從4G到5G，高端智能手機(jī)射頻前端如何進(jìn)化？

從最早主要用于通話和短信的功能機(jī)，到下載速度快于很多家庭網(wǎng)絡(luò)連接的智能手機(jī)，射頻（RF）前端是一 直以來被忽視的一個(gè)部分。如今，大多智能手機(jī)用戶甚至都不知射頻前端為何物，但它仍然是手機(jī)設(shè)計(jì)自問世以來最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。射頻前端（RFFE） 是移動(dòng)電話的射頻收發(fā)器和天線之間的功能區(qū)域，主要由功率放大器 （PAs） 、低噪聲放大器 （LNAs） 、開關(guān)、雙工器、濾波器和其他被動(dòng)設(shè)備組成。如果沒有適當(dāng)?shù)腞FFE，設(shè)備根本無法連接到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，從而對于如今的用戶來說毫無用處。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的RFFE對于當(dāng)前在手機(jī)性能、功能和工業(yè)設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新是至關(guān)重要的。

隨著智能手機(jī)市場的不斷成熟，高端市場不斷推陳出新。早期的高端智能手機(jī)屏幕較小，電池壽命較短，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足以傳輸高清視頻或下載大文件。幸運(yùn)的是如果用戶不僅僅滿足于通話和短信而有更多需求，現(xiàn)在他們可以整日沉浸在自己手機(jī)上，尤其是自LTE手機(jī)誕生以來。在過去的幾年里，智能手機(jī)用戶的需求已經(jīng)得到了擴(kuò)展，一定程度上受益于于YouTube、Facebook和Twitter等社交媒體應(yīng)用的日益普及。這些應(yīng)用軟件加快了用戶生成內(nèi)容的生產(chǎn)和消費(fèi)，推動(dòng)了更快、更一致的下載和上傳速度。自LTE設(shè)備誕生以來，RFFE的復(fù)雜性顯著增加；設(shè)備的其他功能的改進(jìn)也在改善整體用戶體驗(yàn)方面獲得更多的肯定，但是這些改進(jìn)導(dǎo)致了一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的RFFE設(shè)計(jì)環(huán)境。

如今類似消費(fèi)視頻的用戶應(yīng)用體驗(yàn)持續(xù)增強(qiáng)，以至于成為智能手機(jī)用戶最常見的應(yīng)用行為之一。因此，隨著智能手機(jī)出貨量的增長，屏幕尺寸也隨之快速增大。屏幕在5英寸及以上的智能手機(jī)2016年出貨量占73%， 而一年前只有53%。大屏幕通常會(huì)拖累電池壽命，這也帶動(dòng)了更大的電池容量設(shè)計(jì)。這些變化和其他功能的改進(jìn)共同導(dǎo)致了關(guān)鍵RFFE組件的物理空間減少。與此同時(shí)，考慮到大尺寸屏幕對電池續(xù)航的影響，RFFE的設(shè)計(jì)要比以往更重視電源使用效率。

Gigabit LTE 與 射頻前端： 這很復(fù)雜

隨著每一代無線寬區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WWAN）技術(shù)的發(fā)展，射頻前端的復(fù)雜性也在不斷增加。然而，與之前任何一代相比，最新一代的旗艦產(chǎn)品在射頻內(nèi)容和復(fù)雜性方面已經(jīng)有了一個(gè)階梯式躍進(jìn)。從LTE-A到LTE-A Pro的升級可能是目前RFFE設(shè)計(jì)復(fù)雜程度最大的一次飛躍。

RFFE的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度標(biāo)準(zhǔn)隨著同一設(shè)備內(nèi)發(fā)射和接受通道的數(shù)量增加而提高。這通常與RFFE設(shè)計(jì)中使用的天線數(shù)量和支持的空間數(shù)據(jù)流的數(shù)量相關(guān)。正如在上圖Galaxy S6 Edge+和下圖S7 Edge中所看到的，在Cat 6和Cat 9/12設(shè)備之間，天線架構(gòu)保持相對不變，而在Cat 16 設(shè)備中將會(huì)看到天線數(shù)量的顯著增加。

隨著其擴(kuò)展的載波聚合能力、更高階的調(diào)制、更復(fù)雜的天線架構(gòu)、越來越多的空間流以及LTE-U功能，像Galaxy S8和S8+這樣新型高端智能手機(jī)的RFFE可以說是在它們發(fā)布時(shí)最復(fù)雜的智能手機(jī)射頻設(shè)計(jì)。

Galaxy S8和S8+是第一款支持Cat16 LTE的量產(chǎn)智能手機(jī)，其下行鏈路速率約為千兆比特每秒 （1Gbps） ，與上代旗艦級調(diào)制解調(diào)器支持LTE Cat12 600Mbps的速率相比有了顯著的提高。更快的下載速度不僅使終端用戶受益，而且還使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備受益。Cat16 LTE帶來更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，移動(dòng)設(shè)備更小的占空比，更延長的電池續(xù)航時(shí)間，同時(shí)也通過更高效的網(wǎng)絡(luò)交互釋放了網(wǎng)絡(luò)資源。此外，運(yùn)營商還可以通過像LTE-U這樣的技術(shù)來利用免牌照的頻譜。