功率放大器 (PA) 數(shù)字預(yù)失真 (DPD)，這是許多從事蜂窩系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)研發(fā)工作的人士將會(huì)熟悉的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。將該技術(shù)遷移到電纜能夠帶來(lái)明顯的功效和性能提升，同時(shí)也帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
功率放大器在非線性區(qū)域工作時(shí)，其輸出將失真。這一失真可能會(huì)影響帶內(nèi)性能，還可能導(dǎo)致無(wú)用信號(hào)溢出到鄰道。溢出效應(yīng)在無(wú)線蜂窩應(yīng)用中特別重要，因此對(duì)鄰道泄漏比 (ACLR) 有嚴(yán)格的規(guī)定和控制。突出的控制技術(shù)之一是在信號(hào)到達(dá)功率放大器之前對(duì)其進(jìn)行數(shù)字整形或預(yù)失真，從而消除功率放大器中的非線性。
電纜環(huán)境則完全不同。首先，可將其視為封閉環(huán)境。電纜中發(fā)生的情況不會(huì)擴(kuò)展到電纜外。運(yùn)營(yíng)商擁有并控制整個(gè)頻譜。帶外 (OOB)失真并不是關(guān)注重點(diǎn)，帶內(nèi)失真才是至關(guān)重要的。服務(wù)提供商必須確保最高質(zhì)量的帶內(nèi)傳輸通道，以便能夠利用最大的數(shù)據(jù)吞吐量。其中一個(gè)方法是使電纜功率放大器嚴(yán)格運(yùn)行在線性區(qū)域內(nèi)。采用這種工作模式的代價(jià)是功效極差。
圖1. 電纜功率放大器驅(qū)動(dòng)器的功效
圖1概要顯示了典型的電纜應(yīng)用。盡管該系統(tǒng)功耗近80 W，但僅傳送了2.8W信號(hào)功率。功率放大器是功效極低的A類架構(gòu)。最大瞬時(shí)峰值效率可以計(jì)算為50%（當(dāng)信號(hào)包絡(luò)最大時(shí)，假定為電感負(fù)載）。如果功率放大器完全在線性區(qū)域工作，則考慮電纜信號(hào)的極高峰均比（通常為14 dB）意味著放大器需要比信號(hào)壓縮開(kāi)始時(shí)平均低14 dB的工作條件，從而確保即使在信號(hào)的峰值處也不會(huì)發(fā)生信號(hào)壓縮?；赝伺c放大器工作效率直接相關(guān)。當(dāng)放大器回退14 dB以適應(yīng)各種電纜信號(hào)時(shí)，工作效率將降低10–14/10。因此，工作效率從理論上的最大值50%降低到10–14/10 × 50% = 2%。圖2概要顯示了上述情況。
圖2. 高峰均比推動(dòng)回退工作模式并使效率大幅降低
總而言之，功效是主要問(wèn)題。損失功率會(huì)影響成本，但同樣重要的是，它還消耗了電纜分配系統(tǒng)中的稀缺資源。電纜運(yùn)營(yíng)商增加了更多功能和服務(wù)，因此需要進(jìn)行更多的處理，而處理所需的功率可能會(huì)受現(xiàn)有功率預(yù)算的限制。如果能從低效功率放大器中設(shè)法獲取浪費(fèi)的功耗，那么可以將其重新分配給這些新功能。
針對(duì)功率放大器低效提出的解決方案是數(shù)字預(yù)失真。這是整個(gè)無(wú)線蜂窩行業(yè)普遍采用的一種方法。數(shù)字預(yù)失真允許用戶在更高效但非線性更明顯的區(qū)域中運(yùn)行功率放大器，然后先預(yù)先校正數(shù)字域中的失真，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到功率放大器。數(shù)字預(yù)失真的本質(zhì)是在數(shù)據(jù)到達(dá)功率放大器之前對(duì)其進(jìn)行整形，以抵消功率放大器產(chǎn)生的失真，從而擴(kuò)大功率放大器的線性范圍，如圖3所示。這一擴(kuò)大后的線性范圍可用于支持更高質(zhì)量的處理，提供較低的調(diào)制誤差率 (MER)，1或者允許功率放大器以更低偏置設(shè)置運(yùn)行，從而節(jié)省功耗。盡管數(shù)字預(yù)失真已廣泛應(yīng)用于無(wú)線蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施，但在電纜環(huán)境中實(shí)施數(shù)字預(yù)失真有獨(dú)特而又有挑戰(zhàn)性的要求。
圖3. 數(shù)字預(yù)失真概述
如圖4所示，電纜應(yīng)用的實(shí)際工作效率約為3.5%！實(shí)施數(shù)字預(yù)失真可以降低系統(tǒng)的功率要求，由原來(lái)的80 W降低到61 W，節(jié)約19 W，節(jié)電率達(dá)到24%。每個(gè)功率放大器以前的功率要求為17.5 W，現(xiàn)在則下降到12.8 W。
