利用RF预失真实现功放线性化

需要注意的是，功耗估算是基于集成的DPD/DSP特殊应用集成电路(ASIC)和外部模数转换器(ADC)、DAC、下变频器、时钟发生器和功率检测器。功耗估算不包括数字上变频器(DUC)、振幅因数减少(CFR)电路和功放，因为它们同时存在于DPD和RFPD实现中。

借助独立的RFIN/RFOUT架构和自适应射频预失真技术，Scintera公司的一体化方法允许只在需要的点位——在功放输入端注入校正信号。这种实现的好处见图6。时钟发生器、重构滤波器和上变频器的要求都有所放宽，同时从数字基带一直到功放的发射机链中的所有元件都可以工作在1倍信号带宽。不过，线性化器可以工作在超过5倍的信号带宽条件下，不会牺牲任何系统设计或功耗性能，因为最新残留互调产物可以被轻松滤除。SC1889/69总的预失真带宽约为250MHz，支持补偿即时带宽(有用信号)为20MHz时的11阶互调失真，或即时带宽为50MHz时的5阶互调失真。另外，基于RFPD的系统在功放前只需要一个窄带滤波器，从而放宽了DAC和上变频器的噪声要求，避免在功放输出端使用高价的滤波电路。虽然RFPD实现没有要求，但SC1889/69 RFPAL还是集成了完整的RFFB反馈路径，因而极大地简化了总体系统设计，并将受带宽扩展影响的有源元件限制为仅功放和线性化器件。这些好处导致非常低的功耗，以及相当简化的、更低成本的发射器和基带架构。

在本文所给的例子中，RFPD实现的功耗比DPD实现少4W。虽然在宏蜂窝设计中这种功耗差别不太重要，但在微蜂窝、毫微蜂窝和企业毫微微蜂窝设计中，基于RFPD的设计所具有的更低功耗、更低系统成本和更小外形封装是重要因素。SC1889/69 SoC还包含许多可选功能，例如为前向和反射功率提供测量功能，用于监视温度和频谱掩模条件的功能等，这些功能可进一步简化系统实现。

Scintera公司的射频功放线性化方法是将一部分预失真算法从数字域重新分配到模拟/射频域。图7中的几乎整个校正处理器模块都是使用射频/模拟电路(包括图8a所示的部分)实现的，因此与等效的数字实现方案相比，这种方法具有非常低的功耗、宽带宽性能和紧凑电路结构。

从校正处理器模块开始，RFIN信号经过一个正交相移器(QPS)后形成同相(I)和正交(Q)的信号分量[RFIN(I),RFIN(Q)]，并在多个位置得到使用。RFIN(I)和RFIN(Q)的包络功率也用于Volterra级数发生器模块，并通过应用非线性变换产生偶数阶互调项。为了补偿功放的存储效应，需要根据范围从0至300ns的延时项τ1至τ4产生4组不同的系数(图8a)。所有系数都是由运行私有自适应算法的数字控制器产生并单独控制的。针对每个存储项，先要累加偶数阶校正函数，然后与QPS产生的对应RFIN(I)和RFIN(Q)信号相乘。最后这个乘法运算会将偶数阶项转换为奇数阶项。然后再将I和Q校正信号相加产生RFOUT校正信号。校正处理器使用完整的360度调制器，因此能够校正任何相位和幅度的互调项。数字控制器根据RFFB反馈信号提供的信息对系数进行修正，然后将它们应用于校正处理器，直到找到能够最大限度减小代价函数(误差指标)的最优系数组。

监视模块大部分是在数字域中实现的，因为像快速傅里叶变换(FFT)和误差指标产生等功能更适合使用数字信号处理(DSP)技术实现。如图7所示，监视输入部分包括下变频器和ADC，这是提供DSP使用的频谱分解数据所要求的。与依赖于外部下变频器和ADC的DPD相比，RFFB ADC的集成是一个显著的区别。SC1889/69 SoC中采用的这种独特的分割方法可产生单片、高集成度的解决方案，不仅能保持数字方法的灵活性，而且具有模拟方法的简单性和低功耗优势。

线性化解决方案的总体性能取决于许多因素。RFPAL方法的最大好处是可以用作回退功放的替代方案。与回退功放相比，功耗仅0.4W的RFPAL可以带来高达4倍的效率改进，并可实现同样比例的总体系统功耗下降。另外，线性化方法能使功放更接近PSAT工作点工作，从而允许使用更小的晶体管实现目标输出功率。功耗的降低意味着可以减少系统的年度运行成本(电气成本)，当天线功率电平大于5W时，可以在相当短时间内弥补RFPAL解决方案的初始成本。

下表显示系统功耗和系统效率比回退放大器有明显的优势：效率提高了3倍，系统功耗降低67W以上，年运行成本节省近30美元。虽然不是每个系统都一直工作在最大输出功率，但必须为最差情况设计电源容量和系统冷却要求。与工作在回退模式的功放相比，以前一直被忽视的预失真技术能够极大的减小尺寸/体积以及与电源和冷却部件(散热器、风扇等)相关的成本。

在比较RFPAL方法与DPD技术时可以发现一个明显的重要区别。即使DPD可以比RFPAL方法提供更好的最后一级功放效率(表中数据为高出2%，但在大多数情况下差距要小得多)，但DPD的总体系统效率仍低于RFPAL，因为DPD方法具有较高的功耗。当天线输出功率电平低于10W并接近0.5W时，RFPAL系统效率的提高幅度将越来越大，因为DPD功耗在总体系统功耗中所占的比例越来越大。这种差异可以使用Scintera公司在其网站上提供的效率计算器查看。鉴于与DPD相似的校正性能、但改进了功耗和效率、减小了复杂性、降低了系统成本和缩小了外形封装，RFPAL是作为异类网络部署一部分的小型蜂窝设计的理想之选。

在比较这些不同的功放线性化方法时，重要的是要认识到，有一些模拟应用是没法使用DPD的，如模拟远程无线电头端、功放模块、中继器和微波回传系统。由于RFPAL方法是一种自适应的RFIN/RFOUT和独立线性化解决方案，不需要外部数字控制，因此全模拟系统也可以使用。图4a所示的数字部分是可选的，主要用于需要报告功能的应用，对上述模拟应用来说不是必需的。SC1889/69易于集成，不需要预失真算法方面的专业知识，因此是工作在回退模式的功放的实用性替代方案。

SC1889和SC1869 SoC非常适合频率范围从470MHz至2800MHz的各种蜂窝应用，这些应用的PAR可达10dB，可以使用静态平均功率波形如CDMA和WCDMA、动态平均功率信号如WiMAX、HSDPA和LTE以及包括A/B类或Doherty放大器在内且基于不同工艺技术(如硅LDMOS、GaN和GaAs器件技术)的宽范围功放。采用预失真技术和反馈技术的这些器件可以补偿由于AM-AM、AM-PM、互调甚至功放存储效应造成的失真。SC1889和SC1869 RFPAL是自适应的系统，主要功能是处理输入信号，为通信系统提供输出信号，并且支持在远程无线电装置中独立工作。这些器件是回退技术的实用化替代方案，可进一步改进放大器的线性性能。这两种器件都可以工作在－40℃至+100℃的宽温度范围内。Scintera公司还针对微波无线电和广播基础设施市场开发出了相应的产品，在平均输出功率超过600W的DVB-T、ATSC和CMMB发射机中都集成有RFPAL电路。RFPAL技术同样适用于军事和公共安全系统中使用的那些通信平台。