基站技术发展趋势—高效功放技术

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        随着WCDMA网络的大规模建设,提高功放效率、降低运营商投资(CAPEX)和运营性支出(OPEX)成为运营商越来越关注的问题。新一代线性化技术——DPD(Digital Pre-Distortion ,数字预失真)技术得到了极大发展,2005 年华为率先发布了基于DPD 技术的WCDMA 基站,随后其他设备厂商陆续推出了基于DPD 技术的WCDMA 基站。

        1  DPD 线性技术DPD 技术一个重大突破是可使信号预失真。它将一个预失真元件(Predistorter) 与功放元件(PA)级联,由于
预失真元件实现的非线性失真与放大器展示的非线性失真数量相当但作用相反,因此能够实现高度线性的功放输出。DPD 技术目前还没有广泛应用, 主要原因在于PA 的失真(即非线性)特性会随时间、温度以及偏压的变化而变化,会因器件的不同而不同。尽管DPD 技术能为一个器件确定特性并设计正确的预失真算法, 但由于目前器件特性的不一致性,所以要对每个器件都进行上述工作在经济上是不可行的。解决上述问题的办法是应用反馈机制对输出信号进行采样和校正预失真算法。目前华为公司已经完全掌握了此项技术,并成功应用于WCDMA 基站产品中。具体做法是:采用数字电路实现预失真的功率放大器,通过增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性, 就可以在PA 内使用简单的AB 类平台,从而减少基站厂商制造前馈放大器的负担和复杂性。此外,由于放大器不再需要误差放大器失真矫正电路, 因此可以显著提高系统效率。DPD 系统框架如图1 所示。
  
        
        DPD 技术的优点是:不存在稳定性问题,有更宽的信号频带,能够处理含多载波的信号;成本较低,工艺简单,便于生产;效率较高,一般可以达到19 %以上。其缺点是线性度略低于前馈技术,不过目前两者的水平已经比较接近。

        2  Doherty 技术可提高线性功放效率的技术主要有Doherty 、包络跟踪、包络消除再生和自适应偏置等。目前Doherty 技术可以实现,基本原理是将输入信号的平均部分和峰值部分先分开放大,然后合成,从而获得高效率。

        Doherty 放大器包括载波放大器C(Carrier )和峰值放大器P(Peak)两部分,如图2 所示。载波放大器在接近饱和的状态时工作以获得较高的效率,大部分信号通过该放大器放大;峰值放大器只在峰值到来时才工作,大部分时间不消耗功率。它们
的合成输入输出特性的线性区比单个放大器的线性区有较大扩展,从而保证信号落在线性区的前提下获得较高的效率。Doherty 技术需与其他线性化技术(如DPD 技 术)配合使用,当与DPD 技术配合使用时效率可达27%以上。
                                                              
         3  新一代基站功放技术可为运营商带来巨大好处

         新一代基站功放技术与传统基站功放技术相比较, 除了功放效率得到很大提高外, 还具有体积小、可靠性高和成本低的优势,具体见表1。在耗电方面,一个3 × 1 配置的基站采用传统技术的典型功耗为1 500 W,而采用新一代技术的功耗为760 W。对于一个5 000 个基站的WCDMA 网络,按一年时间计算,采用新一代基站比传统基站节省电费如下:
       
         节省的电费= 功耗差值×基站数目×电费单价×全年的小时数=(1 500 - 760)× 5 000 × 0.7 ÷1 000 × 24 × 365 = 22 688 400 元
        
        
        更高的功放效率不但能够为运营商节省电费和电源等配套设施的投资,而且由于功耗降低,生产工艺简化,降低了整机散热的要求,提高了设备的稳定性,使网络性能更加完善。