摘要：針對LTE引入后多模多頻段選擇對終端產品體積、成本、性能等方面所帶來的挑戰進行了深入分析和研究，并給出了現階段解決上述挑戰的射頻芯片和射頻前端參考設計架構。

1 引言

LTE作為3G后續演進技術以其高數據速率、低時延、靈活的帶寬配置等獨特技術優勢，被業界公認為是下一代移動通信的演進方向。據全球移動設備供應商協會(Global Mobile Suppliers Association，GSA)發布的關于LTE演進的最新報告顯示，截至2011年5月，全球已有80個國家和地區的208家運營商正在對LTE進行投資，其中已有20個商用網絡交付使用，到2012年底預計至少將有81個網絡提供LTE商用服務。但是，LTE畢竟是一種新興技術，其網絡部署是個逐步推進的過程，這意味著在未來相當長的一段時期內全球運營商都將面臨LTE網絡與現有多網并存這一共性問題。因此，為滿足LTE引入后業務的連續性以及國際漫游需求，多模多頻段終端將是市場過渡階段一種必然選擇。

本文結合LTE引入后的多模多頻段需求，深入分析了多模多頻段終端在產品實現上所面臨的性能、體積、成本等一系列挑戰，力求通過解決射頻實現方面的技術難點來提升多模多頻段終端產品的市場競爭力。

2 多模多頻段需求分析

對于運營商而言，LTE引入后不但要求其終端在原有多模的基礎上增加支持LTE模式及相應的工作頻段，還要增加可以確保用戶實現國際漫游的工作頻段。不同于2G/3G時代，目前全球分配的LTE頻譜眾多且相對離散，為更好地支持國際漫游，終端需要支持較多的頻段。以中國移動為例，TD-LTE引入后，為滿足自身的運營需求，終端至少需要支持TD-LTE，TD-SCDMA，GSM三種模式和八個頻段來確保業務的連續性，具體參見表1。為提升用戶的國際漫游體驗，終端還要支持FDD LTE模式，結合全球FDD LTE部署現狀，目前NGMN建議終端至少需支持Band1/7/17(或13)3個頻段才能實現通過FDD LTE漫游到日本、歐洲、美國的部分地區，而且隨著FDD LTE在全球部署規模的逐步擴大，終端還要增加新的FDD LTE頻段才能實現全球漫游。考慮到WCDMA的全球部署范圍廣、成熟度高且漫游能力強，為提升終端的國際漫游能力，還將鼓勵終端支持WCDMA模式及相應的工作頻段。表1給出了全球各制式主流部署頻段。

表1 各制式主流部署頻段

3 多模多頻段終端實現所面臨的挑戰

無線通信模塊由芯片平臺、射頻前端和天線3大部分構成。圖1為終端無線通信模塊的通用架構圖。其中，芯片平臺包括基帶芯片、射頻芯片以及電源管理芯片等，射頻前端包括SAW(Surface Acoustic Wave，聲表面波)濾波器、雙工器(Duplexer)、低通濾波器(Low Pass Filter，LPF)、功放(Power Amplifier)、開關(Switch)等器件。基帶芯片負責物理層算法及高層協議的處理，涉及多模互操作實現；射頻芯片負責射頻信號和基帶信號之間的相互轉換；SAW濾波器負責TDD系統接收通道的射頻信號濾波，雙工器負責FDD系統的雙工切換以及接收/發送通道的射頻信號濾波；功放負責發射通道的射頻信號放大；開關負責接收通道和發射通道之間的相互轉換；天線負責射頻信號和電磁信號之間的互相轉換。

圖1 終端無線通信模塊通用架構圖

終端支持多模多頻段與基帶芯片、射頻芯片、射頻前端、天線均有關。多模互操作實現主要影響基帶芯片，同時模式的增加對射頻芯片和功放也會產生影響；多頻段實現主要依賴于射頻芯片、射頻前端和天線。下面就多模多頻段對終端產品實現各部分產生的影響進行詳細闡述。

3.1 基帶芯片

終端支持多模關鍵在于基帶芯片。通常，模式增加對基帶芯片成本略有提升，但是頻段增加對基帶芯片的面積和成本幾乎無影響，僅需要進行軟件升級。

由于TD-LTE和FDD LTE在標準協議層面存在約10%的差異(差異來自雙工方式，主要在物理層)，TD-LTE和FDD LTE共基帶芯片沒有技術門檻和難度。目前，所有LTE芯片廠家都已經或將支持TD-LTE與FDD LTE共基帶芯片，只不過不同廠家的市場定位不同，同時針對標準協議的芯片實現架構存在差異，所以實現TD-LTE和FDD LTE雙模融合的過程和進度有所區別。

目前，基帶芯片廠商支持多模的主要挑戰在于對TD-SCDMA模式的支持。與TD-SCDMA芯片產業支持力度相比，TD-LTE芯片產業鏈更加壯大，包括傳統的TD-SCDMA芯片廠商、傳統的FDD LTE芯片廠商、傳統的WiMAX廠商以及國內新興的芯片廠商。但是，具備TD-SCDMA研發經驗的廠商在整個TD-LTE芯片產業鏈中占比有限。考慮到基帶芯片的成本對終端整個無線通信模塊成本影響最大，為提升中國移動TD-LTE/TD-SCDMA/GSM多模終端產品的市場競爭力，后續應加快整合TD-LTE和TD-SCDMA產業的優勢資源，推動更多的TD-LTE芯片廠家盡快推出含TD-SCDMA多模基帶芯片產品，擴大產業規模，降低基帶芯片成本。

3.2 射頻芯片

新的模式和頻段的引入對射頻芯片均會產生影響。眾所周知，射頻芯片架構包括接收通道和發射通道兩大部分。對于現有的GSM和TD-SCDMA模式而言，終端增加支持一個頻段，則其射頻芯片相應地增加一條接收通道，但是否需要新增一條發射通道則視新增頻段與原有頻段間隔關系而定。對于具有接收分集的移動通信系統而言，其射頻接收通道的數量是射頻發射通道數量的兩倍。這意味著終端支持的LTE頻段數量越多，則其射頻芯片接收通道數量將會顯著增加。例如，若新增M個GSM或TD-SCDMA模式的頻段，則射頻芯片接收通道數量會增加M條；若新增M個TD-LTE或FDD LTE模式的頻段，則射頻芯片接收通道數量會增加2M條。LTE頻譜相對于2G/3G較為零散，為通過FDD LTE實現國際漫游，終端需支持較多的頻段，這將導致射頻芯片面臨成本和體積增加的挑戰。

為減小芯片面積、降低芯片成本，可以在射頻芯片的一個接收通道支持相鄰的多個頻段和多種模式。當終端需要支持這一個接收通道包含的多個頻段時，需要在射頻前端增加開關器件來適配多個頻段對應的接收SAW濾波器或雙工器，這將導致射頻前端的體積和成本提升，同時開關的引入還會降低接收通道的射頻性能。因此，如何平衡射頻芯片和射頻前端在體積、成本上的矛盾，將關系到整個終端的體積和成本。