LTE 終端功率放大器的技術演進與包絡跟蹤測試

隨著4G LTE的應用，移動通信實現了數據吞吐量的空前增長。然而，移動終端對電池性能的要求也將隨之提升。LTE 上行鏈路信號采用 SC-FDMA 調制制式，峰均比（PAR）高于W-CDMA。功率放大器（PA）是移動終端中耗電量最高的器件之一。如圖1所示，LTE 上行鏈路信號的功率電平大部分時間內都保持在較低值，極少達到峰值功率。因此，功率放大器只能在偶而達到峰值功率時提供最高效率。大部分時間中，功率放大 器都無法有效利用輸入的功率，無用功率會轉變為熱能，從而導致電池耗電，進而影響移動終端的散熱設計功耗（TDP）。包絡跟蹤（ET）可以提供一個可能的 解決方案，幫助應對上述移動射頻前端設計問題。包絡跟蹤可以根據功率放大器輸入信號的“包絡”動態調整直流電源電壓，并僅在必要時提供元件需要的高電壓， 從而改進功率放大器的電池消耗和散熱。

圖 1. 輸入信號和偏置電壓的時域視圖。

非線性是功率放大器處理 LTE 信號等高峰均比信號時面臨的另一個問題。在輸入端加載大功率信號時，功率放大器無法線性放大該信號，可能出現增益飽和以及失真的狀況，最終導致ACLR和EVM增加和信號質量下降。應用峰值因數縮減（CFR）和/或數字預失真（DPD）等技術補償功率放大器的非線性特征可以解決這一問題。也就是說，通過數字預失 真“反向”失真功率放大器的輸入信號，以抵消功率放大器產生的失真。數字預失真可以通過不同的方法實現，移動設備通常采用未考慮存儲器效應的查詢表 （LUT）方法。本應用指南將探討應用包絡跟蹤技術和基于查詢表的數字預失真技術的功率放大器測試解決方案。

測試包絡跟蹤器件需要向功率放大器輸入IQ信號以及調整功率放大器功率輸入的包絡信號。包絡信號通過IQ采樣的絕對幅度生成，并且通常應用 3 到 6 倍的過采樣，目的是確保波形平滑IQ信號生成的原始包絡數據需要首先經過形狀映射表（Shaping table）才能應用到包絡跟蹤電源（ETPS）。形狀映射表一般具有“去波谷（de-troughing）”的特性，可以避免包絡電壓降至0V。并且，形狀映射表可以實現功率放大器效率最大化，或在廣泛的輸入功率電平范圍內確保恒定增益，即“ISO 增益”。毫不夸張的說，形狀映射表決定了包絡跟蹤系統的性能。

圖 2. 包絡跟蹤系統的簡化方框圖。

ETPS能夠動態調整電源施加到功率放大器的電壓。根據 MIPI™ 聯盟 eTrak 標準的定義，大多數ETPS具有差分輸入，因此包絡波形發生器必須具有差分輸出。ETPS 作為功率放大器的電源，供應功率放大器的電壓必須與輸入射頻信號存在精準的定時關系。以占用100個資源塊（RB）的LTE信號為例，射頻信號和包絡信號之間的時間同步必須低于 1 ns。載波聚合信號等帶寬更寬的LTE信號需要更嚴格的定時同步控制。在與ETPA和ETPS 連接之前，射頻和包絡信號可以使用示波器完成大致的定時校準。但是，由于ETPS和射頻功率放大器的內部時延，完成最終校準需要使用EVM或ACLR等性能參數調整ETPA輸出。要優化ET系統性能，定時調校需要精確到納秒以內。

Agilent 支持 LTE/LTE-Advanced 的 N7624/25B Signal Studio軟件的包絡跟蹤選件能夠生成 LTE和LTE-Advanced IQ波形的包絡波形。選件支持高達32倍任意過采樣率的包絡生成設置。使用軟件的內置形狀映射表管理器，用戶能夠快速方便地生成、導入和選擇多個形狀映射表，并將生成的IQ和包絡波形直接下載到射頻信號發生器和任意波形發生器（AWG）。33600/33500系列任意波形發生器可作為包絡波形發生器使用。下載波形后，33600/33500 系列能夠以 1 ps分辨率實時調整射頻信號和包絡信號的定時同步狀態，無需重新生成波形，可以讓您輕松完成定時優化。33600/33500系列任意波形發生器的 2 通道輸出配置支持差分輸出，并具有低寬帶噪聲，無需濾波即可與 ETPS輸入直接連接。生成的IQ和包絡波形可以保存并應用到其他平臺（例如 PXI），以支持吞吐量更高的生產測試。

應用 N7624B/25B Signal Studio 軟件的波形庫功能，包絡跟蹤（和數字預失真）也可以用于處理非 LTE 波形，例如 W-CDMA 或 MATLAB。

89600 VSA 軟件的并行測量功能和強大的圖形功能，能夠借助一臺信號分析儀的單一輸出交替測量并比較功率放大器輸入和輸出信號，從而輕松完成 AM-AM、AM-PM 和增益壓縮的測量。