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功放数字预失真(DPD)以及动态供电技术深度解析

08/25 10:57
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无线通信发展这么多年,工程师们一直在琢磨怎么在无线信道里塞更多数据。从第一代模拟手机网AMPS,一直到4G增强版LTE-A以及5G NR,出来了一大堆多通道、多载波、多用户接入的技术,就是为了把频谱资源用得更省。

2000年初那会儿,UMTSCDMA2000这些新手机标准用上了扩频技术,频谱利用率直接提升。同一时期,WiFi标准802.11率先用了OFDM正交频分复用技术,靠互相不干扰的子载波,把宽带信道的能力充分利用起来。2011年LTE正式商用,OFDM技术也就普及到手机通信里;它的上行通道用了OFDM的改版方案,名叫单载波频分多址SC-FDMA

虽说每一代无线通信技术都能传更多数据,但信号波形变得越来越复杂,对硬件射频设备的要求也卡得特别严。现在的无线设备不光带宽做得特别宽,像802.11acWiFi最高能到160MHz,而且信号峰均比很高,这就给射频功放线性度、工作效率提出了很难实现的硬性指标。

为了兼顾线性度和效率,做系统的工程师经常搭配两类技术:

一是数字预失真DPD,用来改善信号线性;

二是动态电源技术,比如包络追踪ET、直接极坐标调制DP,用来提升功放效率。

用上这些技术之后,测试方案也得跟着改,工程师要配套全新的测试手段。现在衡量功放好坏的核心指标,比如功率附加效率PAE、LTE邻道泄漏比ACLR,都必须在开启DPD或者动态电源的条件下测量。

一、功放的工作特性

想要搞懂带数字预失真、包络追踪这类功放该怎么测,得先弄明白射频功放本身的工作特性。理想状态下,不管输入信号功率高低、供电电压怎么变,功放增益都该保持不变。但现实里根本做不到,核心原因就是晶体管本身天生就存在非线性特性。另外,功放的工作效率和输出功率直接挂钩,一般来说,输出功率越靠近饱和点,功放效率越高。

图1:场效应晶体管结构框图

图2:理想场效应晶体管基础特性曲线

结合图1、图2中场效应管的特性曲线,就能分析输出功率与效率之间的关联。场效应管功耗为电压与电流的乘积,当工作区间贴近横轴或纵轴时,功耗最低。因此设计人员会尽量让输出信号靠近这两条坐标轴。充分利用晶体管全部功率区间,尤其是贴近坐标轴的区域,功放的功率效率就能得到提升。所以在器件效率最大化优化时,波形峰值要尽可能贴近横轴、纵轴,同时不能产生信号失真。

二、幅度-幅度(AM-AM)、幅度-相位(AM-FM)特性测试

描述功放工作特性最基础的手段,就是测试功放的AM-AM(幅幅变换)与AM-PM(幅相变换)特性。这是最广为人知的器件特性指标,AM-AM表征输出功率随输入功率的变化关系。当功放输出功率升高进入压缩区后增益会下降,该现象可通过图3的幅幅变换(AM-AM)特性体现。

图3:非线性功放压缩状态下的AM-AM特性

三、基于矢量信号收发仪的快速功率闭环调节

现在很多仪器厂家都可以提供一整套的功放测试方案,例如,依托FPGA实现功率闭环调节,硬件载体为矢量信号收发仪(VST)。传统功率闭环调节流程耗时久,而整套控制环路完全在仪器FPGA内部运行,能实现功率值极速收敛。将功率调节算法从嵌入式控制器剥离、交由FPGA运算后,测试软件可实现大量测量任务并行执行,大幅缩短测试时长、降低测试成本。

图4:测试框架

和幅幅特性类似,幅相特性反映功放输出相位随输入功率的变化关系,需要给功放输入多档不同功率的激励信号进行测试。图5可见,当功放接近1dB压缩点时,信号输出相位会出现明显失真。

图5:非线性功放的幅相变换特性

幅幅失真与幅相失真会严重破坏无线通信信号的调制质量。线性功放就算输出功率拉满,调制信号的幅度、相位也不会失真;但非线性功放会产生幅幅失真,导致输出信号幅度被压缩。

图6是单载波64QAM信号星座图,能清晰看出信号幅度压缩问题。图里最外围的星座点受幅幅失真影响最大,因为这些点位对应更高输出功率。和幅幅失真影响幅度的原理类似,幅相失真会改变星座点的相位,直观表现就是星座图整体发生旋转。这会让信号误码率升高,误差向量幅度(EVM)这类衡量调制质量的指标也会变差。

图6:64QAM信号星座图——线性状态与压缩状态对比

以往测试幅幅、幅相特性,大多用矢量网络分析仪做功率扫频。现在行业更普遍采用矢量信号源搭配矢量信号分析仪完成测试。现代无线信号一个波形内就包含多种功率等级,可直接利用调制信号自身的功率变化测出幅幅、幅相特性。该测试只需对比输入、输出每个采样点的幅度与相位即可。使用调制信号测试的一大优势:可以直接用功放实际要放大的真实信号来评估器件性能。

要注意,同一输入信号测出的输出功率、输出相位会存在一组离散数值。低功率区间下,幅度、相位数据分散是噪声导致;高功率区间,数据分散大多是功放记忆效应造成。正因数据存在离散偏差,测试幅幅、幅相特性的软件一般会通过曲线拟合,算出平均响应曲线。

四、记忆效应

幅幅、幅相这类特性只能描述射频功放的稳态工作状态,无法完整体现器件全部工作特性。功放还存在记忆效应,成因包含频响特性、群时延、热效应等。简单来说,记忆效应指功放当下输出信号,不只由当前输入信号决定,还会受之前输入信号影响。调幅信号下该现象尤为明显,会带来各类信号失真,比如不对称邻道泄漏比、误差向量幅度恶化。

记忆效应对邻道泄漏比、误差向量幅度等测试指标的影响程度,受多种条件制约。例如在频段边缘、器件工作在非线性区间时,记忆效应会明显加剧。由于影响变量繁多,记忆效应很难预判;若要通过数字方式补偿,往往需要更复杂的数字预失真算法。

参照幅相特性的测试思路,对比调制信号的输入、输出波形,就能直观观测并定量测算记忆效应。区别在于,记忆效应不会单纯体现为输出相位偏移,而是随输出功率变化产生增益、相位波动。图7对比了功放开启数字预失真前(红色曲线)、开启后(蓝色曲线)的幅相响应曲线。

图7:幅幅/幅相曲线采样点离散程度直观体现记忆效应

蓝色曲线记忆效应更弱,相位均方根误差仅0.22度;红色曲线记忆效应更强,相位均方根误差达到0.72度。

五、非线性失真影响解析

虽然幅幅、幅相测试能够在时域对非线性特性进行量化描述,但我们同样可以在频域评估非线性失真带来的影响。多音信号是直观展现这类失真最简单的方式。

将双音信号输入功放这类非线性系统后,失真会以无用互调失真分量的形式显现,这些分量既会出现在输入信号的谐波频率处,也会出现在两个输入频率相加、相减所形成的频点上。

在通信设备应用中,三阶互调失真以及五阶互调失真通常是最难解决的问题。我们可以将器件响应等效为N阶多项式模型(见图8),以此理清背后原因。以二阶失真分量为例,它由基波信号两两组合生成,对应的频谱分量分布在f2-f1、2f1、f1+f2、2f2这些频点。

图8:互调失真产物出现在输入单音频率的各类组合频点上。

图8同时说明,影响最严重的失真产物为三阶失真分量。具体来说,频率为2f2-f1和2f1-f2的三阶分量紧邻有用基波信号,会对无线通信中的相邻信道形成干扰。这类三阶失真信号与基波输出信号的功率比值,称为三阶互调失真(IMD)。

互调这一叫法的由来,是两路输入信号在器件内部发生数学层面的相互混叠,原理和混频器这类三端口射频器件类似。将互调失真原理延伸至宽带调制信号:调制信号在频谱上等效为无数离散单音,所有单音之间都会互相产生互调。因此在频域上,失真会在宽带调制信号左右两侧生成频谱再生,对调制信号造成干扰。

图9:适用于宽带调制信号的互调失真原理示意图

各类无线通信标准通常会规定频谱模板(802.11系列)或邻道功率限值(UMTS、LTE、NR,见图9),避免发射机因自身非线性特性干扰相邻频段。互调失真属于失真的频域表现形式,同时它也会在时域引发诸多不良影响。具体而言,非线性带来的带内失真会大幅降低调制精度。

五、数字预失真(DPD)

数字预失真是功放线性化技术的统称,原理是在数模转换器(DAC)之前对输入复基带波形做预处理,以此补偿器件的非线性特性。数字预失真需要先完成功放特性测试与建模,校正方案涵盖简易查找表(LUT)到完整非线性沃尔泰拉级数模型等多种形式。

图10:DPD算法作用于调制输入波形。

过去工程师大多只在对功放线性度要求极高的场景使用DPD,例如多载波下行信号基站功放;如今DPD技术应用愈发广泛。NR、LTE、802.11ac等现代通信信号指标严苛,加之终端设备信号处理能力不断提升,手机等移动终端也普遍搭载DPD。DPD线性化技术可显著提升调制质量,抑制泄漏至邻道的杂散频谱,让移动终端更容易满足无线标准组织制定的射频合规规范。

图11:功放效率与输出功率随输入功率变化曲线

无线通信用功放中,现代信号高峰均比特性,迫使设备在线性度低、效率差,和非线性、高效率之间做取舍。如图11所示,功放效率峰值出现在输出功率接近饱和区的位置。DPD的核心优势在于,工程师可让功放工作在压缩区间,在保证指标合规的同时获得更高效率。此外,也可选用线性度一般、但效率更高或成本更低的功放硬件,依靠DPD补偿其非线性缺陷。

六、DPD对调制发射信号的改善效果

可通过测试调制精度、带外杂散指标,量化DPD这类线性化技术带来的性能提升。DPD的改善效果在频域体现得最为直观,能够有效抑制频谱再生,详见图12。图中可见,DPD大幅压低频谱再生分量,使发射机更容易满足标准规定的邻道功率(ACP)限值。

图12:数字预失真可抑制调制信号的频谱再生。

除此之外,借助星座图也能直观看到DPD对调制质量的优化效果。图12展示了单载波调制信号经过功放压缩失真后的输出波形。上方星座图完整呈现了发射信号每个符号的幅度与相位:信号峰值部分的增益明显低于其余区间。

因此,提前对波形做预失真处理,放大大功率符号对应的信号分量,功放自身的非线性特性就会反向抵消预失真带来的畸变。即便信号经过非线性程度很高的功放,最终输出波形也能达到高线性发射机的信号水准。

图13:预失真技术提升发射信号的调制质量。

DPD基础原理易懂,但想要通过校正实现最优性能,实际落地存在不少难点。通过幅幅、幅相测试就能观测到基础失真,这类失真依靠无记忆简单模型即可完成补偿。而器件受频率、电路、温度影响产生复杂特性时会出现记忆效应,这类场景需要更先进的DPD算法。接下来我们将介绍三种主流算法:无记忆查找表模型、记忆多项式模型、广义记忆多项式模型。

七、无记忆查找表(LUT)

对于记忆效应微弱的功放,采用简易查找表DPD算法就能实现线性化。基于查找表的DPD默认瞬时输出失真仅由当前输入信号功率静态决定,不存在记忆特性,第N个输出采样点只和第n个输入采样点相关。

搭建测试平台先采集功放的幅幅、幅相特性,以此生成DPD查找表。表格会记录每一组输入功率、相位对应的补偿参数,输入信号经过该参数修正后,功放输出可达到理想线性状态。

查找表DPD的原理可直观参考图14:蓝色曲线是功放原始幅幅响应,非线性特征明显;灰色直线为理想线性幅幅曲线;红色曲线是取反后的幅幅特性,也就是施加给激励信号的查找表补偿曲线。需要注意,功放线性化存在上限,一旦达到物理饱和点、增益开始跌落,DPD便无法继续校正。

图14:数字预失真DPD对功放原始幅幅特性进行补偿。

图15展示了功放幅度响应的理论校正效果,图15则为实物实测结果。该图纵轴做增益归一化处理,绘制器件幅幅特性曲线。红色曲线为原始幅幅(增益)特性,可见增益随输入功率变化,具备明显非线性;蓝色曲线为加载查找表DPD算法后的曲线,增益已完成线性化补偿。开启DPD后(蓝色曲线),在相同输入功率区间内,器件平均增益波动小于1dB。

图15:加载查找表DPD前后功放幅幅(增益)特性对比

基于查找表的DPD算法虽然简单直观,但无法补偿功放的记忆效应。图14与图15中均能直观体现记忆效应的存在:逐采样点观测,实测增益与相位存在明显离散波动,采样点的分散程度就是残留记忆效应的直观佐证。此外,若器件宽带频响不平坦,记忆效应会进一步加剧,原理类似有限长单位冲激响应(FIR)滤波器的记忆抽头。因此,查找表DPD更适用于信号带宽较窄、功放记忆效应微弱的场景。

八、适用于带记忆效应功放的数字预失真算法

无记忆查找表方案虽能简便实现功放线性化,却无法处理功放记忆效应。存在记忆效应的功放,瞬时输出功率不仅取决于当前输入功率,还和过往时刻的信号分量相关。我们可通过公式1对功放瞬时输出做数学建模。

公式1:功放瞬时输出表达式:

针对存在记忆效应的功放实现预失真,最直接的方案是采用基于沃尔泰拉级数的模型,如公式2所示。

公式2:采用沃尔泰拉级数对器件特性建模:

若要通过数字手段补偿功放的记忆效应与非线性特性,通用性最强的数字预失真架构与公式2形式相同。尽管沃尔泰拉级数可对非线性系统实现较为完备的建模,但它的数学运算复杂度往往过高,并不适用。存在记忆效应的系统,一般仅截取完整沃尔泰拉级数中的部分项,就能完成精度足够的建模。基于该级数衍生的常用模型包括记忆多项式模型、维纳模型以及哈默斯坦模型。其中记忆多项式模型与广义记忆多项式模型结构简洁,且获得行业广泛认可,是用于表征功放特性最主流的数字预失真算法。使用上述任意算法开展功放数字预失真相关测试时,射频信号发生器与信号分析仪的瞬时带宽,需达到基波信号带宽的3至5倍。

九、记忆多项式模型(MPM)

记忆多项式模型是一种用于补偿记忆效应与非线性失真的经典架构。该模型截取沃尔泰拉级数中的部分项构建而成,具体表达式见公式3。

公式 3:记忆多项式数字预失真算法通用表达式:

尽管记忆多项式模型的实现运算逻辑复杂,但测试软件包通常会对模型推导过程做封装,无需用户自行处理底层推导。使用者仅需设定多项式阶数与记忆深度,算法即可自动求解系数并生成预失真波形。

十、广义记忆多项式模型(GMP)

广义记忆多项式模型是记忆多项式模型的进阶优化版本,能够补偿更强的记忆效应。广义记忆多项式预失真器的数学表达式与记忆多项式模型相近,但额外增加了用于表征信号与包络之间超前、滞后关系的项,以此补偿交叉项带来的交错记忆效应。接下来我们将对广义记忆多项式模型的相关项展开详细说明:

公式4给出了基于广义记忆多项式预失真器的复基带表达式。

公式4:广义记忆多项式模型引入额外补偿项:

与其他数字预失真模型类似,NI射频集成电路测试系统这类测试方案可自动完成模型提取,并在基带波形上实现广义记忆多项式数字预失真算法。用户可调节的典型参数包括同步采样点数、记忆滞后深度、记忆超前深度等各类项的深度与阶数。

十一、数字预失真工况下的功放测试

随着数字预失真技术在终端设备最终方案中普及,在基带波形加载数字预失真模型后评估功放性能的工作愈发关键。在数字预失真工况下测试功放,要求测试设备能够模拟数字预失真系统的完整功能。因此,测试设备必须具备功放特性建模能力,并可通过软件运行线性化数字预失真算法。数字预失真测试平台的标准硬件架构包含矢量信号发生器与矢量信号分析仪,如图16所示。

源测量单元通常用于提供直流供电,同时可同步采集功耗电流。该硬件架构既能够提取查找表这类简易数字预失真模型,也可完成广义记忆多项式等复杂模型的建模工作。

图16:标准数字预失真测试平台

十二、动态电源发射机(包络追踪技术)

无线通信系统对更大数据传输容量的需求,催生了复杂度更高的调制方案。GSM等早期无线标准采用高斯最小频移键控(GMSK),后续演进的EDGE标准则使用简易8相移键控(8-PSK)调制技术。与之形成对比的是,802.11ac、LTE等现代无线标准采用64正交幅度调制(64-QAM)、256正交幅度调制(256-QAM)等高阶调制方式,并搭配基于正交频分复用(OFDM)技术的宽带载波制式。

高阶调制与OFDM技术相结合,使得信号峰均功率比(PAPR)相比传统通信技术显著升高。为改善峰均功率比过高的问题,LTE上行链路采用OFDM的改进方案——单载波频分多址(SC-FDMA)。SC-FDMA通过快速傅里叶变换(FFT)预编码降低了信号峰均功率比,但LTE上行信号的峰均功率比最高仍可达8dB;而802.11ac采用标准OFDM载波架构,其信号峰均功率比最高可达12dB。

现代通信波形不断升高的峰均功率比,对手机功率放大器的线性度提出了更为严苛的要求。高线性度是功放实现优异调制质量与频谱性能的核心前提。对于传统固定供电架构而言,功放需要在很宽的输出功率区间内保持线性。该线性指标要求迫使系统设计者按照最坏工况设计,将信号功率回退至饱和点以下,这就导致功放实际工作功率远低于峰值功率,器件能效大幅降低。

十三、动态供电技术概述

动态供电发射机(DPST)是当下应对高峰均功率比信号难题的主流方案。该发射机可动态调节功放供电电压,使器件在信号全功率变化区间内始终工作在高效区间,图17即为典型示例:供电电压实时跟随射频信号的功率包络变化。动态供电技术并非新兴技术,但数字信号处理与宽带电源的技术突破,让该方案得以在移动端大规模落地。目前各类移动终端广泛采用该技术降低整机功耗,最终延长设备续航时间。

图17:动态供电发射机信号时域波形

我们可以通过分析晶体管的基础特性,量化评估动态供电发射机技术带来的效率提升。从实测结果来看,若在多组固定供电电压下对器件的调幅-调幅(AM-AM)特性进行标定,会发现:对应某一固定输出功率,器件的效率最高点由供电电压决定。

图18纵轴为功率附加效率(PAE),横轴为输出功率,图中每条曲线分别对应一组独立供电电压Vcc下功率附加效率随输出功率的变化关系。

图18:不同供电电压下功率附加效率随输出功率变化曲线

举个例子,如图18所示,某功放供电电压为3.4V时,输出功率+28dBm可达到55%的效率;而保持3.4V供电不变,输出功率降至+16dBm时,效率仅为20%。因此,采用固定电源传输峰均功率比12dB的信号(本例峰值输出功率为+28dBm)时,功放平均效率仅20%。

由于效率由供电电压和输出功率共同决定,提升功放效率的一种方式是动态调节供电电压,让器件始终工作在效率峰值附近。这种工况下器件的综合效率由多组不同供电电压的效率曲线拼接而成,图17中的虚线即为该综合效率曲线,可见在更宽的输出功率区间内,效率能够维持在50%。

十四、晶体管层面的效率原理

结合图19晶体管基础特性曲线,可更深入分析动态供电方案的优势。如图19所示,在负载阻抗ZL固定的前提下,左侧(a)大功率信号的工作点相比右侧(b)小功率信号,更多时间分布在坐标轴附近。

大功率信号下,电压与电流的平均乘积更小,功耗低于小功率信号;而右侧小功率信号(b)的工作点大多落在图像中部,该区域整体功耗更高。

图19:电流-电压特性曲线:(a) 施加大功率信号;(b) 施加小功率信号

图19展现的效率特性,印证了动态供电发射机(DPST)的应用必要性:该架构可同步调节栅极电压Vg与直流供电电压Vdc},使其跟随射频信号快速变化的功率包络联动调整。图20在同一特性曲线上叠加了两个分立功率信号,直观展示该工作原理。从图20可见,晶体管工作点沿曲线向左下方移动时,器件可工作在更高效率区间。

图20:动态供电发射机(DPST)电流-电压特性曲线:两种信号功率档位

通过调制供电电压提升效率的理论原理简单,但工程落地有多种实现方案,各类方案均需在失真度与效率之间做取舍。例如,若设计目标为降低信号失真,则需让晶体管工作在线性区;若追求极致效率、可容忍失真劣化,则可让功放深度进入饱和压缩区。

动态供电发射机包含三种典型工作模式:直接极坐标模式、包络追踪(ET)模式,以及二者混合模式。三种模式的区分依据为器件调幅-调幅(AM-AM)曲线的线性区与压缩区,如图21所示。

在固定供电电压下,若器件工作区间完全处于线性区,则为包络追踪模式;该模式工程实现难度更低,是目前应用最广泛的方案。若器件深度工作在饱和压缩区,则为直接极坐标模式,该命名源于器件等效为三端口射频器件,直接完成极坐标调制。

图21:动态供电发射机的直接极坐标、包络追踪及混合工作模式

需要注意,在直接极坐标模式下,射频输出信号功率实际上与射频输入信号功率无关,器件工作特性近似混频器。该模式下输出信号的全部调制信息仅由供电电压信号承载。很多器件会在直接极坐标与包络追踪两种模式间切换,这类器件统称为混合模式架构。

掌握每种工作模式的基础特性,是顺利落地动态供电技术的关键。例如,器件工作在压缩模式或混合模式时,电源引入的噪声会耦合到射频输出信号中;同时压缩模式下,供电电压与射频信号之间的同步时序对齐要求更为严苛。而包络追踪模式对时序同步的要求相对宽松。

十五、动态供电功放的测试方案

针对动态供电架构所用功放进行性能测试,需要一套灵活、多功能的测试平台。标准测试平台由源测量单元(SMU)搭配射频信号发生器与射频分析仪组成,如图22所示。这套设备可完成器件调幅-调幅/调幅-调相特性等基础射频参数测试。基于测得的器件特性,能够拟合出射频输入信号与供电电压之间的数学映射关系,该映射表通常称为“整形表”。整形表生成后,可对其进行优化调整,以此改善信号失真、提升功放效率,或是降低数字预失真的使用需求。

图22:包络追踪测试方案中由任意波形发生器驱动电源调制器

动态供电工况下功放测试的一项核心设备需求是任意波形发生器(AWG),用于生成带调制的供电电压Vcc信号。此外,示波器可用于观测动态供电电压与输出功率之间的时域波形对应关系。开展这类测量时,功放测试板上通常需要配备差分探头接口与电流测试点位。

需注意,多数情况下射频信号与调制供电电压之间的数学映射关系为非线性函数。这会导致电源波形产生频谱再生,其带宽可达射频主信号带宽的数倍。同时,常规功放的工作电流远超出任意波形发生器(AWG)的输出能力,因此测试平台一般需要搭配电源调制器,为功放提供充足供电(见图23)。

图22:动态供电工况下功放标准测试平台

动态供电工况测试会带来几项特有测试难点:线性化处理、时序同步、供电电压与射频激励信号的对齐校准。根据整形表的优化目标不同,器件可能需要广义记忆多项式(GMP)这类高阶数字预失真线性化算法,也可完全不使用数字预失真。

十六、解决同步与时序对齐难题

任意波形发生器(AWG)与射频矢量信号发生器(VSG)之间的同步、时序对齐,是动态供电发射机测试平台最核心的关键环节。动态供电功放实现高功率附加效率的核心原理,是让供电电压精准匹配射频输入信号的功率包络;若供电电压与射频信号时序同步偏差过大,会产生严重信号失真。

仅同步启动AWG与VSG输出远远不够,两路信号相互间还必须具备极高稳定性、极低抖动。并且时序对齐的校准基准点是功放器件引脚,而非仪器输出端口。因此测试系统必须支持对任意一路信号做动态时延偏移,以此完成精准对齐。

AWG与VSG之间的时序偏移带来的负面影响,在调幅-调相(AM-PM)失真测试结果中体现得最为明显,详见图24、图25。图24可见,10纳秒时序偏移下,AM-PM相位测量数据出现明显发散。

图25数据显示,未加载数字预失真时相位均方根偏差超过4°;加载数字预失真后相位均方根偏差降至0.8°。除AM-PM失真外,时序偏移的劣化效果同样会体现在频谱图中。本例采用记忆多项式(MPM)数字预失真模型,虽能改善邻道泄漏比(ACP)指标,但优化幅度仅约7dB。

图24:AWG与矢量信号发生器存在10纳秒时序偏移时功放的调幅-调相特性

与图24形成对比,图25展示了将AWG与矢量信号测试仪的时序偏移控制在1纳秒以内时的调幅-调相性能。从图25可以看出,调幅-调相曲线的数据离散程度明显收窄,量化指标上相位均方根偏差小于0.5°。

图25:时序偏移小于1纳秒时的调幅-调幅失真特性

由于直接测量两路信号间的时序偏移难度较大,行业通用校准方法是扫描任意波形发生器相对射频信号发生器的延迟量。该方法下,以时序偏移量为变量,分别测量邻道泄漏比(ACLR)、误差向量幅度(EVM)或均方记忆失真指标。

时序偏移会劣化邻道泄漏比、误差向量幅度、均方记忆失真等指标,因此可通过程序扫描延迟,选取指标最优值,以此确定AWG与VSG之间的最佳延迟补偿量。将选定指标随偏移时延变化的曲线测出后,就能快速得到功放正常工作所需的精准补偿时延。

例如图26展示了均方记忆失真随AWG-VSG时延偏移的变化曲线,由图可见,时序偏移约7纳秒时,记忆失真指标达到最低。

图26:时延扫描曲线,展示均方记忆失真随AWG与VSG之间时延偏移的变化关系

最后总结一下:

5G、WiFi等现代通信采用高阶调制与OFDM技术,信号峰均比大幅升高,对射频功放线性度与效率提出严苛挑战。功放存在非线性失真与记忆效应,会恶化EVM、ACLR等核心指标。行业主要依靠DPD数字预失真补偿失真,通过LUT、记忆多项式、广义记忆多项式模型适配不同工况。同时,包络追踪等动态供电技术可动态调节电压,解决固定供电效率低的问题。这类功放测试难度高,需严格完成射频信号与供电波形的时序同步校准,才能保障线性化与高效工作效果。

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一个十几年通信研发从业经验的攻城狮,提供工作经验、行业知识分享以及相关技术讨论。