射頻技術(shù)：綻放在移動(dòng)與無(wú)線(xiàn)之間

當麥克斯韋發(fā)現電磁波之時(shí)，他肯定無(wú)法想像幾個(gè)世紀之后的世界已經(jīng)被各種各樣人為的電磁波所籠罩，成為這個(gè)世界上最重要的信息交換媒介。你可以遠離喧囂的城市、擁擠的寫(xiě)字樓，只要你能保持與網(wǎng)絡(luò )的連接，你就可以一邊欣賞美景一邊完成絕大部分日常工作。

射頻是無(wú)線(xiàn)信號的源頭，這一切的美好生活都來(lái)自于射頻收發(fā)技術(shù)的不斷演進(jìn)，而且射頻技術(shù)還將繼續快速發(fā)展下去，畢竟現在只有12%的便攜電子產(chǎn)品帶有射頻模塊，而據估計到2020年超過(guò)50%的便攜產(chǎn)品將擁有射頻功能，這其中將包括你的手表、你的隨身播放器也許還有你的皮鞋！
 
3G催生射頻變革

移動(dòng)通信已經(jīng)成為了人們日常生活中必不可少的組成部分，而射頻無(wú)疑是移動(dòng)通信的生根之本。隨著(zhù)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )通話(huà)質(zhì)量和傳輸速率都提出了全新的要求，而射頻技術(shù)首當其沖。與2G時(shí)代的最高128kbit/s的傳輸速率相比，3GPP所要求的最低傳輸速率必須達到384kbit/s，更為重要的是3G的非語(yǔ)音數據傳輸將異常頻繁，亦即3G的技術(shù)指標主要是在傳輸速率上有比較大的改進(jìn)與增加需要使用不同的調制及編碼技術(shù)，因此在射頻收發(fā)器的設計上必須考慮使用一種較具彈性也就是能兼容各種調制的收發(fā)器架構。具體而言，2G主要進(jìn)行語(yǔ)音傳輸，語(yǔ)音對傳輸速率的要求比較低。而3G則以數據業(yè)務(wù)為主，數據對傳輸速率的要求比較高，所以芯片大信號SNR較高。與2G 相比，3G對射頻芯片的線(xiàn)性度和頻率綜合器的相噪要求都要更高一些。 下一代3G蜂窩電話(huà)將不但集成更多更強的功能(Wi-Fi、GPS、藍牙、數字電視)，而且還要滿(mǎn)足成本低、尺寸小和電池壽命長(cháng)的消費要求。因此對于3G來(lái)說(shuō)，射頻端芯片技術(shù)必須提供更低的功耗、更多的集成功能、更寬的帶寬、更小的尺寸，并且可以更好地實(shí)現SoC甚至SIP架構。

此外，由于GSM并不會(huì )短期內推出歷史舞臺，因此必將存在一個(gè)GSM與3G長(cháng)期共存的局面，加上目前存在多種3G標準，這也要求未來(lái)的射頻芯片必須具備支持多種通信標準共存的多模功能。所以，應用于手機中的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片(transceiver)需要支持更多的無(wú)線(xiàn)通信模式，以兼顧多種的移動(dòng)通信標準并保持從2G到3G的自然過(guò)渡。

無(wú)線(xiàn)技術(shù)激發(fā)射頻潛能

相比于略顯嚴謹的移動(dòng)通信技術(shù)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )繼承了互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放與自由，不過(guò)也對射頻技術(shù)提出了更嚴格的要求。目前已經(jīng)大范圍普及的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)不再是催促射頻技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，雖然人們一再希望Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的AP能夠提供更穩定的信號、更廣的發(fā)射范圍以及更高的傳輸速率，目前的射頻技術(shù)已經(jīng)可以滿(mǎn)足最新的802.11n技術(shù)的所有指標要求。

根據用戶(hù)需求的不同，無(wú)線(xiàn)技術(shù)對射頻的要求千差萬(wàn)別。比如RFID技術(shù)對射頻的要求不僅是要低成本、更要滿(mǎn)足一定范圍內大量發(fā)射點(diǎn)的精確識別；藍牙技術(shù)則盡可能的要求在提高傳輸速度的同時(shí)解決信號干擾問(wèn)題，更要盡可能降低已經(jīng)很低的系統功耗；而UWB技術(shù)則是在不斷探索著(zhù)射頻收發(fā)的傳輸速度極限，至少2Gbit/s的傳輸速率無(wú)疑對射頻技術(shù)開(kāi)發(fā)是個(gè)不小的挑戰；WiMax和無(wú)線(xiàn)Mesh網(wǎng)更是要求無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的AP可以提供比蜂窩網(wǎng)絡(luò )基站覆蓋范圍更廣，支持客戶(hù)更多的服務(wù)，而且單個(gè)用戶(hù)的最大傳輸帶寬要求已經(jīng)提升到60Mbit/s以上；GPS技術(shù)則要求射頻技術(shù)與衛星通信相結合，并且能夠準確實(shí)現各種惡劣地形環(huán)境下的穩定數據收發(fā)服務(wù)，更重要的是必須盡可能把GPS應用的線(xiàn)路板面積減到最小，功耗及成本也降到最低。最近流行的藍牙加UWB融合方案則要求射頻部分在達到480Mbit/s以上的傳輸速率的同時(shí)，保持像藍牙技術(shù)那樣的低功耗，這無(wú)疑需要對射頻電路的工作實(shí)行更智能的開(kāi)關(guān)控制，準確判斷電路工作時(shí)間進(jìn)行供電切換。雖然射頻技術(shù)只需要滿(mǎn)足每個(gè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的特定要求即可，但這無(wú)疑將極大擴展射頻技術(shù)的研究范圍，讓射頻技術(shù)變得更加靈活與多樣。

移動(dòng)與無(wú)線(xiàn)的融合帶來(lái)新挑戰

如果說(shuō)五年以前移動(dòng)與無(wú)線(xiàn)技術(shù)還是勢如水火的仇敵，那么如今無(wú)線(xiàn)與移動(dòng)技術(shù)走得越來(lái)越近，甚至已經(jīng)開(kāi)始了融合的探索。蘋(píng)果推出的Iphone已經(jīng)可以支持Wi-Fi，最近，美國正計劃將WiMax申請作為第四種3G移動(dòng)通信國際標準，這無(wú)疑是無(wú)線(xiàn)技術(shù)與移動(dòng)技術(shù)走向融合的重要信號。蜂窩和無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò )的匯聚目前正處于開(kāi)發(fā)和測試階段，其中，OFDM 無(wú)線(xiàn)射頻(RF)信號技術(shù)是關(guān)鍵。我們預期在踏入下一個(gè)十年之初，便會(huì )看到全球蜂窩/無(wú)線(xiàn)寬帶匯聚型網(wǎng)絡(luò )得到大眾市場(chǎng)所采納。由于我們日常生活各方面對互聯(lián)網(wǎng)的依賴(lài)正不斷增強，人們將要求全面無(wú)地域限制的移動(dòng)寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入和語(yǔ)音服務(wù)。

當然，目前移動(dòng)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的融合還是經(jīng)常以?xún)蓚€(gè)射頻模塊形式出現，在市場(chǎng)需求和技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，遲早兩種技術(shù)將集成到一個(gè)射頻電路中得以實(shí)現，這無(wú)疑對射頻電路在多種工作頻率、多種收發(fā)模式和多種信號自動(dòng)選擇等方面提出更多的要求，電路的復雜度將大大增加，而這也是射頻電路研究者們一個(gè)重要的歷史任務(wù)。

深入探討射頻技術(shù)發(fā)展

射頻技術(shù)的總體發(fā)展首先要滿(mǎn)足市場(chǎng)對其提出的主要要求，即在提升性能基礎上實(shí)現系統的模塊化、集成化，并在提高集成度的同時(shí)降低射頻電路的尺寸與低功耗。在此基礎上，還必須基于數字電路的發(fā)展，提高射頻電路在多標準、多模式環(huán)境下的應用能力，也就是通常所說(shuō)的“軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)”。

隨著(zhù)寬帶無(wú)線(xiàn)系統的不斷推出，系統對于信道利用率的要求越來(lái)越高，這對信道編碼技術(shù)及空中接口技術(shù)提出了新的挑戰。對于射頻部分來(lái)說(shuō)，則提出了更高的線(xiàn)性度和更低的帶內、帶外噪聲指標要求。射頻芯片的挑戰還包括更高的接收靈敏度和更低的噪聲系數，優(yōu)異的性能是對產(chǎn)品的最基本要求。

實(shí)現高性能的重要手段就是提高射頻電路的復雜程度，而射頻電路一般包括收發(fā)器、功放和開(kāi)關(guān)三個(gè)部分?，F在的射頻電路從根本上來(lái)說(shuō)是以模擬電路為主的混合信號電路。雖然數字化是現在射頻電路芯片的一個(gè)趨勢，但射頻技術(shù)很難離開(kāi)高性能模擬技術(shù)的支持，因此射頻電路復雜程度的提高對射頻芯片體積的減小提出很多挑戰。射頻端必須著(zhù)重在降低功耗、加速不同工藝的整合及降低成本上努力。這可由兩個(gè)方向來(lái)實(shí)現，一個(gè)是采用全新的SIP架構，也就是將不同工藝的芯片集成在一個(gè)封裝模塊上，如前端的功放及天線(xiàn)收/發(fā)開(kāi)關(guān)(swtichplexer)，或將功放及收發(fā)器放在同一個(gè)基板上(Laminate)做成模塊。