簡單聊聊幾個(gè)常見功率的參數(shù)

01 射頻功率的定義

在低頻電路中，信號(hào)的大小通常都是用電壓或者電流來表示的，而在射頻電路中，由于傳輸線上存在駐波，電壓和電流失去了唯一性，所以射頻信號(hào)大小一般是用功率來表示的。

功率被定義為單位時(shí)間內(nèi)的能量流，國際通用的功率單位是W（瓦），其定義為J/s（焦耳/s）,在行波條件下，射頻功率也可以采用類似低頻電路的表達(dá)方式：

在上述公式中，P為功率（W），I為電流（A），V為電壓（V），而Z0為無損傳輸線的特征阻抗。

02 平均功率

“平均功率”一詞通常用于射頻和微波系統(tǒng)，與之相對(duì)的是瞬時(shí)功率。瞬時(shí)功率變化得太快，因此沒有意義。平均功率是在具有最低頻率分量的時(shí)間段內(nèi)傳遞的平均能量。功率傳輸始終是一個(gè)正值，不像電壓和電流（可以在正負(fù)值之間波動(dòng)）。

平均功率不依賴于調(diào)制類型和載頻數(shù)量。絕大多數(shù)的發(fā)射系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了平均功率及其誤差范圍。如FM廣播發(fā)射機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的輸出功率允許偏差應(yīng)在額定功率的10%范圍內(nèi)。同時(shí)工程師判斷系統(tǒng)性能及是否需要做系統(tǒng)維護(hù)或者校準(zhǔn)提供有力證據(jù)。

03 峰值功率

峰值功率就是載頻功率的峰值。通常概率取為0.01%。通過測量峰值功率可以檢測發(fā)射機(jī)是否過載。如果已調(diào)信號(hào)上升沿出現(xiàn)過沖，可能會(huì)對(duì)元器件造成傷害，導(dǎo)致系統(tǒng)丟包，增加系統(tǒng)的誤碼率。

峰值功率示意圖

04 峰均比

峰值功率既是只以某種概率出現(xiàn)的肩峰的瞬時(shí)功率。通常概率取為0.01%。

平均功率是系統(tǒng)輸出的實(shí)際功率。在某個(gè)概率下峰值功率跟平均功率的比就稱為某個(gè)概率下的峰均比，單位為dB。對(duì)于功率測量而言，峰均功率比可用于評(píng)估一個(gè)數(shù)字調(diào)制的射頻信號(hào)的共性，測試工程師只需要了解被測信號(hào)的峰均功率比，即可判斷其功率的大小。如果峰均比太大，發(fā)射機(jī)發(fā)射出的信號(hào)可能會(huì)失真，對(duì)放大器的線性要求高。

峰值功率 vs 平均功率

峰均比的應(yīng)用有兩種：

1、 在射頻中用來評(píng)價(jià)器件非理想線性帶來的影響。

2、 在調(diào)整方式上的不同，這里基本的先了解單載波和多載波。

（1）峰均比可以用來評(píng)價(jià)器件(基帶DAC和RF的HPA)非理想線性帶來的影響，所以在實(shí)際中峰均比越大的信號(hào)，在應(yīng)用相同非線性器件時(shí)需要引入越大的功率回退。但在實(shí)際中信號(hào)中可能有很多小于峰值的次峰，峰均比不能表示出來，但是略小于峰值的次峰，那么非線性對(duì)信號(hào)的畸變影響并不大。當(dāng)然，PAPR 只是一個(gè)簡單的指標(biāo)，并不能完全確定信號(hào)受非線性的影響。邏輯上用幅度的概率分布應(yīng)該會(huì)更精確一些，但是實(shí)際應(yīng)用會(huì)很麻煩。

（2）對(duì)于單載波和多載波的峰均比是有些不同的：

正弦波（單載波）有峰均比一說。這個(gè)比值是峰值功率跟均值功率的一個(gè)比，是時(shí)間域測量結(jié)果。既然是時(shí)域的結(jié)果，就一定要附上采樣時(shí)間。比如正弦波，你關(guān)心它的一個(gè)周期內(nèi)的特性，在一個(gè)周期采很多點(diǎn)，那得到數(shù)據(jù)就會(huì)有峰均比。如果關(guān)心幾個(gè)周期，每個(gè)周期只有一個(gè)點(diǎn)，那么結(jié)果就是沒有峰均比。平時(shí)在通信里面的峰均比都是取寬帶信號(hào)，也就是關(guān)心多個(gè)周期的數(shù)據(jù)。那么在多個(gè)正弦波（多載波）時(shí)候，由于相位影響，周期與周期間功率是不一樣的，也就會(huì)出現(xiàn)峰均比。一般不太關(guān)心一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)功率變化。

對(duì)于IQ調(diào)制信號(hào)，我們通常測一個(gè)或幾個(gè)slot的能量，多個(gè)chip的數(shù)據(jù)，也是時(shí)域測量。這是在一定采樣時(shí)間上面得到的，不太關(guān)心，某個(gè)chip的電壓變化。

以下為書上的解釋：

05 互補(bǔ)積累分布函數(shù)（CCDF）

CCDF定義為正向功率超過給定門限的概率。

功率計(jì)每隔一段時(shí)間對(duì)功率采樣一次，并和用戶設(shè)定的門限值比較，超過門限的時(shí)間與總時(shí)間的關(guān)系就是CCDF。如PAR=9.1@0.1%,各種概率下的峰均比就形成了CCDF曲線（互補(bǔ)累積分布函數(shù)）。在概率為0.01%處的PAR，一般稱為CREST因子。

審核編輯：劉清