无线通信领域中的模拟技术发展趋势

每个人都希望在各方面能获得更多实惠：体积更小、功能更多、用电更少、封装更好、成本更低，等等。特性越丰富，自然就越好，为了满足这一要求，今天的离散解决方案就是明天的集成解决方案。这就意味着更小、更省电、成本更低、可靠性更高这些因素将推动市场的发展。集成与创新是制造商获得市场成功所必须实现的关键目标。

目前，移动计算与通信设备很普通。数字电子技术的发展正是支持上述发展的驱动力，不过模拟电子技术发展也同样重要，二者缺一不可。

数字 "以 2 为基数"，也就是说信号不是一种状态就是另一种状态，不是"开"就是"关"，不是"真"就是"假"，不是"1"就是"0"，以此类推。

模拟信号在各种状态中连续工作。模拟信号是世间万物工作的方式，也是人类感官感知世界的方式。因此，要处理"现实"世界的光与声等信号，就需要模拟信号处理。

在蜂窝基站中，数字电子技术执行许多复杂的功能，通常在软件与固件控制下工作。而收发信号则需要模拟电子技术。数据转换器用于将信号从一个领域转换到另一个领域，即从数字转换为模拟并从模拟转换回数字。图 1 显示了发送 (Tx) 与接收 (Rx) 架构以及目前常用的相关半导体工艺。

图 1--基站收发架构样例

发送侧架构的基本功能是通过在 DSP（数字信号处理器）或 ASIC（专用集成电路）中运行"程序"生成数字域信号，随后信号由被称作 DUC（数字上变频器）的专用数字电子设备进一步处理，再通过 DAC（数模转换器）转换为模拟信号，进行混合、过滤与放大，并通过天线发送。

接收侧的过程刚好相反。天线接收的模拟信号通过模拟电子设备放大、混合并过滤，再通过 ADC（模数转换器）转换为数字。一旦成为数字格式，则信号首先由被称为 DDC（数字下变频器）的专用电子设备处理，然后再由 ASIC 或 DSP 处理。许多蜂窝基站制造商都力图增强系统性能并降低尺寸与成本。有两种方法实现上述目标，一是功率放大器（PA）的线性化，二是电子设备的集成，近期就将朝这两个方向发展。

手机（手持终端）已成功地集成了收发功能。这也是基站设计的目标，不过基站所需的性能水平要高得多，因此现在要实现目标还很困难。

PA 线性化

为了满足频带外传输规范要求，PA（功率放大器）在较高的 A 类上工作，效率低于 10%。这需要大型器件以及大量电能。为了优化 PA 的尺寸与效率，我们正在开发线性化技术。最简单的 PA 线性化方法之一就是降低波峰因数。降低波峰因数压缩了信号"峰值"并降低线性操作所需的平均功率。它也向信号添加"噪声"，这样所有可用的波峰因数降低约为 3dB，并仍可满足 BER（位误差率）的 EVM（误差向量值）规范。不过，3dB 还是 3dB。

此外，PA 线性化技术更大的突破是可使信号预失真。预失真是 PA 线性化的"法宝"，有望使 PA 效率优于 25%。不过这也非常复杂，并要求了解 PA 失真特性--而该特性的变化方式非常复杂。该方法的基本思路是使 PA 预失真，这样当传输信号经过PA 时就不会失真，并满足传输屏蔽 (mask) 的要求。挑战在于 PA 的失真（即非线性）特性会随时间、温度以及偏压 (biasing) 的变化而变化，因器件的不同而不同。因此，尽管能为一个器件确定特性并设计正确的预失真算法，但要对每个器件都进行上述工作在经济上则是不可行的。为了解决上述偏差，我们须使用反馈机制，对输出信号进行采样，并用以校正预失真算法。

集成：常见功能与常见技术

蜂窝基站的另一发展趋势符合人们对电子技术的期待，也就是集成更多功能。集成的目的在于让功能模块变得更小，降低功耗，减少成本并提高可靠性。

集成通常采取的第一步就是将多个部件放在一个封装中。因此，我们的分集接收机采用一个双功能部件，而不是采用两个 ADC。另一种方法就是集成使用相同工艺技术的功能。因此，放大器与混频器可以集成在一起。

架构发展是减少组件数量并提高性能的另一种方法。其实例之一就是使用正交调制器与解调器。显示了包括 PA 线性化集成度更高的发送器。在该例中，波峰因数降低技术(CFR) 与数字预失真 (DPD) 都借助 DSP 或微处理器 (μC) 控制集成到单芯片中。为了实现分集，我们使用两条发送路径，并在一个部件中集成了多个 DUC。可以看出，正交调制需要两个双 DAC，而放大器也组合到调制器中。发送信号的采样在 PA 进行，并像上面介绍的那样反馈用于线性化目的。这基本上是一个接收路径，带有集成放大器与混频级，一个封装中有两个 ADC。

图 2--带有 PA 线性化的集成发送器

图 3 给出了带有分集接收机集成度更高的接收机。每个信道都集成了 LN