中心議題：

• 優化無線基站中功率放大器的性能與效率

解決方案：

• 振幅因數降低(CFR)技術
• 數字預失真(DPD)技術
• 線性化功率放大器性能

suizhexuyaozaiyouxiandewuxianpinpushangchengzairiyizengjiadeshujuliuliang，wulunshiyonghuhaishishuzineirongdekuaisuzengchangdouweiwuxianjichujuduanchengshouzhejudadeyali。manzushangshuxuqiujiangchanshenggaonenghao，jinerdaozhijizhanxitongdegouzhichengbenjiqiyunxingfeiyongpansheng。jiangwuxianxinhaocongjizhanfashechuqudejizhangonglvfangdaqi(PA)占基站成本的比例高達30%。在無線信號到達基站PA之前實施振幅因數降低(CFR)與數字預失真(DPD)技術可提高基站信號的質量並擴大覆蓋範圍，同時還能降低係統的購置與運行成本。

提高頻譜效率的緊迫性

jinnianlai，wuxianyonghudeshuliangdafuduzengchang。tongshi，zhuruyinlexiazaiyutongguoshoujishixianyintewangjierudengxinyewudechuxian，shidewuxianjichujuduandeshujuchuanshuliangyuelaiyueda。yucitongshi，fenpeigeiwuxiantongxindepinpuquebaochibubian。yinci，yonghuyuliuliangdebuduanzengjiadaozhiwuxianpinpubiandeyichangyongdu。

這類似於在交通高峰時段公路發生擁堵的狀況。假設頻譜是高速公路，數據（語音呼叫

、音樂或因特網內容）shicheliang。gaosugongludekuanduhuochedaoshudaibiaogudingkeyongdewuxianpinpushuliang。zengjiawuxianshujugaosugongludechedaoshiyixiangjudadegongcheng

，zhengruzengjiaxianshishijiezhonggaosuludechedaoshuyiyang
，xuyaoshejicaigou、建築物拆遷以及車道的建築工程。

在(zai)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)上(shang)，所(suo)有(you)車(che)輛(liang)正(zheng)駛(shi)向(xiang)各(ge)自(zi)的(de)目(mu)的(de)地(di)
，而(er)且(qie)駕(jia)駛(shi)員(yuan)都(dou)希(xi)望(wang)準(zhun)時(shi)到(dao)達(da)。每(mei)輛(liang)車(che)都(dou)代(dai)表(biao)語(yu)音(yin)呼(hu)叫(jiao)或(huo)音(yin)樂(le)下(xia)載(zai)的(de)一(yi)部(bu)份(fen)，眾(zhong)多(duo)車(che)輛(liang)都(dou)準(zhun)時(shi)到(dao)達(da)代(dai)表(biao)完(wan)成(cheng)下(xia)載(zai)或(huo)呼(hu)叫(jiao)。越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)無(wu)線(xian)設(she)備(bei)訪(fang)問(wen)數(shu)字(zi)內(nei)容(rong)
，就(jiu)像(xiang)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)上(shang)的(de)車(che)輛(liang)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)一(yi)樣(yang)。當(dang)高(gao)速(su)路(lu)上(shang)的(de)車(che)輛(liang)過(guo)多(duo)時(shi)
，交(jiao)通(tong)速(su)度(du)開(kai)始(shi)下(xia)降(jiang)。無(wu)線(xian)網(wang)絡(luo)的(de)情(qing)況(kuang)也(ye)與(yu)此(ci)類(lei)似(si)。

為wei了le解jie決jue這zhe一yi問wen題ti
，無wu線xian提ti供gong商shang轉zhuan而er采cai用yong了le可ke提ti高gao頻pin譜pu效xiao率lv的de無wu線xian標biao準zhun。這zhe類lei似si於yu將jiang多duo輛liang駛shi往wang同tong一yi目mu的de地di的de轎jiao車che碼ma放fang在zai一yi輛liang卡ka車che上shang，並bing將jiang卡ka車che沿yan著zhe高gao速su公gong路lu開kai往wang目mu的de地di。這zhe種zhong方fang法fa使shi相xiang同tong的de高gao速su公gong路lu上shang可ke以yi實shi現xian更geng多duo的de數shu據ju傳chuan輸shu流liu量liang，而er不bu會hui導dao致zhi流liu量liang降jiang低di。為wei了le提ti高gao頻pin譜pu效xiao率lv

，我wo們men可ke部bu署shu或huo定ding義yi所suo有you的de無wu線xian標biao準zhun
，其qi中zhong包bao括kuoCDMA2000、W-CDMA、TD-SCDMA
、MC-GSM、WiMAX以及LTE等。圖1顯示了近年來用於提高頻譜效率所部署或定義的無線標準。

保持服務質量

采用最新的無線標準
，可通過固定頻譜傳輸更多的數據，但新標準也有弱點，它們對基站PA失真非常敏感。失真會導致信號質量下降
，而且還會減少數據流量。為了解決這一問題
，無線提供商必須降低PA的傳輸功率或購買大得多的PA來覆蓋同一個區域。顯然
，無線提供商必須保持廣泛的覆蓋範圍，因此他們需要購買更大、更昂貴的PA。而這些較大型PA會消耗大量電能
，從而導致運營成本相應上升。

向xiang具ju有you極ji高gao頻pin譜pu效xiao率lv的de無wu線xian標biao準zhun的de過guo渡du大da幅fu增zeng加jia了le無wu線xian服fu務wu的de部bu署shu與yu運yun行xing成cheng本ben。如ru果guo提ti供gong商shang想xiang要yao在zai降jiang低di成cheng本ben的de同tong時shi提ti高gao質zhi量liang
，就jiu必bi須xu解jie決jue這zhe一yi問wen題ti。德de州zhou儀yi器qi(TI)開發的解決方案將自適應數字預失真(DPD)與振幅因數降低(CFR)進行了完美結合
，從而使上述問題迎刃而解。
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雖然諸如RF前饋

、RF反饋、FR/IF預失真以及後失真等老式技術提高了PA性能並減少了失真，但自適應DPD方案是業經驗證最具靈活性的超低成本方案。針對所有現行無線標準以及最普遍PA技術（包括A/B類
、Doherty，甚至新出現的包絡追蹤PA架構等）而言
，TIDPD/CFR解決方案都能增強PA性能。圖2將DPD與其它解決方案進行了比較。

表麵失真(Creepingdistortion)

DPD與CFR是兩種信號處理技術，不僅可感測輸入與輸出信號的特征
，而且還能防止出現失真潛入PA無線輸出信號的機製。這使PA輸出性能能在其更廣泛的工作範圍內實現幾乎完全的線性化。無需減少對PA的輸出功率就可避免其運行範圍上端出現失真
，從而使PA更加節能，進而降低基站的製冷需求與運行成本。

從圖3可以了解PA的工作原理。如藍線所示
，理想的PA具有線性或一對一響應。比如，如果提高10%的輸入功率
，那麼輸出功率也將相應提高10%。而現實世界中PA的性能如黑色曲線所示，PA性能在輸出功率處於極低水平的情況下與理想的PA一致
，而在較高的輸出功率水平下則會下降至理想PA之下。例如

，如果將現實世界中PA的輸入功率提高10%，其輸出功率僅會提高9%。因此，即使在輸入功率不斷提高的情況下
，PA的輸出功率也將停止上升。

要理解CFR與DPD對當前及未來無線基礎局端的重要性，就必須了解PA的三大基本特性。首先
，輸出功率決定無線信號的範圍。較大的輸出功率將實現更廣泛的基站覆蓋範圍。第二
，PA的de功gong率lv效xiao率lv隨sui輸shu出chu功gong率lv的de增zeng加jia而er相xiang應ying提ti高gao，並bing在zai臨lin近jin其qi飽bao和he水shui平ping時shi達da到dao最zui高gao值zhi。從cong上shang述shu兩liang個ge特te性xing可ke以yi看kan出chu

，基ji站zhan以yi最zui高gao功gong率lv運yun行xing的de情qing況kuang下xia覆fu蓋gai範fan圍wei最zui廣guang而er且qie功gong耗hao也ye最zui低di。

過去的無線標準使服務提供商在接近最大輸出功率下才運行基站，從而實現最低的資本成本（覆蓋同一區域所需的基站更少），而且運行成本也最低（電力成本更低）。但隨著無線用戶數量的爆炸式增長以及通過基礎局端傳輸的數據量大幅增長，這一狀況發生了改變
，原因是還有PA第三個特性的存在：失真隨著輸出功率的增加而相應增加，而當PA開始與理想（線性）曲線背離時
，失真變得異常突出。

這第三種特性非常重要
，因為現行無線標準對失真非常敏感，這意味著必須在飽和電平以下運行基站PA才可確保信號質量。處於飽和電平以下時，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zhe好hao比bi擁yong有you一yi輛liang引yin擎qing強qiang勁jin的de汽qi車che
，卻que不bu能neng實shi現xian理li想xiang的de速su度du。由you於yu大da引yin擎qing的de燃ran氣qi裏li程cheng低di，車che主zhu需xu要yao花hua費fei很hen多duo燃ran氣qi錢qian，還hai不bu能neng充chong分fen發fa揮hui該gai引yin擎qing的de功gong率lv。理li想xiang狀zhuang態tai下xia
，如ru果guo引yin擎qing的de燃ran氣qi效xiao率lv高gao，車che主zhu可ke在zai充chong分fen享xiang受shou汽qi車che功gong率lv的de同tong時shi，節jie省sheng燃ran氣qi費fei用yong。同tong樣yang，在zai理li想xiang狀zhuang態tai下xia
，PA在(zai)接(jie)近(jin)其(qi)飽(bao)和(he)電(dian)平(ping)的(de)狀(zhuang)態(tai)下(xia)運(yun)行(xing)，就(jiu)能(neng)輸(shu)出(chu)強(qiang)信(xin)號(hao)，同(tong)時(shi)還(hai)具(ju)有(you)極(ji)低(di)的(de)信(xin)號(hao)失(shi)真(zhen)。此(ci)外(wai)
，在(zai)接(jie)近(jin)飽(bao)和(he)電(dian)平(ping)下(xia)運(yun)行(xing)可(ke)還(hai)節(jie)約(yue)能(neng)源(yuan)。這(zhe)也(ye)正(zheng)是(shi)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。
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線性化功率放大器性能

自適應DPD可以擴展寬頻帶射頻(RF)PA的直線性能(straight-line performance)
，而且遠遠超過正常擴展範圍。如前所述，當輸出功率增加時，輸出功率與理想線性性能曲線發生偏離。這正是PA放大輸出信號出現失真的地方，從而導致信號質量下降及幹擾。DPD可將PA失真輸出信號與非失真輸入信號進行比較。然後，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。由於DPD可擴展PA的線性範圍，因此將其稱為線性化技術（如圖4）。

將(jiang)輸(shu)出(chu)與(yu)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)的(de)過(guo)程(cheng)叫(jiao)做(zuo)反(fan)饋(kui)

，以(yi)數(shu)字(zi)化(hua)形(xing)式(shi)實(shi)施(shi)效(xiao)率(lv)最(zui)高(gao)。由(you)於(yu)溫(wen)度(du)等(deng)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，數(shu)字(zi)反(fan)饋(kui)將(jiang)提(ti)供(gong)根(gen)據(ju)變(bian)化(hua)的(de)條(tiao)件(jian)調(tiao)整(zheng)預(yu)失(shi)真(zhen)所(suo)需(xu)的(de)信(xin)息(xi)。數(shu)字(zi)預(yu)失(shi)真(zhen)與(yu)反(fan)饋(kui)實(shi)施(shi)與(yu)模(mo)擬(ni)實(shi)施(shi)相(xiang)比(bi)
，其(qi)穩(wen)健(jian)性(xing)、靈活性以及可製造性都要高得多。DPD可將PA線性性能擴展2或3分貝(dB)，這對於PA的工作範圍來說是一個顯著的擴展。

通過在較大的工作範圍內實現PA輸出性性能的線性化
，成本較低的低速率PA仍可以滿足係統的性能要求。此外，具有更高線性性能曲線的PA也更節能。由於能量轉化成熱能消耗的減少以及製冷要求的降低，這不僅將降低耗電成本

，而且係統的購置成本也會相應減少。

CFR是另外一種數字預失真技術，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絡的數據量或流量的例子。如圖3所示，如果輸入功率提高到足夠大，輸出功率達到飽和，PA將(jiang)不(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia)。這(zhe)好(hao)比(bi)一(yi)輛(liang)卡(ka)車(che)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)隧(sui)道(dao)。如(ru)果(guo)碼(ma)放(fang)在(zai)卡(ka)車(che)上(shang)的(de)轎(jiao)車(che)過(guo)多(duo)，碼(ma)放(fang)高(gao)度(du)超(chao)過(guo)了(le)隧(sui)道(dao)口(kou)的(de)高(gao)度(du)，頂(ding)部(bu)的(de)轎(jiao)車(che)將(jiang)被(bei)留(liu)在(zai)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)上(shang)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)交(jiao)通(tong)速(su)度(du)降(jiang)低(di)。況(kuang)且(qie)
，當(dang)卡(ka)車(che)到(dao)達(da)目(mu)的(de)地(di)時(shi)，已(yi)經(jing)丟(diu)失(shi)了(le)好(hao)幾(ji)輛(liang)轎(jiao)車(che)。丟(diu)失(shi)的(de)轎(jiao)車(che)代(dai)表(biao)電(dian)話(hua)呼(hu)叫(jiao)中(zhong)丟(diu)失(shi)的(de)數(shu)據(ju)。

我們繼續采用這個比喻進行說明。CFR算suan法fa可ke分fen析xi每mei輛liang卡ka車che的de高gao度du，以yi判pan斷duan是shi否fou可ke以yi通tong過guo隧sui道dao。如ru果guo有you必bi要yao

，其qi會hui將jiang每mei輛liang轎jiao車che縮suo小xiao一yi點dian，以yi便bian卡ka車che能neng通tong過guo隧sui道dao，並bing使shi所suo有you轎jiao車che都dou能neng到dao達da目mu的de地di。CFR能夠自動降低信號峰值
，並使信號通過PA而不會發生剪切或失真。