GPRS/EDGE+W-CDMA双模将成为未来多模手机的主流

多模、多功能和低成本是下一代手机的三大发展趋势，由此也给射频、基带、电源管理、操作系统等领域带来了一系列的设计挑战和技术难题。《电子系统设计》的编辑就此专门采访了业内相关的著名公司，现将回复予以整理与您分享。 问：目前存在多种移动通信技术，如GSM、GPRS、EDGE、CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA.。毫无疑问，双模/多模手机将越来越流行。那么，哪些双模/多模手机将会成为今年及明年的主流手机呢？ 当然是GPRS/EDGE + W-CDMA双模，当GSM运营商迈向3GSM时，这些手机已经广泛推出了，它们肯定是主流。有些CDMA运营商在引入CDMA + EDGE手机，目的是增加漫游用途，但这一市场相对狭窄。也开始出现了一些GSM + WiFi和CDMA + WiFi手机。Sprint Nextel公司正在开发CDMA + iDEN双模手机。 问：越来越多的其他无线功能正在加至下一代手机，以提供无线连接。您能就如今的GPS手机、Wi-Fi手机和RFID手机行业及前景，分别谈谈您的看法吗？ GPS肯定是主流，GPS是CDMA手机的标准功能，也正在很快成为UMTS手机的标准功能，GPS正在与主芯片组集成，不再只是增加的模块。WiFi则存在争议。提供网络连接功能的运营商喜欢这一思想，就是转向家庭网络VOIP，降低流量，将用户留到手机上。只提供移动网络的供应商则不太支持。尽管如此，到本10年末，WiFi手机可能会成为一种相当普通的手机，也可能同时提供其他一些空中接口，如WiMAX、802.20、802.11a。我尚未看到任何RFID手机接至网络，能用来识别携带电话的人，在日本和欧洲，这正引出一种电子钱包电话(虽然是通过移动接口，而非独立的RFID无线功能)。作为安全用途，GPS功能有时用于跟踪用户，如小孩。 问：双模/多模手机设计如何实现在不同网络间的平稳切换？ 如果两种模式都由同一系列演化而来，例如，从EDGE到W-CDMA，或者老式的模拟到数字(现在基本已经绝迹)，则标准里也包括有切换和完整的更新一代的无线功能，包括手机内使用的芯片组。现在，几乎所有的切换都是“盲跳”——当网络确定用户应更换到另一标准的手机，网络就断开原有连接，然后建立新连接。因此，一般不采用所谓的“软”切换(其中两个无线功能同时存在)，因为这种方法使无线功能要求(目的是避免堵塞)和网络要求都大大复杂化了。在不同的网络之间切换不一定这么顺利，例如从GSM 到CDMA，或者GSM到WiFi。网络或手机芯片组都不常支持这些功能。 问：要实现这些双模/多模手机，射频(RF)开关、前放(PA)、收发器、基带或其他芯片的主要技术难点是什么？ 我仅就射频前端(连接硅芯片组到天线的元件，包括PA、滤波和开关)谈谈看法。 每种工作模式都倾向于对功率放大器的功率和线性有不同的要求。要达到高效运行(如要使电池寿命良好)，必须对PA负载线就功率水平和线性进行优化。可能无法找到使两个完全不同的模式的性能都可以接受的折中负载。因此，目前用于EDGE的PA(高功率、准线性)与W-CDMA所使用的PA(低功率、线性度高得多)不同。如果使用线性PA，则在高功率、非线性模式下就损失了不少效率。如果尝试调节极化PA，则因环带宽不同，使设计非常困难，有点超出现有技术所能很好支持的范畴，当系统扩展了4G时，情况更加困难。有人建议使用诸如MEM和变容二极管等电路元件，动态调节负载线，但相应的寄生效应、成本、启动电压、调谐范围、可靠性以及其他因素都是问题。目前，PA价格相对便宜，如果要使手机保持小型，并且电池寿命长，各模式使用独立优化的PA似乎是最佳方案。 在滤波方面，首先需要考虑的因素是，模式是运行TDD (使用一T/R开关) 还是FDD(需要一个双工器)。这两种元件根本不同，必须正确使用。一般来说，T/R开关损耗小，而FDD系统则能更好利用频谱，因此，在高速数据标准中更流行。使用双工器时，关键是频带(与工作模式不同)特性，主要是双工间距和百分比带宽。目前使用的频带中，这些参数差异极大，有些非常容易支持(如UMTS核心频带)，而有些则极难支持(如UMTS带III，USPCS)。如果使用多种FDD频带，则每一个都必须带一个双工器。这样，前端走线和损耗都是难点。 在开关方面，难点在于线性、隔离和损耗三者之间的权衡。此外，构建T/R开关(强调快速开关和谐波)和构建频带选择开关(强调线性，至少在某些情况下隔离也很关键)两者之间存在差异。最具挑战性的开关之一是同时支持多频带、多模EDGE – W-CDMA手机的开关。3GPP阻塞规范引起的线性限制使支持多于四倍EDGE加3个频带W-CDMA(SP-7T到SP9T型开关)很困难。 问：在解决这些难点中，你们一直采用的RF开关、PA、收发器、基带或集成方案是什么？与主要的竞争对手相比，其优点是什么？(您可以根据您自己的专业领域和兴趣回答此问题。) 在PA方面，我们一直使用一种我们称为CoolPAM的架构来优化效率。使用这种专利架构，能使PA根据所需输出功率调节传输路径，保持极好的线性及很高的效率，特别是在最常用的功率水平下，更是如此。W-CDMA和CDMA两种标准下的这类PA我们都提供。对于滤波，我们一直致力于开发支持UMTS频带扩展的低损耗双工器。我们的FBAR滤波技术特别适合于应对带宽间距窄引起的问题，如UMTS Band VIII和USPCS频带。此外，也非常适合提供高隔离度的双工器。另外，我们一直提供在单独一个天线端口组合多个滤波器的“多路复用器”，以消除混合损失，并且改善宽带抑制性能。在CDMA手机中广泛采用的一种典型应用是，将PCS和手机频带双工器与一个GPS滤波器结合起来，在单独一个天线口上构成一种5滤波器件(“五路复用器”)。我们也将自己的CoolPAM 前放与自己的FBAR双工器组合在一种“By-Band”前端模块系列中，这些器件具有多种超出两种已经非常出色的技术的优点，例如：因PA和双工器之间直接匹配，而使效率得以提高；因采用一种测试系统模块，使设计时间得以加快；因为集成，使占用面积得以缩小。 问：实现多种无线功能手机时，手机设计师应注意什么？(您可以就天线设计或布局、射频元件选择、EMI/EMC等全设计过程中的某些阶段，举出一些关键问题)。 就我所知，大多数设计师把注意力放在硅片上，对PA不太关注，他们认为滤波和转换“简单”。对现代多频带、多模手机，情况远非如此。设计师必须考虑支持哪些频带，数量如何。必须考虑到难度大的频带的滤波性能，同时也要考虑开关配置的可用度，特别是如果手机支持具有讨厌的Tx-Rx重叠的频带组合时。复杂前端的走线损耗可能相当大，3 dB～6 dB范围的损耗很常见。这种情况下，PA消耗了很多电池寿命来接收空中的信号！也有一种趋势是，将多个频带，甚至多种模式组合到同一PA中。加上频带扩展，随着低效率PA(宽带PA效率较低，多模PA效率较低)连接到损耗大的多频带前端之上，就需要采用消耗很大电流的架构。除非取掉大量PA，否则，与使用优化的单频带元件外加混合电路的手机性能相比，这种折衷后的手机性能会严重变坏。 受访人：Avago无线半导体部门的高级市场总监Philip Gadd