自适应天线调谐器 - 深度解析高通RF360移动射频前端解决方案

　　自适应天线调谐器

　　第三个关键技术是自适应天线调谐。更薄、更时尚的移动终端设计让射频问题变得更加严峻，即用户的手掌和头部与天线的实际距离变得更近，这使天线受到目标频率的干扰；这是除了用户手掌和/或头部的物理障碍造成基站信号衰减外，另一个导致信号丢失的原因。基站需要向移动终端发送指令增加传输功率以补偿丢失的信号。如果终端传输功率升高，那么电池的消耗也会加快。如果终端已经处于最大传输功率，那么通话就会受到影响，甚至导致掉话（见图5）。

　　

　　图5 传统射频前端信号干扰导致功耗增加或掉话

　　

　　图6 美国高通公司RF360信号干扰启动重新调谐

　　相比之下，美国高通公司的系统与终端的传感器相配合，监测天线信号干扰和增益信号损失，此外，调制解调器还能指导天线匹配调谐器重新调谐到正确的频率。这就避免了因补偿越限频率传输造成的功率增加，功率只需增加到能够补偿物理障碍产生的信号衰减即可（见图6）。

　　功率放大器性能

　　美国高通公司RF360解决方案采用全面系统设计打造全CMOS射频前端。在过去，与基于模块并采用GaAs/CMOS混合技术的解决方案相比，该前端被认为不足以满足蜂窝功率的性能需求。然而，QTI的测试已经证明，在广泛的传输功率水平上，仅使用当前一代支持包络功率追踪的CMOS集成方案与使用当下平均功率追踪的常规功率放大器相比，传输功率性能（TX功率产生的功耗）不相上下（见图7）。

　　

　　图7 功率放大器性能对比

　　

　　图8 TX功率使用形态

　　美国高通公司的支持包络追踪的解决方案与传统的平均功率追踪的解决方案相比，在不同功率水平上的差异很小。根据QTI在美国加州乡村地区（2013年，连续监测7天，从早8点到晚8 点）以及洛杉矶市区（2011年，连续监测1天，从早6点至晚7点）的各个商用网络上实地收集的数据，包络追踪器系统已在性能效率方面做了优化，在现实世界最常用的功率范围内提供最佳的通话时间和数据传输（见图8），而且即使超出了这些最常用的传输功率范围，其性能也接近传统的功率放大器。

　　当基于高/低频段的实际功率使用分布来衡量功率性能时，使用美国高通公司RF360解决方案的功率放大器在总功耗上与乡村地区的传统功率放大器几乎相同，比城市地区的传统功率放大器还要略低一些（见图9）。

　　

　　图9 基于使用的总功耗对比

　　图10 采用天线调谐的TX功率使用分布转移

　　值得注意的是，这些性能对比不包括使用高精度模拟电路进行优化功率放大器和ET操作带来的提升，例如，通过增加多个可编程增益状态。天线调谐增益也没有计入比较。QTI测试表明，2 dB增益来自于天线调谐，它将TX电源使用曲线的频率在使用形态分布内向“左”转移–2 dB（见图10）。

　　将这些转移的TX功率使用频率分布计入性能分析，能体现出总功耗的进一步提升。因此，即使没有功率放大器优化和天线调谐增益，整体系统性能也能满足当下的需求，且与现有的前端解决方案不分上下，而且PCB空间需求更小，射频频段可扩展性更大。

　　结论

　　美国高通公司的前端解决方案是一个创新集合体：

　　首款采用集成天线开关的完全集成式单芯片多模、多频段CMOS的功率放大器首个堆栈式RF POP解决方案（3D封装），缩小了射频前端的空间，同时实现了通用电路板布局，并简化RF频段定制或扩展首个支持LTE的CMOS功率放大器首个采用包络追踪的CMOS功率放大器首个动态重构LTE多模天线调谐器总体来说，它是第一款包括调制解调器和天线之间一切元件的、完全集成并基于CMOS的射频前端该解决方案重点解决全球LTE频带扩展对移动终端的经济规模生产，以及极其有限的PCB空间所带来的直接挑战。RF POP方案实现了一个通用全球电路板级设计，它具有简化的射频频带扩展或定制，可以帮助恢复终端的设计和生产规模。更小的射频前端空间、散热空间需求和尺寸，以及更长的电池寿命，成就了外形超薄、功能强大且高效的终端设计。此外，该解决方案现已开始出样，旨在满足实现LTE规模经济和全球漫游的紧迫挑战。