- 探究EDGE功率放大器在手機(jī)上的應(yīng)用
- 功率放大器模式轉(zhuǎn)換與輸入信號(hào)的時(shí)序關(guān)系
- 采用線(xiàn)性發(fā)射架構(gòu)
- 與8PSK混合發(fā)射
在GSM系統(tǒng),EDGE可說(shuō)是進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)傳輸速率。通過(guò)調(diào)變方式的改變、編碼以及多傳輸時(shí)槽進(jìn)而達(dá)到3倍的傳輸速率。從1999年EDGE標(biāo)準(zhǔn)的制定至今,EDGE網(wǎng)絡(luò)已有多被許多國(guó)家及其電信業(yè)者所采用,根據(jù)全球行動(dòng)供貨商協(xié)會(huì)(GSA,Global Mobile Suppliers Association)最近的統(tǒng)計(jì),已有307種包含EDGE功能的設(shè)備發(fā)表。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Strategy Analytics統(tǒng)計(jì)及預(yù)估,2006年EDGE手機(jī)市場(chǎng)約為1.6億支,在2005-2010年間,EDGE/WCDMA手機(jī)市場(chǎng)將會(huì)有51%的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)的大幅增長(zhǎng)。 EDGE射頻端的解決方案─線(xiàn)性發(fā)射架構(gòu)
目前市場(chǎng)上有3種EDGE射頻端的解決方案可供手機(jī)制造商選擇,除了GMSK模式還要能同時(shí)支持8PSK模式。此3種分別為極性調(diào)變(Polar Modulation)、極性環(huán)(Polar Loop)以及線(xiàn)性發(fā)射(Linear EDGE)架構(gòu)。
就線(xiàn)性發(fā)射架構(gòu)而言,所使用之功率放大器必須能夠操作在飽和模式(Saturated Mode)與線(xiàn)性模式(Linear Mode)。當(dāng)手機(jī)操作在GSM時(shí)為GMSK調(diào)變,而GMSK為一固定振幅(Constant Envelope),功率放大器所產(chǎn)生的失真對(duì)其影響較小,故此時(shí)功率放大器可操作于飽和區(qū),即非線(xiàn)性區(qū),來(lái)提高效率。當(dāng)手機(jī)操作于EDGE模式時(shí),是以一種改變振幅與相位的線(xiàn)性調(diào)變方式即8PSK調(diào)變,也因此對(duì)于功率放大器的線(xiàn)性度極為要求,以防止信號(hào)失真。
與8PSK混合發(fā)射
EDGE是使用TDMA的時(shí)槽架構(gòu)(Time Frame Structure),因此在多個(gè)發(fā)射時(shí)槽及混合發(fā)射模式時(shí),功率放大器會(huì)有不同操作模式即8PSK切換GMSK或GMSK切換8PSK。而在時(shí)槽(Burst)與時(shí)槽之間必須將功率放大器所產(chǎn)生的功率降到最低,以免造成輸出射頻頻譜變差或不符合ETSI的規(guī)范。因此對(duì)于時(shí)槽與時(shí)槽間的輸入與控制信號(hào)時(shí)序(Control Timing)以及信號(hào)大小必須規(guī)范與遵守,如圖3所示。以下是使用RFMD線(xiàn)性功率放大器RF3158以3個(gè)發(fā)射時(shí)槽,GMSK→8PSK→GMSK為例。
信號(hào)產(chǎn)生器輸出的波形
首先使用信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生3個(gè)時(shí)槽,以Agilent Signal Generator E4438C為例,其設(shè)定如下:
1. Mode→ EDEG mode。
2. Data Format→ Framed。
3. Frame Trigger→ Continuous。
4. Configure Timeslots→ Multislot off,TS=TSC0并設(shè)定時(shí)槽。Normal代表此時(shí)槽為8PSK調(diào)變。
5. 輸出功率=2dBm。
此時(shí)將信號(hào)連接至頻譜儀以zero span觀(guān)察,即可看出所設(shè)定的信號(hào)。由于信號(hào)產(chǎn)生器所產(chǎn)生的輸出信號(hào)為功率放大器的輸入信號(hào)即為RFin,理論上,在GMSK mode,波形上升時(shí)間越短越好,而在8PSK mode則是要求平緩上升,才不會(huì)影響輸出射頻頻譜(ORFS-Output Radio Frequency Spectrum)。而Agilent E4438C在調(diào)整輸出波形(burst shape)不論是上升時(shí)間、上升延遲、下降時(shí)間或是下降延遲都是以一個(gè)GSM時(shí)間框架內(nèi)有設(shè)定為發(fā)射的波一起調(diào)整,EDGE與GMSK混合信號(hào)
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仿真與實(shí)驗(yàn)
信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)定好后,將其它設(shè)備與RF3158評(píng)估板連接 。以信號(hào)產(chǎn)生器的EVEN 1為任意波形產(chǎn)生器的觸發(fā)信號(hào),將編輯好的Tx_Enb、Vramp與 Vmode的波形加載任意波形產(chǎn)生器并連接至評(píng)估板,為了容易觀(guān)察信號(hào)間的時(shí)序關(guān)系也就是希望將RFin 、RF Out、Tx_Enb、Vramp與VMode同時(shí)顯示于示波器上,將通過(guò)頻譜的Video Out將功率放大器的RF Out 與 RFin射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并 顯示于示波器上,在此建議以VMmode為示波器外部觸發(fā)信號(hào),亦可將VMmode接到示波器的Ext Trigger in 以增加示波器的埠位使用。完成信號(hào)的設(shè)定與儀器的連接后,即可將電源及信號(hào)依續(xù)打開(kāi)。
功率放大器模式轉(zhuǎn)換與輸入信號(hào)的時(shí)序關(guān)系
當(dāng)線(xiàn)性EDGE 功率大器工作于GSM模式時(shí),功率放大器工作于飽和模式,此時(shí)Vramp控制功率放大器晶體管之集極電壓(Collector Voltage)使輸出波形與功率大小符合所需的要求與ETSI的各項(xiàng)規(guī)范。當(dāng)切換至EDGE模式時(shí),功率放大器工作于線(xiàn)性模式,此時(shí)功率放大器晶體管之集極電壓固定偏壓于3.6V,Vramp則提供功率放大器晶體管的基極偏壓(Base Bias),控制其偏壓電流,使功率放大器工作于線(xiàn)性區(qū),如同一增益模塊(Gain Block),輸入的射頻信號(hào)與輸出功率成一線(xiàn)性增益關(guān)系。
而RF3158支持GPRS Class 12的50%的發(fā)射周期(Duty Cycle),此意味著可能同時(shí)發(fā)射兩個(gè)混合模式時(shí)槽。也因此,功率放大器在兩個(gè)時(shí)槽之間也就是保護(hù)時(shí)段(Guard Period)須完成模式轉(zhuǎn)換。此轉(zhuǎn)換時(shí)間可稱(chēng)為穩(wěn)定時(shí)間(Settling Time)。
當(dāng)VMode由High 轉(zhuǎn)為L(zhǎng)ow代表功率放大器由為8PSK的線(xiàn)性模式切換為GMSK的飽和模式,此時(shí)RFin要降到最低且低于-40dBm(建議值)的輸入功率,Vramp則需降到約0.3V,而Tx_Enb關(guān)掉1QB(Quarter Bit,1QB約為0.92us)有助于縮短穩(wěn)定時(shí)間 (Settling Time)。穩(wěn)定時(shí)間是由于功率控制回路與Vramp引腳內(nèi)的低通濾波器所造成,而Tx_Enb關(guān)掉可提供一放電路徑。
當(dāng)我們將RFin于VMode轉(zhuǎn)為L(zhǎng)ow后2QB的時(shí)間打開(kāi),很明顯的,可于8PSK與GMSK之間的保護(hù)時(shí)段看到一突波(Spike)。由此可知,功率放大器于模式轉(zhuǎn)換期間,在未完成穩(wěn)定時(shí)間,未將RFin信號(hào)降至<-40dBm或輸入RFin信號(hào),將產(chǎn)生突波造成輸出射頻頻譜之功率轉(zhuǎn)換瞬態(tài)所產(chǎn)生的頻譜(Output Radio Frequency Spectrum-Spectrum due to switching transients)變差,甚至無(wú)法通過(guò)規(guī)范。
除了輸入信號(hào)的時(shí)序關(guān)系,另一個(gè)會(huì)影響功率轉(zhuǎn)換瞬態(tài)頻譜的是保護(hù)時(shí)段期間RFin的信號(hào)大小。此實(shí)驗(yàn)可通過(guò)另外一臺(tái)信號(hào)產(chǎn)生器來(lái)提高保護(hù)時(shí)段期間RFin的信號(hào)大小,來(lái)實(shí)驗(yàn)RFin于保護(hù)時(shí)段時(shí)至少要低于多少,才不至于導(dǎo)致突波。圖20為原本的信號(hào),保護(hù)時(shí)段期間RFin的信號(hào)大小為-74.32dBm。此時(shí),外加一臺(tái)信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生一連續(xù)信號(hào)通過(guò)合成器(Combiner)將兩信號(hào)合成后,輸入功率放大器。圖21為兩信號(hào)產(chǎn)生器的合成結(jié)果。通過(guò)此一實(shí)驗(yàn),可得知由收發(fā)器(Transceiver)所產(chǎn)生的最小的輸出功率不要超過(guò)-33dBm。