[发明专利]一种串联结构高带宽包络线跟踪电源及其控制方法

说明书

本发明公开了一种串联结构高带宽包络线跟踪电源及其控制方法，电源包括串联而成的开关变换器VSC和线性放大器VLA，所述开关变换器和线性放大器均工作在电压源形式；所述VSC输出阶梯波电压，其跟踪降带宽的包络信号，以降低VSC的等效开关频率，提高VSC的效率；所述VLA跟踪初始高带宽包络信号，保证ET电源的高跟踪带宽。在此基础上，将阶梯波电压的上升边沿和下降边沿进行合理调整，可进一步降低VSC的开关损耗，并有效减小阶梯波电压和负载电压之间的电压差，从而大幅减小VLA的损耗，提高ET电源的整体效率。本发明可有效减小开关变换器的开关损耗，保证ET电源的高跟踪带宽，大幅提高ET电源的效率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种串联结构高带宽包络线跟踪电源及其控制方法。

背景技术

移动通信于20世纪70年代诞生至今，已经走过了近50年的历史并已成为全球经济发展的重要产业。据统计，2020年，全国移动通信基站总数达931万个，其中4G基站总数达到575万个，城镇地区实现深度覆盖。5G网络建设稳步推进，新建5G基站超60万个，全部已开通5G基站超过71.8万个，5G网络已覆盖全国地级以上城市及重点县。然而，移动通信的快速发展带来了巨大的能源损失，据统计，全球移动通信网络每年耗电达1.5万亿度，这相当于全球发电总量的10％。因此，减少移动通信的能源消耗十分重要。

第一代(1st Generation,1G)移动通信采用模拟蜂窝网技术，主要实现方式为频分多址和载波复用。第二代(2nd Generation,2G)移动通信采用数字技术，可分为信源编码和信道编码技术。此时，射频(Radio Frequency,RF)信号为恒定包络信号。因此可采用恒压供电方式的高效率非线性功放(Power Amplifier,PA)对RF信号进行功率放大。第三代(3rdGeneration,3G)移动通信和第四代移动通信技术采用正交相移键控(Quadrature PhaseShift Keying,QPSK)和正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)等更高效的数字调制方式。这类调制方式对RF信号的幅值和相位同时进行调制，因此RF信号的包络线不再恒定。并且，随着移动通信技术的不断发展，RF信号的峰均功率比(Peak-to-averagePower Ratio,PAPR)还在不断提高。此时，为保证RF信号所携带的信息在传输过程中不失真，需采用线性功放(Linear Power Amplifier,LPA)对其进行功率放大。

目前，实现PA高效率工作的方式主要有三种，分别是Doherty技术，包络线消除及恢复(Envelope Elimination and Restoration,EER)技术以及包络线跟踪(EnvelopeTracking,ET)技术。其中，Doherty技术需使用主次功放协同工作，成本较高，并且工作频段较窄；EER技术采用非线性功放，对PA进行供电调制的电源的线性度决定了系统的线性度，因此对供电调制的电源的设计提出了严苛的要求；相比之下，ET技术对于供电调制电源的要求相对较低，PA的供电电压只需跟踪包络信号，并且略高于包络信号即可实现PA的高效率。因此ET技术具有较好的应用前景，最有希望成为下一代主流的PA模式。

随着无线通信技术的发展，RF包络带宽不断提高，在4G长期演进(Long TermEvolution,LTE)项目中，信道带宽已经达到20MHz，而5G新空口的信道带宽甚至达到了100MHz。如此高的包络带宽，对ET电源的控制和设计提出了新的挑战。为了较好拟合宽带负载电压，对于串联结构开关线性复合(Switch-Linear Hybrid,SLH)ET电源而言，开关变换器的理论开关频率需达到几十MHz。如此高的开关频率将引起较大的开关损耗和驱动损耗，导致ET电源的整体效率降低。

发明内容