包络跟踪电源调制技术研究进展包络跟踪电源调制技术研究进展
包络跟踪功率放大器(Envelope Tracking Power Amplifier,ETPA)具有高效率和高线性度等优势,已成为目前现
代移动通信技术的研究热点。包络跟踪电源调制器是ETPA的关键模块之一,因为它能够提升PA在功率回退时
的效率,从而提升整个通信系统的效率。首先介绍包络跟踪技术(Envelope Tracking,ET)和包络消除与恢复技
术(Envelope Elimination and Restoration,EER),对比两者的性能差异,重点介绍ET技术,分析其最常用的混
合型包络放大器(Hybrid Envelope Tracking Amplifier,HETA)电路结构以及电路的关键的设计参数,然后对比
和总结目前已有的HETA技术优化方案,接着列举ET技术在移动通信中的实际应用,最后考虑ET技术将要面临
的挑战。
0 引言引言
目前频谱资源日益紧缺,为了提高频谱利用率,信号调制方式从原来的恒包络调制发展为复杂的变包络调制,峰均比
(PAPR)也随之增加。表1给出了从2G到4G的发展状况
[1]
。为了实现信号的无失真传输,PA需要工作在功率回退区,当采用传
统的恒压供电时,其回退区工作效率会很低。在整个通信系统当中,PA是主要耗能模块,因此降低其能耗对整个系统的效率
提升有很大的帮助,因此PA效率提升技术是一个很有发展前景的研究方向。
传统PA效率提升结构有Doherty和LINC,其中Doherty PA电路结构相对简单,而且工作效率较高,但带宽、线性度等因素
始终限制着Doherty PA在宽带高效方面的应用
[2]
;LINC PA效率比较高,而且线性度良好,但存在一个主要缺点,即两路
SMPA需要非常好地匹配以获得足够小的带外抑制
[3]
。因此传统的PA电路结构并不能满足现代移动通信对性能的要求,另一种
效率提升技术引起了业界的关注。包络跟踪电源调制技术使PA的供电电压跟随射频信号的包络变化而变化,从而使PA在功率
回退时也能保持较高的效率。这种电源调制技术分为两种:包络消除与恢复技术(EER)和包络跟踪技术(ET)
[4]
。
1 EER技术和技术和ET技术技术
1.1 EER电源调制技术电源调制技术
EER技术是KAHN L R在1952年提出的
[5]
,系统结构如图1所示。射频输入信号进入系统后分为两路,一路经过限幅器
(Limiter)去除幅度信号剩下相位信号;另一路通过包络检波(Detector)得到幅度信号,然后包络调制(Envelope
Modulator,EM)对幅度信号进行进一步处理。因为相位信号不含幅度信息,所以可用高效率的开关模式功放(Switched Mode
Power Amplifier,SMPA)对信号进行放大,例如Class D或者Class E。幅度信号经过EM后作为SMPA的供电电压,恢复射频
输出信号的幅度信息。
1.2 ET电源调制技术电源调制技术
ET技术
[6]
与EER技术相似,图2是其系统结构图。ET技术与EER技术的不同在于,射频输入信号不需要进行相位和幅度的
分离。因此,实现无失真传输需要PA工作在近线性状态,所以使用线性功率放大器(Linear Power Amplifier,LPA),如Class
A PA或者Class AB PA。为了使LPA有更好的效率和线性度,可以在包络检波以后对幅度信号进行包络整形(Envelope
Shaping)
[7]
。
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