未來LTE手機的兩大關鍵技術-RF MEMS、軟體無線電

隨著LTE多頻多模智慧型手機時代的來臨，新一代智慧型手機要求在2G、3G模式基礎上增加支持LTE模式及相應的工作頻段，並實現國際漫遊的工作頻 段，頻段總量接近40個。頻段的快速增加引發內部射頻(RF)天線尺寸與功耗過大問題，如何降低天線數量、尺寸並增強信號接收性能與頻寬是當前工程師面臨 的問題。射頻工程師對射頻前端器件提出了更高的要求，促使射頻半導體廠商加速研發創新RF技術與解決方案，包括RF MEMS及軟體定義無線電(SDR)、天線頻率調整等新興技術，已受到終端設備製造商關注。

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RF MEMS技術提升手機天線性能節約成本

隨著業界對RF技術要求的提升，Qualcomm、聯發科等晶片大廠開始積極強化RF方案，高通更率先推出業界首款CMOS功率放大器(PA)，以 改善RF性能與成本。由於晶片廠商的RF方案優勢在於處理器端的信號增強與噪聲消除，對優化RF天線尺寸與傳輸功耗的效果依然非常有限， 業界開始關注採用MEMS技術工藝的RF產品。

RF MEMS是近年來MEMS領域的研究熱點，其基於機械式諧振結構，只要改變內部隔板距離就能使電容流量產生變化，可免除外部電容與開關等零組件，減輕天線 總體功耗與體積；此外，其具備可編程能力，可支持軟體無線電（SDR）功能，並實現天線頻率調整、可調式阻抗匹配等控制方案，協助簡化RF前端模塊 (FEM)設計、增強信號接收性能、帶寬及減少天線數量。由此實現射頻系統的片內高集成，消除由分立元件帶來的寄生損耗，真正做到系統的高內聚，低耦合， 能顯著提高系統的性能。

射頻微機電系統(MEMS)設計和製造廠商Cavendish Kinetics總裁Dennis Yost表示，隨著智能型手機頻段的持續增加，如何提升RF天線性能，且不影響系統佔用空間與耗電量表現，已成為RF器件和手機廠商的產品發展重點，由此 帶動新一輪RF技術革命，這為在尺寸和性能都表現優異的RF MEMS技術帶來新的機會。

Yost進一步介紹，採用Cavendish Kinetics RF MEMS持術的LTE手機可望於近期陸續推出，目前Cavendish Kinetics正與多家手機製造商緊密合作，初期將鎖定高端LTE多頻多模手機應用，待逐步達到量產經濟規模後，再挺進中低端手機市場。

Yost預計2014 -2016年RF MEMS技術將快速發展，包括RF前端模塊的功率放大器、濾波器(Filter)和雙工器(Duplexer)均可動態調整，進而達成更高效率；另外，由 於RF MEMS兼容CMOS工藝並支持數字界面，未來可能與邏輯晶片進一步結合，實現更高整合度的手機系統解決方案。 同時RF MEMS因減少周邊器件用量，整體物料清單(BOM)成本反而比傳統RF設計更低，而且在各種LTE頻段中平均能提高35%傳輸效率，RF MEMS將成為未來5∼10年手機設計中的關鍵技術之一。

業界預計未來四年RF MEMS技術演進圖

軟體無線電（SDR）技術日益成熟 將進駐LTE手機

各國頻譜規劃差異以及電信運營商也各自布署FDD或TDD LTE網絡，導致手機天線功能的需求複雜化。晶片商與系統廠商除發力新興RF技術外，也開始採用日益成熟的SDR技術，希望通過軟體編程功能，自動偵測並 切換至用戶所在地的最佳LTE頻段，以最小幅度的RF硬體變動，優化手機性能。

NVIDIA在Tegra 4i中已率先導入LTE軟體定義數據機(Modem)，打響SDR技術在手機RF應用中的第一槍，目前至少還有二十幾家處理器廠商計劃採用SDR技 術，以協助系統廠商改善LTE手機天線的尺寸與耗電量。或許 SDR技術將是加速LTE手機上市，並實現全球漫遊的關鍵推手之一。

微處理器廠商Tensilica創始人Chris Rowen表示，隨著LTE手機加入多輸入多輸出(MIMO)、載波聚合(Carrier Aggregation)等功能後，對天線的性能要求更將大幅提升，廠商為兼顧高性能與低功耗、小尺寸設計，將採用SDR技術發展特定基帶RF子系統或增 強型接收器(Turbo Receiver)，以滿足LTE、LTE-Advanced的設計需求。

總結

通常手機廠商及技術部門對更換設計方案和器件的評估都非常慎重，以免增加投資和產品上市的風險。近年來傳統的射頻廠商也開始積極研發創新的RF技術 應對多模多頻的挑戰，RF MEMS、SDR作為在終端應用的新技術，要讓終端廠商及設計工程師完全接受還需要較長的過程。但MEMS、SDR技術的諸多優勢，必將成為LTE、 LTE-Advanced多頻多模手機RF主要參考技術之一。