功放線性化實現方法
線性是多模多載波無線網絡的一個關鍵性能,這些網絡包括寬帶第三代(3G)和第四代(4G)蜂窩系統(tǒng),包括減小了覆蓋區(qū)域并且采用低發(fā)射功率架構的小型蜂窩基站。其亮點在于射頻/微波功率放大器(PA)能以低成本和低系統(tǒng)功耗提供所需的性能。遺憾的是,功放的操作通常不是線性的,可工作在平均輸出功率0.5W至60W的線性化功放的高性價比方案還沒有實現。
為更好地理解這些RFPAL解決方案的用途和射頻預失真(RFPD)技術的使用,本文將該方法與數字預失真(DPD)和回退等用于改善功放線性度的傳統(tǒng)方法進行了比較。
沒有功放是完美的。當饋入多頻輸入信號時,功放將提升有用信號,但也會產生無用的互調(IM)項(圖1a)。當功放接近飽和時,這種非線性行為會愈加明顯。為了在沒有采取預失真技術的條件下獲得可接受的線性度,功放通常要從飽和點(圖2a中的PSAT(3dB))回退。遺憾的是,當放大器的工作點回退時,放大器的直流效率將下降(圖1b)。對于已經進入回退模式以適應信號的峰值與均值比(PAR)以及進一步回退以滿足系統(tǒng)線性要求的AB類功放而言,8%甚至更低的效率并不少見。
圖1:圖中表明了(a)通常由射頻功放產生的互調失真,以及(b)射頻功率、效率和失真之間的關系。
在許多蜂窩通信應用中,PAR的基礎是10-4的互補累積分布函數(CCDF)概率。雖然回退放大器是發(fā)射平均功率在20W以下的功放最常采用的線性化方法,但有源線性化也是很有吸引力的一種實用技術。有源線性化技術包括RFPD和DPD,允許發(fā)射器在接近甚至稍高于PSAT-PAR工作點的條件下工作(圖2b)。當然,當信號峰值超過功放飽和點時,沒有一種預失真方法能夠校正信號,因為沒有辦法恢復由于箝位造成的信息丟失。采用有源線性化技術后,AB類放大器一般可以增加3dB至6dB驅動,從而使效率提高2倍至4倍。與回退放大器相比,有源線性化技術能使最后一級功放、電源、冷卻部件和運行成本減少一半以上。
圖2:圖中比較了(a)沒有采用預失真技術和(b)采用了預失真技術的射頻功放性能。
在要求寬信號帶寬的系統(tǒng)中,比如長期演進(LTE)系統(tǒng),或寬帶多載波/多協(xié)議系統(tǒng)中,回退放大器也許不是一種可選技術,因為功放可能在任何功率水平都無法實現目標線性性能。在這些系統(tǒng)中,有必要采用有源線性化技術來滿足規(guī)定的輻射排放或通信標準的要求??紤]到系統(tǒng)成本、功耗、尺寸等因素,射頻預失真技術可以在功放平均輸出功率電平低至500mW的系統(tǒng)中滿足這些要求。
Scintera公司的SC1889和SC1869 RFPAL代表了在小型蜂窩設計中實現線性性能的實用解決方案。在這種場合中,系統(tǒng)成本的下降、外形封裝的縮小和復雜性的降低是部署異構網絡的重要因素。在這樣的網絡中,這種射頻預失真技術為工作在最大平均輸出功率約0.5W至60W的功放提供了比DPD或回退方法更具性價比的方法。SC1889支持高達60MHz的即時帶寬,可以與工作在5W至60W平均輸出功率的A/AB類或Doherty放大器一起使用。SC1869支持最大20MHz的即時帶寬,并針對平均輸出功率在0.5W至10W的A/AB類放大器作了優(yōu)化。
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