多载波功率放大装置和数字光纤拉远系统的制作方法
【专利摘要】一种多载波功率放大装置，包括：第一耦合器、延时器、模拟预失真芯片、第二耦合器、功率放大器和第三耦合器，其中：第一耦合器、延时器、第二耦合器、功率放大器和第三耦合器依次连接；模拟预失真芯片的射频输入端与第一耦合器连接；模拟预失真芯片的射频反馈端与第三耦合器连接；模拟预失真芯片的射频输出端与第二耦合器连接。同时还提供一种数字光纤拉远系统。本实用新型的有益效果为：在模拟域实现预失真处理，避免如DPD处理装置在系统异常时数字芯片会自发大信号的风险，在系统可靠性方面也要优于DPD系统，从而降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，以提高光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
【专利说明】多载波功率放大装置和数字光纤拉远系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及通信【技术领域】，特别是涉及一种应用在中功率数字光纤拉远系统中的多载波功率放大装置和数字光纤拉远系统。
【背景技术】
[0002]随着通信技术和数字技术的高速发展，特别是3G网络的普及，数字光纤拉远系统的应用越来越广泛。特别是在大型场馆和建筑物的室内覆盖中，数字光纤拉远系统这种多通道的解决方案体现了其低干扰，高空间隔离，部署灵活的优势。
[0003]随着绿色环保，节能减排提上日程，在拉远系统的多载波功率放大装置(MultiCarriers Power Amplifier,简称MCPA)中对射频信号进行预失真处理能提高功率放大器的功放效率。其中，射频信号的数字预失真(Digital Pre-Distort1n,以下简称DPD)处理装置被应用到数字光纤拉远系统中。但是由于DH)处理装置所不可避免的带来的系统时延的增加，在一定程度上限制了系统的光纤拉远的距离和部署灵活性，同时会带来较大的成本方面(主要是DH)芯片)的增加和由于DH)运行可能导致的异常引起的系统风险。
[0004]就数字光纤拉远系统本身的应用而言，当其与基站存在重叠覆盖区域时，系统时延加光纤时延之和不能大于23us,如大于23us的话,会出现由于多径传输的影响导致手机在该区域发射功率过高而导致掉话。DH)处理装置的预失真处理会带来较大的系统时延，为了满足应用环境总时延小于23us的要求，只能减少光纤部分的传输时延，这样就在一定程度上影响拉远的距离和部署网络的灵活性。
实用新型内容
[0005]基于此，提供一种降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，以提高光纤拉远的距离和部署网络的灵活性的多载波功率放大装置。
[0006]该多载波功率放大装置，包括:第一耦合器、延时器、模拟预失真芯片、第二耦合器、功率放大器和第三耦合器，其中:
[0007]第一耦合器、延时器、第二耦合器、功率放大器和第三耦合器依次连接；
[0008]模拟预失真芯片的射频输入端与第一耦合器连接；
[0009]模拟预失真芯片的射频反馈端与第三耦合器连接；
[0010]模拟预失真芯片的射频输出端与第二耦合器连接。
[0011]上述多载波功率放大装置，通过第一耦合器将输入信号耦合到模拟预失真芯片，同时通过第三耦合器将经过功率放大器放大后的输出信号反馈耦合到模拟预失真芯片，在模拟预失真芯片中进行信号处理后输出预失真信号，通过第二耦合器叠加到前向信号中达到功放线性化的效果。模拟预失真芯片所带来的时延则可以通过在第一、第二耦合器之间加入延时器进行补偿，减少预失真处理所带来的时延。同时其是在模拟域实现的，所以避免了如Dro处理装置在系统异常时数字芯片会自发大信号的风险，在系统可靠性方面也要优于Dro系统，从而降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，以提高光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
[0012]同时还提供一种数字光纤拉远系统，其包括上述的多载波功率放大装置，还包括中频信号处理装置、收发信号处理装置和滤波装置。该中频信号处理装置、收发信号处理装置、多载波功率放大装置和滤波装置依次连接。
[0013]上述数字光纤拉远系统中，中频信号处理装置用于光传输的调制解调、数字上下变频、A/D转换等；收发信号处理装置完成中频信号到射频信号的变换；射频信号再经过多载波功率放大装置和滤波模块装置，将射频信号通过天线口发射出去。利用多载波功率放大装置提高系统运行的可靠性，降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，以提高光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例一的多载波功率放大装置的结构示意图；
[0015]图2为本实用新型实施例二的多载波功率放大装置的结构示意图；
[0016]图3为本实用新型实施例三的多载波功率放大装置的结构示意图；
[0017]图4为本实用新型实施例四的数字光纤拉远系统的结构示意；
[0018]附图中各标号的含义为:
[0019]100-模拟预失真芯片，111-第一耦合器，112-第二耦合器，113-第三耦合器，114-第四耦合器，120-延时器，131-第一平衡不平衡转换器，132-第二平衡不平衡转换器，133-第三平衡不平衡转换器，141-第一网络匹配器，142-第二网络匹配器，143-第三网络匹配器，150-功率放大器，160-微控制器，170-自动增益控制器，180-自动电平控制器，191-第一小微波放大管，192-第二小微波放大管，193-衰减器，10-多载波功率放大装置，20-中频信号处理装置、30-收发信号处理装置、40-滤波装置。
【具体实施方式】
[0020]为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本实用新型的优点与精神，藉由以下结合附图与【具体实施方式】对本实用新型的详述得到进一步的了解。
[0021]实施例一
[0022]如附图1所示，其为本实用新型实施例一的多载波功率放大装置的结构示意图。
[0023]该多载波功率放大装置，包括:第一耦合器111 (耦合器，英文名称为Coupler)、延时器120、模拟预失真芯片100、第二耦合器112、功率放大器150和第三耦合器113，其中:
[0024]第一稱合器112、延时器120、第二稱合器112、功率放大器150和第三稱合器113依次连接；
[0025]模拟预失真芯片100的射频输入端与第一耦合器111连接；
[0026]模拟预失真芯片100的射频反馈端与第三耦合器113连接；
[0027]模拟预失真芯片100的射频输出端与第二耦合器112连接。
[0028]关于模拟预失真芯片100的工作原理，可以如下:
[0029]射频输入信号首先通过第一耦合器111耦合输入到模拟预失真芯片100。同时输出信号也同样经过第三耦合器113输入到模拟预失真芯片100中。然后模拟预失真芯片100将输入和输出耦合的信号通过迭代算法进行比较，提取出输出信号的失真信息，然后通过多极子的迭代算法，拟合出的预失真信号传输至第二耦合器112中与输入信号进行叠加从而达到预失真的效果。由于输出反馈的信号与输入信号可以在模拟预失真芯片100中实时地进行算法比较和提取失真信息。所以输出的预失真信号是在进行实时调整的。从而保证了在不同条件下良好的预失真效果。此处需要强调的是，模拟预失真芯片100可以采用市面上成熟的常用器件，本技术方案是通过使用该模拟预失真芯片100进行数据处理，并不需要对该模拟预失真芯片100内部的软件程序改进。
[0030]上述的多载波功率放大装置，通过第一耦合器111将输入信号耦合到模拟预失真芯片100，同时通过第三耦合器113将经过功率放大器150放大后的输出信号反馈耦合到模拟预失真芯片100，在模拟预失真芯片100中进行信号处理后输出预失真信号，通过第二耦合器112叠加到前向信号中达到功放线性化的效果。模拟预失真芯片100所带来的时延则可以通过在第一耦合器111、第二耦合器112之间加入延时器120进行补偿，减少预失真处理所带来的时延。同时其是在模拟域实现的，所以避免了如Dro处理装置在系统异常时数字芯片会自发大信号的风险，在系统可靠性方面也要优于Dro系统，从而降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，提高了光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
[0031]实施例二
[0032]如附图2所示，其为本实用新型实施例二的多载波功率放大装置的结构示意图。
[0033]该多载波功率放大装置，包括:第一耦合器111、延时器120、第一平衡不平衡转换器131 (平衡不平衡转换器也被称为巴伦，巴伦为其英文名称Balun的音译)、第一网络匹配器141、模拟预失真芯片100、第二网络匹配器142、第二平衡不平衡转换器132、第三网络匹配器143、第三平衡不平衡转换器133、第二耦合器112、功率放大器150和第三耦合器113，其中:
[0034]第一稱合器111、延时器120、第二稱合器112、功率放大器150和第三稱合器113依次连接，模拟预失真芯片100的射频输入端与第一耦合器111的输出端之间依次连接有第一网络匹配器141和第一平衡不平衡转换器131，模拟预失真芯片100的射频反馈端和第三耦合器113之间依次连接有第二网络匹配器142和第二平衡不平衡转换器132，模拟预失真芯片100的射频输出端与第二耦合器112之间依次连接有第三网络匹配器143、第三平衡不平衡转换器133。
[0035]关于模拟预失真芯片100的工作原理，可以如下:
[0036]在本实施例中引入了平衡不平衡转换器和网络匹配器，其中，平衡不平衡转换器是将输入的射频信号转化为芯片所需的差分信号的工具。网络匹配器是用于提高系统的传输效率、功率容量和工作稳定性的。射频输入信号首先通过第一耦合器111耦合出来，通过第一平衡不平衡转换器131和第一网络匹配器141将信号转化为差分信号输入到模拟预失真芯片100。同时输出信号也同样经过第三耦合器113将信号通过信号反馈通道经过第二平衡不平衡转换器132和第二网络匹配器142转化成差分信号输入到模拟预失真芯片100中。然后模拟预失真芯片100将输入和输出耦合的信号通过迭代算法进行比较，提取出输出信号的失真信息，然后通过多极子的迭代算法，拟合出的预失真信号通过第三网络匹配器143和第三平衡不平衡转换器133进行差分运算后传输至第二耦合器112中与输入信号进行叠加从而达到预失真的效果。由于输出反馈的信号与输入信号可以在模拟预失真芯片100中实时地进行算法比较和提取失真信息。所以输出的预失真信号是在进行实时调整的。从而保证了在不同条件下良好的预失真效果。此处需要强调的是，模拟预失真芯片100可以采用市面上成熟的常用器件来实现，本技术方案是通过使用该模拟预失真芯片100进行数据处理，并不需要对该模拟预失真芯片100内部的软件程序改进。
[0037]上述的多载波功率放大装置，通过第一耦合器111将输入信号耦合到模拟预失真芯片100，同时通过第三耦合器113将经过功率放大器150放大后的输出信号反馈耦合到模拟预失真芯片100，在模拟预失真芯片100中进行信号处理后输出预失真信号，通过第二耦合器112叠加到前向信号中达到功放线性化的效果。模拟预失真芯片100所带来的时延则可以通过在第一耦合器111、第二耦合器112之间加入延时器120进行补偿，减少预失真处理所带来的时延。同时其是在模拟域实现的，所以避免了如Dro处理装置在系统异常时数字芯片会自发大信号的风险，在系统可靠性方面也要优于Dro系统，从而降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，提高了光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
[0038]实施例三
[0039]如附图3所示，其为本实用新型实施例三的多载波功率放大装置的结构示意图(为了附图简洁，本附图中未将第一平衡不平衡转换器131、第一网络匹配器141、第二平衡不平衡转换器132、第二网络匹配器142、第三平衡不平衡转换器133和第三网络匹配器143画出，这些器件的连接关系与附图2中的一致)。
[0040]在本实施例中，对于功率放大器150，可以采用Doherty放大器来实现。采用Doherty放大器的优点在于,该Doherty放大器可利用输出端的动态负载牵引技术使功放在较大功率回退的情况下保持较高的效率。此处需要说明的是，该Doherty放大器可以是平衡式Doherty放大器，也可以使其它形式的A-Doherty放大器，以提高系统的效率。
[0041]此外，本实施例与实施例二的区别点在于:本实施例三的多载波功率放大装置还可以包括微控制器160 (Micro Control Unit,简称MCU)、自动增益控制器170 (AutomaticGain Control,简称 AGC)、自动电平控制器 180 (Automatic Level Control,简称 ALG)和第四耦合器114，其中:
[0042]第四耦合器114的输出端和自动电平控制器180的输入端连接，自动电平控制器180的输出端与第一耦合器111的输入端连接，自动增益控制器170连接在第二耦合器112的输出端和功率放大器150的输入端之间,微控制器160分别与第四I禹合器114、自动电平控制器180、自动增益控制器170、功率放大器150及第三耦合器113连接。
[0043]另外，本实施例中为了进一步优化信号处理的效果，还可以加入以下的器件:
[0044]第一小微波放大管191和第二小微波放大管192。该第一小微波放大管191连接在自动电平控制器180和第一耦合器111之间，第二小微波放大管192连接在自动增益控制器170和功率放大器150之间。
[0045]微控制器160与模拟预失真芯片100之间通过串行外设接口(Serial PeripheralInterface,简称SPI,附图中未画出)连接。
[0046]第一耦合器111和延时器120之间连接有衰减器193。
[0047]本实施例的工作原理:
[0048]本实施例2为模拟射频预失真芯片与高效率Doherty功放级联形成的线性化多载波功率放大装置，由第一耦合器111、模拟预失真芯片100、延时器120、第二耦合器112、Doherty放大器、第三耦合器113、第四耦合器114、微控制器160以及自动电平控制器180和自动增益控制器170组成。第一耦合器111分别与延时器120和模拟预失真芯片100相连，第二耦合器112分别与延时器120、模拟预失真芯片100和Doherty放大器相连，第三耦合器113与Doherty放大器相连,第一稱合器111将输入射频信号分成两路，一路主信号传送给延时器，另一路取样信号发送给模拟预失真芯片100，模拟预失真芯片100将取样信号进行预失真处理后输出给第二耦合器112，模拟预失真芯片100使信号延迟的时间越久，延时器120的长度就相应的越长，第二耦合器112将经过延时器120和模拟预失真芯片100的信号耦合在一起后输出给Doherty放大器，Doherty放大器对信号进行放大并产生非线性失真，此非线性失真与模拟预失真芯片100产生的预定的反失真对消，第三耦合器113将Doherty放大器发来的信号输出本功率放大器150并取样部分信号反馈给模拟预失真芯片100，模拟预失真芯片100将反馈信号与第一耦合器111发来的线性信号相比较，不断优化对消效果并实现自适应功能，使得本功率放大器150不但拥有高效率而且具有高线性的特点，其中传统的模拟预失真技术需搭建硬件电路，工艺复杂不便于生产，本专利采用现有的高集成的IC芯片，简化了电路。第四耦合器114分别与自动电平控制器180和微控制器160相连，将输入信号传输给自动电平控制器180并取样输入信号的功率发给微控制器160,自动电平控制器180分别与为微控制器160和第一耦合器111相连，当输入信号功率超出额定值时，微控制器160输出相应的控制命令控制自动电平控制器180对信号进行调整使信号稳定。微控制器160还可以通过串行外设接口与模拟预失真芯片100通信，当微控制器160检测到输入信号功率小于某一值(此值可根据需要设定)时，将模拟预失真芯片100关掉，因为当信号很小时，Doherty放大器输出信号的非线性特征也很弱，可不必进行预失真。
[0049]在第二耦合器112之后还可以增加自动增益控制器170，该自动增益控制器170串联于第二稱合器112和Doherty放大器之间,第三稱合器113将输出信号的功率传送给微控制器160，微控制器160根据输入信号的功率和输出信号的功率判断本功率放大器150的当前增益，当当前增益与额定增益有出入时控制自动增益控制器170进行增益补偿。微控制器160还根据Doherty放大器中功放管的栅极温漂特性,拟合温补曲线来控制Doherty放大器的栅极电压以使功放管工作在线性工作状态状态。
[0050]小微波放大管能够提高信号的增益，而衰减器193可以用于调整信号幅值。
[0051]上述的多载波功率放大装置，通过第一耦合器111将输入信号耦合到模拟预失真芯片100，同时通过第三耦合器113将经过功率放大器150放大后的输出信号反馈耦合到模拟预失真芯片100，在模拟预失真芯片100中进行信号处理后输出预失真信号，通过第二耦合器112叠加到前向信号中达到功放线性化的效果。模拟预失真芯片100所带来的时延则可以通过在第一耦合器111、第二耦合器112之间加入延时器120进行补偿，减少预失真处理所带来的时延。同时其是在模拟域实现的，所以避免了如Dro处理装置在系统异常时数字芯片会自发大信号的风险，在系统可靠性方面也要优于Dro系统，从而降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，以提高光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
[0052]实施例四
[0053]如附图4所示，其为本实用新型的一种实施例的数字光纤拉远系统的结构示意图。
[0054]该数字光纤拉远系统包括上述的多载波功率放大装置10，还包括中频信号处理装置20、收发信号处理装置30和滤波装置40。该中频信号处理装置20、收发信号处理装置30、多载波功率放大装置10和滤波装置40依次连接。
[0055]上述数字光纤拉远系统中，中频信号处理装置20用于光传输的调制解调、数字上下变频、A/D转换等；收发信号处理装置30完成中频信号到射频信号的变换；射频信号再经过多载波功率放大装置10和滤波模块装置40，将射频信号通过天线口发射出去。利用多载波功率放大装置10提高系统运行的可靠性，降低数字光纤拉远系统中的光纤部分的传输时延，以提高光纤拉远的距离和部署网络的灵活性。
[0056]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种多载波功率放大装置，其特征在于，包括第一耦合器、延时器、模拟预失真芯片、第二耦合器、功率放大器和第三耦合器，其中: 所述第一耦合器、延时器、第二耦合器、功率放大器和第三耦合器依次连接； 所述模拟预失真芯片的射频输入端与所述第一耦合器连接； 所述模拟预失真芯片的射频反馈端与所述第三耦合器连接； 所述模拟预失真芯片的射频输出端与所述第二耦合器连接。
2.根据权利要求1所述的多载波功率放大装置，其特征在于，还包括微控制器、自动增益控制器、自动电平控制器和第四耦合器； 所述第四耦合器的输出端和自动电平控制器的输入端连接，所述自动电平控制器的输出端与所述第一耦合器的输入端连接，所述自动增益控制器连接在所述第二耦合器的输出端和所述功率放大器的输入端之间，所述微控制器分别与所述第四耦合器、自动电平控制器、自动增益控制器、功率放大器及第三耦合器连接。
3.根据权利要求2所述的多载波功率放大装置，其特征在于，还包括第一小微波放大管和第二小微波放大管，所述第一小微波放大管连接在所述自动电平控制器和第一耦合器之间，所述第二小微波放大光连接在所述自动增益控制器和功率放大器之间。
4.根据权利要求2所述的多载波功率放大装置，其特征在于，所述微控制器与所述模拟预失真芯片之间通过串行外设接口连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的多载波功率放大装置，其特征在于，所述第一耦合器和延时器之间还连接有衰减器。
6.根据权利要求1至4任一项所述的多载波功率放大装置，其特征在于，所述功率放大器为Doherty放大器。
7.根据权利要求1至4任一项所述的多载波功率放大装置，其特征在于，所述第一耦合器和所述模拟预失真芯片的射频输入端之间还连接有第一平衡不平衡转换器，所述第二耦合器和所述模拟预失真芯片的射频输出端之间还连接有第三平衡不平衡转换器，所述模拟预失真芯片的信号反馈端连接有第二平衡不平衡转换器。
8.根据权利要求1至4任一项所述的多载波功率放大装置，其特征在于，所述第一耦合器和所述模拟预失真芯片的射频输入端之间还连接有第一网络匹配器，所述第二耦合器和所述模拟预失真芯片的射频输出端之间还连接有第三网络匹配器，所述模拟预失真芯片的信号反馈端连接有第二网络匹配器。
9.根据权利要求1至4任一项所述的多载波功率放大装置，其特征在于，所述第一耦合器和所述模拟预失真芯片的射频输入端之间连接有第一平衡不平衡转换器和第一网络匹配器，所述第二耦合器和所述模拟预失真芯片的射频输出端之间连接有第三平衡不平衡连接器和第三网络匹配器，所述模拟预失真芯片的信号反馈端连接有第二网络匹配器和第二平衡不平衡转换器。
10.一种数字光纤拉远系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的多载波功率放大装置，还包括中频信号处理装置、收发信号处理装置和滤波装置； 所述中频信号处理装置、收发信号处理装置、多载波功率放大装置和滤波装置依次连接。
【文档编号】H04B10/2575GK203942533SQ201420291367
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月3日 优先权日:2014年6月3日
【发明者】张磊, 李合理 申请人:京信通信系统（中国）有限公司