12 LTE多模多頻段終端及芯片產品實現分析報告

1、1LTE多模多頻段終端及芯片產多模多頻段終端及芯片產品實現分析報告品實現分析報告無線所無線所 & 美研所美研所 & 終端所終端所2010-6-72主要內容主要內容 多模多帶終端及芯片產品需求分析多模多帶終端及芯片產品需求分析 多模多帶終端產品實現挑戰(zhàn)介紹 多模多帶終端產品實現方案研究 多模多帶終端物料成本分析 總結及下一步工作建議3終端產品總體要求終端產品總體要求 終端形態(tài)終端形態(tài) 第一優(yōu)先級（2010年）：數據卡（USB和PCI Express）和CPE 第二優(yōu)先級（2011年） ：個人熱點設備 第三優(yōu)先級（2012年） ：手持終端 業(yè)務要求業(yè)務要求 以高速數據業(yè)務為主，不要

2、求針對VoIP進行優(yōu)化，初期不要求提供MBMS業(yè)務。 依托多模雙待終端方案解決TD-LTE過渡階段對話音業(yè)務的支持。 UE能力能力 建議支持到Category 3，提供上行50Mbps、下行100Mbps的峰值數據速率。 功耗要求功耗要求 數據卡峰值功耗不高于2.5watt，峰值工作電流500mA （Voltage:5v）4多模多頻段要求多模多頻段要求多模支持（多模支持（2G/3G/LTE) 選項1：TD-LTE/EDGE/LTE FDD 選項2：TD-LTE/EDGE/LTE FDD/TD-SCDMA多頻段選擇多頻段選擇 TD-LTE（3頻段） 支持Band 40（23002400MHz）、

3、Band 38（25702620MHz ）以及Band39（18801920MHz） LTE FDD（3頻段） 支持到主要的FDD市場的國際漫游 建議至少支持Band 1（1920-1980/2110-2170MHz）、Band 7（2500-2570/2620-2690MHz）、Band 13（777-787/746-756MHz） GSM/GPRS/EDGE（4頻段） 建議支持Band 2（1850-1910/1930-1990 MHz）、Band 3（1710-1785/1805-1880 MHz ）、Band 5（824-849/869-894 MHz ）、Band 8（880-915

4、/925-960 MHz ） TD-SCDMA（3頻段） 建議支持Band34（20102025MHz）、Band39（18801920MHz）以及Band40（23002400MHz）主要滿足我主要滿足我公司的多模公司的多模多頻需求多頻需求5無線功能要求無線功能要求幀結構幀結構支持所有的上下行配比（7種）；支持所有的特殊時隙配置（9種）支持短CP和長CP特殊時隙的應用特殊時隙的應用支持UpPTS上傳輸短RACH和Sounding支持DwPTS上傳輸控制信息和數據MIMO & Beam Forming天線配置：1發(fā)2收上行MIMO：接收分集下行MIMO：支持2*2MIMO和4*2MIM

5、O的接收能力；支持開環(huán)/閉環(huán)復用、單流/雙流BFRACH format支持格式0-4上行功控上行功控支持PUSCH/PUCCH/SRS的閉環(huán)功率控制調度調度支持周期、非周期CQI/PMI/RI反饋支持wideband CQI, subband CQIDRX支持長DRX、短DRX切換切換支持系統內同頻、異頻切換6互操作功能要求互操作功能要求PS域域TD-LTE-GSM/EDGE 空閑態(tài)小區(qū)重選、連接態(tài)CCO with NACC、連接態(tài)CCO without NACC、RRC connection release with redirect 可選支持 PS HOGSM/EDGE-TD-LTE 空閑

6、態(tài)小區(qū)重選、連接態(tài)小區(qū)重選 可選支持 PS HOTD-LTE-TD-SCDMA 空閑態(tài)小區(qū)重選、RRC connection release with redirect、連接態(tài)PS HOTD-SCDMA-TD-LTE 空閑/URA_PCH/CELL_FACH態(tài)小區(qū)重選、PS HOTD-SCDMAGSM 支持現有TD/GSM互操作功能測量測量 LTE、GSM、TDs模式下的測量 支持優(yōu)先級策略7互操作功能要求互操作功能要求CS域域 目標方案 通過VoLTE/IMS提供話音，支持SR-VCC方案 過渡方案 首選：雙卡雙待方案 次選：開機優(yōu)先2/3G網絡駐留方案8射頻指標要求射頻指標要求l 射頻指標

7、需遵循3GPP TS 36.101 V9.1.0 (2009-09)規(guī)范的要求l 與WLAN共存時，LTE終端必須滿足如下RF指標要求：技術要求技術要求具體技術要求具體技術要求優(yōu)先級優(yōu)先級雜散輻射雜散輻射在24002483.5MHz頻段內的雜散輻射功率不超過-71dBm/MHz必須必須阻塞特性阻塞特性當24002483.5MHz頻段內存在-7dBm的單音干擾信號時，吞吐量惡化不超過5%必須必須9主要內容主要內容 多模多帶終端及芯片產品需求分析 多模多帶終端產品實現挑戰(zhàn)介紹多模多帶終端產品實現挑戰(zhàn)介紹 多模多帶終端產品實現方案研究 多模多帶終端物料成本分析 總結及下一步工作建議10多模多帶終端產

8、品實現難點概述多模多帶終端產品實現難點概述 單個射頻器件支持的頻段數目極為有限，按照現有的終端產品實現方式，終端射頻部分（特別是射頻前端部分）面臨高成本和低集成度的挑戰(zhàn) 射頻部分的挑戰(zhàn)主要體現為 射頻收發(fā)芯片（RFIC） 功放（PA） 射頻濾波器 天線11多模多帶終端產品實現難點多模多帶終端產品實現難點RFIC射頻收發(fā)芯片（RFIC）包含射頻接收器和射頻發(fā)射器兩部分，對于具有接收分集的移動通信模式來說，其射頻接收器的數量將2倍于射頻發(fā)射器已有的RFIC通常只支持幾個射頻收發(fā)通路，對于11個工作頻段的TD-LTE終端射頻收發(fā)芯片來說，將需要支持十幾個射頻收發(fā)通路。下面的表格中給出支持11個頻段R

9、FIC的收發(fā)通路信息，共有12個收發(fā)通路射頻收發(fā)通路數目眾多嚴重影響RFIC低成本、高集成度目標的實現盡量增大單個收發(fā)通路的帶寬可支持更多工作頻段，從而減少收發(fā)通路數量、降低芯片成本、提高集成度?？删幊碳夹g應用于RFIC設計后，一個發(fā)射/接收通路可支持11個工作頻段，業(yè)界正在研發(fā)基于此方案的RFIC產品目前大部分RFIC廠商可以支持除TDS外的9個頻段，Fujitsu，ZTE和Altair可支持全部11個頻段頻段編號頻段編號模式模式發(fā)射通路發(fā)射通路接收通路接收通路頻率范圍頻率范圍射頻帶寬射頻帶寬頻率范圍頻率范圍射頻帶寬射頻帶寬5+8+13EDGE/WCDMA/FDD-LTE777915M138

10、M746960M214M2+3EDGE/WCDMA/FDD-LTE17101910M200M18051990M185M34+39+1WCDMA/TD-LTE/FDD-LTE/TD-SCDMA18802025M145M18802170M290M40+38+7TD-LTE/LTE FDD23002620M320M23002690M390M12多模多帶終端產品實現難點多模多帶終端產品實現難點PATD-LTE多模多頻段終端的PA需要支持從700MHz到2.7GHz范圍內的11個工作頻段受限于功放的帶寬及效率指標，目前采用1個功放支持700MHz2.7 GHz是不太可能的。根據上頁表中的數據，4個功放可

11、以覆蓋11個頻段。目前部分PA廠商僅采用3個PA即可支持11個頻段。為降低成本、提高集成度，在功放效率滿足要求的前提下，盡量增大功放的帶寬，從而讓單個功放支持盡可能多的工作頻段，進而減少功放的數量13多模多帶終端產品實現難點多模多帶終端產品實現難點天線天線寬帶終端天線理想諧振結構的天線尺寸為四分之一波長，當終端天線支持過寬的頻段范圍（比如0.72.7GHz頻段）時，天線設計是一個挑戰(zhàn)具有多個諧振結構的天線可支持多個頻段，但會導致終端天線體積增大。通常如果要支持過多的頻段，天線設計需要采用可調諧技術可調MEMS電容已經開始被引入到終端天線設計領域，進而可以設計出可調諧的天線在700MHz2.7G

12、Hz頻段范圍內設計出輻射效率為30%的天線是可行的，但為了降低終端功耗，必須盡可能地提高天線的輻射效率終端MIMO天線為支持下行MIMO技術，LTE終端需具有2根接收天線。為獲得理想的MIMO接收效果，LTE終端的兩根天線的相關性要足夠低（低于0.50.7）弱相關性通常可通過空間隔離或極化隔離方式獲得。最理想的方式是將兩個天線分別擺放在終端頂部和底部，并且盡量保證兩個天線極化方向相垂直 終端天線在1.2GHz以上的頻段支持MIMO較容易，但在1.2GHz以下的頻段支持MIMO很困難14多模多帶終端產品實現難點多模多帶終端產品實現難點濾波器濾波器工作頻段高達11個的LTE終端需要數以幾十計的SA

13、W濾波器。由于SAW濾波器通常是分立器件，數量眾多的SAW濾波器嚴重阻礙了終端集成度的提高發(fā)射電路設計中，盡量降低射頻發(fā)射器的噪聲輸出，從而避免使用級間發(fā)射SAW濾波器；此外，將LNA內置在射頻收發(fā)芯片內，可省去級間接收SAW濾波器。如此可以省去數以幾十計的射頻SAW濾波器，節(jié)省超過10%的占板面積當然FDD的雙工濾波器及TDD的天線濾波器是必不可少的，在必須采用射頻濾波器的情況下，盡量采用封裝尺寸小、成本低的SAW或FBAR濾波器。將多個濾波器集成為一個濾波器模塊可大大提高集成度，目前支持11個頻段的濾波器模塊尺寸僅為9*9mm未來有望使用可調電容技術設計可調諧的射頻濾波器，從而可以支持多的

14、工作頻段15主要內容主要內容 多模多帶終端及芯片產品需求分析 多模多帶終端產品實現挑戰(zhàn)介紹 多模多帶終端產品實現方案研究多模多帶終端產品實現方案研究 多模多帶終端物料成本分析 總結及下一步工作建議16多模多帶終端產品實現概述多模多帶終端產品實現概述 BBIC和RFIC 多模多頻帶終端的BBIC和RFIC具有軟件無線電化、集成化程度高的特點，較易實現 射頻前端 射頻前端的器件由于頻段眾多，性能要求高，因此要實現其小型化、集成化和靈活性則面臨巨大挑戰(zhàn) 三種射頻前端實現方案 分立器件搭建：采用眾多分立器件實現射頻前端 集成模塊：將多個分立器件集成為一個模塊，采用幾個集成模塊實現射頻前端 可調諧器件：

15、采用可調諧器件實現射頻前端17多模多帶終端產品實現方案多模多帶終端產品實現方案分立射頻前端方案分立射頻前端方案射頻前端全部采用分立器件主要器件（包括PA、濾波器、雙工器、開關和天線）可高達2030個，如有新的頻段需求將進一步增加器件數目在加上器件之間的匹配電路、PCB連線等，導致電路復雜度大大增加因此分立前端器件搭建方案導致終端體積膨脹，同時增加了設計、生產難度和故障點，當前僅靠器件小型化難以緩解的壓力。TD/FD-LTE B7+B40+B38TD/FD-LTE B7+B40+B38B40G/E B5G/E B8G/E B2G/E B3G/E B5+B8G/E B2+B3LTE-FDD B1L

16、TE-FDD B13B7+B38B38B38B7LTE-FDD B1LTE-FDD B13LTE-FDD B7TD-LTE B40TD-LTE B38LTE-FDD B13LTE-FDD B1LTE-FDD B13LTE-FDD B1G/E B5G/E B8G/E B2G/E B3G/E B5+B8G/E B2+B3TransceiverB4022示意圖示意圖此方案產品化實現難度很大，大規(guī)模生產階段不建議采用。此方案產品化實現難度很大，大規(guī)模生產階段不建議采用。18多模多帶終端產品實現方案多模多帶終端產品實現方案集成射頻前端方案集成射頻前端方案TD/FD-LTE B7+B40+B38TD/FD

17、-LTE B7+B40+B38B40G/E B5G/E B8G/E B2G/E B3G/E B5+B8G/E B2+B3LTE-FDD B1LTE-FDD B13B7+B38B38B38B7LTE-FDD B1LTE-FDD B13LTE-FDD B7TD-LTE B40TD-LTE B38LTE-FDD B13LTE-FDD B1LTE-FDD B13LTE-FDD B1G/E B5G/E B8G/E B2G/E B3G/E B5+B8G/E B2+B3TransceiverB4022示意圖示意圖天線模塊天線模塊濾波器模塊濾波器模塊 功放模塊功放模塊將原射頻前端分立器件按器件種類（或頻段）集

18、成為一個模塊，如功放模塊、濾波器模塊、天線模塊開關可優(yōu)化集成到以上模塊中優(yōu)點：提高了射頻前端的集成度，減小終端體積，簡化電路設計缺點：靈活性較差，必須需求明確、穩(wěn)定，否則流片后難以更改，不能做到最優(yōu)性價比此方案可實現性較高，建議現階段大力推動廠商開發(fā)相關模塊，并盡快成熟商用。此方案可實現性較高，建議現階段大力推動廠商開發(fā)相關模塊，并盡快成熟商用。19多模多帶終端產品實現方案多模多帶終端產品實現方案可調諧射頻前端方案可調諧射頻前端方案采用可調MEMS電容技術，實現濾波器、功放、天線、匹配電路的頻率和帶寬變換可大大提高射頻前端電路的靈活性，從而用較少的射頻前端器件滿足多模多頻段需求MEMS尚存難點

19、Q值不高 (100)，選擇性低，插損大體積大，價格高切換速度相對較慢，應用場景受限此方案此方案預計在預計在35年后才能成熟商用于多模多頻段的終端產品設計中，建議現階段年后才能成熟商用于多模多頻段的終端產品設計中，建議現階段推動終端芯片廠商在推動終端芯片廠商在MEMS方面加大資源投入，爭取早日開發(fā)出商用可調諧器件。方面加大資源投入，爭取早日開發(fā)出商用可調諧器件。20三種終端產品實現方案對比三種終端產品實現方案對比多模多帶終端方案體積成本功耗性能成熟度分立射頻前端高高相當好高集成射頻前端中中相當好中可調諧射頻前端低低相當略差低21主要內容主要內容 多模多帶終端及芯片產品需求分析 多模多帶終端產品實

20、現挑戰(zhàn)介紹 多模多帶終端產品實現方案研究 多模多帶終端物料成本分析多模多帶終端物料成本分析 總結及下一步工作建議2211頻段頻段LTE終端終端BOM成本分析假設成本分析假設支持TD-LTE/EDGE/LTE FDD/TD-SCDMA四種模式，且多模單待支持全部11個頻段，射頻前端采用集成射頻前端方案僅估算LTE終端通信模塊成本，即包含基帶（含外圍器件）、射頻（含前端器件）和天線的BOM成本11頻段LTE終端實現框圖PA、濾波器、雙工器、開關基帶芯片及外圍器件2311頻段頻段LTE終端終端BOM成本分析結果成本分析結果器件類型器件類型數量數量注釋注釋單價單價($)總價總價($)基帶芯片基帶芯片1

21、單個基帶芯片支持 EDGE/LTE FDD&TDD/TD-SCDMA102020射頻芯片射頻芯片1單個射頻芯片支持11個頻段3.94.54.2功放功放31 個功放模塊用于Band 1，2，3，5，8，39，34；1個功放分別用于Band13；1個功放用于 Band 7，38，400.50.752射頻濾波器射頻濾波器1單個射頻濾波器模塊支持11個頻段55雙工器雙工器3LTE FDD Band1、7和13各一個 0.20.6開關開關95個單刀2擲，2個單刀3擲，單刀5擲、16擲各1個0.212.2天線天線2主天線和分集接收天線各1個1.53基帶外圍器件基帶外圍器件若干含RAM、外設接口、時

22、鐘源等5總計總計4224主要內容主要內容 多模多帶終端及芯片產品需求分析 多模多帶終端產品實現挑戰(zhàn)介紹 多模多帶終端產品實現方案研究 多模多帶終端物料成本分析 總結及下一步工作建議總結及下一步工作建議25總結總結 需求 至多四種模式、11個工作頻段 挑戰(zhàn) 功放、射頻濾波器、天線等分立射頻前端器件是最大的挑戰(zhàn) 方案 目前采用集成射頻前端方案可以較好地解決射頻前端器件數量過多、成本高、集成度低的問題 待可調諧技術成熟后，引入可調諧射頻前端方案 成本 多模多頻段終端通信模塊物料成本可接受，且呈下降趨勢26下一步下一步工作建議工作建議 多模多頻段終端體積和功耗評估 分析和評估多模多頻段終端的體積和功耗

23、能否滿足商用需求 非標準頻段射頻前端器件的產業(yè)推動 我公司極有可能采用非標準頻段部署LTE網絡，在工作頻段明確后，需盡快推動射頻前端器件廠商開發(fā)支持非標準頻段的器件 集成射頻前端方案的產業(yè)推動 推動射頻器件廠商盡快開發(fā)相關模塊，加快多模多頻段終端產品的成熟商用 可調諧射頻前端方案技術跟蹤 繼續(xù)跟蹤可調諧技術在射頻器件領域的研發(fā)進展，待技術成熟后，引導終端廠商采用此方案27附附1：支持不同頻段需求的支持不同頻段需求的2.6GHz終端方案終端方案2.6G2.6G #12.6G #2收發(fā)信機及功放等器件可支持整個收發(fā)信機及功放等器件可支持整個2.6G頻段（頻段（25002690MHz）前端接收通路需

24、使用多個射頻濾波器來滿足不同前端接收通路需使用多個射頻濾波器來滿足不同2.6G頻段的需求頻段的需求2.6G #12.6G #2發(fā)射主接收分集接收為不同頻段需求配置多個濾波器，根據需要切換。終端搜索網絡時，基站下發(fā)系統消息控制終端進行濾波器的切換Band 38的終端不能使用的終端不能使用Band 38的射頻濾波器，必須單獨定制濾波器的射頻濾波器，必須單獨定制濾波器28終端供貨較芯片晚3個月到半年左右，也即最快10年Q3才能夠推出TD-LTE終端產品目前TD-LTE終端（支持25752615MHz頻段）產品設計面臨缺少射頻前端濾波器的瓶頸，因此要盡快明確要盡快明確2.6G頻段的射頻前端濾波器需求，

25、引導終端濾波器廠家盡快頻段的射頻前端濾波器需求，引導終端濾波器廠家盡快開發(fā)支持開發(fā)支持25752615MHz頻段的射頻濾波器頻段的射頻濾波器附附1：2.6G頻段終端產品情況及研發(fā)建議頻段終端產品情況及研發(fā)建議工作頻段高通STEAltair海思Squans中興三星25002690MHz硬件支持11Q210Q211Q210Q210Q411Q22.6G終端產品研發(fā)建議：終端產品研發(fā)建議： 盡快明確盡快明確2.6G頻段的頻譜需求，推動終端濾波器廠家盡快開發(fā)滿足我公司頻段的頻譜需求，推動終端濾波器廠家盡快開發(fā)滿足我公司需求的射頻濾波器（可能需要我公司出資定制，定制周期需求的射頻濾波器（可能需要我公司出資

26、定制，定制周期36個月），否則個月），否則將拖延將拖延2.6G終端的產品集成工作進程，進而影響規(guī)模試驗進度；終端的產品集成工作進程，進而影響規(guī)模試驗進度； 終端射頻濾波器問題及時解決后，終端廠商最快終端射頻濾波器問題及時解決后，終端廠商最快10年年Q3能夠提供終端產品能夠提供終端產品29TD/FD-LTE B7+B40+B38 +Band X附附2：引入：引入Band X的終端實現方案和成本變化的終端實現方案和成本變化B40G/E B5G/E B8G/E B2G/E B3G/E B5+B8G/E B2+B3LTE-FDD B1LTE-FDD B13B7+B38+B XB38+B XB38B7L

27、TE-FDD B1LTE-FDD B13LTE-FDD B7TD-LTE B40TD-LTE B38LTE-FDD B13LTE-FDD B1TD/FD-LTE B7+B40+B38+B XLTE-FDD B13LTE-FDD B1G/E B5G/E B8G/E B2G/E B3G/E B5+B8G/E B2+B3TransceiverB40接收機原可支持23002690M，但發(fā)射機僅支持23002620M，因此需向廠商明確Band X的需求，推動廠商對其發(fā)射鏈路進行優(yōu)化以支持23002690M即可，無器件成本增加原功放僅支持25002620M，若要同時支持Band X需增加射頻帶寬能力，其成

28、本增加約$0.5TD-LTE B-X為了覆蓋Band X并抑制帶外干擾，兩個分集接收支路需各增加一個通道，采用支持Band X的帶通濾波器，其成本增加0.12=$0.2B-X原天線已可支持最高2690M頻率，覆蓋了Band X，因此無需改動，無器件成本增加原天線已可支持最高2690M頻率，覆蓋了Band X，因此無需改動，無器件成本增加支持支持Band-X后，終端后，終端絕對成本增加約絕對成本增加約$0.7相對成本增加約相對成本增加約1%30RF FEMTXModulatorRXDemodulatorAntenna SwitchClock GenRF I/FsLTE PHYAcceleratorother