智能手機市場飛速發展，技術不斷推陳出新，手機的作用早已不僅通話這么簡單。但無論如何進化，通話都是手機基本功能。過去15年，從2G、2.5G到3G，再到現在的4G時代，智能手機能兼容的通信制式越來越多，上網速度也越來越快，為人們的工作娛樂帶來極大便利。多模多頻設備通信性能日益強大的背后，有一個一直以來被用戶忽略的部分——射頻前端(RFFE)。

不過，隨著智能手機屏幕、電池容量的增大，加上智能手機內部功能組件的增多，PCB區域已成為移動終端內部寸土寸金的競爭地帶，他們都在擠壓著射頻前端的物理空間，加上移動通信技術的發展，對于射頻前端的設計復雜程度和技術難度帶來了極大的挑戰。在這一背景下，美國芯片巨頭高通強勢推動射頻前端領域，它能夠扮演怎樣的角色，并帶來哪些技術創新？今天IT之家小編就和大家一同了解一番。

　　射頻前端是什么？

簡單來說射頻前端(RFFE)是可以將數字化信息轉換成無線電信號，因此能在空中發射和接受的功能。射頻前端輸出信號的質量對整個智能天線系統的性能有決定性影響。在了解射頻前端之前，我們不妨先簡單了解一下手機信號接收、處理的過程和原理。

以小編在上面畫的這幅圖為例，手機天線在接收到無線信號（電磁波信號）后，經過選頻網絡剔除手機處理范圍之外的電磁波信號（例如廣播信號、對講機信號等），留下手機信號，然后傳輸到天線開關，根據接收到的信號頻段，天線開關會“放行”相應頻段的信號，這樣可以避免不同頻段之間信號的干擾。被放行頻段的信號繼續傳輸，下一站就是濾波器，濾波器的作用是將手機信號中的一些雜波信號濾除，留下純凈的通話信號。經過濾波后，手機信號會分成兩路出來，通常還會再經過一個π型濾波進一步提高信號的純凈度和穩定性。而在電路中經過一系列傳輸、濾波后，到這里信號會有明顯的衰減，于是接下來，還會經過信號放大器，對信號強度進行放大。接下來，信號便會進入射頻集成電路，信號在這里會經過混頻，解調等，濾除高頻載波信號，留下通話聲音的模擬信號（IQ信號），可以理解為基帶信號。不過因為I/Q信號是模擬信號，而手機CPU能夠處理的是數字信號，因此IQ信號在到達CPU前，還要經過A/D模數轉換。而CPU對信號進行處理后，再轉換為模擬信號，最終由手機聽筒輸出。

當然，手機信號接收處理的實際過程遠比小編介紹得要復雜，這里只是介紹了大致的流程，在這個過程中，天線和射頻集成電路之間的部分可以看做射頻前端，具體的構成也比較復雜，主要由功率放大器(PAs)、低噪聲放大器(LNAs)、開關、雙工器、濾波器和其他被動設備組成，包括收信單元和發信單元，其中收信單元的主要作用是接收來自用戶發出的上行射頻信號，對其進行濾波、放大和下變頻處理；發信單元的主要功能是對基帶處理單元送來的數字信號進行調制以及數模轉換，然后上變頻到規定的射頻頻段并進行功率放大，最后通過天線發射。以高通為例，具體的結構如下圖：

通過上面的介紹可以看出，如果沒有射頻前端，智能手機顯然連網絡都連不上，而如果射頻前端設計合理，對智能手機的性能、功能以及工業設計等方面的創新會有十分重要的作用。

射頻前端當下和未來的技術挑戰

如今的智能手機，特別是高端旗艦手機，打電話不僅要全網通，還要支持更多的頻段，例如全球全網通，除了打電話，還要上網瀏覽網頁、上傳下載網速也要快，這些需求的擴大，越來越考驗射頻前端技術的復雜程度，RFFE在當下和未來也面臨著諸多新的技術挑戰。

首先就是文章開頭提到的，智能手機屏幕平均尺寸在過去幾年間明顯增大，屏幕增大后電池容量和提及也需要隨之增大，加上手機的功能日益全面，組件增多，反映到智能手機內部PCB板上，需要的空間也就越來越大，留給射頻前端的物理空間則已經很小了，這種條件下，對射頻前端組件的集成度和技術復雜程度要求也就越來越高。當然，射頻前端在智能手機中的價值也越來越大。

更重要的是，全網通手機需要支持的頻段越來越多、同時多載波聚合組合數也在增加，對于射頻前端的技術挑戰性更大。正如高通產品市場資深經理王健博士不久前在RF技術溝通會上的表述：“2G年代GSM是4個頻段，3G年代TD-SCDMA 2個頻段，CDMA在中國一個頻段……到4G的早期，頻段就增加到16個，現在要做全球全網通，頻段肯定要到49個。3GPP新增加出來的是600MHz頻段，這個頻段的編號已經到71了，雖然當中有一些頻段編號是空著的，但實際現在的頻段數也已經超過了50……等到5G上來之后頻段會更加多，會增加毫米波的頻段……”

再看載波聚合，發展也非常快速，2015年剛推出的時候，載波聚合的頻段組合大約有200個，最開始是2個頻段載波聚合，現在已經發展到3個頻段、4個頻段，馬上可能還有5個頻段，到2017年底，可能會提出1000個頻段組合的需求。

為了追求更暢快的網絡通話體驗，像三星S8等部分旗艦手機還加入了4x4MIMO技術，用戶終端有4根天線接收數據，配合最多支持4個20MHz的下行載波聚合以及256QAM高階調制，讓下載速率可達1Gbps。IHS在一份報告中指出，這“增加了本已復雜的RFFE復雜程度，其中最大的影響之一是對接收鏈路RF元器件，特別是與其他元器件(如LNA)一起集成在模組里的濾波和切換開關部分。”

隨著下行的數據傳輸速率超過1Gbps，千兆級LTE網絡對射頻前端的接收端會構成更大的挑戰，而根據IHS的預估，到2019年底5G設備有望投入商用，對射頻前端的壓力將會進一步加大。

“組件供應商將不得不增加對新制式的支持，以及從400MHz到6GHz的更廣泛的頻帶(與移動寬帶有關)，以及一套額外的編碼……RFFE需要提供向后兼容，以支持4G/3G/2G的操作模式。”

綜上而言，這些當下以及未來的技術難點對射頻前端組件供應商的挑戰越來越大，這需要廠商給出一個完整的、高集成化的解決方案，能夠為OEM廠商提供不同程度的性能和靈活性，最終滿足消費者的需求。

高通的差異化優勢和技術創新

高通不久前發布的中高端驍龍660/630移動平臺中，集成了全套自己的射頻前端器件讓人印象深刻，這能夠方便手機廠商使用一套設計針對不同地區、不同的市場的用戶做出不同的產品。高通在射頻前端領域的努力已不是一天兩天，例如與TDK合資成立RF360 Holdings，提升在射頻前端模塊和射頻濾波器方面的實力。那么高通目前在射頻前端領域究竟有何優勢，又擁有哪些技術創新呢？

根據高通產品市場資深經理王健博士的介紹總結，高通的優勢在完整的射頻前端核心技術組合、先進的模塊集成功能、智能的調制解調器創新，以及從Modem到天線的完整解決方案。

首先高通擁有完整的射頻前端核心技術。射頻前端中，功率放大器（PA）、濾波器、雙工器、四工器甚至六工器等組件技術必不可少，而根據王健博士的介紹，高通目前擁有包括表面聲波（SAW）、溫度補償表面聲波（TC-SAW）和體聲波（BAW）在內的一系列全面的濾波器和濾波技術，另外也擁有像做開關產品或天線調諧的SOI技術，還有低噪聲放大器（LNA）技術。總的來說，高通能夠提供射頻前端所需的完整技術。

其次，高通擁有先進的模塊集成能力，可以提供高度集成化的解決方案。射頻前端不像主芯片，很多不同器件采用不同工藝，它的集成不是做SoC，而是做SIP（System In Package，系統級封裝）。在和TDK合作后，高通強化了這方面的實力。

再者，高通擁有自己的調制解調器，這是相比第三方射頻元器件廠商的核心差異化優勢。而且在調制解調器上多年的優勢積累，還讓高通可以提供從天線到射頻前端再到modem的系統化解決方案。而很多第三方僅僅擁有一個簡單的射頻元器件，只能獨立地工作，實現一些硬件上的功能。

除了這些優勢，高通在射頻前端方面還擁有一些自主的技術創新，這些技術在前文說的驍龍660和驍龍630中也有用到，包括TruSignal天線增強技術和包括追蹤技術。

TruSignal天線增強技術包含三個子技術，首先是主分集天線切換，可以解決手機死亡之握的問題。通常手機主天線在機身下方，手機握住的時候信號會掉的比較快，而這個技術就是當手機下方被握住時，能夠自動將天線切換到上方的分集天線中去。

第二個是天線調諧，解決天線和PA之間的適配問題，包括孔徑調諧和阻抗調諧兩類，可以通過調制解調器監控LTE載波信號的質量，然后利用對應的QAT35XX器件調諧天線性能，從而能夠讓天線在不同的場景下都能擁有良好的性能。

第三個則是高階分集接收。通過增加分集來提升接收性能，以及接收的下行速率。

而包絡追蹤技術（ET），這是高通在三四年前便已經推出的技術，其實是給PA供電的一個電源，平均功率追蹤（APT）是在一段時間內提供一個固定的電壓，而包絡追蹤是可以給PA供電的電壓是跟著射頻信號的包絡來調整，以達到最大的省電效果。根據高通方面的實測，ET跟APT相比，能效提升可達到30%。

總結

數據顯示，2016年射頻前端市場規模已經達到101億美元，預計到2022年將達到227億美元，這樣的市場蛋糕對于高通而言顯然十分誘人。雖然射頻前端市場Broadcom、Skyworks、Qorvo和Murata早已確立了領先地位，但高通憑借在智能手機CPU市場份額上積累的強大優勢，以及在射頻前端整體解決方案和技術創新上的實力，還是不禁讓人對其充滿期待