1 多模多頻段終端實(shí)現所面臨的挑戰

無(wú)線(xiàn)通信模塊由芯片平臺、射頻前端和天線(xiàn)3大部分構成。圖1為終端無(wú)線(xiàn)通信模塊的通用架構圖。其中，芯片平臺包括基帶芯片、射頻芯片以及電源管理芯片等，射頻前端包括SAW(Surface Acoustic Wave，聲表面波)濾波器、雙工器(Duplexer)、低通濾波器(Low Pass Filter，LPF)、功放(Power Amplifier)、開(kāi)關(guān)(Switch)等器件?；鶐酒撠熚锢韺铀惴案邔訁f(xié)議的處理，涉及多?；ゲ僮鲗?shí)現；射頻芯片負責射頻信號和基帶信號之間的相互轉換；SAW濾波器負責TDD系統接收通道的射頻信號濾波，雙工器負責FDD系統的雙工切換以及接收/發(fā)送通道的射頻信號濾波；功放負責發(fā)射通道的射頻信號放大；開(kāi)關(guān)負責接收通道和發(fā)射通道之間的相互轉換；天線(xiàn)負責射頻信號和電磁信號之間的互相轉換。

終端支持多模多頻段與基帶芯片、射頻芯片、射頻前端、天線(xiàn)均有關(guān)。多?；ゲ僮鲗?shí)現主要影響基帶芯片，同時(shí)模式的增加對射頻芯片和功放也會(huì )產(chǎn)生影響；多頻段實(shí)現主要依賴(lài)于射頻芯片、射頻前端和天線(xiàn)。下面就多模多頻段對終端產(chǎn)品實(shí)現各部分產(chǎn)生的影響進(jìn)行詳細闡述。

1.1射頻前端

對于TDD系統而言，射頻前端主要由功放，SAW濾波器，低通濾波器和開(kāi)關(guān)等器件構成；而對于FDD系統來(lái)說(shuō)，射頻前端主要由功放、雙工器和開(kāi)關(guān)等器件構成。多頻段數量的增加將直接影響射頻前端濾波器件、功放以及開(kāi)關(guān)的數量增加，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對終端接收信號靈敏度的影響，同時(shí)抑制發(fā)射通路射頻信號的帶外干擾，通常需要在TDD系統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，而對于FDD系統，則需要配置雙工器來(lái)解決射頻前端接收通道和發(fā)射通道的濾波問(wèn)題。由于濾波器件數量是隨著(zhù)頻段數量增加而線(xiàn)性遞增的，且LTE系統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)上增加支持相同數量的頻段對終端濾波器件數量影響更為明顯。如表2所示，現有的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(wú)疑將嚴重影響整個(gè)終端設計的集成度，進(jìn)而導致終端在成本、體積、市場(chǎng)競爭力等方面面臨嚴峻挑戰。

(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。針對相同頻段的不同模式，其功放架構也不盡相同；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 )導致功放器件數量的增加，受限于帶寬和效率等指標，單個(gè)功放無(wú)法支持從700MHz到2.6GHz，這意味著(zhù)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)競爭力。

(3)開(kāi)關(guān)

開(kāi)關(guān)的復雜度與射頻前端發(fā)射通道和接收通道的數量密切相關(guān)。對于具有接收分集的移動(dòng)通信系統而言，通常需要配置兩套開(kāi)關(guān)器件，其中一套用于控制主接收通道和發(fā)射通道的相互轉換，另一套用于控制分集接收通道的相互轉換。這意味著(zhù)引入多個(gè)LTE頻段后不但會(huì )增加開(kāi)關(guān)的數量，還會(huì )增加每個(gè)開(kāi)關(guān)的復雜度，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。

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)現面臨的挑戰主要來(lái)自射頻芯片和射頻前端。

1.2 基帶芯片

終端支持多模關(guān)鍵在于基帶芯片。通常，模式增加對基帶芯片成本略有提升，但是頻段增加對基帶芯片的面積和成本幾乎無(wú)影響，僅需要進(jìn)行軟件升級。

由于TD-LTE和FDD LTE在標準協(xié)議層面存在約10%的差異(差異來(lái)自雙工方式，主要在物理層)，TD-LTE和FDD LTE共基帶芯片沒(méi)有技術(shù)門(mén)檻和難度。目前，所有LTE芯片廠(chǎng)家都已經(jīng)或將支持TD-LTE與FDD LTE共基帶芯片，只不過(guò)不同廠(chǎng)家的市場(chǎng)定位不同，同時(shí)針對標準協(xié)議的芯片實(shí)現架構存在差異，所以實(shí)現TD-LTE和FDD LTE雙模融合的過(guò)程和進(jìn)度有所區別。

目前，基帶芯片廠(chǎng)商支持多模的主要挑戰在于對TD-SCDMA模式的支持。與TD-SCDMA芯片產(chǎn)業(yè)支持力度相比，TD-LTE芯片產(chǎn)業(yè)鏈更加壯大，包括傳統的TD-SCDMA芯片廠(chǎng)商、傳統的FDD LTE芯片廠(chǎng)商、傳統的WiMAX廠(chǎng)商以及國內新興的芯片廠(chǎng)商。但是，具備TD-SCDMA研發(fā)經(jīng)驗的廠(chǎng)商在整個(gè)TD-LTE芯片產(chǎn)業(yè)鏈中占比有限?？紤]到基帶芯片的成本對終端整個(gè)無(wú)線(xiàn)通信模塊成本影響最大，為提升中國移動(dòng)TD-LTE/TD-SCDMA/GSM多模終端產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力，后續應加快整合TD-LTE和TD-SCDMA產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢資源，推動(dòng)更多的TD-LTE芯片廠(chǎng)家盡快推出含TD-SCDMA多?；鶐酒a(chǎn)品，擴大產(chǎn)業(yè)規模，降低基帶芯片成本。

1.3 射頻芯片

新的模式和頻段的引入對射頻芯片均會(huì )產(chǎn)生影響。眾所周知，射頻芯片架構包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。對于現有的GSM和TD-SCDMA模式而言，終端增加支持一個(gè)頻段，則其射頻芯片相應地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發(fā)射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關(guān)系而定。對于具有接收分集的移動(dòng)通信系統而言，其射頻接收通道的數量是射頻發(fā)射通道數量的兩倍。這意味著(zhù)終端支持的LTE頻段數量越多，則其射頻芯片接收通道數量將會(huì )顯著(zhù)增加。例如，若新增M個(gè)GSM或TD-SCDMA模式的頻段，則射頻芯片接收通道數量會(huì )增加M條；若新增M個(gè)TD-LTE或FDD LTE模式的頻段，則射頻芯片接收通道數量會(huì )增加2M條。LTE頻譜相對于2G/3G較為零散，為通過(guò)FDD LTE實(shí)現國際漫游，終端需支持較多的頻段，這將導致射頻芯片面臨成本和體積增加的挑戰。

為減小芯片面積、降低芯片成本，可以在射頻芯片的一個(gè)接收通道支持相鄰的多個(gè)頻段和多種模式。當終端需要支持這一個(gè)接收通道包含的多個(gè)頻段時(shí)，需要在射頻前端增加開(kāi)關(guān)器件來(lái)適配多個(gè)頻段對應的接收SAW濾波器或雙工器，這將導致射頻前端的體積和成本提升，同時(shí)開(kāi)關(guān)的引入還會(huì )降低接收通道的射頻性能。因此，如何平衡射頻芯片和射頻前端在體積、成本上的矛盾，將關(guān)系到整個(gè)終端的體積和成本。

此外，單射頻芯片支持TD-LTE和FDD LTE不存在技術(shù)門(mén)檻，眾多廠(chǎng)家已有相應產(chǎn)品問(wèn)世。與基帶芯片略有不同的是，在多模射頻芯片增加對TD-SCDMA的支持難度相對較低。

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2 多模多頻段終端實(shí)現優(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，建議采用基于獨立接收通道的射頻芯片架構結合射頻前端模塊化方案來(lái)優(yōu)化多模多頻段終端產(chǎn)品實(shí)現。圖2是結合表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)現方案架構圖。

2.1 優(yōu)化的射頻芯片實(shí)現方案

由圖2可以看出，為了確保射頻接收性能，建議針對明確的多模多頻段需求采用獨立接收通道支持各個(gè)頻段，避免在外圍電路增加開(kāi)關(guān)來(lái)匹配前端濾波器所引起的性能損耗。在射頻芯片架構設計過(guò)程中，還需重點(diǎn)解決好如下問(wèn)題：

(1)多種模式共頻段的實(shí)現

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(guò)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等指標來(lái)實(shí)現對雙模的支持。

(2)射頻芯片架構的靈活性

建議從全球市場(chǎng)的角度整合LTE頻譜分配以及運營(yíng)商部署情況，在滿(mǎn)足必選頻段基于獨立接收通道實(shí)現的基礎上，擴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，以便快速適應多樣化的市場(chǎng)需求，避免因反復流片而引起的成本增加和供貨不及時(shí)。

2.2 優(yōu)化的射頻前端實(shí)現方案

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，那么勢必會(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(lái)優(yōu)化射頻前端實(shí)現。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(lèi)射頻前端模塊的市場(chǎng)需求量有關(guān)。因此，廠(chǎng)商可以根據自己的終端產(chǎn)品研發(fā)策略來(lái)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，所以此處未對分立的功放器件進(jìn)行模塊化，但終端廠(chǎng)商可視自身需求而定?？紤]到頻段數量對濾波器件和開(kāi)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(zhù)減小終端產(chǎn)品所面臨的體積挑戰。與此同時(shí)，隨著(zhù)市場(chǎng)規模的不斷擴大，產(chǎn)品成本也會(huì )顯著(zhù)下降。

本文結合LTE引入后的多模多頻段需求，深入分析了多模多頻段終端在產(chǎn)品實(shí)現上所面臨的性能、體積、成本等一系列挑戰，建議針對明確的多模多頻段需求采用“基于獨立接收通道的射頻芯片架構結合射頻前端模塊化方案”來(lái)優(yōu)化終端產(chǎn)品在實(shí)現過(guò)程中所面臨的性能、體積和成本等問(wèn)題。