强攻LTE手机的两大关键：RF MEMS和软件无线电
来源：电子发烧友
摘要： 随着LTE多频多模智能手机时代的来临，新一代智能手机要求在2G、3G模式基础上增加支持LTE模式及相应的工作频段，并实现国际漫游的工作频 段，频段总量接近40个。频段的快速增加引发内部射频（RF）天线尺寸与功耗过大问题，如何降低天线数量、尺寸并增强信号接收性能与频宽是当前工程师面临 的问题。射频工程师对射频前端器件提出了更高的要求，促使射频半导体厂商加速研发创新RF技术与解决方案，包括RF MEMS及软件定义无线电（SDR）、天线频率调整等新兴技术，已受到终端设备制造商关注。
Abstract：
Key words :
隨著LTE多頻多模智能手機時代的來臨，新一代智能手機要求在2G、3G模式基礎上增加支持LTE模式及相應的工作頻段，并實現國際漫游的工作頻 段，頻段總量接近40個。頻段的快速增加引發內部射頻（RF）天線尺寸與功耗過大問題，如何降低天線數量、尺寸并增強信號接收性能與頻寬是當前工程師面臨 的問題。射頻工程師對射頻前端器件提出了更高的要求，促使射頻半導體廠商加速研發創新RF技術與解決方案，包括RF MEMS及軟件定義無線電（SDR）、天線頻率調整等新興技術，已受到終端設備制造商關注。
RF MEMS技術提升手機天線性能節約成本
隨著業界對RF技術要求的提升，Qualcomm、聯發科等芯片大廠開始積極強化RF方案，高通更率先推出業界首款CMOS功率放大器（PA），以改善RF 性能與成本。由于芯片廠商的RF方案優勢在于處理器端的信號增強與噪聲消除，對優化RF天線尺寸與傳輸功耗的效果依然非常有限， 業界開始關注采用 MEMS技術工藝的RF產品。
RF MEMS是近年來MEMS領域的研究熱點，其基于機械式諧振結構，只要改變內部隔板距離就能使電容流量產生變化，可免除外部電容與開關等零組件，減輕天線 總體功耗與體積；此外，其具備可編程能力，可支持軟件無線電（SDR）功能，并實現天線頻率調整、可調式阻抗匹配等控制方案，協助簡化RF前端模塊 （FEM）設計、增強信號接收性能、帶寬及減少天線數量。由此實現射頻系統的片內高集成，消除由分立元件帶來的寄生損耗，真正做到系統的高內聚，低耦合， 能顯著提高系統的性能。
射頻微機電系統（MEMS）設計和制造廠商Cavendish Kinetics總裁Dennis Yost表示，隨著智能型手機頻段的持續增加，如何提升RF天線性能，且不影響系統占用空間與耗電量表現，已成為RF器件和手機廠商的產品發展重點，由此 帶動新一輪RF技術革命，這為在尺寸和性能都表現優異的RF MEMS技術帶來新的機會。
Yost進一步介紹，采用Cavendish Kinetics RF MEMS持術的LTE手機可望于近期陸續推出，目前Cavendish Kinetics正與多家手機制造商緊密合作，初期將鎖定高端LTE多頻多模手機應用，待逐步達到量產經濟規模后，再挺進中低端手機市場。
Yost 預計2014 -2016年RF MEMS技術將快速發展，包括RF前端模塊的功率放大器、濾波器（Filter）和雙工器（Duplexer）均可動態調整，進而達成更高效率；另外，由 于RF MEMS兼容CMOS工藝并支持數字界面，未來可能與邏輯芯片進一步結合，實現更高整合度的手機系統解決方案。 同時RF MEMS因減少周邊器件用量，整體物料清單（BOM）成本反而比傳統RF設計更低，而且在各種LTE頻段中平均能提高35%傳輸效率，RF MEMS將成為未來5∼10年手機設計中的關鍵技術之一。
業界預計未來四年RF MEMS技術演進圖
軟件無線電（SDR）技術日益成熟 將進駐LTE手機
各 國頻譜規劃差異以及電信運營商也各自布署FDD或TDD LTE網絡，導致手機天線功能的需求復雜化。芯片商與系統廠商除發力新興RF技術外，也開始采用日益成熟的SDR技術，希望通過軟件編程功能，自動偵測并 切換至用戶所在地的最佳LTE頻段，以最小幅度的RF硬件變動，優化手機性能。
NVIDIA在Tegra 4i中已率先導入LTE軟件定義調制解調器（Modem），打響SDR技術在手機RF應用中的第一槍，目前至少還有二十幾家處理器廠商計劃采用SDR技 術，以協助系統廠商改善LTE手機天線的尺寸與耗電量。或許 SDR技術將是加速LTE手機上市，并實現全球漫游的關鍵推手之一。
微處理器 廠商Tensilica創始人Chris Rowen表示，隨著LTE手機加入多輸入多輸出（MIMO）、載波聚合（Carrier Aggregation）等功能后，對天線的性能要求更將大幅提升，廠商為兼顧高性能與低功耗、小尺寸設計，將采用SDR技術發展特定基帶RF子系統或增 強型接收器（Turbo Receiver），以滿足LTE、LTE-Advanced的設計需求。
通常手機廠商及技術部門對更換設計方案和器件的評估都非常慎重，以免增加投資和產品上市的風險。近年來傳統的射頻廠商也開始積極研發創新的RF技術應對多模 多頻的挑戰，RF MEMS、SDR作為在終端應用的新技術，要讓終端廠商及設計工程師完全接受還需要較長的過程。但MEMS、SDR技術的諸多優勢，必將成為LTE、 LTE-Advanced多頻多模手機RF主要參考技術之一。
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