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若何卡住5G功能的脖子?一文读懂智好手机的射频模块_射频_基带

少女玫瑰心 2024-08-20 12:04:15 0

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如果问是谁在影响一款智好手机上网时的网速、延迟和稳定性?相信很多朋友的答案都是基带。

但是,基带却并非影响网络性能的唯一,射频+天线模块,也是让手机尽情网上冲浪的幕后元勋。

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理论上讲,完全的射频模块包含“射频+天线”,但为了便于理解我们还是将它们拆分为两个部分。
如果你对手机的天线设计感兴趣,可参考《5G手机靠基带还不足!
天线设计也得做手术!
》这篇文章,本文我们则将目锁定在射频模块上。

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(图片来自网络侵删)

先从华为手机谈起

去年华为推出了一系列新款4G手机,包括Mate 40 4G、Mate X2 4G和nova 8i(搭载骁龙662)等,比较5G版的首发价便宜了不少。

麒麟9000集成巴龙5000基带

看到这里,估计不少朋友会产生一个疑问——麒麟9000最大的特色便是集成5G基带,理论上该当可以原生支持5G,那搭载它的新款手机为啥仅支持4G呢?难道把5G基带给“阉割”了?

再看一个奇怪的征象

如今市售的热门5G SoC中,除了骁龙865/骁龙870须要外挂骁龙X55基带以外,其他的芯片险些都直接整合了5G基带。

问题又来了,都是搭载同一颗SoC的智好手机,为什么有些型号的网速更快更稳定,有些型号的网络体验却又非常差劲儿呢?

难道同款基带还有强弱之别?

手机5G网络的“快递部”

一款手机要想激活5G网络,不仅须要5G基带,还须要5G射频模块和配套的5G天线模块,而它们也恰好可以组建成一个“快递部门”。

个中,基带扮演的角色是快递站点的“打包/拆包”,卖力将仿照旗子暗记通过AD数模转换电路,完成采样、量化、编码,变成数字旗子暗记(可以理解为把声音、画面变成0和1);射频模块扮演的角色是快递包裹的分拣,将基带送过来的数字旗子暗记进行调制,比如滤波、放大、解调和解码等;天线模块则是卖力将调制的旗子暗记发送出去,就好比快递员,只是收件人为运营商培植的基站。

须要把稳的是,上述的快递流程是可逆的。

比如,作为收件人的基站也能选择发件,经由天线这个快递员吸收后,经由射频模块的分拣,终极再由基带将打包的数字旗子暗记还原成仿照旗子暗记,把无数个0、1重新变反应音和画面被用户感知。

易被忽略的射频模块

5G射频模块的关键词是“模块”,它并非一颗芯片,而是一批芯片和元件的凑集。

一样平常情形下,当我们看得手机的拆机图片后,最为关心的常日是PCB主板上能干的CPU(SoC)、内存、闪存、基带和电源管理等紧张芯片。

你以为这些芯片很多吗?那当你看到数量更多更繁芜的射频模块干系芯片后,是否有种“密集恐怖症”的既视感呢?

图里圈中的芯片全部属于射频模块范畴

射频模块作为超繁芜的芯片矩阵,少了个中的任何一颗芯片或元器件,都有可能导致网络功能(如5G)受限。

华为虽然在基带芯片的研发和性能方面达到了业界一流水准,但在射频模块领域却依旧依赖于其他供应商。
由于众所周知的缘故原由,华为的部分供应链被“卡脖子”,在5G干系射频芯片的缺失落下,华为手机在2021年重启4G也就在情理之中了。

射频模块的基本构成

射频的英文名是Radio Frequency,也便是我们常常念叨的“RF”,在手机领域属于具备远间隔传输高频电磁波能力的功能模块。

一样平常来说,完全的射频模块包含射频收发器、射频前端和天线三个部分。
个中射频前端又包括功率放大器、包络追踪器、低噪声放大器、滤波器、天线开关、天线调谐器等多个组件。

射频模块的事情事理非常繁芜,限于篇幅我们就不展开详细的先容了。

大略来说,从基带芯片发送过来的旗子暗记频率很低,射频模块的紧张任务,便是对这个旗子暗记进行调制,将低频调制到诸如GSM的900MHz频段、4G LTE的1.9GHz频段或5G的3.5GHz频段等。
此时,虽然旗子暗记频率提高了,但依旧存在功率较小的问题,须要用功率放大器使其得到足够的射频功率,然后才会送到天线,再经滤波器肃清滋扰杂波,终极通过天线振子发射出去。

射频模块的其他组件也各司其职,比如射频天线开关用于掌握天线的启用与关闭,而天线调谐器则可通过“摆弄”天线,得到最佳的收发效果。
同配置智好手机之间之以是存在4G/5G旗子暗记强弱有别的问题,便是射频模块(包括天线)的布局设计和干系芯片组件的实际性能,如果手机厂商在这方面压缩本钱,结果每每便是支持频段少,穿墙能力差,随意马虎涌现丢包、延迟、断网和卡顿等问题。

高通的“交钥匙”模式

在2G手机时期,联发科用“交钥匙”模式(联发科供应完全的芯片和配套系统和软件的整合,OEM厂商只需微调手机外不雅观和系统界面再找个代工厂生产就能直接上市)横扫千军,并因此博得“山寨机之父”的美誉。
在5G手机时期,高通的射频系统也走在了“交钥匙”的道路上。

前文我们已经提到了,5G射频模块长期都被Broadcom、Skywork、Qorvo、AVAGO、muRata等厂商垄断,手机厂商在购买高通骁龙、联发科天玑等SoC和配套(或整合个中)的基带以外,还须要购买很多来自第三方的射频收发器以及射频前真个无数颗芯片,再结合繁芜的天线矩阵,才能实现完全的3G/4G/5G网络功能。

由A厂造基带、B厂造射频、C厂造天线,末了再由手机D厂完成终极的整合和对接,这种分散式的流程太过繁芜,充满不愿定性,想让来自不同厂商的芯片之间完美协同难度极高。

高通凭借其在基带芯片领域的技能和专利上风,已经成为了环球最大的基带芯片供应商,环球险些所有的Android手机厂商都有采取高通骁龙移动平台和骁龙基带芯片。
与此同时,高通还为射频前端供应端到真个办理方案,包括功率放大器、滤波器、射频收发器和天线调谐器,这意味着从基带到天线都可以利用高通的组件构建。

和分散式的5G模块比较,高通的集成式5G模块还有利于缩减系统的终极尺寸,减少对手机空间的占用。
此外,这些拥有“血缘关系”的芯片矩阵,可以实现更深层次的优化整合,带来诸如宽带包络追踪(ET)、AI赞助旗子暗记增强技能、多载波优化、去耦调谐、多SIM卡增强并发等技能和功能。

我们不妨参考一下三星美国Verizon版三星Galaxy Note 20 5G UW的拆机图片,该产品从基带到天线的大量组件,包括几个功率放大器(如QPM5625)、包络追踪器(1个QET6100和2个QET5100模块等)和分级模块均来自高通。
为了实现对毫米波的支持,该产品还内置2个高通最新的QTM535毫米波天线模组,后者在非常紧凑的尺寸中集成了天线、射频前端和收发器等部件。

国产化的分点打破

随着通信技能的持续迭代,须要的资金和技能投入越来越大,市场竞争日趋激烈,射频前端市场的玩家也在不断的并购当中越来越少,国产射频前端厂商存在感很低。
长期以来,我们都短缺能像高通那般供应一揽子交钥匙模式的国产供应商。

好是,能在5G射频前端市场进行分点打破的国产厂商越来越多,比如国产5G SAW滤波器厂商紧张就有天津诺思和开元通信等,国产5G PA功率放大器模组也形成了慧智微、唯捷创芯、锐石创芯以及昂瑞微为代表的多强格局,据悉华为将在2022年上市的新款旗舰机将回归5G序列,可见其已经办理了5G射频方面的芯片被卡脖子的问题。

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