射頻放大器的封包追蹤與數位預失真測試解

R&S®SMW200A 向量訊號產生器與 R&S®FSW 訊號與頻譜分析儀共同組成一套先進的測試解決方案，能大幅簡化對具備封包追蹤和/或數位預失真功能的功率放大器進行測試所需的硬體架構，本應用說明將詳細介紹此測試解決方案，並提供對應的量測範例 。

前言

本應用說明中，針對 Rohde & Schwarz 的產品使用以下縮寫 ：

• R&S®SMW200A 向量訊號產生器簡稱為 SMW 。
• R&S®FSW 訊號暨頻譜分析儀簡稱為 FSW 。
• R&S®FSW-K18 放大器量測選配功能（應用程式）簡稱為 FSW-K18 。
• SMW 儀器選配功能，例如 R&S®SMW-K540，則簡稱為 SMW-K540 。

總覽

越來越多的功率放大器 (PA) 開始支援封包追蹤 (ET) 技術，目的是為了降低功耗並提升效率，例如：在智慧型手機和戰術無線電等應用中，測試 PA 的典型設定至少包含一台訊號產生器和一台頻譜分析儀，而封包追蹤技術需要額外一台產生器，用以提供直流電源調變器所需的封包訊號。

Rohde & Schwarz 提供了一套小型化解決方案，使用 SMW 向量訊號產生器和 FSW 訊號與頻譜分析儀，來對具備封包追蹤功能的功率放大器進行特性分析，有效地取代了複雜的測試設定，配備 SMW-K540 封包追蹤選配功能的 SMW，能夠同時產生 RF 射頻訊號及其對應的封包訊號；由於封包訊號是從基頻訊號即時產生的，因此任何使用者自訂的 I/Q 檔案或無線通訊標準，如 LTE 或 WCDMA 都可以使用。

在單一儀器中同時產生 RF 訊號及相關的封包訊號，因此可以即時精確調整兩個訊號之間的延遲，SMW 為封包訊號提供高達 1000 MHz 的頻寬，並具備最佳的頻譜純淨度，典型雜訊僅為 –160 dBc；在分析 PA 性能時，功率附加效率 (PAE) 是一個關鍵參數，分析 PAE 需要對 PA 的輸入和輸出功率及其對應的功耗進行時間同步量測，為了滿足此需求，FSW 提供了同步的 RF 與基頻量測功能，當配備 FSW-B71 選配時，FSW 可提供兩個額外的基頻輸入埠，透過探棒進行電壓和電流量測，這些量測資料由 FSW-K18 放大器量測選配功能進行處理。

封包追蹤技術通常與數位預失真技術結合使用，配備 SMW-K541 AM-AM、AM-PM 預失真選配功能的 SMW，能即時應用數位預失真來校正 AM-AM 和 AM-PM 效應；同樣地，任何使用者自訂的 I/Q 檔案或無線通訊標準都可以使用，使用者可以載入自己的預失真表，或者利用 FSW 量測 AM-AM、AM-PM 失真，從量測資料中自動產生預失真表，並將其傳送至 SMW 立即使用 。

下表概述了執行封包追蹤及選配的數位預失真功能所需的儀器選配項目（最低配置） 。

表格：封包追蹤與數位預失真的儀器選配

封包追蹤基礎知識

現代通訊標準（如 LTE）所使用的數位調變方案，通常涉及較高的峰值因數，峰值因數即峰均功率比，其範圍可達數個 dB 。

LTE 訊號的 RF 封包功率，顯示出峰值封包功率 (PEP)、平均功率與峰值因數之間的關係 。

LTE 訊號的瞬時訊號功率隨時間變化顯著，這使得 PA 無法在飽和狀態下運作，這表示效率的損失，因為 PA 在其峰值輸出功率時效率最高，在低瞬時功率時，PA 被迫在遠低於其峰值輸出功率的狀態下運作，結果大量的功率以熱能形式耗散掉 。

在恆定供電電壓下，變動的 RF 封包導致能量以熱能形式耗散，顯示出效率低落的區段 。

為了解決這個問題，封包追蹤技術應運而生，ET 的概念是根據 RF 輸入訊號的封包，動態地調整 PA 的供電電壓，透過調變供電電壓以追蹤輸入訊號的封包，PA 的效率得以顯著提升，這帶來了更低的整體功耗，例如，對於電池供電的 PA，這表示更長的電池續航力，這對於所有行動裝置都是期望的特性 。

下圖展示了 ET 的基本原理，並與傳統方法進行比較 。

上圖：左側為傳統 PA，使用恆定直流電源，導致部分能量以熱能形式耗散 ；右側為封包追蹤 PA，透過封包檢測器和電源調變器產生調變的供電電壓，避免了能量浪費；下圖：封包追蹤 PA 的詳細流程，基頻產生的 I/Q 訊號經過升頻器轉換為 RF 訊號送入 PA，同時也用於計算 RF 封包以調變供電電壓 。

由基頻產生的 I/Q 訊號被升頻至 RF 並饋入 PA，此外I/Q 訊號也用於計算 RF 封包，其公式為 A = √(I² + Q²)，並據此調變 PA 的直流供電電壓，通常直接的幅度訊號 A 並非調變直流供電電壓最理想的選擇，常會透過整形 (Shaping) 進行修改，例如為了在效率或線性度方面優化 PA 的性能（詳細資訊請參見 5.4 節） 。

圖說：封包檢測器計算出幅度訊號 A = √(I² + Q²) 後，經過整形處理再送入電源調變器 。

調變的供電電壓和 RF 輸入訊號必須在 PA 端達成時間上的對齊，即使是 ns 等級的微小時間偏差，也會對 RF 輸出訊號的品質產生重大影響 ，例如誤差向量幅度 (EVM) 可能會顯著增加 。

圖說：調變的供電電壓與 RF 輸入訊號之間需要精確的同步 。

測試解決方案總覽

完整解決方案

Rohde & Schwarz 提供的封包追蹤功率放大器測試解決方案功能強大且易於使用，該方案由高階向量訊號產生器 SMW 和高階訊號分析儀 FSW 組成，所有測試 ET PA 相關的挑戰都以使用者友善的方式解決，以簡化並加速測試流程 。

圖說：SMW 產生 RF 訊號與封包訊號給電源調變器與 PA，FSW 則進行電壓與電流量測及 RF 分析，形成一套完整的測試系統 。

SMW 提供的功能：

• 同時產生 RF 與封包訊號
• 即時預失真

FSW 提供的功能：

• RF 分析 (ACLR、接收頻段雜訊、EVM、諧波等)
• 失真分析 (AM-AM / AM-PM 轉換)
• PAE 分析
• 單機產生 RF 與封包訊號

其他的測試解決方案使用獨立的訊號產生器來產生 RF 訊號和封包訊號 ，後者通常是透過 ARB 任意波形檔案來產生，這種方法的一大挑戰是兩個訊號/產生器之間的同步，這對 ET 來說至關重要；使用 SMW 則不會面臨這個問題，因為該儀器會根據設定的 RF 訊號，即時自動產生封包訊號，在皮秒到奈秒等級的額外時間對齊也相當容易達成 。

圖說：SMW 從單一機箱輸出 RF 訊號與封包訊號至 PA 與電源調變器 。

單機輸出 RF 與封包訊號

訊號完全同步且延遲可調

SMW 直接從基頻 I/Q 訊號計算出封包訊號，並由類比 I/Q 連接器輸出 。

圖說：SMW 內部透過封包檢測器，即時從 I/Q 訊號產生封包訊號 。

SMW 支援所有重要的行動通訊標準的訊號產生，並可透過 ARB 支援使用者自訂的資料，封包訊號是即時自動計算的，也就是說，當使用者改變基頻/RF 訊號特性時，它會立即調整，這表示使用者可以隨意重新配置基頻 / RF 訊號的設定，而封包訊號會自動跟著調整，無需任何使用者操作——沒有比這更簡單、更快速的方法了。

傳統方法：雙 ARB 模式

當配備第二個儀器路徑（路徑 B）時，SMW 在單一機箱內整合了兩台完整的訊號產生器，兩個內部的 ARB/基頻來源可以輕易地同步，因此使用者也可以用傳統的方式使用 SMW，即透過第二個儀器路徑（路徑 B）的 ARB 產生器來產生封包訊號；使用此方法，在 SMW 上同樣可以輕鬆地實現皮秒到奈秒等級且延遲可調的時間對齊；然而，本應用說明將著重於使用 SMW-K540 的即時方法 。

使用 SMW 進行封包追蹤

在封包追蹤測試設定中，單台 SMW 即可提供測試 PA 及直流電源調變器所需的兩種測試訊號（RF 與對應的封包），封包訊號可以靈活地進行整形，並可施加時間延遲，以在 PA 輸入端實現兩個訊號的完美同步 。

圖說：SMW 內部處理流程，基頻 I/Q 訊號同時用於產生 RF 訊號與封包訊號，後者經過封包計算、整形、封包電壓調整及延遲處理後，由類比輸出 。

封包訊號由類比 I/Q 輸出 ：

• 在 "I" 連接器（單端）
• 在 "I" 和 "I 反向" 連接器（差動）

封包訊號驅動直流電源調變器，後者再提供一個調變的供電電壓 (Vcc) 給 PA 。

圖說：示波器畫面顯示 RF 訊號（藍色）及其對應的封包訊號（黃色和粉紅色），包含 I 和 I 反向輸出 。

以下各節將詳細說明上述邏輯方塊圖中各個區塊的功能 。

基頻訊號

任何基頻訊號都可以使用，封包追蹤功能適用於所有可用的數位標準（如 LTE、WLAN 等）及 ARB 波形 ，下行鏈路和上行鏈路訊號皆可使用，適用於基地台和使用者設備的測試 。

封包計算

封包訊號是根據公式A = √(I² + Q²)​ 即時計算的，它會立即且自動地適應基頻/RF 訊號的設定變更，在「I/Q 類比輸出」選單中勾選「RF 封包」核取方塊即可啟用封包計算功能 。

整形 (Shaping)

純粹的幅度訊號

A 在封包調變的供電電壓 (Vcc) 與 RF 輸入之間呈現簡單的線性關係 。

圖說：理想情況下，PA 的 Vcc 和輸出功率 Pout 與輸入電壓 Vin（與輸入功率 Pin 成正比）之間存在線性關係 。

然而，這種完美的線性關係在實務上並不會使用，例如真實的封包訊號通常不會追蹤到零伏特。

圖說：實際的封包訊號（黃色）通常不會降至零，以維持 PA 的基本運作 。

這種對線性關係的修改稱為封包整形，整形是 ET 的一個重要環節，它使得優化 PA 的性能成為可能，封包訊號的整形方式決定了 PA 是為最高效率還是最大線性度進行優化。

透過 SMW，整形可以非常靈活且輕鬆地實現，SMW 提供了以下可配置的整形功能 ：

• 線性（電壓） 與 線性（功率）
• 查閱表
• 多項式
• 波谷平坦化 (Detroughing)

整形是即時應用的，對封包訊號立即生效 。

線性

線性整形功能呈現了線性關係，但具有可配置的限幅位準以及前置增益和後置增益（在手動模式下） 。

查閱表

整形功能由一個使用者自訂的數值對表格（最多 4000 組）定義 ，可以在指定點之間應用線性內插來平滑整形曲線 。

多項式

整形功能由一個多項式定義，可以選擇多項式的階數——最高支援 10 階，並可定義多項式係數 。

波谷平坦化 (Detroughing)

整形功能由一個波谷平坦化函式定義，可以選擇三種不同的波谷平坦化函式，並配置波谷平坦化因子（如下方截圖所示），波谷平坦化可防止 Vcc 降至零伏特，也就是確保 PA 處存在一個最低的供電電壓 。

圖說：波谷，即最小值，透過波谷平坦化被拉高 。

波谷平坦化因子 d 透過（可選的）波谷平坦化函式決定了整形曲線和最低限幅位準 。

如果勾選了「與 Vcc 耦合」核取方塊，波谷平坦化因子將根據「通用」標籤頁中輸入的 Vcc 值計算得出，公式為 d=Vcc_min/Vcc_max。

封包電壓調整

確保 Vcc 和 RF 輸入訊號在 PA 輸入端的幅度緊密對齊至關重要，因此封包訊號必須具備增益和偏移的調整功能 。

圖說：幅度對齊對於 PA 的正常運作很重要 。

使用 SMW，使用者可以選擇手動或自動調整封包幅度。

手動封包電壓調整

在手動模式下，使用者可以設定前置增益和後置增益，並定義封包訊號的上限和下限限幅位準（透過「整形」標籤頁） 。

此外，還可以定義最大輸出電壓、偏壓和偏移。

因此，使用者可以針對單一 RF 輸入訊號位準，調整並優化封包訊號的幅度，如果 RF 訊號的位準發生變化，封包訊號的位準也需要相應地調整。

SMW 能夠自動完成此項調整，如下一節所述。

自動封包電壓調整

所有功率放大器都需要在一系列不同的 RF 輸入位準下進行測試，這可以透過改變訊號產生器的平均 RF 位準來實現，當掃描 RF 輸入位準時，封包訊號的幅度必須與平均 RF 位準同步縮放，這一點非常重要 。
在 SMW 中，使用者可以定義預計應用於 PA 的 RF 輸入位準和 Vcc 的範圍，SMW 會根據當前的 RF 位準自動調整封包訊號的幅度 。與市場上其他解決方案相比，此功能可大幅縮短測試時間 。

在自動模式（「自動功率」和「自動標準化」）下，使用者可以輸入所使用的直流電源調變器和待測 PA 的物理特性，RF 輸入功率 (Pin)、Vcc、直流調變器增益等設計參數可以透過直覺的圖形化使用者介面輸入，這些參數在 SMW 中用於決定類比 I/Q 輸出端所需的輸出電壓位準 (Vout)。

封包訊號的幅度會根據指定的參數和設定的 RF 功率位準自動縮放。

圖說：當 RF 功率位準（由 PEP 和 Lev 參數表示）改變時，封包訊號會自動縮放。

當改變平均 RF 位準時，封包電壓位準會自動調整，這對使用者來說是一大優勢，因為不再需要為不同的 RF 位準耗時地調整參數 。

圖說：使用者輸入 PA + 電源調變器特性後，SMW 的 RF 位準調整會自動觸發封包電壓調整，以產生正確的封包訊號與 RF 訊號 。

封包訊號的自動幅度縮放功能在 RF 位準掃描期間尤其有益，相較於手動方法，它可以節省大量的時間 。

時間延遲

確保 Vcc 和 RF 輸入訊號在 PA 輸入端的時間對齊至關重要，因此封包訊號必須具備延遲調整功能 。

圖說：同步至關重要 。

SMW 提供了在 ± 500 ns 範圍內調整 RF 與封包訊號之間延遲的可能性，解析度為 1 ps，延遲調整是即時進行的，對訊號立即生效，這讓使用者能夠在 PA 輸入端完美地同步訊號，例如補償纜線延遲——快速又簡單 。

圖說：示波器畫面顯示調整延遲後的 RF 訊號與封包訊號 。

當觀察 PA 輸出訊號的 ACLR（即相鄰通道的功率）時，同步的重要性就顯而易見了，如果 RF 輸入訊號和封包調變的供電電壓 (Vcc) 與最佳狀態僅偏離幾奈秒，ACLR 就會顯著增加 。

觀察 EVM（即 PA 輸出訊號的調變準確度）時，也會看到相同的行為。

升頻與位準調整

基頻訊號經過升頻以產生 RF 訊號，使用者可以透過「位準」參數設定平均 RF 位準。

此設定會影響封包訊號的電壓位準（當啟用自動封包電壓調整時）。

封包訊號的特性

下表概述了 SMW 產生的封包訊號的一些重要特性 。

基頻產生器 / 差動類比 I/Q 輸出	SMW-B10 / SMW-K16	SMW-B9 / SMW-K17
頻寬	最大 80 MHz	最大 1000 MHz
取樣率	200 MHz	2400 MHz
雜訊	< -148 dBm/Hz (實測，LTE 訊號，見下文)	-160 dBc (典型值，1 MHz 偏移處的 10 MHz 正弦波)

表格：封包訊號特性總覽

類比 I/Q 輸出 (SMW-K16) 的指定頻寬為 80 MHz，下圖顯示了以 AWGN 訊號為來源時，I 訊號的頻寬 。

寬頻類比 I/Q 輸出 (SMW-K17) 的指定頻寬為 1000 MHz，下圖顯示了以 AWGN 訊號為來源時，I 訊號的頻寬 。

大頻寬非常重要，因為封包訊號的頻寬可能是其對應 RF 訊號的兩到三倍，甚至更大，對於最大頻寬為 20 MHz 的 LTE 訊號，封包訊號可能具有 60 MHz 的頻寬，這完全在 SMW-K16 的 80 MHz 類比 I/Q 頻寬範圍內，下圖顯示了一個 10 MHz LTE 訊號的 I 訊號（藍色）及其對應的封包訊號（黑色），突顯了頻寬的差異 。

由於封包訊號頻寬大於 RF 訊號頻寬，因此對兩個訊號使用相同的取樣率是不夠的，例如對於 20 MHz LTE 訊號使用 30.72 MHz 的取樣率來產生 RF 訊號是合適的，但對於產生更寬的封包訊號來說卻不足夠，計算封包訊號必須使用更高的取樣率。

使用 SMW 則無需擔心，因為封包訊號是以 200 MHz (SMW-B10) 或 2400 MHz (SMW-B9) 的取樣率產生的——這足以支援 80 MHz (SMW-K16) 或 1000 MHz (SMW-K17) 的類比 I/Q 頻寬，分別相當於 160 MHz 或 2000 MHz 的 RF 頻寬，類比 I/Q 輸出的轉換率大於 100 V/µs，下圖顯示了以矩形訊號為來源時的 I 訊號。

SMW 的類比 I/Q 輸出提供了高頻譜純淨度，如下圖所示（SMW-K16 訊號），它顯示了一個 10 MHz LTE 訊號的 I 訊號，兩個雜訊標記讀數接近 150 dBm/Hz。

下表列出類比 I/Q 輸出的一些基本特性。

基頻產生器 / 差動類比 I/Q 輸出	SMW-B10 / SMW-K16	SMW-B9 / SMW-K17
轉換率	> 100 V/µs	> 100 V/µs
阻抗	50 Ω (單端), 100 Ω (差動)	50 Ω (單端), 100 Ω (差動)
電壓範圍	0.02 V 至 2 V (Vp, 單端), 0.04 V 至 4 V (Vpp, 差動)	0.02 V 至 1 V (Vp, 單端), 0.04 V 至 2 V (Vpp, 差動)

表格：類比 I/Q 輸出特性

操作 SMW

快速入門指南

本節簡要列出配置 SMW 進行 ET 測試所需的步驟 。

RF 部分

• 在「基頻」區塊中配置並開啟一個基頻訊號
• 設定 RF 頻率和位準
• 開啟 RF 輸出

封包部分

• 點擊「I/Q 類比」區塊，打開「I/Q 類比輸出」選單

在「通用」標籤頁中：

• 勾選「RF 封包」核取方塊
• 選擇所需的「封包電壓調整」模式，例如選擇「自動功率」
• 選擇所需的「I/Q 輸出類型」，例如選擇「差動」
• 選擇所需的「封包電壓參考」，例如選擇「Vcc」（預設設定）
• 首先定義「直流調變器」的參數（外部直流電源調變器的特性），為類比 I/Q 輸出訊號 Vout 定義一個偏壓（和偏移） 。
• 接著，定義 Vcc 的參數（即要應用的調變供電電壓） 。
• 定義 Pin 的參數（即要應用的 RF 輸入功率）。

→ 定義的參數用於決定目前設定的平均 RF 位準下，類比 I/Q 輸出訊號 Vout（封包訊號）的幅度。

在「整形」標籤頁中：
切換到「整形」標籤頁並選擇一個整形功能，例如「波谷平坦化」。

• 選擇一個波谷平坦化函式 。
• 定義一個波谷平坦化因子 。

→ 產生的整形功能將以圖形方式顯示 。

在「封包設定」標籤頁中 ：

• 切換到「封包設定」標籤頁並根據需要調整「封包對 RF 延遲」（時間延遲） 。

→ 此參數用於補償在 PA 端，RF 和封包訊號之間可能存在的時間延遲。

設定的平均 RF 位準（在「RF 部分」）應在定義的 Pin 範圍內（在「封包部分」）。

配置直流調變器設定

市場上許多的直流電源調變器都符合 eTrak 規範，MIPI 聯盟為封包追蹤定義了一個類比參考介面規範（簡稱 eTrak）以支援 ET 的部署；eTrak 介面是發射器（此案例中為 SMW）和直流電源調變器（規範中稱為 ET 電源供應 (ETPS)）之間的標準化類比介面；eTrak 介面使用差動訊號，該規範包括三種介面電壓等級：2VPP 介面等級、1.5VPP 介面等級和 1.2VPP 介面等級，在以下範例中，直流調變器設定是為符合 eTrak 規範且具備 2VPP 介面的直流電源調變器所配置的 。

圖說：SMW 的類比 I/Q 輸出透過 eTrak 介面連接到電源調變器。

在「通用」標籤頁中，將「I/Q 輸出類型」設定為「差動」。
→ 表示差動訊號 。

將「VPP Max」參數設定為 2.0 V。
→ 表示 2VPP 介面等級，差動電壓 Vdiff 可介於 ± 1 V 之間。

輸入直流電源調變器的增益。
→ 增益描述了直流電源調變器對差動輸入電壓的放大倍率，增益是特定於裝置的，並未由 eTrak 標準規定，通常不為零。

指定直流電源調變器的輸入阻抗 (Rin) 和端接方式。
→ 阻抗是特定於裝置的，並未由 eTrak 標準規定。

啟用「雙極性輸入」。
→ 「偏移」參數會自動設定為 Offset = – 0.5 * VPP Max 。

調整「VCC 偏移」參數 。
→ VCC 偏移是在 Vdiff 為 0 V 時，直流電源調變器的輸出電壓，VCC 偏移是特定於裝置的，並未由 eTrak 標準規定，可以透過在直流調變器輸入端施加 0 V 差動電壓並量測輸出電壓來確定 VCC 偏移 。

將「偏壓」參數設定為 900 mV 。
→ 共模電壓為 900 mV，符合標準要求 。

「VPP Max」、「增益」和「VCC 偏移」這些參數根據以下公式決定了可能的 Vcc 範圍：

V_diff,min=–0.5⋅V_PPMax
V_diff,max=+0.5⋅V_PPMax
V_CC,min=V_CCOffset+Gain⋅V_diff,min
V_CC,max=V_CCOffset+Gain⋅V_diff,max

在「通用」標籤頁中的「VCC Max」和「VCC Min」參數可用於根據待測 PA 的需求進一步限制 Vcc 範圍。

範例

下圖顯示了一個簡化的直流電源調變器示意圖及其在圖形化介面中的對應設定 。

使用 FSW 進行封包追蹤

FSW 是用於特性分析封包追蹤 PA 性能的理想高階分析平台，它支援傳統的 RF 量測，如調變準確度 (EVM) 和頻譜純淨度（例如 ACLR），此外還支援與 ET 相關的量測，如功率附加效率 (PAE)。

FSW 的高速量測能力可縮短測試時間，例如，該儀器可以在 23 毫秒內分析一個 WCDMA 上行鏈路訊號的 EVM（一個時槽），其對於 WDCMA 高達 88 dBc 的極高動態範圍，使得在不需額外濾波器的情況下即可進行接收頻段雜訊量測，從而簡化了設定。

對於封包追蹤，配備類比基頻輸入（FSW-B71）的 FSW 允許使用探棒平行量測 RF 訊號和供應電壓/電流訊號。

圖說：FSW 的基頻輸入（2 個埠用於 2 個獨立電壓）與 RF 輸入可同時運作，用於瞬時 PAE 量測 。

儀器內建的 FSW-K18 應用程式支援 AM-AM、AM-PM 失真分析、PAE 計算、原始 EVM 和 ACLR 量測等多種功能，FSW-K18 可以透過 LAN 控制 SMW，例如傳送/接收訊號波形，透過將此參考波形與量測到的訊號逐一樣本比較，FSW-K18 可以確定上述量測值（原始 EVM、AM-AM、AM-PM 失真等），除了參考波形，FSW-K18 還需要知道 SMW 的輸出功率（由使用者輸入） 。

AM-AM 與 AM-PM 失真分析

AM-AM、AM-PM 失真分析是特性分析 PA 的一項重要量測，AM-AM 和 AM-PM 轉換是衡量 PA 非線性度的指標 。

圖說：AM-AM 轉換顯示了輸出功率與輸入功率的關係，其中可見壓縮現象 。

要執行此量測，FSW 必須知道理想的訊號波形，此波形作為計算失真的參考，有三種方式可以達成 ：

FSW 可以將一個已知的波形（從檔案）傳輸到 SMW，SMW 再透過其內部 ARB 產生器播放此訊號，支援的檔案格式為 *.iq-tar、*.wv、*.iqw。

FSW 可以產生一個類似 OFDM 的多載波訊號，具備使用者可設定的參數，如訊號頻寬、長度、目標峰值因數、脈衝工作週期等，載波具有相同位準但相位可變，使用者可以插入一個具有可定義寬度和位置的帶阻，產生的訊號波形會傳輸到 SMW，SMW 再透過其內部 ARB 產生器播放。

FSW 直接從 SMW 獲取波形，方法是將當前使用的訊號儲存為波形檔案並下載，SMW 上當前使用的訊號可以是即時訊號或 ARB 訊號——沒有區別，檔案長度（例如以訊框為單位）可以在 SMW 中設定 。

接著 FSW 可以量測 PA 的 RF 輸出訊號，並將量測到的波形與參考波形進行比較以計算失真，計算的內容包括瞬時以及平均的 AM-AM、AM-PM 失真；獲得的 AM-AM 和 AM-PM 曲線可以匯出，例如，匯出至 SMW 以用於 SMW 的預失真功能。

FSW-K18 應用程式可用於：

• 向/從 SMW 傳送/讀取訊號波形
• 執行 AM-AM 和 AM-PM 量測
• 從量測結果計算預失真表（自動完成）並將其傳輸至 SMW
• 在 SMW 上啟用預失真

瞬時 PAE 分析

FSW 的基頻輸入埠可與探棒配合使用，例如與 Rohde & Schwarz 的示波器探棒，用以量測供應電壓 (Vcc) 和供應電流，供應電流可透過一個分流電阻進行量測（詳細資訊請參見 7.2.1 節），同時量測供應電壓和電流可以得出 PA 的功耗；有了 PA 的 RF 輸入功率（透過參考波形）和 RF 輸出功率（透過 RF 量測）的資訊，就可以計算出 PAE。

RF 輸入功率並非直接量測，而是根據訊號波形和輸入訊號的平均功率（由使用者輸入）來確定，因此 FSW 必須知道訊號波形（參考波形），FSW 可以傳送一個波形檔案至 SMW 播放，或者 FSW 直接從 SMW 讀取當前使用的訊號波形；PAE 是特性分析封包追蹤 PA 時的一個重要參數，因為這個數值直接反映了透過 ET 實現的效率提升 。

探測供應電流

供應電流可以透過一個分流電阻進行量測，在直流電源調變器和 PA 之間的電路中加入一個已知的小電阻，例如 0.1 Ω，量測該電阻兩端的電壓降即可得到所需的電流訊號。

量測電流時存在幾個挑戰，探測裝置的共模抑制必須在整個量測頻寬內非常高，調變供應訊號的頻寬可能是對應 RF 訊號的兩到三倍，對於最大頻寬為 20 MHz 的 LTE 訊號，量測頻寬因此可能高達 60 MHz；高的共模抑制是必要的，因為電阻兩側的電壓擺動很大且變化迅速，然而由於電阻值很小，要量測的電壓降卻非常小；此外探測裝置不能在線路中引入顯著的阻抗，也就是說，PA 所看到的阻抗不能顯著增加 。

為了達到最高的量測準確度，使用者會利用特殊的（客製化）電路來探測電流，在許多情況下，會使用電壓探棒來量測電阻上的電壓降，例如 Rohde & Schwarz 的 RT-ZD 差動電壓探棒可以直接連接到 FSW 以進行此項量測，FSW 會將量測到的電壓訊號轉換為電流訊號。

數位預失真

封包訊號的整形可以調整以達到 PA 的最大線性度，即恆定的放大器增益，這樣的整形會產生低的 AM-AM 失真，如果應用的整形主要是為了達到最高效率（相較於線性化 PA），那麼放大器增益可能會隨輸出功率而變化，這樣的整形會導致 AM-AM 和 AM-PM 失真，但可以透過數位預失真 (DPD) 來補償 。

基礎知識

DPD 用於線性化 PA，以校正 AM-AM 和 AM-PM 效應，並透過將壓縮點推向更高的輸出功率來提高效率，下圖說明了未經線性化處理的 PA 的性能，在某個輸入功率點，PA 開始壓縮並最終進入飽和狀態，所需的訊號例如：峰值因數約為 10 dB 的 LTE 訊號，必須完全落在 PA 傳輸曲線的線性區域內，否則訊號峰值會被削波，導致 EVM 和 ACLR 性能下降 。

圖說：無預失真下的非線性化性能，顯示了理想曲線與實際 PA 曲線之間的差異，以及線性區域和飽和點 。

DPD 可用於：

• 改善線性區域的線性度（幅度和相位）
• 透過補償壓縮來擴大線性區域

為了減少 PA 輸出的整體失真（包括線性和非線性區域），DPD 採用以下原則：數位基頻訊號被刻意地進行失真處理，使得 PA 輸入端的預失真 RF 訊號能在 PA 輸出端產生一個正確（無失真）的訊號 。

圖說：基頻訊號經過 DPD（a, 刻意的反向失真）處理後，經過 PA（b, 訊號失真），最終在輸出端（c）得到一個無失真的訊號 。

下圖說明了 DPD 對 PA 傳輸曲線的影響 。

圖說：有預失真下的線性化性能，線性區域變得更大 。

DPD 允許 PA 在更接近其飽和點的地方運作，線性區域擴展了，因此 DPD 帶來了額外的（線性化）輸出功率。

請注意，任何預失真解決方案都有其內在限制：PA 的飽和位準；DPD 無法校正其峰值遠超過飽和點的訊號，因為訊號削波的程度會變得過於顯著 ，削波的後果將是差的訊號 ACLR 和 EVM 。

DPD 可分為「開迴路 DPD」或「閉迴路 DPD」，開迴路系統通常使用查閱表，其中包含從 AM-AM 和 AM-PM 量測中得出的幅度和相位校正值，與這種靜態方法相反，閉迴路系統則使用一個接收器來量測 PA 的輸出訊號，並將其與理想訊號進行比較以找出校正值，閉迴路 DPD 是適應性的，也就是說，校正值會根據量測結果不斷更新 。

DPD 有兩種類型：「無記憶 DPD」和「帶記憶 DPD」，無記憶 DPD 僅根據當前樣本來校正 I/Q 樣本的幅度和相位，相對地帶記憶 DPD 則根據先前幾個樣本及其相互依賴關係來校正 I/Q 樣本的幅度和相位，PA 的響應通常不僅取決於當前的訊號幅度，還取決於先前樣本的幅度，這種記憶效應未被無記憶 DPD 考慮在內；然而無記憶 DPD 的優點是它可以相對直接地實作為一個查閱表，而帶記憶 DPD 則涉及高得多的計算複雜性。

SMW 中的 DPD

SMW 能夠即時應用 AM-AM 和/或 AM-PM 預失真，預失真功能適用於任何基頻訊號，即所有數位標準訊號（如 LTE、WLAN 等）和 ARB 波形；DPD 適用於所有訊號頻寬，即使用 SMW-B10 時最大 160 MHz RF 頻寬，使用 SMW-B9 時最大 2000 MHz RF 頻寬，DPD 應用於每個 I/Q 樣本，即逐一樣本進行 。
SMW 在一個開迴路系統中使用無記憶 DPD。

DPD 可透過「I/Q 調變」區塊啟動，AM-AM 和 AM-PM 預失真可以單獨或同時啟用 ，可以選擇先應用 AM-AM 還是 AM-PM 預失真。

DPD 會改變訊號的統計特性和位準，因此使用者可以定義設定的平均 RF 位準應作為應用 DPD 之前還是之後的訊號位準參考，使用者可以透過以下方式定義預失真曲線 ：

• 透過表格
• 透過多項式 (polynomial)

表格
預失真功能由一個使用者自訂的數值對表格（最多 4000 組）定義 ，AM-AM 和 AM-PM 失真各有一個獨立的表格，可以在指定點之間使用線性內插來平滑曲線，指定的功率差和相位差值可以反轉（請注意，並非每個曲線在數學上都是可逆的，曲線的反函數必須是唯一可確定的，因此，只有嚴格單調遞增/遞減的資料才能反轉） 。

多項式 (polynomial)
預失真功能由一個多項式定義，可以選擇多項式的階數——最高支援 10 階，並可定義多項式係數。

在表格模式下，使用者可以載入自己的 AM-AM 和 AM-PM 表格，或者他可以使用 FSW-K18 直接產生並載入預失真表格，在後一種情況下，使用 FSW 量測的 AM-AM、AM-PM 資料會透過多項式

曲線擬合進行近似（多項式擬合的參數，如階數可由使用者調整），這些 AM-AM 和 AM-PM 曲線接著被反轉並儲存為預失真表，可直接在 SMW 中使用。

圖說：藍色為資料點，深綠色為理想線，黑色為擬合曲線 。

DPD 下的位準調整

使用者可以定義設定的平均 RF 位準應作為使用 DPD 之前還是之後的訊號位準參考。

DPD 之前設定的
平均 RF 位準被作為 DPD 前的位準參考，實際的 RF 輸出位準將與設定的位準不同，DPD 後產生的 RF 位準參數會被顯示出來。

圖說：設定的 RF 輸出位準與實際的 RF 輸出位準，DPD 會改變位準參數 。

DPD 之後設定的
平均 RF 位準被作為 DPD 後的位準參考，實際的 RF 輸出位準將非常接近設定的位準，剩餘的位準誤差會被顯示出來（參數「達成的輸出位準誤差」）。

圖說：設定的 RF 輸出位準與實際的 RF 輸出位準 ，DPD 會改變位準參數 。

SMW 必須執行數次迭代（位準量測和調整）才能達到使用者設定的 RF 輸出位準，這個過程是在速度（即迭代次數）和位準準確度（即剩餘位準誤差）之間的權衡，因此使用者可以定義要執行的最大迭代次數，此外還可以定義最大允許位準誤差，迭代過程在達到定義的迭代次數時停止，如果已達到定義的最大位準誤差，則會提早停止。（如果定義的迭代次數不足以達到所需的位準誤差，使用者需要增加迭代次數）。

使用 DPD 後的實際 RF 位準參數會被顯示出來 。

DPD 與 ET 的互動

當數位預失真與封包追蹤結合使用時，使用者可以設定封包訊號是從原始基頻訊號計算，還是從預失真後的基頻訊號計算，此選擇可在「I/Q 類比輸出」選單中進行：

量測與結果

以下的量測是使用一個 ET 評估板進行的，該評估板透過一個 RFFE 介面模組由一台 PC 控制，該板包含一個直流電源調變器和一個 PA，下圖顯示了所使用的示範測試設定，FSW 為 SMW 提供一個 10 MHz 頻率參考訊號以進行儀器同步，如果需要外部觸發，SMW 可以向 FSW 提供一個「重新啟動」標記訊號 。

圖說：SMW 提供差動封包訊號與 RF 輸入至整合了調變器與 PA 的評估板，FSW 透過電壓探棒量測 Vcc 和 Vcurr，並分析 RF 輸出 。

以下各節中呈現的部分量測是使用 FSW-K18 應用程式進行的，FSW-K18 需要了解：

• 參考波形（從 SMW 即時訊號使用 FSW-K18 產生）
• SMW 的輸出功率（透過 FSW-K18 設定並傳輸至 SMW）

ACLR

ACLR 量測是 PA 特性分析的基礎量測之一，此項對 PA 的 RF 輸出訊號的量測僅需使用 FSW 的 RF 埠，下圖顯示了一個在 1.95 GHz 的 10 MHz LTE 上行鏈路訊號，封包訊號和 RF 訊號之間的時間延遲已調整至最佳狀態 。

EVM

EVM 是衡量調變準確度的指標，此項對 PA 的 RF 輸出訊號的量測僅需使用 FSW 的 RF 埠，以下兩圖顯示了一個在 1.95 GHz 的 10 MHz LTE 上行鏈路訊號的 EVM，在第一種情況下，封包訊號和 RF 訊號未完美對齊，導致 EVM 顯著增加；在第二種情況下，封包和 RF 訊號之間的延遲已調整至最佳狀態 。

此量測是依據未知資料的解調變，也就是說此量測不需要參考波形，EVM 的計算方式遵循 LTE 標準規範的規定；相對地，FSW-K18 應用程式提供的是原始 EVM 的量測，該量測是依據已知資料的解調變，因此需要一個參考波形，量測到的訊號與已知的參考訊號進行比較，以確定原始 EVM（不受任何標準規範的影響），此方法使得對幾乎任何訊號（包括非標準化訊號）進行原始 EVM 量測成為可能。

接收頻段雜訊

PA 在接收頻段產生的雜訊是特性分析 PA 性能時的一項重要指標，此項對 PA 的 RF 輸出訊號的量測僅需使用 FSW 的 RF 埠。
FSW：
由於其極高的動態範圍，FSW 可以在沒有外部帶阻濾波器的情況下量測接收頻段雜訊，其他分析儀通常需要一個濾波器來吸收發射訊號，FSW 即使在強發射訊號存在的情況下，也能進行低雜訊量測 ，因此可以實現更高的量測速度 。

圖說：FSW 無需濾波器，而其他分析儀通常需要一個帶阻濾波器 。

下圖顯示了在接收頻段（發射頻率為 1.95 GHz 時，在 2.14 GHz）的雜訊量測，PA 的平均輸出功率為 16 dBm。

SMW：
PA RF 輸入端的雜訊必須極低，才能真實地量測到由 PA 產生的雜訊，為了改善 RF 來源的雜訊，可以在 SMW 和 PA 之間使用一個外部 RF 濾波器。

時域

下圖顯示了時域中的 Vcc 訊號（深綠色）和 PA 的 RF 輸出訊號（藍色），此量測需要 FSW 的 RF 埠（用於量測 PA 的 RF 輸出訊號）和 FSW 的基頻輸入埠（用於量測 Vcc 訊號），Vcc 訊號是使用直接連接到 FSW 的探棒進行量測的。

透過連接第二個探棒到 FSW，也可以平行量測電流訊號，同步擷取使得計算瞬時 PAE 成為可能；此外，在單一儀器中進行資料擷取避免了 RF 和基頻擷取之間的抖動 。

AM-AM 與 AM-PM

AM-AM 和 AM-PM 量測是 PA 特性分析的基本量測項目，這些量測僅需使用 FSW 的 RF 埠；此外必須知道訊號波形（→ 參考波形）以確定失真，使用者可以簡單地使用 FSW 從 SMW 查詢當前的訊號波形；在此範例中，SMW 即時產生一個 10 MHz LTE 上行鏈路訊號，FSW 控制 SMW 從即時訊號產生一個波形檔案，並直接下載此波形檔案 。

量測結果顯示了相對較低的 AM-AM 失真和一些 AM-PM 失真，這是 ET 功率放大器的典型特徵，圖中黑色曲線為擬合的多項式曲線，深綠色曲線為理想線。

整形的效果

以下的 AM-AM 和 AM-PM 量測是使用「線性（電壓）」整形功能獲得的，也就是說沒有使用真正的整形，AM-AM 失真已經非常低，AM-PM 量測則顯示出一些失真。

透過使用特殊的整形功能，這種 AM-PM 失真可以進一步改善，以下的 AM-AM 和 AM-PM 量測是使用一個包含可線性化 PA 的整形曲線的查閱表獲得的。

與 DPD 不同，整形不會改變 RF 輸入訊號，整形僅修改封包訊號——主要目的是優化 PA 的效率 。

DPD 的效果

DPD 的應用目的是線性化 PA，與整形不同，DPD 會影響 RF 輸入訊號 ，它也可以應用於封包訊號，雖然封包整形是 ET 的必要條件，但並非每個具備 ET 功能的裝置都會應用 DPD。

以下的 AM-AM 量測是在沒有預失真的情況下獲得的，PA 在高輸入功率時表現出壓縮現象，

由 PA 引起的失真可以透過使用 DPD 來最小化，使用者可以使用 FSW-K18 首先量測 AM-AM 和 AM-PM 失真，其次從此量測中產生預失真表，最後將這些表格傳輸至 SMW 並啟動 DPD，預失真表的產生只需點擊一個按鈕即可完成 ，檔案傳輸至 SMW 和 DPD 的啟動都在 FSW 上透過另一個按鈕點擊自動完成。

以下的量測是在啟動預失真（無記憶）後獲得的，線性範圍向更高功率擴展了約 4 dB，PA 的整體線性度也得到改善，在最高的輸入功率時，DPD 達到極限，因為 PA 的壓縮過於顯著而無法校正。

當 PA 在其線性區域而非壓縮區域運作時，DPD 也很有益，在這種情況下 DPD 也能改善性能，如下例所示，以下的量測是在沒有預失真的情況下獲得的，相鄰通道的量測 ACLR 約為 -48.99 dB，PA 未處於壓縮狀態。

啟動預失真（無記憶）後得到以下量測結果，相鄰通道的量測 ACLR 約為 -53.86 dB——改善了近 5 dB。

在上述量測中，DPD 同時應用於 RF 訊號和封包訊號。

PAE

下圖顯示了時域中的 PA RF 輸出訊號（藍色）、Vcc 訊號（深綠色）、電流訊號 Icc（橘色），以及產生的直流功率 PDC = Vcc · Icc（紫色），所有軌跡都已標準化為零，此量測需要 FSW 的 RF 埠（用於量測 PA 的 RF 輸出訊號）和 FSW 的基頻輸入埠（用於量測 Vcc 和 Icc 訊號）。

Vcc 訊號是使用直接連接到 FSW 的 R&S RT-ZD 差動電壓探棒進行量測的，Icc 訊號是使用第二個 RT-ZD 探棒量測的，第二個探棒量測一個 0.1 Ω 分流電阻上的電壓降，量測到的電壓訊號根據歐姆定律 I = U/R 乘以係數 1/0.1，以獲得對應的電流訊號，使用者可以直接在 FSW 上輸入電阻值 。

此外使用者可以校正由探棒引起的偏移，此範例中為 0.019 和 0.020，可以透過將差動探棒短路並從結果摘要中讀取量測到的偏移（參數「基頻輸入電壓」）來確定偏移。

外部衰減器和纜線損耗（即輸出損耗）可以透過在 FSW 中設定一個參考位準偏移來補償，輸入損耗可以透過在 SMW 中設定一個功率偏移來補償，在此範例中 PA 的時間平均 PAE 量測值為 52 %，此值是從時間平均的輸入 RF 功率（使用者輸入）、輸出 RF 功率（量測值）和輸入直流功率（量測值）計算得出的 。

下圖顯示了 PAE 與輸入 RF 功率的關係圖，紅色表示資料點密度高 。

結果摘要

下圖顯示了結果摘要，其中包含例如原始 EVM、輸入和輸出功率及產生的放大器增益、量測的電壓和電流、平均 PAE 等多項結果 。

平均 PAE 值是從時間平均的輸入 RF、輸出 RF 和輸入直流功率計算得出的。

LTE TDD 應用

對於 LTE TDD（分時雙工）應用，可以透過在非活動的下行鏈路子訊框期間停用直流電源調變器和 PA，來進一步降低整體功耗，要測試這一點，需要以適當的時序控制直流電源調變器和 PA 。

圖說：一個 10 ms 的 LTE TDD 訊框範例，包含下行鏈路 (D) 和上行鏈路 (U) 子訊框，PA 在下行鏈路期間關閉，在上行鏈路期間開啟 。

SMW 提供了多種標記輸出，例如，可以將 SMW 編程為在每個 LTE 訊號的訊框開始時發送一個觸發脈衝，這樣的標記訊號可用於控制其他設備和儀器（例如示波器），標記訊號由前面板上的 BNC「USER」連接器輸出，例如，可以將 SMW 配置為提供以下標記訊號 ：

• USER 1 連接器輸出標記 1 訊號，標記 1 將在每個 LTE 訊框開始時發出脈衝，例如用於觸發示波器 。
• USER 2 連接器輸出標記 2 訊號，標記 2 將在 LTE TDD 訊號的活動上行鏈路子訊框期間為高電位，例如用於觸發 TD-LTE 應用的外部設備 。

如上圖所示，在 LTE 選單的「標記」標籤頁中對標記 1 和 2 的設定將產生以下訊號 ：

圖說：User 1（黃色）指示訊框開始（下降邊緣有偏移以便在示波器上看得更清楚），User 2（橘色）標記活動部分 。

對於 TD-LTE 應用，使用者可以使用 SMW 的 USER 輸出（此範例中為標記 2）來觸發外部設備，例如 Signal Craft Technologies 的 SCOUT SC4410（USB-to-GPIO/串列轉接器），此裝置支援類似 RFEE 的介面，用於與 MIPI RFFE 裝置通訊 ，它可用於觸發 RFFE 命令至直流電源調變器和 PA，以實現 TDD 操作。

使用者可以將適當的 MIPI RFFE 命令載入 SC4410，例如一個啟用直流電源調變器和 PA 的命令，以及一個停用它們的命令，啟用命令在標記 2 訊號的上升邊緣觸發，停用命令在標記 2 訊號的下降邊緣觸發，當被觸發時，SC4410 會向連接的直流電源調變器和 PA 發送相應的 RFFE 命令，為了給啟用過程提供足夠的時間，可以透過選擇一個負的上升偏移來提前標記 2 的上升邊緣，在上面的範例中，標記訊號將在上行鏈路子訊框實際開始前 100 個樣本變為高電位，這為發送啟用命令留下了足夠的時間，使得直流電源調變器和 PA 在上行鏈路子訊框開始時已處於運作狀態 。
透過在非活動的下行鏈路子訊框期間停用直流電源調變器和 PA，可以進一步降低整體功耗，下圖說明了這一點。

圖說：RF 和 Vcc 的平行時域軌跡，顯示 PA 在下行鏈路子訊框期間被停用 。

附註：使用者可以使用 R&S®RTO 數位示波器來查看。