基于OFDM无线传输的PAE技术介绍

无线设备行业竭力削减设备的成本、尺寸和功耗，而提升高功率放大器的功率附加效率（PAE）仍然是一个极具挑战性的目标。目前有多种技术正在研发之中。大多数情况下，任何技术的商业化都将取决于能否开发出突破性的技术。本文主要讨论用来提高PAE的一些技术以及支持该技术的一些RF信号处理模块。

图1所示为一个20MHz带宽正交频分多路复用（OFDM）信号的时间包络。该信号包括大量码元速率相对较低的正交QAM调制子载波。基于OFDM的无线传输正变得越来越流行，部分原因是低码元速率的子载波对衰落相对不敏感。它目前用于无线LAN和WiMax系统，将来也会用于下一代长期演进（LTE）移动数据和语音系统。高OFDM系统允许子载波的调制随着工作和环境条件的改变而变化。例如，如果一个用户位于小区的边缘，系统可能决定用正交相移键控方法来调制子载波，这就需要相对较低的信噪比，才能成功进行解调。其代价是数据速率相对较低。另一方面，如果用户靠近小区中心并需要高数据速率，则可以发射更高阶调制子载波，从而带来更高的数据速率。

图1：20MHz带宽正交频分多路复用（OFDM）载波的时间包络。

更高阶QAM信号（如64QAM和128QAM）具有高峰均比，而OFDM信号可以轻松包括1024个子载波，因此OFDM信号的峰均比也很高。图1清楚地显示了这一点。从图1中还可以看到，该信号也有一些深谷。因此，虽然一般是讨论峰均比，但稍后我们会看到，当设计更高效率的功率放大器时，信号的峰值最小值比（可能达到40dB）也具有重要意义。

图2显示了一个功率放大系统的最基本框图。提供给负载的电流由高功率放大器（HPA）电源（本例中为±4V）发出。有效值输出信号具有有效值电平 （VRMS）和峰值电平（VPEAK）。为获得良好的信号保真度，输出信号与电源之间必须存在足够的裕量，使得信号波峰不会被削波。这一裕量要求导致该系统存在效率低下的弱点。如果信号具有高峰均比，则电源必须偏置以支持峰值电平而不是有效值电平。

图2：高峰均比信号的功率放大。

假设输出有效值电平为1Vrms，并且信号的峰均比为4，即12dB。这意味着，信号的峰值为4V，峰到峰摆幅为8V。因此，系统的绝对最小电源电压可能是±4V（单电源系统则为8V）。提供给负载的功率等于20mW （1V×1V/50），负载电流等于20mA。然而，电源提供的功率等于8mW （4V×20mA）。因此，效率只有25% （100×（20mW/80mW））。

虽然上例并不能真正代表一个实际的系统，但它确实说明传输高峰均比信号自然会降低功率放大系统的效率。