隨著智能手機(jī)市場(chǎng)的不斷成熟，高端市場(chǎng)不斷推陳出新。早期的高端智能手機(jī)屏幕較小，電池壽命較短，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬不足以傳輸高清視頻或下載大文件。幸運(yùn)的是如果用戶不僅僅滿足于通話和短信而有更多需求，現(xiàn)在他們可以整日沉浸在自己手機(jī)上，尤其是自LTE手機(jī)誕生以來(lái)。在過去的幾年里，智能手機(jī)用戶的需求已經(jīng)得到了擴(kuò)展，一定程度上受益于于YouTube、Facebook和Twitter等社交媒體應(yīng)用的日益普及。這些應(yīng)用軟件加快了用戶生成內(nèi)容的生產(chǎn)和消費(fèi)，推動(dòng)了更快、更一致的下載和上傳速度。自LTE設(shè)備誕生以來(lái)，RFFE的復(fù)雜性顯著增加；設(shè)備的其他功能的改進(jìn)也在改善整體用戶體驗(yàn)方面獲得更多的肯定，但是這些改進(jìn)導(dǎo)致了一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的RFFE設(shè)計(jì)環(huán)境。

如今類似消費(fèi)視頻的用戶應(yīng)用體驗(yàn)持續(xù)增強(qiáng)，以至于成為智能手機(jī)用戶最常見的應(yīng)用行為之一。因此，隨著智能手機(jī)出貨量的增長(zhǎng)，屏幕尺寸也隨之快速增大。屏幕在5英寸及以上的智能手機(jī)2016年出貨量占73%， 而一年前只有53%。大屏幕通常會(huì)拖累電池壽命，這也帶動(dòng)了更大的電池容量設(shè)計(jì)。這些變化和其他功能的改進(jìn)共同導(dǎo)致了關(guān)鍵RFFE組件的物理空間減少。與此同時(shí)，考慮到大尺寸屏幕對(duì)電池續(xù)航的影響，RFFE的設(shè)計(jì)要比以往更重視電源使用效率。

Gigabit LTE 與 射頻前端：這很復(fù)雜

隨著每一代無(wú)線寬區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(WWAN)技術(shù)的發(fā)展，射頻前端的復(fù)雜性也在不斷增加。然而，與之前任何一代相比，最新一代的旗艦產(chǎn)品在射頻內(nèi)容和復(fù)雜性方面已經(jīng)有了一個(gè)階梯式躍進(jìn)。從LTE-A到LTE-A Pro的升級(jí)可能是目前RFFE設(shè)計(jì)復(fù)雜程度最大的一次飛躍。20170719-IHS-1RFFE的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度標(biāo)準(zhǔn)隨著同一設(shè)備內(nèi)發(fā)射和接受通道的數(shù)量增加而提高。這通常與RFFE設(shè)計(jì)中使用的天線數(shù)量和支持的空間數(shù)據(jù)流的數(shù)量相關(guān)。正如在上圖Galaxy S6 Edge+和下圖S7 Edge中所看到的，在Cat 6和Cat 9/12設(shè)備之間，天線架構(gòu)保持相對(duì)不變，而在Cat 16 設(shè)備中將會(huì)看到天線數(shù)量的顯著增加。20170719-IHS-2隨著其擴(kuò)展的載波聚合能力、更高階的調(diào)制、更復(fù)雜的天線架構(gòu)、越來(lái)越多的空間流以及LTE-U功能，像Galaxy S8和S8+這樣新型高端智能手機(jī)的RFFE可以說(shuō)是在它們發(fā)布時(shí)最復(fù)雜的智能手機(jī)射頻設(shè)計(jì)。20170719-IHS-3Galaxy S8和S8+是第一款支持Cat16 LTE的量產(chǎn)智能手機(jī)，其下行鏈路速率約為千兆比特每秒 (1Gbps) ，與上代旗艦級(jí)調(diào)制解調(diào)器支持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，而且還使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備受益。Cat16 LTE帶來(lái)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度，移動(dòng)設(shè)備更小的占空比，更延長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間，同時(shí)也通過更高效的網(wǎng)絡(luò)交互釋放了網(wǎng)絡(luò)資源。此外，運(yùn)營(yíng)商還可以通過像LTE-U這樣的技術(shù)來(lái)利用免牌照的頻譜。

盡管RFFE的復(fù)雜程度顯著增加，然而設(shè)備PCB上留給此功能區(qū)的空間一直以來(lái)卻逐漸減少。在過去的幾年里，高端智能手機(jī)已經(jīng)從僅支持有限的射頻頻段轉(zhuǎn)為單一SKU型號(hào)就支持高達(dá)34個(gè)頻段的智能手機(jī)，比如OnePlus 5。為了盡可能在有限的空間容納擴(kuò)展的頻段，RFFE越來(lái)越模塊化，比之前集成了更多的PA、濾波器、雙工器、開關(guān)和LNA部件。PCB上元器件密度越來(lái)越高，元器件間的干擾逐漸成為一個(gè)不可忽視的問題，如何對(duì)每個(gè)射頻元器件實(shí)施充分有效的隔離挑戰(zhàn)進(jìn)一步加劇。20170719-IHS-4雖然上文提及RFFE元器件已高度集成，但越來(lái)越多的頻段支持和更快移動(dòng)寬帶速率所需要的復(fù)雜性導(dǎo)致使用更多的元器件，提升了RFFE部分的成本，證明了RFFE部分的價(jià)值所在。20170719-IHS-5類似4x4多輸入多輸出(MIMO)天線結(jié)構(gòu)和載波聚合的技術(shù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)Cat16 LTE性能的大幅提升，但與此同時(shí)也增加了成本。載波聚合是將多個(gè)區(qū)塊(分量載波) 組合以獲得更高的帶寬和吞吐量。Cat16 LTE最多聚合4個(gè)分量載波 (4x CA) ，總帶寬80MHz， 下載速率可達(dá)1Gbps。Cat16 LTE 之前的版本只有3個(gè)分量載波，總帶寬60MHz。4x4MIMO帶來(lái)帶寬提升和更高的下行速率，與此同時(shí)也增加了本已復(fù)雜的RFFE復(fù)雜程度，其中最大的影響之一是對(duì)接收鏈路RF元器件，特別是與其他元器件 (如LNA) 一起集成在模組里的濾波和切換開關(guān)部分。

不止 Cat 16 LTE: 邊框更窄，屏幕更大，更好的電池續(xù)航

為了在成熟的市場(chǎng)中獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，OEM廠商面臨著來(lái)自產(chǎn)品差異化方面越來(lái)越大的壓力。在過去幾年中，類似調(diào)制解調(diào)器輔助天線匹配調(diào)諧解決方案僅體現(xiàn)于高端智能手機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，目前已在各大OEM廠商設(shè)計(jì)中司空見慣。天線匹配調(diào)諧已成為RF前端的重要零部件之一，減少因環(huán)境和設(shè)計(jì)因素造成的干擾和智能手機(jī)RF信號(hào)的衰減并提升功率效率。如果沒有天線匹配調(diào)諧技術(shù)，僅簡(jiǎn)單握住智能手機(jī)的動(dòng)作就能惡化射頻信號(hào)的質(zhì)量， 智能手機(jī)廠商就得更注重選擇不會(huì)顯著影響RF信號(hào)質(zhì)量的設(shè)計(jì)。類似Galaxy S8 的智能手機(jī)無(wú) (窄) 邊框設(shè)計(jì)需要將天線放置在屏幕下方， 這將對(duì)射頻信號(hào)造成干擾，將天線置于富有挑戰(zhàn)性的射頻環(huán)境。

IHS Markit對(duì)Galaxy S8+的拆解分析發(fā)現(xiàn)該手機(jī)同時(shí)使用了來(lái)自高通QAT3550和QAT3514的阻抗/孔徑天線調(diào)諧技術(shù)， 以充分提高置于屏幕下方的天線性能。通過部署類似調(diào)制解調(diào)器智能天線調(diào)諧技術(shù)，OEM廠商可以減小天線尺寸，提高整體電源效率和信號(hào)穩(wěn)定性。

電源效率是智能手機(jī)設(shè)計(jì)師自產(chǎn)品誕生以來(lái)一直關(guān)注的問題，除了屏幕，RF前端是電池電量消耗最大部分之一。實(shí)現(xiàn)盡可能高效的功率放大器逐漸變得越來(lái)越重要并產(chǎn)生了廣泛的技術(shù)應(yīng)用如封包跟蹤。封包跟蹤芯片動(dòng)態(tài)調(diào)整功放芯片的功率以達(dá)到最大的功放效率。高通和Qorvo等公司在其前端套片中提供封包跟蹤檢測(cè)芯片，其他公司如三星也引進(jìn)了此技術(shù)。

在過去，對(duì)于ET的限制是它只能在20MHz的帶寬上工作，但是在最新的一代產(chǎn)品QET4100上，高通已經(jīng)能夠支持高達(dá)40MHz的帶寬，這對(duì)于在上行線路中有2xCA的手機(jī)來(lái)說(shuō)至關(guān)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(xiàn)實(shí)視頻，在高需求的場(chǎng)館如體育館中，速度更快。隨著用戶生成的內(nèi)容變得越來(lái)越普遍，上行載波聚合將帶來(lái)更好的用戶體驗(yàn)。

平均功率跟蹤是另一種用于提高PA效率的技術(shù)，但其在許多已有/新增LTE頻段所在的較高頻率下通常效率較低，在過去5年里，LTE已從多數(shù)設(shè)備運(yùn)行的1.9GHz或更低的頻段轉(zhuǎn)移到基本上所有高端智能手機(jī)都支持的2.1GHz或更高的頻段，這對(duì)擁有較高頻段的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商是個(gè)利好，例如Sprint在美國(guó)有160MHz的2.5GHz(頻段41)頻譜。然而更高的頻率通常無(wú)法傳播較遠(yuǎn)且不易穿透建筑物，這就是為什么高性能用戶設(shè)備(HPUE)正在被部署的原因。HPUE設(shè)備能夠在更高的功率水平上傳輸，從而增加設(shè)備的可用范圍，這種情況下，封包跟蹤技術(shù)變得至關(guān)重要。

實(shí)現(xiàn)4G到5G的升級(jí)

沒有射頻前端中幾項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，就沒有移動(dòng)手機(jī)上的4G+和5G新無(wú)線電(NR)技術(shù)的發(fā)展。載波聚合的發(fā)展，包括支持5xCA的Cat 18 LTE，使全球的運(yùn)營(yíng)商更容易利用授權(quán)和無(wú)授權(quán)的頻譜，利用許可的輔助接入(LAA)和LTE與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的天線共享。此外，下行線路的256 QAM和上行線路的64 QAM等更先進(jìn)的調(diào)制，使得移動(dòng)設(shè)備能夠更有效地與網(wǎng)絡(luò)交互。

4G+的頻率范圍將擴(kuò)展至600MHz的低頻段和 3.5 GHz的高頻段。一些組件供應(yīng)商已經(jīng)能夠通過硬件支持這些新頻段，然后通過未來(lái)的軟件更新作為支持。一般來(lái)說(shuō)，4G+將對(duì)射頻前端的接收端構(gòu)成更大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橄掠蔚臄?shù)據(jù)傳輸速率超過1Gbps，不過，在更寬的頻率范圍內(nèi)的額外頻段也需要來(lái)自傳輸端的組件支持，例如功率放大器。

IHS Markit預(yù)計(jì)，到2019年底，5G設(shè)備將投入商用，而支持5G技術(shù)的舉措將進(jìn)一步給RFFE帶來(lái)壓力。組件供應(yīng)商將不得不增加對(duì)新制式的支持，以及從400MHz到6GHz的更廣泛的頻帶(與移動(dòng)寬帶有關(guān))，以及一套額外的編碼。如其他核心智能手機(jī)ICs如基帶一樣，RFFE需要提供向后兼容，以支持4G/3G/2G的操作模式。如果沒有真正的系統(tǒng)級(jí)別的專業(yè)知識(shí)，當(dāng)前和即將推出的RFFE將使組件供應(yīng)商更難以阻止RFFE成為設(shè)備移動(dòng)寬帶性能的瓶頸。供應(yīng)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。