什么是5G射頻

手機，作為移動互聯網時代的標配，已經走進了我們每個人的生活。有了它，我們可以隨心所欲地聊天、購物、追劇，享受美好的人生。

正因為手機如此重要，所以人們對相關技術的發展十分關注。每當有新品發布，媒體會進行長篇累牘的報道，社交網絡上也會掀起熱烈的討論。

然而，人們對手機的關注，往往集中在CPU、GPU、基帶、屏幕、攝像頭上。有那么一個特殊的部件，對手機來說極為重要，卻很少有人留意。

是哪個部件呢？沒錯，它就是我們今天文章的主角——射頻。

什么是射頻

射頻，英文名是Radio Frequency，也就是大家熟悉的RF。從字面上來說，Radio Frequency是無線電頻率的意思。射頻信號，則特指頻率范圍在300KHz~300GHz的無線電磁波。

大家都知道，手機之所以能夠和基站進行通信，靠的就是互相收發無線電磁波。

手機里專門負責收發無線電磁波的一系列電路、芯片、元器件等，被統稱為射頻系統，簡稱“射頻”（下同）。

射頻和基帶，是手機實現通信功能的基石。如果我們把手機與外界的通信看作是一項“快遞服務”，那么，基帶的職責是對數據進行“打包/拆包”。而射頻的職責，則是將“包裹”通過指定的無線電頻段發射出去/接收下來。

射頻到底長什么樣？下面這張，是某品牌手機的主電路板正反面布局圖。

圖中，黃色圈出的部分，全部屬于射頻。可以看出，射頻元件在手機構造中，占據了不小的比例。

從架構上來看，一套完整的射頻系統包括射頻收發器、射頻前端、天線三個部分。射頻前端又包括功率放大器、包絡追蹤器、低噪聲放大器、濾波器、天線開關、天線調諧器等多個組件。

射頻前端各個組件的作用并不復雜。例如，放大器，就是把信號放大，讓信號傳得更遠；濾波器，是把雜波去掉，讓信號更 “純凈”；天線開關，用于控制天線的啟用與關閉；天線調諧器，主要作用是“擺弄”天線，獲得最好的收發效果……

數量眾多的射頻組件，相互配合，分工協作，就是為了完成“臨門一腳”，把基帶打包好的數據，“biu~biu~biu~”地發射出去。

如果射頻設計不合理，元器件性能落后，那么，將直接影響手機的無線信號收發能力，進而影響手機的通信能力。具體表現出來，就是無線信號差，通信距離短，網絡速率慢，等等。

換言之，手機的射頻能力不行，就好比汽車的動力不足，就算其它功能再花哨，也無法被用戶所接受。

所以，手機廠商在研發設計手機時，通常都會在射頻方面下足功夫，反復推敲并進行測試驗證，才敢推出最終產品。

5G射頻的挑戰

如今，我們昂首邁入了5G時代。相比傳統4G，5G的射頻系統有變化嗎？

答案是肯定的。不僅有變化，而且是巨變。

5G相比4G，在性能指標上有了大幅的提升。5G的eMBB（增強型移動寬帶）場景，將手機速率提升至千兆級甚至萬兆級，分別是早期LTE速率（100Mbps）的10倍/100倍。

2G/3G/4G，加上5G，加上MIMO（多天線技術），加上雙卡雙待，手機的天線數量和支持頻段翻倍增加。4G早期只有不到20個頻段組合。相比之下，5G有超過10000個頻段組合，復雜性堪稱恐怖。

與此同時，為了確保用戶愿意升（tāo）級（qián），5G手機的厚度和重量不能增加，功耗不能增加，待機時長不能減少。

換做你是手機廠商，你會不會抓狂？

所以說，5G手機的射頻，必須重塑自我，大力出奇跡搞創新。

到底該如何解決射頻系統的設計難題呢？高通提出了一個宏觀的思路，直接提供“完整的調制解調器及射頻系統”。通俗理解，就是把基帶、射頻收發器、射頻前端、天線模組、軟件框架等，全部都做好，給廠商一套完整的方案。

也就是說，5G手機等終端元器件設計的理念，必須摒棄以往“東市買駿馬，西市買鞍韉，南市買轡頭，北市買長鞭”專注于單個元件的思路，轉而采用“打包設計”的一體化系統級解決方案。

例如，以前是A廠造基帶，B廠造射頻，C廠造天線，然后手機D廠自己搗鼓如何整合和對接。現在，改成有實力的大廠直接把基帶、射頻和天線等一起打包設計好，然后交給手機廠商，拿了就能快速使用。

系統級集成，是5G基帶和射頻復雜度大幅提升的必然結果。

這就好比是火車。以前綠皮車的車速慢，車廂和車頭可以分開設計、制造，然后拼在一起運行。但是，到了高鐵時代，速度指標翻倍，如果繼續分開設計、制造，車廂和車頭不能深度協同，不僅速度指標難以實現，還可能出現安全問題。

所以，高鐵的動車組，通常都是統一設計和制造的。

也就是說，面對前面提及的苛刻5G指標，需要站在系統級集成的角度，對基帶和射頻進行整體設計。這樣一來，才能讓兩者實現完美的軟硬件協同，發揮最佳性能（吞吐率、覆蓋范圍等）。

除了達成指標之外，整合設計也有利于縮減系統的最終尺寸，減少對手機空間的占用。對于系統功耗和散熱控制來說，整合設計也有明顯優勢。

最后一點，也是很重要的一點，提供系統級整合方案，可以降低手機廠商的設計難度，方便他們以更快的速度推出產品，搶占市場。

5G射頻的黑科技

我們來具體看看，系統級集成的5G射頻，到底有哪些有趣的黑科技。

首先，第一個黑科技，就是寬帶包絡追蹤。

前面介紹射頻架構的時候，里面就有一個功率追蹤器。功率追蹤器是配合功率放大器使用的。

功率放大器是射頻的核心元件，它就像一個喇叭，把小聲音（信號）變成大聲音（信號）。

想要把喇叭吹響，肯定需要鼓足力氣（電源供電）。功率追蹤器的作用，就是控制吹喇叭的力度（功率）。

傳統的吹法，是APT法，也就是平均功率追蹤。某一時間段內，吹的力量保持不變。

而寬帶包絡追蹤（ET）技術，可以精確地控制力量。也就是說，基帶（調制解調器）可以根據信號的變化，控制射頻里的包絡追蹤器，進而精準控制無線信號的發射功率。

這樣一來，體力（能量）大幅節約了，射頻的功耗也就下降了，手機的待機時間得以增加。

精準的發射功率控制，幫助手機獲得最佳的信號發射效率，從而獲得更好的信道質量。在手機與基站“雙向溝通”過程中，當手機獲得更好的信道質量時，基站就能支持手機實現更優的上下行業務，例如支持2×2 MIMO，網速更加絲滑。此外，更好的信道質量，也為基站側給手機分配更高階的調制方式（例如256QAM）創造了條件，可以提升手機吞吐率，支持更快更優的數據傳輸業務。

高通此前發布的幾代驍龍5G調制解調器及射頻系統集成的寬帶包絡追蹤器，就已經采用了上述技術。而其最新的寬帶包絡追蹤器QET7100，與目前市場上其它廠商提供的最先進產品相比，能效提升了30%。

我們介紹的第二個黑科技，就是AI輔助信號增強技術。

這個技術是2月份剛推出的驍龍X65 5G調制解調器及射頻系統中最新發布的新技術，也是行業里首次將大熱的AI技術引入手機射頻系統，用于增強信號。使得5G每平方公里最少支持100萬臺設備。

AI輔助信號增強技術的核心，就是將AI技術引入天線調諧系統。天線調諧分為兩種方式，一個是阻抗匹配，另一個是孔徑調諧。

我們先看看阻抗匹配。

所謂阻抗匹配，我們可以理解為是一種“接水管”的工作。

射頻系統元件與天線之間對接，就像兩根水管對接。當阻抗一致時，就是位置完美對應，這時水流最大，信號的效率最高。如果元件的阻抗發生偏移，那么水管就歪了，水流就小了，一部分水流也浪費了。

導致阻抗變化的原因很多，例如手的觸碰，還有插接數據線、安裝手機殼等。即便是不同的持握手勢（左手、右手、單手、雙手），也會帶來不同的阻抗。

傳統的阻抗匹配做法，就是在實驗室對各種造成阻抗變化的原因進行測試，找到天線特征值，然后通過調制解調器控制射頻元件進行阻抗調節，讓接水管盡可能對準送水管。

而AI輔助信號增強技術，就是引入AI算法，對各種阻抗變化原因的天線特征值進行大數據分析和機器學習，實現對阻抗的智能調節，達到最完美的匹配效果。

說白了，就有點像在送水管和接水管之間，安裝了一根對接軟管，讓水流盡可能不浪費。

孔徑調諧相對來說較為簡單，就是調節天線的電長度。

從輻射學的角度來說，天線的完美長度應該是波長的四分之一。現在的手機，因為全網通、雙卡雙待等原因，移動通信系統的工作頻率是動態變化的。例如，有時候工作在2.6GHz，有時候工作在3.5GHz。

工作頻率如果變化，意味著最佳波長也變化了。所以，需要對天線進行孔徑調諧，調節天線的長度，拉長波峰，以此達到最佳效果。

總而言之，以阻抗匹配和孔徑調諧為基礎的天線調諧技術，主要作用是克服外部環境對天線信號的影響，對信號進行動態調節，改善用戶體驗。

根據實際驗證，憑借著AI輔助信號增強技術，系統的情境感知準確性可以提升30%，能夠明顯降低通話掉線率，提升速率、覆蓋和續航。

結語

5G射頻系統的創新黑科技還有很多，例如多載波優化、去耦調諧、多SIM卡增強并發等。這些黑科技全部都是技術創新的成果。它們凝結了工程師們的智慧，也為5G終端的順利推出奠定了基礎。

如今的5G射頻，已不再是基帶的輔助，而是能夠和基帶平起平坐、相輔相成的重要手機組件。

隨著5G網絡建設的不斷深入，除了手機通信之外，越來越多的5G垂直行業應用場景也開始落地開花。5G終端的形態將會變得五花八門，更大的考驗將會擺在5G射頻前端的面前