Новые достижения в широкополосных усилителях. Часть 4
Сигналы с не нулевым отношением пиковых и средних значений представляют дополнительные сложности по отношению к выбору и дизайну усилителя. Чтобы избежать ухода усилителя в компрессию (разово или периодически) и создания нелинейности, в расчеты выбора усилителя нужно включить подходящую степень запаса динамического диапазона. Выбор усилителя только на основе ожидаемого среднего значения сигнала может привести к значительным и неожиданным последствиям, когда сигнал будет использоваться с отношением пиковых и средних значений от среднего до высокого.
3. Количественная оценка производительности усилителя.
3.1 Общий обзор.
Влияние характеристик усилителя на реальные измерения и модулированные сигналы можно разделить на две основные категории: качество внутриполосного сигнала и качество внеполосного сигнала. Хотя есть много способов количественно оценить эти влияния, наиболее важные измерения в отношении усилителей — это величина вектора ошибок и коэффициент мощности шума (внутриполосный), также как коэффициент утечки в соседний канал (внеполосный).
3.2 Измерения величины вектора ошибок
Многие современные радиочастотные технологии передачи данных, такие как LTE или различные разновидности Wi-Fi (802.11), модулируют свои поднесущие OFDM, используя комбинацию модуляций амплитуды и фазы, что обычно называют квадратурой амплитудной модуляции (QAM). С увеличением количества уникальных комбинаций амплитуда/фаза способность системы передавать информацию также увеличивается. Например, если у нас есть четыре уникальных комбинации амплитуды/фазы или символа, это позволяет нам отправлять два бита на символ (4=22). Если мы увеличиваем порядок модуляции, имея, скажем, 16 уникальных комбинаций амплитуда/фаза, мы можем теперь отправлять 4 бита на символ (16=42).
Эти комбинации амплитуды/фазы часто визуализируются с помощью так называемой квадратурной диаграммы (constellation diagram). Квадратурная диаграмма, приведенная ниже, показывает точки принятия решения для 16QAM сигнала:
В реальных системах существует вариативность между идеальными точками квадратуры и реальными комбинациями амплитуды/фазы в получаемом сигнале. Другими словами, точки полученного сигнала не попадают точно на точки идеального сигнала. То, насколько полученный сигнал отклоняется от идеальных точек, называется величиной вектора ошибок или EVM. Как очевидно из названия, это измерение является величиной вектора, соединяющего реальный сигнал и идеальный сигнал, что показано ниже.
Есть пара важных моментов, о которых нужно помнить, в отношении EVM. Во-первых, если EVM превышает определенный уровень, ресивер может ошибочно назначить принятый сигнал соседней точке принятия решения, что приведет к (множественным) ошибкам в битах. Во-вторых, с увеличением порядка модуляции (например, если мы переходим с 16 точек принятия решения на 64 или 256 точек), точки принятия решения становятся ближе и ближе друг к другу, а приемлемый уровень EVM также снижается. В случае LTE, например, спецификации определяют постепенно снижающиеся пределы EVM при увеличении порядка модуляции: QPSK (17,5%), 16QAM (12,5%), 64QAM (8%).
Как мы знаем, усилители, работающие близко к сжатию, могут привести к нелинейным изменениям как в амплитуде, так и фазе выходного сигнала. Из этих двух изменений изменения амплитуды как правило значительно больше выражены, чем изменения в фазе, - усилители в сжатии по определению показывают нелинейность в выходной амплитуде, тогда как фаза может (или может не) оставаться без изменений, даже когда усилитель работает в сильном сжатии.
Многочисленные практические исследования QAM модулированных сигналов показали, что изменения в классе усилителя (и соответствующий уровень нелинейности) оказывают минимальное влияние на EVM производительность, даже когда усилитель работает очень близко или даже за точкой компрессии. Скорее всего это потому, что хотя компрессия приводит к изменению амплитуды компонента в нелинейной форме, эти нелинейные изменения влияют на все точки квадратуры примерно одинаково, поэтому точки принятия решения для EVM измерений остаются на примерно том же расстоянии друг от друга. Такое поведение экспериментально наблюдалось в большинстве наиболее распространенных QAM схем модуляции, используемых в настоящее время в современных системах сотовой связи, таких как LTE (в частности, QPSK, 16QAM, 64QAM).
