每隔十年左右的時(shí)間，通信技術(shù)就會(huì)升級(jí)迭代一次，需要支持更多的頻段和更復(fù)雜的信號(hào)處理。在新技術(shù)的帶動(dòng)下，各類終端設(shè)備對(duì)于性能的要求不斷提高，不僅帶來(lái)了芯片行業(yè)的大爆發(fā)，也讓射頻前端從“默默無(wú)聞”開始逐漸走進(jìn)大家的視野當(dāng)中。
在手機(jī)電量低的時(shí)候，大家通常都會(huì)關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、藍(lán)牙等功能來(lái)減少電量消耗，原因就在于手機(jī)要想發(fā)送攜帶信息的無(wú)線電磁波，必須將其調(diào)制到高頻才可以，而為了與基站之間保持穩(wěn)定的通信，還要求手機(jī)發(fā)射的射頻必須達(dá)到一定的強(qiáng)度，這些都要消耗較多電量才能完成。
對(duì)于智能手機(jī)來(lái)講，屏幕本身已經(jīng)是一個(gè)耗電大戶，如果再因?yàn)樯漕l端消耗過多電量，用戶在手機(jī)續(xù)航方面的體驗(yàn)就會(huì)變得很差。而早在“翻蓋功能機(jī)”時(shí)代就已經(jīng)是必要配件的射頻前端，作為無(wú)線通信設(shè)備的核心部件，其設(shè)計(jì)對(duì)于高性能5G終端的續(xù)航能力至關(guān)重要。
不過，在過去多年的時(shí)間里，雖然智能手機(jī)在性能上的持續(xù)提升已經(jīng)有目共睹，但大家的注意力更多還是放在了芯片上，很多對(duì)于功耗的優(yōu)化都是針對(duì)芯片設(shè)計(jì)的。但其實(shí)，不僅智能手機(jī)內(nèi)部模塊和器件的復(fù)雜度在上升，更多應(yīng)用5G和AI等技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也在功耗上面臨著很大挑戰(zhàn)，在射頻前端優(yōu)化上投入精力的多少，也將成為影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)。
手機(jī)里小小的模塊卻“內(nèi)藏乾坤”
現(xiàn)在智能手機(jī)內(nèi)的無(wú)線通信模塊，通常包括天線、射頻前端模塊（RFFE）、射頻收發(fā)器和基帶信號(hào)處理器四個(gè)部分。其中，射頻前端是核心部件，是將無(wú)線電磁波信號(hào)和二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，能夠影響并管理無(wú)線發(fā)送和接收的全部信號(hào)。
在早期的2G時(shí)代，手機(jī)需要支持的頻段只有4個(gè)，到4G時(shí)代也只有不到20個(gè)頻段組合，射頻前端的復(fù)雜度并不算高。但在如今的5G時(shí)代，已經(jīng)有超過10000個(gè)頻段組合，僅支持Sub6GHz的機(jī)型就需要增加n41、n78、n79、n77等多個(gè)頻段，而每多增加一個(gè)頻段，手機(jī)里的射頻端就需要對(duì)應(yīng)增加支持該頻段的射頻前端器件，如果同時(shí)支持Sub6GHz和毫米波，則還需增加n257、n258、n261、n260 等多個(gè)毫米波頻段，射頻端器件的數(shù)量會(huì)進(jìn)一步增加。
不僅如此，在各類無(wú)線通信設(shè)備的頻段組合指數(shù)級(jí)增加的同時(shí)，帶寬、MIMO、載波聚合等其他方面也對(duì)射頻前端器件提出了全新的要求。而智能手機(jī)雖然尺寸有所變大，卻更加追求輕薄，在手機(jī)內(nèi)部留給射頻前端器件的空間并沒有因尺寸的增加而變大。相反，這種“既要、又要”的情況使得射頻前端器件的設(shè)計(jì)難度、數(shù)量快速增加，對(duì)射頻前端的集成化水平提出了更高的要求。
以射頻功率放大器（PA）為例，此前的4G手機(jī)搭載的射頻PA芯片只有5-7顆，5G手機(jī)卻高達(dá)16顆，而且單顆芯片的價(jià)值和復(fù)雜性也都比此前更高，市場(chǎng)對(duì)于射頻器件的需求量也大大增加。
在此背景之下，僅國(guó)內(nèi)做射頻芯片的企業(yè)就多達(dá)上百家，早已成為一片“紅海”。不過，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)雖然數(shù)量眾多，但技術(shù)上還存在一定差距，很多還停留在某些射頻器件的研發(fā)設(shè)計(jì)上。但從全球來(lái)看，射頻領(lǐng)域的核心地位目前被Murata、Skyworks、Qorvo和高通等公司牢牢占據(jù)，它們?cè)缫褟姆至⑵骷呦蛄四＝M的研發(fā)階段。
以高通公司為例，作為無(wú)線通信領(lǐng)域多年來(lái)的領(lǐng)軍者，高通在四大重點(diǎn)關(guān)注的業(yè)務(wù)領(lǐng)域中就包括射頻前端（其余為驍龍手機(jī)平臺(tái)、汽車以及物聯(lián)網(wǎng)），而且已經(jīng)發(fā)布了射頻相關(guān)的整體解決方案。
在過去幾年里，高通先后推出了驍龍X50、X55、X60和X65這四代5G調(diào)制解調(diào)器及射頻解決方案。最新的X70調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)還帶來(lái)了全新的功能，如5G AI套件、超低時(shí)延套件和四載波聚合等，可實(shí)現(xiàn)無(wú)與倫比的 5G 傳輸速度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、信號(hào)質(zhì)量和低時(shí)延。
同時(shí)，憑借領(lǐng)先的射頻前端性能和跨全品類的業(yè)務(wù)擴(kuò)展，高通公司在2021年實(shí)現(xiàn)了射頻前端單元累計(jì)出貨量80億個(gè)，其中單個(gè)組件的出貨量均超過3億。同年，高通技術(shù)公司還在智能手機(jī)射頻前端領(lǐng)域收入排名第一，比原計(jì)劃提前一年完成目標(biāo)。
雖然大眾對(duì)于射頻的關(guān)注度遠(yuǎn)低于芯片，但隨著2019年以來(lái)5G的正式商用，射頻重要性的提升不言而喻，全球的射頻市場(chǎng)整體也呈現(xiàn)出高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，到2026年時(shí)，射頻前端的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到210億美元。
不過，在智能手機(jī)逐漸從增量市場(chǎng)變成存量市場(chǎng)的前提下，僅依靠智能手機(jī)里射頻器件定價(jià)的提升，無(wú)法完全支撐起百億美金的市場(chǎng)空間。在這種情況下，射頻領(lǐng)域的相關(guān)公司也都在嘗試將5G與高性能、低功耗計(jì)算以及終端側(cè)AI相融合，試圖找到在萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的全新機(jī)遇。
萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的射頻前端至關(guān)重要
最近幾年，多數(shù)人的生活方式都產(chǎn)生了或多或少的變化：居家辦公、直播跟練和上網(wǎng)課的時(shí)間變多了，出門在外的時(shí)間和次數(shù)減少了，為家里添置的可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也越來(lái)越多。相比于人手一部的智能手機(jī)，每個(gè)人使用的智能設(shè)備的數(shù)量有著數(shù)量級(jí)的提升，“物超人”的時(shí)代即將到來(lái)：
2019年時(shí)，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量已經(jīng)達(dá)到110億，其中消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達(dá)60億，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達(dá)到50億。而根據(jù)GSMA的預(yù)測(cè)，到2025年時(shí)，全球物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)量將達(dá)到250億，其中消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)量達(dá)到110億，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)將達(dá)到140億。
如果以史為鑒，這種變化的背后往往也代表了產(chǎn)業(yè)的變遷。在當(dāng)年智能手機(jī)的出貨量首次超過PC時(shí)，隨后就迎來(lái)了十年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。由此可以大膽推測(cè)，“物超人”的出現(xiàn)，也必將迎來(lái)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的全面爆發(fā)。
在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，這些百億級(jí)別的連接數(shù)也對(duì)無(wú)線通信的速率、時(shí)延、穩(wěn)定性等提出了更高的要求，各種新標(biāo)準(zhǔn)也在不斷推出。若是細(xì)分來(lái)看的話，對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，隨著2G、3G的逐漸退網(wǎng)，大量連接需求轉(zhuǎn)向了以NB-IoT為代表的LPWAN，5G的出現(xiàn)更是全面帶動(dòng)了高速移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。而對(duì)于消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)，更多還是需要利用Wi-Fi來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7新標(biāo)準(zhǔn)也要支持利用更高的頻率(6GHz 至7.2GHz)來(lái)支持高吞吐量和低延遲的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)支持超高清視頻直播、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲等新應(yīng)用。
通常，Wi-Fi前端模塊是集成的射頻組件，包括功率放大器(PA) ，低噪聲放大器(LNA) ，濾波器和開關(guān)等，有助于在 Wi-Fi SoC 和天線之間放大和路由信號(hào)。但隨著Wi-Fi傳輸速率的不斷提升，Wi-Fi 7等標(biāo)準(zhǔn)想要在接近于5G蜂窩頻段的頻率上實(shí)現(xiàn)新功能，甚至需要5G與Wi-Fi共存，同時(shí)使用5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、 Wi-Fi 5GHz和6GHz頻段，這些都對(duì)射頻前端的設(shè)計(jì)形成了不小的挑戰(zhàn)。
而想要解決這些高性能的需求，應(yīng)對(duì)諸如更高頻率、更大帶寬以及射頻與5G 、Wi-Fi同時(shí)使用或并發(fā)等復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，先進(jìn)的射頻連接解決方案必不可少。
上個(gè)月27日，高通公司宣布推出全新射頻前端模組，融合了Wi-Fi基帶芯片和天線之間所需的關(guān)鍵組件，可以放大并適配信號(hào)，是專門面向藍(lán)牙、Wi-Fi 6E和下一代標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi 7設(shè)計(jì)，與高通ultraBAW濾波器配合以支持5G/Wi-Fi并發(fā)，增強(qiáng)使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端的無(wú)線連接性能，旨在打造最佳的Wi-Fi和藍(lán)牙體驗(yàn)。
有了這一全新的模組，廠商就可以用它和高通發(fā)布的全球首個(gè)高速Wi-Fi 7商用解決方案FastConnect 7800的無(wú)線連接系統(tǒng)、驍龍5G基帶及射頻系統(tǒng)相結(jié)合，也可以搭配第三方Wi-Fi和藍(lán)牙芯片組，以此來(lái)快速、低成本地開發(fā)Wi-Fi設(shè)備，滿足用戶日益增長(zhǎng)的需求。
按照高通公布的“統(tǒng)一的技術(shù)路線圖”來(lái)看，在邊緣側(cè)AI、影像、圖形處理、計(jì)算處理和連接技術(shù)等領(lǐng)域，高通均處于業(yè)界領(lǐng)先地位，其推出的這款全新射頻前端模組，還將被用于多個(gè)領(lǐng)域，如汽車、XR、PC、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等，覆蓋從低復(fù)雜度到高復(fù)雜度的幾乎所有終端類型。
對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，近年來(lái)廣泛宣傳的“智慧座艙”概念就賦予了車內(nèi)空間更多的功能，可以成為娛樂甚至辦公的智慧空間。目前，高通在汽車領(lǐng)域的布局也已經(jīng)超過10年，在車聯(lián)網(wǎng)和汽車無(wú)線連接領(lǐng)域已經(jīng)排名第一，有超過25家的汽車廠商采用驍龍汽車數(shù)字座艙平臺(tái)。此前，對(duì)于汽車本身的無(wú)線通信和乘客在座艙內(nèi)的影音娛樂需求，高通專門推出了QXM1910 AQ，可滿足汽車制造商對(duì)于車規(guī)級(jí)Wi-Fi模組的要求。未來(lái)，在使用全新的射頻前端模組后，將使高通在汽車領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步提升。
提前布局，未來(lái)可期
除了大多數(shù)已使用高通模組的汽車廠商外，正在開發(fā)中的采用高通連接芯片的5G汽車、CPE和PC等，也都使用了其射頻前端技術(shù)或組件。此外，高通的射頻前端技術(shù)也正加速應(yīng)用于消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端，這些都將推動(dòng)其射頻前端業(yè)務(wù)的持續(xù)增長(zhǎng)。
在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的浪潮中，高通公司在手機(jī)平臺(tái)方面的業(yè)務(wù)已取得十分優(yōu)秀的成績(jī)，已發(fā)布或出貨的絕大部分安卓手機(jī)搭載的都是驍龍系列芯片，為消費(fèi)者帶來(lái)了極佳的使用體驗(yàn)。近年來(lái)，高通則完全是“站在自己的肩膀上”進(jìn)行了多元化的戰(zhàn)略布局，將自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)帶到未來(lái)更具潛力的多個(gè)領(lǐng)域，其結(jié)果大概率會(huì)像高通總裁兼首席執(zhí)行官安蒙所說(shuō)的那樣——高通正迎來(lái)史上最大的發(fā)展機(jī)遇。
雖然萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代還沒有真正到來(lái)，但從很多領(lǐng)域的變革中已經(jīng)可以窺見這種趨勢(shì)。射頻前端帶來(lái)的通信能力的提升，不僅讓各種終端在硬件上滿足了需求，在軟硬件結(jié)合AI、云計(jì)算等技術(shù)后出現(xiàn)的各類全新服務(wù)，才是這背后更重要的意義。
