RF预失真解决功放的线性化问题

线性是多模多载波无线网络的一个关键性能，这些网络包括宽带第三代(3G)和第四代(4G)蜂窝系统，包括减小了覆盖区域并且采用低发射功率架构的小型蜂窝基站。其亮点在于射频/微波功率放大器(PA)能以低成本和低系统功耗提供所需的性能。遗憾的是，功放的操作通常不是线性的，可工作在平均输出功率0.5W至60W的线性化功放的高性价比方案还没有实现。

但有种解决方案已经浮出水面，即Scintera公司的射频功放线性器(RFPAL)系统级芯片(SoC)解决方案。该方案采用预失真技术来改善输出功率电平在60W以下的功放线性度。特别是在10W以下时(这种情况下，大多数功放都是基于A类或AB类偏置电路)，RFPAL电路提供了极具吸引力的回退替代方案。为更好地理解这些RFPAL解决方案的用途和射频预失真(RFPD)技术的使用，本文将该方法与数字预失真(DPD)和回退等用于改善功放线性度的传统方法进行了比较。

没有功放是完美的。当馈入多频输入信号时，功放将提升有用信号，但也会产生无用的互调(IM)项(图1a)。当功放接近饱和时，这种非线性行为会愈加明显。为了在没有采取预失真技术的条件下获得可接受的线性度，功放通常要从饱和点(图2a中的PSAT(3dB))回退。遗憾的是，当放大器的工作点回退时，放大器的直流效率将下降(图1b)。对于已经进入回退模式以适应信号的峰值与均值比(PAR)以及进一步回退以满足系统线性要求的AB类功放而言，8%甚至更低的效率并不少见。

图1：图中表明了(a)通常由射频功放产生的互调失真，以及(b)射频功率、效率和失真之间的关系。

在许多蜂窝通信应用中，PAR的基础是10-4的互补累积分布函数(CCDF)概率。虽然回退放大器是发射平均功率在20W以下的功放最常采用的线性化方法，但有源线性化也是很有吸引力的一种实用技术。有源线性化技术包括RFPD和DPD，允许发射器在接近甚至稍高于PSAT-PAR工作点的条件下工作(图2b)。当然，当信号峰值超过功放饱和点时，没有一种预失真方法能够校正信号，因为没有办法恢复由于箝位造成的信息丢失。采用有源线性化技术后，AB类放大器一般可以增加3dB至6dB驱动，从而使效率提高2倍至4倍。与回退放大器相比，有源线性化技术能使最后一级功放、电源、冷却部件和运行成本减少一半以上。

图2：图中比较了(a)没有采用预失真技术和(b)采用了预失真技术的射频功放性能。