5G手机，为什么射频前端愈发重要？来源：内容由半导体行业观察

来源：内容由半导体行业观察（ID:icbank）转载自公众号「射频学堂」，作者：WayneLam ，谢谢。
十年前，蜂窝设备的射频(RF)设计开始发生根本性变化，这将为当前射频前端的复杂性铺平道路-调制解调器和天线之间的智能手机部分。世界正在经历从多种支离破碎的3G全球蜂窝技术到统一的4G无线标准的重大转变，该标准被称为长期演进或LTE 。这是改善蜂窝通信以最佳利用无线电频谱的漫长旅程的第一步。
4GLTE的出现需要一套新的无线技术来利用可用的蜂窝无线电频谱，并最有效地利用分散的频谱资源。为实现这一目标， RF工程师从根本上重新设计了RF前端的无线信令和传输架构，增加了主要功能，例如载波聚合、高阶调制和多输入多输出(MIMO)天线。通过结合越来越多的无线电频谱来改善整体无线连接和性能，移动设备中的RF设计变得相当复杂。
这是三部分系列中的第一部分，旨在帮助理解RF前端设计之谜以及使5G智能手机成为可能的技术。它探讨了为什么手机中的RF前端设计变得如此复杂，并回顾了RF前端架构，说明了芯片组行业如何管理这种复杂性并持续改善用户体验。
射频前端之谜
在4G之前，蜂窝无线电设计是一件非常简单的事情。传统的射频前端仅支持少数不同的射频，而这反过来只需要少量射频组件和天线来支持下行链路和上行链路功能。但随着行业开始4G的长期演进，很明显， RF前端设计必须能够快速扩展，以适应全球蜂窝应用中可用的无线电频率的增长。
今天，在4G和5G手机中看到支持超过20个频段以及多个天线的射频前端设计并不罕见。与3G相比， 4G的初始复杂性在RF前端部分造成了几何增长。随着行业向5G过渡， RF设计挑战变得更加复杂，这给设备制造商提出了一项艰巨的任务，即阻止RF复杂性呈指数级增长。事实上，我们的研究表明，在智能手机的任何部分，射频前端的物料清单(BOM)成本上升幅度最大。其他功能领域的成本和复杂性仅略有增加，而RF前端的成本和复杂性都增加了。
最新的5G射频前端设计必须满足更多的网络要求，以支持新的、更宽的5G频率带宽，以及越来越多的LTE频段，因为大多数5G网络推出时使用的是非5G的独立实施。这意味着两个不同的无线电同时处于活动状态，一个5G和另一个4G ，具有独特且独立的射频链。
5G标准还有助于引入新的、以前未使用的频谱，从24GHz开始，通常称为毫米波频谱。这些频段提供1GHz以上的频谱，从而实现超过7Gbps的峰值无线数据速度。
但是为了实现这些速度，设备设计牺牲了信号覆盖范围。毫米波5G的接收和传播在实际应用中更加困难，这迫使使用波束成形和波束控制等新型无线电技术来产生可用的毫米波5G连接。
随着5G增加了手机中无线电和RF组件的数量，创建支持三代蜂窝无线电技术的功能性RF前端变得更加困难。
下表说明了3G、4G和5G网络中支持的频段数量的增加，这导致了RF复杂性的失控增长。对比过去11年来三星Galaxy系列的第一代设计，我们可以看到，每一代新的网络都带来了更多的支持RF频段，增加了对RF前端的要求，以跟上增加的带宽。这意味着手机制造商需要大量投资来设计功能更强大的射频前端，控制成本膨胀并在设备上使用有限的空间。

文章图片
一直以来，这些RF复杂性在产品文献和消费者隐藏的RF设计挑战中都被掩盖了，因为这些复杂性会使产品信息变得混乱。智能手机用户不需要或不想了解这种日益增加的复杂性；他们希望他们的手机可以在任何地方使用，无论他们住在哪里。