LTE終端功率放大器的技術(shù)演進(jìn)與包絡(luò)跟蹤測(cè)試

 隨著 4G LTE 的應(yīng)用，移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)吞吐量的空前增長(zhǎng)。然而，移動(dòng)終端對(duì)電池性能的要求也將隨之提升。LTE 上行鏈路信號(hào)采用 SC-FDMA 調(diào)制制式，峰均比(PAR)高于 W-CDMA。功率放大器(PA)是移動(dòng)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(hào)的功率電平大部分時(shí)間內(nèi)都保持在較低值，極少達(dá)到峰值功率。因此，功率放大器只能在偶而達(dá)到峰值功率時(shí)提供最高效率。大部分時(shí)間中，功率放大器都無(wú)法有效利用輸入的功率，無(wú)用功率會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而?dǎo)致電池耗電，進(jìn)而影響移動(dòng)終端的散熱設(shè)計(jì)功耗(TDP)。包絡(luò)跟蹤(ET)可以提供一個(gè)可能的解決方案，幫助應(yīng)對(duì)上述移動(dòng)射頻前端設(shè)計(jì)問(wèn)題。包絡(luò)跟蹤可以根據(jù)功率放大器輸入信號(hào)的“包絡(luò)”動(dòng)態(tài)調(diào)整直流電源電壓，并僅在必要時(shí)提供元件需要的高電壓，從而改進(jìn)功率放大器的電池消耗和散熱。

圖 1. 輸入信號(hào)和偏置電壓的時(shí)域視圖。

非線(xiàn)性是功率放大器處理 LTE 信號(hào)等高峰均比信號(hào)時(shí)面臨的另一個(gè)問(wèn)題。在輸入端加載大功率信號(hào)時(shí)，功率放大器無(wú)法線(xiàn)性放大該信號(hào)，可能出現(xiàn)增益飽和以及失真的狀況，最終導(dǎo)致 ACLR 和 EVM 增加和信號(hào)質(zhì)量下降。應(yīng)用峰值因數(shù)縮減(CFR)和/或數(shù)字預(yù)失真(DPD)等技術(shù)補(bǔ)償功率放大器的非線(xiàn)性特征可以解決這一問(wèn)題。也就是說(shuō)，通過(guò)數(shù)字預(yù)失真“反向”失真功率放大器的輸入信號(hào)，以抵消功率放大器產(chǎn)生的失真。數(shù)字預(yù)失真可以通過(guò)不同的方法實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)設(shè)備通常采用未考慮存儲(chǔ)器效應(yīng)的查詢(xún)表(LUT)方法。本應(yīng)用指南將探討應(yīng)用包絡(luò)跟蹤技術(shù)和基于查詢(xún)表的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的功率放大器測(cè)試解決方案。

測(cè)試包絡(luò)跟蹤器件需要向功率放大器輸入 IQ 信號(hào)以及調(diào)整功率放大器功率輸入的包絡(luò)信號(hào)。包絡(luò)信號(hào)通過(guò) IQ 采樣的絕對(duì)幅度生成，并且通常應(yīng)用 3 到 6 倍的過(guò)采樣，目的是確保波形平滑。IQ 信號(hào)生成的原始包絡(luò)數(shù)據(jù)需要首先經(jīng)過(guò)形狀映射表(Shaping table)才能應(yīng)用到包絡(luò)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(luò)電壓降至 0 V。并且，形狀映射表可以實(shí)現(xiàn)功率放大器效率最大化，或在廣泛的輸入功率電平范圍內(nèi)確保恒定增益，即“ISO 增益”。毫不夸張的說(shuō)，形狀映射表決定了包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的性能。

ETPS 能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整電源施加到功率放大器的電壓。根據(jù) MIPI聯(lián)盟 eTrak 標(biāo)準(zhǔn)的定義，大多數(shù) ETPS 具有差分輸入，因此包絡(luò)波形發(fā)生器必須具有差分輸出。ETPS 作為功率放大器的電源，供應(yīng)功率放大器的電壓必須與輸入射頻信號(hào)存在精準(zhǔn)的定時(shí)關(guān)系。以占用 100 個(gè)資源塊(RB)的 LTE 信號(hào)為例，射頻信號(hào)和包絡(luò)信號(hào)之間的時(shí)間同步必須低于 1 ns。載波聚合信號(hào)等帶寬更寬的 LTE 信號(hào)需要更嚴(yán)格的定時(shí)同步控制。在與 ETPA 和 ETPS 連接之前，射頻和包絡(luò)信號(hào)可以使用示波器完成大致的定時(shí)校準(zhǔn)。但是，由于 ETPS 和射頻功率放大器的內(nèi)部時(shí)延，完成最終校準(zhǔn)需要使用 EVM 或 ACLR 等性能參數(shù)調(diào)整 ETPA 輸出。要優(yōu)化 ET 系統(tǒng)性能，定時(shí)調(diào)校需要精確到納秒以?xún)?nèi)。

圖 2. 包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖。

Agilent 支持 LTE/LTE-Advanced 的 N7624/25B Signal Studio 軟件的包絡(luò)跟蹤選件能夠生成 LTE 和 LTE-Advanced IQ 波形的包絡(luò)波形。選件支持高達(dá) 32 倍任意過(guò)采樣率的包絡(luò)生成設(shè)置。使用軟件的內(nèi)置形狀映射表管理器，用戶(hù)能夠快速方便地生成、導(dǎo)入和選擇多個(gè)形狀映射表，并將生成的 IQ 和包絡(luò)波形直接下載到射頻信號(hào)發(fā)生器和任意波形發(fā)生器(AWG)。33600/33500 系列任意波形發(fā)生器可作為包絡(luò)波形發(fā)生器使用。下載波形后，33600/33500 系列能夠以 1 ps 分辨率實(shí)時(shí)調(diào)整射頻信號(hào)和包絡(luò)信號(hào)的定時(shí)同步狀態(tài)，無(wú)需重新生成波形，可以讓您輕松完成定時(shí)優(yōu)化。33600/33500 系列任意波形發(fā)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(wú)需濾波即可與 ETPS 輸入直接連接。生成的 IQ 和包絡(luò)波形可以保存并應(yīng)用到其他平臺(tái)(例如 PXI)，以支持吞吐量更高的生產(chǎn)測(cè)試。

應(yīng)用 N7624B/25B Signal Studio 軟件的波形庫(kù)功能，包絡(luò)跟蹤(和數(shù)字預(yù)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(cè)量功能和強(qiáng)大的圖形功能，能夠借助一臺(tái)信號(hào)分析儀的單一輸出交替測(cè)量并比較功率放大器輸入和輸出信號(hào)，從而輕松完成 AM-AM、AM-PM 和增益壓縮的測(cè)量。

安捷倫將于7月15日在上海舉辦射頻功率放大器測(cè)試技術(shù)研討會(huì)。通過(guò)此次技術(shù)研討會(huì)，你能夠詳細(xì)了解到最新功率放大器的發(fā)展趨勢(shì)和測(cè)試測(cè)量技術(shù)。免費(fèi)參加，席位有限。點(diǎn)擊立即注冊(cè)可直接網(wǎng)上注冊(cè)參加。