LTE引入后多模多頻段終端的挑戰(zhàn)

此外，單射頻芯片支持TD-LTE和FDD LTE不存在技術(shù)門檻，眾多廠家已有相應(yīng)產(chǎn)品問世。與基帶芯片略有不同的是，在多模射頻芯片增加對(duì)TD-SCDMA的支持難度相對(duì)較低。

3.3 射頻前端

對(duì)于TDD系統(tǒng)而言，射頻前端主要由功放，SAW濾波器，低通濾波器和開關(guān)等器件構(gòu)成；而對(duì)于FDD系統(tǒng)來說，射頻前端主要由功放、雙工器和開關(guān)等器件構(gòu)成。多頻段數(shù)量的增加將直接影響射頻前端濾波器件、功放以及開關(guān)的數(shù)量增加，從而影響終端的集成度、體積和成本。

(1)射頻濾波器件

為了抑制外界干擾信號(hào)對(duì)終端接收信號(hào)靈敏度的影響，同時(shí)抑制發(fā)射通路射頻信號(hào)的帶外干擾，通常需要在TDD系統(tǒng)射頻前端的接收通道和發(fā)射通道上分別配置SAW濾波器和低通濾波器，而對(duì)于FDD系統(tǒng)，則需要配置雙工器來解決射頻前端接收通道和發(fā)射通道的濾波問題。由于濾波器件數(shù)量是隨著頻段數(shù)量增加而線性遞增的，且LTE系統(tǒng)采用的又是接收分集，所以在LTE上增加支持新的頻段會(huì)比在TD-SCDMA(或GSM)上增加支持相同數(shù)量的頻段對(duì)終端濾波器件數(shù)量影響更為明顯。如表2所示，現(xiàn)有的TD-SCDMA/GSM終端支持6個(gè)頻段需要12個(gè)射頻前端濾波器件，而TD-LTE/TD-SCDMA/GSM終端支持8個(gè)頻段則需要18個(gè)射頻前端濾波器件，較前者多支持2個(gè)頻段卻多增加了6個(gè)濾波器件。同時(shí)，TD-LTE/FDD LTE/TD-SCDMA/GSM終端若支持11個(gè)頻段則需要24個(gè)射頻前端濾波器件。如此數(shù)量眾多的濾波器件通常都是分立器件，再加上外圍的匹配電路，無疑將嚴(yán)重影響整個(gè)終端設(shè)計(jì)的集成度，進(jìn)而導(dǎo)致終端在成本、體積、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

表2 多模多頻段選擇對(duì)濾波器件數(shù)量的影響

(2)功放

與濾波器件不同，功放不但和多頻段有關(guān)，而且還受多模的影響。針對(duì)相同頻段的不同模式，其功放架構(gòu)也不盡相同；若頻段和模式需求明確，可以在同一個(gè)功放的相同頻段上支持多種模式。多頻段的引入會(huì)導(dǎo)致功放器件數(shù)量的增加，受限于帶寬和效率等指標(biāo)，單個(gè)功放無法支持從700MHz到2.6GHz，這意味著終端支持多模多頻段必須采用多個(gè)功放，由此會(huì)影響終端的成本、體積和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

(3)開關(guān)

開關(guān)的復(fù)雜度與射頻前端發(fā)射通道和接收通道的數(shù)量密切相關(guān)。對(duì)于具有接收分集的移動(dòng)通信系統(tǒng)而言，通常需要配置兩套開關(guān)器件，其中一套用于控制主接收通道和發(fā)射通道的相互轉(zhuǎn)換，另一套用于控制分集接收通道的相互轉(zhuǎn)換。這意味著引入多個(gè)LTE頻段后不但會(huì)增加開關(guān)的數(shù)量，還會(huì)增加每個(gè)開關(guān)的復(fù)雜度，終端將面臨接收性能下降，PCB占板面積提升，成本增加的挑戰(zhàn)。

綜上所述，在基帶芯片支持多模的前提下，引入TD-LTE后多模多頻段終端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)面臨的挑戰(zhàn)主要來自射頻芯片和射頻前端。

4 多模多頻段終端實(shí)現(xiàn)優(yōu)化方案建議

為了提高多模多頻段終端產(chǎn)品的接收性能、降低PCB占板面積和成本，建議采用基于獨(dú)立接收通道的射頻芯片架構(gòu)結(jié)合射頻前端模塊化方案來優(yōu)化多模多頻段終端產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。圖2是結(jié)合表1全球各制式主流部署頻段需求給出了多模多頻段終端產(chǎn)品優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方案架構(gòu)圖。

圖2 多模多頻段終端產(chǎn)品優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方案架構(gòu)圖

4.1 優(yōu)化的射頻芯片實(shí)現(xiàn)方案

由圖2可以看出，為了確保射頻接收性能，建議針對(duì)明確的多模多頻段需求采用獨(dú)立接收通道支持各個(gè)頻段，避免在外圍電路增加開關(guān)來匹配前端濾波器所引起的性能損耗。在射頻芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，還需重點(diǎn)解決好如下問題：

(1)多種模式共頻段的實(shí)現(xiàn)

建議采用一條接收通道支持多模，從而可以減小射頻芯片的面積和成本。例如，若要求終端在WCDMA和FDD LTE上均支持Band1，則可以通過在覆蓋Band1頻段范圍的接收通道上配置不同的信道選擇濾波器參數(shù)等指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)對(duì)雙模的支持。

(2)射頻芯片架構(gòu)的靈活性

建議從全球市場(chǎng)的角度整合LTE頻譜分配以及運(yùn)營(yíng)商部署情況，在滿足必選頻段基于獨(dú)立接收通道實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大每條射頻接收通道覆蓋的頻率范圍，使得單個(gè)射頻接收通道可以提供多種頻段選擇，以便快速適應(yīng)多樣化的市場(chǎng)需求，避免因反復(fù)流片而引起的成本增加和供貨不及時(shí)。

4.2 優(yōu)化的射頻前端實(shí)現(xiàn)方案

多頻段引入后，如果射頻前端仍然采用分立器件方案進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，那么勢(shì)必會(huì)造成終端產(chǎn)品的體積和成本增加。為此，建議采用模塊化方案來優(yōu)化射頻前端實(shí)現(xiàn)。通常模塊化方案的集成度越高，則PCB占板面積就會(huì)越小，但是成本方面的增減還與該類射頻前端模塊的市場(chǎng)需求量有關(guān)。因此，廠商可以根據(jù)自己的終端產(chǎn)品研發(fā)策略來定制不同集成度的射頻前端模塊。圖2給出的是集成度較高的一種模塊化實(shí)現(xiàn)方案，考慮到采用3個(gè)寬頻功放就可以覆蓋多頻段的需求，所以此處未對(duì)分立的功放器件進(jìn)行模塊化，但終端廠商可視自身需求而定。考慮到頻段數(shù)量對(duì)濾波器件和開關(guān)影響較大，所以將這些器件按照分集接收通道和主收/發(fā)通道集成為兩個(gè)射頻前端模塊，將顯著減小終端產(chǎn)品所面臨的體積挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，隨著市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品成本也會(huì)顯著下降。

5 結(jié)束語(yǔ)

全球LTE頻譜離散，為滿足國(guó)際漫游需求，未來多模終端需支持更多的頻段，這將導(dǎo)致射頻前端器件堆積。本文結(jié)合產(chǎn)業(yè)實(shí)際能力，建議針對(duì)明確的多模多頻段需求采用“基于獨(dú)立接收通道的射頻芯片架構(gòu)結(jié)合射頻前端模塊化方案”來優(yōu)化終端產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)過程中所面臨的性能、體積和成本等問題。