5G帶來更高的數(shù)據(jù)速率和更有效的功率放大器的需要。了解并計算巴勒斯坦權力機構的效率。

無線電通信系統(tǒng)穩(wěn)步提高數(shù)據(jù)速率和總體系統(tǒng)性能。隨著性能的提高,對電力消耗的壓力越來越大。最近的一份行業(yè)報告[參考1]得出結論,典型的5G基站的耗電量為12千瓦,而LTE基站的耗電量為7千瓦。大約有5個烤面包機的額外能量被使用。(典型的2片烤面包機消耗約1000瓦。)

系統(tǒng)設計師經(jīng)常為耗電而煩惱。在電池驅動的移動設備中,一次充電的通話時間取決于電池容量和設備消耗的功率。低功率意味著更長的操作時間。在基站,電池功率可能不是問題,但網(wǎng)絡中的能源成本可以加起來。當然,任何設備中浪費的能量都會產生必須消散的熱量。

功率放大器

功率放大器是無線系統(tǒng)中的一個重要的電源消費者,因此放大器的效率是重要的。圖1顯示了一個PA輸出功率(P 在外面 )基于輸入功率(P 在…中 )及提供的直流電源(P 直流電 ).

圖1基本的PA通過輸入功率和直流電源產生輸出功率。

工程師通常用分貝表示放大器的功率增益: 增電效率 (PAE)表示功率放大器的整體效率,包括輸入功率的影響。

PAE通常以百分比表示。例如,輸出功率為10瓦、輸入功率為0.5瓦、直流功率為30瓦的功率放大器,其功率為10-0.5/30=32%。這個放大器的功率增益是G 分貝 = 10 log (10/0.5) = 13 dB.

功率效率(PE)是用來描述放大器效率的另一個參數(shù),忽略了輸入功率的影響。在這種情況下,效率是簡單地定義為輸出功率和供應直流功率。

當功率效率集中在單個晶體管上時,它有時被稱為排放效率(FET器件)或收集效率(雙極晶體管)。這種用法反映了一個事實,即直流功率在很大程度上是通過排放或收集器測量電流,乘以直流電源的電壓來決定的。

注意,當放大器的增益相當高時,重要的輸入功率逐漸減弱,使得PAE與PE大致相同。

平均功率比

輸入信號的變化會影響功率放大器的實際使用效率?，F(xiàn)代的數(shù)字調制方法通常會產生瞬間功率變化很大的信號。圖2顯示高峰值功率信號的瞬態(tài)功率水平(P 最高峰 )相對于其平均功率(P 平均值 )。用分貝來表示這種波形的"尖頂性"的方法之一是功率比(PAPR)。

圖2沖擊信號相對于平均功率有很高的峰值功率。

放大器設計者喜歡恒定功率水平,這樣他們就可以調整放大器在特定水平上的性能。圖3顯示了PE作為典型功率放大器輸出功率的函數(shù)。在低功率水平上,放大器效率趨于下降。為了我們的目的,曲線的形狀比具體值更重要。PA必須處理峰值功率,但信號的平均功率主要決定其實際功率效率。無花果樹。3還顯示了最有效的操作點,在那里我們希望放大器的操作。不幸的是,信號的PAPR使得你把操作點向左移動,這樣峰值功率就不會超過放大器。

圖3功率放大器的效率隨輸出功率而變化.

設計方案

對放大器的操作點(和輸出功率)進行關閉是解決高PAPR問題的一個明顯的方法。然而,放大器的效率會受到影響。幸運的是,射頻工程師開發(fā)了兩種方法,可以實時調整放大器的操作行為和提高效率。

這兩種方法最初是在1930年代提出的,但現(xiàn)在是21世紀常用的設計方法。這些放大器的設計方法是:

· 密封跟蹤放大器 :輸入信號動態(tài)控制放大器的電源電壓。

· 多路放大器 :需要時對輸入信號中的峰值作出響應的雙通道放大器。