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5G手机的关键技术-RF射频前端

时间:2020-11-16 10:58:21  来源:  作者:

5G手机相较于4G手机,5G手机必须设计为符合3GPP新无线电(NR)版本15,并且还需要兼容传统的4G接入技术。因此设备厂家第一阶段,一般都会采用5G手机支持非独立(NSA)协议栈的技术路径。

5G手机的关键技术-RF射频前端

图1:5G手机架构(来源:ResearchGate)

由于5G Massive MIMO提供了较快速的上行/下行吞吐量,一般认为其吞吐量是4G手机的10倍,同时还需要向后兼容4G标准如LTE和LTE-A。此外,最新的5G手机将支持蓝牙,WIFI和基于NFC的短距离无线技术。同时其还包含了更多的传感器,例如接近传感器,光传感器,气压计,磁力计,加速度计,陀螺仪,温度计,激光扫描仪等。

从硬件角度出发,5G手机相较于4G手机,其最大的区别在于,RF射频前端方案及天线的差异。

5G手机的关键技术-RF射频前端

图2:5G手机RF射频前端

一般来说,RF前端模组包括:

1)功率放大器(PA或LNA,分别对应收发端,负责信号的放大,往往是最耗电的芯片)

2)双工器及铁氧体滤波器,带外干扰抑制作用,保证不同频率上信号互相隔离,不受影响

3)高速RF开关,负责Tx与Rx之间的物理通道隔离,避免收发干扰,造成自激等不良影响

4)包络跟踪ED(提高放大器效率)

也就是对应着手机天线与基带处理器中间这一大部分,往往大家会说哪个品牌的手机信号质量好,往往就是这一部分其设计和集成能力强,表现出来了语音及数据通信能力的性能差异。

5G手机的关键技术-RF射频前端

图3:4G/5G手机射频前端规模估计

可以看出当前RF前端是需要不同功能特点的IC进行整合的,在芯片封装时,当前主流的工艺有如下一些工艺:

SOI:silicon on insulator

BUCK:块体硅、体硅

5G手机的关键技术-RF射频前端

图4:不同功能模块对应的工艺

类似于系统产品,手机目前的RFIC也呈现出了RF前端模组化的趋势,按照不同的组合当前有一些划分的方案。

5G手机的关键技术-RF射频前端

图5:RFIC模组不同组合方案

目前5G手机的架构还在演进发展中,如何将更多的RF前端集成进入手机,同时能够支持mm-Wave毫米波应用,满足用户不同手持状态良好的通信信道建立,也是一大挑战。



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