极化调制在无线手机EDGE上的应用与原理
介绍
---EDGE是泛欧移动式无线通信系统的第三代技术(不同于第三代无线通信系统的WCDMA等), 其最主要的优点是提供较高的数据传输率,为GSM/GPRS数据传输率的3倍。 这也可以从EDGE的命名(Enhance Data rates for Global Evolution)中清楚得知, 这个新一代的标准能使手机使用者更加容易地传送影像、网页和一般的数字照片等, 而这些正是因为EDGE支持的数据传输率(data rate) 是GSM/GPRS的3倍的缘故。
---第三代的泛欧移动式无线通信系统必须同时支持不同的调制技术,也就是说GSM/GPRS所采用的0.3 GMSK及EDGE所使用的8-PSK都必须具备。而这样的要求将使得在射频部分要设计出一个低成本且低消耗电流的解决方案变得相对困难; 而EDGE所采用的8-PSK调制又会产生相对于GMSK较高的峰值平均比(Peak to Average Ratio),这使得EDGE调制对射频功率放大器的线性度要求会变得较高, 从而使得在效率方面的表现会较不理想。为解决这样的难题,我们可以采用极化调制（Polar Modulation）的设计方法来达到高效率及低功耗的要求。极化调制是一种可适用于各种调制的技术(如GMSK/GSM-GPRS, 8-PSK/EDGE, DAMPS, WCDMA等)。因为极化调制可使用饱和模式下的射频电路及功率放大器设计来调制线性但非常数包络(non constant envelop)的调制信号, 因此能降低电流,使效率提高。
极化调制
---图1所表示的是极化调制的方块图,我们先对方块图做解释, 以方便了解其工作原理。
---首先将二进制数据(binary data)的数字信息调制成向量(vector)式的I,Q信号, 这些I, Q信号再通过CORDIC运算,将I, Q信号转变成幅度与相位分离的R,j信号, 也就是说我们把一个调制信号分离成两个完全独立的AM(Amplitude Modulation)及PM(Phase Modulation)信号, 然后再将常数包络(constant-envelop)振幅大小不变的PM信号接到功率放大器的基极,将功率放大器驱动到饱和区, 这样就可以使功率放大器工作在非线性的饱和区而有最好的效率, 再将AM信号加入功率放大器的集电极, 则可在功率放大器的输出将原信号合成回来。
---由于原信号分离成AM及PM后分别经由不同的路径到达PA再合成起来, 所以我们必须将PA本身对这两个路径所产生的失真预先计算进来, 因此在R, (之后我们必须分别加上对AM及PM分别的失真校正,称之为AM-AM distortion及AM-PM distortion。 图1所表示的极化调制,一般惯称为前向线性化(feed-forward Linearization),在这样的设计中,必须特别注意功率放大器的增益失真度及时间延迟的补偿,如此才能在功率放大器的输出极正确地还原信号出来。原来的信号增益失真度主要是跟AM有关,而时间延迟则是与相位有关。 另外也还可以使用另一种反馈环路（feedback loop ）的设计如图2所示。 这个反馈主要是用来补偿因温度变化, 材料老化等所造成的功率变化。
---我们可以归纳一下,之所以使用极化调制主要有以下几个原因。①比较起线性I/Q 调制(linear I/Q modulation)的设计, 极化调制可以降低输出频谱的噪声电平(noise level)及杂散电平（spurious level）。②可降低工作电流, 主要是由于功率放大器工作在高效率的饱和区。③由于极化调制的输出极较不易受到负载(Loading)的影响, 故在射频前端可省去额外的隔离器件(isolator)。④可以将GMSK及8-PSK调制整合到同一个设计中,使用同一组射频线路及功率放大器。
---接着我们说明功率放大器如何将原信号合成作一介绍, 如图3所示。
