圖 1：無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)發(fā)展保持服務(wù)質(zhì)量 
        采用最新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)固定頻譜傳輸更多的數(shù)據(jù)，但新標(biāo)準(zhǔn)也有弱點(diǎn)，它們對(duì)基站 PA 失真非常敏感。失真會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，而且還會(huì)減少數(shù)據(jù)流量。為了解決這一問(wèn)題，無(wú)線提供商必須降低 PA 的傳輸功率或購(gòu)買大得多的 PA 來(lái)覆蓋同一個(gè)區(qū)域。顯然，無(wú)線提供商必須保持廣泛的覆蓋范圍，因此他們需要購(gòu)買更大、更昂貴的PA。而這些較大型 PA 會(huì)消耗大量電能，從而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本相應(yīng)上升。向具有極高頻譜效率的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)渡大幅增加了無(wú)線服務(wù)的部署與運(yùn)行成本。如果提供商想要在降低成本的同時(shí)提高質(zhì)量，就必須解決這一問(wèn)題。德州儀器(TI) 開發(fā)的解決方案將自適應(yīng)數(shù)字預(yù)失真 (DPD) 與振幅因數(shù)降低 (CFR) 進(jìn)行了完美結(jié)合，從而使上述問(wèn)題迎刃而解。雖然諸如 RF 前饋、RF 反饋、FR/IF 預(yù)失真以及后失真等老式技術(shù)提高了 PA 性能并減少了失真，但自適應(yīng) DPD 方案是業(yè)經(jīng)驗(yàn)證最具靈活性的超低成本方案。針對(duì)所有現(xiàn)行無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)以及最普遍 PA 技術(shù)(包括 A/B 類、Doherty，甚至新出現(xiàn)的包絡(luò)追蹤 PA 架構(gòu)等)而言，TI DPD/CFR 解決方案都能增強(qiáng) PA 性能。圖2 將 DPD 與其它解決方案進(jìn)行了比較。

                  圖2：用于提高功率放大器線性度的常用技術(shù)之間的比較。
         表面失真 (Creeping distortion) DPD 與 CFR 是兩種信號(hào)處理技術(shù)，不僅可感測(cè)輸入與輸出信號(hào)的特征，而且還能防止出現(xiàn)失真潛入PA無(wú)線輸出信號(hào)的機(jī)制。這使 PA 輸出性能能在其更廣泛的工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)幾乎完全的線性化。無(wú)需減少對(duì) PA  的輸出功率就可避免其運(yùn)行范圍上端出現(xiàn)失真，從而使 PA 更加節(jié)能，進(jìn)而降低基站的制冷需求與運(yùn)行成本。我們從圖 3 可以了解 PA 的工作原理。如藍(lán)線所示，理想的 PA 具有線性或一對(duì)一響應(yīng)。比如，如果提高 10% 的輸入功率，那么輸出功率也將相應(yīng)提高 10%。而現(xiàn)實(shí)世界中 PA 的性能如黑色曲線所示，PA 性能在輸出功率處于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(huì)下降至理想 PA 之下。例如，如果將現(xiàn)實(shí)世界中 PA 的輸入功率提高 10%，其輸出功率僅會(huì)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。

   圖 3：功率放大器的輸入至輸出特征要理解 CFR 與 DPD 對(duì)當(dāng)前及未來(lái)無(wú)線基礎(chǔ)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(wú)線信號(hào)的范圍。較大的輸出功率將實(shí)現(xiàn)更廣泛的基站覆蓋范圍。第二，PA 的功率效率隨輸出功率的增加而相應(yīng)提高，并在臨近其飽和水平時(shí)達(dá)到最高值。從上述兩個(gè)特性可以看出，基站以最高功率運(yùn)行的情況下覆蓋范圍最廣而且功耗也最低。過(guò)去的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)使服務(wù)提供商在接近最大輸出功率下才運(yùn)行基站，從而實(shí)現(xiàn)最低的資本成本(覆蓋同一區(qū)域所需的基站更少)，而且運(yùn)行成本也最低(電力成本更低)。但隨著無(wú)線用戶數(shù)量的爆炸式增長(zhǎng)以及通過(guò)基礎(chǔ)局端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大幅增長(zhǎng)，這一狀況發(fā)生了改變，原因是還有PA 第三個(gè)特性的存在：失真隨著輸出功率的增加而相應(yīng)增加，而當(dāng) PA開始與理想(線性)曲線背離時(shí)，失真變得異常突出。這第三種特性非常重要，因?yàn)楝F(xiàn)行無(wú)線標(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，卻不能實(shí)現(xiàn)理想的速度。由于大引擎的燃?xì)饫锍痰停囍餍枰ㄙM(fèi)很多燃?xì)忮X，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)庑矢?，車主可在充分享受汽車功率的同時(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 輸出功率的線性度，從而降低能耗。
       線性化 PA 性能性能
       自適應(yīng) DPD 可以擴(kuò)展寬頻帶射頻 (RF) PA 的直線性能(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)，輸出功率與理想線性性能曲線發(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 的線性范圍，因此將其稱為線性化技術(shù)(如圖 4)。

        圖4：預(yù)失真可擴(kuò)展功率放大器的線性范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)其非線性行為的補(bǔ)償。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 輸出性性能的線性化，成本較低的低速率 PA 仍可以滿足系統(tǒng)的性能要求。此外，具有更高線性性能曲線的 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碼放在卡車上以增加無(wú)線網(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。這好比一輛卡車必須通過(guò)一個(gè)隧道。如果碼放在卡車上的轎車過(guò)多，碼放高度超過(guò)了隧道口的高度，頂部的轎車將被留在高速公路上，從而導(dǎo)致交通速度降低。況且，當(dāng)卡車到達(dá)目的地時(shí)，已經(jīng)丟失了好幾輛轎車。丟失的轎車代表電話呼叫中丟失的數(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)將每輛轎車縮小一點(diǎn)，以便卡車能通過(guò)隧道，并使所有轎車都能到達(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 3 dB，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，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)?？傮w來(lái)說(shuō)，基站會(huì)消耗大量的能源。因此，眾多無(wú)線服務(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)線基站的部署及運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生重大影響。

       結(jié)論
       TI 在針對(duì)無(wú)線基礎(chǔ)局端市場(chǎng)的單芯片專用半導(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，并能滿足如 W-CDMA、WiMAX、LTE以及 MC-GSM等所有現(xiàn)有與新興無(wú)線標(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。