Was ist Envelope Tracking und was sind die Vorteile

von Jörg · Veröffentlicht 29. September 2017 · Aktualisiert 28. August 2019

Vorteile der Envelope Tracking-Technologie

Konventionelle PAs geben 80% der aufgenommenen Energie ungenutzt als Wärme wieder ab. So entfällt beispielsweise die Hälfte des Gesamtenergieverbrauchs in Mobilfunkbasisstationen alleine auf die PAs.

Abb. 1. Links: PA mit fester Versorgungsspannung. Rechts: Durch Envelope Tracking modulierte Versorgungsspannung.

Obwohl das Envelope Tracking bereits vor über 60 Jahren erstmals beschrieben wurde, wird es erst seit kurzem kommerziell eingesetzt. Der Hauptgrund hierfür ist die Schwierigkeit, einen Modulator zu konstruieren, der die Effizienz-, Bandbreiten- und Rauschanforderungen von Breitbandsignalen wie Multicarrier-Signalen von WCDMA, WiMAX oder DVB erfüllt.

Entwicklung und Validierung digitaler Vorverzerrungs-Algorithmen

Wenn man die Gate-Spannung am Transistor des PA in Echtzeit moduliert, wird dadurch das übertragene Signal verzerrt. Dieser Effekt kann durch eine digitale Vorverzerrung korrigiert werden. Die entsprechenden Algorithmen erzeugen innerhalb der Übertragungskette ein linearisiertes Ausgangssignal, das die Anforderungen an die Nachbarkanalleistung (Adjacent Channel Power, ACP) für alle relevanten Standards erfüllt.

Zur Implementierung des Envelope Tracking muss ein Modulator den PA immer im effizientesten Arbeitspunkt halten. Dazu wird die Versorgungsspannung des PA synchron mit der Einhüllenden des gesendeten Signals moduliert.

HF-Signal und entsprechendes Hüllkurvensignal.

Eine immer größere Zahl von Leistungsverstärkern unterstützt die Envelope Tracking-Technik, um die Effizienz zu verbessern und den Stromverbrauch zu reduzieren – beispielsweise in Smartphones und taktischen Sprechfunkgeräten. Das Envelope Tracking erfordert einen zusätzlichen Generator, der das Hüllkurvensignal für den DC-Modulator bereitstellt. Hüllkurvensignale erfordern eine hochgenaue anpassbare zeitliche Abstimmung mit dem HF-Signal, Shaping-Funktionen und eine Signalleistung mit optimaler spektraler Reinheit.

Das Verstärkerverhalten wird durch die Messung von Verzerrungen und die Analyse der Auswirkungen der Vorverzerrung charakterisiert. PAE-Messungen (Power Added Efficiency) erfordern zeitsynchrone Messungen der Eingangs- und Ausgangsleistung des Verstärkers sowie des entsprechenden Stromverbrauchs. Entscheidend ist eine hochpräzise Synchronisierung, was bei Verwendung mehrerer Testinstrumente eine große Hürde darstellt.