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

隨sui著zhe需xu要yao在zai有you限xian的de無wu線xian頻pin譜pu上shang承cheng載zai日ri益yi增zeng加jia的de數shu據ju流liu量liang

，無wu論lun是shi用yong戶hu還hai是shi數shu字zi內nei容rong的de快kuai速su增zeng長chang都dou為wei無wu線xian基ji礎chu局ju端duan承cheng受shou著zhe巨ju大da的de壓ya力li。滿man足zu上shang述shu需xu求qiu將jiang產chan生sheng高gao能neng耗hao，進jin而er導dao致zhi基ji站zhan係xi統tong的de購gou置zhi成cheng本ben及ji其qi運yun行xing費fei用yong攀pan升sheng。將jiang無wu線xian信xin號hao從cong基ji站zhan發fa射she出chu去qu的de基ji站zhan功gong率lv放fang大da器qi(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）是(shi)車(che)輛(liang)。高(gao)速(su)公(gong)路(lu)的(de)寬(kuan)度(du)或(huo)車(che)道(dao)數(shu)代(dai)表(biao)固(gu)定(ding)可(ke)用(yong)的(de)無(wu)線(xian)頻(pin)譜(pu)數(shu)量(liang)。增(zeng)加(jia)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)高(gao)速(su)公(gong)路(lu)的(de)車(che)道(dao)是(shi)一(yi)項(xiang)巨(ju)大(da)的(de)工(gong)程(cheng)，正(zheng)如(ru)增(zeng)加(jia)現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)高(gao)速(su)路(lu)的(de)車(che)道(dao)數(shu)一(yi)樣(yang)，需(xu)要(yao)涉(she)及(ji)采(cai)購(gou)

、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(kuo)CDMA2000、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shiDPD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。