备战5G商用,射频前端如何设计?

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世界杯激战正酣,2018世界移动大会-上海也在此期间完美结束。由于紧随5G SA标准制定完成,本届MWCS就像是一场开幕式,产业链全面拉开了5G商用序幕。

在本届MWCS大会上,中国联通联合上下游合作伙伴举办5G生态研讨会,Qorvo应邀出席,由Qorvo亚太区移动事业部市场战略高级经理陶镇为与会观众带来了Qorvo对于5G时代构建射频器件的经验分享。

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Qorvo亚太区移动事业部市场战略高级经理陶镇在联通5G生态研讨会上发表演讲

从4G到5G,射频前端架构有何不同?

据陶镇介绍,从频段角度考虑,5G时代除了主流频段外,由于引进了5G NR的标准,会有3.5GHz、4.8GHz等频段出现,以及不断重耕的LTE频段,因此需要射频前端器件能够支持更多的频段,或者原来4G频谱的设备件必须要支持更高的5G标准。

对于工作模式而言,基于5G新空口的波形,相比4G有更大的峰均比,有可见的子载波间隔,以及可动态调节的功率频率范围,这些都是5G射频前端架构以及器件设计上极大区别于传统4G的地方。

再从信号传输角度考虑,5G要求更快速的传输速率,就需要更多的MIMO。在4G LTE时代,已经做到了4×4的MIMO。到2019年,5G的4×4下行MIMO或是2×10的上行MIMO可能会成为一个标准,届时必须要支持四个下行链路的和两个上行链路,这对射频前端的设计也是一种挑战。此外,由于现在有了SA和NSA两种不同的组网方式,对射频前端来说更多的挑战也随之而来。

如何设计一个典型的5G射频前端架构?

因此,在未来5G智能终端支持多模多频段的终端里,一个典型的射频前端架构必须要涵盖支持不同频段的射频前端模块,如低频(1GHz以内)、中频(2GHz以内)、UHB超高频(3.5GHz)以及N79频段(4.4GHz-5.0GHz),根据这四个不同的频段要有不同的射频收发模块,以及支持分级接收的接收模块。

小tips

版本15 NSA 规范整合了开始设计5G 智能手机所需的众多5G 规范,包括新频段、载波聚合(CA) 组合以及关键的RF 特性(如波形、调制和子载波间隔)。规范定义了两个广泛的频谱范围,即sub-6 GHz (FR1) 和毫米波(FR2) 频率。它们包括第一组新5G FR1 频段(n77、n78 和n79),将用于许多全球5G 部署。从长远角度看,许多LTE 频段已被指定用于重新分配为5G 频段,但只有一小部分有望在近期使用,包括n41、n71、n28 和n66。版本15 规范还包括600 多个新的CA 组合。

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5G FR1 频段(n77、n78 和n79)的新区域分配

“这种架构性转变会产生许多影响。其中一个最明显且至关重要的影响就是天线调谐和天线转换开关将变得更加重要。”陶镇解释道。当今的智能手机已经需要依赖天线调谐来提高辐射效率,但是天线调谐将在向5G 的过渡过程中发挥更大的作用,同时通过使每根天线能够高效地支持更宽的频率范围,帮助智能手机制造商将天线数量保持在可承受范围内。

如今双工信号已经很常见(例如,低频段和中频段/ 高频段信号),但是  5G 使信号路由复杂性提升到一个全新水平。鉴于天线的最大数量开始趋向稳定,超高频段频率和双连接性上行链路要求将需要对信号路由至天线的方式做出实质性改变。高性能天线转换开关能够最大化信号连接的数量,同时符合严格的CA 抑制要求,并维持低插入损耗,因此将迅速取代简单的双工器。

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Qorvo是移动天线调谐解决方案的行业领导者,拥有多种基于低损耗开关的孔径和阻抗调谐产品,可提供卓越的导通电阻和关断电容性能。未来,天线共享正逐渐成为满足智能手机天线数量日益增加的重要手段。天线分工器利用不同频段、不同功能性的组合,在未来5G的智能手机里使得单个天线可用于多种用途,从而减少了手机系统增加天线的需求,并在射频前端的复杂性不断增加时保持天线数量在可控范围内,并避免了性能下降。

“实际上,Qorvo作为一家射频半导体公司,已经在为未来5G终端的射频前端系统架构里的器件设计做好了充分准备,积累了许多针对不同应用的领先工艺,例如SAW/BAW滤波器、GaAs/GaN技术以及载波聚合和MIMO等等。”陶镇展望到,“除此之外,Qorvo也会从系统架构、标准化、软硬件的层面全方位地支持我们的客户,也希望与中国联通在2019、2020年通力合作,促进整个5G终端产业链的发展。

 

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