CN111357194B - 数字功率放大器（dpa）***和数字多尔蒂功率放大器（ddpa）*** - Google Patents
数字功率放大器（dpa）***和数字多尔蒂功率放大器（ddpa）*** Download PDFInfo
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Abstract
一种数字功率放大器(DPA)***包括：功率放大器(PA)电路，其具有控制输入以及用于生成输出信号的输出；以及自适应控制电路，其包括输入接口、输出接口、存储自适应控制算法的存储器以及与存储器连接基于自适应控制算法执行指令的处理器，其中，输入接口接收DPA电路的输入状态信号和输出信号，其中，自适应控制算法响应于输入状态信号和输出信号来确定从输出接口发送到控制输入以用于控制DPA电路的操作的控制信号的控制参数。
Description
技术领域
本发明涉及功率放大器***，更具体地，涉及一种数字多尔蒂(Doherty)功率放大器***以及用于增强射频功率放大器的性能的功率放大器***的基于学习的自动调谐优化方法。
背景技术
无线通信数据量和速率的快速增长显著提升了无线发送机中的功耗，其中功率放大器(PA)是能耗的关键组成部分。已提出了包括包络跟踪(ET)、多尔蒂功率放大器(DPA)、包络消除和恢复(EER)的多种高级技术，以改进PA的功率附加效率(PAE)。在这些技术当中，归功于其简单的结构，基于有源负载调制允许高平均效率，DPA非常有前途。
尽管DPA在效率增强方面显示出许多优势，但传统模拟DPA仍遭受导致在能量效率和操作带宽方面性能劣化的缺陷。传统DPA设计基于单输入配置，其包含模拟功率分配器(可能可调谐)、固定相位对准、在AB类上运行的载波PA和在C类模式上运行的峰值PA、以及输出功率组合器。为了改进DPA效率，研究了多种方法，包括栅偏置自适应、非对称DPA、多路DPA、可调谐相位对准和自适应功率分配比。
为了获得最优PA性能，设计者需要手动地调谐电路操作参数，并且调谐过程仅对诸如输入功率、频率和信号标准的固定操作条件有效。在实际情况下，最优控制参数会随变化的输入和电路状态而变化。补偿电路部分也复杂并且难以优化，使得DPA设计繁琐。这些就是基于纯模拟的设计的局限性。
需要诸如数字DPA(DDPA)的更灵活的架构，以针对各种电路状态和各种带宽、功率级和调制格式的输入信号自适应地寻找最优控制参数。
发明内容
一些实施方式基于这样的认识：数字功率放大器(DPA)是可编程的，从而方便设计者的电路调谐过程(自动调谐)，并且可考虑诸如多径的相位延迟的电路不平衡以及包括温度的环境改变。因此，与模拟DPA相比，DPA不仅灵活，而且能够提供增强的性能。
根据本发明的实施方式，提供了一种DPA***、数字多尔蒂功率放大器(DDPA)***和基于学习的自动调谐方法(优化方法)，其尤其通过自适应控制改进了PA的效率和增益，同时满足线性要求。DDPA***和优化方法可用于宽带移动通信，包括发送机的3G、4G LTE以及即将到来的5G基站无线电前端。
本发明的一些实施方式提供了一种数字多尔蒂放大器(DDA)***，其不管装置参数、环境变化而完全自适应地寻找最优控制参数集，而无需复杂的工程调谐，其中最优控制的目标例如是宽带功率发送机中具有合理增益的高效率。
本发明的一个实施方式是不具有关于DPA装置的假设或先验知识的无模型算法，其中该算法基于黑盒优化来搜索最优配置。一些实施方式不仅优化DPA效率，而且以灵活的方式增强增益和线性性质。例如，在一些实施方式中，***可平衡不同频带中的增益和效率权衡，或者使特定约束下的效率最大化。一个示例是优化效率，同时需要大于所配置的阈值的增益。在调制信号的情况下，我们在相同的DDPA场景下优化效率、增益以及相邻信道功率比(ACPR)。ACPR是调制信号中具有从主信道发射到相邻信道的有限功率的重要因素。
根据本发明的实施方式，一种数字功率放大器(DPA)***包括：功率放大器(PA)电路，其具有控制输入以及用于生成输出信号的输出；以及自适应控制电路，其包括输入接口、输出接口、存储自适应控制算法的存储器以及与存储器连接基于自适应控制算法执行指令的处理器，其中，输入接口接收PA电路的输入状态信号和输出信号，其中，自适应控制算法响应于输入状态信号和输出信号来确定从输出接口发送到控制输入以用于控制PA电路的操作的控制信号的控制参数。
此外，根据本发明的另一实施方式，一种数字多尔蒂功率放大器(DDPA)***包括：多尔蒂功率放大器(DPA)电路，其具有控制输入以及用于生成输出信号的输出；以及自适应控制电路，其包括输入接口、输出接口、存储自适应控制算法的存储器以及与存储器连接基于自适应控制算法执行指令的处理器，其中，输入接口接收DPA电路的输入状态信号和输出信号，其中，自适应控制算法响应于输入状态信号和输出信号来确定从输出接口发送到控制输入以用于控制DPA电路的操作的控制信号的控制参数。
一些其它实施方式考虑了非线性和效率要求二者，其将DDPA的线性补偿和效率改进脱钩。要注意的是，所有补偿和增强组件均在数字域中工作。
附图说明
[图1]图1是根据本发明的一些实施方式的DDPA硬件设置的框图。
[图2]图2是根据本发明的一些实施方式的用于自适应控制(线性、效率和增益)的框架结构。
[图3A]图3A是根据本发明的一些实施方式的用于效率增强的自适应控制模块的框图。
[图3B]图3B是根据本发明的一些实施方式的数字功率放大器(DPA)自适应控制***的框图。
[图4]图4是根据本发明的一些实施方式的基于模拟退火(SA)+极值搜索(ES)的DDPA优化的流程图。
[图5]图5是根据本发明的一些实施方式的简化ES的流程图。
[图6]图6是根据本发明的一些实施方式的详细ES算法的流程图。
[图7]图7是根据本发明的一些实施方式的对一个变量的实时极值搜索。
[图8]图8是根据本发明的一些实施方式的对多个变量的实时极值搜索。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的各种实施方式。将注意的是，附图未按比例绘制，贯穿附图，相似结构或功能的元件由相似的标号表示。还应该注意的是，附图仅旨在方便本发明的特定实施方式的描述。它们并非旨在作为本发明的详尽描述或作为对本发明的范围的限制。另外，结合本发明的特定实施方式描述的方面未必限于该实施方式，而是可在本发明的任何其它实施方式中实践。
图1是根据本发明的一些实施方式的数字功率放大器(DPA)模块100的框图。
DPA模块100可以是由诸如多尔蒂功率放大器、异相功率放大器、平衡功率放大器和推挽功率放大器等的多输入功率放大器配置的数字功率放大器(DPA)模块。
作为示例，在数字功率放大器(DPA)模块100中使用多尔蒂功率放大器以用于说明DPA模块的功能。DPA模块100可被称为DDPA(数字多尔蒂功率放大器)模块100。然而，应该注意的是，根据电路设计变化，也可使用异相功率放大器电路、平衡功率放大器电路或推挽功率放大器电路。
DDPA模块100可包括基带处理模块101、数字多尔蒂放大器(DDA)自适应控制模块102、振幅比-相位控制模块(振幅相位模块)103、信号转换器110、双输入DPA模块(DPA模块，但不限于双输入)120以及根据DDA自适应控制模块102所生成的最优控制参数(或控制参数)313向DPA单元120提供偏置条件(电压和/或电流)的电力供应器104。DPA模块120包括主PA(载波PA)121、峰值PA 122和输出组合器123。信号转换器110包括数模转换器(DAC)111和112以及上变频器113和114。
双输入DPA 120包括用于控制载波信号的载波功率放大器(PA)121和用于控制峰值信号的峰值功率放大器(PA)122、以及用于组合来自载波PA 121和峰值PA 122的信号的输出组合器123。显而易见，数字多尔蒂的配置可扩展至多路多尔蒂，其中涉及具有100中描述的类似拓扑的两个以上PA。
当模块100中使用多尔蒂放大器以外的功率放大器时，DDA自适应控制模块102可被称为数字自适应(DA)控制模块102。
输入信号301被发送到DDA自适应控制模块102。DDA自适应控制模块102执行数据驱动优化，并使用输入信号301和来自DPA模块120的输出信号300针对PA 121和122之间的相位差和PA 121和122的输入功率比生成最优控制参数313。在一些情况下，控制参数313可被称为更新的DDPA参数。更新的DDPA参数313被提供给振幅相位模块103。此外，上述优化可被称为功率放大器***的基于学习的自动调谐方法。
在这种情况下，控制参数313包括PA 121和122的栅偏置参数、PA 121和122之间的相位差以及PA 121和122的输入功率分布(比)。此外，电力供应器104从DDA自适应控制模块102接收栅偏置参数，并根据栅偏置参数将栅偏置电压施加到PA 121和122。当振幅相位模块103从DDA自适应控制模块102接收到PA 121和122之间的相位差以及PA 121和122的输入功率比作为控制参数313的一部分时，振幅相位模块103生成要分别施加到PA 121和PA 122的信号S1和S2。在这种情况下，信号S1和S2形成为使得信号S1和S2的振幅比和信号S1和S2之间的相位差满足由DDA自适应控制模块102计算的最优控制参数313所指示的值。
在一些情况下，DDA自适应控制模块102可包括电力供应器104，并且PA 121和122可以是使用基于氮化镓(GaN)的材料或其它不同的半导体器件技术制造的场效应晶体管(FET)。此外，PA 121和122可以是双极晶体管(BPT)。在这种情况下，栅偏置由双极晶体管的基极电流偏置代替。BPT可通过基于GaN的材料或其它不同的半导体器件技术来形成。
可经由预定带通滤波器(未示出)从天线(未示出)发送输出组合器123的输出信号(例如，四分之一波传输线可用作输出组合网络。此外，也可使用诸如基于电感器、电容器的集总组件的其它格式来执行相同的组合功能)。此外，通过DDA控制模块102的输入接口(未示出)接收(检测)输出组合器123的输出信号，以计算分别控制载波PA 121和峰值PA 122的控制参数313。在一些情况下，控制参数313可被称为调谐参数。
载波PA 121和峰值PA 122中的每一个可由指示栅偏置、相位和输入功率信号的控制参数313控制。相位信号和输入功率信号被施加到振幅相位模块103。振幅相位模块103根据DDA自适应控制模块102所生成的控制参数313来调节载波PA 121和峰值PA 122的信号的振幅比和相位。
在这种情况下，如果需要，信号转换器110经由驱动载波PA 121和峰值PA 122的驱动放大器(未示出)来生成相位信号和输入功率信号并将它们提供给载波PA 121和峰值PA122。
DDA自适应控制模块102包括与存储自适应控制算法的一个或更多个存储器(未示出)连接的处理器(未示出)，其中该处理器根据预定自适应控制算法来执行指令。此外，自适应控制算法基于称为自适应调谐控制的无模型优化。
控制参数313由DDA自适应控制模块102生成，DDA自适应控制模块102通过自适应优化控制来计算控制参数313的值。在一些情况下，控制参数313可被称为数据驱动优化参数。
此外，DDA自适应控制模块102还包括：输入接口(未示出)，其接收输入信号301和双输入DPA模块120的输出信号300；以及输出接口(未示出)，其生成包括相位控制信号、功率比控制信号和偏置信号的控制参数313以用于控制双输入DPA 120以及载波PA 121和峰值PA 122。
DDA自适应控制模块102从基带处理模块101接收基带信号并经由输入接口检测输出组合器123的输出信号300以基于自适应控制算法来生成控制参数313(可被称为数据驱动优化参数313)。在这种情况下，数据驱动优化参数313的一部分经由输出接口被提供给振幅相位控制模块103以用于控制PA 121和122的相位和功率比。此外，数据驱动优化参数313的另一部分被转换为经由电力供应器104分别发送到PA 121和122的栅偏置以用于控制PA121和122的栅偏置。
在图1中，DDPA模块100是可编程的，从而方便设计者的电路调谐过程，并且可充分考虑电路不平衡和多径缺陷。因此，与模拟DPA相比，DDPA模块100不仅灵活且低成本，而且提供更好的性能。根据本发明的实施方式的设计受益于软件设计的原理，以使得控制端口可适于通过算法来达到最优性能。
使RF功率放大器更高效意指将它驱动至其饱和点附近的点。在这种情况下，调制的波形往往会失真(引入由ACPR—相邻信道功率比表征的非线性)。因此，设计目标是使功率附加效率(PAE)最大化，同时维持高增益和良好的线性(ACPR)。在一些情况下，可通过数字预失真(DPD)来实现数字线性。
图2示出分别通过DPD(数字预失真)处理201和效率增强处理202来改进PA 121和122的线性和效率的阶段。在这些处理中，在步骤201中执行输入信号的数字预失真，在步骤202中执行效率增强，并且在步骤203中将由这些处理通过数字预失真(DPD)和效率增强获得的输入信号提供给PA 121和121。
图3A示出我们的PA自动调谐算法的详细框图，其中输入信号(输入状态信号)301用作输入状态，其包括指示频率和输入功率级的不同状态，但不限于这两个状态，也可包括诸如信号调制格式的其它状态。指示频率和输入信号功率级的输入状态信号301被馈送到DDA自适应控制模块102中以使用输入信号301和双输入DPA模块120的输出信号330来自适应地调谐DDPA 120的控制参数313，例如栅偏置303、主放大器和峰值放大器之间的相位差304以及输入功率分布305。最后，调谐的参数被馈送到双输入DPA模块120。
根据电路设计变化，DPA模块120可包括三个或三个以上功率放大器(PA)。例如，参见图3B。在这种情况下，DDA自适应控制模块102为三个或三个以上功率放大器中的每一个提供控制参数313。
图3B是示出根据本发明的实施方式的执行DPA模块的自动调谐处理的多输入数字功率放大器模块350的框图。
在该图中，当部件的功能与图1中的那些相似时，针对那些部件使用图1中的相同部件标号。此外，省略相同部件标号的描述。
多输入数字功率放大器模块350包括基带处理模块101、DA自适应控制模块102、振幅比/相位控制模块103、信号转换器110和多输入PA模块120。在这种情况下，信号转换器110包括数模转换器(DAC)111、112和112n以及上变频器113、114和114n。
多输入PA模块120包括用于控制载波信号的载波功率放大器(PA)121和用于控制峰值信号的峰值功率放大器(PA)122、以及用于控制第二峰值信号的第二峰值功率放大器(PA)122n、以及用于组合来自PA 121、122和122n的信号的输出组合器123。在这种情况下，信号转换器110包括三个或三个以上DAC以及三个或三个以上上变频器，并且多输入PA模块120包括三个或三个以上功率放大器121、122和122n。
DA自适应控制模块102使用输入信号301和多输入PA模块120的输出信号300来生成更新的DPA参数313，并将更新的DPA参数313提供给振幅相位模块103。然后，振幅相位模块103将信号提供给信号转换器110，使得信号转换生成要分别施加到PA 121、PA 122和PA122n的S1、S2和S2n。
如上所述，使用自适应控制模块102来计算最优控制参数313。下面将提供关于最优控制参数的详细讨论。
最优控制参数
以最大成本函数Q(θ)搜索最优控制参数θ*：
寻找θ*的更新规则基于无模型优化算法，其中θ是如下定义的放大器调谐参数的向量：
θ＝[Gate-biasmain,ate-biaspeak,功率分布,相位差]
要注意的是，控制端口包含相位对准组件，并且在数字电路上在RF频率上运行相移非常具有挑战性。为了解决相移挑战，假设有基带信号：
假设并且RF的调制信号可写为：
yRF(t)＝yIF(t)·yLO(t)
相移版本可写为：
yRF(t+Δt)＝yIF(t+Δt)·yLO(t+Δt)
要注意的是，可忽略基带信号中所写的RF频率中的相移分量(yIF(t+Δt)≈yIF(t))，那么有：
yRF(t+Δt)＝yIF（t)·yLO(t+Δt)
可通过对上变频器的相位进行移位来代替相移分量。可编程移相器是实现相位对准的另一替代，其需要小心地选择调谐范围以便获得高分辨率和附加成本。
在本发明的一个实施方式中，作为无模型优化方法我们实现图4所示的模拟退火(SA)加上极值搜索(ES)。SA 406和ES 409的组合使得***混合，其中SA 406捕获模型中主要由于频率和输入功率变化而引起的随机和突发变化，而ES 409捕获模型中由于温度而引起的缓慢变化。图4说明了用于DDPA优化的混合算法。下面描述的算法可被存储到DA自适应控制模块102的存储器中，作为要由模块102中的处理器执行的程序(指令)。
在一个实施方式中，我们将成本函数Q(θ)401选择为：
Q(θ)＝Gain[dB]+0.01*PAE[％]+a1Pout[dBm]+a2ACPR[dBc] (8)
其中Gain是放大器的增益(dB)，PAE是功率附加效率(％)，Pout是放大器的功率输出(dBm)，ACPR是相邻信道功率比(dBc)，a1和a2是大于100的数以确保ACPR[dBc]和Pout[dBm]已被指派在调制信号中至关重要的重要因子。
为了以最大成本函数Q(θ)401搜索最优控制参数θ*，我们基于以下两个阶段来实现无模型优化算法：
阶段一：探索阶段：以随机初始点θ0和温度T404开始。对于各个迭代，在按折扣因子α减小温度T(T←αT)的同时在预定义的边界内随机生成θ。
对于第i迭代的各个随机移动，确定成本Q(θ,t)401，并且如果
Q(θ,t)-Q(θ,t-1)＞0 (10)
则接受该移动并存储θ。
如果不满足该条件，则通过使用玻尔兹曼条件405，可如下接受随机移动，
如果不满足上述条件，则不接受该特定移动，并且生成下一随机点。我们接受一些随机移动，即使它们的成本小于先前成本402，以避免局部最小值。
重复上述过程，直至温度T高于阈值Tstop。
接下来，选择具有最大成本Q(θ)的最佳θbest以寻找最佳的最优参数，以在探索的值集合内实现最大成本。探索阶段确保寻找到全局最优值。
接下来，在第二阶段，一旦DDPA在探索的值集合内实现最大成本，算法就切换到极值搜索。ES阶段的目标是利用局部搜索微调最优参数的值。
阶段二:通过极值搜索的探索阶段：
图5示出用于更新放大器的模型的极值搜索(ES)方法的框图。极值搜索利用具有预定频率的扰动信号迭代地扰动放大器的参数，直至满足终止条件为止。例如，极值搜索的迭代利用在极值搜索的先前迭代期间更新的扰动信号来扰动560放大器的参数，并且响应于扰动560，确定570放大器性能的成本函数。例如，扰动信号可包括预定频率的周期性信号。
接下来，迭代通过利用扰动信号修改成本函数来确定580成本函数的梯度，并将利用成本函数的梯度对扰动信号进行积分590以更新用于极值搜索的下一迭代的扰动信号。例如，成本函数的梯度被确定为成本函数、扰动信号和极值搜索的增益的乘积。可重复极值搜索的迭代，直至满足终止条件为止。
图6示出根据一些实施方式的使用性能成本函数的极值搜索方法的框图。该方法确定性能成本函数615。例如，性能成本函数615可包括功率附加效率(PAE)、增益和相邻信道功率比(ACPR)。在步骤620中，极值搜索将成本函数615与时间的第一周期性信号625相乘以生成扰动成本函数629，并从扰动成本函数629减去(在步骤650中)相对于第一周期性信号625的相位具有九十度正交相移的第二周期性信号637，以生成增益函数的导数655。此外，在步骤640中，极值搜索方法随时间对增益函数的导数进行积分，以生成作为时间的函数的参数值645。
图7示出针对一个调谐参数的简单情况的ES控制器的示意图，其实现图6所示的极值搜索方法。ES控制器向***中注入正弦扰动asinωt 625，得到成本函数的输出Q(θ)401。该输出Q(θ)401随后乘以asinωt 625。乘以增益l后的所得信号ξ707是相对于成本函数θ的成本函数的梯度的估计。梯度估计然后经过积分器1/s 706并与调制信号asinωt 637相加。
极值搜索是无模型学习方法，因此可用于放大器参数调谐。另外，会需要更新放大器的多个参数，在这种情况下，需要使用多参数ES。
图8示出根据一个实施方式的多参数ES控制器的示意图。在此实施方式中，多参数ES利用具有不同频率的对应扰动信号来扰动参数集合中的参数，以更新存储在存储器中的模型。在一些实现方式中，各个不同的频率大于电池的频率响应。另外地或另选地，在一些实现方式中，扰动信号的不同频率满足收敛条件，使得集合中的第一扰动信号的第一频率和第二扰动信号的第二频率之和不等于第三扰动信号的第三频率。
例如，当有n个参数要估计时，图8的ES控制器利用n个控制参数θi 313、n个参数ξi813、818、823、n个扰动信号625、637以及作为所有估计的控制参数θ＝(θ1,...,θn)T313的函数的一个公共成本函数401重复n次。
该多参数ES可由如下方程描述：
ξi＝ailsin(ωit)Q(θ)， (3)
θi＝ξi+aisin(ωit)， (4)
其中扰动频率ωi使得ωi≠ωj，ωi+ωj≠ωk，i,j,k,∈{1,2,n}，并且ωi>ω*，其中ω*足够大以确保收敛。如果正确地选择参数ai、ωi和l，则成本函数输出Q(θ)收敛于最优成本函数值Q(θ*)附近。
为了在实时嵌入式***中实现ES算法，ES算法的离散版本是有利的。ES算法的示例离散版本为：
ξi(k+1)＝ξi(k)+ailΔTsin(ωik)Q(θ(k))， (5)
θi(k+1)＝ξi(k+1)+aisin(ωi(k))， (6)
其中k是时间步长，ΔT是采样时间。
本发明的上述实施方式可按照众多方式中的任一种来实现。例如，实施方式可使用硬件、软件或其组合来实现。当以软件实现时，软件代码可在任何合适的处理器或处理器集合(无论设置在单个计算机中还是分布于多个计算机)上执行。这些处理器可被实现为集成电路，在集成电路组件中具有一个或更多个处理器。但是，处理器可使用任何合适格式的电路来实现。
另外，本发明的实施方式可被具体实现为一种方法，已提供其示例。作为该方法的一部分执行的动作可按照任何合适的方式排序。因此，可构造以与所示不同的次序执行动作的实施方式，其可包括同时执行一些动作，尽管在例示性实施方式中作为顺序动作示出。
在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”的序数词修饰权利要求元素本身并不暗示一个权利要求元素相比于另一权利要求元素的任何优先或次序或者方法动作执行的时间次序，而是仅用作标签以将具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称(但使用序数词)的另一元素相区分，以区分权利要求元素。
Claims (12)
1.一种数字功率放大器DPA***，该DPA***包括：
功率放大器PA电路，该PA电路具有控制输入以及用于生成输出信号的输出，所述PA电路包括两个以上功率放大器PA；以及
自适应控制电路，该自适应控制电路包括输入接口、输出接口、存储自适应控制算法的存储器以及与所述存储器连接基于所述自适应控制算法执行指令的处理器，其中，所述输入接口接收所述PA电路的输入状态信号和输出信号，其中，所述自适应控制算法响应于所述输入状态信号和所述输出信号来确定从所述输出接口发送到所述控制输入以用于控制所述PA电路的操作的控制信号的控制参数，其中，所述自适应控制算法通过使包括性能成本函数和扰动成本函数的成本函数最大化来确定所述控制参数，
所述控制参数包括：多个所述PA的栅偏置参数、多个所述PA之间的相位差以及和多个所述PA的输入功率分布；
所述性能成本函数包括相对于DPA电路的功率附加效率PAE、增益和相邻信道功率比ACPR的参数；
所述扰动成本函数是将所述性能成本函数与时间的第一周期性信号相乘而生成的。
2.根据权利要求1所述的DPA***，其中，所述处理器选择成本函数以根据所述自适应控制算法来估计所述控制参数。
3.根据权利要求1所述的DPA***，其中，所述PA电路是异相功率放大器电路、平衡功率放大器电路或推挽功率放大器电路，其中，所述PA电路包括至少两个功率晶体管以及将所述功率晶体管的输出信号组合的输出组合器。
4.根据权利要求3所述的DPA***，其中，所述功率晶体管是场效应晶体管FET。
5.根据权利要求3所述的DPA***，其中，所述功率晶体管由包括氮化镓GaN材料的材料形成。
6.根据权利要求1所述的DPA***，其中，所述PA电路包括三个以上所述PA，其中，所述自适应控制电路输出三个以上输出信号。
7.一种数字多尔蒂功率放大器DDPA***，该DDPA***包括：
多尔蒂功率放大器DPA电路，该DPA电路具有控制输入以及用于生成输出信号的输出，所述DPA电路包括两个以上功率放大器PA；以及
自适应控制电路，该自适应控制电路包括输入接口、输出接口、存储自适应控制算法的存储器以及与所述存储器连接基于所述自适应控制算法执行指令的处理器，其中，所述输入接口接收所述DPA电路的输入状态信号和输出信号，其中，所述自适应控制算法响应于所述输入状态信号和所述输出信号来确定从所述输出接口发送到所述控制输入以用于控制所述DPA电路的操作的控制信号的控制参数，
其中，所述自适应控制算法通过使包括性能成本函数和扰动成本函数的成本函数最大化来确定所述控制参数，
所述控制参数包括：多个所述PA的栅偏置参数、多个所述PA之间的相位差以及和多个所述PA的输入功率分布；
所述性能成本函数包括相对于DPA电路的功率附加效率PAE、增益和相邻信道功率比ACPR的参数；
所述扰动成本函数是将所述性能成本函数与时间的第一周期性信号相乘而生成的。
8.根据权利要求7所述的DDPA***，其中，所述处理器选择成本函数以根据所述自适应控制算法来估计所述控制参数。
9.根据权利要求7所述的DDPA***，其中，所述DPA电路包括至少两个功率晶体管以及将所述功率晶体管的输出信号组合的输出组合器。
10.根据权利要求9所述的DDPA***，其中，所述功率晶体管是场效应晶体管FET。
11.根据权利要求9所述的DDPA***，其中，所述功率晶体管由包括氮化镓GaN材料的材料形成。
12.根据权利要求7所述的DDPA***，其中，所述DPA电路包括三个以上所述PA，其中，所述自适应控制电路的输出信号的数量与所述PA的数量相同。
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|---|---|---|---|---|
| US11336231B2 (en) * | 2020-02-19 | 2022-05-17 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Power amplifier system and transfer learning-based autotuning optimization method thereof |
| US11843353B2 (en) * | 2020-12-23 | 2023-12-12 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Interactive online adaptation for digital pre-distortion and power amplifier system auto-tuning |
| US11948071B2 (en) * | 2020-12-23 | 2024-04-02 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | Deep learning-based online adaptation of digital pre-distortion and power amplifier systems |
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| CN113542979A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-22 | 广州朗国电子科技股份有限公司 | 一种调节数字功放的方法及其装置 |
| CN113810023B (zh) * | 2021-08-31 | 2023-05-09 | 电子科技大学 | 一种数字功率发射芯片的阻抗调制***及方法 |
| CN114553153A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-27 | 电子科技大学 | 一种幅相独立可调的模拟预失真线性化器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008154077A1 (en) * | 2007-04-23 | 2008-12-18 | Dali Systems, Co., Ltd. | Digital hybrid mode power amplifier system |
| CN101485081A (zh) * | 2006-05-05 | 2009-07-15 | 阿斯特里姆有限公司 | Rf功率放大器 |
| CN104246380A (zh) * | 2012-05-10 | 2014-12-24 | 三菱电机株式会社 | 用于控制***的操作的控制器和方法 |
| CN104704747A (zh) * | 2012-07-31 | 2015-06-10 | F·甘诺奇 | 扩展带宽的数字多尔蒂发射机 |
| CN104811149A (zh) * | 2014-01-28 | 2015-07-29 | 马克西姆综合产品公司 | 使用具有增强模数转换的集成信号分析器的rf功率放大器中的自适应控制的数字预失真 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6054896A (en) * | 1998-12-17 | 2000-04-25 | Datum Telegraphic Inc. | Controller and associated methods for a linc linear power amplifier |
| US6600792B2 (en) | 1998-06-26 | 2003-07-29 | Qualcomm Incorporated | Predistortion technique for high power amplifiers |
| EP1104093A1 (en) * | 1999-11-24 | 2001-05-30 | Telefonaktiebolaget Lm Ericsson | Method and apparatus for generation of a RF signal |
| US6853244B2 (en) | 2003-06-24 | 2005-02-08 | Northrop Grumman Corproation | Multi-mode multi-amplifier architecture |
| US20080111622A1 (en) | 2006-11-14 | 2008-05-15 | Roland Sperlich | Hybrid Doherty Amplifier System and Method |
| US7755429B2 (en) | 2007-02-16 | 2010-07-13 | Microelectronics Technology Inc. | System and method for dynamic drain voltage adjustment to control linearity, output power, and efficiency in RF power amplifiers |
| EP2132872B1 (en) * | 2007-03-30 | 2018-11-28 | Apple Inc. | Amplifier pre-distortion systems and methods |
| US8274332B2 (en) | 2007-04-23 | 2012-09-25 | Dali Systems Co. Ltd. | N-way Doherty distributed power amplifier with power tracking |
| JP2009100429A (ja) | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Hitachi Kokusai Electric Inc | ドハティ増幅器 |
| US20100074367A1 (en) | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Samsung Electro-Mechanics Company, Ltd. | Adaptive combiner error calibration algorithms in all-digital outphasing transmitter |
| US8106712B2 (en) * | 2008-12-24 | 2012-01-31 | Georgia Tech Research Corporation | Systems and methods for self-mixing adaptive bias circuit for power amplifier |
| US8385854B2 (en) * | 2009-05-21 | 2013-02-26 | Qualcomm Incorporated | Adaptive parametric power amplifier protection circuit |
| US9680497B2 (en) * | 2014-03-26 | 2017-06-13 | Syntropy Systems, Llc | Conversion of a discrete-time quantized signal into a continuous-time, continuously variable signal |
| US20130021104A1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-01-24 | Ubidyne, Inc. | Amplifier arrangement |
| US8548404B2 (en) * | 2011-09-30 | 2013-10-01 | Scintera Networks, Inc. | Linearization of power amplifiers through digital in-band predistortion followed by analog predistortion |
| WO2013086658A1 (en) | 2011-12-15 | 2013-06-20 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Doherty power amplification apparatus and method |
| CN102611660A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-25 | 华为技术有限公司 | 一种数字预失真处理方法及用户终端 |
| GB2500708B (en) * | 2012-03-30 | 2016-04-13 | Nujira Ltd | Determination of envelope shaping and signal path predistortion of an ET amplification stage using device characterisation data |
| JP2015046795A (ja) | 2013-08-28 | 2015-03-12 | 株式会社東芝 | 電力増幅装置、及び電力増幅装置の制御方法 |
| WO2015042142A1 (en) * | 2013-09-17 | 2015-03-26 | Parkervision, Inc. | Method, apparatus and system for rendering an information bearing function of time |
| US20150180426A1 (en) | 2013-11-18 | 2015-06-25 | Auriga Measurement Systems, LLC | Adaptive receiver/transmitter amplifier circuit |
| JP2017046122A (ja) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 住友電気工業株式会社 | 歪補償装置 |
-
2017
- 2017-11-01 US US15/800,724 patent/US10454427B2/en active Active
-
2018
- 2018-03-30 EP EP18723077.6A patent/EP3704792A1/en active Pending
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- 2018-03-30 JP JP2020502249A patent/JP6793871B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101485081A (zh) * | 2006-05-05 | 2009-07-15 | 阿斯特里姆有限公司 | Rf功率放大器 |
| WO2008154077A1 (en) * | 2007-04-23 | 2008-12-18 | Dali Systems, Co., Ltd. | Digital hybrid mode power amplifier system |
| CN104246380A (zh) * | 2012-05-10 | 2014-12-24 | 三菱电机株式会社 | 用于控制***的操作的控制器和方法 |
| CN104704747A (zh) * | 2012-07-31 | 2015-06-10 | F·甘诺奇 | 扩展带宽的数字多尔蒂发射机 |
| CN104811149A (zh) * | 2014-01-28 | 2015-07-29 | 马克西姆综合产品公司 | 使用具有增强模数转换的集成信号分析器的rf功率放大器中的自适应控制的数字预失真 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于神经网络自适应控制线性功率放大器的设计;刘迪迪;罗晓曙;蒋品群;林战平;;广西物理(04);第37-40页 * |
Also Published As
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