5G手机的关键技术-RF射频前端

5G手机相较于4G手机，5G手机必须设计为符合3GPP新无线电（NR）版本15，并且还需要兼容传统的4G接入技术。因此设备厂家第一阶段，一般都会采用5G手机支持非独立（NSA）协议栈的技术路径。

图1：5G手机架构（来源：ResearchGate）

由于5G Massive MIMO提供了较快速的上行/下行吞吐量，一般认为其吞吐量是4G手机的10倍，同时还需要向后兼容4G标准如LTE和LTE-A。此外，最新的5G手机将支持蓝牙，WIFI和基于NFC的短距离无线技术。同时其还包含了更多的传感器，例如接近传感器，光传感器，气压计，磁力计，加速度计，陀螺仪，温度计，激光扫描仪等。

从硬件角度出发，5G手机相较于4G手机，其最大的区别在于，RF射频前端方案及天线的差异。

图2：5G手机RF射频前端

一般来说，RF前端模组包括：

1）功率放大器（PA或LNA，分别对应收发端，负责信号的放大，往往是最耗电的芯片）

2）双工器及铁氧体滤波器，带外干扰抑制作用，保证不同频率上信号互相隔离，不受影响

3）高速RF开关，负责Tx与Rx之间的物理通道隔离，避免收发干扰，造成自激等不良影响

4）包络跟踪ED（提高放大器效率）

也就是对应着手机天线与基带处理器中间这一大部分，往往大家会说哪个品牌的手机信号质量好，往往就是这一部分其设计和集成能力强，表现出来了语音及数据通信能力的性能差异。

图3：4G/5G手机射频前端规模估计

可以看出当前RF前端是需要不同功能特点的IC进行整合的，在芯片封装时，当前主流的工艺有如下一些工艺：

SOI：silicon on insulator

BUCK：块体硅、体硅

图4：不同功能模块对应的工艺

类似于系统产品，手机目前的RFIC也呈现出了RF前端模组化的趋势，按照不同的组合当前有一些划分的方案。

图5：RFIC模组不同组合方案

目前5G手机的架构还在演进发展中，如何将更多的RF前端集成进入手机，同时能够支持mm-Wave毫米波应用，满足用户不同手持状态良好的通信信道建立，也是一大挑战。