優(yōu)化無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(hào)質(zhì)量。處于飽和電平以下時(shí)，更多的輸入能量會(huì)作為熱能消耗掉了，而非消耗在輸出信號(hào)的傳輸過(guò)程中。

這好比擁有一輛引擎強(qiáng)勁的汽車(chē)，卻不能實(shí)現(xiàn)理想的速度。由于大引擎的燃?xì)饫锍痰?，?chē)主需要花費(fèi)很多燃?xì)忮X(qián)，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(chē)主可在充分享受汽車(chē)功率的同時(shí)，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(hào)，同時(shí)還具有極低的信號(hào)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(duì)PA的價(jià)值所在。他們可提高PA輸出功率的線(xiàn)性度，從而降低能耗。

線(xiàn)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(xiàn)性能(straight-line performance)，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常擴(kuò)展范圍。如前所述，當(dāng)輸出功率增加時(shí)，輸出功率與理想線(xiàn)性性能曲線(xiàn)發(fā)生偏離。這正是PA放大輸出信號(hào)出現(xiàn)失真的地方，從而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降及干擾。DPD可將PA失真輸出信號(hào)與非失真輸入信號(hào)進(jìn)行比較。然后，將輸出信號(hào)中一個(gè)與失真正好對(duì)立的信號(hào)添加至輸入，從而有效消除失真。由于DPD可擴(kuò)展PA的線(xiàn)性范圍，因此將其稱(chēng)為線(xiàn)性化技術(shù)（如圖4）。

圖4

將輸出與輸入信號(hào)進(jìn)行比較的過(guò)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(xiàn)性性能擴(kuò)展2或3分貝(dB)，這對(duì)于PA的工作范圍來(lái)說(shuō)是一個(gè)顯著的擴(kuò)展。

通過(guò)在較大的工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)PA輸出性性能的線(xiàn)性化，成本較低的低速率PA仍可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的性能要求。此外，具有更高線(xiàn)性性能曲線(xiàn)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(gòu)置成本也會(huì)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(guò)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(qǐng)參考圖3和上文所述的將轎車(chē)碼放在卡車(chē)上以增加無(wú)線(xiàn)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(huì)導(dǎo)致輸出功率的增加。這好比一輛卡車(chē)必須通過(guò)一個(gè)隧道。如果碼放在卡車(chē)上的轎車(chē)過(guò)多，碼放高度超過(guò)了隧道口的高度，頂部的轎車(chē)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(chē)到達(dá)目的地時(shí)，已經(jīng)丟失了好幾輛轎車(chē)。丟失的轎車(chē)代表電話(huà)呼叫中丟失的數(shù)據(jù)。

我們繼續(xù)采用這個(gè)比喻進(jìn)行說(shuō)明。CFR算法可分析每輛卡車(chē)的高度，以判斷是否可以通過(guò)隧道。如果有必要，其會(huì)將每輛轎車(chē)縮小一點(diǎn)，以便卡車(chē)能通過(guò)隧道，并使所有轎車(chē)都能到達(dá)目的地。CFR能夠自動(dòng)降低信號(hào)峰值，并使信號(hào)通過(guò)PA而不會(huì)發(fā)生剪切或失真。

TI的CFR算法擁有獨(dú)特的功能，其會(huì)通過(guò)增加具有逆變特性的信號(hào)來(lái)取消過(guò)高的信號(hào)峰值，而不是在其達(dá)到峰值時(shí)簡(jiǎn)單地進(jìn)行剪切。對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行剪切是沒(méi)有多少好處的，因?yàn)檫@實(shí)際上不但不會(huì)消除失真反而會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)的失真。

TI的解決方案能夠在減少PAR的同時(shí)保持輸出信號(hào)的質(zhì)量。通過(guò)減少輸入信號(hào)的PAR，可將PA的輸出功率以線(xiàn)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(méi)有增加功耗的條件下實(shí)現(xiàn)了兩倍的輸出功率。說(shuō)得更形象一點(diǎn)就好比一輛具有V8功率和馬力的轎車(chē)，其節(jié)能經(jīng)濟(jì)性只相當(dāng)于一個(gè)小得多的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

總體來(lái)說(shuō)，基站會(huì)消耗大量的能源。因此，眾多無(wú)線(xiàn)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(yíng)成本，同時(shí)也是出于環(huán)保的考慮。通過(guò)采用一些無(wú)線(xiàn)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(shí)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(duì)無(wú)線(xiàn)基站的部署及運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生重大影響。

結(jié)束語(yǔ)

TI在針對(duì)無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)局端市場(chǎng)的單芯片專(zhuān)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(guò)應(yīng)對(duì)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(shí)還可解決無(wú)線(xiàn)基站兩個(gè)最關(guān)鍵的問(wèn)題，即成本與功耗問(wèn)題。此外，GC5322還包括數(shù)字上變頻(DUC)組件，并能滿(mǎn)足如W-CDMA、WiMAX、LTE以及MC-GSM等所有現(xiàn)有與新興無(wú)線(xiàn)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。