电池的使用时间是手机整体性能评估中最重要的参数之一，如何在既有的电池技术下利用适当的调变或是传输的方式来延长手机的通话时间一直都是整个无线通讯界最重要的课题。基本上可以透过下述的几个方法来增加手机的通话时间：
增加电池容量
以现有的电池技术而言要在短时间内透过新材料技术的开发来增加电池容量有其技术上的瓶颈。为了因应3G时代对高速资料传输的需求，在无法改善现有的电池技术下有必要利用一些数位通讯的技术来增加手机对电池的使用效率。
更强的频道编码（channel coding）技术
利用更强健的频道编码技术可以得到较大的编码增益（coding gain），因此可以降低对发射功率的要求，增加电池的通话时间。例如在WCDMA及cdma2000中利用涡轮编码器（turbo coder）来得到较大的编码增益因而降低发射功率。越复杂的频道编码技术可以获得更大的编码增益，但需要越强大的硬体及DSP的功能（cost issue），而且在做解码时所造成的讯号延迟越大（语音传输对讯号延迟是很敏感）。
传输技术的改善
利用非连续的传输（Discontinuous Transmission；DTX）或是槽状接收（slotted reception）等技术可以将整个接收机或是发射机的主动元件在闲置的时间（idle time）关闭，进而增加电池的通话及待机时间。过长的slotted duration虽可增加待机时间但是会造成较大的拨通阻塞率，而DTX的技术只适用于低速率的语音传输，在高速率的资料传输时便无法使用。
改善传输效率
影响手机传输效率的关键因素就是功率放大器（power amplifier；PA）的效率，在整个手机的架构中PA所消耗的功率最大，因此PA的效率会直接影响到手机的通话时间。要改善PA的效率可以透过IC的制程技术或是调变技术。目前PA的制程技术大抵为HBT（Hetero-junction Bipolar Transistor）或HEMT（High Electron Mobility Transistor）的技术，短时间内要透过新制程技术的开发来增加PA的效率并不太可行，因此惟有利用调变技术的改进来增加PA的效率进而延长手机的通话时间。
型塑滤波器（Pulse Shaping Filter）
在3GPP规格中所采用的形塑滤波器为根号升余玄滤波器（root raised cosine filter；SRRC）且其滚边因子（roll-off factor）为0.22。基本上SRRC滤波器是将一个RC滤波器（raised cosine filter；RC filter）拆成两部份，一个在发射器另一个则在接收器端，而其合成的效果会等同于一个RC滤波器。 (图一)显示一个RC滤波器被拆成两部份并分别配置在发射机和接收机。
(公式一)为SRRC滤波器的频率响应。越大的滚边因子代表着所占用的频宽越高，越小的滚边因子代表所占用的频宽就越小，如(图二)。滚边因子为0代表着砖墙式的滤波器（brick-wall filter）属性，所占用的频宽最小但在时域上会有很大的摆幅（ring），在时域上越大的摆幅代表着越高的PAPR值。
| 《图三 具有不同滚边因子的RRC滤波器的脉冲响应》 |
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| 《图三 具有不同滚边因子的RRC滤波器的脉冲响应》 |
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其中
：滚边因子
T：码片的周期
t：时间
目前的SRRC滤波器已经可以利用DSP的方式来实现。在DSP的实现上，越大的值代表着越快的脉冲响应die off，因此必须使用较短的FIR滤波器来实现。越短的FIR滤波器代表着较少的抽头（taps），这意味着在时间上具有较短的处理延迟（processing delay）。若要利用DSP来建构一个的理想滤波器，理论上会需要无限长的FIR滤波器来实现，这也意味着无限长时间的处理延迟。因此，只能利用SRRC滤波器来逼近一个理想的带通滤波器。
在RRC滤波器中不同的滚边因子在频域上会影响到占用的频宽，在时域上会影响脉冲响应讯号的摆幅。越大的讯号摆幅会造成讯号的轨迹向外散布（spread out）而要成高的PAPR值。
PA设计的考量（PA Design Considerations）
一般功率放大器（Power Amplifier；PA）的最佳效率会发生在其饱和值（saturation level）附近，因此大部份的PA和RF系统设计者会将PA的饱和值尽可能的调至发射的平均功率附近，这样便可达到最佳的PA输出效率。
这个任务对GSM系统而言是一件简单的工作，因为GSM的调变架构为GMSK，如(图四)所示，是属于constant envelope的格式，如(图五)所示，因此它没有所谓的峰值对平均功率比值（peak-to average power ratio；PAPR）的问题。 constant envelope的调变架构允许GSM的PA可以选择较不线性（linearity）但具有较高效率的设计方式，一般而言GSM PA的效率约可以达到50％。
| 《图四 GMSK调变的向量轨迹图（vector constellation diagram）》 |
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在EDGE及IS-136 TDMA的系统中所采用的调变架构分别为(图六)及的架构，利用在每个符码的取样时间分别旋转及来避免讯号轨迹通过原点。
上述的调变架构并不适用于3G（cdma2000 or WCDMA）手机。有别于传统的2G或2.5G手机一次只能传送单一频道，3G手机可以同时传输多重频道而且每一个频道的功率准位（power level）未必相同。在这种多频道同时传输的架构下会增加排列组合的复杂度，所以无法利用简单的constant-envelope的调变架构（例如GMSK），OQPSK或是IQ平面的旋转来降低零穿越（zero-crossings ）的发生机率。因此在3G系统上导入了一种称为正交复杂四相移键（Orthogonal Complex QPSK；OCQPSK）的调变架构来降低zero-crossings发生的机率，而低的zero-crossings意味着较低的PAPR值，可增加PA的效率以延长手机的通话时间。
影响手机通话时间的关键因素之一就是功率放大器的效率，在整个手机的架构中PA所消耗的功率最大，因此PA的效率会直接影响到手机的通话时间。要改善PA的效率除了透过IC的制程技术或新材料的导入外，另一方面是透过调变技术的改善来增加PA的效率。
一般PA的最佳效率会发生在其饱和值（saturation level）附近，因此大部份的PA和RF系统设计者会将PA的饱和值尽可能的调至发射的平均功率附近，这样便可达到最佳的PA输出效率。
(图七)为PA输入对输出的转移曲线。一般希望将PAPR值调至PA的线性区内，以确保讯号的线性放大。高PAPR值会造成PA的操作进入非线性区。 PA在非线性区具有如下的行为：
- ●在非线性区时讯号会被压缩，为了补偿非线性的输出必须从电池汲取更多的功率来确保线性操作。
- ●在非线性区时，若不补偿因非线性的转移曲线所造成得讯号压缩，在频谱上产生所谓的频谱重生（spectral re-growth）的效应而对邻频产生干扰（adjacent channel interference）。
WCDMA的复杂扰乱（Complex Scrambling for WCDMA）
W-CDMA上传方向的I/Q轴上的资料会被乘上长扰乱码（long scrambling codes），此码除了具备能够让基地台做用户的区分之外还会使讯号的向量轨迹图旋转，利用向量轨迹图的旋转来克服在I/Q轴上因不同的功率负载所产生的不对称。将利用(公式三)和(图八)(a)/(b)来说明I/Q轴上的资料乘上长扰乱码之后所造成的向量轨迹图的变化情形。
：资料讯号经展频之后的振幅（amplitude of information data after spreading）
：扰乱讯号的振幅（amplitude of scrambling code）
：资料讯号经展频之后的相位（phase of information data after spreading）
：扰乱讯号的相位（phase of scrambling code）
在图八(a)中，I轴和Q轴具有相等的功率分布，因此其星座图惟一典型的QPSK架构。经过长扰乱码的复数扰乱之后仍然维持QPSK的结构。图8(b)中原始的星座图因I/Q轴不相等的功率分布而扭曲成4-QAM的结构。经过复数扰乱之后可以将I/Q轴上的功率分布平均。
BPSK调变(BPSK Modulation)
HPSK调变也被称为正交复数的QPSK调变（Orthogonal Complex QPSK；OCQPSK），广泛的应用在3G手机的上传频道展频及调变上面。有别于传统的cdmaOne的上传频道架构，在3G系统上只要手机是在通话模式时至少会同时传输两个以上的频道，例如DPDCH及DPCCH。
传统使用在cdmaOne的上传调变格式OQPSK（offset QPSK）只能确保在传输单一频道的情形下可以避免产生zero-crossings（即讯号轨迹通过或极接近原点），而在3G时因使用I/ Q多工的关系至少会有两个以上的频道同时传输，因此无法利用像OQPSK这种简单的架构来避免zero-crossings的发生。 zero-crossing代表讯号轨迹图上相位的变动，相位的剧烈变动会造成讯号振幅产生较大的摆幅，如(图九)；在功率上面也会产生剧烈的变动，如(图十)。
| 《图十 因zero-crossing所产生的效应》 |
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(图十一)显示WCDMA下传和上传方向的讯号向量轨迹图。从图中可以清楚发现下传方向发生zero-crossings的机率约为上传方向的两倍，这是因为WCDMA的下传频道是采用QPSK的架构而上传频道则是采用HPSK的关系。因基地台无须考虑PA的性能及效率所以采用较简单的QPSK的架构而有利于手机接收器的解调，至于手机则须考量到其耗电及干扰的问题因此必须使用较为复杂的HPSK调变。
假设的讯号其相连的两个码片值相同，为了要达到这个假设可以利用偶数号（even numbered）的OVSF码来做展频，因偶数号的OVSF码的特色就是其相连的两个位元值是维持不变的。请看下面的例子来说明HPSK是如何将zero-crossings的发生机率减半。
有关(公式四)的图解法显示在(图十一)。
从图十一中可以发现只要利用偶数号的OVSF码来展频就能得到连续的两个码片具有相同的值，利用Walsh rotator作复数扰乱之后可以将这两个连续的码片分别逆时针及顺时针旋转。经过复数扰乱之后可以确保相邻的两个码片是被分离而不会被分离（会通过或极接近原点）。 (图十二)为W-CDMA HPSK调变的区块图。
当连续的讯号状态是相同时（状态不变），讯号的轨迹通常会有一个很大的过冲（overshoot）产生，这是因为有限频宽的形塑滤波器所造成的效应，而过大的overshoot会造成较大的PAPR值。使用偶数号OVSF码还有另一好处就是能够避免讯号轨迹产生overshoot，进而降低PAPR值。因为HPSK能将相同状态的连续两个讯号分别以逆时针及顺时针的方向旋转，利用此一特色即能避免讯号的状态会停留在同一位置上而产生overshoot的现象。
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超模压（Over-Molded）塑胶封装技术的演进，现在让高功率射频电晶体的研发业者，能将其元件封包在可靠的封装材料中，这些材料的性能可媲美陶瓷品。封装对于射频功率电晶体而言，可说是能否达到最高效能的关键因素。相关介绍请见「提升射频功率效能超模压塑胶封装为关键因素」一文。 |
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功率放大器（Power Amplifier；PA），用于射频发射器的前端，作用在放大将要由天线发送出去的资料讯号，以防止通道对资料讯号的干扰。 2003年，功率放大器的市场规模超过10亿美元，市场占有率最高的为RFMD占40.3％，其次为Renesas、Skyworks及Motorola，前四大厂商就囊括88％的市场。你可在「通讯关键零组件－功率放大器领导厂商分析 」一文中得到进一步的介绍。 |
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2005年9月美国第一大行动电话业者Verizon Wireless宣布与Lenovo合作推出内建CDMA2000 1x EVDO模组之NB后，又于2006年1月与HP合作。其次Cingular也跟随其脚步，利用其既有之W-CDMA网络，提供随处上网之服务。其余地区之3G行动通讯服务业者，也充分利用3G高系统容量与高速传输特性，纷纷提供3G上网服务，企图利用其行动通讯之Mobility特性，以抢夺Mobile Internet市场。在「无限vs无线－论行动通讯服务业者推3G上网对PWLAN之影响」一文为你做了相关的评析。 |
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功率放大器（PA）为无线通讯系统的基地台与行动电话提供了基本的功能。 3G的演进促进了基地台的MCPA（多载波功率放大器）的发展。行动电话用户的成长，提高了测试行动电话PA的需求，也使得功率放大器的需求面临更多的挑战。相关介绍请见「功率放大器的设计与测试」一文。 |
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快捷半导体（Fairchild Semiconductor）基于其WLAN功率放大器（PA）系列产品，推出高度整合的双频带WLAN功率放大器FMPA2151，提高的性能为802.11a/b/g WLAN应用（包括笔记型电脑、数位相机和手机）及减少PCB layout所占的面积。你可在「快捷半导体推出4×4mm双频带功率放大器」一文中得到进一步的介绍。 |
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美国Analog Devices（ADI）于3GSM全球大会上，展示其首款W-CDMA/EDGE WEDGE晶片组。据介绍，高度整合的SoftFone-W晶片组采用ADI的Blackfin处理器和类比讯号、混合讯号和射频技术。 SoftFone-W晶片组包括AD6902（Monza）数位基频处理器，AD6856 Stratos-W类比基频处理器、音讯、电源管理IC，以及AD6541和AD6547 Othello-W射频晶片。在「ADI在3GSM展示首款双频WCDMA/EDGE晶片组」一文为你做了相关的评析。 |
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