有人可能會(huì)問(wèn)，“我們?yōu)槭裁葱枰?1 Gbps 的下載速度？當(dāng)前的下載速度還不夠快嗎？”讓我們面對(duì)現(xiàn)實(shí)吧：我們都討厭看到手機(jī)上旋轉(zhuǎn)的緩沖符號(hào)，而且我們總是想要更多數(shù)據(jù)。運(yùn)營(yíng)商也希望用戶有更快的下載速度 — 獲取數(shù)據(jù)的速度越快，他們就可以更快地將這些有價(jià)值的頻譜資源轉(zhuǎn)移到另一個(gè)用戶。
在 2017 年 3 月份的報(bào)告中，思科指出，目前平均移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接速度約為 6.8 Mbps，這與 1 Gbps 相差甚遠(yuǎn)。難怪我們會(huì)在下載時(shí)看到手機(jī)上的緩沖符號(hào)旋轉(zhuǎn)。
那么，如何在智能手機(jī)上達(dá)到 1 Gbps 的下載速度和上傳速度？一旦您了解 1 Gbps 的啟用技術(shù)和可用的 RF 組件，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)簡(jiǎn)單的增量路徑可實(shí)現(xiàn)手機(jī)的千兆數(shù)據(jù)速率。
實(shí)現(xiàn) 1 Gbps 的步驟：需要什么
首先，讓我們明確一點(diǎn)：通往 1Gbps 的道路并非一蹴而就。相反，它由許多朝向正確方向的小步驟組成。
下面是一些背景信息。RF 前端 (RFFE) 仍是移動(dòng)手機(jī)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。擴(kuò)展載波聚合 (CA) 能力、更復(fù)雜的天線架構(gòu)、天線調(diào)諧、高階調(diào)制方案和空間流的增加，都使得 RFFE 設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。此外，從 LTE-Advanced 向 LTE-Advanced Pro 再到 5G 新無(wú)線電 (NR) 的轉(zhuǎn)變大大增加了 RFFE 的復(fù)雜性。在過(guò)去幾年中，高級(jí)智能手機(jī)已經(jīng)從一部手機(jī)中包含一小部分 RF 頻段發(fā)展到了包含多達(dá) 34 個(gè)頻段。
但到達(dá) 1 Gbps 最需要什么？下面介紹一些基本的推動(dòng)因素：
高階調(diào)制在下行鏈路上，從 64 QAM 轉(zhuǎn)向 256 QAM 可將單個(gè) 10 MHz 信道的速度從 75 Mbps 提高到 100 Mbps。
載波聚合。將 100 Mbps 乘以聚合分量載波的數(shù)量。3-5 下行鏈路 (DL) CA 現(xiàn)已可用，因此允許高達(dá) 500 Mbps。
4x4 MIMO（多輸入/多輸出）。利用 LTE 中的 4-天線空間分集，DL 分量載波 (CC) 可以有效擴(kuò)展到 4 個(gè)信道。
Comparison: 64 QAM to 256 QAM Modulation Schemes
實(shí)現(xiàn) 1 Gbps 的最直接方法是在 3 個(gè)分量載波中的 2 個(gè)上使用具有 4x4 MIMO 的 3DL CA。這相當(dāng)于是 3 個(gè)頻段中由 10 條數(shù)據(jù)流。使用 256 QAM 的情況下，就是 10 x 100 Mbps — 等于 1 Gbps。借助高性能芯片組，可在手機(jī)中啟用具有 4x4 MIMO 和 256 QAM 功能的 3CA，但 RFFE 必須能夠使用。
3 Downlink Carrier Aggregation with 4x4 MIMO
由于天線尺寸的限制，低頻段對(duì)于 4x4 MIMO 并非最佳選擇，支持 4x4 MIMO 的頻段需要在以下一個(gè)頻率范圍內(nèi)：
中頻段 (MB)
高頻段 (HB)
超高頻段（UHB，約3.5 GHz）
使用許可輔助訪問(wèn) (LAA) 的 5 GHz 范圍
如果從目前的手機(jī)中可用的網(wǎng)絡(luò)和 RFFE 架構(gòu)開(kāi)始，我們會(huì)很難將 UHB 或 LAA 視為隨時(shí)可用的選項(xiàng)，因此我們會(huì)專注于將 4x4 MIMO 添加到中高頻段。
當(dāng)今智能手機(jī)中的基準(zhǔn) RFFE
LTE 電話已經(jīng)朝著這個(gè) 1 Gbps 目標(biāo)前進(jìn)了一段路程，這主要是通過(guò)使用多路復(fù)用器增加 CA 的發(fā)送 (Tx) 和接收 (Rx) 路徑的數(shù)量和/或添加更多支持多個(gè)頻段的天線。現(xiàn)在，很多手機(jī)都具有 4 條不包括 Wi-Fi 天線的無(wú)線電天線，但不一定支持 4x4 MIMO。
以下是使用 4 條天線（2 條主天線和 2 條分集/MIMO 天線）的簡(jiǎn)單前端設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)是現(xiàn)在市面上的幾款智能手機(jī)可選方案的良好基準(zhǔn)。它是一個(gè)簡(jiǎn)單的高/中/低頻段模塊設(shè)計(jì)，允許至少 3 個(gè) CA，且涵蓋高、中、低頻 LTE 頻率范圍。低頻段和中頻段頻率由兩條天線進(jìn)行雙工支持，而另外兩條天線則支持高頻段。天線分離/隔離還允許在高頻段和中頻段和/或低頻段之間進(jìn)行 CA。
Baseline RF Front-End (RFFE) Architecture Using 4 Antennas
實(shí)現(xiàn)千兆數(shù)據(jù)速率的遞增步驟
在使用 4 條天線時(shí)，我們會(huì)首先對(duì) 4x4 MIMO 提出要求，但是這 4 條天線需要被路由到每個(gè)空間流的 4 個(gè)唯一的無(wú)線電路徑。簡(jiǎn)單地說(shuō)，高頻段有 2 條專用天線和中頻段有 2 條專用天線的配置將不支持 4 條中/高天線。這也意味著我們不能簡(jiǎn)單地依靠天線隔離來(lái)復(fù)用中頻段和高頻段頻率，至少是在不減少天線的情況下。
如果我們遵循支持 4x4 MIMO 的 2 個(gè) CC 的計(jì)劃，那么我們應(yīng)該看看在中高頻段中是否有 8 個(gè)空間流。我們需要有一種方法來(lái)分離所有四條天線上的各個(gè)頻段 — 從根本上說(shuō)，我們需要一種方法來(lái)復(fù)用中高頻段。我們可以通過(guò)在中頻段天線和高頻段天線上添加中/高雙工來(lái)組裝增量架構(gòu)。
但將固定的多路復(fù)用器添加到現(xiàn)有陣容中并不總是簡(jiǎn)單可行。分離中頻段和高頻段頻率的雙信器通常損耗極大，這降低了 Rx 靈敏度，并導(dǎo)致功率放大器的 Tx 功率需求增加。對(duì)電流消耗和 PA + 濾波器的耐用性也有影響。
另一個(gè)選擇是納入具有多個(gè)中/高多路復(fù)用器（如六工器或七工器）的組件以支持所有頻段組合，但這種方法可能成本高昂，并且與經(jīng)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)有較大偏離。
Qorvo 實(shí)現(xiàn) 1 Gbps 的方法：開(kāi)關(guān)多路復(fù)用器
那么，Qorvo RFFE 實(shí)現(xiàn) 1 Gbps 的簡(jiǎn)單步驟是什么？靈活的中/高雙工，使用開(kāi)關(guān)多路復(fù)用器，如 Qorvo QM17001。
RF Front-End (RFFE) Architecture Using Switched Multiplexers (QM17001)
借助 QM17001，可通過(guò)三種配置實(shí)現(xiàn) 1 Gbps 前端，且不會(huì)過(guò)多增加空間，對(duì)當(dāng)前成熟的組件影響也不大。這三種配置是：
低損耗旁路。以便在不使用 4x4 MIMO 時(shí)降低影響
中/高雙工路徑 1。標(biāo)準(zhǔn)中/高雙工，涵蓋大多數(shù)頻段
中/高雙工路徑 2。在多路復(fù)用 B30/B40 的困難情況下啟用中頻段或高頻段
無(wú)線電支持使用上述配置的以下模式：
單頻段 LTE（配置 1）。低插入損耗旁路意味著對(duì)當(dāng)前架構(gòu)規(guī)范的影響很小。
DL CA（配置 1）。仍然可通過(guò)天線隔離支持無(wú) MIMO 的中/高雙工。
4x4 MIMO，單頻段（配置 1、2 或 3）。對(duì)于高頻段，可以在中頻段路徑上啟用 QM17001，以便為其他接收機(jī)創(chuàng)建路由。可對(duì)在高頻段路徑上使用 QM17001 的中頻段進(jìn)行類似的配置。主 Tx 路徑仍然處于旁路模式，所以影響很小。
4x4 MIMO，中/高雙工 (1 Gbps)（配置 2 或 3）。QM17001 全部啟用，中/高雙信器引入損耗。
總之，您可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有架構(gòu)進(jìn)行增量更改來(lái)實(shí)現(xiàn) 1 Gbps RFFE，而 Qorvo 將幫助您實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn) Qorvo 的 RF Fusion?網(wǎng)頁(yè)。有關(guān)技術(shù)指導(dǎo)和應(yīng)用支持，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的技術(shù)支持網(wǎng)頁(yè)。
關(guān)于作者：
David Schnaufer
Qorvo 技術(shù)營(yíng)銷傳播經(jīng)理
David 是 Qorvo 應(yīng)用工程師的公共代言人。他提供對(duì)射頻技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的深入技術(shù)剖析，還提供各種建議，幫助射頻工程師解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。
