3G/4G無線通訊技術(shù)的契機(jī)與挑戰(zhàn)

在技術(shù)不斷演進(jìn)下，無限通訊技術(shù)的發(fā)展腳步逐漸從已臻成熟的3G邁向4G通訊技術(shù)，目前國際電信聯(lián)盟（ITU）認(rèn)可的4G技術(shù)包括WiMAX、LTE、與TD-LTE。4G除了需與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)兼容外，同時要有更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更低時延、更低的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本。

此外，由于通訊終端能做更多的事情，例如除語音通訊之外的多媒體通訊、遠(yuǎn)端控制等，它也提供異業(yè)結(jié)盟的更多可能性，多家廠商看好其發(fā)展前景。

本報導(dǎo)由零組件雜志獨(dú)家專訪美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)市場經(jīng)理林偉山，內(nèi)容將探討從2G到4G的手機(jī)技術(shù)演進(jìn)與設(shè)計需求。

從2G到3G/4G，其技術(shù)層面最大的差異為何？

林偉山：從消費(fèi)者需求的角度看，4G能為用戶提供更快的速度并滿足其更多的需求。行動通訊之所以從類比到數(shù)位、從2G到4G以及將來的演進(jìn)，最根本的推動力是用戶需求由無線語音服務(wù)向無線多媒體服務(wù)轉(zhuǎn)變，他們要求更快速的傳輸速度、更穩(wěn)定的質(zhì)量與更高質(zhì)量的影音服務(wù)。在此潮流下，對便攜式設(shè)備的設(shè)計人員也帶來了更多挑戰(zhàn)，如何提供更全面的電源管理、提升系統(tǒng)效率與穩(wěn)定及消費(fèi)者增進(jìn)影音體驗(yàn)就成為重要的課題。

整體來看，3G/4G技術(shù)發(fā)展為用戶帶來更快速的數(shù)據(jù)傳輸、更優(yōu)質(zhì)的使用經(jīng)驗(yàn)，但也必須克服相關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)，才能為無限通訊技術(shù)發(fā)展開創(chuàng)更美好的康莊大道。

分析3G/4G傳輸技術(shù)目前的發(fā)展，您認(rèn)為現(xiàn)階段面臨的主要問題有哪些?

林偉山：手機(jī)功能日趨增加，電源管理成為重要挑戰(zhàn)。隨著3G技術(shù)的快速發(fā)展，3G智能型手機(jī)的市場需求量越來越大。與2G或2.5G手機(jī)相比，3G手機(jī)通常需要具備更多的多媒體以及商務(wù)處理功能。在手機(jī)功能不斷增加、而且要保持產(chǎn)品外型輕巧的趨勢下，就增加了對電池的負(fù)擔(dān)，這是目前面臨的一大挑戰(zhàn)。

對電源管理芯片來說，在更小的空間里增加更多的電源輸出能力，并且使效率得到最佳化，這些都是需要不斷面對的挑戰(zhàn)。

除此之外，消費(fèi)者都希望手機(jī)有強(qiáng)勁的接收能力，在任何環(huán)境都能確保接收的訊號清晰、不間斷，而且需要有卓越的音頻表現(xiàn)，如噪聲抑制能力，能確保即使身處在機(jī)場、戶外地方、酒吧等等喧嘩的環(huán)境，都能讓通話的雙方能保持通訊依然清晰。

愈來愈多行動電話用戶使用頻寬需求很大的應(yīng)用，如網(wǎng)頁瀏覽、音樂下載和串流視訊，對于此發(fā)展有哪些可能衍生的技術(shù)需要克服？

林偉山：視覺體驗(yàn)的增加如網(wǎng)頁瀏覽、音樂下載和串流視訊等，增加便攜式電子產(chǎn)品的要求，同時消費(fèi)者正在要求全面的降低功耗設(shè)計，以獲得更長待機(jī)時間。

提高便攜式電子產(chǎn)品效率的其中一個有效方法是采用D類放大器。由于動圈式揚(yáng)聲器的體積較大，使音頻系統(tǒng)無法進(jìn)一步縮小。若采用最新推出的陶瓷揚(yáng)聲器，便可設(shè)計外型更纖薄、效率更高的便攜式電子產(chǎn)品。雖然陶瓷揚(yáng)聲器需要較高的供電電壓，但耗用的電流則更少，因此陶瓷揚(yáng)聲器比傳統(tǒng)的動圈式揚(yáng)聲器驅(qū)動器更具優(yōu)勢。

在手機(jī)上使用陶瓷揚(yáng)聲器與動圈式揚(yáng)聲器有何不同？

林偉山：陶瓷揚(yáng)聲器與動圈式揚(yáng)聲器大不相同。陶瓷揚(yáng)聲器屬于電容負(fù)載，而非電阻負(fù)載，雖然所需的供電電壓遠(yuǎn)比動圈式揚(yáng)聲器高，但耗用的電流則更少。至于方案大小的問題，傳統(tǒng)的動圈式揚(yáng)聲器厚達(dá)4mm或以上，但陶瓷揚(yáng)聲器的厚度則不超過1.5mm，重約一克。

陶瓷揚(yáng)聲器的工作原理較為特別。每當(dāng)有電壓加在陶瓷揚(yáng)聲器的兩端時，揚(yáng)聲器內(nèi)的壓電膜便會變形及振動，振幅與輸入訊號成正比，而不斷振動的壓電膜拍打四周的空氣，進(jìn)而產(chǎn)生聲音。揚(yáng)聲器的電壓越高，壓電膜的振幅便越大，由此而產(chǎn)生的聲壓也就越大，換言之，音量便越大。

不同的便攜式電子產(chǎn)品(如手機(jī)、筆記型計算機(jī))之間設(shè)計存在一定的差異，請簡述不同產(chǎn)品在無線傳輸?shù)脑O(shè)計上會有什么樣的差別需求？

林偉山：其中一個分別，是所采用的音頻系統(tǒng)及電源供應(yīng)在設(shè)計上各有不同。行動電話外型小巧纖薄，因此麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器往往非?？拷漕l天線，對于設(shè)計音頻系統(tǒng)的工程師來說，這是技術(shù)上的極大挑戰(zhàn)。但美國國家半導(dǎo)體的技術(shù)及音頻子系統(tǒng)可以幫助工程師解決這些設(shè)計問題。

至于筆記型計算機(jī)及體積較大的便攜式電子設(shè)備，雖然這類產(chǎn)品有較大的空間容納更多電子零件，但欣賞高畫質(zhì)視訊時必須有媲美現(xiàn)場的音響效果才過癮，因此一般來說揚(yáng)聲器之間都會盡量保持一段較大的距離，以加強(qiáng)立體聲效果。對于這類應(yīng)用來說，只產(chǎn)生極少電磁干擾的D類放大器最適用。此外，為了提高效率以符合更嚴(yán)格的環(huán)保要求，這類放大器可與動圈式揚(yáng)聲器或陶瓷揚(yáng)聲器搭配一起使用。

請分析未來的高速傳輸技術(shù)(如WiMAX、LTE等)的發(fā)展趨勢，及貴公司未來對此的產(chǎn)品路線規(guī)劃?

林偉山：預(yù)計未來一代的便攜式電子產(chǎn)品都可支援多種模式及多種標(biāo)準(zhǔn)，甚至成為業(yè)界的新標(biāo)準(zhǔn)。此外，電池是否耐用、外型是否輕巧也是影響消費(fèi)者購買決定的關(guān)鍵因素，因此如何降低射頻系統(tǒng)的功耗仍然是個極大的挑戰(zhàn)。與此同時，顯示器是否有較高的分析度，音響系統(tǒng)采用的人機(jī)界面以及觸控界面是否先進(jìn)，都是值得關(guān)注的問題。美國國家半導(dǎo)體將會繼續(xù)提供各種解決方案，解決客戶的技術(shù)問題，讓廣大的用戶可以體驗(yàn)新產(chǎn)品為他們提供的種種方便及樂趣。