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无线技术
4G首次公开亮相:多模达至顶峰?
录入时间:2011-3-2 11:34:40

4G Rollout: Multimode to the Max?

Joseph Cozzarelli, ANADIGICS宽带射频产品事业部资深主管

Mahendra Singh, ANADIGICS无线射频产品市场及应用事业部主管

    几个月前,HTC的EVO 4G和三星Galaxy S系列的Epic 4G正式在美国亮相,拉开了手持设备向4G过渡的序幕。然而,究竟有多少真正意义上的4G应用,这就要我们如何来界定。

    目前,4G可能只是手机销量的催化剂,但在接下来的几年里,4G至少会专门用来承载数据,这是因为:(1) 多媒体数据毕竟是宽带需求的主要来源 (2) 和过去一样,到下一代网络前一定会有一个过渡期。在可预见的未来,3G网络可能会被用来传输语音。

    但是,这并不意味着在未来几年不会有大量用户购买具备真正4G技术的手持设备。

    关于4G,最准确而简洁的定义是:通过采用WiMAX或LTE实现无线链路传输数据的技术。在美国,Sprint公司拥有最知名的WiMAX网络,其针对的笔记本电脑与网络的链接是通过数据卡和USB型数据卡得以实现的。而Verizon公司正计划在2010年下半年部署LTE。此外,摩托罗拉公司也同样将WiMAX技术应用于宽带领域,点对多点的网络支持宽带接入技术的系列应用。

步入4G移动时代

    历经多年等待之后,4G手机终将于2010年风靡美国──至少在WiMAX相关技术方面。Sprint公司预计,到今年年底,其WiMAX网络设施将覆盖约1.2亿美国用户。Sprint公司的WiMAX网络设施(运行频带为2.5GHz)由其子公司Clearwire负责实施。无论在何处接入WiMAX,Sprint公司都会在无法使用WiMAX的区域提供3G网络服务的混合数据服务。

    到目前为止还没有商用LTE网络。LTE落后WiMAX至少两年,因此,在未来几年,其应用前景仍不明朗。在北美,最可能出现的部署情况是:美国PCS及Cell频带(分别为850MHz和1.9GHz)主要用于语音通信,700MHz频带用于LTE数据传输(如果其可用)。然而应当指出的是,要使手机制造商在设备中加入LTE功能,以便网络设施就绪后运营商就能立即拥有一批客户群,只有该标准还远远不够。

    既然如此,我们为什么要购买现在还无法使用的4G手机呢?

    对运营商而言,发展手持设备比建造LTE和WiMAX所需的新网络设施要简单得多,且拥有非常高的成本效益。在网络设施就绪后立即拥有庞大的用户群,这一举措也是相当有利的,特别是当真正的4G很可能成为收费计划中数据部分的优质业务。事实上,Sprint公司已经开始对其4G数据业务进行额外收费了。

多模、多样化与未来

    在无线世界里,客户忠实度与网络覆盖范围紧密相连:在某一特定区域拥有最佳覆盖范围的网络将赢得最忠实的客户。这对于4G同样适用,它带来了一个新的挑战:一部手机必须同时支持WiMAX和LTE两个标准,从而使客户在漫游到其他运营商网络覆盖区域时仍可享受4G数据服务。

    将这种理念应用到今天的多模手机中,使其既能访问CDMA网络,又能访问GSM网络。这两项技术已包含多种增强标准,引领业界从2G步入3G。

    对于半导体来说,这在相当程度上是个不小的考验。事实上,所有必须支持的蜂窝标准和频率也相当令人困惑。

    半导体厂商准备好迎接挑战了吗?就执行复杂算法以实现此类标准的基带芯片而言,答案显然是“没问题”,这主要归功于工艺的改进,使越来越多的电路能够集成到越来越小的芯片上。目前,已有多家基带芯片制造商推出了WiMAX/LTE芯片组。

RF方面的挑战

    相比之下,信号链中RF部分的道路却并不平坦,因为它必须支持多个频带,并负责将在空中传播的复杂波形处理成基带芯片能够理解的“比特和字节”。

    4G技术可能会为新供应商和正在寻找新市场的老牌IC公司带来众多商机。然而,RF信号链中的高性能芯片却是多年经验、专用半导体工艺及大量系统知识的结晶。

    功率放大器(PA)是极其耗电的部件,它会对电池持续时间产生极大影响,这也是众多用户非常关注的问题。另外,它还会突出WiMAX与LTE之间的根本差异。

    对于任何无线设备而言,PA在的RF信号链的效率中所扮演的角色至关重要。鉴于WiMAX和LTE用于获取宽带数据传输速率的先进波形编码,PA的作用在4G系统中变得更为重要。

失真、线性与效率

    信号失真会带来许多负面后果,比如掉线、糟糕的数据传输率以及覆盖范围缩小。为尽量减少失真,PA通常在低于最大功率且能够正常传输数据的某个线性范围内工作。峰均功率比(PAR)是一个重要的性能指标,它在很大程度上取决于信号波形方式。PAR对于PA的重要性在于其限定了PA的运行效率。

    LTEWiMAX都采用了正交频分复用(OFDM)调制方式,与单载波信号波形乃至其他基于OFDM的信号(如Wi-Fi)相比,它需要更高的线性。WiMAX标准要求支持多种调制格式,因此,其上行链路中的PAR需要大于14dB。而这会严重影响PA的设计,导致运行效率处于25%的范围内。

    另一方面,LTE的PAR为6dB,这意味着PA可在35%的效率范围内工作。但需要注意的是,并非所有PA都相同,有一些PA会比其他PA做得要好一些。

    一方面要满足高数据输出的要求,另一方面还要兼顾高线性方面的需求,这就要求必须采用先进的半导体工艺,比如ANADIGICS所用的InGaP异质结双极晶体管(HBT)工艺。

    采用最佳半导体工艺可使PA的效率接近理论最大值。PA的设计亦十分重要,采用线性化技术,如已经投入使用的峰均值衰减和前馈均衡等技术,可减轻高PAR对功效造成的负面影响。

    对于WiMAX而言,尝试所有可能的解决方案尤为重要,因为这利于避免因电池持续时间而拖延其上市时间。以往的经验告诉我们,设计师的聪明才智是无限的,技术改进亦是如此。可以预见的是,改进可能需要PA具有一些额外的功能,这就是为什么在先进工艺技术和PA设计方面拥有丰富经验的供应商之所以会成为手持设备制造商所期望的最佳4G合作伙伴的原因。


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