本文檔介紹如何使用Maxim的SC1894 RF PA線性化器（RFPAL）在4GHz至80GHz范圍內(nèi)對微波傳輸系統(tǒng)PA進(jìn)行線性化。它包括實現(xiàn)線性化微波放大器的基本系統(tǒng)設(shè)計考慮因素，以及自動發(fā)射功率控制（ATPC）對SC1894性能的影響。

數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)要求低誤碼率 （BER），并且不得傳輸過多的相鄰信道功率 （ACP），這會干擾其他無線服務(wù)。關(guān)于發(fā)射機(jī)信號保真度，誤碼率直接受到調(diào)制波形誤差矢量幅度（EVM）的影響。降低調(diào)制波形EVM是所有發(fā)射器設(shè)計的主要目標(biāo)，當(dāng)接近最大功率時，最終級功率放大器（PA）可能會降低EVM的性能，從而產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物（IMD）。這些IMD產(chǎn)品是ACP的主要組成部分。避免IMD問題的傳統(tǒng)解決方案是降低（降低）功率，直到IMD失真處于可接受的水平。使用回退會導(dǎo)致發(fā)射機(jī)設(shè)計效率低下，并且根據(jù)波形的不同，無論PA退避多遠(yuǎn)，都無法實現(xiàn)所需的線性度規(guī)格。

Maxim的SC1894可以在不犧牲PA輸出功率的情況下改善PA線性度，最大限度地降低EVM、IMD和ACP電平。此外，與另一個以類似輸出功率水平的回退工作PA相比，預(yù)失真線性化允許一個PA以更高的效率工作。對于本質(zhì)上是非線性的GaN器件，預(yù)失真通常是實現(xiàn)所需EVM和ACP電平的唯一可用方法。SC1894器件能夠以最大PA輸出功率運行，同時最小化EVM和ACP，從而為系統(tǒng)提供更低的BER、更高的效率以及更低的系統(tǒng)和運營成本。

在微波傳輸中增加射頻預(yù)失真

微波點對點制造商的產(chǎn)品涵蓋從4GHz到80GHz的許多頻率范圍。這些無線電傳輸一個完全占用的單載波，瞬時信號帶寬范圍為3.5MHz至112MHz。調(diào)制模式從BPSK到1024QAM不等，峰均比（PAR）為4dB至8dB。隨著信號帶寬和調(diào)制復(fù)雜性的增加，為了滿足系統(tǒng)線性度要求，對預(yù)失真的需求也在增加。系統(tǒng)輸出功率通常通過OEM工廠校準(zhǔn)的查找表進(jìn)行控制。功率控制查找表用于控制所需序列中的各種VGA增益。然后使用這些查找表在每個工作頻率、溫度和功率水平下設(shè)置天線輸出功率。發(fā)射輸出功率通常在 25dB 功率范圍內(nèi)工作。

系統(tǒng)框圖

要在工作頻率大于1894.3GHz的微波系統(tǒng)中使用SC8，必須將SC1894放置在發(fā)射器的IF部分，如圖1所示。（典型的微波系統(tǒng)在350MHz至3.5GHz的頻率下使用IF工作。

圖1.使用SC1894的簡化微波應(yīng)用系統(tǒng)框圖。

圖1所示的應(yīng)用可以適應(yīng)具有不同輸出功率、增益和頻率的許多不同的發(fā)射器配置。由于可能存在許多變化，ALC1、ALC2 和 ALC4 的確切實現(xiàn)由系統(tǒng)設(shè)計人員自行決定。這些功能可以作為固定或可變增益放大器/衰減器實現(xiàn)。主要要求是上變頻和反饋下變頻路徑中的元件不會顯著影響系統(tǒng)的整體失真，因此SC1894僅補(bǔ)償與PA相關(guān)的非線性度。

系統(tǒng)級線性度指南：

反饋下變頻路徑的相對IMD電平應(yīng)至少比PA輸出端所需的IMD低10dB。例如，如果所需的PA IMD為-55dBc（許多微波系統(tǒng)中的典型要求），則下變頻路徑中的其他器件的IMD應(yīng)≤-65dBc。

上變頻路徑的相對IMD電平應(yīng)至少比未校正PA的相對IMD電平小10dB。例如，如果PA IMD為-40dBc，則上變頻路徑中的其他器件應(yīng)具有IMD = -50dBc。

組件級說明和指南：

攪拌機(jī)?；祛l器的輸入功率通常< <0dBm，以確保線性工作?；祛l器產(chǎn)生的IMD信號應(yīng)<-60dBc。為此，IMD性能通常要求混頻器的輸入功率比混頻器的輸入IP30低3dB。

ALC1.用于在PA設(shè)置為傳輸最大峰值包絡(luò)功率（PEP）時調(diào)整RFIN端口功率，并動態(tài)控制發(fā)射器的輸出功率。當(dāng)PA設(shè)置為最大功率時，RFIN BARUN輸入功率應(yīng)為+6dBm PEP最大值，隨溫度和老化變化。ALC1還用于在實施RFIN ATPC時動態(tài)控制發(fā)射器的輸出功率（稍后討論）。

ALC2.用于在實現(xiàn)RFOUT ATPC時動態(tài)控制發(fā)射器的輸出功率（稍后討論）。

ATPC。ATPC 功率控制最好使用 ALC1 增益控制元件完成。（在注射吸毒者/官方發(fā)展援助中1設(shè)計，ALC1通常位于IDU中。

FBatten。當(dāng)發(fā)射機(jī)功率輸出設(shè)置為最大 PEP 時，調(diào)整 RFFB 功率電平。在此最大發(fā)射器功率電平下，RFFB端口輸入功率通常應(yīng)為-4dBm PEP，并允許溫度變化和老化（有關(guān)確切值，請參閱SC1894數(shù)據(jù)手冊）。通過這種方式，由于ATPC用于改變發(fā)射器功率，因此可以實現(xiàn)SC1894的最佳動態(tài)響應(yīng)。FBatten 設(shè)置一次，然后保持在同一增益，允許 RFFB 功率與輸出功率成正比地變化。

ALC4.調(diào)整以在所有增益設(shè)置下將混頻器輸入功率保持在線性范圍內(nèi)。

外部數(shù)字控制器（必需）?？刂?VGA 元素?？刂破鬟€與SC1894通信，以在ATPC電源更改期間發(fā)送握手命令。

BPF1 和 BPF2。上變頻系統(tǒng)需要濾波，以消除傳輸信號中的鏡像和LO信號。對于下變頻到 RFFB，可能需要濾波器，具體取決于頻率計劃。SC1894可以編程為僅監(jiān)視工作頻率范圍，而忽略圖像頻率。有關(guān)設(shè)置這些頻率監(jiān)控限值的更多詳細(xì)信息，請參閱相應(yīng)的SC1894數(shù)據(jù)手冊、硬件設(shè)計指南和發(fā)行說明（頻率最低和頻率.MAX).

所有濾波器在整個IMD頻率范圍內(nèi)應(yīng)具有平坦的增益和群延遲。增益或群延遲變化增加內(nèi)存2影響;因此，減少校正。SC1894將“反向IMD”校正信號注入輸出PA，該信號應(yīng)通過上變頻鏈，幾乎沒有失真。同樣，SC1894使用下變頻路徑測量PA IMD，該路徑上的任何失真都會降低IMD測量的精度。

自動發(fā)射功率控制

根據(jù)設(shè)計，點對點微波鏈路傳播損耗標(biāo)稱值較低，無線電在遠(yuǎn)低于最大功率的輸出電平下工作。這是根據(jù)監(jiān)管要求減少干擾，同時仍保持傳輸完整性所需的SNR或BER水平。但是，以足夠的功率運行鏈路以保持良好的 BER 會使系統(tǒng)容易受到大雨和多路徑等衰落條件的影響。當(dāng)檢測到衰落條件時，ATPC通過將PA功率提高到100dB/s來補(bǔ)償衰落條件，以保持系統(tǒng)所需的SNR/BER速率。

IMD是PA功率的函數(shù)。隨著功率的增加，預(yù)失真系統(tǒng)必須盡快跟蹤或調(diào)整到新的工作點。功率變化率和增益變化位置是驅(qū)動SC1894特殊處理的關(guān)鍵參數(shù)。有關(guān)ATPC功率斜坡序列的概述，請參見圖2和圖3。

配備 SC1894 的 ATPC

為了適應(yīng)PA主動線性化時的ATPC功率電平變化，Maxim開發(fā)了專用固件（FW），使SC1894能夠在PA功率變化期間和之后更好地校正ACP。在優(yōu)化（默認(rèn)）模式下，RFFB功率電平的任何變化都會啟動內(nèi)部SC1894增益設(shè)置的完全重新校準(zhǔn)。Maxim開發(fā)了一種固定增益模式，稱為“平滑適應(yīng)”模式。在此模式下，當(dāng)功率改變時，不會重新校準(zhǔn)SC1894內(nèi)部增益。

對于此討論，微波傳輸系統(tǒng)中可能發(fā)生RF功率變化的兩個位置是SC1894之前和之后。當(dāng)射頻功率在SC1894 RFIN端口之前發(fā)生變化時，我們稱之為“RFIN ATPC”。當(dāng)RFOUT端口后功率發(fā)生變化時，我們稱之為;“RFOUT ATPC?！?/p>

RFOUT ATPC 和 RFIN ATPC 都需要使用平滑適應(yīng)模式。

選項 1：RFOUT ATPC

使用RFOUT ATPC，PA功率使用ALC2和ALC4改變（見圖1）。使用ALC2和ALC4更改PA功率也會改變來自SC1894的預(yù)失真信號，需要計算新的校正設(shè)置，并且在調(diào)整到新的功率電平時會產(chǎn)生延遲。為了避免每次功率電平變化時重新計算校正，Maxim開發(fā)了FW，使用工廠訓(xùn)練的校正系數(shù)執(zhí)行查找表（LUT）功能。固件在現(xiàn)場運行時，還會持續(xù)保存每個功率電平的最佳校正設(shè)置，并使用這些設(shè)置更新LUT。

系統(tǒng)信噪比的最佳解決方案，但不是動態(tài)行為的最佳解決方案。

選項 2：RFIN ATPC（適用于 SC1894）

平滑適應(yīng)模式允許SC1894繼續(xù)不間斷的ACP校正，但僅在使用ALC1的RFIN之前改變功率時。使用RFIN ATPC和平滑適應(yīng)模式，SC1894的RF輸入功率跟蹤PA輸入功率，dB對dB。同樣，SC1894校正信號（使用Volterra級數(shù)系數(shù)乘法從RFIN生成）幾乎完全跟蹤PA IMD電平。此功能大大提高了SC1894預(yù)失真的動態(tài)功率性能。LUT也使用RFIN ATPC實現(xiàn)，但校正系數(shù)的變化（對于Volterra系列）非常小，并且在最大PA功率下具有LUT或凍結(jié)系數(shù)的RFIN ATPC的性能幾乎相同。

（當(dāng)系數(shù)凍結(jié)在最大功率下時，使用標(biāo)準(zhǔn)無線固件的RFIN ATPC的性能非常相似。但是，此固件無法讀取和寫入 LUT，因此當(dāng)需要 LUT 功能時，ATPC 固件是更好的選擇。

在SC1894平滑適應(yīng)模式下，RFIN ATPC功率在RFIN之前使用ALC1進(jìn)行功率變化，可提供最佳的動態(tài)行為，但對于系統(tǒng)信噪比而言并不理想。

圖2.當(dāng)SC1894在TRACK模式下處于活動狀態(tài)時ATPC功率斜坡序列。

圖3.SC1894校正在最大功率下凍結(jié)時的功率斜坡序列。

選項 3：RFIN/RFOUT ATPC（推薦）

由于功率放大器在回退狀態(tài)下工作時能夠滿足大多數(shù)線性度要求，因此通常，只有PA功率范圍的最高3dB至6dB需要預(yù)失真。低于此點，SC1894校正可以凍結(jié)，直到功率恢復(fù)到此范圍。ALC1 用于從最大功率回退的至少 3dB 至 6dB PA。此后，如果適應(yīng)被凍結(jié)，可以使用ALC2和ALC4。

選項3允許微波系統(tǒng)架構(gòu)師將ATPC增益降低分配給系統(tǒng)的不同部分，以保持所需的最小系統(tǒng)信噪比并實現(xiàn)最佳動態(tài)范圍性能。

平滑適應(yīng)模式

當(dāng)系統(tǒng)以最大RMS功率和最大PEP運行時，通過工廠校準(zhǔn)SC1894啟用平滑模式。

選擇所有所需信號中峰均比（PAR）最低的測試信號。通過在最大系統(tǒng) PEP 下使用最低 PAR 信號，我們可以確保在盡可能高的 RMS 功率電平下進(jìn)行校準(zhǔn)，同時仍將測試信號峰值保持在 PA 飽和點以下。事實上，測試信號的PEP控制著以良好的線性度可以實現(xiàn)的最大RMS電平。

將系統(tǒng)設(shè)置為此最大功率，然后將功率電平調(diào)整到SC1894中，以滿足數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的RFIN和RFFB（在所有溫度和頻率下）的PEP限制。

使用Maxim測試GUI或系統(tǒng)SPI命令，啟動“最大功率校準(zhǔn)”序列。SC1894可在此最大功率電平下自動找到預(yù)失真的最佳增益設(shè)置。

有關(guān)平滑模式校準(zhǔn)的詳細(xì)信息，請參閱SC6 SPI編程指南“參考”部分中的[1894]。

待機(jī)發(fā)射機(jī)操作

通常，備用系統(tǒng)與主系統(tǒng)并行部署。因此，備用系統(tǒng) PA 長時間處于非活動狀態(tài)，但可以驅(qū)動 P.MAX在任何時候。用于執(zhí)行ATPCLUT功能的相同固件可用于這種情況，通過在啟用適應(yīng)之前正確設(shè)定系數(shù)種子來加快備份PA的收斂時間。任何LUT都必須將頻率、調(diào)制、功率和溫度作為指數(shù)。

IDU = 室內(nèi)機(jī)，ODU = 室外機(jī)

記憶效應(yīng)是PA傳遞函數(shù)在時間上發(fā)生的變化。經(jīng)典傳遞函數(shù)理論通常是指系統(tǒng)應(yīng)該是線性和時間不變的約束。非線性系統(tǒng)違反了這個約束，它們包含非線性，傳遞函數(shù)可以隨時間變化（具有記憶效應(yīng)）。

審核編輯：郭婷