המגבר הכוח (PA) הוא מרכיב מרכזי במערכות תקשורת אלחוטיות, המכתיב ישירות את ההשגה, האיכות והיעילות של האות המועבר. במרדף אחר שיעורי נתונים גבוהים יותר, תוכניות מודרניות של מודולציה - כגון 256-QAM ו-DM -exhibit High Peak-to-average power Relationss (PAPR) דורשות מבחר זהה זהה של הכוח שלה בחזרה, פרמטרים בסיסיים של יעילות של מערכת הביטחון של מערכת הביטחון העצמי של מערכת הביטחון של מערכת הביטחון העצמי של מערכת הביטחון של מערכת הביטחון.

מימון של כוח מגבר המבצע ובחזרה

The Amplifier Transfer Characteristic

כדי להבין את back-off, יש לדמיין את עקומת ההעברה של הרש"פ, אשר מבססת את כוח הפלט כנגד כוח קלט.עקום זה ליניארי להפליא ברמות כוח נמוכות. asקלט כוח עולה, המגבר מתחיל להשתחוות, בסופו של דבר להגיע לנקודה שבה עלייה בתשואות כוח ניכוי כוח ניכוי בתפוקה.זה נקודת השטחה (Psat).

הפעלת הרש"פ או ליד Psat ממקסימה את כוח התפוקה ואת יעילות ההמרה DC-to-RF. עם זאת, היא מציגה אי-לינאריות חמורות. Back-off היא ההפחתה מכוונת של כוח האות הממוצע על ידי כמות מסוימת (מחושת ב- dB) ביחס לנקודה, כגון P1dB או Psat, כדי להבטיח כי הרש"פ פועלת בעיקר בתוך האזור ליניארי שלה.

Output Back-Off (OBO) ו- Input Back-Off (IBO)

חזרה-off מוגדר בדרך כלל בשתי דרכים, אם כי Output Back-Off (OBO) הוא המדד הרלוונטי ביותר עבור עיצוב המערכת. OBO מוגדר כההבדל ב dB בין כוח השאיבה לבין הכוח הממוצע של האות המנוכל: FLT:0O= Psat (dm) - פב (dm)FLTRE:1:1.

OBO הנדרש הוא מונע מאוד על ידי סטטיסטיקות אות, במיוחד את Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) A LTE סטנדרטי או 5G NR אות יכול להיות PAPR של 8-12 dB כדי למנוע קליטת השיא של האות, הכוח הממוצע חייב להיות להגדיר כמה DB מתחת P1B או Psat. אם back-off הוא פחות מאשר הרשות, הפונקציה הבסיסית, 000, 000 ראשי תיבות של ניהולית, 000 של ניהולית, הוא מוביל את העיוותים מרכזי של ניהולית של העיוותים בראש סדר השדרה.

השפעה על Signal Linearity

AM/AM/PM Conversion

כאשר הרש"פ מונעת מעבר לטווח ליניארי שלה, היא מציגה עיוותים של אמפולד ושלב תלוי באמפורה המיידי של אות הקלט.זה מאופיין על ידי המרה AM/AM (הדחיסה של AM/PM) וההמרות AM/PM (שינוי פאזה).

ברש"פ אידיאלי, הפלט הוא העתק בקנה מידה מושלם של הקלט, ואת השינוי שלב הוא קבוע.ברש אמיתי, כמו כוח קלט עולה לכיוון השכור, את הדחיסות הרווח ואת השלב של שינוי אותות הפלט. על ידי יישום מספיק חזרה-off, נקודת התפעול מוגבלת לרווח שטוח של העקומה, מצמצם הן AM/AM ואפקטים של AM/PM.

טעות Vector Magnitude (EVM) Degradation

שגיאה Vector Magnitude (EVM) היא מדד מודולציה מקיף כי לכמת את הסטייה של קבוצות כוכבים המועברות נקודות מתפקידיהם האידיאליים.תקני תקשורת מגדירים מגבלות EVM קפדניות (למשל, וlt; 8% עבור 64-QAM, < 3.5% עבור 256-QAM).

היחסים בין הרש"פ ל- EVM הם ישירים.הפנייה לאחור דוחפת שיאים מיידיים לתוך דחיסה, גרימת נקודות סטיישן לדחוס ולסובב, להגדיל באופן ישיר EVM. מעצב חייב לבחור את רמת ההחזרה העומדת בסימן EVM תוך התחשבות בתהליך, מתח וטמפרטורה (PVT) פועל עמוק מדי בתשואות האחוריות מצוינות של EVM, אך בטווח 5F מדגיש יעילות כוללת: RGR.

דיסטורציה (IMD)

אולי ההשפעה המזיקה ביותר של אי-לינאריות היא דיסטורציה בין-ממדית (IMD) כאשר הרש"פ מונעת עם אות רב טון, לא ליניאריות יוצרות גוונים מעוררים בסכום ובהבדלים של טונס קלט.

מוצרי אינטגרציה מוזרים, במיוחד ההזמנה השלישית (IMD3), הם בעייתיים כי הם נופלים קרוב לתדירות המוביל ולא ניתן לסנן בקלות.הסעיף השלישי של ההזמנה Intercept Point (IP3) הוא דמות תיאורטית של ערך לינאריות. IP3 גבוה יותר מציין לינאריות טובה יותר.

יש כלל ידוע של אצבע: עבור כל 1 dB עלייה בגב לאחור, מוצרי IMD3 משתפרים על ידי 3 dB יחסית לנושא.זה הופך את אחורי כלי רב עוצמה מאוד עבור דיכוי IMD. טכניקות לינאריזציה מודרנית, כגון Digital Pre-Distortion (DPD), נועדו להירגע את ה- Trading-off הזה.

טיהור ספציפי ושיקום

Spectral Regrowth ו- Adjacent Channel Ratio (ACPR)

טוהר ספציפי מתייחס כמה אנרגיה מועברת מוגבלת לת ערוץ התדר שהוקצה שלה.כאשר הרש"פ לא לינארית מגבירה אות מתואם דיגיטלית, מוצרי עיוות המשתרעים מעבר רוחב הפס האות.זה ידוע כ- ספקטרום ספקטרלי.

ערוץ Adjacent Power Ratio (ACPR) הוא המדד הסטנדרטי המשמש לכמת זה.זה מוגדר כיחס הכוח בערוץ הראשי לעוצמה הנשפך לתוך ערוץ סמוך.FLT: התרשמות היישום של 0Keysight ב- ACPR מספקת רקע מקיף על האופן שבו לא ליניאריות ברש"פ גורמים ישירות להפרעה ערוץ 1 (FLT:1 inuffic back-off) ישירות מול משתמשים שכנים, גורם להפרעות הפעלה של תאים ניידים.

תגית: Spectral Mask

גופי רגולציה ברחבי העולם, כגון FCC ו ETSI, לאכוף את גבולות פליטות קפדניות הידועות כממסכות ספקטרליות. משדר חייב להבטיח צפיפות ספקטרלית כוח שלה נופל מתחת למסיכה בכל התדירות.

חזרה-off היא קו ההגנה הראשון בהבטחת עמידה.על ידי גיבוי של הרשות הפלסטינית, אי-לינאריות חמורות נמנעים, צמצום דרמטי של regrowth. בעוד זה מבטיח טוהר ספקטרלי טוב, זה לעתים קרובות מקריב יעילות.מערכות מתקדמות יותר משלבות חזרה עם סינון ו-DPD כדי לעמוד במסכה תוך הפעלת רמות כוח גבוהות יותר.

מחיר הטוהר הספקטרום המסכן

הפעלת משדר עם טוהר ספקטרלי לא מספיק יש השלכות מעבר קנסות רגולטוריים. משדר המפר את המסיכה ספקטרלית שלו פועל כמקור רעש עבור מקלטים הפועלים בלהקות סמוכים.זה מקטין ביעילות את הרגישות והטווח שלהם. בסביבה סלולרית או Wi-Fi צפופה, זה יוצר "לא רחוק" קלאסית, שבו בעיה בעוצמה גבוהה, גרועה יכול להעביר אותות אחרים לחסום את כל אותותיה.

אסטרטגיות יעילות ואופטימיזציה מודרנית

הרציונלית להימנעות מגיבוי עמוק היא פשוטה: יעילות כוח-עוצמה של 0 (0 Power) קשורה באופן הפוך ל-FLT:1 (A PA הפועלת ב-P1dB עשויה להשיג יעילות של 45-50%.

פתרונות אדריכליים: כוח דוהרטי

הרשות הדוהריטי היא הפתרון המאומץ ביותר בתחנות הבסיס של המאקרו-אי מודרניות לצמצום הירידה היעילות בהתאוששות.זה משתמש במגבר עיקרי (קרייר) המוטי ב- ClassAB וגורם מגבר גבוה הוטה בכיתה C.

ברמות כוח נמוכות (למעלה לאחור), רק המגבר הראשי פעיל.כפי שכוח הקלט עולה, המגבר המגבר העליון מופעל, מספק מודולציה עומס דינמי שמחזיק את המגבר הראשי ביעילות גבוהה על טווח כוח גדול בהרבה. A היטב מעוצב היטב Doty PA יכול להשיג 40-50% יעילות על טווח של 6-8DB לאחור-off: The Rl0G מציע מבט יסודי של 4GF.

אספקת משתנה: Envelope Tracking (ET)

גישה נוספת היא לשנות את מתח האספקה של הרש"פ בזמן אמת.במערכת של Envelope Tracking (ET), ממיר DC-DC במהירות גבוהה מתואם את מתח האספקה כדי לעקוב אחר המעטפה המיידית של אות RF.

כאשר המעטפה נמוכה, מתח האספקה טיפות, צמצום צריכת החשמל של DC. כאשר המעטפה עולה, מתח האספקה מואץ למנוע קידוד.זה מאפשר לרש"פ לפעול ליד נקודת הדחיסה שלה ליעילות שיא, בעוד מעקב האספקה מטפל בהפסד במהלך מרווחי זמן אחוריים. ET משמש נרחב בטלפונים חכמים מודרניים כדי להאריך את חיי הסוללה.

Digital Pre-Distortion (DPD): רמאות לסחר

Digital Pre-Distortion (DPD) היא טכניקת עיבוד אותות עוצמתית המאפשרת לרש"פ להיות מונעת יותר (עם פחות חזרה-off) תוך שמירה על ליניאריות מעולה.הרעיון המרכזי הוא ליצור מודל "בלתי-verse" של הלא-לינימיות של הרש"פ בתחום הדיגיטלי.

מנוע DPD מפרש את אות הקלט.כאשר האות עובר דרך הרשות הלא ליניארית, עיוותים מבטלים, משאירים פלט מוגבר ליניארי מאוד.DPD למעשה מרחיב את טווח ההפעלה ליניארי של הרש"פ.

בפועל, מערכת באמצעות DPD עשויה לחזור מהרשות רק 3-5 dB במקום 8-10 dB. זה מאפשר יעילות גבוהה יותר תוך השגת אותו הדבר או טוב יותר ACPR וביצועי EVM. השילוב של ארכיטקטורות דוהרטי ו-DPD הוא הפתרון הסטנדרטי עבור הרש"פ של תחנת בסיס בעוצמה גבוהה.

שיקולים מערכתיים-Level

Crest Factor Reduction (CFR) ו- Peak Cancel

CFR הוא בלוק DSP קריטי בכל משדר מודרני העוסק בגלי גלפור גבוה של הרש"פ.על ידי באופן אינטליגנטי לזרז את הפסגות הגבוהות ביותר ומסנן את האנרגיה היוצאת של פס, CFR יכול להפחית את ה- PAPR של 5G NR אות מ 12 dB עד 7-8B עם השפעה מינימלית של EVM באופן ישיר מתורגם ל-OBO התחתון עבור הרש"פ, לעומת יעילות מתקדמת יותר של CFR.

ניהול תרמית ולחצים

רמת ההחזר התפעולית מכתיבת ישירות את הפרופיל התרמי של המגבר.לרוץ הרש"פ בגיבוי עמוק עשוי להיראות בטוח יותר תרמי כי כוח הפלט RF נמוך.עם זאת, הכוח DC הנצרכים גבוה יחסית בהשוואה לתוצר RF, כלומר המכשיר מתפזר חום משמעותי ללא יצירת אותות שימושיים.זה יכול להוביל ל"ניתוק חם" בתוך ה-Riristor ימות.

השוואה טכנולוגית ליישומים ספציפיים

  • (FLT:0)Gallium Arsenide (GaAs): ההרחבה הדומיננטית של הרש"פ של המכשיר הנייד. GaAs HBTs מציעים לינאריות מעולה ויעילות במתחים היצע נמוך (3-5V) האסטרטגיה של back-off בשק יד מוכתבת לעתים קרובות על ידי חיי הסוללה והצורך לעמוד בדרישות ACent ל LTE /NR.
  • (FLT:0Gallium Nitride (GaN): ההרחבה 1 (Galium Nitride) היא פופולרית יותר ויותר בהגנה, אווירוקל, ותשתיות מתקדמות.הם מציעים תנופה גבוהה מאוד, אשר מפשטת את ה-Dof-banding.GN, פעולת המתח הגבוהה ביותר מאפשרת עיצובים גבוהים יותר של Doherty.
  • (FLT:0)Silicon LDMOS:FearLT:1 עדיין בשימוש נרחב בתשתיות שידור ו sub-4 GHz.הוא מציע לינאריות מעולה והוא מאוד מחוספס. עם זאת, יעילותו בגיבוי עמוק היא עני בהשוואה לג'ון, ולכן ג'ון מחליף במהירות LDMOS בעיצובים חדשים של 5G.

קישור לאדריכלות מערכת

ההחזר הנדרש הוא בחירה ברמת מערכת המונעת על ידי תקציב הקישור.תקציב הקישור מגדיר את אובדן הנתיב המקסימלי האפשרי עבור שיעור נתונים נתון.שיעורי נתונים גבוהים יותר דורשים גבוה יותר SNR, הדורשות EVM נמוך יותר דורש יותר חזרה של הרש"פ (או לינאריזציה יקרה יותר).

אדריכל המערכת חייב לאזן את הגורמים האלה: העלות של מנוע PA ו- DPD נגד רדיוס תאים הנדרשים, נתונים באמצעות לוח, צריכת חשמל.בפריסת תאים קטנה צפופה, החזר גבוה עשוי להיות מקובל בשל אובדן הנתיב הקצר. בתא מאקרו ארוך טווח, למקסם את כוח התפוקה ויעילות בעוד היבטים ליניאריים הוא קריטי, לטובת ארכיטקטורות מתקדמות כמו דוהרטי ודפי.

מסקנה

הרעיון של מגבר כוח חוזר נשאר אחד הפרמטרים החשובים ביותר בתכנון מערכת RF.זהו הצב הבסיסי המשמש לנווט את הסכסוך הטבוע בין נאמנות אותות (ליניות וטוהר ספקטרום) ויעילות תפעולית.

בעודנו מתקדמים לעבר 5G-- מתקדם ו- 6G, עם רוחב פס גבוה יותר ומורכבות מודולציה, הדרישות על לינאריות הרש"פ יהפכו קיצוניות יותר.הדרישות של חזרה עמוקה לא ייעלמו, אבל FLT:0 השיטות להתמודדות עם זה מתפתחות FLT:1 , מערכות עתידיות יתבססו פחות על כוח עמוק לאחור ויותר על אינטיננטליזציה (דנציה מתקדמת), עם השפעה יעילה על בסיס יעיל של כוח המשיכה לפעול באופן מושלם (HTO) וטכניקות יעילות).