PC2時代用戶終端射頻鏈路挑戰(zhàn)多多，行業(yè)或?qū)⒚媾R洗牌？

知大家有沒有如此經(jīng)歷：坐在飛馳的汽車上玩微信，明明可以接收別人的消息，而自己編寫的消息卻死活發(fā)不出去?這是因?yàn)榉涓C小區(qū)上行鏈路與下行鏈路覆蓋范圍不同所導(dǎo)致的，而即將部署的PC2似乎可以極大緩解這一問題。

可以接收對方的消息，自己的卻發(fā)不出去，不知你們碰到過沒有?

PC2，也可稱作“UE Power Class 2”。在3G、4G網(wǎng)絡(luò)中,用戶終端被稱為“UE”, 包含手機(jī)、智能終端、多媒體設(shè)備、流媒體設(shè)備等;Power Class則指功率等級。從字面意思理解，PC2就是指用戶終端以功率等級2規(guī)定的最大輸出功率工作。

PC3局限性日益增加

雖然UE并不會一直按最大輸出功率工作，但定義最大輸出功率意義十足——事實(shí)上UE最大輸出功率限制了移動通信上行鏈路的傳輸距離。目前，對于絕大多數(shù)的4G LTE頻段(除應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域的B14外)，3GPP僅規(guī)范了一種功率等級，即Power Class 3(下稱PC3)，將UE的最大輸出功率限制在23 dBm±2的水平。

不過隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PC3的局限性越發(fā)明顯。

首先，隨著移動通信頻譜逐漸向高頻遷移，無線信號在傳播過程中的衰減加劇，導(dǎo)致基站覆蓋范圍變小，尤其在4G頻段當(dāng)中處于相對高頻的B41(2.5~2.7GHz)頻段。

其次基站與用戶終端的發(fā)射功率并不平衡，4G LTE網(wǎng)絡(luò)下行與上行鏈路的功率差異大約為5 dB，因此在某些只有下行覆蓋的區(qū)域，用戶終端只能下載數(shù)據(jù)而不能上傳數(shù)據(jù)，這往往會造成接入或切換失敗。

要解決上述兩個棘手問題，通常以提高基站密度為代價，這就變相增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)成本。

另外，全球范圍內(nèi)部署的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)應(yīng)用場景是以部署于低頻段的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)做覆蓋，以部署于高頻段的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)提供小范圍的大容量覆蓋，但由于這兩種網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不一致，導(dǎo)致小區(qū)邊緣用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)還有待提高。

PC2商用化勢在必行，行業(yè)或面臨洗牌

綜上所述，提高上行鏈路的傳輸距離，以改善高頻段4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍很有必要。因此2016年初，GTI發(fā)布白皮書介紹PC2的優(yōu)勢，而3GPP也幾乎同時將PC2引入到標(biāo)準(zhǔn)研究工作當(dāng)中。目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作已經(jīng)完成，預(yù)計到2017年年中，美國運(yùn)營商Sprint 將會推出全球首個支持 PC2 的商用化產(chǎn)品，到2018年，主導(dǎo) PC2 應(yīng)用的運(yùn)營商之一——中國移動也將推出PC2的商用化產(chǎn)品。

增加3dB后，4G基站上行鏈路的覆蓋范圍將發(fā)生明顯變化

不過在PC2商用化以前，存在許多技術(shù)挑戰(zhàn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)定義，PC2在PC3的基礎(chǔ)上，把UE最大輸出功率提高3 dB至26 dBm±2的水平(23dBm可換算成200mW，26dBm可換算成400mW)，這幾乎使得UE的最大輸出功率翻倍，UE的射頻電路必須做個“大手術(shù)”。因?yàn)檫@個“大手術(shù)”，4G手機(jī)射頻行業(yè)可能面臨洗牌。

Qorvo眼中的PC2及Qorvo三大優(yōu)勢

在近期舉辦的易維訊第六屆年度中國ICT媒體論壇上，Qorvo中國區(qū)移動產(chǎn)品銷售總監(jiān)江雄表示：“PC2的這3dB其實(shí)不好做。它不單止是PA的問題，還涉及到整個鏈路、線性度、效率、插損、匹配等一系列問題都需要通盤考慮。”

Qorvo中國區(qū)移動產(chǎn)品銷售總監(jiān)江雄講解Qorvo的PC2解決方案

自2015年初RFMD與TriQuint合并成Qorvo后，其RF Fusion™與RF Flex™系列產(chǎn)品表現(xiàn)相當(dāng)搶眼，4G射頻器件的出貨量更是節(jié)節(jié)攀升。這家擁有數(shù)座GaAs以及GaN晶圓廠的老牌射頻芯片廠商，對PA技術(shù)的研究相當(dāng)深厚。“PA技術(shù)一直在演進(jìn)中，在某些方面已經(jīng)做到了極致，”江雄介紹道：“PA的功率要提得更高，那么線性度、效率這些指標(biāo)都要比較好，這一系列的指標(biāo)背后需要靠好的生產(chǎn)工藝來支撐。”

優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝一直是Qorvo引以為豪的鐵拳。憑借獨(dú)有的高性能HBT(Heterojunction Bipolar Transistor，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)工藝，Qorvo將GaAs的潛能挖掘到極致。“Qorvo新推出的第五代HBT工藝再次提升了GaAs技術(shù)，使之能夠支持更高增益，這對研發(fā)針對PC2的PA產(chǎn)品相當(dāng)有利。目前新一代工藝的關(guān)鍵技術(shù)只有Qorvo掌握了，而Qorvo2016年中后的GaAs新產(chǎn)品都將用到這項(xiàng)工藝。”江雄透露。

當(dāng)PA輸出更高功率的問題得以解決后，就得將目光投向射頻鏈路的其余部分了。傳統(tǒng)分離方案搭建的射頻鏈路，把包括PA、濾波器、開關(guān)等器件組合到一起，需要進(jìn)行阻抗匹配，而匹配加入的電阻電抗則會損耗能量。這些損耗讓功率沒法進(jìn)一步提高，尤其是分離方案，任何射頻器件的兩端都需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(50Ω)的匹配。但Qorvo高集成的融合方案卻可以省去多余的匹配，直接將PA與濾波器相匹配、濾波器與射頻開關(guān)相匹配，從而減少能量損耗。江雄說明道：“以Qorvo的融合產(chǎn)品為例，大約可以節(jié)省0.5dB因匹配產(chǎn)生的損耗，所以要提高功率，融合方案比分離方案有很大優(yōu)勢。”

Qorvo的融合方案能節(jié)省約0.5dB的匹配損耗

提高輸出功率，整個鏈路的電流自然也會相應(yīng)提高，這對電量要求嚴(yán)苛的用戶終端來說影響較大。江雄對此解釋道：“雖然最終產(chǎn)品還在制作中，但根據(jù)我們對測試樣品的現(xiàn)場試驗(yàn)，電流表現(xiàn)很好。因?yàn)椴捎玫氖荰DT技術(shù)，實(shí)際電流會以看到的電流除以一個系數(shù)，所以并沒有看到電流明顯增加。另外我們還會采用ET技術(shù)應(yīng)對電流提高的問題，以達(dá)到省電的目的。”

Qorvo解決方案針對PC2的三大優(yōu)勢：高集成度的融合產(chǎn)品、

高級BAW濾波器以及先進(jìn)的HBT工藝

不管怎么說，電流提高是事實(shí)，這會引起其它連鎖反應(yīng)，如射頻鏈路的溫度改變，不過Qorvo似乎已成竹在胸。溫度變化常常會造成濾波器的中心頻率漂移，這對信號抗干擾非常不利，而Qorvo高級BAW濾波器具有低溫漂甚至零溫漂的特性，在溫度變化下仍然有很好的帶外抑制，而且其低插損、高功率容量亦均不會受到功率提高帶來的不利影響。“Qorvo不僅有高性能的PA與射頻開關(guān)，還有高級BAW濾波器，這是其它沒有BAW濾波器技術(shù)的射頻廠家非常羨慕的優(yōu)勢。把這些領(lǐng)先技術(shù)放在一起做融合方案，做出來的產(chǎn)品效果會非常好，也極大簡化了終端廠商的設(shè)計難度。”江雄表示。

Qorvo的PC2解決方案

Qorvo的B41頻段PC2解決方案簡介

Qorvo的融合方案已經(jīng)歷了幾代產(chǎn)品，從最開始支持單載波、B41窄帶的，發(fā)展到支持雙載波、B41寬帶的，再到新一代支持PC2的產(chǎn)品，集成度越來越高、性能越來越好。目前Qorvo針對PC2的融合方案還在優(yōu)化，已有數(shù)家業(yè)界領(lǐng)先的手機(jī)廠商在進(jìn)行評估工作，其中QM75004支持多種平臺芯片，QM78065/35 是為特定的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計，再下一代的產(chǎn)品則會集成LNA，來應(yīng)對更為復(fù)雜的天線設(shè)計和彌補(bǔ)天線能力的不足。關(guān)于PC2產(chǎn)品價格問題，江雄表示：“仍然會與整個市場相符合的價格去做，可能會有一點(diǎn)點(diǎn)變化，但是總體來講不會有太大影響。”

總結(jié)

綜上，PC2的標(biāo)準(zhǔn)研究工作已經(jīng)完成，若部署PC2，將大幅改善4G LTE網(wǎng)絡(luò)的上行覆蓋范圍，提高小區(qū)邊緣的總體性能，并節(jié)省運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。未來兩年，國內(nèi)外涉及到B41頻段的運(yùn)營商均會積極推動PC2的商用化，而Qorvo則憑借獨(dú)有的HBT生產(chǎn)工藝、優(yōu)勢極大的融合方案、以及低溫漂的高級BAW濾波器，已為即將到來的PC2時代做足準(zhǔn)備。