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射频前端解决方案

文章出处:芯智讯 发布时间: 2017/07/31 | 509 次阅读

提到完美的移动体验,大多数人脑海里都会冒出极速下载、超长续航、低发热低功耗、纤细设计等要求,而这些卓越性能背后的支柱,却是一位鲜为人知的英雄——射频前端解决方案。

前段时间,在由咨询巨头和金融信息公司合并而成的IHS Markit发表的一篇报告中表示,从最早主要用于通话和短信的功能机,到下载速度快于很多家庭网络连接的智能手机,射频前端作(RFFE)为手机设计自问世以来最重要的一个环节,却一直以来都被忽视。如果没有适当的RFFE,设备根本无法连接到移动网络。一个设计合理的RFFE对于当前在手机性能、功能和工业设计方面的创新是至关重要的。

这个一向低调的射频前端(RFFE) 是移动电话的射频收发器和天线之间的功能区域,主要由功率放大器 (PAs) 、低噪声放大器 (LNAs) 、开关、双工器、滤波器和其他被动设备组成。以高通今年5月正式发布的Snapdragon 660/630移动平台为例,它们除了显著的性能提升、更长的电池续航时间以及极速LTE连接速度、极佳的拍摄和增强游戏体验,还包括了集成基带功能,以及包括射频前端(RFFE)、集成Wi-Fi、电源管理、音频编解码器和扬声放大器在内的软硬件组件,支持一套完整的移动解决方案。

深藏功与名的移动体验英雄竟是它——射频前端解决方案

在此前Snapdragon 660/630移动平台的发布会上,高通首次把先进的射频功能和技术放到了台面上。据了解,高通整体射频前端的技术大概可分为两部分,一部分是射频前端的技术和产品;另一部分是两个比较先进的射频前端技术:包络追踪和TruSignal天线增强技术。

射频前端,复杂而关键

手机先是经历从模拟信号到数字信号的转换,此后又历经2G、3G、4G几轮重大产业升级。在2G、3G时代频段较少,射频前端的价值相对比较低,复杂性也比较低。但当手机发展到4G早期,频段就增至16个,随着4G技术不断普及,“五模十三频”、“五模十七频”等也成为手机行业热词。而当前最流行的全网通,频段更是多达49个。等到2020年5G开始规模商用,届时诸如毫米波等频段将会增加。

深藏功与名的移动体验英雄竟是它——射频前端解决方案

其次,载波聚合组合发展非常迅猛。从LTE到LTE-Advanced演进过程中,更宽频谱的需求是影响演进的最重要因素,为此3GPP标准提出了载波聚合技术。它可以将多个载波聚合成一个更宽的频谱,同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起,能很好地满足LTE、LTE-Advanced系统频谱兼容性的要求,不仅能加速标准化进程,还能最大限度地利用现有LTE设备和频谱资源。载波聚合后最直观的好处就是传输速度的大幅度提升,延迟降低,有效改善网络质量,提升吞吐量,使网络负载更加均衡,尤其是在负载较重的时候效果会更明显。

载波聚合动态原理图

载波聚合是4G LTE的关键技术之一,报告中指出,随着每一代无线宽区域网络(WWAN)技术的发展,射频前端的复杂性也在不断增加。然而,与之前任何一代相比,最新一代的旗舰产品在射频内容和复杂性方面已经有了一个阶梯式跃进。从LTE-A到LTE-A Pro的升级可能是目前RFFE设计复杂程度最大的一次飞跃。

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△射频前端细分结构示意图

下行的载波聚合现在已经从两载波聚合发展到三载波聚合,甚至四载波、五载波聚合的要求,下行载波聚合要求的增加,会对双工器、四工器、甚至是五工器、六工器,增加出来很多新的需求。比如说,上行的载波聚合或者说高功率用户设备(HPUE)的需求,或者功率放大器(PA)的性能以及对功率放大器的要求提出新的挑战。

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不断扩展的载波聚合能力、更高阶的调制、更复杂的天线架构、越来越多的空间流以及LTE-U功能,对智能手机的RFFE提出了更加复杂的设计要求。射频前端厂商就需要提供一个集成化的解决方案。为此,高通与TDK深入技术合作,成立合资企业——RF360控股公司将帮助高通构建全面完整的射频前端技术产品组合,推出了一个完整的、高度集成化的方案。其方案集成优势和技术领先性,主要体现完整的射频前端核心技术组合、先进的模块集成功能、智能的调制解调器创新,以及从Modem到天线的完整解决方案。

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此外,高通在射频前端上的创新,还包括TruSignal天线增强技术和包括追踪技术。

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TruSignal,通信性能提升利器

其实,TruSignal天线增强纳入了主分集天线切换、天线调谐、高阶分集接收技术。此三种技术紧密配合,相得益彰:通过主分集天线切换能有效解决“死亡之握”提升信号质量减少掉话率,带来可靠、稳定的通话;天线调谐技术分成孔径调谐和阻抗调谐两种,通过调谐天线的匹配,来解决天线和PA之间的适配问题,带来更快的数据传输速率;而高阶分集接收则能通过增加分集来提升接收性能,在同等传输速率和吞吐率情况下,提高电池的续航能力。

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包络追踪技术,续航更持久

提到持久的续航时间,报告中还指出除了屏幕,RF前端是电池电量消耗最大部分之一。实现尽可能高效的功率放大器逐渐变得越来越重要,并产生了广泛的技术应用,比如高通的包络追踪(ET)技术,包络追踪是给PA供电的一个电源,平均功率追踪(APT)就是给PA供电的电压。平均功率追踪(APT)是在一段时间内提供一个固定的电压。而给PA供电的电压是跟着射频信号的包络来调整,以达到最大的省电效果。据悉,高通早在三四年前就推出了此技术,目前来看,其包络追踪方案和技术依然是业界最成熟的。之前一直应用于骁龙800系列中,通过骁龙660和骁龙630被首次带入了骁龙600系列,为更多的不同产品规划的厂商和不通层级的消费者提供先进的射频前端技术支持的持久续航。

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△包络追踪的原理

迎接未来的先进射频前端解决方案

IHS Markit的报告通过拆解搭载骁龙835的三星旗舰手机盖乐世S8/S8+对高通的射频前端解决方案表示肯定,也将高通的先进的射频解决方案再次推向了公众的视野。报告中还提到没有射频前端中几项技术的进步,就没有移动手机上的4G+和5G新无线电(NR)技术的发展。并预计,到2019年底,5G设备将投入商用,而支持5G技术的举措将进一步给RFFE带来压力。

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高通具备的完整的射频前端核心技术组合、先进的模块集成功能、智能调制解调器支持系统级创新、调制解调器到天线的解决方案,为厂商的差异化并具有竞争力的射频解决方案。相信高通未来可凭借雄厚的优势技术积累和极具前瞻性的创新布局,在射频前端市场为移动体验带来与众不同的体验。

技术资料出处:芯智讯
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