节能智能型3G基站的设计

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当今的移动电话用户希望获得能够与静止状态下相媲美的移动频带宽度。基于WCDMA的3G网络以及WiMAX等其他最新无线技术能够为移动通信用户提供这样的高带宽连接，但这些新系统都存在一个最主要的缺点,即通过大量使用复合调制系统实现频谱效率的优化的同时，会导致基站中功率放大器(PA)的能效大幅度降低，这种情况对整个系统的功耗来说影响很大。

对于整个无线技术产业，高功耗是建设3G电信基础设施需要面临的主要问题,不仅因为能源费用不断上涨，而是PA的热耗散对于发展更小、更轻、更廉价的基站来说是一种阻碍。此外,建设大规模高功耗基站所带来的环境问题也需要重点关注。例如, Vodafone等运营商已经开始对其OEM提出能效方面的要求，以便为其减少能源成本与环境影响的方针提供支持。

效率

峰值因数决定了PA的效率或峰值平均功率比(PAPR)。在WCDMA系统中，PA的工作能耗远低于最大功率，它的峰值因数大约为6.5dB至7.0dB。在OFDM系统中，如3GPP长期演进(LTE)与WiMAX为提高谱效率，使用了更高的峰值因数(大约9.0dB至9.5dB)，这会直接导致PA的效率下降。

然而，我们有可能通过改变基站的构架有效改善PA的效率与整个网络的能量效率。有一种名为包络线追踪( ET)的方法，使PA的偏压动态变化，以保证输出功率晶体三极管始终工作于它们的最佳工作曲线，这对提高3G与WiMAX的能量效率起到了至关重要的作用，甚至对于DVB发射机也能从容应对。

传统放大器的主输出放大级在恒定的漏电压下工作，并且只在接近于偏压值时生效。ET放大器在运行中能够在所有包络等级下接近偏压值，因此它总能在最大效率位置处运行。尽管ET的工作原理已经很明确了，但对其关键性能的分析难于实现，因此至今为止它仍未商业化。其关键性能主要包括精度、频带宽度(支持多载波)、稳定性、符合伪信号与噪声标准、调节器效率。

Nujira公司首创的高精度跟踪技术(HAT)实现了ET的商业化，此技术中加入了供电电压调节器与PA中的dsp驱动软件，其中调节器的启用非常关键，它包含了很多具有挑战性的设计问题，使Nujira公司不得不花费5年来的大部分时间去解决这些问题。

事实证明，在WCDMA与OFDM系统中使用HAT技术可提高线性放大器中PA的效率，在OFDM系统中，HAT是唯一可实现PA高效率(15%左右至50%以上)的技术。它不仅降低了功耗，而且在减小了PA体积的同时还增加了其可靠性。

图1为没有HAT调节器的PA构架，图2为带有HAT调节器的PA构架，PA构架中是否存在HAT调节器对供电电压进行动态调节，会对功率损耗产生影响，图3与图4为这两种情况下功率损耗的比较。对于现有的PA来说，想在其中加入HAT调节器，就必须添加调节器和与之相关的驱动软件，这需要对PA进行一些微小改动，以获得最佳的匹配度与性能。对调节器来说，它的运行状况至关重要，并且还带来了一些具有挑战性的设计问题，例如调节器本身的效率必须非常高，并且能够精确跟踪信号的包络，以便保持特定的伪信号与噪声标准。