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Broadband Class A amplifiers in Communications Test Applications
简介
本文介绍了第三代（WCDMA）和第四代（OFDM）手机调制计划及其要害传输特性，以及用于传输部件和组件开发/出产测验的测验放大器所需功用触及的根本概念。
本文中一切例子均选取移动电话体系下行链路(基站到移动电话)进行测验。
WCDMA
WCDMA（宽带码多分址）是第三代（3G）移动电话网络UMTS的界说空中接口。选用直接序列扩频（DSSS），将“伪噪声”扩频码与用户信号结合，经过带宽传输用户信号。将不同代码分配给不同用户，经过同一带宽完成多种信号一起传输。因为信号分配代码相同，接纳端可康复（解扩）复合宽带信号中的特定信号。康复进程中，宽带中一切其它扩展信号均表现为噪声。
DSSS数据传输
经过DSSS，用户基线数据由很多扩频码的其间之一调制。此类代码也称为“信道化码”，每一个代码是一个高速率（3.84兆位/秒）、循环重复的伪随机二进制序列，可“碎化”基线数据，到达3.84MHz的带宽。
图1（a）展现了数据传输与数据康复时的波形，此处–1=逻辑0，+1=逻辑1。前三个曲线表明传输进程。曲线1表明用户基线数据，曲线2表明分配给每一用户位的8位扩频码，曲线3表明曲线2在曲线1处“碎化”后得到的扩展信号。曲线3表明传送的信号。
图1(a) 经过扩频码1传送用户数据，接纳端用相同代码发生穿插相关时康复（符号为解扩码1）
接纳端运用相同的扩解码（曲线4）结合传送信号来康复信道数据，由此符号为“解扩码1”。曲线5表明康复后的用户数据。这一进程即为“解扩”，在数学上与解扩码构成传送扩频码穿插相关。穿插相关在第3页“正交性”部分作出了论述，但归纳起来，即便扩频码与解扩码添加异或非门功用。
图1（b）表明将传送的扩展信号与不同的扩解码结合后的成果。前三个盯梢曲线表明与图1（a）相同的传送进程。不同的是，接纳端用符号为“解扩码2”的另一解扩码时，数据未康复（曲线4与5）。
图1(b) 经过扩频码1传送用户数据，接纳端用解扩码2发生穿插相关时不康复
正交性
WCDMA选用正交可变扩频因子（OVSF）码，完成多信道一起传输，并确保信道数据速率灵活性。一切的OVSF扩频码都是“特别的”，互相正交的，即互相可在3.84MHz传输频带共存，无穿插搅扰。
为完成正交性，各代码需具有以下特色：
• 恣意两种代码穿插相关=0
• 自相关性除以每个数据位的码片位数量=1
• 有必要具有与-1和1平等数量的代码
依照这些规矩，咱们将查验扩频码1和2作为示例。
依照规矩逐条验证：
（1）穿插相关=0
两个数字序列的穿插相关性是二者相似度的标准。R(A.B)表明为序列位的乘积之和。
假定A为图1（a）中的扩频码1，B为图1（b）中的扩解码2，如下所示：
A={-1, 1, 1, -1, 1, -1, -1, 1}
B={1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1}
R(A.B)={(-1×1)+(1x –1)+(1×1)+(-1×1)+(1×1)+(-1x–1)+(-1×1)+(1x–1)}={0}
如前文所示，运用异或非门，即可在门级容易完成穿插相关的函数。
（2）自相关性÷每数据位的码片位数量=1
自相关本质上便是序列的穿插相关函数。
R(A.A)={(-1x-1)+(1×1)+(1×1)+(-1x-1)+(1×1)+(-1x-1)+(-1x-1)+(1×1)}={8}
R(B.B)={(1×1)+(-1x-1)+(1×1)+(-1x-1)+(1×1)+(-1x-1)+(1×1)+(-1x-1)}={8}
这两种扩频码每数据位均有8位码片位，其间每数据位的码片位被称为扩频因子（SF）。因而自相关除以SF=1。
（3）具有平等数量的-1与1
最终，扩频码1与扩频码2具有相同数量的-1与1，因而这两种代码满意第三种正交条件。
需求留意的是，遵守规矩即可发生伪随机码，因其相似噪声被称为伪噪声（PN）。
可变扩频因子
如上所示，扩频码1与扩频码2均含8位扩频因子。下行链路扩频因子取值在4至512之间。在低扩频因子既定的条件下，当用户要求数据传输更快时，体系可分配用户不同的数据传输速率及不同的扩频因子。这正是正交可变扩频因子“可变”由来。留意3.84兆位/秒的码片速率是稳定的，因而相对于可变SF来说，分配给用户基带的数据速率是不同的。
直接序列码扩频后附加了扰码。扰码可协助移动电话辨认正在联络的基站。
OFDM
演进版UMTS无线接入网络（EUTRAN）是第4代移动电话体系功能演进的产品。以4G LTE问世，选用OFDMA（正交频分复用接入）作为下行链路方向的空中接口。首要特色是下行链路速率可到达100Mbps、超卓的数据传输（衰减康复）功能和带宽可扩展（1.25MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz及20MHz）。
OFDM首要触及的概念是信号载体部分从单个高速率数据信号到多个并行低速率信号之间的转化。图2表明单个信道被分红多个并行的子信道，每个子信道的子载波频率不同。这种与窄带子载波间隔严密的宽带频谱即为传输信号。间隔严密提高了体系频谱功率。
图2 OFDM信号发生进程图示
子载波数据速率低，因而发送符号较长，一起可添加维护间隔。这使得OFDM可应对信道应战性要求，如多径式微（WCDMA真实存在的一个问题）、窄带搅扰与符号间搅扰，比以往计划更占优势。从而使并行传输数据的净数据传输率等于信号原有的高数据速率。
在接纳端完成紧凑的频谱与信道别离的易用性要害在于子载波间的正交性。
正交性
为便于解说OFDM概念中的正交性，首要重温时域中重复脉冲的傅里叶变换对，以及在频域的sinc函数。图3表明变换对，其间（a）表明RF频率（腔调）敞开T秒，到下一脉冲时封闭，（b）表明频域等同于以频率为f的RF脉冲为中心的sinc函数，与零点方位1/T分隔。
图3 RF频率f赫兹重复脉冲与T秒持续时间
若在相同脉冲周期T内引进另一两倍于榜首（即2f）频率的腔调，就会使另一sinc函数与榜首腔调附近，但如图4所示，最大不会超越2f，且以榜首腔调的榜首零点方位为中心。因为第二腔调的最大值发生于榜首腔调零点方位，所以两者之间不会发生穿插搅扰。在一起添加更多频率f（图4中所示3f）的整数倍腔调创立紧凑型频谱时，也相同适用，腔调之间不会发生穿插搅扰。
图4 频域里紧凑型正交子载波在f与3f均坐落零点方位时获得最大值2f，因而不会发生穿插搅扰。
信道腔调f、2f与3f在时域中如图5所示。留意，每个添加的子信道是根本腔调f的谐波，因而相对一切子信道来说，在脉冲持续时间T内为完好周期的整数倍。
图5 正交子载波时域显现（留意：一切子载波在脉冲持续时间T内具有完好周期）
解复用
经过OFDM复合信号乘以所需子载波腔调与集成数值（图6），即可到达解复用。
图6 子信道解复用概念
解复用进程中，只要被别离的子载波具有非零整数，因而别离子载波不会遭到其他子载波搅扰。版1出示的对错零成果的简略数学证明进程。
版1：证明腔调乘以T时内自身与集成数值得出非零数值。
留意接纳到的腔调调制(QAM，PSK等)被保存下来。
一切其他腔调得出零值，如版2所示。一切信道腔调进程在次序上是重复的（图6回形过程中圆形开关），康复数据信号串行发送，用于解调。
发射波形特征
峰值平均功率比 (PAPR)
峰值平均功率比，也称波峰因数，是复合信号峰值功率与RMS功率的比率。PAPR由相长搅扰引起，以dB为表明单位；在多种一起发射的信号相位对按时发生高PAPR。
WCDMA与OFDM波形峰值功率与平均功率比率都比较高，WCDMA通常在10dB到11dB，OFDMA通常在12dB到13dB。若偶然呈现的信号峰没有除掉，这些高比率就意味着挑选放大器的额定功率很有应战。具有此类峰值的OFDM信号如图7所示。
版2：证明腔调乘以谐波与T时内集成数值得出零值。
图7 OFDM复合信号偶然出示高峰值
ACLR
相邻信道走漏比（ACLR）可相对丈量走漏至相邻信道的信号功率。
WCDMA ACLR限值
信号经过一个根升余弦滤波器（RRC）、3.84MHz带宽与滚降因子（α=0.22）进行传递。可使3.84MHz频带扩至4.68MHz，每个信道所分配的频带为5MHz。
走漏至最近的WCDMA信道（丈量点间隔取5MHz处）的功率ACLR限值为45dBc，其相邻信道限值为50dBc（丈量点间隔取10MHz处）的下一个通道上沿。
图8所示曲线选自一组标明功率放大器的功能曲线。信号分析仪显现屏上的赤色虚线分别为45dBc和50dBc限值。
图8 WCDMA功率（黄色追踪曲线）表明发送信道、以及走漏至左边两相邻信道与右侧两相邻信道的功率散布情况。
图8表明WCDMA功率（黄色追踪曲线）表明发送信道、以及走漏至左边两相邻信道与右侧两相邻信道的功率散布情况。发送信道的肯定功率（以dBm为单位）用蓝色块标明。相邻频带的相对功率（dBc）也用蓝色块标明。每个相邻信道的ACLR限值用赤色标明（两头最近的信道标明的是45dBc，另两个较远的信道标明的是50dBc）
OFDM ACLR限值
限值和丈量用滤波器各不相同，取决于相邻信道是OFDM或WCDMA。为OFDM时，ACLR丈量运用方丈量滤波器（一个用于传输信道，一个用于相邻信道）。当相邻信道是WCDMA时，如上所述ACLR丈量运用RRC滤波器。在这两种情况下OFDM ACLR限值均为45dBc。
放大器的功能特色
在测验WCDMA和OFDMA基站传输组件/途径中，ACLR功能是宽带放大器的要害特色。图9和图10表明当今宽带放大器的规划中砷化镓（GaAsFET）和氮化镓（GaN）两种晶体管技能收集的ACLR数据。
该图显现了不同ACLR限值在整个频带放大器可完成的载波功率。一起展现了晶体管技能的可扩展特性，该放大器功率为额定功率的两倍，相同的ACLR会发生双倍的载波功率。
图9表明WCDMA ACLR与GaAsFET放大器载波功率特性。该放大器频率掩盖规模0.8GHz~2.0GHz，额定功率为100W P1dB。例如 ACLR为-45dB时，放大器在0.8GHz（蓝色曲线，带圆点符号）时供给的功率超越42dBm，在2.0GHz（深蓝色曲线，带圆点符号）时稍低于43dBm。
图9 WCDMA ACLR与GaAsFET放大器载波功率特性
GaAsFET家庭专用（图9特征）另一个重要的通讯测验放大器型号为AS0728-180，是一个700MHz~2800MHz 180W P1dB放大器，可掩盖现在一切移动电话频带（728MHz ~ 2690MHz）。
图10展现了WCDMA ACLR与GaN放大器载波功率特性。该放大器频率掩盖规模1.8GHz~6.0GHz，额定功率为50W P1dB。例如ACLR为-45dB时，放大器在1.8GHz（淡紫色曲线，带方形符号）时供给的功率为37.5dBm，在6.0GHz（深蓝色曲线，带钻石形符号）时则稍高于34dBm。
图10 WCDMA ACLR与GaN放大器载波功率特性
总结
本文一起评论了3G和4G移动电话调制计划所触及的要害概念与发射波形特征。并引进GaAsFET/GaN功率放大器的ACLR特色和可扩展性概念，以支撑任何特定的移动电话传输使用挑选恰当的功率测验放大器。
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