文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.11.032
中文引用格式： 隆万洪，吴振川，徐宽茂，等. 包络跟踪芯片应用中查找表的分析与确定[J].电子技术应用，2015，41(11)：115-117，127.
英文引用格式： Long Wanhong，Wu Zhenchuan，Xu Kuanmao，et al. The analysis of look-up table in the applications of envelope tracking chip[J].Application of Electronic Technique，2015，41(11)：115-117，127.
0 引言
目前移动通信终端的性能瓶颈之一是续航能力，射频发射通信电路中的功率放大器（Power Amplifier，PA）功耗大、效率低、发热严重[1]，提升其效率有利于加强续航能力，减轻终端的发热。
支持LTE的通信制式的移动终端采用高阶调制方式，能高速传输数据[2]，但是对信号的质量要求较高，需要线性PA，并且信号峰均大，需要使用功率回退方式，线性PA只能在低效率状态下工作[3]。
包络跟踪（Envelope Tracking，ET）技术是一种极有希望提高LTE通信制式下PA效率的方式。而实现包络跟踪技术在LTE移动通信终端上的高效应用，需要系统提供包络参考信号Venv至包络跟踪电源芯片。为了降低系统资源的开销，包络参考信号的生成需要采用查找表，因此查找表的选取是一项至关重要的工作。本文提出“固定增益法”确定查找表的方法，其占用资源少，线性度恶化少，具有很大的应用价值。
1 包络跟踪技术的实现
传统固定偏置的功率放大器如图1所示。
从基带发出的IQ信号经过上变频变成待放大的射频信号送入PA，功率放大器的供电由电池提供。使用ET技术提供偏置的PA如图2所示[4]。
从基带发出的IQ信号将分出一路至包络通路，经过包络生成整形成为包络参考信号Venv送入到包络跟踪电源，包络跟踪电源的输出VCC(t)将跟随Venv。
PA的效率可由下式近似表达[5]：
式中，ICC、VCC(t)为PA的偏置电流和电压，Iout、Vout为PA输出信号的电流和电压振幅。当PA工作点确定，导通角基本恒定，Iout/ICC比值为常数[3]，功率放大器的VCC(t)越接近PA输出信号的Vout，PA的效率就会越大。将包络跟踪电源芯片的输入输出看作一个线性函数，Venv能够准确地反映Vout。当PA的增益稳定时，Vin与Vout线性对应，由此，只要Venv能够准确地反映Vin的大小，就能够有效地提升PA的效率。
射频PA增益的压缩会带来非线性产物，其中带内的AM-AM、AM-PM失真会随着PA的压缩深度的增加而变大[6]，而带外的邻道泄漏比（Adjust Channel Leakage Ratio，ACLR）也是PA非线性的产物，也会随着PA增益压缩的深度的增加而恶化。图3是某型PA的增益和ACLR随输入功率变化的曲线，测试信号是中心频率为1 747.5 MHz、20 MHz、QPSK、100 RB的信号。可以看到，随着PA增益的压缩，ACLR逐渐恶化。
2 固定增益法提取查找表
2.1 包络跟踪查找表
从PA的输入来看，ET系统的核心是满足偏置电压VCC与输入功率Pin的函数表达式关系的查找表：
VCC=f(Pin)
决定这张查找表的参数的因素主要有PA的增益、增益附加效率(Power Added Efficiency，PAE)，以及ACLR。在实际应用中，可以有多个方法确定查找表。
2.2 固定增益法提取查找表
为了降低系统的复杂度和硬件的开销，提高系统的稳定性，从PA的特性曲线入手，提出并采用了固定增益法来确定查找表中的参数。具体步骤如下：
首先，确定PA的增益。在最大偏置电压的特性曲线上选取将PA的失真控制在可接受范围内的最大压缩点，以该点增益为参考增益。以图4为例，在4.5 V供电电压条件下，PA能提供的最大增益是29.85 dB，在满足线性度要求的条件下（ACLR<-35 dBc），功率放大器的增益能够压缩到28.7 dB，选取28.7 dB为参考增益。
其次，确定不同偏置电压下PA的增益等于参考增益的输入功率值。以28.7 dB为参考增益，画一条等增益线与其他电压条件的PA特性曲线相交，这些交点所在的曲线的偏置电压就是PA所需的偏置电压，该点的纵坐标就是PA的增益，横坐标就是PA对应的输入功率。理论上，如果曲线足够密集，可以确定出任意输入功率的查找表。
最后，优化查找表。根据上面的方法确定出来的查找表，需要根据ACLR和延时的情况进行进一步的优化，以找到ACLR最佳和延时最小的曲线。
根据上面的方法，确定了一张查找表，见表1。
3 测试数据分析
对在某型商用功率放大器及ET电源芯片进行了测试，测试系统如图5所示。
将前文所确定的查找表加载到信号源，由信号源产生射频信号和包络信号进行测试。测试采用的RF信号是5 MHz、25RB、QPSK、PAPR=6.48 dB，载频为1 750 MHz的SC-FDMA的FDD-LTE信号，包络信号是前文所确定的查找表生成的包络参考信号。在输出功率为26 dBm的条件下，PA在不同模式下测试数据如表2。不同输出功率下的PA在ET模式测试参数如表3所示。图6为PA的偏置电压测试点的波形图。
测试结果表明，使用固定增益法确定的查找表包络跟踪电源，其增益与固定偏置模式相比下降了0.92 dB，ACLR恶化了3.5 dB，但是满足3GPP标准要求，功率附加效率从28.58%提升到了33.68%。结果表明，固定增益法确定的查找表是实用的。
4 总结
本文主要讨论和研究了包络跟踪电源芯片在LTE通信终端中的应用，设计了包络跟踪技术中用于产生包络参考信号的查找表的提取方法，确定了一张查找表。根据该表对某型功率放大器与包络跟踪电源进行测试，使用5 MHz、QPSK信号、载频为1 750 MHz的FDD-LTE信号，PAPR=6.48 dB，输出功率26 dBm，使用包络跟踪技术的功率放大器，功率附加效率达到33.68%，ACLR达到-34.14 dBc。相比未使用包络跟踪技术的功率放大器时，电流节省了40 mA，功率附加效率提升了5.1%。
参考文献
[1] KIM J，KIM D，CHO Y，et al.Analysis of envelope-track-ing power amplifier using mathematical modeling[J].Microwave Theory and Techniques，IEEE Transactions on，2014，62(6)：1352-1362.
[2] 张志林.3GPP LTE物理层和空中接口技术[M].北京：电子工业出版社，2011.
[3] Vladimir Prodanov，Mihai Banu.RF and microwave power amplifier design[M].Microwave Symposium Digest，2004.
[4] RAUTIO T，HARJU H，HIETAKANGAS S，et al.Effects of different VDD-drives in ET & EER transmitters[C].Norchip，2007.IEEE，2007：1-4.
[5] 胡云，薛红喜.基于包络跟踪技术的功率放大器设计方法的研究[J].电路与系统学报，2010，15(6)：6-10.
[6] HEKKALA A，KOTELBA A，LASANEN M.Compensation oflinear and nonlinear distortions in envelope tracking ampli-fier[C].Personal，Indoor and Mobile Radio Communications，2008.PIMRC 2008.IEEE 19th International Symposium on.IEEE，2008：1-5.