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数字放大器令3G无线网基站成为可能
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Digital Amplifiers Enable 3G Wireless Network
Base Stations
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■PMC-Sierra公司接入产品部市场总监 Laurie Wallace
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第三代(3G)无线通信标准，包括W-CDMA、cdma2000、EDGE，正在开始再造移动通信业市场。
鉴于3G无线网被设计为支持使用包协议同时支持话音和宽带数据传输，各基站的功率放大器均必须以更高的效率提供更高的性能。通过采用已包含DSP技术的新型数字放大器，系统设计者可以构筑能够通过改善频谱效率和功率效率而提高无线容量的第三代发射基站子系统。
可自适应预失真的数字放大
就无线系统设计而言，失真、干扰及噪声是系统开发者每日都会面临的挑战。数字控制功率放大器通过采用所谓数字自适应预失真的过程，能够克服此类对系统效率的妨碍。此过程令线性响应收发器的设计，就高达15
MHz的多载波应用而言，可在所发射的功率频谱密度上展示出近乎完美的再现精度。数字控制功率放大器除了为宽带放大器线性化而提供数字自适应预失真外，也为模拟调制失真和效率管理用数字软预压缩提供了数字校正。这些手段可以"预处理"数字信号，从而动态地消除多种模拟损害，例如宽带群时延、温度与包络记忆相关性、以及AM-AM
(幅幅调制)和AM-PM (幅相调制)晶体管体效应；此类损害可造成信道内失真和邻信道干扰。
PMC-Sierra公司的数字控制预失真管理软件，可以最大限度地提高系统性能和效率。通过使用数字校正信号处理器(DCSP)芯片，简单的低成本单信道AB类功率放大器可被转化为具有多载波或多承载能力的高效率数字控制宽带功率放大器单元。此结构可以取代许多目前3G发射基站设计所常用的昂贵、低效率前馈多载波功率放大器(MCPA)。
DCSP芯片功能
DCSP芯片是此数字控制放大器解决方案的核心。系统性能是通过驻留在此DCSP器件内的独家专用数字信号处理(DSP)所提供的极高速复杂运算而取得的。DCSP芯片使用全数字方法消除发射机链和功率放大器中的失真。如此就令设计人员能够取代许多昂贵且不易制造的模拟中频(IF)和射频(RF)构件。DCSP与自适应控制处理器和补偿估值器(ACPCE)配合，为W-CDMA、cdma2000、GSM/EDGE发射基站提供了15
MHz宽带失真消除和线性化解决方案。
DCSP由基站调制解调器取得一个复杂的数字基带输入(Vref)，对它进行过度抽样，并且完成为纠正发射机链和功率放大器内的失真而对基带信号进行预失真和预处理所必要的高速数字信号处理工作。DCSP的输出(Vpd)是一数字基带或中频信号。此信号如果不加变换且令其通过模拟发射机和功率放大器，则将由天线作为一高功率射频信号而发出；后者具有高度的线性、展示出低失真度且具有高重现精度。DCSP也由与放大器输出相连接的简单射频下变换器和抽样电路获得一个观察信号(Vobs)。它会捕获和暂存该已抽样观察数据并将此数据经由一微处理器(CPU)总线传递给ACPCE韧件。
ACPCE韧件功能
ACPCE韧件是此数字控制放大器解决方案的"大脑"。为了纠正发射机链和功率放大器的非线性失真，放大器的信号加失真输出必须被加以抽样和分解成其基本分量。ACPCE韧件完成此工作的方式是使用由DCSP转送的该已抽样观察来计算预测性校正与补偿参数。ACPCE韧件也监视DCSP的性能和测量残余非线性；如此就令韧件能够调整校正参数以补偿器件记忆、温度、电源漂移、机械振动、老化及其他动态非线性损害的影响。ACPCE韧件令DCSP能够适应几乎任何在其工作频率上展示出并非常数之记忆和AM-AM及AM-PM特征的放大器。
DCSP芯片和ACPCE韧件可由中央控制处理器无线电资源实体(RRME)经由行业标准的SPI串行命令接口加以控制。在诸如多放大器(热更换)和(或)效率管理结构的高级发射基站应用中，从RRME访问的GPIO和串行接口也可用于控制和监视收发器的其他外部构件。
概括
在基站升级中，能够提供更佳利用带宽所必要之改善的频谱和功率效率的新型数字控制功率放大器属于基本要求。使用带有自适应控制处理器和补偿估值器韧件之数字校正信号处理器的放大器可以提供此必要的无线能力。与此同时，此技术的采用可在改善无线基础设施可靠性的同时，降低系统成本、规模及复杂性。
DCSP应用示例
多载波发射基站
在多载波结构中，多个W-CDMA载波可被基站调制解调器或使用数字合路器以数字方式合并，然后作为单一多载波信号输入给DCSP芯片。DCSP可将低成本AB类放大器线性化和消除发射机链内的失真，从而令此发射机链能够处理目前带宽较大的多载波信号。这种类型的多载波结构可用单一发射机和单一功率放大器取代多个射频构件和功率放大器，因而在改善可靠性的同时显著节省了成本和空间。利用数字组合方法消除许多常规发射基站中所用的空腔合路器可显著提高效率。此外，DCSP芯片的全数字技术消除了前馈放大器结构所需的成本高昂且相当费时的人工调谐和对准。
多放大器"热更换"冗余应用
发射机和功率放大器通常具有比发射基站其他构件更高的故障率。有鉴于此，特定系统实施采用某种多放大器(热更换)冗余结构，以确保通话能力不会受到危害。通过采用冗余发射机或功率放大器组件，服务提供商能够在发射机或功率放大器失灵时维持无间断的服务。此系统特征将是多载波3G系统的主要要求之一。在"热更换"应用中，DCSP可用于实现此冗余结构。在此，单独一个"额外"发射机或功率放大器信道就足以为若干个"工作"信道提供冗余性。ACPCE引擎会监视每个工作信道。倘若探测到它无法适应的任何超出容限情况，ACPCE引擎可立即将该冗余信道连线并让已失灵或正在失灵的信道离线。值得注意的是，在实际宣布某发射机或功率放大器信道为正在失灵或已失灵前，DCSP芯片能够纠正相当数量的通常因调谐或对准漂移而造成的"超出容限"。因此，装备了DCSP的多载波基站实际上具有较长的平均故障间隔时间。
多放大器功率效率管理应用
在许多发射基站设计中，存在着提供"可缩放功率"的需要。造成此需要的原因，可能是要求起初部署一个成本很低且功率很低的发射基站，但保留通过进一步安装一个或多个功率放大器而向较高功率升级的选择。此要求也可能来自基于流量情况而动态减少和增加功率的需要，例如在市内宏区或微区中，在高峰时间可能出现高流量和高功率情况，而在夜间则几乎没有流量。在此情况下，倘若使用单一大功率放大器，那么即使在功率要求很低时，也会有高额静止电流功率消耗。如果使用若干个放大器子单元平行工作以提供相同输出功率，那么就能够在功率要求低时完全关闭一个或多个子单元，从而显著减少静止功率消耗。
此DCSP芯片解决方案具有在此类效率管理配置中控制多个放大器的能力，并且能够将若干个"合伙" 或平行放大器线性化及消除其失真。如此就同时允许在系统一级(放大器箱可作为升级而添加)和构件一级(放大器子单元或单个发射机可被启动与关闭以满足不同的功率输出要求)
的缩放能力。
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