The Easy Way to a 1 Gbps RF Front-End on Smartphones
2017年9月29日
有人可能会问，“为什么我们需要1 Gbps的下载速度？当前的下载速度不够快吗？“让我们面对现实吧：我们都讨厌在手机上看到旋转的缓冲符号，我们总是想要更多的数据。运营商也希望你的下载速度更快——你获得数据的速度越快，他们就越快地将这些宝贵的频谱资源转移给另一个用户。
在一个2017年3月报告思科表示，目前移动网络的平均连接速度约为6.8 Mbps，与1 Gbps相差甚远。难怪我们在下载时看到缓冲符号在手机上旋转。
So how can we get to 1 Gbps download and upload speeds on a smartphone? Once you understand the enabling technologies for 1 Gbps and the available RF components, you’ll see that there is an easy incremental path to phones achieving gigabit LTE data rates.
The Steps to 1 Gbps: What’s Needed
首先，让我们明确一点：通往千兆LTE的道路不是一个跳跃。相反，这是朝着正确方向迈出的一系列小步。
Some background. The RF front-end (RFFE) remains one of the most critical aspects of mobile handset designs. Expandingcarrier aggregation (CA)能力，更复杂的天线架构，天线调整，高阶调制方案以及空间流的增加都是使RFFE设计更复杂。此外，从LTE-Advanced移动到LTE-Advanced Pro5G新收音机（NR）drastically increases the RFFE complexity. In just the past few years, premium smartphones have moved from a handful of RF bands to as many as 34 bands in a single smartphone SKU.
But what is specifically needed to get to 1 Gbps? Let’s outline some basic enablers:
- 高阶调制。在下行链路上，从64qam到256qam将单个10mhz信道的速度从75mbps提高到100mbps。
- 载波聚合.将100 Mbps乘以聚合组件载波的数量。3-5下行链路（DL）CA现在可用，因此这允许高达500 Mbps。
- 4x4 MIMO（多输入/多输出）。利用LTE中的4天线空间分集，一个DL分量载波（CC）可以有效地扩展到4个信道。
最直接的方法是在3个分量载波中的2个载波上使用3DL CA和4x4 MIMO。实际上是3个波段的10个数据流。使用256 QAM，即10 x 100 Mbps，相当于1 Gbps。使用高性能芯片组，可以在移动电话中启用具有4x4 MIMO和256 QAM功能的3CA，但RFFE必须能够。
因为由于天线尺寸的限制，4x4 MIMO的低频段不是最佳的，所以支持4x4 MIMO的频带需要在以下频率范围之一：
- 中频（MB）
- 高频段（HB）
- 超高频（UHB；~3.5 GHz）
- 5 GHz系列使用许可辅助访问（LAA）
如果我们从目前手机中可用的网络和RFFE架构开始，很难将UHB或LAA视为现成的选项，因此我们将重点关注在中高频段中添加4x4 MIMO。
当今智能手机中的基准RFFE
LTE手机正朝着这个方向发展1Gbps goal在一段时间内，主要通过使用多路复用器和/或添加更多支持多个频带的天线来增加具有CA的发射（Tx）和接收（Rx）路径的数量。许多手机现在有4根无线电天线，不包括Wi-Fi天线，但不一定支持4x4 MIMO。
Below is a simple front-end design using 4 antennas (2 main antennas and 2 diversity/MIMO antennas). This design is a good baseline of what is now available in several smartphones on the market. It’s a simple high/mid/low-band module design that allows for at least 3 CA and covers high-, mid- and low-band LTE frequency ranges. The low-band and midband frequencies are supported by diplexing onto two antennas, while the high band is supported on the other two antennas. The antenna separation/isolation also allows for CA between high band and midband and/or low band.
千兆LTE数据速率的增量步骤
对于4根天线，我们首先需要4x4 MIMO，但是对于每个空间流，这4根天线需要路由到4个唯一的无线路径。简单地说，高频段有2个专用天线，中频段有2个专用天线的配置不支持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高频，至少不能没有更多的天线。
如果我们遵循支持4x4 MIMO的2个CCs的计划，那么我们应该在中高频段有8个空间流。我们需要一种方法来分割所有四个天线上的各个频段——本质上，我们需要一种多路复用中高频频段的方法。我们可以通过在中频和高频天线上添加中/高频双工来组装一个增量架构。
But it’s not always simple to add fixed multiplexers into an existing lineup. A diplexer that splits midband and high-band frequencies is often very lossy, which degrades Rx sensitivity and leads to increased Tx power requirements from power amplifiers. There are implications for current consumption and PA + filter ruggedness to consider as well.
Another option is to include components with multiple mid/high multiplexers (i.e., hexaplexers or septaplexers) to support all the band combinations, but this can be an expensive path forward and quite a deviation from proven designs.
Qorvo的1gbps方法：交换多路复用器
那么，在这个问题上最简单的一步是什么库尔沃RFFEto achieve 1 Gbps? Flexible mid/high diplexing using switched multiplexers, such as the Qorvo QM17001.
在QM17001中，有三种配置可以实现1 Gbps的前端，几乎不增加空间，对当前经验证的组件的影响也很小。这三种配置是：
- 低损耗旁路。For low impact when not using 4x4 MIMO
- 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。Enabling the difficult cases of multiplexing B30/B40 with midband or high band
收音机使用上述配置支持以下模式：
- Single band LTE (Configuration 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）。无需MIMO的中/高双工仍然可以用天线隔离支持。
- 4x4 MIMO，单频段（配置1、2或3）。对于高频段，可以在中频路径上启用QM17001，为其他接收器创建路由。在高频路径上使用QM17001的中频也可以采用类似的配置。主发送路径仍处于旁路模式，因此影响较小。
- 4x4 MIMO，中/高水合（1 Gbps）（配置2或3）。所有QM17001均已启用，中/高双工器将引入损耗。
In summary, you can achieve a 1 Gbps LTE RFFE with incremental changes to existing architectures, and Qorvo is here to help you make that happen. For more information, visit Qorvo’s射频融合™网页。有关技术指导和应用支持，请访问我们的118金宝app
web page.
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智能手机上的千兆数据速率
Read the technical details how to achieve it in 4G LTE, in our article published on微波炉和rf。
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