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PC2时代用户终端射频链路挑战多多,行业或将面临洗牌?

作者:  来源:中国电子商情

发布时间:2017-02-09

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不知大家有没有如此经历:坐在飞驰的汽车上玩微信,明明可以接收别人的消息,而自己编写的消息却死活发不出去?这是因为蜂窝小区上行链路与下行链路覆盖范围不同所导致的,而即将部署的PC2似乎可以极大缓解这一问题。

可以接收对方的消息,自己的却发不出去,不知你们碰到过没有?

PC2,也可称作“UE Power Class 2”。在3G、4G网络中,用户终端被称为“UE”, 包含手机、智能终端、多媒体设备、流媒体设备等;Power Class则指功率等级。从字面意思理解,PC2就是指用户终端以功率等级2规定的最大输出功率工作。

PC3局限性日益增加
虽然UE并不会一直按最大输出功率工作,但定义最大输出功率意义十足——事实上UE最大输出功率限制了移动通信上行链路的传输距离。目前,对于绝大多数的4G LTE频段(除应用于公共安全领域的B14外),3GPP仅规范了一种功率等级,即Power Class 3(下称PC3),将UE的最大输出功率限制在23 dBm±2的水平。

不过随着无线网络的发展,PC3的局限性越发明显。

首先,随着移动通信频谱逐渐向高频迁移,无线信号在传播过程中的衰减加剧,导致基站覆盖范围变小,尤其在4G频段当中处于相对高频的B41(2.5~2.7GHz)频段。

其次基站与用户终端的发射功率并不平衡,4G LTE网络下行与上行链路的功率差异大约为5 dB,因此在某些只有下行覆盖的区域,用户终端只能下载数据而不能上传数据,这往往会造成接入或切换失败。

要解决上述两个棘手问题,通常以提高基站密度为代价,这就变相增加了网络建设与维护成本。

另外,全球范围内部署的TD-LTE网络中,大多数应用场景是以部署于低频段的LTE FDD网络做覆盖,以部署于高频段的TD-LTE网络提供小范围的大容量覆盖,但由于这两种网络覆盖范围不一致,导致小区边缘用户的业务体验还有待提高。

PC2商用化势在必行,行业或面临洗牌
综上所述,提高上行链路的传输距离,以改善高频段4G网络覆盖范围很有必要。因此2016年初,GTI发布白皮书介绍PC2的优势,而3GPP也几乎同时将PC2引入到标准研究工作当中。目前相关标准制定工作已经完成,预计到2017年年中,美国运营商Sprint 将会推出全球首个支持 PC2 的商用化产品,到2018年,主导 PC2 应用的运营商之一——中国移动也将推出PC2的商用化产品。

增加3dB后,4G基站上行链路的覆盖范围将发生明显变化

不过在PC2商用化以前,存在许多技术挑战。根据标准定义,PC2在PC3的基础上,把UE最大输出功率提高3 dB至26 dBm±2的水平(23dBm可换算成200mW,26dBm可换算成400mW),这几乎使得UE的最大输出功率翻倍,UE的射频电路必须做个“大手术”。因为这个“大手术”,4G手机射频行业可能面临洗牌。

Qorvo眼中的PC2及Qorvo三大优势
在近期举办的易维讯第六届年度中国ICT媒体论坛上,Qorvo中国区移动产品销售总监江雄表示:“PC2的这3dB其实不好做。它不单止是PA的问题,还涉及到整个链路、线性度、效率、插损、匹配等一系列问题都需要通盘考虑。”


Qorvo中国区移动产品销售总监江雄讲解Qorvo的PC2解决方案

自2015年初RFMD与TriQuint合并成Qorvo后,其RF Fusion™与RF Flex™系列产品表现相当抢眼,4G射频器件的出货量更是节节攀升。这家拥有数座GaAs以及GaN晶圆厂的老牌射频芯片厂商,对PA技术的研究相当深厚。“PA技术一直在演进中,在某些方面已经做到了极致,”江雄介绍道:“PA的功率要提得更高,那么线性度、效率这些指标都要比较好,这一系列的指标背后需要靠好的生产工艺来支撑。”

优秀的生产工艺一直是Qorvo引以为豪的铁拳。凭借独有的高性能HBT(Heterojunction Bipolar Transistor,异质结双极晶体管)工艺,Qorvo将GaAs的潜能挖掘到极致。“Qorvo新推出的第五代HBT工艺再次提升了GaAs技术,使之能够支持更高增益,这对研发针对PC2的PA产品相当有利。目前新一代工艺的关键技术只有Qorvo掌握了,而Qorvo2016年中后的GaAs新产品都将用到这项工艺。”江雄透露。

当PA输出更高功率的问题得以解决后,就得将目光投向射频链路的其余部分了。传统分离方案搭建的射频链路,把包括PA、滤波器、开关等器件组合到一起,需要进行阻抗匹配,而匹配加入的电阻电抗则会损耗能量。这些损耗让功率没法进一步提高,尤其是分离方案,任何射频器件的两端都需要进行标准化(50Ω)的匹配。但Qorvo高集成的融合方案却可以省去多余的匹配,直接将PA与滤波器相匹配、滤波器与射频开关相匹配,从而减少能量损耗。江雄说明道:“以Qorvo的融合产品为例,大约可以节省0.5dB因匹配产生的损耗,所以要提高功率,融合方案比分离方案有很大优势。”


Qorvo的融合方案能节省约0.5dB的匹配损耗

提高输出功率,整个链路的电流自然也会相应提高,这对电量要求严苛的用户终端来说影响较大。江雄对此解释道:“虽然最终产品还在制作中,但根据我们对测试样品的现场试验,电流表现很好。因为采用的是TDT技术,实际电流会以看到的电流除以一个系数,所以并没有看到电流明显增加。另外我们还会采用ET技术应对电流提高的问题,以达到省电的目的。”


Qorvo解决方案针对PC2的三大优势:高集成度的融合产品、高级BAW滤波器以及先进的HBT工艺

不管怎么说,电流提高是事实,这会引起其它连锁反应,如射频链路的温度改变,不过Qorvo似乎已成竹在胸。温度变化常常会造成滤波器的中心频率漂移,这对信号抗干扰非常不利,而Qorvo高级BAW滤波器具有低温漂甚至零温漂的特性,在温度变化下仍然有很好的带外抑制,而且其低插损、高功率容量亦均不会受到功率提高带来的不利影响。“Qorvo不仅有高性能的PA与射频开关,还有高级BAW滤波器,这是其它没有BAW滤波器技术的射频厂家非常羡慕的优势。把这些领先技术放在一起做融合方案,做出来的产品效果会非常好,也极大简化了终端厂商的设计难度。”江雄表示。

Qorvo的PC2解决方案

Qorvo的B41频段PC2解决方案简介

Qorvo的融合方案已经历了几代产品,从最开始支持单载波、B41窄带的,发展到支持双载波、B41宽带的,再到新一代支持PC2的产品,集成度越来越高、性能越来越好。目前Qorvo针对PC2的融合方案还在优化,已有数家业界领先的手机厂商在进行评估工作,其中QM75004支持多种平台芯片,QM78065/35 是为特定的天线结构设计,再下一代的产品则会集成LNA,来应对更为复杂的天线设计和弥补天线能力的不足。关于PC2产品价格问题,江雄表示:“仍然会与整个市场相符合的价格去做,可能会有一点点变化,但是总体来讲不会有太大影响。”

总结
综上,PC2的标准研究工作已经完成,若部署PC2,将大幅改善4G LTE网络的上行覆盖范围,提高小区边缘的总体性能,并节省运营商网络建设成本。未来两年,国内外涉及到B41频段的运营商均会积极推动PC2的商用化,而Qorvo则凭借独有的HBT生产工艺、优势极大的融合方案、以及低温漂的高级BAW滤波器,已为即将到来的PC2时代做足准备。

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