射頻前端作（RFFE）為手機(jī)設(shè)計(jì)自問世以來重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，卻一直以來都被忽視。其實(shí)射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)是網(wǎng)絡(luò)效率和更佳用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵。本文就來講講他到底會帶來哪些影響呢？一起來關(guān)注下吧。
　　1.從LTE向5G的演進(jìn)：提升網(wǎng)絡(luò)效率關(guān)鍵的設(shè)備升級注意事項(xiàng)
　　向LTE-Advanced （LTE-A）和LTE-Advanced Pro （LTE-A Pro）的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，是延長LTE生命周期的重要手段，并且也是確保平滑邁向5G的關(guān)鍵步驟。這些技術(shù)不僅使電信運(yùn)營商能夠推出新的高帶寬服務(wù)，并且使他們能夠開啟新的業(yè)務(wù)機(jī)會，同時(shí)這些升級也將在覆蓋范圍、小區(qū)邊緣容量和頻譜效率等多個(gè)方面大大提升網(wǎng)絡(luò)性能。
　　使用這些網(wǎng)絡(luò)的智能手機(jī)將在提高網(wǎng)絡(luò)效率方面起到?jīng)Q定性作用。為了限度地發(fā)揮其效力，手機(jī)里所搭載的射頻前端（RFFE）技術(shù)是至關(guān)重要的。由此，射頻前端架構(gòu)不僅需要支持4x4 MIMO、封包追蹤（ET）和天線諧調(diào)，同時(shí)還要確保所有這些恰當(dāng)?shù)丶稍谝粋€(gè)結(jié)構(gòu)合理的調(diào)制解調(diào)器-天線的設(shè)計(jì)中。本文將闡述這些組件在支持移動(dòng)設(shè)備在有效利用這些網(wǎng)絡(luò)資源方面的重要性。
　　2.定義下一代網(wǎng)絡(luò)效率的關(guān)鍵參數(shù)
　　LTE網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)對于應(yīng)對新的業(yè)務(wù)以及提高網(wǎng)絡(luò)速度來說至關(guān)重要，同時(shí)也提供了適時(shí)的網(wǎng)絡(luò)升級來應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋問題。然而，技術(shù)供應(yīng)商也必須尋找提高網(wǎng)絡(luò)效率的方法，來應(yīng)對用戶市場海量的數(shù)據(jù)需求和提供更佳用戶體驗(yàn)。這方法將主要依賴：網(wǎng)絡(luò)覆蓋、吞吐量、頻譜效率、網(wǎng)絡(luò)容量等關(guān)鍵參數(shù)。
　　MIMO的部署（包括4x4 MIMO和4x接收分集，如2x4 MIMO）可以解決許多這些基礎(chǔ)問題，因?yàn)樗ㄟ^使用多個(gè)天線為無線鏈路提供穩(wěn)健性，并提高頻譜效率。與此同時(shí)，它還能夠?qū)崿F(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更大的覆蓋范圍以及更高的可靠性。
　　為了給所有人提供更好的體驗(yàn)，設(shè)備中需要許多特定的組件來幫助進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。撇開不談?wù){(diào)制解調(diào)器和電池壽命的影響，這些組件中的大多數(shù)都與射頻前端相關(guān)。隨著這些新的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)投入使用，射頻前端鏈上的每個(gè)元素都需要一定程度的升級，否則將會造成效率低下和用戶體驗(yàn)不佳。
　　天線技術(shù)、功率放大器（PA）、濾波器、低噪聲放大器（LNA）和封包追蹤（ET）的選擇，在LTE場景中尤其是LTE-A Pro中變得至關(guān)重要，因?yàn)橐苿?dòng)設(shè)備預(yù)計(jì)將會處理不同傳播參數(shù)的射頻。如果沒有仔細(xì)設(shè)計(jì)無線平臺來應(yīng)對這種變化，將會導(dǎo)致整體傳輸衰減和系統(tǒng)功效低下。
　　3.射頻設(shè)計(jì)和關(guān)鍵組件集成是充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)效率的必要條件

　　為了更好地處理這些LTE升級以及向5G演進(jìn)所帶來的新功能，智能手機(jī)設(shè)計(jì)需要采用一些射頻前端機(jī)制才能夠充分利用實(shí)施這些升級后實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)效率，也即：封包追蹤（ET）、天線諧調(diào)、4x4 MIMO射頻前端架構(gòu)。
　　ET是至關(guān)重要的，因?yàn)橄M(fèi)者之間的內(nèi)容共享越來越頻密，并且上行速率也呈現(xiàn)提升。降低射頻PA的功耗對智能手機(jī)OEM廠商來說是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，畢竟這正迅速成為手機(jī)功耗的一個(gè)主要來源。與平均功率相比，采用ET可使功率效率提高30%，并且已經(jīng)成為在先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)高效使用的智能手機(jī)的必備組件。然而，目前ET僅存在于高端智能手機(jī)當(dāng)中，不過，隨著要求更高發(fā)射功率的上行載波聚合（CA）和高功率用戶設(shè)備（HPUE）的出現(xiàn)，ET向中低端手機(jī)快速滲透的需求正不斷增加。ABI Research預(yù)期ET將在2018年中期開始大規(guī)模涌入中端市場。
　　這種提供更高功率效率的驅(qū)動(dòng)力，也將見證ET優(yōu)化的PA（ET-opTImized PA）的到來，這將使收發(fā)器、ET和PA之間能夠進(jìn)行更緊密地集成，從而在更高帶寬上的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的功率效率。移動(dòng)設(shè)備功率效率的任何提升，不僅有助于電池壽命，從用戶的角度來看還將直接影響網(wǎng)絡(luò)的有效性能。一臺能夠以較低的電池電流傳輸更強(qiáng)信號的移動(dòng)設(shè)備，實(shí)際上增加了上行鏈路受限場景下的室外和室內(nèi)覆蓋范圍，例如在小區(qū)邊緣和室內(nèi)VoLTE的使用環(huán)境。
　　可諧調(diào)天線可以大幅降低智能手機(jī)的占用面積，因?yàn)樗鼈兡軌虮恢匦屡渲脕砀采w廣泛的頻率，并且能動(dòng)態(tài)優(yōu)化鏈路，從而限度地減少實(shí)際使用條件下的發(fā)送/接收功率浪費(fèi)。目前，智能手機(jī)已經(jīng)搭載了多個(gè)天線來支持多模多頻，因此增加額外的天線組在工業(yè)設(shè)計(jì)和射頻優(yōu)化都極具挑戰(zhàn)性。在智能手機(jī)非常有限的環(huán)境中，無論是在能源還是整體外形方面，射頻前端系統(tǒng)都需要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，從而在不影響工業(yè)設(shè)計(jì)完整性和可靠性的前提下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體性能的優(yōu)化以及對干擾的減輕。
　　通過使用的自適應(yīng)天線諧調(diào)技術(shù)，手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)送或接收鏈路質(zhì)量的自動(dòng)化。這實(shí)質(zhì)上提高了有效吞吐量，以及單個(gè)或多個(gè)載波的室外和室內(nèi)覆蓋范圍。通過鏈路上2-6 dB的提高，以及CA鏈路中的動(dòng)態(tài)信噪比平衡，手機(jī)可以在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)更高的性能。為了使手機(jī)能夠支持不斷擴(kuò)大的頻率范圍，在保持功率效率的同時(shí)，天線可調(diào)諧性將成為滿足這些持續(xù)需求的關(guān)鍵所在。
　　有效的MIMO技術(shù)運(yùn)用可以通過使用多個(gè)收發(fā)天線來提高網(wǎng)絡(luò)中的通信速度，有望在不使用額外發(fā)射功率和頻譜資源的前提下，顯著提高信號可靠性、網(wǎng)絡(luò)吞吐量、覆蓋范圍和頻譜效率。由于頻譜帶寬是一種昂貴且有限的資源，MIMO在推動(dòng)更有效地使用可用帶寬的發(fā)展過程中，已經(jīng)成為一種越來越重要的無線技術(shù)。然而，這些改進(jìn)將帶來一定的成本，尤其是在增加智能手機(jī)BOM和射頻級別復(fù)雜性的兩個(gè)方面，因?yàn)閷IMO天線擠入LTE設(shè)備仍非易事。
　　為了使4x4 MIMO和2x4 MIMO實(shí)現(xiàn)商業(yè)可行，射頻前端架構(gòu)必須在性能、集成度和成本方面不斷優(yōu)化。射頻前端將繼續(xù)作為決定哪種空口技術(shù)在不久的將來是否切實(shí)可行的一個(gè)關(guān)鍵子系統(tǒng)。
　　如上所述，HPUE是一種技術(shù)補(bǔ)充，據(jù)悉能夠通過提升覆蓋來使網(wǎng)絡(luò)受益，因?yàn)樗噍^于標(biāo)準(zhǔn)用戶設(shè)備能夠多傳輸3 dB，這相當(dāng)于將輸出功率提升了一倍。此外，由于LTE的吞吐量與發(fā)射功率直接相關(guān)，所以HPUE的另一個(gè)好處是吞吐量的提升。實(shí)施HPUE需要設(shè)備硬件上的升級，因此需要能夠處理更多電力產(chǎn)生的PA。相對而言，網(wǎng)絡(luò)僅需要進(jìn)行軟件升級。然而，HPUE終將會對射頻前端產(chǎn)生重大影響，因?yàn)殒溌飞系乃性瑥氖瞻l(fā)器到PA濾波器，都必須在保持現(xiàn)有設(shè)備尺寸和功率限制下支持雙倍的功率。
　　4.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備人口和技術(shù)組合的影響
　　在更高標(biāo)準(zhǔn)的LTE網(wǎng)絡(luò)中使用智能手機(jī)，用戶不僅能夠通過更高的數(shù)據(jù)傳輸速率獲得更好的用戶體驗(yàn)，同時(shí)這些移動(dòng)設(shè)備也將更加高效，因?yàn)樗鼈儍H需更少的網(wǎng)絡(luò)資源便可獲得更快的速度。這就是4x4 MIMO和256 QAM這樣的技術(shù)意義所在，因?yàn)槊總€(gè)LTE傳輸中可以打包更多比特（信息），也就是說，它們能夠以更少量的頻譜資源在空中傳輸更多比特（信息）。例如，高端千兆LTE設(shè)備利用網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)每1Hz頻譜發(fā)送4 bps，而相對低端的LTE設(shè)備在它們的分配頻譜上的發(fā)送量約為3 bps。
　　這種效率的提升大部分要?dú)w功于使用了更多的天線。平均而言，一個(gè)LTE Cat6智能手機(jī)使用兩根天線，而一個(gè)千兆LTE設(shè)備則能使用三根天線來接收數(shù)據(jù)。換言之，這就是不存在在Cat6設(shè)備中的4x4 MIMO技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)效率所能帶來的提升。
　　對移動(dòng)運(yùn)營商而言，在網(wǎng)絡(luò)邊緣擁有更多使用更高效（千兆）LTE智能手機(jī)的用戶，將會帶來以下好處：
　　·無論是否為使用這些類型的手機(jī)用戶，吞吐速度都將提升。
　　·千兆LTE設(shè)備使用更少的網(wǎng)絡(luò)資源來獲得所需的速度來服務(wù)于它們所產(chǎn)生的流量。
　　·無論是何種類型的設(shè)備，整體容量的增加將使網(wǎng)絡(luò)上所有的智能手機(jī)用戶受益。
　　例如，對于類似視頻流這樣的技術(shù)，千兆LTE和LTE Cat6智能手機(jī)用戶都會獲得相似的吞吐質(zhì)量，但是相同質(zhì)量的視頻，千兆LTE設(shè)備僅使用三分之一的頻譜資源。在一個(gè)不限量數(shù)據(jù)套餐計(jì)劃的時(shí)代，這對那些渴望升級至千兆LTE的移動(dòng)運(yùn)營商來說是有意義的，因?yàn)楦叩木W(wǎng)絡(luò)效率能夠提供更多的流量。
　　此外，隨著手機(jī)吞吐速度的提升，將有助于應(yīng)對“突發(fā)”流量，例如在接收Twitter和Facebook的升級時(shí)，更高端的手機(jī)能夠更快地使用服務(wù)，并迅速地釋放網(wǎng)絡(luò)資源給其他用戶。更高的速度也意味著智能手機(jī)正開始在網(wǎng)絡(luò)上獲得與閃存相同的讀取速度，這將有助于在訪問云服務(wù)時(shí)提供更好的用戶體驗(yàn)。
　　展望未來，隨著市場進(jìn)一步邁向5G NR，HPUE將會至關(guān)重要，尤其是在6GHz以下頻段，因?yàn)樗軌蚴咕W(wǎng)絡(luò)上行覆蓋提高30%。雖然ET在降低功耗方面將起到至關(guān)重要的作用，但是HPUE也有望帶來更長的電池壽命。HPUE的實(shí)施看起來與ET密切相關(guān)，因此在中低端智能手機(jī)中迅速采用ET將會是產(chǎn)生顯著影響的一個(gè)基本要求。
　　雖然在智能手機(jī)中采用這些技術(shù)將會帶來網(wǎng)絡(luò)效率的提升，但是OEM廠商在采用這些技術(shù)的過程中仍面臨重重挑戰(zhàn)，進(jìn)而導(dǎo)致目前市場上采用這些技術(shù)的機(jī)型非常鮮有。這情況預(yù)計(jì)將在未來12個(gè)月內(nèi)發(fā)生變化，因?yàn)樵絹碓蕉啻钶d這些必要技術(shù)的智能手機(jī)機(jī)型將會被推出，從而使它們與先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的推出步調(diào)一致，因此將會在網(wǎng)絡(luò)效率和用戶體驗(yàn)方面帶來顯著提升。
　　無論如何，創(chuàng)新是不會停止的，因?yàn)殡S著行業(yè)向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，通過使用MIMO將會帶來額外的復(fù)雜性，對射頻前端的需求肯定會進(jìn)一步擴(kuò)大。Massive MIMO、波束成型和對額外頻段的支持將成為基本要求，從而帶來一整套全新挑戰(zhàn)。此外，行業(yè)所經(jīng)歷的復(fù)雜程度將取決于頻譜環(huán)境，因?yàn)?G MIMO實(shí)施將取決于頻段目標(biāo)，要么是6GHz以下頻段，再或者是毫米波頻段。