功率放大系统、方法及装置与流程

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种功率放大系统、方法及装置。

背景技术：

面对日益激烈的市场竞争，基站产品的高效率化已经成为行业竞争的焦点，目前基站功放最为广泛应用的一种成熟技术就是Doherty技术，其优点为功放尺寸小，成本低，回退效率高，目前大部分功放厂家都已开始批量生产应用Doherty功放。但随着第三代移动通信技术(the 3th Generation mobile communication technology，简称为3G)，第四代移动通信技术(the 4th Generation mobile communication technology，简称为4G)甚至第五代移动通信技术(the 5th Generation mobile communication technology，简称为5G)技术的发展，即使是同一种信号制式，多模混模配置也变化繁多，其对应的信号峰均比更是大小不一，传统的Doherty功放设计便是根据特定的信号峰均比，设计来兼容特定制式的功放方案，目前的基站设计均属此类。但通常运营商需要的基站产品是可以满足多种信号制式、并高效节能的，他们并不希望频繁更换硬件产品。那么如何使通信基站可以兼容多种信号峰均比且绿色节能呢？这便成了设备制造商和运营商最为关心的问题，图1是相关技术中的Doherty功率放大器结构示意图，如图1所示，该Doherty功率放大器由2个功放组成：一个主功放，一个辅助功放，主功放工作在B类或者AB类，辅助功放工作在C类。两个功放的功率合成与阻抗变换是采用四分之一波长的35欧姆线实现25欧姆-50欧姆阻抗变换。但是采用该Doherty功率放大器无法解决相关技术中存在的上述问题。

针对相关技术中存在的无法兼容不同信号峰均比的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明提供了一种功率放大系统、方法及装置，以至少解决相关技术中存在的无法兼容不同信号峰均比的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种功率放大系统，包括载波功率放大器，还包括：两个以上峰值功率放大器和输出功率合成及阻抗变换网络电路，其中，所述输出功率合成及阻抗变换网络电路中包括两个以上分别对应于所述两个以上峰值功率放大器的匹配网络电路，所述两个以上峰值功率放大器用于和与所述两个以上峰值功率放大器对应的匹配网络电路、所述载波功率放大器配合放大不同峰均比信号的功率。

可选地，所述功率放大器还包括控制电路，其中，所述控制电路用于根据输入信号的峰均比从所述两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器，并控制与选择的所述峰值功率放大器对应的匹配网络电路的导通。

可选地，所述功率放大器还包括第一大功率开关电路和第二大功率开关电路，其中，所述第一大功率开关电路与所述两个以上峰值功率放大器的输入端连接，所述第二大功率开关电路与所述两个以上峰值功率放大器的输出端连接，所述控制电路通过所述第一大功率开关电路和所述第二大功率开关电路从所述两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器。

根据本发明的另一方面，提供了一种功率放大方法，包括：确定输入信号的峰均比；根据所述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器；利用选择的所述峰值功率放大器和所述功率放大系统中的载波功率放大器放大所述输入信号的功率。

可选地，根据所述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器包括：根据所述输入信号的峰均比通过控制所述两个以上峰值功率放大器的输入和输出的方式从所述功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器。

可选地，在根据所述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器之后，还包括：根据选择的峰值功率放大器控制所述功率放大系统的功率合成及阻抗变换网络电路中与选择的所述峰值功率放大器对应的匹配网络电路的导通，其中，所述功率合成及阻抗变换网络电路中包括两个以上匹配网络电路，所述两个以上匹配网络电路分别对应于所述两个以上峰值功率放大器。

根据本发明的另一方面，提供了一种功率放大装置，包括：确定模块，用于确定输入信号的峰均比；选择模块，用于根据所述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器；放大模块，用于利用选择的所述峰值功率放大器和所述功率放大系统中的载波功率放大器放大所述输入信号的功率。

可选地，所述选择模块包括：选择单元，用于根据所述输入信号的峰均比通过控制所述两个以上峰值功率放大器的输入和输出的方式从所述功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器。

可选地，所述装置还包括：控制模块，用于根据选择的峰值功率放大器控制所述功率放大系统的功率合成及阻抗变换网络电路中与选择的所述峰值功率放大器对应的匹配网络电路的导通，其中，所述功率合成及阻抗变换网络电路中包括两个以上匹配网络电路，所述两个以上匹配网络电路分别对应于所述两个以上峰值功率放大器。

根据本发明的另一方面，还提供了一种功率放大系统，包括上述任一项所述的装置。

通过本发明，采用两个以上峰值功率放大器和输出功率合成及阻抗变换网络电路，其中，所述输出功率合成及阻抗变换网络电路中包括两个以上分别对应于所述两个以上峰值功率放大器的匹配网络电路，所述两个以上峰值功率放大器用于和与所述两个以上峰值功率放大器对应的匹配网络电路、所述载波功率放大器配合放大不同峰均比信号的功率。解决了相关技术中存在的无法兼容不同信号峰均比的问题，进而达到了兼容不同信号峰均比，实现在不同制式峰均比下均能达到最高效率的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中的Doherty功率放大器结构示意图；

图2是根据本发明实施例的第一种功率放大系统的结构框图；

图3是根据本发明实施例的第一种功率放大系统的优选结构框图一；

图4是根据本发明实施例的第一种功率放大系统的优选结构框图二；

图5是根据本发明实施例的功率放大方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的功率放大装置的结构框图；

图7是根据本发明实施例的功率放大装置中选择模块64的结构框图；

图8是根据本发明实施例的功率放大装置的优选结构框图；

图9是根据本发明实施例的第二种功率放大系统的结构框图；

图10是根据本发明实施例的Doherty功放效率随功率回退的曲线示意图；

图11是根据本发明实施例的Doherty功放架构图；

图12是根据本发明实施例的功率合成及阻抗变换网络的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

图2是根据本发明实施例的第一种功率放大系统的结构框图，如图2所示，该功率放大系统包括载波功率放大器22，还包括：两个以上峰值功率放大器24和输出功率合 成及阻抗变换网络电路26，其中，该输出功率合成及阻抗变换网络电路26中包括两个以上分别对应于上述两个以上峰值功率放大器的匹配网络电路28，该两个以上峰值功率放大器24用于和与该两个以上峰值功率放大器对应的匹配网络电路28、载波功率放大器22配合放大不同峰均比信号的功率。其中，上述的各模块的连接关系可以为：载波功率放大器22和两个以上峰值功率放大器24并联连接至输出功率合成及阻抗变换网络电路26。具体可参见图2(图2以三个峰值功率放大器为例说明，图2中的三个峰值功率放大器都用编号24进行表示，在实际应用时，三个峰值功率放大器可以是互不相同的)。

图3是根据本发明实施例的第一种功率放大系统的优选结构框图一，如图3所示，该功率放大系统除包括图2所示的所有模块(即，图2中的各个放大器及电路)外，还包括控制电路32，下面对该系统进行说明。

控制电路32，连接至上述两个以上峰值功率放大器24和输出功率合成及阻抗变换网络电路26，用于根据输入信号的峰均比从上述两个以上峰值功率放大器24中选择峰值功率放大器，并控制与选择的该峰值功率放大器对应的匹配网络电路的导通。

图4是根据本发明实施例的第一种功率放大系统的优选结构框图二，如图4所示，该系统除包括图3所示的所有模块(即，图3中的各个放大器及电路)外，还包括第一开关42和第二开关44，下面对该系统进行说明。

该第一开关42与上述两个以上峰值功率放大器24的输入端连接，该第二开关44与上述两个以上峰值功率放大器24的输出端连接，上述控制电路32通过第一开关42和第二开关44从两个以上峰值功率放大器24中选择峰值功率放大器。

在本实施例中提供了一种功率放大方法，图5是根据本发明实施例的功率放大方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：

步骤S502，确定输入信号的峰均比；

步骤S504，根据该输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器；

步骤S506，利用选择的峰值功率放大器和功率放大系统中的载波功率放大器放大上述输入信号的功率。

从上述步骤可知，功率放大系统中包括两个以上峰值功率放大器，根据输入信号的峰均比可以从该两个以上峰值功率放大器中选择满足要求的峰值功率放大器，从而可以实现放大不同峰均比信号的功率。从而解决了相关技术中存在的无法兼容不同信号峰均比的问题，进而达到了兼容不同信号峰均比，实现在不同制式峰均比下均能达到最高效率的效果。

在一个可选的实施例中，根据上述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰 值功率放大器中选择峰值功率放大器包括：根据该输入信号的峰均比通过控制上述两个以上峰值功率放大器的输入和输出的方式从该功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器。当然该种选择峰值功率放大器的方式仅仅是一种实例，还可以采用其他的方式进行选择，在此，不一一列举。

在一个可选的实施例中，在根据上述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器之后，还包括：根据选择的峰值功率放大器控制功率放大系统的功率合成及阻抗变换网络电路中与选择的该峰值功率放大器对应的匹配网络电路的导通，其中，该功率合成及阻抗变换网络电路中包括两个以上匹配网络电路，该两个以上匹配网络电路分别对应于上述两个以上峰值功率放大器。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种功率放大装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本发明实施例的功率放大装置的结构框图，如图6所示，该装置包括确定模块62、选择模块64(对应于上述的控制电路32)和放大模块66，下面对该装置进行说明。

确定模块62，用于确定输入信号的峰均比；选择模块64，连接至上述确定模块62，用于根据上述输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器；放大模块66，连接至上述选择模块62，用于利用选择的峰值功率放大器和功率放大系统中的载波功率放大器放大该输入信号的功率。

图7是根据本发明实施例的功率放大装置中选择模块64的结构框图，如图7所示，该选择模块64包括选择单元72，下面对该选择模块64进行说明。

选择单元72，用于根据上述输入信号的峰均比通过控制两个以上峰值功率放大器的输入和输出的方式从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器。

图8是根据本发明实施例的功率放大装置的优选结构框图，如图8所示，该装置除包括图6所示的所有模块外，还包括控制模块82(对应于上述的控制电路32)，下面对该装置进行说明。

控制模块82，连接至上述选择模块64，用于根据选择的峰值功率放大器控制功率放大系统的功率合成及阻抗变换网络电路中与选择的峰值功率放大器对应的匹配网络电路的导通，其中，该功率合成及阻抗变换网络电路中包括两个以上匹配网络电路，该两个以上匹配网络电路分别对应于两个以上峰值功率放大器。

图9是根据本发明实施例的第二种功率放大系统的结构框图，如图9所示，该功率放大系统92包括上述任一项的功率放大装置94。

下面以上述功率放大系统为Doherty功放为例，进行说明。

图10是根据本发明实施例的Doherty功放效率随功率回退的曲线示意图，当两路Doherty的非对称比为1：1时，功放回退6dB可达到最高效率，正好应用于峰均比为6dB的信号制式；但当信号峰均比增大时(例如9.5dB、12dB)，如果我们仍然使用1：1Doherty架构，其效率指标将恶化明显。此时我们可选择1：2或1：3的Doherty架构来满足不同回退下的效率要求。但总体说来一种Doherty架构仅能满足一种类型的信号峰均比，当外部信号制式发生变化时，Doherty的效率必然会恶化明显。

而本发明实施例中设计的功率放大架构是由一个载波放大器和多个峰值放大器构成的，根据应用信号峰均比的不同，通过控制电路切换峰值放大器与对应的匹配网络，形成不同非对称比的Doherty架构。在保证线性功率输出的条件下，实现在不同制式峰均比下的都能达到最高效率的目的。从而解决相关技术中存在的上述问题。

图11是根据本发明实施例的Doherty功放架构图，如图11所示，该Doherty功放是通过控制电路切换峰值功率放大器的Doherty功放，主要由以下几部分电路组成：一个载波功率放大器、多个峰值功率放大器、输入功分网络、输出阻抗变换网络以及带有大功率射频开关的控制电路。

其中，M为载波功率放大器(Carrier Amplifier)，或者称为主功率放大器(Main Amplifier)，也可简称为主功放，处于AB类工作状态；

P₁-P_n是峰值功率放大器(Peak Amplifier)或者称为辅助功率放大器(Auxiliary Amplifier)，也可简称为辅助功放，一般为B类或者C类状态；

输入功分网络一般用3dB电桥兼作功率分配和相位平衡作用；

输出阻抗变换网络一般由1/4波长微带线和合路点阻抗变换线构成；

控制电路部分为整个Doherty架构的核心，其由基站的收发信板发出CTRL信号，通过控制大功率开关的导通，实现Peak Amplifier与输出匹配网络的选择，最终实现不同峰值功率放大器的切换。

下面结合图11对工作流程进行说明：

由基站收发信板根据信号制式的变化发出三组控制信号，首先第一组控制信号 CTRL1通过输入的大功率开关对Peak管的输入进行选择，第二组控制信号CTRL2通过输出的大功率开关对Peak管的输出进行选择，第三组控制信号分为n路，实现输出匹配网络的变换，具体实施方案可见附图12，图12是根据本发明实施例的功率合成及阻抗变换网络的结构框图，由于匹配网络的变换其实质是合路点阻抗Zin的变换，在输出50欧姆的阻抗变换线的特定位置(设计中需仿真调试确定)放置二极管与微波匹配电容的串联结构，当CTRL信号选择Peak1工作时，图12中信号线1高电平导通，其余信号线为低电平，对应二极管截止，只有微波电容1参与匹配使合路点阻抗Zin变换至目标值，对应于M和Peak1的输出阻抗变换网络；同理当选择Peak2工作时，信号线2高电平导通，微波电容2参与匹配实现M和Peak2的输出阻抗变换网络。本发明实施例中的实现方式简单，不但能够兼容多种信号制式，减少硬件开发种类，节省成本，而且很好解决不同峰均比信号带来的效率降低的问题。同一技术领域的技术人员按照本专利能够很容易地实现。本架构可广泛的应用于Doherty功率放大器。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述模块分别位于多个处理器中。

本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

S1，确定输入信号的峰均比；

S2，根据该输入信号的峰均比从功率放大系统的两个以上峰值功率放大器中选择峰值功率放大器；

S3，利用选择的峰值功率放大器和功率放大系统中的载波功率放大器放大上述输入信号的功率。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行上述步骤S1-S3。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

对于固定频段和输出功率的基站设计需求，与现有技术相比，采用本发明实施例中的方案可以兼容大部分信号制式，不但使得开发种类得到减少，而且很好解决不同峰均比信号带来的效率降低的问题。真正做到基站系统的绿色节能。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的 计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。