The goal for this thesis was to characterize an envelope tracking RF transmitter system and conclude possible benefits from it compared to existing solutions. Characterization was done with Matlab based measurement setup for a test board which consisted of an envelope modulator and a power amplifier. Measurements were done with two different types of power amplifiers.
Before performance measurements, measurement setup was build and verified. After the verification, delay was calibrated between the envelope and the radio frequency signal path. Delay calibration showed that the delay mismatch cannot be too high in order to keep sufficient linearity. The width of the delay budget was depending from the compression level of the power amplifier and the bandwidth of the signal. After delay calibration, the instantaneous input power and supply voltage for the power amplifier was linked with a mapping table. Aim of the mapping table was to provide constant gain behavior with sufficiently low phase distortion. Constant gain was achieved by adjusting the mapping table. The worst phase distortion was only 4 degrees so digital predistortion was not found mandatory for a final product.
Basic performance measurements were completed for different temperatures between −15 ℃ to +55 ℃. Basic measurements include adjacent channel power ratio and spectrum emission mask measurements. It was shown that increase of temperature deteriorated performance but still it was exceeding the targets. Advanced measurements were done in the room temperature and those included receiver band noise and load pull measurements. Receiver band noise was higher than with typical average power tracking solution, but it is not expected to cause significant receiver desensitization. The results for load pull measurements were good.
Finally, different mapping tables were studied and performance comparison between envelope tracking and average power tracking was done. Mapping table study showed that the available output power, system efficiency, adjacent channel power ratio and spectrum emission mask were strongly dependent on the used mapping table. Linearity and efficiency were considered simultaneously by using a sum of ACPR and system PAE as a figure of merit. Combined performance for envelope tracking was significantly better than for average power tracking with all three bandwidths which were measured.
Examined envelope tracking architecture was found to be a promising solution for mobile devices. Performance measurements denoted higher system efficiency and linearity than with existing solutions for high output powers. Few drawbacks for envelope tracking were found but when considering all the pros and cons, go / no go decision is dependent on the requirements and targets of the final product. / Tämän diplomityön tarkoituksena oli karakterisoida verhokäyräseuraajan sisältävä RF-lähetin ja päätellä sen mahdolliset edut aikaisempiin järjestelmiin nähden. Karakterisointi suoritettiin Matlab-pohjaisella mittausjärjestelmällä testilevylle, joka sisältää verhokäyräseuraajan ja RF-tehovahvistimen. Mittauksia tehtiin kahdella erityyppisellä vahvistimella.
Ennen suorituskykymittauksia mittausjärjestelmä rakennettiin ja sen toimivuus varmennettiin. Tämän jälkeen viive verhokäyräsignaalin ja radiotaajuisen signaalin välillä kalibroitiin. Viivekalibrointi osoitti, että viive tulee säätää tarkasti, jotta hyvä lineaarisuus säilytetään. Viivebudjetin leveyteen vaikutti tehovahvistimen kompressioaste ja käytetyn signaalin kaistanleveys. Viivekalibroinnin jälkeen hetkellinen tuloteho linkitettiin tehovahvistimen käyttöjännitteeseen ajokäyrän avulla. Ajokäyrän tarkoituksena oli tuottaa vakiovahvistus riittävän pienellä vaihevirheellä. Vakiovahvistus saavutettiin muokkaamalla ajokäyrää. Suurin vaihevirhe oli ainoastaan 4 astetta, joten digitaalisen esisärötyksen tarvetta lopputuotteelle ei löydetty.
Yksinkertaiset suorituskykymittaukset tehtiin eri lämpötiloissa välillä −15 ℃—+55 ℃. Ne sisälsivät viereisen kanavan tehon sekä spektrin emissiomaskin mittaamisen. Mittauksilla osoitettiin, että lämpötilan nostaminen heikensi suorituskykyä, mutta silti suorituskyky ylitti sille asetetut tavoitteet. Edistykselliset suorituskykymittaukset sisälsivät vastaanotinkaistan kohinan sekä impedanssiepäsovituksen mittaamisen ja ne suorittiin huoneenlämmössä. Vastaanotinkaistan kohina oli korkeampi kuin tyypillisellä keskimääräisen tehon seuraajalla, mutta sen ei arvioitu aiheuttavan merkittävää vastaanottimen epäherkistymistä. Tulokset impedanssiepäsovitukselle olivat hyviä.
Lopuksi useita eri ajokäyriä tutkittiin ja verrattiin verhokäyräseuraajan ja keskimääräisen tehon seuraajan suorituskykyä. Ajokäyrien tutkimukset osoittivat, että saatavilla oleva lähtöteho, järjestelmän hyötysuhde, viereisen kanavan tehon suhde sekä spektrin emissiomaski riippuivat voimakkaasti käytetystä ajokäyrästä. Sekä lineaarisuus että hyötysuhde otettiin huomioon vertailussa summaamalla viereisen kanavan tehon suhde järjestelmään lisätyn tehon hyötysuhteeseen. Yhdistetty suorituskyky verhokäyräseuraajalle oli huomattavasti parempi kuin keskimääräisen tehon seuraajalle kaikilla kolmella mitatulla kaistanleveydellä.
Tutkittu verhokäyräseuraaja on lupaava ratkaisu kannettaville laitteille. Suorituskykymittaukset osoittivat parempaa järjestelmän hyötysuhdetta ja lineaarisuutta korkeilla lähtötehoilla verrattuna nykyisiin ratkaisuihin. Muutamia haasteita verhokäyräseuraajalle löytyi, mutta kun otetaan huomioon kaikki plussat ja miinukset, päätös verhokäyräseuraajan käyttöönotosta riippuu lopputuotteen vaatimuksista ja tavoitteista.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:nbnfioulu-201306051498 |
| Date | 14 June 2013 |
| Creators | Tuovila, T. (Tommi) |
| Publisher | University of Oulu |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © Tommi Tuovila, 2013 |
Page generated in 0.0028 seconds