如何实现智能手机1Gbps的下载速率？
发布时间：2017-10-18 13:56:35
来源：Qorvo官方博客
有人会问：“为什么我们需要1 Gbps的下载速度？目前的下载速度不够快吗？”我们来看事实：我们都讨厌在手机上看到旋转的缓冲标志，我们总是想要更多的数据。运营商也希望您的下载速度更快 - 获取数据的速度越快，他们可以将有价值的频谱资源分配给另一个用户。
在 2017年3月的一份报告中，思科指出，平均移动网络连接速度目前约为6.8Mbps，与1Gbps相差甚远。难怪我们在下载时看到我们的手机上的缓冲符号旋转。
迈向1 Gbps：需要什么
首先，让我们清楚一点：1Gbps之路不是跳跃，相反，它是正确方向的一系列的小碎步。
让我们来看一些背景资料。RF前端（RFFE）仍然是移动手机设计最关键的方面之一。扩展载波聚合（CA）能力，更复杂的天线架构，天线调谐，高阶调制方案和空间流的增加都使得RFFE设计更加复杂。此外，从LTE-Advanced向LTE-Advanced Pro向5G新无线电（NR）的转变大大增加了RFFE的复杂性。在过去几年中，高级智能手机已经从一小部分RF频段转移到单个智能手机SKU的多达34个频段。
但是达到1 Gbps，需要哪些条件？我们来概述一些基本的推动因素：
- 高阶调制：在下行链路上，从64 QAM到256 QAM将单个10 MHz信道的速度从75 Mbps提高到100 Mbps。
- 载波聚合：将100 Mbps乘以聚合分量载波的数量。3-5下行链路（DL）CA现在可用，因此可以达到最高500 Mbps的速率。
- 4x4 MIMO（多输入/多输出）：利用LTE中的4天线空间分集，DL分量载波（CC）可以有效扩展到4个信道。
比较：64个QAM到256个QAM调制方案
实现1 Gbps的最直接方法是在3个分量载波上的2个上使用具有4x4 MIMO的3DL CA。这是3个频段的10个数据流。使用256 QAM，即10 x 100 Mbps - 等于1 Gbps。使用高性能芯片组，手机中可启用具有4x4 MIMO和256 QAM功能的3CA，但RFFE必须能够使用。
3 下行4x4 MIMO载波聚合
由于由于天线尺寸的限制，低频带对于4x4 MIMO不是最佳的，所以支持4x4 MIMO的频带需要在以下频率范围之一：
- 中频（MB）
- 高频（HB）
- 超高频（UHB;~3.5 GHz）
- 使用许可辅助访问（LAA）的5 GHz范围
如果我们从目前的手机中可用的网络和RFFE架构开始，很难将UHB或LAA视为可用的选项，因此我们将专注于将4x4 MIMO添加到中高频带。
今天智能手机中RFFE的基线
主要是通过使用多路复用器的CA增加发送（Tx）和接收（Rx）路径的数量和/或添加支持多个频带的更多天线，LTE电话已经朝着这个1Gbps的目标前进了一段时间。现在许多手机具有4个不包括Wi-Fi天线的无线电天线，但不一定支持4x4 MIMO。
以下是使用4个天线（2个主天线和2个分集/ MIMO天线）的简单的前端设计。这个设计是市场上几款智能手机现在可用的良好基准。它是一个简单的高/中/低频带模块设计，允许至少3个CA，涵盖高，中，低频LTE频率范围。低频带和中频带频率由双工天线支持，而另外两个天线则支持高频带。天线分离/隔离还允许在高频带和中频带和/或低频带之间的CA。
使用4个天线的基线RF前端（RFFE）架构
千兆数据速率的增量步伐
使用4个天线，这是我们对于4x4 MIMO的第一个要求，但是这4个天线需要被路由到每个空间流的4个唯一的无线电路径。简单地说，高频带有2个专用天线和中频带有2个专用天线的配置将不支持4个中/高天线。这也意味着我们不能简单地依靠天线隔离来复用中频带和高频带，至少不需要更多的天线。
如果我们遵循支持4x4 MIMO的2个CC的计划，那么我们应该看看在中高频带中有8个空间流。我们需要有一种方法来分离所有四个天线上的各个频段 - 基本上，我们需要一种复用中高频带的方法。我们可以通过在中频带天线和高频带天线上添加中/高双工来组合增量架构。
但是，将固定多路复用器添加到现有阵容中并不总是简单的方法。分离中频带和高频频率的双工器通常损耗很大，这降低了Rx灵敏度，并导致功率放大器的Tx功率需求增加，对当前消耗和PA +滤波器的耐用性也有影响。
另一个选择是包括具有多个中/高多路复用器（即，六重触发器或七分片器）的组件以支持所有频带组合，但这可能是一个昂贵的路线，并且与经过验证的设计相当偏离。
Qorvo实现1 Gbps的方法：交换多路复用器
那么，Qorvo RFFE实现1 Gbps 的简单步骤是什么？灵活的中/高双工使用开关多路复用器，如Qorvo QM17001。
使用交换多路复用器的射频前端（RFFE）架构（QM17001）
使用QM17001，三种配置可以实现1 Gbps前端，增加空间，对当前成熟的组件影响不大。这三个配置是：
- 低损失旁路。对于不使用4x4 MIMO时影响很低
- 中/高双工路径1.覆盖大多数频段的标准中/高双工
- 中/高双工路径2.启用复用B30 / B40与中频带或高频带的困难情况
使用上述配置支持以下模式：
- 单频LTE（配置1）。低插入损耗旁路意味着对当前架构规范的影响很小。
- DL CA（配置1）。天线隔离仍然可以支持无MIMO的中/高双工。
- 4x4 MIMO，单频带（配置1,2或3）。对于高频带，可以在中频带路径上启用QM17001，为其他接收机创建路由。在高带路径上使用QM17001的中频带可以进行类似的配置。主Tx路径仍然处于旁路模式，所以影响很小。
- 4x4 MIMO，中/高双工（1 Gbps）（配置2或3）。QM17001全部启用，中/高双工器引入损耗。
总之，您可以通过对现有架构进行增量更改来实现1 Gbps RFFE，而Qorvo将帮助您实现这一目标。欲了解更多信息，请访问Qorvo的RF Fusion网页。有关技术指导和应用支持，请访问我们的技术支持网页。
关于作者：
David Schnaufer
Technical Marketing Communications Manager, Qorvo
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