優(yōu)化無線基站中功率放大器的性能與效率

這第三種特性非常重要，因?yàn)楝F(xiàn)行無線標(biāo)準(zhǔn)對失真非常敏感，這意味著必須在飽和電平以下運(yùn)行基站PA才可確保信號質(zhì)量。處于飽和電平以下時，更多的輸入能量會作為熱能消耗掉了，而非消耗在輸出信號的傳輸過程中。

這好比擁有一輛引擎強(qiáng)勁的汽車，卻不能實(shí)現(xiàn)理想的速度。由于大引擎的燃?xì)饫锍痰?，車主需要花費(fèi)很多燃?xì)忮X，還不能充分發(fā)揮該引擎的功率。理想狀態(tài)下，如果引擎的燃?xì)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/效率">效率高，車主可在充分享受汽車功率的同時，節(jié)省燃?xì)赓M(fèi)用。同樣，在理想狀態(tài)下，PA在接近其飽和電平的狀態(tài)下運(yùn)行，就能輸出強(qiáng)信號，同時還具有極低的信號失真。此外，在接近飽和電平下運(yùn)行可還節(jié)約能源。這也正是DPD與CFR對PA的價值所在。他們可提高PA輸出功率的線性度，從而降低能耗。

線性化功率放大器性能

自適應(yīng)DPD可以擴(kuò)展寬頻帶射頻(RF)PA的直線性能(straight-line performance)，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常擴(kuò)展范圍。如前所述，當(dāng)輸出功率增加時，輸出功率與理想線性性能曲線發(fā)生偏離。這正是PA放大輸出信號出現(xiàn)失真的地方，從而導(dǎo)致信號質(zhì)量下降及干擾。DPD可將PA失真輸出信號與非失真輸入信號進(jìn)行比較。然后，將輸出信號中一個與失真正好對立的信號添加至輸入，從而有效消除失真。由于DPD可擴(kuò)展PA的線性范圍，因此將其稱為線性化技術(shù)（如圖4）。

圖4

將輸出與輸入信號進(jìn)行比較的過程叫做反饋，以數(shù)字化形式實(shí)施效率最高。由于溫度等工作條件可能發(fā)生變化，數(shù)字反饋將提供根據(jù)變化的條件調(diào)整預(yù)失真所需的信息。數(shù)字預(yù)失真與反饋實(shí)施與模擬實(shí)施相比，其穩(wěn)健性、靈活性以及可制造性都要高得多。DPD可將PA線性性能擴(kuò)展2或3分貝(dB)，這對于PA的工作范圍來說是一個顯著的擴(kuò)展。

通過在較大的工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)PA輸出性性能的線性化，成本較低的低速率PA仍可以滿足系統(tǒng)的性能要求。此外，具有更高線性性能曲線的PA也更節(jié)能。由于能量轉(zhuǎn)化成熱能消耗的減少以及制冷要求的降低，這不僅將降低耗電成本，而且系統(tǒng)的購置成本也會相應(yīng)減少。

CFR是另外一種數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，其可通過減少峰值至平均值比率(PAR)增加PA的工作輸出功率。若要理解CFR的工作原理，請參考圖3和上文所述的將轎車碼放在卡車上以增加無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量或流量的例子。如圖3所示，如果輸入功率提高到足夠大，輸出功率達(dá)到飽和，PA將不會導(dǎo)致輸出功率的增加。這好比一輛卡車必須通過一個隧道。如果碼放在卡車上的轎車過多，碼放高度超過了隧道口的高度，頂部的轎車將被留在高速公路上，從而導(dǎo)致交通速度降低。況且，當(dāng)卡車到達(dá)目的地時，已經(jīng)丟失了好幾輛轎車。丟失的轎車代表電話呼叫中丟失的數(shù)據(jù)。

我們繼續(xù)采用這個比喻進(jìn)行說明。CFR算法可分析每輛卡車的高度，以判斷是否可以通過隧道。如果有必要，其會將每輛轎車縮小一點(diǎn)，以便卡車能通過隧道，并使所有轎車都能到達(dá)目的地。CFR能夠自動降低信號峰值，并使信號通過PA而不會發(fā)生剪切或失真。

TI的CFR算法擁有獨(dú)特的功能，其會通過增加具有逆變特性的信號來取消過高的信號峰值，而不是在其達(dá)到峰值時簡單地進(jìn)行剪切。對輸入信號進(jìn)行剪切是沒有多少好處的，因?yàn)檫@實(shí)際上不但不會消除失真反而會導(dǎo)致輸出信號的失真。

TI的解決方案能夠在減少PAR的同時保持輸出信號的質(zhì)量。通過減少輸入信號的PAR，可將PA的輸出功率以線性化方式進(jìn)行擴(kuò)展。例如，如果將PAR減少3dB，將使PA的運(yùn)行點(diǎn)提高3dB，進(jìn)而提高PA的工作效率。而將PA的運(yùn)行點(diǎn)改進(jìn)3dB，就意味著在沒有增加功耗的條件下實(shí)現(xiàn)了兩倍的輸出功率。說得更形象一點(diǎn)就好比一輛具有V8功率和馬力的轎車，其節(jié)能經(jīng)濟(jì)性只相當(dāng)于一個小得多的四缸發(fā)動機(jī)。

總體來說，基站會消耗大量的能源。因此，眾多無線服務(wù)供應(yīng)商紛紛為其基站實(shí)施了嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，不僅為了降低運(yùn)營成本，同時也是出于環(huán)保的考慮。通過采用一些無線標(biāo)準(zhǔn)，TI的DPD/CFR解決方案不僅可將PA的運(yùn)行點(diǎn)（輸出功率）提高10倍，同時還可將節(jié)能效率提高4倍。憑借這一優(yōu)異的性能，TI解決方案將對無線基站的部署及運(yùn)營成本產(chǎn)生重大影響。

結(jié)束語

TI在針對無線基礎(chǔ)局端市場的單芯片專用半導(dǎo)體產(chǎn)品(ASSP)中實(shí)施了創(chuàng)新型的自適應(yīng)DPD和CFR算法。通過應(yīng)對和補(bǔ)償基站PA中的固有缺欠，TI推出的GC5322不僅可使基站PA能夠在較高輸出功率下運(yùn)行，同時還可解決無線基站兩個最關(guān)鍵的問題，即成本與功耗問題。此外，GC5322還包括數(shù)字上變頻(DUC)組件，并能滿足如W-CDMA、WiMAX、LTE以及MC-GSM等所有現(xiàn)有與新興無線標(biāo)準(zhǔn)的需求，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前集成度最高以及最完善的發(fā)送處理器解決方案。