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高通先进射频功能 移动通信又一位幕后英雄

天极网手机频道 2017. 08. 07 作者:高志伟 责编:高志伟
我要吐槽

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  【天极网手机频道】智能手机从2010年爆发到今天,外观、性能、续航等有显著提升。在容易察觉的变化背后,是用户无法看到的通信、连接、显示及运算等技术的一次次突破。这些无名英雄不仅影响到手机外观设计、通信及连接性能,也反映出手机行业发展趋势,这些趋势、需求反过来催化出更先进的移动技术,构成一个良性循环。

  在这个良性循环中,有多个关键节点,射频前端就是其中之一。如果没有适当的射频前端,终端将无法连接到移动网络,手机基本上相当于一块有屏幕但无法连接网络的“板砖”。并且设计合理的射频前端对于手机性能、功能和工业设计方面的创新至关重要。

高通先进射频功能 移动通信又一位幕后英雄

  射频前端是移动电话的射频收发器天线之间的功能区域,主要由功率放大器 (PAs) 、低噪声放大器 (LNAs) 、开关、双工器、滤波器和其他被动设备组成,是手机进行通讯、网络连接的一道大门。如今用户选购智能手机更加倾向于支持全网通、持久续航、更快网速、更强信号的中高端产品,以获得实时、高效的连接体验,享受移动互联带来的便捷。当我们享受更加畅快稳定的联网体验,却并很少有人知道除了modem这还与射频前端的性能与复杂性密不可分。

  作为今年上半年最受关注的旗舰机型之一,三星盖乐世S8凭借外观与性能让用户赞叹不已,这些吸引眼球的卖点就得益于骁龙835移动平台以及高通先进的射频前端技术。在IHS Markit发布的射频前端报告中拆解了三星盖乐世S8,并着重提及了高通射频前端技术对盖乐世S8的贡献。

  射频前端与颜值密不可分

  高颜值、高性能、好体验,已经成功智能手机的标配,也就是说“不仅要靠脸吃饭,还需有才华”!用户对于智能手机颜值的执着也是苦了很多OEM厂商,要么向同质化、大众审美妥协,做差异化不明显的产品;要么就要狠下一番功夫,打造与众不同的智能手机。三星S8显然属于后者。

  手机外观很考验企业工业设计,同时还涉及到供应链、产品规划、内部布局和硬件配置等多个方面。比如用户很喜欢的金属机身,就让对信号有一定的影响。高通先进的射频前端支持载波聚合的TruSignal自适应天线调谐和包络追踪技术,并已经应用在骁龙800/600系列中,让OEM厂商在手机材质、内部天线布局的选择上更加灵活,避免设计问题导致用户使用期间通讯及连接不稳定,保障颜值提升空间。

  三星盖乐世S8十分重要的亮点就是——全面屏。乔布斯曾表示智能手机的最佳尺寸就是3.5英寸,但是如今不到5英寸的手机都可以归为“小屏”。用户需要大屏手机却不希望手机整体尺寸变得过大、过沉,也就是说要在原有基础上“加量,不加架”,于是高屏占比就成为重要趋势。屏幕大了功耗也会增加,自然需要大电池,既要扩大电池容量又要保证纤薄机身,就需要在其他的模块上推广“瘦身减肥计划”。

  瘦身意味着更高的集成度,为了帮助OEM企业设计、生产出更优秀的产品,高通从源头着手,提升射频前端整体集成度,释放更多空间。例如,高通首批基于GaAs的产品——QPA546x和QPA436x多模多频功率放大器模组(MMPA)。QPA546x MMPA是支持载波聚合的模组化前端解决方案的一部分,该模组化配置为支持先进连接特性(如千兆级LTE、LTE-Advanced和4x4 MIMO)的终端提供了一个零部件数量较少、设计工作简单的解决方案。

  通过下面这张三星盖乐世S7 edge与三星盖乐世S8主板的对比可以进一步感受到高集成度给主板设计带来的便利。射频前端的设计复杂程度标准随着同一设备内发射和接受通道的数量增加而提高。这通常与射频前端设计中使用的天线数量和支持的空间数据流的数量相关。三星S6 Edge+和S7 Edge在Cat. 6和Cat 9/12设备之间,天线架构保持相对不变,而在Cat. 16 设备中将会看到天线数量的显著增加。

高通先进射频功能 移动通信又一位幕后英雄
拆解图片来源于iFixit

  三星盖乐世S8是第一款支持Cat.16 LTE的量产智能手机,其下行链路速率约为千兆比特每秒 (1Gbps) ,与上代旗舰级调制解调器支持LTE Cat12 600Mbps的速率相比有了显著的提高。此外通过对三星S8+的拆解分析发现该手机同时使用了来自高通QAT3550和QAT3514的阻抗/孔径天线调谐技术, 以充分提高置于屏幕下方的天线性能。通过部署类似调制解调器智能天线调谐技术,OEM厂商可以减小天线尺寸,提高整体电源效率和信号稳定性。

  随时随地连接体验,离不开射频前端

  “移动便携的互联网入口”是手机成为最普及智能终端的原因之一。智能手机对于用户不仅仅是交流通讯,连接他人的工具,还是生活助手以及娱乐宝库。

高通先进射频功能 移动通信又一位幕后英雄

  为了保障用户长时间、稳定、流畅的连接体验,高通先进的射频前端同样功不可没。盖乐世S8是首款面向载波聚合使用高通 TruSignal自适应天线调谐技术的智能手机,这一技术将提供室内户外更一致的语音与数据体验。高通最新一代TruSignal天线增强支持主分集天线切换、天线调谐、高阶分集接收等三个技术。其中主分集天线切换可以在“死亡之握”姿势下将信号切换到手机上方的分级天线,避免信号受到干扰;天线调谐利用动态天线阻抗调谐器和若干孔径天线调谐器,与集成的高通骁龙LTE调制解调器紧密配合,动态适应变化的信号状况,实现出色的信号强度和高能效连接,在移动体验期间尽可能保证信号的稳定、高效,避免因为场景切换而造成信号丢失。

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  除此之外,5G的脚步越来越近,预计将在2019年底投入商用,届时更宽的频谱范围(授权和非授权)、更多的载波聚合、更广的频率范围以及向后兼容的需求等对射频前端提出了更高的要求,如果在设计时考虑不全面,那么OEM厂商在推出新设备时就会受到限制。IHS Markit一份射频前端相关的报告中,不仅介绍了高通对三星盖乐世S8中射频前端特性的贡献。更是表明了射频前端技术对于智能手机的深远影响“没有射频前端中几项技术的进步,就没有移动手机上的4G+和5G新空口(NR)技术的发展。”

  先进的射频前端技术保证了连接的稳定和高效,接下来要面对的就是功耗了。

  控制功耗,体验升级不压榨电池

  手机屏幕尺寸越来越大,性能越来越强,带给续航的压力也就越来越大!如何利用有限的电池容量获取更持久续航时间,是整个智能手机生态共同的话题。对此,高通自然不会让射频前端加入“拖后腿”的队伍中去,除了通过提高集成度来“节约”空间外,技术提升机优化对于续航的帮助同样不容忽视。三星盖乐世S8搭载骁龙X16 LTE 调制解调器,支持Cat.16 带来更快的数据传输速度、移动设备更小的占空比和更高效的网络交互释放了网络资源,还可以保证更延长的电池续航时间。

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  据悉在相同吞吐量下,采用TruSignal天线增强技术可以让电池续航时间提升高达20%;与此同时高通在其前端套片中提供包络追踪(ET)技术采用包络追踪技术,根据射频信号的包络来调整给PA供电的电压,达到最大的省电效果,提升PA的输出功率,并解决PA发热的问题。在不同频段对于电流消耗会有不同程度的降低。

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  未来将被广泛应用的场景之一是高功率用户设备(HPUE),跟普通的用户设备相比,HPUE的传导功率会有所提升,大功率情况下传导功率的提升会导致PA输出电流增多,包络追踪的效果就非常明显。另外,HPUE需要很大的PA输出功率,给PA的设计也带来极大的挑战。高通的包络追踪能够使PA工作在饱和状态下的输出功率进一步提高。

高通先进射频功能 移动通信又一位幕后英雄

  如何让生态受益?

  射频前端作为移动行业的关键增长领域,据Mobile Expert数据指出,2020年预估市场规模将达到180亿美元;2015-2020年年复合增长率达到13%。今年年初高通与TDK成立了合资企业,强强联手带来系统和集成等方面优势,并在技术上更加领先。凭借完整的射频前端核心技术组合、先进的模块集成功能、智能调制解调器支持系统及创新以及调制解调器到天线解决方案,高通能够提升OEM厂商大规模移动终端交付的质量和效率,三星盖乐世S8正是其中之一。并且通过先进的射频前端技术,终端设备在设计和通信方面有很大的选择空间与适应性。

高通先进射频功能 移动通信又一位幕后英雄

  对于用户而言,射频前端技术的提升保证了高质量、可靠稳定的通讯及连接体验,随时随地的娱乐办公应用以及长时间续航,以及自在无拘束的移动互联时代。射频前端的设计复杂程度和对数据流量的多样支持,让运行商和网络上的其他设备也从中受益。

  正如文章开头所言,智能手机终端各个模块是相辅相成,形成闭环生态。如果某一个环节“跟不上节奏”那么用户体验就会出现瑕疵。目前通讯正在向5G时代过度,届时蜂窝IoT也将更多的融入用户的生活中,对于连接的高效性、稳定性和安全性都有更高的追求。目前射频前端市场已经有Broadcom、Skyworks、Qorvo等企业,但高通凭借在通信领域积累的强大优势,以及其在集成解决方案上的创新力,相信能够在射频前端领域大展拳脚。

作者:高志伟责任编辑:高志伟)
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