專(zhuān)利名稱(chēng)：高功率射頻放大器功率共享系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻(RF)放大器的功率共享系統(tǒng)。
為了與遠(yuǎn)距離的移動(dòng)站通信，陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)必須要產(chǎn)生無(wú)線頻率(RF)功率，許多年，這樣的通信是用如

圖1所示的系統(tǒng)10來(lái)完成的，參照?qǐng)D1，這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)，使用獨(dú)立的放大器13，放大由無(wú)線信道單元12提供的RF信號(hào)(每一個(gè)都與相應(yīng)的移動(dòng)站通信)，然后，用放大的無(wú)線信號(hào)與高一Q調(diào)諧混合器15(空腔混合器)相混合。這個(gè)混合信號(hào)被送到帶通濾波器19，輸出又聯(lián)到了天線20，以便傳送到遠(yuǎn)距離移動(dòng)站(沒(méi)有表示)。
使用靜態(tài)空腔混合器存在的問(wèn)題是這樣的混合器不能在寬頻范圍實(shí)現(xiàn)功能，因此，也不能具有現(xiàn)行移動(dòng)通信系統(tǒng)所需頻率靈活的特性，參照?qǐng)D2。為克服使用圖1表示空腔混合器系統(tǒng)的限制，一次新技術(shù)被現(xiàn)行系統(tǒng)25使用，在那里通過(guò)有損耗混合器30混合無(wú)線信號(hào)，它能在復(fù)蓋很寬頻率范圍內(nèi)混合信號(hào)。例如869到894MHz。由于在頻率范圍內(nèi)使用寬帶線性放大器35，系統(tǒng)25具有操作很高頻率靈敏度的輸入信號(hào)能力。
在圖2所示的系統(tǒng)中，使用的放大器具有很好的線性放大特性是很重要的。如果放大器不是高度線性，在放大器的輸出端，將會(huì)產(chǎn)生附加的不期望得到的交調(diào)(互調(diào))信號(hào)，降低通信質(zhì)量。
我們都知道，用線性放大器的“輸出第三次截止點(diǎn)(IP30)”描述放大器的線性，對(duì)于一個(gè)給定的放大的裝置狀態(tài)，由下面的等式1給出了對(duì)放大器的IP30要求IP30=151logPo-IM/2+5log(n2-3N/2) 其中Po＝用毫瓦表示每個(gè)無(wú)線信道的功率輸出N＝被放大的無(wú)線信道數(shù)IM＝用dBm表示允許最大的交調(diào)電平(交調(diào)失真)對(duì)于必需在幾毫瓦級(jí)上產(chǎn)生功率輸出的放大器，例如，10毫瓦；對(duì)于數(shù)量少的無(wú)線信道，如4個(gè)信道；以及用相對(duì)低的交調(diào)電平，如-13dBm，可以使用相當(dāng)小的和相對(duì)便宜的放大器。但是，當(dāng)需要產(chǎn)生的功率電平數(shù)量級(jí)比較高，如每個(gè)信道5瓦，對(duì)于一個(gè)信道數(shù)很大，如20個(gè)信道，而需要保持相同的交調(diào)電平，所需的放大器的尺寸和成本都會(huì)大大地增加。
在典型的陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)中，可能會(huì)有60個(gè)信道聯(lián)結(jié)到12個(gè)天線上，每個(gè)天線平均有5個(gè)無(wú)線信道通過(guò)一個(gè)有損耗混合器和一個(gè)線性功率放大器與它相連。如上所述，如果每個(gè)信道為保持較低的交調(diào)失真，而放大器必須為每個(gè)信道上生成幾瓦的功率。另一個(gè)問(wèn)題是，在這樣的陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)中，涉及到由統(tǒng)計(jì)確定，將有多少無(wú)線用戶同時(shí)聯(lián)接到任意天線，來(lái)確定放大器尺寸。平均只能有5個(gè)用戶，但是有時(shí)存在特例，可能有8或10個(gè)用戶要求的業(yè)務(wù)通過(guò)一個(gè)放大器，在這種情況下，放大器的線性需求增加到5log(N2－3N/2)。例如當(dāng)用戶數(shù)從5變到10時(shí)，IP30截止點(diǎn)增加了3DBM以上，用下例表示5log(52－3×5/2)＝6.22dBm5log(102－3×10/2)＝9.65dBm當(dāng)要保持很低的交調(diào)失真時(shí)，為控制這樣大功率而設(shè)計(jì)的放大器，實(shí)際上是很大的，而且消耗大量的功率，容易發(fā)生故障，還十分昂貴。
解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方法是利用很大的線性放大器，離散的把少量的信道分配給每個(gè)放大器。例如一個(gè)陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)，如蜂窩基礎(chǔ)地段站，可能適合6個(gè)線性放大器。每個(gè)線性放大器都很大，接近2′×2′×2′(·6m×·6m×·9m)，而且特別貴。對(duì)于60個(gè)信道地段站，每個(gè)放大器必須放大10個(gè)無(wú)線信道，如10基站無(wú)線信號(hào)，以及近似1500瓦靜態(tài)直流電源功耗。可以相信所有初始硬件成本以及與功率消耗相應(yīng)的操作成本都會(huì)很大。另外，因?yàn)闊o(wú)線輸出是靜態(tài)分配給指定的放大器，這個(gè)系統(tǒng)不具有動(dòng)態(tài)的把任意無(wú)線信道連結(jié)到天線的內(nèi)在能力。
本發(fā)明提供了這些問(wèn)題的解決方法，它是一個(gè)功率共享系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的方法不同，它用統(tǒng)計(jì)信道裝入消除這個(gè)相關(guān)問(wèn)題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)放大器共享系統(tǒng)，它把大量信道以任意次序傳送給大量的天線。消除了放大可變化的信道數(shù)對(duì)任何放大器的必需的要求。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了這樣一個(gè)放大器功率共享系統(tǒng)，它消除了連結(jié)到任意一個(gè)與發(fā)送天線相應(yīng)放大器的無(wú)線信道數(shù)的統(tǒng)計(jì)峰值。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供了用于陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)的電源共享系統(tǒng)。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一個(gè)陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)，它降代了硬件的成本，提高了可靠性。由于提高了放大器的特性，從而提高了信號(hào)傳輸質(zhì)量，動(dòng)態(tài)地把任意用戶信道連到任意發(fā)送天線，以便使用最適合發(fā)送相應(yīng)位號(hào)的發(fā)送天線，改善了信號(hào)的發(fā)送質(zhì)量。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供了這樣一個(gè)放大器功率共享系統(tǒng)，它把許多輸入信號(hào)平均分配給這個(gè)系統(tǒng)放大器，然后，重新恢復(fù)這個(gè)被放大的輸入信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，大量的輸入信號(hào)被提供給一個(gè)變換矩陣。這個(gè)矩陣把每個(gè)輸入信號(hào)分成N個(gè)變換信號(hào)，每個(gè)變換信號(hào)包含每個(gè)輸入信號(hào)功率的相等部分(1/N)；為每個(gè)被變換的信號(hào)提供了用于放大的放大器；被放大的變換信號(hào)提供給逆變換矩陣，逆矩陣重新組合每個(gè)被放大的變換的信號(hào)部分，變換成被放大的輸入信號(hào)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，被放大的輸入信號(hào)是放大了輸入信號(hào)的復(fù)制品。
根據(jù)本發(fā)明，在具有大量的無(wú)線信道陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)中，每個(gè)無(wú)線信道都可能互連到N個(gè)混合器中的任意一個(gè)，每個(gè)混合器都與相應(yīng)的發(fā)送天線相結(jié)合，天線輸入信號(hào)由混合器的輸出提供，并且發(fā)送天線發(fā)送這個(gè)被放大的輸入信號(hào)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，任何無(wú)線信道都可以動(dòng)態(tài)地連結(jié)到任何一個(gè)放大器。
根據(jù)本發(fā)明，還有另外一方面，這個(gè)變換矩陣是付立葉變換矩陣，反變換矩陣是一個(gè)付立葉逆變換矩陣。
根據(jù)本發(fā)明，陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)包括N個(gè)天線，N是m的功率，例如N＝mr，當(dāng)這個(gè)變換矩陣是用基數(shù)為m，十取一在頻域算法有r級(jí)付立葉變換矩陣時(shí)，逆變換矩陣是用一個(gè)基數(shù)為m，十取一在時(shí)域算法有r級(jí)的付立葉逆變換矩陣。
因?yàn)殛懙匾苿?dòng)無(wú)線系統(tǒng)可能不要求提供統(tǒng)計(jì)峰值容差的線性放大器，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)上提供了很大的改進(jìn)，利用本發(fā)明的系統(tǒng)，每個(gè)放大器都可以被所有用戶信道等效地使用。這樣既使所有信道都處在工作狀態(tài)下，每個(gè)放大器要求的功率的最大值，也只是所有信道總數(shù)的1/N，這個(gè)N等于放大器的總量。另外，利用本發(fā)明的這個(gè)系統(tǒng)，不要求一個(gè)無(wú)線信道離散地分配一個(gè)指定的放大器和天線。更確切地說(shuō)，系統(tǒng)允許任何用戶信道對(duì)任意一個(gè)天線的動(dòng)態(tài)變換，不會(huì)影響所分配放大器的功率需求。因此，本發(fā)明提供了這樣一個(gè)改進(jìn)的陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)，它降低設(shè)備成本，減少了操作費(fèi)用，提高了可靠性和信號(hào)傳送質(zhì)量。
本發(fā)明的上述及其它目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將在下面對(duì)實(shí)際例子的具體描述中以及附圖的說(shuō)明中變得更清晰。
圖1是一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)的圖解框圖。
圖2是一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)選擇的具體設(shè)備圖解框圖。
圖3是與本發(fā)明相符合具備功率共享的陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)圖解框圖。
圖4是表示的與圖3有關(guān)的16個(gè)線性功率放大器系統(tǒng)的付立葉變換矩陣和付立葉逆變換矩陣的操作。付立葉變換矩陣是用一個(gè)基數(shù)為2，十取一在頻域算法具有4級(jí)，付立葉逆變換是利用基數(shù)為2，十取一在時(shí)域算法具有4級(jí)。
圖5是應(yīng)用于圖4的付立葉變換矩陣和付立葉逆變換矩陣90度混合網(wǎng)絡(luò)分解器。
圖6是圖4的付立葉變換矩陣的90度混合網(wǎng)絡(luò)分解器選擇具體裝置的表示圖。
圖7是圖4的付立葉逆變換矩陣的90度混合網(wǎng)絡(luò)分解器選擇具體裝置的表示圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好的方式。
本發(fā)明的功率共享系統(tǒng)特別適用于陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)。因?yàn)橥ㄟ^(guò)每個(gè)系統(tǒng)放大器等量分配輸入信號(hào)裝載，所以這個(gè)系統(tǒng)消除了連結(jié)到分配給系統(tǒng)天線的任何放大器信道(用戶)數(shù)目的統(tǒng)計(jì)峰值。因此，每個(gè)系統(tǒng)放大器所需的尺寸是最小的，并且是安全和平均使用，減少了硬件成本，提高了可靠性。另外，本發(fā)明的這個(gè)系統(tǒng)允許把任何系統(tǒng)的無(wú)線信道動(dòng)態(tài)連結(jié)到任何一個(gè)系統(tǒng)天線。
參照?qǐng)D3，陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)110包括大量無(wú)線信道單元112。在本發(fā)明的例子中，系統(tǒng)110包括60個(gè)無(wú)線信道單元。無(wú)線信道單元112的每一個(gè)信道單元可以由單極N擲開(kāi)關(guān)115，連結(jié)到大量有損耗混合器114的任意一個(gè)。為了說(shuō)明本發(fā)明，這里用了16個(gè)有損耗混合器114，每一個(gè)都用單極16擲的開(kāi)關(guān)115，連結(jié)到任意一個(gè)無(wú)線信道單元112。因此，可以了解本技術(shù)的技巧了每個(gè)有損耗混合器114有至多60個(gè)可以在任意時(shí)間用60個(gè)單極16擲的開(kāi)關(guān)115連結(jié)到60個(gè)無(wú)線信道單元112。每個(gè)無(wú)線信道單元112配有一個(gè)移動(dòng)站(沒(méi)有顯示出來(lái))，例如一個(gè)蜂窩電話用戶，每個(gè)信道賦予了一個(gè)唯一的操作頻率。
當(dāng)陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)110的接收部分(未顯示)接收到了與各種的無(wú)線信道112有關(guān)的通信信號(hào)時(shí)，這個(gè)通信信號(hào)被唯一無(wú)線信道單元112的一個(gè)信道識(shí)別，并且由系統(tǒng)110向那里提供。之后，無(wú)線信道單元112執(zhí)行適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如信號(hào)的濾波和放大，并把提供的這個(gè)信號(hào)通過(guò)下文描述的系統(tǒng)，傳送到被分配的用戶。
每個(gè)有損耗混合器114都對(duì)應(yīng)一個(gè)相應(yīng)的天線120，以便把信號(hào)傳送給系統(tǒng)110的用戶?；旌掀?14的輸出經(jīng)過(guò)本發(fā)明的功率共享系統(tǒng)130，提供給了相應(yīng)的天線120。
功率共享系統(tǒng)130包括一個(gè)接收混合器114輸出的N×N的付立葉變換矩陣(快速付立葉變換矩陣)133，并且提供變換輸出信號(hào)給大量線性功率放大器135中的一個(gè)。線性功率放大器135的輸出提供給一個(gè)N×N付立葉逆變換矩陣(快速付立葉逆變換矩陣)138。在本發(fā)明的例子中，有16個(gè)損耗混合器114和16個(gè)天線120，因此有16個(gè)相應(yīng)的線性功率放大器135。付立葉變換矩陣133和付立葉逆變換矩陣138是16×16的矩陣。
也參照?qǐng)D4，會(huì)更詳細(xì)地表示功率共享系統(tǒng)130。付立葉變換矩陣133把16個(gè)有損耗混合器的輸出平均地離散地分布在16個(gè)線性功率放大器135上。通過(guò)利用基數(shù)為2，十取一在頻域算法有4級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)?；鶖?shù)為2，十取一在頻域算法參照在Kranianskas，Peter“Aplain Man’s Guide to the EFT”的28到30頁(yè)，圖8到14；IEEE信號(hào)處理雜志1994年8月24到35頁(yè)的揭示。正如將從本技術(shù)中了解到的，基數(shù)為2，十取一在頻域算法的每一級(jí)都包括許多90度混合分解器，更詳細(xì)的表示如圖5。
參照?qǐng)D5，每個(gè)90度的混合分解器145可以是對(duì)稱(chēng)型4端口分支線性耦合器。在付立葉變換矩陣的第一級(jí)，從16個(gè)有損耗混合器的兩個(gè)輸出，由一對(duì)具有相同特性阻抗Y1(如50Ω)的輸入端口(線)501、502耦合到分解器。分解器的輸出在一對(duì)輸出端口(線)503、504上提供。這個(gè)輸出端口(線)503、504有與輸入端口501、502相同的特性阻抗Y1。輸入端口501、502通過(guò)一對(duì)主線510、511連結(jié)到輸出端口503、504。另外，輸入端口501、502和輸出端口503、504由一對(duì)輔助線(分支線)514、515被分路連結(jié)。根據(jù)輸入信號(hào)到輸出信號(hào)所需的分配比例，提供選擇的主線510、511和附線514、515的長(zhǎng)度和阻抗。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所需的90度混合分解器，選擇的主線510、511的特性阻抗Y2，等于輸入輸出端口的特性阻抗的2-1/2倍，如Y2＝(Y1)(2-1/2)＝·707Y1。附線的特性阻抗與輸入輸出端口的特性阻抗相同如Y1。選擇的主線和附線的長(zhǎng)度是輸入信號(hào)波長(zhǎng)的四分之一(1/4)。因?yàn)榛€和附線特性阻抗的不同，所以在主線和附線上相位速度不同，因此，必須用不同長(zhǎng)度的線提供四分之一的波長(zhǎng)。
如圖6所說(shuō)明的，混合分解器145也可以“十取一在頻域蝶式”(decimation-in-frequency butterfly)參照?qǐng)D6，一個(gè)十取一在頻域蝶式包括標(biāo)準(zhǔn)化功能150、代數(shù)功能152和作為“旋轉(zhuǎn)因子”的乘法器153。在每個(gè)十取一級(jí)上不需要這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化功能150，無(wú)論是對(duì)付立葉變換矩陣133的輸入序列還是輸出序列，能被采集到的僅用一次。正如在技術(shù)上所知道的，每個(gè)分解器145移動(dòng)它的輸入1/2個(gè)周期，相當(dāng)于90度。一個(gè)十取一級(jí)的輸出可以被解釋為兩個(gè)半長(zhǎng)級(jí)的輸入序列。因此，通過(guò)遞歸地在4級(jí)上使用十取一處理過(guò)程，16個(gè)有損耗混合器的每一個(gè)輸出信號(hào)展開(kāi)成均勻地在16個(gè)矩陣上輸出，例如24＝16，以便每個(gè)放大器放大每個(gè)通道的1/16。
如圖3、4所示，付立葉變換矩陣133的輸出作為每個(gè)功率放大器135的輸入。在這種情況下，利用上文描述的付立葉變換矩陣，所有60個(gè)輸入通道都以最小的功率利用每個(gè)放大器。因此，即使所有信道都是同時(shí)工作的，任何放大器要求的最大功率恰好是對(duì)所有的信道總功率的1/N(1/16)。對(duì)于少于4個(gè)(60÷16＝3.75)無(wú)線信道，這里為每個(gè)放大器給定一個(gè)有效的合適峰值功率，對(duì)已設(shè)計(jì)好地具有60個(gè)信道現(xiàn)有一技術(shù)系統(tǒng)，必須要用8到10個(gè)無(wú)線信道統(tǒng)計(jì)峰值功率代替。因此，在本發(fā)明的放大系統(tǒng)中，不要求統(tǒng)計(jì)峰值的允許值。另外，在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，如果一個(gè)放大器發(fā)生故障，就沒(méi)有放大信號(hào)提供給相應(yīng)的天線。與此比較，使用本發(fā)明的功率共享系統(tǒng)，如果一個(gè)放大器出故障，放大的信號(hào)從仍在工作的放大器，提供給所有的天線。
下面我們還將了解利用本發(fā)明的功率共享系統(tǒng)技術(shù)的一些技巧，它不需要離散地把任意一個(gè)通道賦予一個(gè)相應(yīng)的天線和放大器。被代替的是一個(gè)單極十六擲的開(kāi)關(guān)，可以用它把相應(yīng)無(wú)線信道單元的輸出指向最適合發(fā)送信號(hào)的天線。由這個(gè)系統(tǒng)的所有的放大器均等地放大每個(gè)無(wú)線信道單地的輸出，這些都是很容易看出的。
在分配有損耗混合器信號(hào)的放大之后，原有損耗混合器信號(hào)由付立葉逆變換矩陣138恢復(fù)。付立葉逆變換矩陣?yán)靡粋€(gè)具有4級(jí)的基數(shù)為2的十取一在時(shí)域算法，以便把16個(gè)放大器的輸出變換成16個(gè)有損耗混合器輸出的放大的復(fù)制器。基數(shù)為2，十取一在時(shí)域算法的操作參考上面的Kraniauskas文章的31到32頁(yè)和圖15到19，以及通過(guò)參考揭示的內(nèi)容中得以描述。一個(gè)90度的混合分離器146，如圖5所示的類(lèi)型及上文描述，被應(yīng)用在基數(shù)為2的十取一在時(shí)域算法。
另外，在圖7中所示的類(lèi)型的“十取一在時(shí)域上蝶式”可以被用來(lái)完成付立葉逆變換矩陣。這個(gè)十取一在時(shí)域蝶式146基本上是十取一在步域蝶式145(圖6)的逆變換。以最后的十取一級(jí)開(kāi)始，每個(gè)級(jí)結(jié)合相應(yīng)的半長(zhǎng)序列，朝著輸入級(jí)反向傳播自變量。如上面提到的，最后的輸出是有損耗混合器輸出信號(hào)放大的復(fù)制信號(hào)。此后，付立葉逆變換矩陣的輸出提供給不同的相應(yīng)天線20(圖3)，以便傳送給相應(yīng)的移動(dòng)用戶。
正如上面所討論的，在付立葉變換矩陣中每個(gè)分離器145，為了生成兩個(gè)分解器輸入的半長(zhǎng)序列，引入了一個(gè)90度相偏移到分解10的輸入。同樣，在付立葉逆變換矩陣中，每個(gè)分解器把兩個(gè)半長(zhǎng)序列結(jié)合成原始的本源序列。無(wú)論是付立葉變換矩陣的放大期間，還是在放大器135的輸入和輸出信號(hào)線136和137上傳送期間，如果把不同的相位偏移引入到信號(hào)中，這個(gè)信號(hào)可能在付立葉逆變換矩陣中錯(cuò)誤的再現(xiàn)。因此，信號(hào)線136、137和放大器135彼此間相位平衡是很重要的，以便在付立葉變換矩陣和付立葉逆變換矩陣之間的放大和傳送期間，每個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的相位偏移。相位平衡可以通過(guò)控制信號(hào)線136、137的長(zhǎng)度、和/或通過(guò)調(diào)整由放大器135引入的相位偏移完成。
本發(fā)明比起已有技術(shù)具有的巨大優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)例子更好地了解。在下面的例子中，將要對(duì)具有相同數(shù)量的信道、放大器、天線和內(nèi)部交調(diào)要求的現(xiàn)有技術(shù)的圖2系統(tǒng)和本發(fā)明的系統(tǒng)比較。為了達(dá)到本例子的目的，假定陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)包括60個(gè)信道、16個(gè)天線和16個(gè)放大器。在不具備本發(fā)明的相位網(wǎng)絡(luò)的情況下，16個(gè)天線的每一個(gè)需要可能管理平均加載(近似4個(gè)信道)加上一個(gè)統(tǒng)計(jì)峰值量(接近附加4個(gè)信道)。因此，每個(gè)放大器可以同時(shí)放大8個(gè)信道。當(dāng)本發(fā)明的相位網(wǎng)絡(luò)被使用時(shí)，這60個(gè)信道的每個(gè)功率被16除，分配到16個(gè)放大器。因此，每個(gè)放大器被所有60個(gè)信道使用，每個(gè)信道基本在低功率上使用，來(lái)代替8個(gè)信道使用一個(gè)放大器。甚至當(dāng)所有60個(gè)信道都同時(shí)工作時(shí)，任意一個(gè)放大器要求的最大功率也僅是所有60個(gè)信道總功率的1/16。這里給出有效峰值功率需要的平均值近似4(60/16≈3.75)無(wú)線信道，而不是8個(gè)信道。不需要峰值的允許值。等式1用來(lái)比較對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的IP30需求。
情況1無(wú)功率共享系統(tǒng)(現(xiàn)有技術(shù))在放大器輸出端每個(gè)信道要求功率＝10瓦每個(gè)放大器的信道數(shù)＝峰值為8IM技術(shù)要求＝-13dBmIP30＝15log10,000－(-13/2)＋5log(64－12)IP30＝60＋6.5＋8.58＝75.08dBm這是一個(gè)用很高工作成本的一個(gè)很大的放大器。在這例子中，使用-13dBm IM技術(shù)要求是由Fcc對(duì)放大器交調(diào)失真電平的電平管理。
情況2利用本發(fā)明的功率共享系統(tǒng)每個(gè)信道要求放大器輸出功率＝10/16瓦＝625毫瓦每個(gè)放大器的信道數(shù)＝60IM技術(shù)要求＝-13dBmIP30＝15log625－(-13/2)＋5log(3600－90)IP30＝4194＋6.5＋17.73＝66.17dBm這種情況下，每個(gè)放大器可以有更多的用戶(信道)，因此，就有了更多的交調(diào)失真的機(jī)會(huì)；但是，每個(gè)信道功率被信號(hào)展開(kāi)到的放大數(shù)目除。因此，每個(gè)放大器的每個(gè)信道的功率，如625毫瓦，比起現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的10瓦要低得多。從上面比較可以看出，本發(fā)明要求的放大器IP30截止點(diǎn)比現(xiàn)有技術(shù)要求放大器IP30截止點(diǎn)低近似9兆。這表明由放大器獲得的有關(guān)成本降低近似80％，這樣的放大器工作大量減少功率電平，并且在工作期間，在功率的消耗上也相應(yīng)減少。
現(xiàn)有技術(shù)情況1中提到了，每個(gè)放大器的信道數(shù)假設(shè)具有一個(gè)統(tǒng)計(jì)峰值8。實(shí)際上，當(dāng)信道的實(shí)際數(shù)超過(guò)8時(shí)，會(huì)出現(xiàn)成倍的情況，如果對(duì)實(shí)例和具有75.08dBm的IP30設(shè)計(jì)的放大器，在同一瞬間具有9個(gè)通道輸入，在信道之間Fcc交調(diào)間隙要求將不能滿足。
在上面的情況中，交調(diào)的間隙是IM＝30logPo＋10log(N2－3N/2)－2IP30(式2)IM＝30log10,000＋10log(81－13.5)－150.16IM＝120＋18.29－150.16＝-11.87dBm交調(diào)間隙由于它比-13dBm要求小，因此，在Fcc技術(shù)要求之外。
雖然，用一個(gè)基數(shù)為2的4級(jí)快速付立葉變換(FFT)具體說(shuō)明了本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在本技術(shù)中用到一些技巧，在付立葉變換矩陣133(圖3)和付立葉逆變換矩陣138(圖4)中，可以使用基數(shù)變量。對(duì)于給定的天線和相應(yīng)的放大器的數(shù)量，N，N是m的權(quán)，例如N＝mr，付立葉變換矩陣?yán)胷級(jí)的基數(shù)為m的十取一頻域算法。在上面給定的例子中，N是16，m是2。因此有4級(jí)，即r＝4。但是，如果使用基數(shù)為4的十取一頻域算法，僅需要兩級(jí)。正如在技術(shù)上用的這些技巧被理解，依賴(lài)在系統(tǒng)中使用的放大器數(shù)，可能會(huì)選擇其它的基數(shù)和相應(yīng)的級(jí)數(shù)，滿足這個(gè)執(zhí)行過(guò)程的需求。在前面提到參考Kraniauskas文章的32到35頁(yè)揭示中，提供了基數(shù)為3和基數(shù)為4的例子。
這里描述的功率共享系統(tǒng)在陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)中得以使用。但是，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用到任何系統(tǒng)，被放大的信道數(shù)量和提供給輸出數(shù)量(例子中的天線)能夠動(dòng)態(tài)改變。
盡管這個(gè)發(fā)明就實(shí)施例而論已進(jìn)行了描述和圖解，在技術(shù)上理解這些技巧，如果不違背本發(fā)明的精神和范圍，前述事項(xiàng)和許多方面可以在這里和那里進(jìn)行省略和附加。
權(quán)利要求
1.一種功率共享系統(tǒng)(110)，在大量放大裝置(135)中，用于放大許多輸入信號(hào)其特征在于變換矩陣裝置(133)，對(duì)上述大量輸入信號(hào)，提供被變換的信號(hào)(136)，上述每一個(gè)被變換信號(hào)包括上述大量輸入信號(hào)的每一個(gè)的一部分，上述被變換信號(hào)(136)的每一個(gè)被提供給上述放大裝置(135)相應(yīng)的一個(gè)裝置，以便提供被放大的變換信號(hào)(137)；逆變換矩陣裝置(138)對(duì)應(yīng)上述被放大的變換信號(hào)(137)，提供被放大的輸入信號(hào)，上述被放大的輸入信號(hào)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)著上述大量輸入信號(hào)的一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述變換矩陣裝置(133)中是付立葉變換矩陣，逆變換矩陣裝置(138)是付立葉逆變換矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的功率共享系統(tǒng)，其特征在于功率共享系統(tǒng)包括N個(gè)上述放大裝置(135)，其中N是m的一個(gè)權(quán)(r)，它們的關(guān)系是N＝mr，上述付立葉變換矩陣(133)，用基數(shù)為m的十取一頻域算法有r級(jí)實(shí)現(xiàn)，上述付立葉逆變換矩陣(138)，用基數(shù)為m的十取一在時(shí)域算法有r級(jí)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的功率共享系統(tǒng)，其特征在于功率共享系統(tǒng)包括N個(gè)上述放大裝置，N是m的一個(gè)權(quán)r，它們的關(guān)系是N＝mr，上述變換矩陣部分(133)是用基數(shù)為m的十取一在頻域算法有r級(jí)的付立葉變換矩陣，上述逆變換矩陣部分(138)是用基數(shù)為m的十取一在時(shí)域算法有r級(jí)的付立葉逆變換矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的功率共享系統(tǒng)，其特征在于為提供無(wú)線信號(hào)的大量的無(wú)線信道(112)，數(shù)量為N的混合器裝置(114)，用于混合無(wú)線信號(hào)，并在混合器輸出表現(xiàn)上述被混合無(wú)線信號(hào)，生成上述輸入信號(hào)，提供無(wú)線電信號(hào)從上述無(wú)線信道(112)的每一個(gè)到上述混合器裝置(114)的任何一個(gè)的開(kāi)關(guān)裝置(115)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的功率共享系統(tǒng)，其特征在于從上述無(wú)線信道(112)的一個(gè)無(wú)線信號(hào)，在某一時(shí)刻僅提供給上述混合器裝置(114)中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的功率共享系統(tǒng)其特征在于上述被變換信號(hào)的第一個(gè)包含每個(gè)無(wú)線信號(hào)的一部分1/N。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的功率共享系統(tǒng)，其特征在于天線(120)的數(shù)目為N；其中，上述付立葉逆變換裝置(138)，把上述被放大的輸入信號(hào)的每一個(gè)提供到相應(yīng)的上述天線(120)中的一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的功率共享系統(tǒng)，特征在于天線(120)的數(shù)目為N；其中，上述付立葉逆變換裝置(138)，提供把上述被放大的輸入信號(hào)的每一個(gè)到相應(yīng)的上述天線(120)中的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述混合器裝置(114)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)著上述天線(120)中的一個(gè)，并且上述開(kāi)關(guān)裝置(115)能動(dòng)態(tài)地從上述無(wú)線信道(112)的任意一個(gè)，把無(wú)線信號(hào)連結(jié)到上述混合器裝置(114)的任意一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述混合器裝置(114)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)著上述天線(120)中的一個(gè)，上述開(kāi)關(guān)裝置(115)能動(dòng)態(tài)地從上述無(wú)線信道(120)的任意一個(gè)，把無(wú)線信號(hào)連結(jié)到上述混合器裝置(114)的任意一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述無(wú)線信道(112)的每一個(gè)信道以唯一的頻率提供上述無(wú)線信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述無(wú)線信道(112)的每一個(gè)信道以唯一的頻率提供上述無(wú)線信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的功率共享系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)上述的放大裝置(135)是彼此相位平衡，以便由放大裝置(135)放大時(shí)，每個(gè)上述被放大的變換信號(hào)經(jīng)相同的相位偏移。
15，根據(jù)權(quán)利要求1的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述變換矩陣裝置(133)是快速付立葉變換矩陣，上述逆變換矩陣裝置(138)是快速付立葉逆變換矩陣。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的功率共享系統(tǒng)，其特征在于功率共享系統(tǒng)由N個(gè)上述放大裝置(135)組成，N是m的一個(gè)權(quán)r，它們的關(guān)系是N＝mr，上述付立葉變換矩陣(133)，用基數(shù)為m的十取一在頻域算法有r級(jí)實(shí)現(xiàn)，上述快速付立葉逆變換矩陣(138)，用基數(shù)為m的十取一在時(shí)域算法吸r級(jí)實(shí)現(xiàn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述功率共享系統(tǒng)用于陸地移地?zé)o線系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的功率共享系統(tǒng)，其特征在于上述放大裝置(135)是高功率無(wú)線頻率(RF)放大器。
19.一種利用權(quán)利要求1功率共享系統(tǒng)，由許多放大裝置(135)放大大量輸入信號(hào)的方法，這個(gè)方法特征為包括如下幾步在上述變換矩陣裝置(133)中，把上述大量的輸入信號(hào)變換成已變換的大量信號(hào)(136)，上述變換信號(hào)的每一個(gè)包含上述大量輸入信號(hào)的每一個(gè)的一部分，為提供放大的轉(zhuǎn)換信號(hào)(137)，把每一個(gè)上述變換信號(hào)(136)提供給相應(yīng)的放大裝置(135)，在上述逆變換矩陣裝置(138)中，把上述放大的變換信號(hào)(137)逆變換成大量被放大的輸入信號(hào)，上述被放大的輸入信號(hào)的每一個(gè)對(duì)應(yīng)大量上述輸入信號(hào)中的一個(gè)。
全文摘要
陸地移動(dòng)無(wú)線系統(tǒng)(110)，包括許多無(wú)線信道(112)，可與N個(gè)混合器(114)中任意一個(gè)互連(115)，每個(gè)混合器對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)送天線(120)。混合器輸出信號(hào)被傳給變換矩陣(133)，它把每個(gè)該信號(hào)分成數(shù)量為N的變換信號(hào)。每個(gè)變換信號(hào)包括相等功率成分，1/N，并由放大器(135)放大，提供給逆變換矩陣(138)，它把每個(gè)放大的變換信號(hào)的相等部分重新混合成放大的混合器輸出信號(hào)，提供給天線(120)發(fā)送。換矩陣(133)是用十取一在頻域算法的付立葉變換矩陣，逆變換矩陣是用十取一在時(shí)域算法的付立葉逆變換矩陣。
文檔編號(hào)H04B7/06GK1135119SQ9511739
公開(kāi)日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1995年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月29日
發(fā)明者謝爾登·肯特·梅雷迪斯 申請(qǐng)人:射頻系統(tǒng)公司