深度剖析:LTE 时代多模多频段终端的射频芯片与前端架构难题及方案

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在通信技术飞速发展的当下,LTE 凭借高数据速率、低时延以及灵活的带宽配置等显著优势,成为了下一代移动通信的核心发展方向。全球范围内,众多运营商积极投身于 LTE 网络的建设,然而,这一新兴技术的网络部署是一个循序渐进的过程,在未来很长一段时间内,LTE 网络将与现有的多种网络共同存在。为满足业务连续性和国际漫游的需求,多模多频段终端应运而生,但其在实现过程中面临着诸多挑战,尤其是在射频芯片和射频前端设计方面。
 
LTE技术
 
LTE 网络的逐步推广,使得运营商对终端设备提出了更高要求。终端不仅要在原有的多模基础上增加对 LTE 模式及相应频段的支持,还要涵盖更多频段以保障国际漫游的实现。以中国移动为例,TD-LTE 引入后,终端至少要支持 TD-LTE、TD-SCDMA、GSM 三种模式和八个频段。而随着 FDD LTE 在全球的广泛部署,为实现全球漫游,终端还需不断增加新的 FDD LTE 频段。同时,考虑到 WCDMA 成熟的全球部署和强大的漫游能力,支持该模式也成为提升终端竞争力的关键。这一系列需求,使得多模多频段终端在实现过程中困难重重。
 
无线通信模块主要由芯片平台、射频前端和天线构成。其中,射频芯片负责射频信号与基带信号的转换,射频前端包含多种器件,承担着信号滤波、放大、双工切换等重要功能。多模多频段的需求对这些部分都产生了深远影响。
 
基带芯片是终端支持多模的关键所在。模式的增加对基带芯片成本有一定影响,而频段增加对其面积和成本影响较小,通常只需进行软件升级。TD-LTE 和 FDD LTE 共基带芯片技术已相对成熟,各厂家在实现进度上存在差异。目前,基带芯片厂商面临的主要挑战在于对 TD-SCDMA 模式的支持。整合 TD-LTE 和 TD-SCDMA 产业资源,推动相关多模基带芯片产品的推出,成为降低成本、提升产品竞争力的重要途径。
 
新的模式和频段引入对射频芯片冲击较大。终端支持的 LTE 频段增多,射频芯片接收通道数量会显著增加,这直接导致芯片成本和体积上升。为解决这一问题,在一个接收通道支持多个频段和模式成为方向,但这又会增加射频前端的体积和成本,同时降低接收通道的射频性能。因此,平衡射频芯片与射频前端在体积和成本上的矛盾,是优化终端设计的关键。
 
射频前端在多模多频段需求下同样面临困境。滤波器件数量随频段增加而线性递增,LTE 系统的接收分集特性进一步加剧了这一情况。大量的滤波器件多为分立器件,加上外围匹配电路,严重影响终端的集成度,进而增加成本和体积。功放不仅受频段影响,还与模式相关,单个功放难以覆盖多模多频段所需的频率范围,这使得终端需要采用多个功放,进一步增加了成本和体积。开关的复杂度和数量也会随着 LTE 频段的增加而上升,影响终端的接收性能和 PCB 布局。
 
为应对这些挑战,行业内不断探索创新的射频芯片和射频前端参考设计架构。一方面,研发集成度更高的射频芯片和前端模块,减少分立器件的使用,从而降低成本和体积。另一方面,优化电路设计,提高射频性能,减少各模块之间的相互干扰。例如,采用先进的滤波器技术,提高滤波效果,减少带外干扰;研发高效的功放,提高功率转换效率,降低功耗。
 
LTE 时代多模多频段终端的发展虽然面临诸多挑战,但也为射频技术的创新和发展带来了机遇。通过不断优化射频芯片和射频前端的设计架构,提升技术水平,有望实现多模多频段终端在性能、体积和成本之间的平衡,推动移动通信技术的持续进步,为用户带来更加便捷、高效的通信体验。
 
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