效率/雜訊問題挑戰重重　802.11n系統考驗PA設計

802.11n採用正交多頻分工(OFDM)技術，其峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio)需求約為 7dB。這意味著如果系統需求的平均功率為19 dBm，PA設計的峰值功率就必須達到26dBm左右。此一規格為802.11n PA設計帶來了第一項挑戰：對於50歐姆的負載，26dBm相當於13伏特的峰值電壓。由於WLAN PA的工作電壓一般為3.3伏特，因此必須利用被動元件來完成電壓變換的工作，但晶片尺寸的限制又要求把這些被動元件整合到PA或前端模組中。  

另一個值得設計人員注意的重點是PA的效率。在PA中，效率被定義為平均射頻(RF)功率輸出與平均直流電(DC)功率輸入之比。多年來，高效率一直是PA設計人員的主要目標之一。對今日的802.11n系統而言，由於多重輸入多重輸出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)架構中採用了多個無線電和天線，效率更是前所未有的重要。例如在筆記型電腦應用中，PA的效率便會對系統設計產生重大影響，因為筆記型電腦的PCI Express微型卡的功率總預算為3瓦，PA必須有很高的效率，否則便無法在此一功耗限制下滿足輸出功率的需求。  

值得一提的是，功率放大器能在最大的電壓下工作是最理想的，所以行動和可攜式應用設備一般讓電池直接為PA供電，不作任何額外調節。這表示電池的電力殘存量將影響系統對PA的供電電壓，其範圍有可能從2.3伏特(快耗盡的電池)到5.5伏特(充電中的電池)。在這種環境下運作的PA通常會利用額外的電路和/或新穎的元件技術來確保供電電壓的穩定度和可預測性能，如筆記型電腦中的PA通常可連接已經過調節的3.3伏特電源，使設計更簡單直接。  

線性度與噪訊性能決定產品是否合乎規範  

事實上，MIMO技術除了對802.11n的PA功耗與效率帶來挑戰之外，也對訊號品質與干擾要求更加嚴苛，因為系統中各個無線電的雜訊會產生相互疊加的情況。  

理論上，理想的線性PA應該只從輸入訊號產生原始頻率，但實際上，PA的非線性會由於互調失真(Inter-modulation Distortion, IMD)的緣故而引入新的頻率，從而產生頻外訊號，干擾相鄰的使用者。對此，相應的規格參數是相鄰通道功率(Adjacent Channel Power, ACP)，它必須符合標準組織所訂定的相關規格。另一方面，非線性還會產生導致資料流程錯誤的頻內訊號，此一效應可由誤差向量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)參數來量度，對發射器的調變精度進行量化。  

關於EVM規格，工程師還應該注意的重點是，由於802.11n採用脈衝模式分時雙工(Time Division Duplex, TDD)技術，因此其訊號路徑的特性必須在每一個突發脈衝(Burst)的開始時儘快穩定。在現實環境中，發射器的開和關都很迅速，導致性能可能下降。因此，系統設計者必須了解突發工作模式下PA的動態EVM(這種EVM與元件在連續發射模式下測得的靜態EVM相對)。這種動態行為特性取決於放大器的熱特性、去耦裝置甚至元件的物理特性，所以最好是在模組階段即由PA廠商進行最佳化。一個成功的PA設計無論在靜態和動態工作模式下，其EVM值都應達到3%。  

與其他無線技術共存必須納入考量  

在802.11n加速發展的同時，全球微波存取互通介面(WiMAX)標準802.16也不斷演進。要確保PA能夠處理與WiMAX 系統之間的共存和移植(Migration)問題，必須確定PA供應商可以同時支援這兩種標準。一般而言，相較於無線區域網路，WiMAX需要更高的輸出功率和更好的功率控制功能。要注意的是，WiMAX的初級頻帶範圍為2.5G～2.7GHz，非常接近 802.11n的2.4G～2.5GHz頻帶，故以一個PA同時支援802.11n和WiMAX射頻系統是可行的，且有助於降低成本和縮小系統尺寸。  

關於802.11n PA的另一個共存問題則是與蜂巢網路系統共存。目前有許多智慧型手機會整合無線區域網路收發功能到系統中，如果手機同時具備兩種無線電收發器，則一個發射器產生的頻外輻射可能落在另一個無線電的接收通帶(Passband)上，並導致其性能下降，甚至斷訊。為了解決兩收發器共存的問題，工程師可以直接在PA後增加濾波器來限制輻射，但這種解決法會導致設計者必須選用輸出功率更高的PA，因為這些濾波器一般都有2dB的插入損失(Insertion Loss)，所以有37%的發射功率會浪費在濾波器中。若在智慧型手機應用中，工程師最好選用可以其他方法解決這類干擾問題的PA。  

最後，工程師在為802.11n系統選擇PA時，將面對著嚴格的尺寸限制。有些為MIMO而設計的最先進前端模組(圖1)整合了多個PA、低雜訊放大器 (LNA)、功率檢測器、濾波器、雙工器及開關。有了這種高整合度，PA及其相關電路的所占的面積就與現有的802.11g解決方案差不多。

圖1　整合多個PA、功率檢測器、耦合器、濾波器、雙工器及開關的前端模組示意圖。