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射頻技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是WCDMA實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。與GSM信號(hào)和第一代信號(hào)不同，WCDMA的信號(hào)帶寬為達(dá)到5MHz的寬帶信號(hào)。為了追求更高的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率，WCDMA普遍采用線性調(diào)制方式(QPSK,16QAM)。另外，多載波配置技術(shù)導(dǎo)致了信號(hào)包絡(luò)的變化，從而產(chǎn)生了交調(diào)失真，盡管頻譜再生對(duì)本信道的影響不大，但它將會(huì)干擾相鄰信道。3G通信系統(tǒng)利用的非恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)要求發(fā)射器工作于線性狀態(tài)，從而使線性化技術(shù)和效率增強(qiáng)技術(shù)成為功放(PA)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。
線性化原理：因?yàn)榫w管本身的非線性特性，未經(jīng)過線性化處理的功放PA(PowerAmplifier)的輸入輸出特性是非線性的，雖然輸入的WCDMA頻譜較為純凈，但是功放輸出端產(chǎn)生了大量的非線性產(chǎn)物，射頻線性化技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是通過各種方式對(duì)這種非線性化特性進(jìn)行補(bǔ)償和校正。
為了適應(yīng)大批量商用，對(duì)基站功放的基本要求為：
可靠性高，但往往是系統(tǒng)的瓶頸；
效率高，常常占據(jù)基站整機(jī)功耗的很大比例；
成本低，往往占基站成本的很大一部分比例；
體積小，一般占據(jù)系統(tǒng)的較大部分；
可維護(hù)性強(qiáng)，許多是獨(dú)立的模塊，有監(jiān)控保護(hù)功能；
線性度好，基站越來越多地采用線性功放；
易生產(chǎn)，盡量降低裝配調(diào)試的難度。
其中射頻的線性化技術(shù)和高效率技術(shù)是相互矛盾的，對(duì)這兩種目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)往往決定了功放的其他幾個(gè)方面，因而射頻的線性化技術(shù)和高效率技術(shù)的研究成為業(yè)界的熱點(diǎn)。目前，在功放的各種線性化技術(shù)中，最主要的線性化技術(shù)是輸出功率回退法(OutputPowerBackOff)、前饋法(FeedForward)、預(yù)失真法(PreDistortion)。而效率增強(qiáng)技術(shù)即基于提高線性功放效率的技術(shù)主要有：Dorherty技術(shù)、包絡(luò)跟蹤、包絡(luò)消除再生技術(shù)和自適應(yīng)偏置技術(shù)等。
WCDMA功放的發(fā)展歷史和趨勢(shì)
傳統(tǒng)基站采用的前饋技術(shù)：隨著3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的成熟，從2001年開始，各設(shè)備廠商陸續(xù)發(fā)布了可商用的基于傳統(tǒng)架構(gòu)的WCDMA基站。此時(shí)基站的功放線性化技術(shù)中，前饋技術(shù)最成熟，各大設(shè)備廠商不約而同地采用了基于前饋技術(shù)的模擬線性功放。華為公司也不例外，在充分掌握該技術(shù)的基礎(chǔ)上，華為公司采用前饋技術(shù)的第一代WCDMA基站產(chǎn)品已經(jīng)獲得了成功商用。
前饋技術(shù)FF(FeedForward)：前饋的基本原理是，通過比較輸入輸出信號(hào)，獲得非線性產(chǎn)物的波形，然后在輸出端，將非線性產(chǎn)物對(duì)消掉，從而在輸出端獲得純凈的信號(hào)。前饋技術(shù)既具有較高校準(zhǔn)精度的優(yōu)點(diǎn)，又沒有不穩(wěn)定和帶寬受限的缺點(diǎn)。當(dāng)然，這些優(yōu)點(diǎn)是用高成本換來的，由于在輸出校準(zhǔn)時(shí)，功率電平較大，校準(zhǔn)信號(hào)需放大到較高的功率電平，這就需要額外的輔助放大器，而且要求這個(gè)輔助放大器本身的失真特性應(yīng)處在前饋系統(tǒng)的指標(biāo)之上。當(dāng)然，校準(zhǔn)環(huán)中添加一輔助功率放大器，總效率會(huì)降低,體積增大［效率低于10%(內(nèi)部存在兩個(gè)功放模塊，環(huán)路2引入了一定損耗)］。前饋功放的抵消要求是很高的，需獲得幅度、相位和時(shí)延的匹配，如果出現(xiàn)功率變化、溫度變化及器件老化等均會(huì)造成抵消失靈，生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜。
新一代WCDMA基站采用的DPD的功放技術(shù)：隨著WCD-MA網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，運(yùn)營商越來越注重降低CAPEX和OPEX，功放的效率提高和降成本，是各大設(shè)備廠商重點(diǎn)研究開發(fā)的焦點(diǎn)，新一代功放的線性化技術(shù)DPD技術(shù)得到了極大發(fā)展。DPD技術(shù)已經(jīng)從研究形成了產(chǎn)品的發(fā)布。2005年戛納展華為率先發(fā)布了基于DPD技術(shù)的WCDMA基站，其后西門子、愛立信等設(shè)備廠商也都推出或正在推出基于DPD技術(shù)的WCDMA基站。
數(shù)字預(yù)失真DPD(DigitalPre-Distortion):PA線性化技術(shù)更大的突破是可使信號(hào)預(yù)失真。預(yù)失真是PA線性化的“法寶”，不過這也非常復(fù)雜，并要求了解PA失真特性——而該特性的變化方式非常復(fù)雜。
預(yù)失真原理：通過一個(gè)預(yù)失真元件(Predistorter)來和功放元件(PA)級(jí)聯(lián)，非線性失真功能內(nèi)置于數(shù)字、數(shù)碼基帶信號(hào)處理域中，其與放大器展示的失真數(shù)量相當(dāng)(“相等”)，但功能卻相反。將這兩個(gè)非線性失真功能相結(jié)合，便能夠?qū)崿F(xiàn)高度線性、無失真的系統(tǒng)。數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的挑戰(zhàn)在于PA的失真(即非線性)特性會(huì)隨時(shí)間、溫度以及偏壓(biasing)的變化而變化，因器件的不同而不同。因此，盡管能為一個(gè)器件確定特性并設(shè)計(jì)正確的預(yù)失真算法，但要對(duì)每個(gè)器件都進(jìn)行上述工作在經(jīng)濟(jì)上則是不可行的。為了解決上述偏差，我們須使用反饋機(jī)制，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，并用以校正預(yù)失真算法。數(shù)字預(yù)失真采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)這個(gè)預(yù)失真器(Predistorter)，通常采用數(shù)字信號(hào)處理來完成。通過增加一個(gè)非線性電路用以補(bǔ)償功率放大器的非線性。這樣就可以在功率放大器(PA)內(nèi)使用簡(jiǎn)單的AB類平臺(tái)，從而可以消除基站廠商制造前饋放大器(feedforwardamplifier)的負(fù)擔(dān)和復(fù)雜性。此外，由于放大器不再需要誤差放大器失真矯正電路，因此可以顯著提高系統(tǒng)效率。
預(yù)失真線性化技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)在于不存在穩(wěn)定性問題，有更寬的信號(hào)頻帶，能夠處理含多載波的信號(hào)。預(yù)失真技術(shù)成本較低，工藝簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)，效率較高，一般可以達(dá)到19%以上。
數(shù)字預(yù)失真的缺點(diǎn)：線性度略低于前饋技術(shù)，但是目前兩者的水平已經(jīng)比較接近。
數(shù)字預(yù)失真技術(shù)目前之所以沒有像前饋技術(shù)那樣得到廣泛應(yīng)用，主要原因是該技術(shù)存在以下技術(shù)瓶頸：寬帶功放的非線性特性建模，它的挑戰(zhàn)在于PA的失真(即非線性)特性會(huì)隨時(shí)間、溫度以及偏壓(biasing)的變化而變化，因器件的不同而不同。華為公司目前已經(jīng)完全掌握了該技術(shù)，并已經(jīng)成功應(yīng)用于WCD-MA基站產(chǎn)品中。
功放的高效率技術(shù)：業(yè)界正在研究中的功放高效率技術(shù)有許多種，如：Dorherty技術(shù)、包絡(luò)跟蹤、包絡(luò)消除再生技術(shù)和自適應(yīng)偏置技術(shù)。目前已經(jīng)可以實(shí)用的是Doherty技術(shù)。其基本原理是：將輸入信號(hào)的平均部分和峰值部分分開放大，然后合成，從而獲得高效率。
Doherty放大器包括兩個(gè)部分，一個(gè)載波放大器C(Carrier)，一個(gè)峰值放大器P(Peak)。載波放大器可以工作在接近飽和的狀態(tài)，從而獲得較高效率，大部分信號(hào)通過該放大器放大；峰值放大器只在峰值到來的時(shí)候才工作，大部分時(shí)間不消耗功率。它們的合成輸入輸出特性的線性區(qū)比單個(gè)放大器的線性區(qū)有較大擴(kuò)展，從而在保證信號(hào)落在線性區(qū)的前提下獲得較高的效率。Do-herty技術(shù)需要與其他線性化技術(shù)如DPD技術(shù)配合使用。當(dāng)與DPD技術(shù)配合使用時(shí)效率可達(dá)30%以上。
| 技術(shù)成熟度 | 技術(shù)難度 | 功放效率 | 是否商用 | 生產(chǎn)難度 | 體積 | 可靠性 | 成本 | |
| 前饋技術(shù)功放 | 成熟 | 中 | 低于10% | 是 | 難 | 大 | 低 | 高 |
| DPD技術(shù)功放 | 步入成熟 | 難 | 較高，典型值19% | 是 | 易 | 小 | 高 | 低 |
| DPD+Dorherty技術(shù)功放 | 試驗(yàn)階段 | 難 | 高，華為公司典型值33% | 否 | 易 | 小 | 高 | 低 |
新一代基站功放技術(shù)與傳統(tǒng)基站功放技術(shù)對(duì)比
新一代功放為運(yùn)營商帶來的好處
采用高性能的功放技術(shù)能夠?yàn)檫\(yùn)營商節(jié)省電費(fèi)。對(duì)于一個(gè)5000個(gè)基站的WCDMA網(wǎng)絡(luò)，采用傳統(tǒng)技術(shù)的一個(gè)基站3×1配置的典型功耗為1500W，而新一代功放則為760W，對(duì)于一年所需要的電費(fèi)，采用新一代基站會(huì)比傳統(tǒng)基站為運(yùn)營商節(jié)省電費(fèi)計(jì)算為：(1500-760)(功耗比較值)×5000(基站數(shù)目)×0.7(電費(fèi)0.7元/度)×24(一天小時(shí)數(shù))×365(一年天數(shù))/1000(千瓦時(shí))＝2269萬元RMB。更高的功放效率不僅能夠?yàn)檫\(yùn)營商節(jié)省電費(fèi)，節(jié)省電源等配套設(shè)施的投資，而且由于功耗的降低，生產(chǎn)工藝的簡(jiǎn)化，降低了整機(jī)散熱的要求，增加了設(shè)備的穩(wěn)定性，使網(wǎng)絡(luò)性能更加優(yōu)秀。
