功放線性化實(shí)現(xiàn)方法

線性是多模多載波無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵性能，這些網(wǎng)絡(luò)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(gòu)的小型蜂窩基站。其亮點(diǎn)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?xún)r(jià)比方案還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。

　　為更好地理解這些RFPAL解決方案的用途和射頻預(yù)失真(RFPD)技術(shù)的使用，本文將該方法與數(shù)字預(yù)失真(DPD)和回退等用于改善功放線性度的傳統(tǒng)方法進(jìn)行了比較。

　　沒(méi)有功放是完美的。當(dāng)饋入多頻輸入信號(hào)時(shí)，功放將提升有用信號(hào)，但也會(huì)產(chǎn)生無(wú)用的互調(diào)(IM)項(xiàng)(圖1a)。當(dāng)功放接近飽和時(shí)，這種非線性行為會(huì)愈加明顯。為了在沒(méi)有采取預(yù)失真技術(shù)的條件下獲得可接受的線性度，功放通常要從飽和點(diǎn)(圖2a中的PSAT(3dB))回退。遺憾的是，當(dāng)放大器的工作點(diǎn)回退時(shí)，放大器的直流效率將下降(圖1b)。對(duì)于已經(jīng)進(jìn)入回退模式以適應(yīng)信號(hào)的峰值與均值比(PAR)以及進(jìn)一步回退以滿(mǎn)足系統(tǒng)線性要求的AB類(lèi)功放而言，8%甚至更低的效率并不少見(jiàn)。

　　圖1:圖中表明了(a)通常由射頻功放產(chǎn)生的互調(diào)失真，以及(b)射頻功率、效率和失真之間的關(guān)系。

　　在許多蜂窩通信應(yīng)用中，PAR的基礎(chǔ)是10-4的互補(bǔ)累積分布函數(shù)(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(shí)用技術(shù)。有源線性化技術(shù)包括RFPD和DPD,允許發(fā)射器在接近甚至稍高于PSAT-PAR工作點(diǎn)的條件下工作(圖2b)。當(dāng)然，當(dāng)信號(hào)峰值超過(guò)功放飽和點(diǎn)時(shí)，沒(méi)有一種預(yù)失真方法能夠校正信號(hào)，因?yàn)闆](méi)有辦法恢復(fù)由于箝位造成的信息丟失。采用有源線性化技術(shù)后，AB類(lèi)放大器一般可以增加3dB至6dB驅(qū)動(dòng)，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(shù)能使最后一級(jí)功放、電源、冷卻部件和運(yùn)行成本減少一半以上。

　　圖2:圖中比較了(a)沒(méi)有采用預(yù)失真技術(shù)和(b)采用了預(yù)失真技術(shù)的射頻功放性能。

　　在要求寬信號(hào)帶寬的系統(tǒng)中，比如長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)，或?qū)拵Ф噍d波/多協(xié)議系統(tǒng)中，回退放大器也許不是一種可選技術(shù)，因?yàn)楣Ψ趴赡茉谌魏喂β仕蕉紵o(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)線性性能。在這些系統(tǒng)中，有必要采用有源線性化技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足規(guī)定的輻射排放或通信標(biāo)準(zhǔn)的要求?？紤]到系統(tǒng)成本、功耗、尺寸等因素，射頻預(yù)失真技術(shù)可以在功放平均輸出功率電平低至500mW的系統(tǒng)中滿(mǎn)足這些要求。

　　Scintera公司的SC1889和SC1869 RFPAL代表了在小型蜂窩設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)線性性能的實(shí)用解決方案。在這種場(chǎng)合中，系統(tǒng)成本的下降、外形封裝的縮小和復(fù)雜性的降低是部署異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的重要因素。在這樣的網(wǎng)絡(luò)中，這種射頻預(yù)失真技術(shù)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?xún)r(jià)比的方法。SC1889支持高達(dá)60MHz的即時(shí)帶寬，可以與工作在5W至60W平均輸出功率的A/AB類(lèi)或Doherty放大器一起使用。SC1869支持最大20MHz的即時(shí)帶寬，并針對(duì)平均輸出功率在0.5W至10W的A/AB類(lèi)放大器作了優(yōu)化。