在智能手机上实现 1 Gbps RF 前端的简单方法

有人可能会问，“我们为什么需要 1 Gbps 的下载速度？当前的下载速度还不够快吗？”让我们面对现实吧：我们都讨厌看到手机上旋转的缓冲符号，而且我们总是想要更多数据。运营商也希望用户有更快的下载速度 — 获取数据的速度越快，他们就可以更快地将这些有价值的频谱资源转移到另一个用户。

在2017 年 3 月份的报告中，思科指出，目前平均移动网络连接速度约为 6.8 Mbps，这与 1 Gbps 相差甚远。难怪我们会在下载时看到手机上的缓冲符号旋转。

那么，如何在智能手机上达到 1 Gbps 的下载速度和上传速度？一旦您了解 1 Gbps 的启用技术和可用的 RF 组件，您就会发现有一个简单的增量路径可实现手机的千兆数据速率。
 

实现 1 Gbps 的步骤：需要什么

首先，让我们明确一点：通往 1Gbps 的道路并非一蹴而就。相反，它由许多朝向正确方向的小步骤组成。

下面是一些背景信息。RF 前端 (RFFE) 仍是移动手机设计最关键的环节之一。扩展载波聚合 (CA) 能力、更复杂的天线架构、天线调谐、高阶调制方案和空间流的增加，都使得 RFFE 设计更加复杂。此外，从 LTE-Advanced 向 LTE-Advanced Pro 再到5G 新无线电 (NR)的转变大大增加了 RFFE 的复杂性。在过去几年中，高级智能手机已经从一部手机中包含一小部分 RF 频段发展到了包含多达 34 个频段。

但到达 1 Gbps 最需要什么？下面介绍一些基本的推动因素：
 

高阶调制在下行链路上，从 64 QAM 转向 256 QAM 可将单个 10 MHz 信道的速度从 75 Mbps 提高到 100 Mbps。

载波聚合。将 100 Mbps 乘以聚合分量载波的数量。3-5 下行链路 (DL) CA 现已可用，因此允许高达 500 Mbps。

4x4 MIMO（多输入/多输出）。利用 LTE 中的 4-天线空间分集，DL 分量载波 (CC) 可以有效扩展到 4 个信道。

实现 1 Gbps 的最直接方法是在 3 个分量载波中的 2 个上使用具有 4x4 MIMO 的 3DL CA。这相当于是 3 个频段中由 10 条数据流。使用 256 QAM 的情况下，就是 10 x 100 Mbps — 等于 1 Gbps。借助高性能芯片组，可在手机中启用具有 4x4 MIMO 和 256 QAM 功能的 3CA，但 RFFE 必须能够使用。

由于天线尺寸的限制，低频段对于 4x4 MIMO 并非最佳选择，支持 4x4 MIMO 的频段需要在以下一个频率范围内：

中频段 (MB)

高频段 (HB)

超高频段（UHB，约3.5 GHz）

使用许可辅助访问 (LAA) 的 5 GHz 范围

如果从目前的手机中可用的网络和 RFFE 架构开始，我们会很难将 UHB 或 LAA 视为随时可用的选项，因此我们会专注于将 4x4 MIMO 添加到中高频段。
 

当今智能手机中的基准 RFFE

LTE 电话已经朝着这个1 Gbps 目标前进了一段路程，这主要是通过使用多路复用器增加 CA 的发送 (Tx) 和接收 (Rx) 路径的数量和/或添加更多支持多个频段的天线。现在，很多手机都具有 4 条不包括 Wi-Fi 天线的无线电天线，但不一定支持 4x4 MIMO。
 

以下是使用 4 条天线（2 条主天线和 2 条分集/MIMO 天线）的简单前端设计。该设计是现在市面上的几款智能手机可选方案的良好基准。它是一个简单的高/中/低频段模块设计，允许至少 3 个 CA，且涵盖高、中、低频 LTE 频率范围。低频段和中频段频率由两条天线进行双工支持，而另外两条天线则支持高频段。天线分离/隔离还允许在高频段和中频段和/或低频段之间进行 CA。

实现千兆数据速率的递增步骤

在使用 4 条天线时，我们会首先对 4x4 MIMO 提出要求，但是这 4 条天线需要被路由到每个空间流的 4 个唯一的无线电路径。简单地说，高频段有 2 条专用天线和中频段有 2 条专用天线的配置将不支持 4 条中/高天线。这也意味着我们不能简单地依靠天线隔离来复用中频段和高频段频率，至少是在不减少天线的情况下。

如果我们遵循支持 4x4 MIMO 的 2 个 CC 的计划，那么我们应该看看在中高频段中是否有 8 个空间流。我们需要有一种方法来分离所有四条天线上的各个频段 — 从根本上说，我们需要一种方法来复用中高频段。我们可以通过在中频段天线和高频段天线上添加中/高双工来组装增量架构。

但将固定的多路复用器添加到现有阵容中并不总是简单可行。分离中频段和高频段频率的双信器通常损耗极大，这降低了 Rx 灵敏度，并导致功率放大器的 Tx 功率需求增加。对电流消耗和 PA + 滤波器的耐用性也有影响。

另一个选择是纳入具有多个中/高多路复用器（如六工器或七工器）的组件以支持所有频段组合，但这种方法可能成本高昂，并且与经验证的设计有较大偏离。
 

Qorvo 实现 1 Gbps 的方法：开关多路复用器

那么，Qorvo RFFE实现 1 Gbps 的简单步骤是什么？灵活的中/高双工，使用开关多路复用器，如 Qorvo QM17001。

 

借助 QM17001，可通过三种配置实现 1 Gbps 前端，且不会过多增加空间，对当前成熟的组件影响也不大。这三种配置是：

低损耗旁路。以便在不使用 4x4 MIMO 时降低影响

中/高双工路径 1。标准中/高双工，涵盖大多数频段

中/高双工路径 2。在多路复用 B30/B40 的困难情况下启用中频段或高频段

无线电支持使用上述配置的以下模式：

单频段 LTE（配置 1）。低插入损耗旁路意味着对当前架构规范的影响很小。

DL CA（配置 1）。仍然可通过天线隔离支持无 MIMO 的中/高双工。

4x4 MIMO，单频段（配置 1、2 或 3）。对于高频段，可以在中频段路径上启用 QM17001，以便为其他接收机创建路由。可对在高频段路径上使用 QM17001 的中频段进行类似的配置。主 Tx 路径仍然处于旁路模式，所以影响很小。

4x4 MIMO，中/高双工 (1 Gbps)（配置 2 或 3）。QM17001 全部启用，中/高双信器引入损耗。

总之，您可以通过对现有架构进行增量更改来实现 1 Gbps RFFE，而 Qorvo 将帮助您实现这一目标。欲了解更多信息，请访问 Qorvo 的RF Fusion™网页。有关技术指导和应用支持，请访问我们的技术支持网页。 

审核编辑 黄昊宇