CDMA2000和W-CDMA的大功率放大器的RF功率测量

引言
对于用于CDMA2000与W-CDMA基站的大功率放大器（HPA）的设计师来说，他们面临许多完成精确发射功率测量的挑战。其中涉及到的复杂因素包括高的峰均比以及峰均比随基站通话载荷、大的工作温度范围和大的发射功率范围变化而变化。制造商利用精确的有效值（RMS）输出功率测量减小HPA的功率。本文描述了在工作温度范围内精确测量和控制RMS功率的几种方法。

复合调制方案，例如CDMA2000与W-CDMA，具有很高的峰均比。对于一个给定的最大平均输出功率的要求，当峰均值由于基站频谱屏蔽和误差向量值（EVM）的要求而增加时，最大设计功率要求通常会增加（或线性化要求增加）。如果被调制信号的峰值被削波，那么第三级失真将会增加，从而导致基站不能满足频谱屏蔽的要求。削波后的被调制信号峰值也会导致数据丢失，从而使系统不能满足EVM的要求。基于最大发射功率要求设计HPA的费用很高但却必不可少。增加的费用来自两个方面，一是电子元器件成本的增加，二是HPA效率的降低。总是涉及到的是HPA的最大设计功率有关的成本问题，并且工作在低于饱和点以下许多HPA的效率是相当低的。效率的降低会增加HPA模块的成本，因为这样会增加用于散热的机械机构的成本、尺寸和重量，并且降低了HPA的可靠性，增加其工作成本。

减小HPA的最大设计功率对于HPA制造商来说非常重要。HPA的饱和点靠近平均功率越近，其工作效率就会越高，并且成本越低。虽然有许多种方法可以使HPA的饱和点尽可能的接近其平均发射功率，但是这些方法都受基站系统的测量输出功率的能力的限制。由于射频（RF）功率测量允许误差（包括测量误差随温度和峰均比变化）需要增加HPA的最大设计功率以保证符合频谱屏蔽和EVA要求。
不仅CDMA2000和W-CDMA调制方案具有高峰均比，而且其峰均比也随特定基站的呼叫量的变化而变化。例如，在CDMA2000 IS-95A基站中，仅导引信号前向链路的波峰因数就为6.6dB，64通道的前向链路波峰因数为12dB（采用无载频简化技术）。高的峰均值将引起非RMS响应RF功率检测器的误差。如果一种调制方案高的峰均比保持恒定，那么在生产过程中可以被校准，但基于大量用户的峰均比变化是比较难处理的。这就要求保持对系统用户数量的跟踪，紧紧地控制使用的沃尔什码以及一个非常庞大的查询表来了解在特定时刻信号的峰均比。一种更好方法是采用RMS响应检测器。它不像二极管检测器或对数放大器，RMS响应检测器有很强的避免受峰值因数变化影响的能力。图1 示出高性能对数放大器（AD8318）与RMS响应检测器（AD8364）的比较，结果表明峰值因数仅在CDMA2000 IS-95A基站的发射部分范围内变化（用户加载）。应当注意AD8318的输出在载波与64信道CDMA2000 IS-95A之间变化3.5 dB(或86 mV)，在导频信道和64信道CDMA2000 IS-95A之间仅变化2.4 dB，然而AD8364的输出在上述情况下仅仅变化了0.1dB(或5 mV)。二极管检测器的性能与对数放大器类似，其输出电压随被测信号峰值因数变化。如果本系统中的功率检测采用对数放大器，那么应该通过信号处理或者增加HPA的最大设计功率来消除2.4 dB检测功率误差。

图1.CDMA2000 IS-95A 基站信号在800MHz 时对数一致性与输入信号幅度关系

RMS响应RF检测器（AD8364）的误差与非RMS响应RF检测器的比较表明峰均比功对率检测的影响。当非RMS响应RF检测器（AD8318）在其输入信号的峰均比变化呈现出很大的测量误差时，RMS响应检测器（AD8364）有很强的避免受峰均比变化影响的能力。

在HPA工作温度范围内能够精确测量RMS功率对于确定HPA的最大功率也是至关重要的。这种测量的精度（或其中缺乏精确测量）将会被直接加到其最大设计功率，除非经过艰难和费用很高的对温度校准。所有用于HPA输出功率检测的元器件（例如直接耦合器、衰减器等等）都可增加温度误差,但是在HPA工作温度范围内大多数情况变化得很小。通常在工作温度范围内测量HPA的输出功率的精度直接与检测器的温度特性相关。最近几年，RF检测技术在研制随温度变化非常稳定的器件（在–40°C～+85°C范围内，其温度稳定性小于±0.5dB）方面取得了长足的进步。图2示出AD8364 双RMS响应检测器的温度特性。这些数据是在450 MHz，温度分别为+25°C (黑色曲线), –40°C (蓝色曲线)和+85°C (红色曲线)条件下获得的。它包含了从多种产品批量中至少抽取30个器件的输出电压和对数一致性对温度的误差（经过环境温度校准后 ）与输入功率（Pin）的关系曲线。每一种器件的温度特性都有很小的差异。

图2