極化調(diào)制在無線手機EDGE上的應(yīng)用與原理
介紹
---EDGE是泛歐移動式無線通信系統(tǒng)的第三代技術(shù)(不同于第三代無線通信系統(tǒng)的WCDMA等), 其最主要的優(yōu)點是提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率,為GSM/GPRS數(shù)據(jù)傳輸率的3倍。 這也可以從EDGE的命名(Enhance Data rates for Global Evolution)中清楚得知, 這個新一代的標準能使手機使用者更加容易地傳送影像、網(wǎng)頁和一般的數(shù)字照片等, 而這些正是因為EDGE支持的數(shù)據(jù)傳輸率(data rate) 是GSM/GPRS的3倍的緣故。
---第三代的泛歐移動式無線通信系統(tǒng)必須同時支持不同的調(diào)制技術(shù),也就是說GSM/GPRS所采用的0.3 GMSK及EDGE所使用的8-PSK都必須具備。而這樣的要求將使得在射頻部分要設(shè)計出一個低成本且低消耗電流的解決方案變得相對困難; 而EDGE所采用的8-PSK調(diào)制又會產(chǎn)生相對于GMSK較高的峰值平均比(Peak to Average Ratio),這使得EDGE調(diào)制對射頻功率放大器的線性度要求會變得較高, 從而使得在效率方面的表現(xiàn)會較不理想。為解決這樣的難題,我們可以采用極化調(diào)制（Polar Modulation）的設(shè)計方法來達到高效率及低功耗的要求。極化調(diào)制是一種可適用于各種調(diào)制的技術(shù)(如GMSK/GSM-GPRS, 8-PSK/EDGE, DAMPS, WCDMA等)。因為極化調(diào)制可使用飽和模式下的射頻電路及功率放大器設(shè)計來調(diào)制線性但非常數(shù)包絡(luò)(non constant envelop)的調(diào)制信號, 因此能降低電流,使效率提高。
極化調(diào)制
---圖1所表示的是極化調(diào)制的方塊圖,我們先對方塊圖做解釋, 以方便了解其工作原理。
---首先將二進制數(shù)據(jù)(binary data)的數(shù)字信息調(diào)制成向量(vector)式的I,Q信號, 這些I, Q信號再通過CORDIC運算,將I, Q信號轉(zhuǎn)變成幅度與相位分離的R,j信號, 也就是說我們把一個調(diào)制信號分離成兩個完全獨立的AM(Amplitude Modulation)及PM(Phase Modulation)信號, 然后再將常數(shù)包絡(luò)(constant-envelop)振幅大小不變的PM信號接到功率放大器的基極,將功率放大器驅(qū)動到飽和區(qū), 這樣就可以使功率放大器工作在非線性的飽和區(qū)而有最好的效率, 再將AM信號加入功率放大器的集電極, 則可在功率放大器的輸出將原信號合成回來。
---由于原信號分離成AM及PM后分別經(jīng)由不同的路徑到達PA再合成起來, 所以我們必須將PA本身對這兩個路徑所產(chǎn)生的失真預(yù)先計算進來, 因此在R, (之后我們必須分別加上對AM及PM分別的失真校正,稱之為AM-AM distortion及AM-PM distortion。 圖1所表示的極化調(diào)制,一般慣稱為前向線性化(feed-forward Linearization),在這樣的設(shè)計中,必須特別注意功率放大器的增益失真度及時間延遲的補償,如此才能在功率放大器的輸出極正確地還原信號出來。原來的信號增益失真度主要是跟AM有關(guān),而時間延遲則是與相位有關(guān)。 另外也還可以使用另一種反饋環(huán)路（feedback loop ）的設(shè)計如圖2所示。 這個反饋主要是用來補償因溫度變化, 材料老化等所造成的功率變化。
---我們可以歸納一下,之所以使用極化調(diào)制主要有以下幾個原因。①比較起線性I/Q 調(diào)制(linear I/Q modulation)的設(shè)計, 極化調(diào)制可以降低輸出頻譜的噪聲電平(noise level)及雜散電平（spurious level）。②可降低工作電流, 主要是由于功率放大器工作在高效率的飽和區(qū)。③由于極化調(diào)制的輸出極較不易受到負載(Loading)的影響, 故在射頻前端可省去額外的隔離器件(isolator)。④可以將GMSK及8-PSK調(diào)制整合到同一個設(shè)計中,使用同一組射頻線路及功率放大器。
---接著我們說明功率放大器如何將原信號合成作一介紹, 如圖3所示。
