5G通信技术的设计对功率放大器具有哪些设计要求
在5g通信中需要高性能的功率放大器
在功率放大器（pa）中没有实现高线性度的快速方法。pa在手机的通信基础架构中扮演着非常重要的角色。pa的性能要求将变得更加严格，尤其是随着5g蜂窝移动通信的采用（图1）。
图1.第五代蜂窝移动通信
在本文中，我们讨论5g通信技术将实现的功能和优势，以及对功率放大器设计的相应要求。
此外，我们检查了最常用的pa线性化技术，并评估它们是否适合满足pa要求。稍后，我将研究低功耗线性化器ic，并考虑其在5g应用中降低pa功耗和简化pa设计的潜力。
5g设计挑战
5g在许多方面都优于当前的通信技术。更高的数据速率同时提供给更多用户，并且移动设备的电池寿命将得到延长。为此，pa必须以尽可能高的效率和更宽的带宽（最高100 mhz）运行。
放大器线性度
如果pa是完全线性的，则它应该只能放大并输出所需的输入信号。但是，实际上，不存在这样的pa。实际上，由于输出信号是非线性的，因此会产生失真，并且失真会随着放大器接近饱和点而增加（图2）。
图2.输出功率和失真之间的关系
当施加多音调输入信号时，由于它们是非线性的，所以在pa输出端会出现不需要的相互调制频率（图3）。
图3. pa产生的互调
为了减少pa失真，必须使用某种形式的线性化。以下各节描述了5g环境中最常见的线性化技术的行为和适用性。
限制最大输出功率电平以使整个信号落在pa传输曲线的线性区域内的技术通常称为“补偿”。这种相对简单的方法的缺点在于，pa的效率（将dc功率转换为rf能量的能力）会随着pa的工作点远离饱和点而降低。
在某些系统中，满足信号峰均功率比（par）要求所需的补偿可以将pa效率降低到8％。结果，功耗和系统实施成本增加，并且需要大的散热器。
主动线性化
为了在不降低效率的情况下提高pa线性度，需要一种称为“预失真”的有源线性化。该技术“预测”了由pa固有的非线性引起的失真量，并将其反相信号注入到信号路径中，从而减小了放大器输出端的无用信号与无用信号之比。（图4）。这被指定为相邻信道功率比（aclr），并且必须至少为-50dbc。
图4.具有预失真线性化的pa的输出特性
有源线性化有两种常见类型：数字预失真（dpd）和rf功率放大器线性化（rfpal）。
dpd
如图5所示，数字预失真（dpd）在信号链（数字基带）的最早点将预失真校正信号添加到所需信号中。
图5.数字预失真系统的实现
dpd系统可以通过多种方式实现。虽然提供全功能版本（基带，数字，配备射频），但某些解决方案使用单独的数字基带和离散射频。
另一解决方案包括fpga和rf收发器（以及dpd测量路径）。但是，rf收发器必须以输入信号带宽频率的五倍运行，从而增加了设计复杂度，占板面积和功耗（典型值为5w），以用于小型，低功耗应用在某些情况下，dpd不是一种好的线性化技术。
rfpal
图6显示了系统的高级框图，该系统利用了另一种称为rf功率放大器线性化（rfpal）的有源线性化和预失真技术。
图6.射频预失真系统的实现
该技术利用独立的rfin /rfout架构和自适应rf预失真技术，仅在所需的点（pa的输入）注入校正信号。
这意味着该系统由更简单，更小的发射机和基带组成，可以在较低的频率（输入信号带宽）下运行，并且功耗比dpd系统低。直到最近，使用rfpal的最大线性化输入通道带宽仅为60mhz。图7显示了克服了这一问题的新型rfpal ic。
图7. sc1905rfpal标准应用电路
该器件的工作频率范围高达3.8 ghz，线性化的输入信号带宽高达100 mhz。功耗为1280mw，比dpd解决方案低70％。图8显示了使用该线性化器测量的标准pa的aclr和效率性能（5个不连续的20mhz lte通道，par 10db）。
图8.使用sc1905rfpal的pa aclr
在37dbm的输出功率水平下，该pa的效率为23％，aclr为-50db（关闭rfpal时，aclr大约好8db）。此外，rfpal器件已经由数个广泛使用的pa（a类，ab类和doherty）进行了评估，使其成为一种“即插即用”解决方案，从而简化了设计并缩短了开发时间。它导致缩短和降低风险。
该ic是因为它已经在9毫米×9毫米qfn封装被提供，所述溶液（电源，散热片，包括外壳）的整体尺寸是6.5厘米2需要。此外，在高达6 ghz的应用中，如有必要，可以使用混频器对线性化的pa信号进行上变频。
构建5g通信设备所需的条件
需要5g通信设备以更高的带宽和效率运行。所用功率放大器的线性和效率对于满足这些要求至关重要。
这次，我们介绍了一些最常用的pa线性化技术已证明将dpd用作有源线性化技术可改善整体线性度和效率。
但是，dpd是一种复杂的方法，会导致整个系统的功耗增加以及解决方案的增加。总之，较小的即插即用rfpal ic可以提供一种更简单的低功耗线性化技术。该ic可提高高达100mhz输入信号带宽的pa效率。该器件适合在各种应用中用于各种架构（a类/ ab类/ doherty），工艺（gaas，gan，inga）和频率（698mhz至3.8ghz）的pa中。该设备是5g基础设施等应用的理想选择。
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dpd
如图5所示，数字预失真（dpd）在信号链（数字基带）的最早点将预失真校正信号添加到所需信号中。
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