你知道嗎？除了Modem，射頻也是上網背後的英雄！

網路已成為我們生活的組成部分，對於大多數人來說，沒有了網路就會六神無主。我們此前在很多文章中都提到了Modem，也就是數據機在網路連接上的重要性。實際上，從最早主要用於通話和簡訊的功能機，到下載速度快於很多家庭網路連接的智能手機，其實還有一個一直默默無聞的英雄——射頻。

射頻前端（RFFE）是一直以來被忽視的一個部分。相信沒有幾個普通人知道射頻前端到底是什麼物，但對於手機行業工作者，一定都會知道RFFE這個聽起來就複雜的傢伙。

RFEE是行動電話的射頻收發器和天線之間的功能區域，主要由功率放大器 (PAs) 、低雜訊放大器 (LNAs) 、開關、雙工器、濾波器和其他被動設備組成。簡單來說，如果沒有適當的RFFE，設備根本無法連接到移動網路，從而就談不上什麼互聯網生活了。

為什麼現在才談起了RFEE？

既然RFEE這麼重要，為什麼現在我們才開始重視它呢？ 簡單來說有兩點：

1. 移動應用的爆發性發展，帶來更多樣化的服務，也導致了對數據更大的需求量。

2. 大屏手機/全面屏手機不可阻擋的趨勢以及無突破性發展的電池技術，讓續航更加重要，所以就要從耗電的RFEE入手解決。

正如開頭所講，RFEE一直很重要，而且隨著每一代無線寬區域網路(WWAN)技術和（IEEE） 無線網路標準的發展，從2G到5G，從802.11a到ad，RFEE的複雜性也在不斷增加。對於「」更高更快」，也更複雜的千兆網路來說，射頻前端的重要性就更加不言而喻。

在過去幾年，隨著新型應用的誕生，比如從社交應用到打車應用、再到現在的視頻直播和在線播放，甚至是VR應用，新型應用軟體加快了用戶生成內容的生產和消費，推動更快、更一致的下載和上傳速度。比如去年大熱的VR在今年卻冷靜了來，很大程度上是因為人們需要移動的、無線纜舒服的VR頭盔，能夠在線播放內容，而不是用載入存在本地的視頻或者是用線纜來傳輸內容。而要做到實時串流VR內容，是需要千兆級LTE才能做到的。

而像無人駕駛這樣任務關鍵型的應用，甚至是需要5G的連接能力才能做到。更複雜的應用對連接提出了更大的挑戰，也就給RFEE的設計提出了新的難題。因此，為了更好地實現前沿的應用，可以說RFEE的設計非常關鍵。

此外，IHS Markit的一份研究報告指出屏幕在5英寸及以上的智能手機2016年出貨量佔73%， 而一年前只有53%。我們都知道大屏幕會減少續航，這也帶動了更大的電池容量設計。這些變化和其他功能的改進共同導致了關鍵RFFE組件的物理空間減少。與此同時，考慮到大尺寸屏幕對電池續航的影響，RFFE的設計要比以往更重視電源使用效率。

當RFEE遇上千兆級LTE，難上加難

當LTE剛開始商用，也就是LTE Cat.4的時候，網速只有150Mpbs，而到了今年都在談論的LTE Cat.16的時候，這個速度已經飆升到了1Gbps。 當千兆LTE與RFFE碰到一起，讓RFEE設計的困難將以平方倍的增加，因為RFFE的設計複雜程度標準隨著同一設備內發射和接受通道的數量增加而提高，而千兆級LTE實現的關鍵三要素：1.載波聚合；2. 高階調製；3. 4X4 MIMO，讓千兆級的RFEE成為世上最難的設計。

研究機構IHS Markit對Galaxy S6 Edge+、S7 Edge還有Galaxy S8+的拆解的時候分析發現，在Cat 6和Cat 9/12設備之間，天線架構保持相對不變，而在Cat 16 設備中將會看到天線數量的顯著增加。而且像Galaxy S8 的窄邊框設計需要將天線放置在屏幕下方，這將對射頻信號造成干擾，將天線置於富有挑戰性的射頻環境。

儘管手機的RFFE的複雜程度顯著增加，然而設備PCB上留給此功能區的空間一直以來卻逐漸減少。在過去的幾年裡，高端智能手機已經從僅支持有限的射頻頻段轉為單一SKU型號就支持高達34個頻段的智能手機，比如一加 5。為了儘可能在有限的空間容納擴展的頻段，RFFE越來越模塊化，比之前集成了更多的PA、濾波器、雙工器、開關和LNA部件。PCB上元器件密度越來越高，元器件間的干擾逐漸成為一個不可忽視的問題。高通TDK合資企業開啟下一代射頻前端技術，為RFFE提供更高的集成度和更先進的技術。

如今的手機越來越來趨向於輕薄，留給機身內部的空間卻寥寥無幾，對於射頻部分的設計已經成為手機設計中最難的一部分，但是好在目前高通提供的是一個從天線到數據機的一套接近完整的解決方案。早在三星S7系類上搭載的驍龍X12 LTE數據機就已經支持了上行Cat13，下行Cat12的高速Modem，而配合上高通獨有的支持載波聚合的TruSignal自適應天線調諧和包絡追蹤技術 ，可以讓手機擁有更好的信號穩定性以及更佳持久的續航。目前這樣先進的Modem+RFFE同樣搭配在驍龍660／630處理器上，在中高端的機器上也能獲得同樣出色的體驗。

載波聚合的TruSignal 這項技術同樣在Galaxy S8和S8+上支持，但是不同的是S8第一批支持Cat16 千兆級LTE的量產智能手機，其下行鏈路速率約為千兆比特每秒 (1Gbps) ，與上代旗艦級數據機支持LTE Cat12 600Mbps的速率相比有了顯著的提高。更快的下載速度不僅使終端用戶受益。Cat16 LTE帶來更快的數據傳輸速度，移動設備更小的占空比，更延長的電池續航時間，這些好處也就只有在驍龍835的X16 LTE數據機上支持的。

為了在成熟的市場中獲得競爭優勢，OEM廠商面臨著來自產品差異化方面越來越大的壓力。在過去幾年中，類似數據機輔助天線匹配調諧解決方案僅體現於高端智能手機設計領域，目前已在各大OEM廠商設計中司空見慣。支持載波聚合所搭載的天線匹配調諧已成為RF前端的重要零部件之一，減少因環境和設計因素造成的干擾和智能手機RF信號的衰減並提升功率效率。如果沒有天線匹配調諧技術，僅簡單握住智能手機的動作就能惡化射頻信號的質量， 智能手機廠商就得更注重選擇不會顯著影響RF信號質量的設計。

耗電大戶的困擾

電源效率是智能手機設計師自產品誕生以來一直關注的問題，除了屏幕，主SOC外，RF前端是電池電量消耗最大部分之一。實現儘可能高效的功率放大器逐漸變得越來越重要併產生了廣泛的技術應用如封包跟蹤。封包跟蹤晶元動態調整功放晶元的功率以達到最大的功放效率。

高通在其前端套片中提供平均功率（APT）跟蹤晶元是另一種用於提高PA效率的技術，高通則是提出了更好的提高APA效率的技術——包絡追蹤(ET) 。它與平均功率追蹤 (APT)相比，能效上更是提升了30% 。但是在最新的一代產品QET4100上，高通已經能夠支持高達40MHz的帶寬，這對於在上行線路中有2xCA的手機來說至關重要。通過將上行線路的帶寬增加一倍，用戶可以上傳自己的視頻，比如360度虛擬現實視頻，在高需求的場館如體育館中，速度更快。隨著用戶生成的內容變得越來越普遍，上行載波聚合將帶來更好的用戶體驗。

從射頻到5G

IHS Markit預計，到2019年底，5G設備將投入商用，而支持5G技術的舉措將進一步給RFFE帶來壓力。組件供應商將不得不增加對新制式的支持，以及從400MHz到6GHz的更廣泛的頻帶(與移動寬頻有關)，以及一套額外的編碼。如其他核心智能手機ICs如基帶一樣，RFFE需要提供向後兼容，以支持4G/3G/2G的操作模式。

如果沒有真正的系統級別的專業知識，當前和即將推出的RFFE將使組件供應商更難以阻止RFFE成為設備移動寬頻性能的瓶頸。供應商必須提供完整的組件組合，從而為OEM廠商提供不同程度的性能和靈活性，是以滿足終端用戶的需求。

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