利用RF預(yù)失真實現(xiàn)功放線性化

需要注意的是，功耗估算是基于集成的DPD/DSP特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)和外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、DAC、下變頻器、時鐘發(fā)生器和功率檢測器。功耗估算不包括數(shù)字上變頻器(DUC)、振幅因數(shù)減少(CFR)電路和功放，因為它們同時存在于DPD和RFPD實現(xiàn)中。

借助獨立的RFIN/RFOUT架構(gòu)和自適應(yīng)射頻預(yù)失真技術(shù)，Scintera公司的一體化方法允許只在需要的點位——在功放輸入端注入校正信號。這種實現(xiàn)的好處見圖6。時鐘發(fā)生器、重構(gòu)濾波器和上變頻器的要求都有所放寬，同時從數(shù)字基帶一直到功放的發(fā)射機鏈中的所有元件都可以工作在1倍信號帶寬。不過，線性化器可以工作在超過5倍的信號帶寬條件下，不會犧牲任何系統(tǒng)設(shè)計或功耗性能，因為最新殘留互調(diào)產(chǎn)物可以被輕松濾除。SC1889/69總的預(yù)失真帶寬約為250MHz，支持補償即時帶寬(有用信號)為20MHz時的11階互調(diào)失真，或即時帶寬為50MHz時的5階互調(diào)失真。另外，基于RFPD的系統(tǒng)在功放前只需要一個窄帶濾波器，從而放寬了DAC和上變頻器的噪聲要求，避免在功放輸出端使用高價的濾波電路。雖然RFPD實現(xiàn)沒有要求，但SC1889/69 RFPAL還是集成了完整的RFFB反饋路徑，因而極大地簡化了總體系統(tǒng)設(shè)計，并將受帶寬擴展影響的有源元件限制為僅功放和線性化器件。這些好處導(dǎo)致非常低的功耗，以及相當(dāng)簡化的、更低成本的發(fā)射器和基帶架構(gòu)。

在本文所給的例子中，RFPD實現(xiàn)的功耗比DPD實現(xiàn)少4W。雖然在宏蜂窩設(shè)計中這種功耗差別不太重要，但在微蜂窩、毫微蜂窩和企業(yè)毫微微蜂窩設(shè)計中，基于RFPD的設(shè)計所具有的更低功耗、更低系統(tǒng)成本和更小外形封裝是重要因素。SC1889/69 SoC還包含許多可選功能，例如為前向和反射功率提供測量功能，用于監(jiān)視溫度和頻譜掩模條件的功能等，這些功能可進(jìn)一步簡化系統(tǒng)實現(xiàn)。

Scintera公司的射頻功放線性化方法是將一部分預(yù)失真算法從數(shù)字域重新分配到模擬/射頻域。圖7中的幾乎整個校正處理器模塊都是使用射頻/模擬電路(包括圖8a所示的部分)實現(xiàn)的，因此與等效的數(shù)字實現(xiàn)方案相比，這種方法具有非常低的功耗、寬帶寬性能和緊湊電路結(jié)構(gòu)。

從校正處理器模塊開始，RFIN信號經(jīng)過一個正交相移器(QPS)后形成同相(I)和正交(Q)的信號分量[RFIN(I),RFIN(Q)]，并在多個位置得到使用。RFIN(I)和RFIN(Q)的包絡(luò)功率也用于Volterra級數(shù)發(fā)生器模塊，并通過應(yīng)用非線性變換產(chǎn)生偶數(shù)階互調(diào)項。為了補償功放的存儲效應(yīng)，需要根據(jù)范圍從0至300ns的延時項τ1至τ4產(chǎn)生4組不同的系數(shù)(圖8a)。所有系數(shù)都是由運行私有自適應(yīng)算法的數(shù)字控制器產(chǎn)生并單獨控制的。針對每個存儲項，先要累加偶數(shù)階校正函數(shù)，然后與QPS產(chǎn)生的對應(yīng)RFIN(I)和RFIN(Q)信號相乘。最后這個乘法運算會將偶數(shù)階項轉(zhuǎn)換為奇數(shù)階項。然后再將I和Q校正信號相加產(chǎn)生RFOUT校正信號。校正處理器使用完整的360度調(diào)制器，因此能夠校正任何相位和幅度的互調(diào)項。數(shù)字控制器根據(jù)RFFB反饋信號提供的信息對系數(shù)進(jìn)行修正，然后將它們應(yīng)用于校正處理器，直到找到能夠最大限度減小代價函數(shù)(誤差指標(biāo))的最優(yōu)系數(shù)組。

監(jiān)視模塊大部分是在數(shù)字域中實現(xiàn)的，因為像快速傅里葉變換(FFT)和誤差指標(biāo)產(chǎn)生等功能更適合使用數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)實現(xiàn)。如圖7所示，監(jiān)視輸入部分包括下變頻器和ADC，這是提供DSP使用的頻譜分解數(shù)據(jù)所要求的。與依賴于外部下變頻器和ADC的DPD相比，RFFB ADC的集成是一個顯著的區(qū)別。SC1889/69 SoC中采用的這種獨特的分割方法可產(chǎn)生單片、高集成度的解決方案，不僅能保持?jǐn)?shù)字方法的靈活性，而且具有模擬方法的簡單性和低功耗優(yōu)勢。

線性化解決方案的總體性能取決于許多因素。RFPAL方法的最大好處是可以用作回退功放的替代方案。與回退功放相比，功耗僅0.4W的RFPAL可以帶來高達(dá)4倍的效率改進(jìn)，并可實現(xiàn)同樣比例的總體系統(tǒng)功耗下降。另外，線性化方法能使功放更接近PSAT工作點工作，從而允許使用更小的晶體管實現(xiàn)目標(biāo)輸出功率。功耗的降低意味著可以減少系統(tǒng)的年度運行成本(電氣成本)，當(dāng)天線功率電平大于5W時，可以在相當(dāng)短時間內(nèi)彌補RFPAL解決方案的初始成本。

下表顯示系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)效率比回退放大器有明顯的優(yōu)勢：效率提高了3倍，系統(tǒng)功耗降低67W以上，年運行成本節(jié)省近30美元。雖然不是每個系統(tǒng)都一直工作在最大輸出功率，但必須為最差情況設(shè)計電源容量和系統(tǒng)冷卻要求。與工作在回退模式的功放相比，以前一直被忽視的預(yù)失真技術(shù)能夠極大的減小尺寸/體積以及與電源和冷卻部件(散熱器、風(fēng)扇等)相關(guān)的成本。

在比較RFPAL方法與DPD技術(shù)時可以發(fā)現(xiàn)一個明顯的重要區(qū)別。即使DPD可以比RFPAL方法提供更好的最后一級功放效率(表中數(shù)據(jù)為高出2%，但在大多數(shù)情況下差距要小得多)，但DPD的總體系統(tǒng)效率仍低于RFPAL，因為DPD方法具有較高的功耗。當(dāng)天線輸出功率電平低于10W并接近0.5W時，RFPAL系統(tǒng)效率的提高幅度將越來越大，因為DPD功耗在總體系統(tǒng)功耗中所占的比例越來越大。這種差異可以使用Scintera公司在其網(wǎng)站上提供的效率計算器查看。鑒于與DPD相似的校正性能、但改進(jìn)了功耗和效率、減小了復(fù)雜性、降低了系統(tǒng)成本和縮小了外形封裝，RFPAL是作為異類網(wǎng)絡(luò)部署一部分的小型蜂窩設(shè)計的理想之選。

在比較這些不同的功放線性化方法時，重要的是要認(rèn)識到，有一些模擬應(yīng)用是沒法使用DPD的，如模擬遠(yuǎn)程無線電頭端、功放模塊、中繼器和微波回傳系統(tǒng)。由于RFPAL方法是一種自適應(yīng)的RFIN/RFOUT和獨立線性化解決方案，不需要外部數(shù)字控制，因此全模擬系統(tǒng)也可以使用。圖4a所示的數(shù)字部分是可選的，主要用于需要報告功能的應(yīng)用，對上述模擬應(yīng)用來說不是必需的。SC1889/69易于集成，不需要預(yù)失真算法方面的專業(yè)知識，因此是工作在回退模式的功放的實用性替代方案。

SC1889和SC1869 SoC非常適合頻率范圍從470MHz至2800MHz的各種蜂窩應(yīng)用，這些應(yīng)用的PAR可達(dá)10dB，可以使用靜態(tài)平均功率波形如CDMA和WCDMA、動態(tài)平均功率信號如WiMAX、HSDPA和LTE以及包括A/B類或Doherty放大器在內(nèi)且基于不同工藝技術(shù)(如硅LDMOS、GaN和GaAs器件技術(shù))的寬范圍功放。采用預(yù)失真技術(shù)和反饋技術(shù)的這些器件可以補償由于AM-AM、AM-PM、互調(diào)甚至功放存儲效應(yīng)造成的失真。SC1889和SC1869 RFPAL是自適應(yīng)的系統(tǒng)，主要功能是處理輸入信號，為通信系統(tǒng)提供輸出信號，并且支持在遠(yuǎn)程無線電裝置中獨立工作。這些器件是回退技術(shù)的實用化替代方案，可進(jìn)一步改進(jìn)放大器的線性性能。這兩種器件都可以工作在－40℃至+100℃的寬溫度范圍內(nèi)。Scintera公司還針對微波無線電和廣播基礎(chǔ)設(shè)施市場開發(fā)出了相應(yīng)的產(chǎn)品，在平均輸出功率超過600W的DVB-T、ATSC和CMMB發(fā)射機中都集成有RFPAL電路。RFPAL技術(shù)同樣適用于軍事和公共安全系統(tǒng)中使用的那些通信平臺。