Qorvo：如何让你的智能手机速率达到1Gbps？

doatello

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。

那么，如何在智能手机上达到1 Gbps的下载速度和上传速度？一旦您了解1 Gbps的启用技术和可用的RF组件，您将看到，实现千兆数据速率的手机有一个简单的增量路径。

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

David is the public voice for Qorvo’s applications engineers. He provides technical insight into RF trends as well as tips that help RF engineers solve complex design problems.

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