| 介紹
---EDGE是泛歐移動式無線通信系統(tǒng)的第三代技術(不同于第三代無線通信系統(tǒng)的WCDMA等), 其最主要的優(yōu)點是提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率,為GSM/GPRS數(shù)據(jù)傳輸率的3倍。 這也可以從EDGE的命名(Enhance Data rates for Global Evolution)中清楚得知, 這個新一代的標準能使手機使用者更加容易地傳送影像、網頁和一般的數(shù)字照片等, 而這些正是因為EDGE支持的數(shù)據(jù)傳輸率(data rate) 是GSM/GPRS的3倍的緣故。
---第三代的泛歐移動式無線通信系統(tǒng)必須同時支持不同的調制技術,也就是說GSM/GPRS所采用的0.3 GMSK及EDGE所使用的8-PSK都必須具備。而這樣的要求將使得在射頻部分要設計出一個低成本且低消耗電流的解決方案變得相對困難; 而EDGE所采用的8-PSK調制又會產生相對于GMSK較高的峰值平均比(Peak to Average Ratio),這使得EDGE調制對射頻功率放大器的線性度要求會變得較高, 從而使得在效率方面的表現(xiàn)會較不理想。為解決這樣的難題,我們可以采用極化調制（Polar Modulation）的設計方法來達到高效率及低功耗的要求。極化調制是一種可適用于各種調制的技術(如GMSK/GSM-GPRS, 8-PSK/EDGE, DAMPS, WCDMA等)。因為極化調制可使用飽和模式下的射頻電路及功率放大器設計來調制線性但非常數(shù)包絡(non constant envelop)的調制信號, 因此能降低電流,使效率提高。 極化調制
---圖1所表示的是極化調制的方塊圖,我們先對方塊圖做解釋, 以方便了解其工作原理。
---首先將二進制數(shù)據(jù)(binary data)的數(shù)字信息調制成向量(vector)式的I,Q信號, 這些I, Q信號再通過CORDIC運算,將I, Q信號轉變成幅度與相位分離的R,j信號, 也就是說我們把一個調制信號分離成兩個完全獨立的AM(Amplitude Modulation)及PM(Phase Modulation)信號, 然后再將常數(shù)包絡(constant-envelop)振幅大小不變的PM信號接到功率放大器的基極,將功率放大器驅動到飽和區(qū), 這樣就可以使功率放大器工作在非線性的飽和區(qū)而有最好的效率, 再將AM信號加入功率放大器的集電極, 則可在功率放大器的輸出將原信號合成回來。
---由于原信號分離成AM及PM后分別經由不同的路徑到達PA再合成起來, 所以我們必須將PA本身對這兩個路徑所產生的失真預先計算進來, 因此在R, (之后我們必須分別加上對AM及PM分別的失真校正,稱之為AM-AM distortion及AM-PM distortion。 圖1所表示的極化調制,一般慣稱為前向線性化(feed-forward Linearization),在這樣的設計中,必須特別注意功率放大器的增益失真度及時間延遲的補償,如此才能在功率放大器的輸出極正確地還原信號出來。原來的信號增益失真度主要是跟AM有關,而時間延遲則是與相位有關。 另外也還可以使用另一種反饋環(huán)路（feedback loop ）的設計如圖2所示。 這個反饋主要是用來補償因溫度變化, 材料老化等所造成的功率變化。
---我們可以歸納一下,之所以使用極化調制主要有以下幾個原因。①比較起線性I/Q 調制(linear I/Q modulation)的設計, 極化調制可以降低輸出頻譜的噪聲電平(noise level)及雜散電平（spurious level）。②可降低工作電流, 主要是由于功率放大器工作在高效率的飽和區(qū)。③由于極化調制的輸出極較不易受到負載(Loading)的影響, 故在射頻前端可省去額外的隔離器件(isolator)。④可以將GMSK及8-PSK調制整合到同一個設計中,使用同一組射頻線路及功率放大器。
---接著我們說明功率放大器如何將原信號合成作一介紹, 如圖3所示。 
---首先將一個振幅固定不變的相位調制信號輸入功率放大器的基極, 做為輸入信號,并且此輸入信號必須將功率放大器驅動到飽和區(qū)。 再將振幅調制信號輸入集電極,由于基極信號使功率放大器工作在開/關狀態(tài), 所以在輸出極的信號就好象一波形A(t)被((t)取樣一樣, 如Vrf(t)。
---這樣的E類設計使功率放大器工作在開/關狀態(tài),也就是高電壓時零電流,零電壓時高電流,而使功率損耗減到最低,并使得功率放大器的效率非常接近于其工作在飽和區(qū)時的效率,而這遠比在線性區(qū)時高了許多。目前市場上只有RF Micro Device采用這樣的設計。
---以上我們已簡略描述硬件的架構, 而在實際的硬件設計中,我們必須注意①相位及振幅的帶寬直接與鎖相回路的設計相關, 也就是說相位及振幅的帶寬必須大于符號字符數(shù)據(jù)率(Symbol data rate)的兩倍,振幅帶寬通常是1MHz, 而相位帶寬通常是2MHz。②相位及振幅在不同路徑的時間延遲一致(Alignment), 通常要求相位及振幅的時間差不能大于0.0325個字符, 也就是約100ns。③最后最重要的就是處理相位及振幅在功率放大器上的失真。因此在預失真(pre-distortion)的校正準確度上必須特別注意。
EDGE 數(shù)字信號
---談完極化調制的基本架構之后,應當再進一步說明EDGE的信號模型�；旧�,完整的EDGE應稱之為3/8(相移的8PSK信號,圖4所示為其數(shù)據(jù)字符串被處理成EDGE 格式(format)的流程。 
---這里我們假設dk∈{0,1}為數(shù)據(jù)字符串,其數(shù)據(jù)速率為fb=812.5kbps,而每3個比特就被組合起來并以格雷碼(Gray Code)的編碼方式編成8進制的數(shù)據(jù)字符(Symbol), 稱為符號字符。 因為是將3個比特做一個符號所以有8種組合就對應到Cn∈{0,1,2,3,4,5,6,7},如表1所示,而Cn的數(shù)據(jù)字符速率則為fs=fb/3=270.833kbps,如此就和GSM的符號字符速率(Symbol rate) 一樣, 而可使用與GSM一樣的數(shù)據(jù)帶寬。
---接著再使用這8進制的數(shù)據(jù)去做8-PSK的相位調制而產生 , 即大小為1, 相角分別各為0°,45°,90°, 135°,180°,225°,270°,315°的信號,如圖5所示,而每一個被調制后的相移字符再經由3π/8的相移后, 產生最后的累加性的8-PSK,Sn：
---加上累加相移后的8-PSK信號如圖6所示。這累加性的3π/8相移, 可使得整個調制信號在振幅方面變得較為平均之外,也可以避免所謂的過零點(zero crossing),也就是避免在不同字符間變換時,產生零振幅的可能。例如圖7,當字符從 [0,1,1]變到[1,0,1]時,會越過零點,而經過3π/8的相移,就能避免這樣的情形。
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結論
---極化調制并不是什么新的技術, 早在二十世紀三十年代, 就已被普遍地用在調幅(AM)廣播發(fā)射器的設計中。極化調制可說是相當好用的調制方式, 主要的優(yōu)點就是可以提高效率,提供較高的穩(wěn)定性,并且適用各種數(shù)字調制如GMSK, 8PSK, DAMPS,WCDMA所產生的I,Q信號, 這樣的架構也會產生比正交調制(I,Q Modulator)較高的載噪比 (Carrier to noise ratio)。而在EDGE手機的應用上,除了可以利用到極化調制適用各種調制技術的優(yōu)點之外, 也因為其極坐標(Polar)的架構, 使EDGE的高峰值平均比在功率放大器端得到最佳化的表現(xiàn), 不象GSM功率放大器一樣不能工作在這樣程度的飽和區(qū)。目前在市場上采用極化調制且最具代表性的產品就是RF Micro Device的Polaris 2 芯片組。其RF6003就是一個數(shù)字CMOS芯片處理GMSK及8-PSK的調制/解調,和CORDIC運算的器件。RF3144則是一個E類的功率放大器以實現(xiàn)極化調制。
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