Linearisierungsverfahren

Das Fraunhofer IIS entwickelt anwendungsspezifisch angepasste Linearisierungsverfahren für HF-Endverstärker, um verzerrungsfreie und leistungseffiziente Signalverstärkung zu ermöglichen. Unser umfassendes Know-how im Bereich der Verstärkerentwicklung für verschiedenste Funkübertragungsstandards ermöglicht die fachkundige Beratung hinsichtlich geeigneter Linearisierungsverfahren sowie deren Simulation und Umsetzung.

Folgende Linearisierungsverfahren wurden bereits mit Erfolg in der Praxis getestet:

• Analoge Vorverzerrung
• Adaptive digitale Vorverzerrung
• Feed Forward
• Cartesian und Polar Loop
• LiST (Linear amplification using sampling techniques)

Die durchgeführten Simulationen stellen im Entwicklungsprozess die Basis für eine spätere erfolgreiche Realisierung in unterschiedlichen Anwendungen wie Basisstationen, mobilen Endgeräten oder Rundfunksendern dar.

Mit der Zunahme drahtloser Kommunikationsverbindungen steigen auch die Ansprüche an die HF-Endverstärker der Kommunikationssysteme: Sie müssen einen hohen Wirkungsgrad erreichen und zugleich extrem geringe Nachbarkanalstörungen aufweisen. Hierbei stoßen bisher eingesetzte Verfahren an ihre Grenzen.

Viele der eingesetzten digitalen Modulationsverfahren, wie QAM (quadrature amplitude modulation) oder OFDM (orthogonal frequency division multiplex) führen kurzzeitig zu hohen Spitzenleistungen im Signal. Diese müssen möglichst verzerrungsfrei verstärkt werden, um Intermodulationsprodukte zu vermeiden, die die Bitfehlerrate erhöhen und Störungen im Nachbarkanal erzeugen. Gewöhnlich wird eine hohe Verstärkerlinearität durch einen Klasse-A-Arbeitspunkt erzielt. Der Wirkungsgrad bei Klasse-A-Betrieb ist allerdings sehr niedrig. So führt der hohe Stromverbrauch bei stationär betriebenen Sendern und Basisstationen zu entsprechend hohen Betriebskosten, bei batteriebetriebenen Mobilgeräten zu kurzen Standby- bzw. Sprechzeiten.

Für eine verzerrungsfreie und energieeffiziente Signalverstärkung werden zunehmend leistungsfähigere Verstärker eingesetzt. Die Transistoren werden dabei in einem leistungseffizienteren Arbeitspunkt betrieben (beispielsweise Klasse -AB oder -B, ggf. auch Klasse -C bis -F). Zudem kommen Technologien zum Einsatz, die dafür sorgen, dass der Wirkungsgrad des Verstärkers auch bei geringer Aussteuerung noch hoch ist, wie zum Beispiel das Doherty-Verfahren oder Envelope Tracking. Um auch in diesen Fällen hohe Linearitätseigenschaften zu erreichen, werden spezielle Linearisierungsverfahren eingesetzt. Wichtige Entscheidungskriterien sind hierbei Bandbreite, Linearisierungsgewinn, Realisierungsaufwand, Leistungsaufnahme, Adaption bei schwankenden Betriebsbedingungen und Stabilität.