Polar PA和Linear PA主要有什么不同？在应用的时候怎么区分使用？

wgz1004

RT    求助

sujie111

polar pa 是应用饱和PA实现线性PA的功能，这种系统收发机比较复杂，但PA效率较高
linear pa 本身就是线性的，但是效率较低。

buckaroo

呵呵
最近刚好在研究这个，抛砖引玉
首先，你的说法欠妥，因为不能说Polar PA就不是nonlinear PA了。通常PA分为以下几类：
1. OPLL， 这个大概是6年前左右2G手机里transmitter的主要架构，现在似乎很少有人用了。
2. DCT，direct conversion transmitter，直接上变频发射机，跟零中频接收机相反，一步上变频到RF频率。
3. Polar transmitter，极坐标发射机。
下面主要讲讲2和3的区别：
通常一个调制信号不外乎两种调制的可能：调幅和调频，调制后的信号可以写成fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t)), A(t)为幅度调制，ph(t)为角度调制。
如果我们直接先把相位ph(t)调制上去，再把幅度A(t)调制上去，就跟fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t))表达式一样，fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t))=A(t)*{cos(wc*t + ph(t))}，这就是极坐发射机，第一步相位调制通过sigma delta PLL直接调频（正式点叫做DFM，direct frequency modulation），第二步幅度调制通过一个mixer把幅度信息和刚才的PLL output混频实现。这个是最直接的想法，但是之前一直很少有人采用，主要是因为难以实现：PLL loop 参数需要calibration比如RC, Kvco，相位调制和幅度调制的延时要通过calibration来保证一致，这两者主要通过digital方法来解决。现在的系统越来越多地采用polar架构，因为如刚才我们所说，它只需要一个基本上已经存在的PLL，和一个mixer，相比DCT直接上变频发射机而言，Polar的area小很多（最直接的是Tx的DAC没有了！），所以面积是第一个优点，第二个优点是Polar架构再也没有Tx Pulling的问题，而这在DCT里是一个头疼的问题，需要更复杂的方法来产生LO（如果在偏上集成bulan的话），第三个优点是对于像GFSK之类的恒包络系统，AM直接省掉了，真是太方便了。但是，Polar还有一个 重要的缺点，到现在为止所有Polar实现的transmitter，基本都是窄带，像WLAN种种宽带系统，目前仅仅有学术性的研究，工业界还没有能够实现的，其难点就在于对于宽带的系统，要求DFM（上文刚提过，角度调制的PLL）的带宽很宽，PLL的带宽宽了，麻烦就出来了，spur，noise什么的都难搞定。更要命的是这些角度信息再传到PLL sigma delta之前通常还会通过oversampling技术来获得一个好的spectrum mask，导致带宽更宽。所以这个暂时还是一个难题。总之Polar结构会越来越多，相信三五年之后WLAN这种也不在话下。不过我不喜欢这个架构，因为太依赖digital了，大公司才玩得起。
DCT，这个就太成熟了。fc(t)=A(t)cos(wc*t + ph(t))=I(t)*coswct - Q(t)*sinwct，先把角度调制和幅度调制转成既包括幅度信息又包括角度信息的IQ信号，IQ信号送到一个DAC，再混频上去通过PA发送出去。优点是简单明了，过去多数情况下页基本上是采用的这个架构，缺点就是没有Polar的优点。

copylife

楼上讲得不错，补充一些如下：
1. 目前在做的2G上的TX时都比较喜欢用Polar，因为Polar的发射效率比较高，还因为Polar的带外噪声可以做的较好，GSM系统TX的发射噪声很难做，DCT要做到SAW-less是蛮困难的，不过Polar的设计复杂度要比DCT高很多。而在3G的TX中往往采用DCT，因为3G中TX的功率控制范围很大，精度要求很高，信号带宽很宽，而噪声则没有GSM那么难，这点Polar不是太好做；
2. 不太清楚楼上说的幅度通路通过Mixer来做，Polar通过IQ转换为幅度和相位分开的方法，在最后一级PA进行幅度和相位的合成（比如漏极调制），其中在窄带系统中，相位调制通常可以用PLL来实现，而幅度通路可以通过AM放大器来实现（如Envelop Tracking）。在宽带系统中其实可以采用类似DCT中的Mixer的IQ调制方法进行相位调制，不过这也失去了Polar低噪声、抗Pulling方面的优点；
3. 说下小信号Polar和大信号Polar，小Polar就是后面还是要加一级PA，大Polar则直接输出大功率。小Polar在效率方面改善应该不大，大Polar从设计角度来说就更难了，像RFMD，TriQuint，Skyworks这样有实力的公司才有可能，楼主所说的PA也许是这些公司提供大Polar-PA吧；
4. Polar的设计难点个人觉得有几个：第一，相位和幅度通路的Mismatch会造成EVM的恶化和频谱的扩展，因此往往需要预先进行时域的调整；第二，在宽带系统中直接用PLL进行相位调制很难，这是因为从IQ到PM的转换过程是一个非线性过程，也就是AM和PM的带宽要比IQ自身的信号带宽扩展了很多倍；第三，对于AM通路信号带宽也大大扩展了，为保证效率，AM通路往往采用高效率的放大器（类似于DC-DC），在漏极调制时，其输出信号的ripple又会影响TX的带外噪声；第四，调制信号在星座图上存在过零点，即信号幅度为零（且相位产生突变，2G中不存在该过零问题），这样在复杂调制方式下，对于漏极调制的PA能否实现幅度过零是个问题，因此在高峰均比调制方式下，个人觉得Polar的线性度得不到很好的保证。

严皮皮

都是牛人啊，学习中

严皮皮

都是牛人啊，学习中

jiangyanjin

都是牛人啊，学习中

liuqing2050

请问buckaroo   copylife 两位所在公司也在做Polar的研究么？ 我对这个也很有兴趣。有的Polar结构还是需要DAC吧？ 不知道大家对Outphasing构架有什么看法呢？

zhfykp

来学习

xiongzhh

MARK 一下，牛人！