PC2 时代即将到来,Qorvo 拥三大优势静待花开

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不知大家有没有如此经历:坐在飞驰的汽车上玩微信,明明可以接收别人的消息,而自己编写的消息却死活发不出去?这是因为蜂窝小区上行链路与下行链路覆盖范围不同所导致的,而即将部署的 PC2 似乎可以极大缓解这一问题。
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可以接收对方的消息,自己的却发不出去,不知大家碰到过没有?
 
PC2,也可称作“UE Power Class 2”。在 3G、4G 网络中,用户终端被称为“UE”, 包含手机、智能终端、多媒体设备、流媒体设备等等;Power Class,则指功率等级。从字面意思理解,PC2 就是指用户终端以功率等级 2 规定的最大输出功率工作。
 
PC3 局限性日益增加
 
虽然 UE 并不会一直按最大输出功率工作,但定义最大输出功率意义十足——事实上 UE 最大输出功率限制了移动通信上行链路的传输距离。目前,对于绝大多数的 4G LTE 频段(除应用于公共安全领域的 B14 外),3GPP 仅规范了一种功率等级,即 Power Class 3(下称 PC3),将 UE 的最大输出功率限制在 23 dBm±2 的水平。
 
不过随着无线网络的发展,PC3的局限性越发明显。
 
  • 首先,随着移动通信频谱逐渐向高频迁移,无线信号在传播过程中的衰减加剧,导致基站覆盖范围变小,尤其在 4G 频段当中处于相对高频的 B41(2.5~2.7GHz)频段。

 

  • 其次基站与用户终端的发射功率并不平衡,4G LTE 网络下行与上行链路的功率差异大约为 5 dB,因此在某些只有下行覆盖的区域,用户终端只能下载数据而不能上传数据,这往往会造成接入或切换失败的后果。
 
  • 再者要解决上述两个棘手问题,通常以提高基站密度为代价,这就变相增加了网络建设成本与维护成本。
 
  • 另外,全球范围内部署的 TD-LTE 网络中,大多数应用场景是以部署于低频段的 LTE FDD 网络做覆盖,以部署于高频段的 TD-LTE 网络提供小范围的大容量覆盖,但由于这两种网络覆盖范围不一致,导致小区边缘用户的业务体验还有待提高。
 
PC2 商用化势在必行,行业或面临洗牌
 
上文种种原因说明,提高上行链路的传输距离,以改善高频段 4G 网络覆盖范围很有必要。因此 2016 年初,GTI 发布了白皮书介绍 PC2 的优势,而 3GPP 也几乎在同一时间将 PC2引入到标准研究工作当中。目前相关标准制定工作已经完成,预计到 2017 年年中,美国运营商 Sprint 将会推出全球首个支持 PC2 的商用化产品,到 2018 年,主导 PC2 应用的运营商之一的中国移动也将推出 PC2 的商用化产品。
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增加 3dB 后,4G 基站上行链路的覆盖范围将发生明显变化
 
不过在 PC2 商用化以前,存在许多技术挑战。根据标准定义,PC2 在 PC3 的基础上,把 UE 最大输出功率提高 3 dB 至 26 dBm±2 的水平(23dBm 可换算成 200mW,26dBm 可换算成 400mW),这几乎使得UE的最大输出功率翻倍,UE的射频电路必须做个“大手术”。因为这个“大手术”,4G 手机射频行业可能面临洗牌。
 
Qorvo 眼中的 PC2 及 Qorvo 三大优势
 
在近期举办的第六届年度中国ICT媒体论坛上,Qorvo 中国区移动产品销售总监江雄表示:“PC2 的这 3dB 其实不好做。它不单止是 PA 的问题,还牵扯到整个链路,线性度、效率、插损、匹配等等,一系列问题都需要通盘考虑。”
 
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Qorvo 中国区移动产品销售总监江雄在第六届年度中国 ICT 媒体论坛上讲解 Qorvo 的 PC2 解决方案
 
自 2015 年初 RFMD 与 TriQuint 合并成 Qorvo 后,其 RF Fusion™ 与 RF Flex™ 系列产品表现相当抢眼,4G 射频器件的出货量更是节节攀升。这家拥有数座 GaAs 以及 GaN 晶圆厂的老牌射频芯片厂商,对 PA 技术的研究相当深厚。“PA 技术一直在演进中,在某些方面已经做到了极致,”江雄在同一场会议上说道:“PA 的功率要提得更高,那么线性度、效率这些指标都要比较好,这一系列的指标背后需要靠好的生产工艺来支撑。”
 
优秀的生产工艺一直是 Qorvo 引以为豪的铁拳。凭借独有的高性能 HBT(HeterojunctionBipolar Transistor,异质结双极晶体管)工艺,Qorvo 将 GaAs 的潜能挖掘到极致。“Qorvo 新推出的第五代 HBT 工艺再次提升了 GaAs 技术,使之能够支持更高增益,这对研发针对 PC2 的 PA 产品相当有利。目前新一代工艺的关键技术只有 Qorvo 掌握了,而 Qorvo 2016 年中后的 GaAs 新产品都将用到这项工艺。”江雄透露。
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Qorvo 的融合方案能节省大约 0.5dB 的匹配损耗
 
当 PA 输出更高功率的问题得以解决后,就得将目光投向射频链路的其余部分了。传统分离方案搭建的射频链路,把包括 PA、滤波器、开关等器件组合到一起,需要进行阻抗匹配,而匹配加入的电阻电抗则会损耗能量。这些损耗让功率没法进一步提高,尤其是分离方案,任何射频器件的两端都需要进行标准化(50Ω)的匹配。但 Qorvo 高集成的融合方案却可以省去多余的匹配,直接将PA与滤波器相匹配、滤波器与射频开关相匹配,从而减少能量损耗。江雄说明道:“以 Qorvo 的融合产品为例,大约可以节省 0.5dB 因匹配产生的损耗,所以要提高功率,融合方案比分离方案有很大优势。”
 
提高输出功率,整个链路的电流自然也会相应提高,这对电量要求严苛的用户终端来说影响较大。江雄对此解释道:“虽然最终产品还在制作中,但根据我们对测试样品的现场试验,电流表现其实蛮好。因为采用的是 TDT 技术,实际电流会以看到的电流除以一个系数,所以并没有看到电流明显增加。另外我们还会采用ET技术应对电流提高的问题,以达到省电的目的。”
 
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Qorvo 解决方案针对 PC2 的三大优势:高集成度的融合产品、高级 BAW 滤波器以及先进的 HBT 工艺
 
不管怎么说,电流提高是事实,这会引起其它连锁反应,譬如射频链路的温度改变,不过 Qorvo 似乎已成竹在胸。温度变化常常会造成滤波器的中心频率漂移,这对信号抗干扰非常不利,而 Qorvo 高级 BAW 滤波器具有低温漂甚至零温漂的特性,在温度变化下仍然有很好的带外抑制,而且其低插损、高功率容量,亦不会受到功率提高带来的不利影响。“Qorvo 不仅有高性能的 PA 与射频开关,还有高级 BAW 滤波器,这是其它没有 BAW 滤波器技术的射频厂家非常羡慕的地方。把这些领先技术放在一起做融合方案,做出来的产品效果会非常好,也极大简化了终端厂商的设计难度。”江雄表示。
 
Qorvo的PC2解决方案
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Qorvo 的 B41 频段 PC2 解决方案简介
 
Qorvo 的融合方案已经历了几代产品,从最开始支持单载波、B41 窄带的,发展到支持双载波、B41 宽带的,再到新一代支持 PC2 的产品,集成度越来越高、性能越来越好。目前Qorvo 针对 PC2 的融合方案还在优化,已有数家业界领先的手机厂商在进行评估工作,其中 QM75004 支持多种平台芯片,QM78065/35 是为特定的天线结构设计,再下一代的产品则会集成 LNA,来应对更为复杂的天线设计和弥补天线能力的不足。关于 PC2 产品价格问题,江雄表示:“仍然会与整个市场相符合的价格去做,可能会有一点点变化,但是总体来讲不会有太大影响。”
 
总结
 
综上,PC2 的标准研究工作已经完成,若部署 PC2,将大幅改善 4G LTE 网络的上行覆盖范围,提高小区边缘的总体性能,并节省运营商网络建设成本。未来两年,国内外涉及到B41 频段的运营商均会积极推动 PC2 的商用化,而 Qorvo 则凭借独有的 HBT 生产工艺、优势极大的融合方案、以及低温漂的高级 BAW 滤波器,已为即将到来的 PC2 时代做足准备。