CN107948116B - 基于极化调制的功率放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种基于极化调制的功率放大装置，所述功率放大装置包括：解码器、抖动生成器和功放模块，所述解码器用于根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块的分辨率获取所述功放模块的量化误差，且将所述量化误差发送至所述抖动生成器；所述抖动生成器用于根据所述量化误差生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述功放模块；所述功放模块用于根据所述第二控制信号产生抖动信号对量化误差进行消除，以完成对所述待发射调制信号的放大。通过增加抖动生成器，并利用抖动生成器根据量化误差控制功放模块产生抖动信号，消除量化误差，在只增加一个功放子单元的情况下改善功率放大装置的分辨率，结构简单。

Description

基于极化调制的功率放大装置

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种基于极化调制的功率放大装置。

背景技术

近年来，随着人们对通信速率需求的不断提高，无线通信系统必须要在有限的带宽下满足人们的这种需求，这就导致系统的调制方式越来越复杂，对应的调制信号的峰均比也越来越高。传统的线性功放对于高峰均比的信号，只能通过功率回退来满足大的幅度变换。这样会导致功放效率急剧降低。为此，人们提出利用开关型非线性功放来实现线性放大。非线性功放工作在开关两个状态，具有很高的效率。非线性功放通常使用极化调制方式。

在典型的应用极化调制方式的非线性功放方案中，功放由一系列并联的功放子单元构成，功放子单元工作与否由一个解码器的值控制。基带的I、Q两路信号首先转化为幅度和相位信号。相位信号作为驱动信号驱动开关型非线性功放的通断；幅度信号则通过解码后控制工作的功放子单元的个数。工作的功放子单元的个数不同，使得输出驱动电流大小变化，也就产生了不同幅度的信号。

上述基于极化调制的功放系统，幅度调制精度取决于功放子单元的个数，个数越多，幅度变化越精细，也就越准确。但是，子单元个数越多，控制模块就会越复杂，降低整体效率；而且越多的子单元也更难保证一致性。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于极化调制的功率放大装置。

本发明实施例提供了一种基于极化调制的功率放大装置，所述功率放大装置包括：解码器、抖动生成器和功放模块，且所述解码器、所述抖动生成器和所述功放模块三者依次连接；其中，

所述解码器用于根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块的分辨率生成第一控制信号，并根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块的分辨率获取所述功放模块的量化误差，且将所述第一控制信号发送至所述功放模块，将所述量化误差发送至所述抖动生成器；

所述抖动生成器用于根据所述量化误差生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述功放模块；

所述功放模块用于根据所述第一控制信号控制所述功放模块的放大倍数，并根据所述第二控制信号产生抖动信号对量化误差进行消除，以完成对所述待发射调制信号的放大。

其中，所述功放模块包括至少两个功放子单元，且所述至少两个功放子单元之间并联；所述抖动生成器与所述至少两个功放子单元中的任意一个功放子单元连接，用于将所述第二控制信号发送至所述任意一个功放子单元，以控制所述任意一个功放子单元的通断。

其中，所述解码器与所述至少两个功放子单元中的其他功放子单元分别连接，用于将所述第一控制信号分别发送至所述至少两个功放子单元中的其他功放子单元，以控制所述其他功放子单元的通断，进而控制功放模块的放大倍数。

其中，当所述第二控制信号为高电平时，所述任意一个功放子单元导通；当所述第二控制信号为低电平时，所述任意一个功放子单元关断。

其中，所述抖动生成器包括查找表和计数器；其中，

所述查找表用于根据所述量化误差获取所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数，并发送至所述计数器；

所述计数器用于根据所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数输出所述第二控制信号。

其中，所述查找表中存储有所述量化误差与所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数之间的对应关系，以及所述量化误差与在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数之间的对应关系。

其中，所述量化误差、所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数三者之间满足如下关系：

其中，A₂为量化误差，ΔA为所述功放模块分辨率，k₁为在一个所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数，k₁+k₂为所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，且k₁、k₂为整数，若k₁、k₂的取值无法使上述公式两侧相等，则k₁、k₂取使上述公式两侧的差值的绝对值最小的值。

其中，所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数k₁+k₂不能无限大。

其中，所述功率放大装置还包括滤波器，所述滤波器的输入端与所述功放模块的输出端连接，用于对所述功放模块输出的经放大后的所述待发射调制信号进行带通滤波。

其中，所述功率放大装置还包括驱动模块，所述驱动模块的输出端与所述功放模块的输入端连接，所述驱动模块用于对所述功放模块进行驱动。

本发明实施例提供的一种基于极化调制的功率放大装置，通过增加抖动生成器，并利用抖动生成器根据量化误差控制功放模块产生抖动信号，消除量化误差，在只增加一个功放子单元的情况下改善功率放大装置的分辨率，结构简单。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于极化调制的功率放大装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中抖动生成器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于极化调制的功率放大装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中对图3所述放大装置进行Matlab仿真，当k₁＝0时得到各关键点的输出波形图；

图5为本发明实施例中对图3所述放大装置进行Matlab仿真，当k₁＝k₂＝1时得到各关键点的输出波形图；

图6为本发明实施例中对图3所述放大装置进行Matlab仿真，当k₁＝1，k₂＝3时得到各关键点的输出波形图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种基于极化调制的功率放大装置的结构示意图，如图1所示，所述功率放大装置包括：解码器1、抖动生成器2和功放模块3，且所述解码器1、所述抖动生成器2和所述功放模块3三者依次连接。其中：

所述解码器1用于根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块3的分辨率生成第一控制信号，并根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块3的分辨率获取所述功放模块3的量化误差，且将所述第一控制信号发送至所述功放模块3，将所述量化误差发送至所述抖动生成器2。所述抖动生成器2用于根据所述量化误差生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述功放模块3。所述功放模块3用于根据所述第一控制信号控制所述功放模块3的放大倍数，并根据所述第二控制信号产生抖动信号对量化误差进行消除，以完成对所述待发射调制信号的放大。

其中，功放模块3的分辨率是指功放模块3中每个功放子单元对应的输入幅度值，每个功放子单元对应的输入幅度值由功放子单元的个数决定，其基本策略为，保证全部功放子单元都导通时表示输入信号幅度所能达到的最大值，将此时的输入信号最大值除以全部导通的功放子单元的个数，就是每个功放子单元对应的输入幅度值。功放子单元的个数越多，对应的输入幅度值越小，对应的功放模块3的分辨率越高。功放模块3的量化误差是指待发射调制信号的实际幅度与解码器1所控制的导通的功放子单元对应的幅度总和的差值。

现有的基于极化调制的功率放大装置对调制信号进行幅度放大时，若存在量化误差，就需要通过增加功放子单元的个数进而提高功放模块3的分辨率，以致消除量化误差。但是功放子单元数量越多，对应的控制模块越复杂，且功率放大装置整体效率低。为此，本发明实施例提供的技术方案为：在不增加功放子单元个数情况下，增加抖动生成器1，在功放模块3中产生抖动信号以减小或消除量化误差。

具体地，所述装置还包括信号输入模块7和极坐标信号生成器6，信号输入模块7用于输入需要发射的调制信号，该信号通常使用笛卡尔坐标表示，包含正交的I、Q两路信号。极坐标信号生成器6用于将笛卡尔坐标下表示的信号转换为极坐标表示。解码器将极坐标信号生成器6发送的待发射调制信号的幅度信号与解码器所控制的导通的功放子单元对应的幅度总和相比较，求出待发射调制信号的幅度信号与解码器所控制的导通的功放子单元对应的幅度总和之间的差值，该差值即为量化误差。在实际操作中，解码器控制的功放子单元的数量需要根据待发射调制信号的幅度信号进行确定。

再将量化误差发送至抖动生成器中，抖动生成器根据该量化误差的大小生成第二控制信号，再将该第二控制信号发送至功放模块中，功放模块根据该第二控制信号生成抖动信号以消除量化误差。整个过程也就是抖动生成器根据量化误差控制功放模块产生抖动信号消除量化误差的过程。在这个过程中，无需增加功放子单元的数量，使得装置结构简单。

本发明实施例提供的一种基于极化调制的功率放大装置，通过增加抖动生成器，并利用抖动生成器根据量化误差控制功放模块产生抖动信号，消除量化误差，在只增加一个功放子单元的情况下改善功率放大装置的分辨率，结构简单。

基于上述实施例，如图1所示，所述功放模块包括至少两个功放子单元，且所述至少两个功放子单元之间并联；所述抖动生成器与所述至少两个功放子单元中的任意一个功放子单元连接，用于将所述第二控制信号发送至所述任意一个功放子单元，以控制所述任意一个功放子单元的通断。

具体地，功放模块中的功放子单元的数量需根据待发射调制信号的幅度值确定。当本发明实施例提供的放大装置经常用于对某一幅度范围的待发射调制信号进行放大时，可以对应设置合理数量的功放子单元。

抖动生成器只需与功放模块中的一个功放子单元连接，也可以理解为，抖动生成器只需控制功放模块中的一个功放子单元生成抖动信号，来消除量化误差。在具体实现时，抖动生成器根据第一控制信息通过控制与其连接的功放子单元的通断来产生抖动信号，该抖动信号再与并联的其他各功放子单元的输出信号叠加以消除量化误差。

本发明实施例通过抖动生成器根据第二控制信号控制功放模块中任意一个功放子模块的通断以产生抖动信号，在不增加功放子单元数量的情况下消除量化误差，提高功率放大装置的分辨率。

基于上述实施例，所述解码器与所述至少两个功放子单元中的其他功放子单元分别连接，用于将所述第一控制信号分别发送至所述至少两个功放子单元中的其他功放子单元，以控制所述其他功放子单元的通断。

基于上述实施例，当所述第二控制信号为高电平时，所述任意一个功放子单元导通；当所述第二控制信号为低电平时，所述任意一个功放子单元关断。

基于上述实施例，如图2所示，所述抖动生成器包括查找表21和计数器22。其中：

所述查找表21用于根据所述量化误差获取所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数，并发送至所述计数器。所述计数器22用于根据所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数输出所述第二控制信号。

基于上述实施例，所述查找表中存储有所述量化误差与所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数之间的对应关系，以及所述量化误差与在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数之间的对应关系。

通过在查找表中预先存储所述对应关系，可以使所述功率放大器在实际工作过程中更加高效。

基于上述实施例，所述量化误差、所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数三者之间满足如下关系：

其中，A₂为量化误差，ΔA为所述功放模块分辨率，k₁为在一个所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数，k₁+k₂为所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，且k₁、k₂为整数，若k₁、k₂的取值无法使上述公式两侧相等，则k₁、k₂取使上述公式两侧的差值的绝对值最小的值。

具体地，记待发射调制信号的载波频率为ω_c，载波周期为T，相位为φ。则与所述抖动生成器连接的任意一个功放子单元工作通断周期为(k₁+k₂)T，其中，所述任意一个功放子单元在k₁T时间内导通，在k₂T时间内关断。所述任意一个功放子单元关断对应的幅度为A₁，导通对应的整体输出幅度为A₁+ΔA，关断对应的整体输出幅度为A₁，ΔA表示一个功放子单元对应的输出幅度。所述抖动生成器连接的任意一个功放子单元工作通断周期为(k₁+k₂)T，导通、关断对应的射频信号表示为：

u₁＝(A₁+ΔA)cos(ω_ct+φ)

u₂＝A₁cos(ω_ct+φ)

开关功放在实际工作中会将正弦信号转换为相应的方波信号，再在输出通过带通滤波滤除高次谐波，仅保留基波，为了分析方便，这里直接用基波表示，而不考虑谐波问题。则定义方波信号为：

则功放模块输出信号为：

u＝u₁δ+u₂(1-δ)

＝(A₁+ΔA)cos(ω_ct+φ)·δ+A₁cos(ω_ct+φ₂)·(1-δ)

δ的泰勒级数表示为：

将δ的泰勒级数代入输出信号表达式中得：

其中，除

外，其余部分都是高频、低频噪声，在通过滤波器后被滤除，整体系统的输出即为：

由此可见，通过增加幅度抖动，可以增加幅度调制的精度，精度增加部分对应于正比于抖动功放单元的导通时间的占空比。

故可采用

来计算量化误差与k₁和k₁+k₂之间的对应关系。在实际计算中，若k₁、k₂的取值无法使上述公式两侧相等，则k₁、k₂取使上述公式两侧的差值的绝对值最小的值。

进一步地，所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数k₁+k₂不能无限大。

具体地，在高频、低频分量中，最接近载波频率的分量是

为了防止相位抖动带来带内噪声，在设计抖动生成器的时候，必须保证该

在系统的通带之外。该要求要求k₁+k₂不能无限大，也就限制了幅度抖动提高幅度精度的能力。

进一步地，所述功率放大装置还包括滤波器4，所述滤波器4的输入端与所述功放模块3的输出端连接，用于对所述功放模块3输出的经放大后的所述待发射调制信号进行带通滤波。

进一步地，所述功率放大装置还包括驱动模块5，所述驱动模块5的输出端与所述功放模块3的输入端连接，所述驱动模块5用于对所述功放模块5进行驱动。

下面通过仿真实例对本发明实施例提供的基于极化调制的功率放大装置的有益效果进行进一步说明。

使用Matlab对本发明实施例进行验证，Matlab仿真模型如图3所示，为了简化模型，功放模块中功放子单元的个数为1，同时有一个抖动功放子单元。假设载波信号周期为T，一个功放子单元的增益为10，假设功放子单元输入幅度为1，则输出幅度为10，功放输出信号通过滤波器后会有增益损失，理想情况下，对应的滤波后的一个功放子单元对应的输出幅度增益为U＝6.365。选出模型中四个点A、B、C和D作为关键点来对本发明实施例进行验证。

如图4所示，当k₁＝0时，抖动功放子单元一直关断，此时系统各关键点处波形如图4所示系统输出信号幅度为U(6.365)。其中A、B、C三个点为了表示方便，这里只显示方波。

如图5所示，当k₁＝k₂＝1，抖动功放子单元在一个抖动周期内，导通、关断时间为T和T。此时系统各关键点处波形如图5所示，系统输出信号幅度为1.5U(9.548)。

如图6所示，当k₁＝1，k₂＝3，抖动功放子单元在一个抖动周期内，导通、关断时间为T和3T。此时系统各关键点处波形如图6所示，系统输出信号幅度为1.25U(7.956)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于极化调制的功率放大装置，其特征在于，所述功率放大装置包括：解码器、抖动生成器和功放模块，且所述解码器、所述抖动生成器和所述功放模块三者依次连接；其中，

所述解码器用于根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块的分辨率生成第一控制信号，并根据待发射调制信号的幅度信号和所述功放模块的分辨率获取所述功放模块的量化误差，且将所述第一控制信号发送至所述功放模块，将所述量化误差发送至所述抖动生成器；

所述抖动生成器用于根据所述量化误差生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送至所述功放模块；

所述功放模块用于根据所述第一控制信号控制所述功放模块的放大倍数，并根据所述第二控制信号产生抖动信号对量化误差进行消除，以完成对所述待发射调制信号的放大；

其中，所述功放模块包括至少两个功放子单元，且所述至少两个功放子单元之间并联；所述抖动生成器与所述至少两个功放子单元中的任意一个功放子单元连接，用于将所述第二控制信号发送至所述任意一个功放子单元，以控制所述任意一个功放子单元的通断；

所述解码器与所述至少两个功放子单元中的其他功放子单元分别连接，用于将所述第一控制信号分别发送至所述至少两个功放子单元中的其他功放子单元，以控制所述其他功放子单元的通断，进而控制功放模块的放大倍数。

2.根据权利要求1所述功率放大装置，其特征在于，当所述第二控制信号为高电平时，所述任意一个功放子单元导通；当所述第二控制信号为低电平时，所述任意一个功放子单元关断。

3.根据权利要求1所述功率放大装置，其特征在于，所述抖动生成器包括查找表和计数器；其中，

所述查找表用于根据所述量化误差获取所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数，并发送至所述计数器；

所述计数器用于根据所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数输出所述第二控制信号。

4.根据权利要求3所述功率放大装置，其特征在于，所述查找表中存储有所述量化误差与所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数之间的对应关系，以及所述量化误差与在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数之间的对应关系。

5.根据权利要求4所述功率放大装置，其特征在于，所述量化误差、所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数以及在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数三者之间满足如下关系：

其中，A₂为量化误差，ΔA为所述功放模块分辨率，k₁为在所述抖动信号的周期内所述任意一个功放子单元导通时间对应的计数器计数次数，k₁+k₂为所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数，且k₁、k₂为整数，若k₁、k₂的取值无法使上述公式两侧相等，则k₁、k₂取使上述公式两侧的差值的绝对值最小的值。

6.根据权利要求5所述功率放大装置，其特征在于，所述抖动信号的周期对应的计数器计数次数k₁+k₂不能无限大。

7.根据权利要求1所述功率放大装置，其特征在于，所述功率放大装置还包括滤波器，所述滤波器的输入端与所述功放模块的输出端连接，用于对所述功放模块输出的经放大后的所述待发射调制信号进行带通滤波。

8.根据权利要求1所述功率放大装置，其特征在于，所述功率放大装置还包括驱动模块，所述驱动模块的输出端与所述功放模块的输入端连接，所述驱动模块用于对所述功放模块进行驱动。

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