不同的调制方式对PA设计的要求

andy0718

如下图，我想请教下，不同的调制方式对PA的P1dB的要求不一样的根本原因是什么？

criterion

其实楼主这一题   可以用一个实际做案子的情况来问

我们都知道   在做传导测试时   从PA一路到Connector
都是Load-pull的一部分    会影响TX性能



因此    一颗支持WCDMA/HSUPA/LTE的MultiMode  PA
如果要验证其PA看出去的Load-pull   需不需要微调
请问WCDMA/HSUPA/LTE这三个Mode   验证顺序为何 ?




楼主这文件   如以下附件





主要讲的是   
多模多频 (MultiMode MultiBand  MMMB) PAM设计上的考虑与挑战




先谈MultiBand    由下图可知   MultiBand的PAM   
其PA输出端会需要Switch来切Band   如下图的LTE Band 7 / Band 38 / Band 41




也由于LTE Band 7 / Band 38 / Band 41是共享一颗PA  
因此以Band 7为例  
只有2500 MHz ~ 2570 MHz是讯号  
其他频率范围的讯号  都视为Outband Noise  必须用SAW Filter加以抑制
如下图




至于Band 40   虽然是自己独立一个PA  不需Switch来切Band
但由于频率范围跟WIFI 2.4 GHz靠太近   有Coexistence的考虑  如下图



因此也必须在PA输出端   加SAW Filter  避免干扰到WIFI  2.4 GHz



另外   也由于LTE Band 7 / Band 38 / Band 41是共享一颗PA
其频率范围为2496 MHz ~ 2700 MHz  带宽很宽
这意味着PA内部匹配的设计上    会增加阶数   以拓展带宽   如下图



而由下图也看出  阶数多的匹配   确实有拓展带宽之效




但由下图可知   带宽拓宽了   Q值就变小



而Q值小了    其Loss就会变大   如下图





因此由以上的推论可知   MultiBand的PAM   
因为PA输出端需额外添加Switch/SAW Filter/多阶匹配
这些都使得Post PA Loss会大幅增加   进而使效率下降    如下图



同时也因为Post PA Loss会大幅增加   使得PA输出功率需打更大
来达成Target Power    如下图




当然  PA输出功率打越大   那就是越接近饱和点   其线性度会越差




所以由这边我们可知   当使用MultiBand的PA时
其Band 7输出端的走线必须最短   必要时甚至可挖空
因为MultiBand的PA   已经会有额外的Post PA Loss
而Band 7频率最高  所以Loss会比其他频段来得大
倘若走线又长  这无疑使Post PA Loss   又更加大
意味着其线性度会更差
如果线性度不好   是来自于Load-pull  那还可以靠Matching的微调
但如果是来自于走线过长   那除了改Layout   没其他解法

criterion

再谈MultiMode    以TRIQUINT为例   如下图




由上图可知   MultiMode顾名思义   会同时支持相近频段的不同Mode
例如WCDMA Band 5跟LTE Band 26
而WCDMA/HSUPA/LTE的PAR不同   如下图




而针对这些有PAR的调变技术    PA在操作时   必须Back-off
确保输出功率操作在线性区域范围内   以维持线性度   如下图




否则若输出功率超出线性区   波形可能会被截波    导致失真   
进而使线性度变差  TX性能劣化   如下图








所以若有了以上Post PA Loss跟PAR的概念   根据简单的Link Budget推算

Min P1dB = Target Power + PA Post Loss + PAR

你这题答案就出来了    如下表




可以看到   以WCDMA跟HSUPA来做比较
因为同一颗PA   频段相近   所以Post-PA Loss一样
同时   Target Power也一样    但PAR不同   
所以P1dB要求不同




所以某种程度上   可以解释为何Target Power的比较   是呈现

LTE < WCDMA = HSUPA < EDGE < GSM

原因就在于PAR的比较   是呈现

LTE > HSUPA > WCDMA > EDGE > GSM

至于为何HSUPA的PAR比WCDMA来得大   
但Target Power却一样  这就不清楚了  要请高人指点







而MultiMode PA的挑战跟考虑   就在于你图片那段话 :

『当系统在不同调制方案间转换时，不能针对系统进行全面优化。』

我们用下图来解释






今天一颗MultiMode 的PA    同时支持WCDMA/HSUPA/LTE
依之前推算   
这颗PA的P1dB   一定至少要35.5 dBm    才不会使LTE讯号失真



由上图可知  PA的效率   是跟输出功率成正比  在饱和点时效率会最高
所以GSM才可以用饱和PA作放大   因为GSM的PAR为0  不需Back-off
同时可获得最大效率



那么   由这结论推断的话   上述那颗MultiMode 的PA  
操作在HSUPA跟WCDMA时   因为输出功率都是28 dBm
是否意味着效率一样?


答案是不一样!!  因为由前述表格分析可知  
这颗MultiMode 的PA   其P1dB为35.5 dBm  而HSUPA只需34.5 dBm的P1dB
所以切换到HSUPA时   会额外多1 dB的Back-off
同理    切换到WCDMA时   会额外多4 dB的Back-off
因为WCDMA额外多出的Back-off较多   所以即便同样的输出功率
但WCDMA的效率会较低
所以才有你图片那句
『随着用户由 HSDPA 向WCDMA 语音模式的转变，系统的效率将大大降低』




前述说过   Back-off是避免失真的一种手段
Back-off越多   固然会产生上述所说   效率较低的情况
但好处是线性度会更佳   亦即TX性能可以更优化
我们以下表来做说明 :




上表是ANADIGICS出产的两款PA   在WCDMA  Band 8的ACLR/PAE比较
我们可以看到   在ACLR方面  MultiMode PA的性能会比较好
这是因为MultiMode PA要支持LTE  其P1dB必定会比SingleMode来的高
故同样操作在WCDMA时   其MultiMode PA的Back-off较多   故线性度较佳
但也因为Back-off较多   故同样操作在WCDMA  
其MultiMode PA的PAE   很明显就比SingleMode PA低上许多














再以前述的MultiMode PA   来做线性度分析
由上表可知   因为LTE的P1dB要求最高   所以线性度要求最高
同时也因为其额外Back-off的量最少   所以相较于HSUPA/WCDMA   
其线性度会最差
反之   因为WCDMA的P1dB要求最低   所以线性度要求最低
同时也因为其额外Back-off的量最多   所以相较于HSUPA/LTE   
其线性度会最好
所以某种程度上   也可解释为何LTE的ACLR
比WCDMA的ACLR更容易Fail  也更难调校
因为ACLR就是在测TX端的IIP3
而LTE对线性度要求比WCDMA高
所以LTE的ACLR会较难调校   也较易Fail





而在AVAGO的文檔中   也提到了这点




简单讲   当这颗MultiMode  PA
由WCDMA切换到LTE时
其线性度会变差   TX性能可能会劣化







因此   回答一开始的情境题



如果要验证其PA看出去的Load-pull   需不需要微调
请问WCDMA/HSUPA/LTE这三个Mode   验证顺序为何 ?

答案是 : LTE => HSUPA => WCDMA

原因如前述   因为LTE对线性度要求最高    所以如果LTE的TX性能可以Pass
那么基本上相较于LTE   对线性度要求比较没那么高的HSUPA跟WCDMA
其TX性能理论上只会更好  不会更差
换言之  也因为这组Load-pull已提供给LTE足够的线性度
所以相较于LTE    这组Load-pull提供给HSUPA跟WCDMA的线性度
只会更好   不会更差
因此   如果LTE的TX性能可以Pass   表示这组Load-pull基本上不需再微调
即便HSUPA /WCDMA的TX性能却Fail   那也不会是Load-pull造成的
应再找其他Root Cause才是


其他关于PAR的介绍
以及匹配的调校方法
可参照







在此就不赘述

cylbailey

根本只有一个，就是PAR

RF_Magician

语音通话时, PA的功率概率密度要比数据传输时低9 dB左右，也就是说，在语音通话时PA大部分时间是没有满功率发射的，相当于工作在回退状态，对P1dB的要求自然小的多。
个人愚见，也不知道对不对，还是请高人指正吧。

metalsi

楼主能不能共享一下你的这个文档？

xfwon188

希望共享下哦

独孤傲雪

同意楼上的，不同调制方式的峰均比是不一样的，所以对PA的线性度的要求是不同的。比如，LTE(OFDM) 的峰均比就比WCDMA的高。

独孤傲雪

http://www.doc88.com/p-381479930647.html
可以去这里下载文档。

WCDMA用的是BPSK和QPSK的调制方式，HSDPA用的是16QAM的，所以HSDPA的PAR更大，对于PA  1db压缩点的要求更高

bobofumakeni

感谢分享

hujian07111016

有见criterion 热心详细的描述！

aadd111

谢谢9楼的分析

Diamo

[em01]

jack1_lu

Cri大神要一直存在52里,多为我们菜鸟解答,现在热心分享知识的人太少了

tayerlw

大神中的大神啊。谢谢分析。

w609868660

criterion理解透彻，涉猎广泛，内功招数都堪称高手

greatzhang

感谢楼上的分享

war3lucifer

大神又为菜鸟解答不少问题   赞大神

andy0718

criterion 发表于 2014-10-27 01:01
再谈MultiMode    以TRIQUINT为例   如下图

感谢大神的分享。。。。受教了

xuanwen001

谁知道WCDMA HSPA HSPA+ 的PAR 分别是多少呢？