高頻/mMIMO掀起技術革命　模組化PA助力5G基地台設計(2)

PAM助攻小型高頻5G基地台

(承前文)作為一位技術「愛好者」，您或許想知道當前的技術解決方案如何滿足5G基地台系統的需求。儘管目前各種技術都可以在設計中發揮作用，但只有最佳的技術才能滿足當今的5G標準需求，為無線通訊業者提供小巧且高效的解決方案。以下將介紹一種尖端的解決方案，能夠讓基地台系統建設更快、更容易、更可靠，同時滿足前文提到的5G需求。

此方案為氮化鎵(GaN)功率放大器模組(PAM)，其為封裝小巧、高度整合的RF功率裝置。如圖4所示，PAM是高效且有效地完成RF前端設計的一塊關鍵拼圖。

PAM針對mMIMO 5G基地台進行最佳化，輸入和輸出阻抗皆可優化至50歐姆，並且相較於分立式PA解決方案，占用空間大幅減少。與需要進行PA調諧和匹配的分立式PA解決方案不同，PAM解決方案無需PA或Doherty PA系統級PCB匹配，即可實現最佳效能，因此能夠提升最終系統產量並縮短設計週期。

此外，經過整合的PAM包含工廠預程式設計(Factory-programmed)的整合偏置控制器。該控制器可在工作溫度範圍內調整閘極偏置，確保模組的最佳效能。新型裝置同時也具備適合C頻段及以上頻段的大頻寬效能。由於效率和線性度有所改進，基地台系統也能受益於這些優點。

GaN PAM如何滿足市場需求

廠商如Qorvo開發GaN和PAM技術以滿足無線基礎設施市場不斷變化的需求，透過GaN技術，將可打造符合市場效能要求，以及基地台原始設備製造商(OEM)和蜂巢式網路營運商期望的解決方案。以下將逐一探討PAM如何達到市場需求。

首先，5G基地台天線設計正不斷發展，涵蓋更多RF前端天線和更寬的頻率範圍。這一變化雖然會降低系統的整體功率水準，但同時也增加複雜度，要求PA更加高效且線性度更高。GaN技術的進步使PA在效率和線性度方面都得到提升，例如Qorvo的GaN技術便可使PA和PAM的整體效率達到48%，同時誤差向量幅度(EVM)低於2%，相鄰頻道洩漏比(ACLR)在採用線性化技術後達到50dBc。如此一來將可降低營運商和OEM的能耗，推動更加環保的基地台系統。以下將討論各項參數優化對於5G生態系統的影響。

• 效率提升：這意味著使用更少的能源，產生更少的熱量。因此，系統設計師可以打造更簡單、更輕便的設計，無需複雜的熱管理。這有助於降低營運支出(OPEX)、縮短開發時間，並構建更可靠的系統。
• 線性度提高：隨著蜂巢式網路頻段的擴展和頻寬的增加，系統設計必須保證在所需頻段內精確傳輸訊號而不洩漏至鄰近頻段。例如，蜂巢式C頻段接近航空公司使用的頻率，因而在系統設計中提高線性度，可最大限度地減少不必要的訊號輻射。
• 改善的EVM：提升訊號品質並降低誤碼率，可增強資料傳輸及接收的準確性。ＥVM透過測量實際訊號點與星座圖上的理想位置偏差，以評估此指標。EVM作為數位無線電系統效能的關鍵指標，在RF系統中，高EVM意味著低品質，原因可能包括熱雜訊、相位雜訊，以及功率放大器在幅度和相位上的不一致回應等。

對於5G-Advanced技術而言，更加小型的元件對於將眾多RF前端和天線整合進小空間，以滿足高頻需求至關重要；由此可見，在PA設計和整個系統中實現更小的尺寸已然成為關鍵。在半導體領域中，「整合」是縮小尺寸的其中一個有效策略，而PAM在這方面表現尤其出色(圖5)。PAM將包括控制器在內的多個功能整合到單個單元中，同時仍達到或超過5G基地台設計的效能標準。這不僅使得封裝更小、更高效，由於PAM自帶內置50歐姆輸入輸出匹配，更消除了對單獨匹配元件的需求。最終，系統設計得以簡化，並降低了成本。

PAM奧援新型RF基地台演進

目前的RF基地台系統正變得越來越小型、需要更寬的RF頻寬、更高的頻率，同時採用大規模多輸入多輸出(mMIMO)和波束成形技術，並且必須更輕、更小、更環保、更可靠。滿足這些需求並非易事，但在基地台設計不斷進步的同時，其中使用的技術也正在持續演進。PAM的引入便體現出這樣的進步，以高度整合的裝置使系統設計變得更簡單，並滿足當今所有系統級要求。若系統設計工程師能夠以更短的設計週期將產品快速推向市場，也代表OEM將能進一步滿足客戶的設計與實作計畫。

(本文作者Jeff Gengler為Qorvo射頻應用工程總監；David Schnaufer為技術行銷經理)

高頻/mMIMO掀起技術革命　模組化PA助力5G基地台設計(1)

高頻/mMIMO掀起技術革命　模組化PA助力5G基地台設計(2)