有人可能會問，“我們為什么需要 1 Gbps 的下載速度？當前的下載速度還不夠快嗎？”讓我們面對現實吧：我們都討厭看到手機上旋轉的緩沖符號，而且我們總是想要更多數據。運營商也希望用戶有更快的下載速度 — 獲取數據的速度越快，他們就可以更快地將這些有價值的頻譜資源轉移到另一個用戶。
在 2017 年 3 月份的報告中，思科指出，目前平均移動網絡連接速度約為 6.8 Mbps，這與 1 Gbps 相差甚遠。難怪我們會在下載時看到手機上的緩沖符號旋轉。
那么，如何在智能手機上達到 1 Gbps 的下載速度和上傳速度？一旦您了解 1 Gbps 的啟用技術和可用的 RF 組件，您就會發現有一個簡單的增量路徑可實現手機的千兆數據速率。
實現 1 Gbps 的步驟：需要什么
首先，讓我們明確一點：通往 1Gbps 的道路并非一蹴而就。相反，它由許多朝向正確方向的小步驟組成。
下面是一些背景信息。RF 前端 (RFFE) 仍是移動手機設計最關鍵的環節之一。擴展載波聚合 (CA) 能力、更復雜的天線架構、天線調諧、高階調制方案和空間流的增加，都使得 RFFE 設計更加復雜。此外，從 LTE-Advanced 向 LTE-Advanced Pro 再到 5G 新無線電 (NR) 的轉變大大增加了 RFFE 的復雜性。在過去幾年中，高級智能手機已經從一部手機中包含一小部分 RF 頻段發展到了包含多達 34 個頻段。
但到達 1 Gbps 最需要什么？下面介紹一些基本的推動因素：
高階調制在下行鏈路上，從 64 QAM 轉向 256 QAM 可將單個 10 MHz 信道的速度從 75 Mbps 提高到 100 Mbps。
載波聚合。將 100 Mbps 乘以聚合分量載波的數量。3-5 下行鏈路 (DL) CA 現已可用，因此允許高達 500 Mbps。
4x4 MIMO（多輸入/多輸出）。利用 LTE 中的 4-天線空間分集，DL 分量載波 (CC) 可以有效擴展到 4 個信道。
Comparison: 64 QAM to 256 QAM Modulation Schemes
實現 1 Gbps 的最直接方法是在 3 個分量載波中的 2 個上使用具有 4x4 MIMO 的 3DL CA。這相當于是 3 個頻段中由 10 條數據流。使用 256 QAM 的情況下，就是 10 x 100 Mbps — 等于 1 Gbps。借助高性能芯片組，可在手機中啟用具有 4x4 MIMO 和 256 QAM 功能的 3CA，但 RFFE 必須能夠使用。
3 Downlink Carrier Aggregation with 4x4 MIMO
由于天線尺寸的限制，低頻段對于 4x4 MIMO 并非最佳選擇，支持 4x4 MIMO 的頻段需要在以下一個頻率范圍內：
中頻段 (MB)
高頻段 (HB)
超高頻段（UHB，約3.5 GHz）
使用許可輔助訪問 (LAA) 的 5 GHz 范圍
如果從目前的手機中可用的網絡和 RFFE 架構開始，我們會很難將 UHB 或 LAA 視為隨時可用的選項，因此我們會專注于將 4x4 MIMO 添加到中高頻段。
當今智能手機中的基準 RFFE
LTE 電話已經朝著這個 1 Gbps 目標前進了一段路程，這主要是通過使用多路復用器增加 CA 的發送 (Tx) 和接收 (Rx) 路徑的數量和/或添加更多支持多個頻段的天線。現在，很多手機都具有 4 條不包括 Wi-Fi 天線的無線電天線，但不一定支持 4x4 MIMO。
以下是使用 4 條天線（2 條主天線和 2 條分集/MIMO 天線）的簡單前端設計。該設計是現在市面上的幾款智能手機可選方案的良好基準。它是一個簡單的高/中/低頻段模塊設計，允許至少 3 個 CA，且涵蓋高、中、低頻 LTE 頻率范圍。低頻段和中頻段頻率由兩條天線進行雙工支持，而另外兩條天線則支持高頻段。天線分離/隔離還允許在高頻段和中頻段和/或低頻段之間進行 CA。
Baseline RF Front-End (RFFE) Architecture Using 4 Antennas
實現千兆數據速率的遞增步驟
在使用 4 條天線時，我們會首先對 4x4 MIMO 提出要求，但是這 4 條天線需要被路由到每個空間流的 4 個唯一的無線電路徑。簡單地說，高頻段有 2 條專用天線和中頻段有 2 條專用天線的配置將不支持 4 條中/高天線。這也意味著我們不能簡單地依靠天線隔離來復用中頻段和高頻段頻率，至少是在不減少天線的情況下。
如果我們遵循支持 4x4 MIMO 的 2 個 CC 的計劃，那么我們應該看看在中高頻段中是否有 8 個空間流。我們需要有一種方法來分離所有四條天線上的各個頻段 — 從根本上說，我們需要一種方法來復用中高頻段。我們可以通過在中頻段天線和高頻段天線上添加中/高雙工來組裝增量架構。
但將固定的多路復用器添加到現有陣容中并不總是簡單可行。分離中頻段和高頻段頻率的雙信器通常損耗極大，這降低了 Rx 靈敏度，并導致功率放大器的 Tx 功率需求增加。對電流消耗和 PA + 濾波器的耐用性也有影響。
另一個選擇是納入具有多個中/高多路復用器（如六工器或七工器）的組件以支持所有頻段組合，但這種方法可能成本高昂，并且與經驗證的設計有較大偏離。
Qorvo 實現 1 Gbps 的方法：開關多路復用器
那么，Qorvo RFFE 實現 1 Gbps 的簡單步驟是什么？靈活的中/高雙工，使用開關多路復用器，如 Qorvo QM17001。
RF Front-End (RFFE) Architecture Using Switched Multiplexers (QM17001)
借助 QM17001，可通過三種配置實現 1 Gbps 前端，且不會過多增加空間，對當前成熟的組件影響也不大。這三種配置是：
低損耗旁路。以便在不使用 4x4 MIMO 時降低影響
中/高雙工路徑 1。標準中/高雙工，涵蓋大多數頻段
中/高雙工路徑 2。在多路復用 B30/B40 的困難情況下啟用中頻段或高頻段
無線電支持使用上述配置的以下模式：
單頻段 LTE（配置 1）。低插入損耗旁路意味著對當前架構規范的影響很小。
DL CA（配置 1）。仍然可通過天線隔離支持無 MIMO 的中/高雙工。
4x4 MIMO，單頻段（配置 1、2 或 3）。對于高頻段，可以在中頻段路徑上啟用 QM17001，以便為其他接收機創建路由。可對在高頻段路徑上使用 QM17001 的中頻段進行類似的配置。主 Tx 路徑仍然處于旁路模式，所以影響很小。
4x4 MIMO，中/高雙工 (1 Gbps)（配置 2 或 3）。QM17001 全部啟用，中/高雙信器引入損耗。
總之，您可以通過對現有架構進行增量更改來實現 1 Gbps RFFE，而 Qorvo 將幫助您實現這一目標。欲了解更多信息，請訪問 Qorvo 的 RF Fusion?網頁。有關技術指導和應用支持，請訪問我們的技術支持網頁。
關于作者：
David Schnaufer
Qorvo 技術營銷傳播經理
David 是 Qorvo 應用工程師的公共代言人。他提供對射頻技術發展趨勢的深入技術剖析，還提供各種建議，幫助射頻工程師解決復雜設計問題。
