5G、Wi-Fi 7速度倍增背后，被忽略的「功臣」
5G、Wi-Fi 7速度倍增背后，被忽略的「功臣」
提到5G，許多人會馬上想到速度快這個關鍵特性。
但你是否知道，5G以及Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7這些最新一代的無線通信，為什么能實現媲美光纖的速度？
不少人會將原因歸結為通信標準的演進，這固然沒錯，但不夠深入和全面。實際上，5G、Wi-Fi 6/7速率能夠大幅提升是得益于整個通信系統的升級。這就好比為了提升通信性能擴寬道路（引入新的頻譜），將普通車道升級為高速路（增加新技術），用更多的車輛實現更高運輸效率（盡可能利用更多頻率、更高效率提升通信性能），最終讓無線傳輸也能媲美有線傳輸的穩定性以及高速率和低時延。
以普通消費者最熟悉的智能手機來說，要支持最新一代通信技術需要硬件系統的升級，包含被廣泛關注的調制解調器（我們常說的基帶），還有經常被忽略的射頻前端以及天線。
這聽起會讓人興味索然，但實際上從調制解調器到天線的通信系統至關重要。如果沒有射頻前端，手機將無法工作，沒有先進的射頻前端，手機也沒辦法實現全球通信。
本文，我們就聊一聊讓5G成為現實，讓Wi-Fi 7速度倍增，但又容易被忽略的高價值射頻前端（RFFE）。
5G、Wi-Fi 7速度倍增，射頻前端是被忽略的功臣
什么是射頻前端？射頻前端就是調制解調器和終端天線間的一套射頻組件，影響并管理無線發送和接收的全部信號。
射頻前端在4G時代之前，和移動通信一樣不算復雜，只需支持屈指可數的幾個不同的無線頻率，只需要少量的射頻元件和天線。
4G的商用，讓移動通信的射頻設計發生了根本性的變化。因為4G LTE要盡可能利用無線頻譜，高效使用離散的頻譜資源，改善無線連接及性能。這就類似于，要利用多車道容納更多車輛，并且要實現更高的運輸效率。
為了實現4G的目標，射頻前端的無線信令和傳輸架構被重塑，并且增加了多項功能，比如載波聚合、高階調制以及多入多出（MIMO）天線，射頻前端的復雜性同時也呈現出幾何級數式增長。
5G時代的來臨，加深了射頻設計的挑戰。4G早期，一臺移動終端需要支持的頻段不到20個。無線頻譜作為稀缺資源，全球各地對于無線頻譜的分配各不相同，如今的5G時代，已經有超過10000個頻段組合。
另外，為了實現5G高速率、低時延的目標，5G引入了毫米波頻段（24GHz以上頻譜），這是5G能夠實現峰值速率超過7Gbps，媲美光纖通信的關鍵。
2020年2月，高通發布的驍龍X60 5G調制解調器，正是搭配高通射頻及毫米波天線模組，實現了最高7.5Gbps的下載速度和3Gbps的上傳速度，千兆級的速率及時延堪比光纖。一年后的高通驍龍X65調制解調器及射頻系統，又將5G帶入萬兆級10Gbps時代。
5G更多的頻段組合，以及諸多新技術的引入，都讓5G射頻前端的設計面臨前所未有的復雜性挑戰，同時還有功耗和體積的限制條件。
與5G類似，無線局域網和Wi-Fi的復雜性也不斷增加，Wi-Fi 6E的頻率已經提升至6GHz，高通今年發布的全球首個Wi-Fi 7商用解決方案，能夠同時利用5GHz和6GHz頻段，高通1620專業聯網平臺最高峰值無線容量達33.1Gbps。
Wi-Fi 7有效帶寬是Wi-Fi 6的2倍，可用頻譜將是Wi-Fi 6的3倍，Wi-Fi射頻前端的設計同樣面臨前所未有的挑戰。
無論是5G還是Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7高速率的實現，射頻前端都是不可忽略的功臣。
5G和Wi-Fi 7時代需要怎樣的射頻前端？
5G和Wi-Fi 7射頻前端復雜性的大幅增加，源于更多的頻譜組合，以及眾多新技術的引入。
前面提到的5G中引入毫米波技術就是一個例子，Wi-Fi也不例外，在Wi-Fi 6標準中，支持了包括MU-MIMO、OFDMA、TWT、WPA3在內的技術。
到了Wi-Fi 7時代，得益于更寬的信道和4K QAM調制技術，Wi-Fi得以獲得更快的速度和更低時延的傳輸，還有Wi-Fi 7的三頻連接技術，又將Wi-Fi的速度和體驗推向新的高度。
通信技術的復雜度與射頻前端復雜性是正相關關系，要解決5G和Wi-Fi 7時代射頻前端復雜性的挑戰，綜合性的設計理念是關鍵所在，將數量繁多的組件以及各種特性和功能視為一個完整系統，進行端到端的設計，是解決5G射頻前端設計挑戰，以及提供有競爭力產品行之有效的辦法。
這也是為什么高通始終推出與調制解調器相匹配的射頻系統的原因所在。
終端設備廠商可以自行設計5G射頻前端，但并非所有終端廠商都愿意都如大量資源設計射頻前端。在移動通信領域有豐富積累的高通，具備多領域的領先技術，能夠提供領先的系統級解決方案。
比如，5G實現高速率的同時也會增加終端的功耗和散熱，解決這一問題巧妙的解決方案之一就是包絡追蹤技術，通過極度精細地管理5G終端發射無線信號的功率，實現高能效。
相比僅采用傳統普通功率追蹤的終端，高通在業界率先推出的5G包絡追蹤技術能夠實現卓越能效。引入高通第7代寬帶包絡追蹤技術的高通驍龍X65調制解調器及射頻系統，相比前代產品，能效提高30%，更節省手機空間，支持多個5G和4G功率放大器。
高通的AI天線調諧技術也是全球首個由AI輔助的5G自適應天線調諧解決方案，提升天線性能，能夠為用戶提供最佳信號。
今年6月，高通將其在智能手機從調制解調器到天線的領先優勢擴展到其它領域，推出了全新Wi-Fi 7射頻前端模組，這個擴展的產品組合面向藍牙、Wi-Fi 6E和下一代標準Wi-Fi 7，適用于智能手機之外的眾多快速增長的領域，包括汽車、擴展現實（XR）、PC、可穿戴設備、移動寬帶和物聯網等。
高通同樣采用了綜合性的設計理念，提供端到端的Wi-Fi 7射頻前端方案。
Wi-Fi SoC到天線的路徑（簡化）
Wi-Fi的前端模塊（FEM）集成了功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、濾波器和開關，一個終端設備通常包括一個用于2.4GHz Wi-Fi和藍牙的FEM，以及一個用于5-7GHz的Wi-Fi FEM。
Wi-Fi前端模塊的作用在于，在接收（Rx）端，集成的低噪聲放大器增強了微弱的傳入射頻信號，提高信噪比 (SNR)，讓設備對信號更加敏感。在發射（Tx）端，集成的功率放大器增強從Wi-Fi SoC傳遞的傳出射頻信號，有效使用功率的同時拓展傳輸范圍。
為了實現最佳的模塊性能，高通設計之初就充分考慮PA和LNA的高效協同工作。高通將PA和LNA集成到單個封裝中，OEM能夠靈活地將FEM放置在每個Wi-Fi天線旁邊，這種布局靈活性可以實現最佳的電路板布局，還能通過最小化天線和放大器之間的走線長度，釋放全部的射頻潛能。
為了實現最佳的系統級性能，高通也通過協同設計，讓Wi-Fi FEM、Wi-Fi SoC和互補的濾波器緊密協作，組合為一個最佳的解決方案。高通領先的端到端的Wi-Fi射頻前端設計，也支撐了其Wi-Fi 7獨特的高頻多連接并發技術的實現。
面向手機之外的諸多快速增長的市場，高通還會修改IP，滿足特定市場的需求，比如針對新型汽車市場的高通QXM1910 AQ解決方案。
還有不可忽略的一點，Wi-Fi除了需要和藍牙和諧地一起運行之外，還必須與5G并發工作。高通最新推出的Wi-Fi 7射頻前端模組，支持5G與Wi-Fi共存，與高通ultraBAW濾波器配合，支持5G/Wi-Fi并發，增強使用蜂窩網絡終端的無線連接性能。
5G乘以Wi-Fi 6E/7的巨大應用空間
5G與Wi-Fi 6E/7的并發，將實現倍乘效應。
5G的普及，讓XR以及元宇宙的實現成為可能。
而5G和Wi-Fi 7能夠并發，將能夠為終端設備提供更加穩定且高速的網絡連接。讓XR設備的體驗更有保障，用戶不用再擔心因為有電話或者網絡不穩定影響體驗，VR在線游戲、VR直播將成為可能。在汽車上，同時擁有高速且穩定的5G和Wi-Fi 7連接，又將創造出怎樣意想不到的體驗？
5G疊加Wi-Fi 6E/7也將直接帶動全球射頻市場的高速增長。Gartner預測，到2026年射頻前端市場規模將達到210億美元，2019年至2026年間的復合年增長率為8.3%。
市場研究公司Yole Développement認為，有兩個因素將導致所分析的連接性射頻前端設備市場顯著增長。第一個是特定設備的數量增長，例如可穿戴設備，第二個是為2×2和4×4 MIMO設備增加新的射頻鏈，以及6GHz頻段的射頻鏈。
站在高速增長的射頻前端市場中，高通也斬獲不少市場。2021財年，高通技術公司在智能手機射頻前端領域收入排名第一，2021年高通射頻前端單元累計出貨量達80億個，其中單個組件出貨量均超過3億個。
高通將其從調制解調器到天線的優勢從手機市場擴展至手機之外快速增長的市場，能夠從眾多快速增長的市場中獲益。
過去，高通的潛在市場規模是150億美元。
如今，高通的潛在市場規模已增長至1000億美元，這主要得益于新增的旗艦級和高端Android終端、射頻前端和汽車業務。雷峰網
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