所示的射频功率放大器中包络信号的处理方法流程图，以下通过具体步骤进行详细说明：

S101，提取包络信号。

包络信号处理通路与IQ数据通路平行设置。

经过IQ数据通路中的非线性预畸变单元处理后的正交IQ信号输入包络信号处理通路。

信号在包络信号处理通路中依次经过包络信号提取单元、包络整形单元、dB2求取单元、延时控制单元、包络缩放单元、映射单元和电压配置单元后，输出至射频功率放大器。

从经过非线性预畸变单元处理后的正交IQ信号中提取包络信号。

S102，通过基2运算对包络信号进行整形。

通过基2运算(以2为底的指数运算)对包络信号进行整形，从而限制电路最小值。

具体地，通过基2运算对包络信号进行整形包括：进行以下运算：

A_DTF＝A+A_F；

其中，A_F＝(2^-A<<d)>>d，d为整形因子。

即利用2的指数次幂形式的限底函数进行限底操作。

现有技术中，对包络信号进行整形的实现方式有：y＝x+a*e^-x/a。

本实施例中，通过基2运算对包络信号进行整形，从而避免了高复杂度的指数运算和乘除法运算，同时也降低了功耗(相对于以自然对数为底的指数运算而言，以2为底的好处在于简化运算和电路实现)。

S103，计算包络信号的dB2值。

本实施例在包络处理过程中采用dB2表示法，后续可以利用取log₂后的包络信号作为从功率到电压的查表的索引。

现有技术中对于从功率到电压的查表电路，查表的索引通常是dBm功率值或线性功率值。本实施例避免了使用实际功率dBm值运算，从而降低了包络处理过程的运算复杂度和功耗。

具体地，所述计算包络信号的dB2值包括：进行以下运算：

A_dB2＝log₂(A_DTF)。

S104，对包络信号进行延时。

可以采用延时控制器对包络信号进行延时，所述延时控制器可以包括整数延时控制器和小数延时控制器。

其中，所述小数延时控制器具体可以采用修改型Farrow结构实现。

本实施例中在传统Farrow结构基础上，省去了累加器及其控制部分，优化定点实现，达到可调整小数倍时延。

具体地，所述对包络信号进行延时包括：

对输入数据进行采样点延时；

对输入数据进行移位加操作；

对输入数据进行多相滤波；

延时参数为2的整数次幂形式。

在一个具体的实施例中，如图2所示，为延时控制器的实现结构框图，包括：单位延时序列，对输入数据进行采样点延时，单位延时序列与加法序列完成对输入数据的移位加操作，实现对输入数据的多相滤波，延时参数为2的整数次幂形式。其中，所述延时参数为2的整数次幂形式具体可以包括：延时参数配置给移位器后，将多相滤波的结果累加输出，从而实现延时参数为2的整数次幂级别的小数延时。

现有技术中对于延时电路，通常采用滤波器实现。本实施例中，采用延时控制器对包络信号进行延时，避免了现有技术中使用滤波器而带来的高功耗。

继续参照图1：

S105，对包络信号进行缩放。

可以采用采用减法器对包络信号进行缩放。

具体地，采用减法器对包络信号进行缩放包括：从延时控制器的输出减去一个可配置的缩放因子。其中，所述缩放因子通过下式计算：

A_Scl＝A_D-A_sub。

现有技术中对于包络缩放电路，通常采用乘法器实现。本实施例中，采 用减法器对包络信号进行缩放，避免了现有技术中使用乘法器带来的高运算复杂度和高功耗。

S106，将包络信号的dB2值映射为电压信号。

采用从功率到电压的查表电路将包络信号的dB2值映射为电压信号，所述查表电路采用以2为底对数的幅度作为表项指数。

在先前的步骤S103中，计算包络信号的dB2值，从而在步骤S106中可以在查表电路中采用以2为底对数的幅度作为表项指数。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，采用dB2表示法，并将包络信号的dB2值映射为电压信号，利用取log₂后的包络信号作为从功率到电压的查表的索引，运算中避免了使用实际功率dBm值，从而降低了运算复杂度和功耗。

S107，将电压信号提升至射频功率放大器所需的电压，并输出至射频功率放大器。

如前所述，射频功率放大器是无线通信系统的重要组成部分，例如基站、用户终端等均可以包含射频功率放大器。基于包络跟踪技术的射频功率放大器能够提高射频功率放大器的功耗利用率，尤其是在信号的峰值均值功率比较大的情况下，效果更为明显。

本实施例中，对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在包络处理过程中，避免对信号进行复杂的信号处理运算，例如避免使用实际功率dBm值运算、避免幅度缩放过程中的乘除法、避免求自然对数、避免使用滤波器等，从而降低了运算的复杂度，也降低了包络处理过程中的功耗。

实施例二

如下所述，本发明实施例提供一种射频功率放大器中包络信号的处理装置。

参照图3所示的射频功率放大器中包络信号的处理装置结构框图。图3中，上方301至307构成的通路为包络信号的处理装置，下方308至312构成的通路为IQ数据通路。可见，包络信号的处理装置与IQ数据通路平行设 置。包络信号的处理装置中的包络信号提取单元301接收来自于非线性预畸变单元308输出的信号，包络信号的处理装置中的电压配置单元307输出的信号用于调制射频功率放大单元312的电压输入。

所述射频功率放大器中包络信号的处理装置包括：包络信号提取单元301、包络整形单元302、dB2求取单元303、延时控制单元304、包络缩放单元305、映射单元306和电压配置单元307；其中各单元的主要功能如下：

包络信号提取单元301，适于提取包络信号；

包络整形单元302，适于在所述包络信号提取单元301执行操作之后，通过基2运算对包络信号进行整形；

dB2求取单元303，适于在所述包络整形单元302执行操作之后，计算包络信号的dB2值；

延时控制单元304，适于在所述dB2求取单元303执行操作之后，对包络信号进行延时；

包络缩放单元305，适于在所述延时控制单元304执行操作之后，对包络信号进行缩放；

映射单元306，适于在所述包络缩放单元305执行操作之后，将包络信号的dB2值映射为电压信号；

电压配置单元307，适于在所述映射单元306执行操作之后，将电压信号提升至射频功率放大器所需的电压，并输出至射频功率放大器。

在具体实施中，所述提取包络信号可以包括：从经过非线性预畸变单元处理后的正交IQ信号中提取包络信号。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在包络处理过程中，避免对信号进行复杂的信号处理运算，例如避免使用实际功率dBm值运算、避免幅度缩放过程中的乘除法、避免求自然对数、避免使用滤波器等，从而降低了运算的复杂度，也降低了包络处理过程中的功耗。

在具体实施中，所述通过基2运算对包络信号进行整形可以包括：进行 以下运算：

A_DTF＝A+A_F；

其中，A_F＝(2^-A<<d)>>d，d为整形因子。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，通过基2运算对包络信号进行整形，具体地，进行以下运算：A_DTF＝A+A_F，现有技术中包络整形电路的实现形式通常是：y＝x+a*e-x/a，即相对于现有技术而言，避免了高复杂度的指数运算和乘除法运算，同时也降低了功耗。

在具体实施中，所述计算包络信号的dB2值可以包括：进行以下运算：

A_dB2＝log₂(A_DTF)。

在具体实施中，所述对包络信号进行延时可以包括：

对输入数据进行采样点延时；

对输入数据进行移位加操作；

对输入数据进行多相滤波；

延时参数为2的整数次幂形式。

在具体实施中，所述延时参数为2的整数次幂形式可以包括：延时参数配置给移位器后，将多相滤波的结果累加输出，从而实现延时参数为2的整数次幂级别的小数延时。

在具体实施中，可以采用延时控制器对包络信号进行延时，所述延时控制器可以包括整数延时控制器和小数延时控制器。

其中，所述小数延时控制器具体可以采用修改型Farrow结构实现。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，采用延时控制器对包络信号进行延时，避免了现有技术中使用滤波器而带来的高功耗。

在具体实施中，可以采用减法器对包络信号进行缩放。

在具体实施中，采用减法器对包络信号进行缩放可以包括：从延时控制器的输出减去一个可配置的缩放因子，所述缩放因子通过下式计算：

A_Scl＝A_D-A_sub。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，采用减法器对包络信号进行缩放，避免了现有技术中使用乘法器带来的高运算复杂度和高功耗。

在具体实施中，可以采用从功率到电压的查表电路将包络信号的dB2值映射为电压信号，所述查表电路可以采用以2为底对数的幅度作为表项指数。

通过以上对技术方案的描述可以看出：本实施例中，采用dB2表示法，并将包络信号的dB2值映射为电压信号，利用取log₂后的包络信号作为从功率到电压的查表的索引，运算中避免了使用实际功率dBm值，从而降低了运算复杂度和功耗。

如前所述，图3中，下方308至312构成的通路为典型的IQ数据通路通路，IQ信号依次经过非线性预畸变单元308、发射器预矫正单元309、IQ整数时延单元310、射频发射单元311、射频功率放大单元312后输出。其中，经非线性预畸变单元308后输出的信号进入301至307所构成的包络信号的处理装置，射频功率放大单元312接收经射频发射单元311后的输出信号以及经所述包络信号的处理装置处理后输出的信号(包络信号的处理装置中电压配置单元307的输出信号用于调制射频功率放大单元312的电压输入)。

实施例三

如下所述，本发明实施例提供一种射频功率放大器。

所述射频功率放大器为基于包络跟踪技术的射频功率放大器。

与现有技术的不同之处在于，该射频功率放大器包括如本发明实施例中所提供的射频功率放大器中包络信号的处理装置。因而该射频功率放大器对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在包络处理过程中，能够避免对信号进行复杂的信号处理运算，例如避免使用实际功率dBm值运算、避免幅度缩放过程中的乘除法、避免求自然对数、避免使用滤波器等，从而降低了运算的复杂度，也降低了包络处理过程中的功耗。

该射频功率放大器可以应用于基站、用户终端等无线通信设备中。

实施例四

如下所述，本发明实施例提供一种用户终端。

与现有技术的不同之处在于，该用户终端包括如本发明实施例中所提供的射频功率放大器。因而该用户终端对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在包络处理过程中，能够避免对信号进行复杂的信号处理运算，例如避免使用实际功率dBm值运算、避免幅度缩放过程中的乘除法、避免求自然对数、避免使用滤波器等，从而降低了运算的复杂度，也降低了包络处理过程中的功耗。

在具体实施中，所述用户终端可以是智能手机。

实施例五

如下所述，本发明实施例提供一种基站。

与现有技术的不同之处在于，该基站包括如本发明实施例中所提供的射频功率放大器。因而该基站对于基于包络跟踪技术的射频功率放大器，在包络处理过程中，能够避免对信号进行复杂的信号处理运算，例如避免使用实际功率dBm值运算、避免幅度缩放过程中的乘除法、避免求自然对数、避免使用滤波器等，从而降低了运算的复杂度，也降低了包络处理过程中的功耗。

本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中，全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件来完成的，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。