| 介紹
---EDGE是泛歐移動式無線通信系統(tǒng)的第三代技術(shù)(不同于第三代無線通信系統(tǒng)的WCDMA等), 其最主要的優(yōu)點是提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率,為GSM/GPRS數(shù)據(jù)傳輸率的3倍。 這也可以從EDGE的命名(Enhance Data rates for Global Evolution)中清楚得知, 這個新一代的標準能使手機使用者更加容易地傳送影像、網(wǎng)頁和一般的數(shù)字照片等, 而這些正是因為EDGE支持的數(shù)據(jù)傳輸率(data rate) 是GSM/GPRS的3倍的緣故。
---第三代的泛歐移動式無線通信系統(tǒng)必須同時支持不同的調(diào)制技術(shù),也就是說GSM/GPRS所采用的0.3 GMSK及EDGE所使用的8-PSK都必須具備。而這樣的要求將使得在射頻部分要設(shè)計出一個低成本且低消耗電流的解決方案變得相對困難; 而EDGE所采用的8-PSK調(diào)制又會產(chǎn)生相對于GMSK較高的峰值平均比(Peak to Average Ratio),這使得EDGE調(diào)制對射頻功率放大器的線性度要求會變得較高, 從而使得在效率方面的表現(xiàn)會較不理想。為解決這樣的難題,我們可以采用極化調(diào)制（Polar Modulation）的設(shè)計方法來達到高效率及低功耗的要求。極化調(diào)制是一種可適用于各種調(diào)制的技術(shù)(如GMSK/GSM-GPRS, 8-PSK/EDGE, DAMPS, WCDMA等)。因為極化調(diào)制可使用飽和模式下的射頻電路及功率放大器設(shè)計來調(diào)制線性但非常數(shù)包絡(luò)(non constant envelop)的調(diào)制信號, 因此能降低電流,使效率提高。 極化調(diào)制
---圖1所表示的是極化調(diào)制的方塊圖,我們先對方塊圖做解釋, 以方便了解其工作原理。
---首先將二進制數(shù)據(jù)(binary data)的數(shù)字信息調(diào)制成向量(vector)式的I,Q信號, 這些I, Q信號再通過CORDIC運算,將I, Q信號轉(zhuǎn)變成幅度與相位分離的R,j信號, 也就是說我們把一個調(diào)制信號分離成兩個完全獨立的AM(Amplitude Modulation)及PM(Phase Modulation)信號, 然后再將常數(shù)包絡(luò)(constant-envelop)振幅大小不變的PM信號接到功率放大器的基極,將功率放大器驅(qū)動到飽和區(qū), 這樣就可以使功率放大器工作在非線性的飽和區(qū)而有最好的效率, 再將AM信號加入功率放大器的集電極, 則可在功率放大器的輸出將原信號合成回來。
---由于原信號分離成AM及PM后分別經(jīng)由不同的路徑到達PA再合成起來, 所以我們必須將PA本身對這兩個路徑所產(chǎn)生的失真預(yù)先計算進來, 因此在R, (之后我們必須分別加上對AM及PM分別的失真校正,稱之為AM-AM distortion及AM-PM distortion。 圖1所表示的極化調(diào)制,一般慣稱為前向線性化(feed-forward Linearization),在這樣的設(shè)計中,必須特別注意功率放大器的增益失真度及時間延遲的補償,如此才能在功率放大器的輸出極正確地還原信號出來。原來的信號增益失真度主要是跟AM有關(guān),而時間延遲則是與相位有關(guān)。 另外也還可以使用另一種反饋環(huán)路（feedback loop ）的設(shè)計如圖2所示。 這個反饋主要是用來補償因溫度變化, 材料老化等所造成的功率變化。
---我們可以歸納一下,之所以使用極化調(diào)制主要有以下幾個原因。①比較起線性I/Q 調(diào)制(linear I/Q modulation)的設(shè)計, 極化調(diào)制可以降低輸出頻譜的噪聲電平(noise level)及雜散電平（spurious level）。②可降低工作電流, 主要是由于功率放大器工作在高效率的飽和區(qū)。③由于極化調(diào)制的輸出極較不易受到負載(Loading)的影響, 故在射頻前端可省去額外的隔離器件(isolator)。④可以將GMSK及8-PSK調(diào)制整合到同一個設(shè)計中,使用同一組射頻線路及功率放大器。
---接著我們說明功率放大器如何將原信號合成作一介紹, 如圖3所示。 
---首先將一個振幅固定不變的相位調(diào)制信號輸入功率放大器的基極, 做為輸入信號,并且此輸入信號必須將功率放大器驅(qū)動到飽和區(qū)。 再將振幅調(diào)制信號輸入集電極,由于基極信號使功率放大器工作在開/關(guān)狀態(tài), 所以在輸出極的信號就好象一波形A(t)被((t)取樣一樣, 如Vrf(t)。
---這樣的E類設(shè)計使功率放大器工作在開/關(guān)狀態(tài),也就是高電壓時零電流,零電壓時高電流,而使功率損耗減到最低,并使得功率放大器的效率非常接近于其工作在飽和區(qū)時的效率,而這遠比在線性區(qū)時高了許多。目前市場上只有RF Micro Device采用這樣的設(shè)計。
---以上我們已簡略描述硬件的架構(gòu), 而在實際的硬件設(shè)計中,我們必須注意①相位及振幅的帶寬直接與鎖相回路的設(shè)計相關(guān), 也就是說相位及振幅的帶寬必須大于符號字符數(shù)據(jù)率(Symbol data rate)的兩倍,振幅帶寬通常是1MHz, 而相位帶寬通常是2MHz。②相位及振幅在不同路徑的時間延遲一致(Alignment), 通常要求相位及振幅的時間差不能大于0.0325個字符, 也就是約100ns。③最后最重要的就是處理相位及振幅在功率放大器上的失真。因此在預(yù)失真(pre-distortion)的校正準確度上必須特別注意。
EDGE 數(shù)字信號
---談完極化調(diào)制的基本架構(gòu)之后,應(yīng)當再進一步說明EDGE的信號模型�；旧�,完整的EDGE應(yīng)稱之為3/8(相移的8PSK信號,圖4所示為其數(shù)據(jù)字符串被處理成EDGE 格式(format)的流程。 
---這里我們假設(shè)dk∈{0,1}為數(shù)據(jù)字符串,其數(shù)據(jù)速率為fb=812.5kbps,而每3個比特就被組合起來并以格雷碼(Gray Code)的編碼方式編成8進制的數(shù)據(jù)字符(Symbol), 稱為符號字符。 因為是將3個比特做一個符號所以有8種組合就對應(yīng)到Cn∈{0,1,2,3,4,5,6,7},如表1所示,而Cn的數(shù)據(jù)字符速率則為fs=fb/3=270.833kbps,如此就和GSM的符號字符速率(Symbol rate) 一樣, 而可使用與GSM一樣的數(shù)據(jù)帶寬。
---接著再使用這8進制的數(shù)據(jù)去做8-PSK的相位調(diào)制而產(chǎn)生 , 即大小為1, 相角分別各為0°,45°,90°, 135°,180°,225°,270°,315°的信號,如圖5所示,而每一個被調(diào)制后的相移字符再經(jīng)由3π/8的相移后, 產(chǎn)生最后的累加性的8-PSK,Sn：
---加上累加相移后的8-PSK信號如圖6所示。這累加性的3π/8相移, 可使得整個調(diào)制信號在振幅方面變得較為平均之外,也可以避免所謂的過零點(zero crossing),也就是避免在不同字符間變換時,產(chǎn)生零振幅的可能。例如圖7,當字符從 [0,1,1]變到[1,0,1]時,會越過零點,而經(jīng)過3π/8的相移,就能避免這樣的情形。
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結(jié)論
---極化調(diào)制并不是什么新的技術(shù), 早在二十世紀三十年代, 就已被普遍地用在調(diào)幅(AM)廣播發(fā)射器的設(shè)計中。極化調(diào)制可說是相當好用的調(diào)制方式, 主要的優(yōu)點就是可以提高效率,提供較高的穩(wěn)定性,并且適用各種數(shù)字調(diào)制如GMSK, 8PSK, DAMPS,WCDMA所產(chǎn)生的I,Q信號, 這樣的架構(gòu)也會產(chǎn)生比正交調(diào)制(I,Q Modulator)較高的載噪比 (Carrier to noise ratio)。而在EDGE手機的應(yīng)用上,除了可以利用到極化調(diào)制適用各種調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點之外, 也因為其極坐標(Polar)的架構(gòu), 使EDGE的高峰值平均比在功率放大器端得到最佳化的表現(xiàn), 不象GSM功率放大器一樣不能工作在這樣程度的飽和區(qū)。目前在市場上采用極化調(diào)制且最具代表性的產(chǎn)品就是RF Micro Device的Polaris 2 芯片組。其RF6003就是一個數(shù)字CMOS芯片處理GMSK及8-PSK的調(diào)制/解調(diào),和CORDIC運算的器件。RF3144則是一個E類的功率放大器以實現(xiàn)極化調(diào)制。
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