RF MEMS、软件无线电 未来LTE手机的两大关键技术

随着LTE多频多模智能手机时代的来临，新一代智能手机要求在2G、3G模式基础上增加支持LTE模式及相应的工作频段，并实现国际漫游的工作频段，频段总量接近40个。频段的快速增加引发内部射频(RF)天线尺寸与功耗过大问题，如何降低天线数量、尺寸并增强信号接收性能与频宽是当前工程师面临的问题。射频工程师对射频前端器件提出了更高的要求，促使射频半导体厂商加速研发创新RF技术与解决方案，包括RF MEMS及软件定义无线电(SDR)、天线频率调整等新兴技术，已受到终端设备制造商关注。

RF MEMS技术提升手机天线性能节约成本

随着业界对RF技术要求的提升，Qualcomm、联发科等芯片大厂开始积极强化RF方案，高通更率先推出业界首款CMOS功率放大器(PA)，以改善RF性能与成本。由于芯片厂商的RF方案优势在于处理器端的信号增强与噪声消除，对优化RF天线尺寸与传输功耗的效果依然非常有限， 业界开始关注采用MEMS技术工艺的RF产品。

RF MEMS是近年来MEMS领域的研究热点，其基于机械式谐振结构，只要改变内部隔板距离就能使电容流量产生变化，可免除外部电容与开关等零组件，减轻天线总体功耗与体积；此外，其具备可编程能力，可支持软件无线电（SDR）功能，并实现天线频率调整、可调式阻抗匹配等控制方案，协助简化RF前端模块(FEM)设计、增强信号接收性能、带宽及减少天线数量。由此实现射频系统的片内高集成，消除由分立元件带来的寄生损耗，真正做到系统的高内聚，低耦合，能显著提高系统的性能。

射频微机电系统(MEMS)设计和制造厂商Cavendish Kinetics总裁Dennis Yost表示，随着智能型手机频段的持续增加，如何提升RF天线性能，且不影响系统占用空间与耗电量表现，已成为RF器件和手机厂商的产品发展重点，由此带动新一轮RF技术革命，这为在尺寸和性能都表现优异的RF MEMS技术带来新的机会。

Yost进一步介绍，采用Cavendish Kinetics RF MEMS持术的LTE手机可望于近期陆续推出，目前Cavendish Kinetics正与多家手机制造商紧密合作，初期将锁定高端LTE多频多模手机应用，待逐步达到量产经济规模后，再挺进中低端手机市场。

Yost预计2014 -2016年RF MEMS技术将快速发展，包括RF前端模块的功率放大器、滤波器(Filter)和双工器(Duplexer)均可动态调整，进而达成更高效率；另外，由于RF MEMS兼容CMOS工艺并支持数字界面，未来可能与逻辑芯片进一步结合，实现更高整合度的手机系统解决方案。 同时RF MEMS因减少周边器件用量，整体物料清单(BOM)成本反而比传统RF设计更低，而且在各种LTE频段中平均能提高35%传输效率，RF MEMS将成为未来5∼10年手机设计中的关键技术之一。

业界预计未来四年RF MEMS技术演进图

软件无线电（SDR）技术日益成熟 将进驻LTE手机

各国频谱规划差异以及电信运营商也各自布署FDD或TDD LTE网络，导致手机天线功能的需求复杂化。芯片商与系统厂商除发力新兴RF技术外，也开始采用日益成熟的SDR技术，希望通过软件编程功能，自动侦测并切换至用户所在地的最佳LTE频段，以最小幅度的RF硬件变动，优化手机性能。

NVIDIA在Tegra 4i中已率先导入LTE软件定义调制解调器(Modem)，打响SDR技术在手机RF应用中的第一枪，目前至少还有二十几家处理器厂商计划采用SDR技术，以协助系统厂商改善LTE手机天线的尺寸与耗电量。或许 SDR技术将是加速LTE手机上市，并实现全球漫游的关键推手之一。

微处理器厂商Tensilica创始人Chris Rowen表示，随着LTE手机加入多输入多输出(MIMO)、载波聚合(Carrier Aggregation)等功能后，对天线的性能要求更将大幅提升，厂商为兼顾高性能与低功耗、小尺寸设计，将采用SDR技术发展特定基带RF子系统或增强型接收器(Turbo Receiver)，以满足LTE、LTE-Advanced的设计需求。

总结

通常手机厂商及技术部门对更换设计方案和器件的评估都非常慎重，以免增加投资和产品上市的风险。近年来传统的射频厂商也开始积极研发创新的RF技术应对多模多频的挑战，RF MEMS、SDR作为在终端应用的新技术，要让终端厂商及设计工程师完全接受还需要较长的过程。但MEMS、SDR技术的诸多优势，必将成为LTE、LTE-Advanced多频多模手机RF主要参考技术之一。