RF MEMS、軟件無線電 未來LTE手機的兩大關(guān)鍵技術(shù)

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(chǔ)上增加支持LTE模式及相應(yīng)的工作頻段，并實現(xiàn)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(fā)內(nèi)部射頻(RF)天線尺寸與功耗過大問題，如何降低天線數(shù)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(dǎo)體廠商加速研發(fā)創(chuàng)新RF技術(shù)與解決方案，包括RF MEMS及軟件定義無線電(SDR)、天線頻率調(diào)整等新興技術(shù)，已受到終端設(shè)備制造商關(guān)注。

RF MEMS技術(shù)提升手機天線性能節(jié)約成本

隨著業(yè)界對RF技術(shù)要求的提升，Qualcomm、聯(lián)發(fā)科等芯片大廠開始積極強化RF方案，高通更率先推出業(yè)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(yōu)勢在于處理器端的信號增強與噪聲消除，對優(yōu)化RF天線尺寸與傳輸功耗的效果依然非常有限，業(yè)界開始關(guān)注采用 MEMS技術(shù)工藝的RF產(chǎn)品。

RF MEMS是近年來MEMS領(lǐng)域的研究熱點，其基于機械式諧振結(jié)構(gòu)，只要改變內(nèi)部隔板距離就能使電容流量產(chǎn)生變化，可免除外部電容與開關(guān)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(xiàn)天線頻率調(diào)整、可調(diào)式阻抗匹配等控制方案，協(xié)助簡化RF前端模塊 (FEM)設(shè)計、增強信號接收性能、帶寬及減少天線數(shù)量。由此實現(xiàn)射頻系統(tǒng)的片內(nèi)高集成，消除由分立元件帶來的寄生損耗，真正做到系統(tǒng)的高內(nèi)聚，低耦合， 能顯著提高系統(tǒng)的性能。

射頻微機電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)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(xù)增加，如何提升RF天線性能，且不影響系統(tǒng)占用空間與耗電量表現(xiàn)，已成為RF器件和手機廠商的產(chǎn)品發(fā)展重點，由此 帶動新一輪RF技術(shù)革命，這為在尺寸和性能都表現(xiàn)優(yōu)異的RF MEMS技術(shù)帶來新的機會。

Yost進一步介紹，采用Cavendish Kinetics RF MEMS持術(shù)的LTE手機可望于近期陸續(xù)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(yīng)用，待逐步達到量產(chǎn)經(jīng)濟規(guī)模后，再挺進中低端手機市場。

Yost 預(yù)計2014 -2016年RF MEMS技術(shù)將快速發(fā)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(tài)調(diào)整，進而達成更高效率；另外，由 于RF MEMS兼容CMOS工藝并支持數(shù)字界面，未來可能與邏輯芯片進一步結(jié)合，實現(xiàn)更高整合度的手機系統(tǒng)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(tǒng)RF設(shè)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(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

業(yè)界預(yù)計未來四年RF MEMS技術(shù)演進圖

軟件無線電（SDR）技術(shù)日益成熟 將進駐LTE手機

各 國頻譜規(guī)劃差異以及電信運營商也各自布署FDD或TDD LTE網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致手機天線功能的需求復(fù)雜化。芯片商與系統(tǒng)廠商除發(fā)力新興RF技術(shù)外，也開始采用日益成熟的SDR技術(shù)，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(yōu)化手機性能。

NVIDIA在Tegra 4i中已率先導(dǎo)入LTE軟件定義調(diào)制解調(diào)器(Modem)，打響SDR技術(shù)在手機RF應(yīng)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(shù)，以協(xié)助系統(tǒng)廠商改善LTE手機天線的尺寸與耗電量?；蛟SSDR技術(shù)將是加速LTE手機上市，并實現(xiàn)全球漫游的關(guān)鍵推手之一。

微處理器 廠商Tensilica創(chuàng)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(shè)計，將采用SDR技術(shù)發(fā)展特定基帶RF子系統(tǒng)或增 強型接收器(Turbo Receiver)，以滿足LTE、LTE-Advanced的設(shè)計需求。

總結(jié)

通常手機廠商及技術(shù)部門對更換設(shè)計方案和器件的評估都非常慎重，以免增加投資和產(chǎn)品上市的風險。近年來傳統(tǒng)的射頻廠商也開始積極研發(fā)創(chuàng)新的RF技術(shù)應(yīng)對多模 多頻的挑戰(zhàn)，RF MEMS、SDR作為在終端應(yīng)用的新技術(shù)，要讓終端廠商及設(shè)計工程師完全接受還需要較長的過程。但MEMS、SDR技術(shù)的諸多優(yōu)勢，必將成為LTE、 LTE-Advanced多頻多模手機RF主要參考技術(shù)之一。