为啥旧手机不能兼容5G?

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5G启用后,势必加入新的无线频段,除了承载更高的数据吞吐量之外,还会对手机天线的设计造成影响。

新频段:5G终端支持频段数翻倍,带来射频前端用量和复杂度提升

1)滤波器需求倍增:理论上智能手机一个频段对应2个滤波器(Filters),5G手机频段数倍增将带来滤波器用量的大幅增加;

2)频谱重新划分增加RFFE复杂性:部分3G/4G的频谱将逐步重新分配至5G NR频段,导致同一频率范围内需同时支持4G LTE和5G,带来射频前端设计复杂性的大幅提升;

高频率:5G采用更高频率,BAW、LCP/MPI将成为主流

5G频谱包括两个频率范围,即Sub 6GHz(FR1)和毫米波(FR2)频率,其中2.5GHz(B41)和3.5GHz(B42/B43)将是5G增强型移动宽带( eMBB )首要建设目标,5G所采用的频率远高于4G,甚至可以支持毫米波波段,给终端射频带来巨大的改变:
 

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5G来临后将会有以下趋势:

1)5G新增频段包括Sub 6G和毫米波等超高频频段,体声波滤波器(BAW)更适合2GHz以上的高频段,BAW将成为主流。

2)在Sub 6G范围内,LCP和MPI凭借更低的高频损耗将成为主流,在毫米波范围内,将采用芯片化的天线阵列模组,终端天线将发生重大变革。

3)基站功放(PA)将采用高频性能更好的GaN材料,但是终端功放预计仍会采用性价比更高的GaAs材料。

大带宽:5G支持100MHz的超大带宽,对于射频器件提出更高要求

5G单载波带宽达到100MHz,在Sub 6G范围内可存在2个上行链路和4个下行链路载波,可实现200MHz上行和400MHz下行的总带宽。
 

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1)目前旗舰LTE手机通常采用最多只支持60MHz带宽的包络跟踪(ET)和PA最小化功耗,因此PA必须在ET和APT(平均功率追踪)模式下切换运行,PA设计复杂度提升。

2)大带宽意味着滤波器、天线开关、天线调谐支持更大的频率范围,滤波器、天线开关/调谐设计难度加大。

3)5G R15中定义600多个新的载波聚合组合,也增加射频前端设计的复杂性。


4x4 MIMO:5G强制性采用4x4 MIMO,带来终端射频用量翻倍

5G终端标准为支持下行链路4x4 MIMO,上行链路2x2 MIMO,而目前仅部分4G LTE手机支持4x4 MIMO。
 

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1)4x4 MIMO需要4根天线和4个独立的RF通道,意味着PA、LNA、滤波器、射频开关等射频前端器件用量翻倍增加,终端天线数量的进一步增加。

2)从64QAM升级为256QAM(正交幅度调制),对于射频前端的线性度提出更高要求。

双连接:5G NSA双连接带来射频前端数量和难度的增加

5G NSA是运营商早期加快5G部署的方案,通过利用LTE锚频段进行控制以及5G NR频段提高数据速率,但是5G NSA要求实现4G LTE和5G同时连接。
 

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1)双连接意味着手机将需要两套主天线,对应射频组件的数量也要大幅增加。

2)LTE锚频段传输生成的谐波有可能落在5G频段,需要灵敏度更高的滤波器以及功率更大的PA。

3)射频内容增加的同时,射频前端集成化成为趋势。

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5G终端与网络协同的参数研究

终端能耗是 5G 终端面临的重要难题,提升终端待机时长是提升移动网用户感知的重要因素。介绍了移动网与 5G 终端能耗相关的各类参数原理,分析了各类参数与移动网络性能和 5G 终端耗电的关系,同时结合中国联通移动网络现状,协同设备厂家、终端厂家从端网协同优化的角度,研究总结出目前网络侧与 5G 终端节电强相关的各类参数的优化建议,以华为终端为例进行了待机时长提升效果验证,并将研究成果应用到中国联通全网。

详细解读 | 射频PA在通信领域的作用及重要性

电磁波传输距离和发射功率成正比,射频 PA 性能直接决定通讯距离、信号质量和待机时间(或耗电量),根据 Yole 数据显示,2017 年手机射频前端中射频 PA 市场规模约 50 亿美元,在整个射频前端中价值量占比 35%,仅次于滤波器,也是射频前端价值量最高的单类型芯片。

射频前端

5G 愿景的真正实现,还需要更多创新。网络基站和用户设备(例如:手机)变得越来越纤薄和小巧,能耗也变得越来越低。为了适合小尺寸设备,许多射频应用所使用的印刷电路板(PCB)也在不断减小尺寸。因此,射频应用供应商必须开发新的封装技术,尽量减小射频组件的占位面积。再进一步,部分供应商开始开发系统级封装办法(SiP),以减少射频组件的数量——尽管这种办法将会增加封装成本。

5G 时代,射频前端腾飞在即

5G时代,智能手机射频前端需要处理的频段数量大幅增加,所需元器件数量随之增加。另外,高频段信号对滤波器、PA等射频前端元器件性能的要求也更高,这些导致了射频前端设计复杂度的提升,也带来了射频前端价值量的提升,产业链有望迎来新的发展机遇。

Qorvo:5G射频前端的挑战

在很多分析师和厂商看来,5G这个高速、低延迟和广泛覆盖网络到来,除了在应用方面带来了变革的机会,给上游供应商也带来了不小的挑战,尤其是射频前端方面。