[发明专利]扩展带宽的数字多尔蒂发射机

说明书

技术领域

本发明大致涉及数字多尔蒂(Doherty)发射机，尤其涉及扩展带宽的数字多尔蒂发射机。

背景技术

为了应对越来越多的无线网络用户，现代无线通信标准(第3代以及以上)采用频谱有效调制(spectrum efficient modulation)和访问技术，例如正交幅度调制(QAM)、正交频分多路复用(OFDM)和码分多址(CDMA)。尽管这些技术允许过度拥挤的射频(RF)频谱的有效管理，它们还会导致具有高峰值平均功率比(PAPR)特性的高度不同的包络信号产生。为了避免在功率放大期间由于失真而信号切断以及所发射信息损失，发射机应当处理所发射信号的峰值，虽然其通常以远远低于平均功率水平运作。因此，无线发射机的功率放大器(PA)被迫在从其饱和点大幅回退处运作，在该饱和点处，PA的功率效率大幅下降。

用于增强回退输出功率区域处的效率的普及功率放大结构是多尔蒂放大器结构。从根本上，多尔蒂放大器由以下组成：1)一个主放大器(一般指的是载波放大器)，其在类别AB中运作并且针对所有输入信号等级执行信号放大，2)至少一个辅助放大器(一般指的是峰值放大器)，其在类别C中运作并从预先限定的信号等级开始执行信号放大，3)用于在载波放大器和峰值放大器之间分配输入信号的输出模拟功率分配器，4)用于合成载波放大器和峰值放大器的输出的非隔离式多尔蒂输出功率合成器，其包括四分之一波长转换器，以及5)插入在峰值放大器和/载波放大器的输入处的50欧姆线，用以平衡多尔蒂放大器的支路之间的延迟。非隔离式功率合成器的使用启动主动负载机制，其基于通过由峰值放大器触发的阻抗调制动态地改变施加给载波放大器的负载。这容许载波放大器有效运作，直到其达到其最佳负载，而峰值放大器同时促成多尔蒂放大器的输出功率。

事实上，由一个载波放大器和一个峰值放大器组成的两级多尔蒂放大器和由一个载波放大器和两个峰值放大器组成的三级多尔蒂放大器在基于多尔蒂的RF发射机中是最常用的结构。四级和更高等级多尔蒂放大器的实际实施方式是罕见的，并且其性能无法完全令人信服。主要原因在于与两级或三级多尔蒂放大器结构相比，这种实施方式相当复杂的设计和过高的成本并没有显著的性能改善。

理想地，两级(三级)多尔蒂放大器具有两个(三个)最大效率点，其位于相对于饱和输出功率点至多6dB(12dB)的输出功率回退范围内。这一特征使得两级和三级多尔蒂放大器成为用于第3代以及以上的无线通信应用中的功率放大的最合适结构，其中调制信号的PAPR通常在6-12dB范围之间。在实践中，当PAPR为大约或略微高于6dB时，两级多尔蒂放大器更合适，当信号的PRPR显著高于6dB时，三级多尔蒂放大器更合适。这种优越性能的获得需要拟完全负载调制机制，由于两级或三级多尔蒂放大器的RF模块中针对固有硬件减损的限制，其不太可能在完全模拟的实施方式中发生。

在两级或三级多尔蒂放大器的情况下，载波放大器和一个或两个峰值放大器的运作类别中的差异导致多尔蒂放大器的输出支路之间的复杂增益波动。由此，来自载波放大器的输出信号振幅和来自峰值放大器的输出信号振幅不与管理多尔蒂放大器的正确运作的理想电流分布匹配。其转化为不完善的负载调制机制和降低的效率。

在多种设备(晶体管)技术(例如高电子迁移率晶体管(HEMT)和氮化镓(GaN)等)中，载波放大器和峰值放大器之间偏置条件的不同导致多尔蒂放大器的输出支路内的功率依赖性和高非线性相位偏差，其引起严重的输出功率损失、不充分的负载调制以及降低的效率。

与多尔蒂PA相关的另一问题是狭窄的带宽性能。确实，由于对使用四分之一波长阻抗变换器来设计输出功率合成器的需要，多尔蒂PA的效率随着运作的频率偏离多尔蒂PA的设计频率(f₀)而显著下降，这非常限制其带宽。

发明内容

在本发明的一个方面，数字多尔蒂发射机具有基带信号处理模块，该基带信号处理模块包括数字预失真单元、适应性数字信号分配单元以及数字相位对准单元；信号上变频模块；RF功率放大模块，该RF功率放大模块包括载波放大器和一个或两个峰值放大器；以及RF多尔蒂合成网络，RF多尔蒂合成网络的拓扑结构是预先限定的，并且其基于多尔蒂放大器系统的级别及其峰值放大器的开启点的设置。

在本申请的描述中，三级多尔蒂放大器将被使用。应当注意，包括一个峰值放大器的两级多尔蒂放大器可以被认为是具有两个峰值放大器的三级多尔蒂放大器结构的简单和特别情况的一种情形。