本文檔介紹如何使用Maxim的SC1894 RF PA線性化器（RFPAL）在4GHz至80GHz范圍內對微波傳輸系統PA進行線性化。它包括實現線性化微波放大器的基本系統設計考慮因素，以及自動發射功率控制（ATPC）對SC1894性能的影響。

數字微波傳輸系統要求低誤碼率 （BER），并且不得傳輸過多的相鄰信道功率 （ACP），這會干擾其他無線服務。關于發射機信號保真度，誤碼率直接受到調制波形誤差矢量幅度（EVM）的影響。降低調制波形EVM是所有發射器設計的主要目標，當接近最大功率時，最終級功率放大器（PA）可能會降低EVM的性能，從而產生互調產物（IMD）。這些IMD產品是ACP的主要組成部分。避免IMD問題的傳統解決方案是降低（降低）功率，直到IMD失真處于可接受的水平。使用回退會導致發射機設計效率低下，并且根據波形的不同，無論PA退避多遠，都無法實現所需的線性度規格。

Maxim的SC1894可以在不犧牲PA輸出功率的情況下改善PA線性度，最大限度地降低EVM、IMD和ACP電平。此外，與另一個以類似輸出功率水平的回退工作PA相比，預失真線性化允許一個PA以更高的效率工作。對于本質上是非線性的GaN器件，預失真通常是實現所需EVM和ACP電平的唯一可用方法。SC1894器件能夠以最大PA輸出功率運行，同時最小化EVM和ACP，從而為系統提供更低的BER、更高的效率以及更低的系統和運營成本。

在微波傳輸中增加射頻預失真

微波點對點制造商的產品涵蓋從4GHz到80GHz的許多頻率范圍。這些無線電傳輸一個完全占用的單載波，瞬時信號帶寬范圍為3.5MHz至112MHz。調制模式從BPSK到1024QAM不等，峰均比（PAR）為4dB至8dB。隨著信號帶寬和調制復雜性的增加，為了滿足系統線性度要求，對預失真的需求也在增加。系統輸出功率通常通過OEM工廠校準的查找表進行控制。功率控制查找表用于控制所需序列中的各種VGA增益。然后使用這些查找表在每個工作頻率、溫度和功率水平下設置天線輸出功率。發射輸出功率通常在 25dB 功率范圍內工作。

系統框圖

要在工作頻率大于1894.3GHz的微波系統中使用SC8，必須將SC1894放置在發射器的IF部分，如圖1所示。（典型的微波系統在350MHz至3.5GHz的頻率下使用IF工作。

圖1.使用SC1894的簡化微波應用系統框圖。

圖1所示的應用可以適應具有不同輸出功率、增益和頻率的許多不同的發射器配置。由于可能存在許多變化，ALC1、ALC2 和 ALC4 的確切實現由系統設計人員自行決定。這些功能可以作為固定或可變增益放大器/衰減器實現。主要要求是上變頻和反饋下變頻路徑中的元件不會顯著影響系統的整體失真，因此SC1894僅補償與PA相關的非線性度。

系統級線性度指南：

反饋下變頻路徑的相對IMD電平應至少比PA輸出端所需的IMD低10dB。例如，如果所需的PA IMD為-55dBc（許多微波系統中的典型要求），則下變頻路徑中的其他器件的IMD應≤-65dBc。

上變頻路徑的相對IMD電平應至少比未校正PA的相對IMD電平小10dB。例如，如果PA IMD為-40dBc，則上變頻路徑中的其他器件應具有IMD = -50dBc。

組件級說明和指南：

攪拌機。混頻器的輸入功率通常< <0dBm，以確保線性工作。混頻器產生的IMD信號應<-60dBc。為此，IMD性能通常要求混頻器的輸入功率比混頻器的輸入IP30低3dB。

ALC1.用于在PA設置為傳輸最大峰值包絡功率（PEP）時調整RFIN端口功率，并動態控制發射器的輸出功率。當PA設置為最大功率時，RFIN BARUN輸入功率應為+6dBm PEP最大值，隨溫度和老化變化。ALC1還用于在實施RFIN ATPC時動態控制發射器的輸出功率（稍后討論）。

ALC2.用于在實現RFOUT ATPC時動態控制發射器的輸出功率（稍后討論）。

ATPC。ATPC 功率控制最好使用 ALC1 增益控制元件完成。（在注射吸毒者/官方發展援助中1設計，ALC1通常位于IDU中。

FBatten。當發射機功率輸出設置為最大 PEP 時，調整 RFFB 功率電平。在此最大發射器功率電平下，RFFB端口輸入功率通常應為-4dBm PEP，并允許溫度變化和老化（有關確切值，請參閱SC1894數據手冊）。通過這種方式，由于ATPC用于改變發射器功率，因此可以實現SC1894的最佳動態響應。FBatten 設置一次，然后保持在同一增益，允許 RFFB 功率與輸出功率成正比地變化。

ALC4.調整以在所有增益設置下將混頻器輸入功率保持在線性范圍內。

外部數字控制器（必需）。控制 VGA 元素。控制器還與SC1894通信，以在ATPC電源更改期間發送握手命令。

BPF1 和 BPF2。上變頻系統需要濾波，以消除傳輸信號中的鏡像和LO信號。對于下變頻到 RFFB，可能需要濾波器，具體取決于頻率計劃。SC1894可以編程為僅監視工作頻率范圍，而忽略圖像頻率。有關設置這些頻率監控限值的更多詳細信息，請參閱相應的SC1894數據手冊、硬件設計指南和發行說明（頻率最低和頻率.MAX).

所有濾波器在整個IMD頻率范圍內應具有平坦的增益和群延遲。增益或群延遲變化增加內存2影響;因此，減少校正。SC1894將“反向IMD”校正信號注入輸出PA，該信號應通過上變頻鏈，幾乎沒有失真。同樣，SC1894使用下變頻路徑測量PA IMD，該路徑上的任何失真都會降低IMD測量的精度。

自動發射功率控制

根據設計，點對點微波鏈路傳播損耗標稱值較低，無線電在遠低于最大功率的輸出電平下工作。這是根據監管要求減少干擾，同時仍保持傳輸完整性所需的SNR或BER水平。但是，以足夠的功率運行鏈路以保持良好的 BER 會使系統容易受到大雨和多路徑等衰落條件的影響。當檢測到衰落條件時，ATPC通過將PA功率提高到100dB/s來補償衰落條件，以保持系統所需的SNR/BER速率。

IMD是PA功率的函數。隨著功率的增加，預失真系統必須盡快跟蹤或調整到新的工作點。功率變化率和增益變化位置是驅動SC1894特殊處理的關鍵參數。有關ATPC功率斜坡序列的概述，請參見圖2和圖3。

配備 SC1894 的 ATPC

為了適應PA主動線性化時的ATPC功率電平變化，Maxim開發了專用固件（FW），使SC1894能夠在PA功率變化期間和之后更好地校正ACP。在優化（默認）模式下，RFFB功率電平的任何變化都會啟動內部SC1894增益設置的完全重新校準。Maxim開發了一種固定增益模式，稱為“平滑適應”模式。在此模式下，當功率改變時，不會重新校準SC1894內部增益。

對于此討論，微波傳輸系統中可能發生RF功率變化的兩個位置是SC1894之前和之后。當射頻功率在SC1894 RFIN端口之前發生變化時，我們稱之為“RFIN ATPC”。當RFOUT端口后功率發生變化時，我們稱之為;“RFOUT ATPC。”

RFOUT ATPC 和 RFIN ATPC 都需要使用平滑適應模式。

選項 1：RFOUT ATPC

使用RFOUT ATPC，PA功率使用ALC2和ALC4改變（見圖1）。使用ALC2和ALC4更改PA功率也會改變來自SC1894的預失真信號，需要計算新的校正設置，并且在調整到新的功率電平時會產生延遲。為了避免每次功率電平變化時重新計算校正，Maxim開發了FW，使用工廠訓練的校正系數執行查找表（LUT）功能。固件在現場運行時，還會持續保存每個功率電平的最佳校正設置，并使用這些設置更新LUT。

系統信噪比的最佳解決方案，但不是動態行為的最佳解決方案。

選項 2：RFIN ATPC（適用于 SC1894）

平滑適應模式允許SC1894繼續不間斷的ACP校正，但僅在使用ALC1的RFIN之前改變功率時。使用RFIN ATPC和平滑適應模式，SC1894的RF輸入功率跟蹤PA輸入功率，dB對dB。同樣，SC1894校正信號（使用Volterra級數系數乘法從RFIN生成）幾乎完全跟蹤PA IMD電平。此功能大大提高了SC1894預失真的動態功率性能。LUT也使用RFIN ATPC實現，但校正系數的變化（對于Volterra系列）非常小，并且在最大PA功率下具有LUT或凍結系數的RFIN ATPC的性能幾乎相同。

（當系數凍結在最大功率下時，使用標準無線固件的RFIN ATPC的性能非常相似。但是，此固件無法讀取和寫入 LUT，因此當需要 LUT 功能時，ATPC 固件是更好的選擇。

在SC1894平滑適應模式下，RFIN ATPC功率在RFIN之前使用ALC1進行功率變化，可提供最佳的動態行為，但對于系統信噪比而言并不理想。

圖2.當SC1894在TRACK模式下處于活動狀態時ATPC功率斜坡序列。

圖3.SC1894校正在最大功率下凍結時的功率斜坡序列。

選項 3：RFIN/RFOUT ATPC（推薦）

由于功率放大器在回退狀態下工作時能夠滿足大多數線性度要求，因此通常，只有PA功率范圍的最高3dB至6dB需要預失真。低于此點，SC1894校正可以凍結，直到功率恢復到此范圍。ALC1 用于從最大功率回退的至少 3dB 至 6dB PA。此后，如果適應被凍結，可以使用ALC2和ALC4。

選項3允許微波系統架構師將ATPC增益降低分配給系統的不同部分，以保持所需的最小系統信噪比并實現最佳動態范圍性能。

平滑適應模式

當系統以最大RMS功率和最大PEP運行時，通過工廠校準SC1894啟用平滑模式。

選擇所有所需信號中峰均比（PAR）最低的測試信號。通過在最大系統 PEP 下使用最低 PAR 信號，我們可以確保在盡可能高的 RMS 功率電平下進行校準，同時仍將測試信號峰值保持在 PA 飽和點以下。事實上，測試信號的PEP控制著以良好的線性度可以實現的最大RMS電平。

將系統設置為此最大功率，然后將功率電平調整到SC1894中，以滿足數據手冊中規定的RFIN和RFFB（在所有溫度和頻率下）的PEP限制。

使用Maxim測試GUI或系統SPI命令，啟動“最大功率校準”序列。SC1894可在此最大功率電平下自動找到預失真的最佳增益設置。

有關平滑模式校準的詳細信息，請參閱SC6 SPI編程指南“參考”部分中的[1894]。

待機發射機操作

通常，備用系統與主系統并行部署。因此，備用系統 PA 長時間處于非活動狀態，但可以驅動 P.MAX在任何時候。用于執行ATPCLUT功能的相同固件可用于這種情況，通過在啟用適應之前正確設定系數種子來加快備份PA的收斂時間。任何LUT都必須將頻率、調制、功率和溫度作為指數。

IDU = 室內機，ODU = 室外機

記憶效應是PA傳遞函數在時間上發生的變化。經典傳遞函數理論通常是指系統應該是線性和時間不變的約束。非線性系統違反了這個約束，它們包含非線性，傳遞函數可以隨時間變化（具有記憶效應）。

審核編輯：郭婷