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关于GSM和WCDMA最大功率及耗电流—从调变方面解释

2023-06-27 来源:乌哈旅游
我们先从PAR(Peak Average Ratio)讲起,所谓PAR,是指峰值功率与平均功率的差[1],如下式 :

而GSM采GMSK调变,只调变相位,不调变振幅,也就是只有PM讯号, 而没有AM讯号。其波形为恒包络,即包络固定不变,如下图:

换句话说,GSM的峰值功率等于平均功率,即PAR为0。

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而WCDMA在Tx端,是用BPSK调变,相位跟振幅都有调变,亦即AM跟PM讯号都有[2] :

换句话说,WCDMA的峰值功率,不等于平均功率,即PAR不为0。

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而当输出功率在饱和区时,其PAE最大,主要原因是PA在饱和区时,其耗电流也 最大,此时的PAE,对通话时间长短,有关键性的影响,因此在设计PA时,多半 会将最大的PAE,设计在饱和区。所以若以效率考虑,应该用所谓的非线性PA, 即所谓的饱和PA,将输出功率操作在饱和区,以降低耗电流。如下图[1] :

值得注意的是,用饱和PA,固然可以降低耗电流,但由于饱和PA是非线性PA, 因此只能放大那些其波形为恒包络的讯号,例如GSM,虽然会有其非线性效应,造成失真,但可透过校正方式补偿回来。如此便能在拥有可接受之失真度的情况下,达到最大PAE。

而像WCDMA这种非恒包络,亦即有用到振幅调变的讯号,只能用线性PA,不能用饱和PA,不然会有无法补偿的失真。

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而线性PA,顾名思义,会操作在线性区,也就是会以Back-off的方式,将输出功 率,操作在平均功率的范围 (线性区)。来确保线性度。

而Back-off的量,以PAR来决定,由下图可知,因为WCDMA的PAR为3.5 ~ 7 dB, 故至少要Back-off 3.5 dB。

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因此若PAR高,则Back-off就大,也就是对线性度越要求。这由GSM与WCDMA的最大功率Spec可得知,GSM在Low Band的最大功率输出为33dBm,High Band为30dBm。而WCDMA的最大功率输出为24dBm。由于WCDMA的PAR比GSM大,所以Target Power比GSM小,以维持线性度。

而GSM因为PAR为0,所以理论上可以不需Back-off,直接将输出功率操作在 峰值功率(饱和区),以达到最大PAE。

因此,简单讲,

GSM因为PAR为0,所以可以操作在饱和点,耗电流较低, 同时也不需靠Back-off来维持线性度,所以输出功率较大。

而WCDMA,因为PAR不为0,所以只能操作在线性区,耗电流较高, 同时也需靠Back-off来维持线性度,所以输出功率较小。

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Reference

[1] 极化调制之EDGE功率放大器,

[2] WCDMA零中频发射机(TX)之调校指南与原理剖析,

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