網(wǎng)上沖浪的幕后功臣

先從華為手機(jī)談起

最近華為推出了一系列新款4 G 手機(jī)，包括Mate 40 4G、Mate X24G和nova 8i（搭載驍龍662）等。以Mate X2 4G為例，這款折疊屏手機(jī)搭載麒麟9000移動(dòng)平臺(tái)，預(yù)裝HarmonyOS 2，售價(jià)17499元，相比5G版的首發(fā)價(jià)便宜了不少（圖1）。

看到這里，估計(jì)不少朋友會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疑問(wèn)——麒麟9000最大的特色就是集成5G基帶（圖2），理論上應(yīng)該可以原生支持5G，那搭載它的新款手機(jī)為啥僅支持4G呢？難道把5G基帶給“閹割”了？

再看一個(gè)奇怪的現(xiàn)象

如今市售的熱門5G SoC中，除了驍龍865/驍龍870需要外掛驍龍X5 5基帶以外，其他的芯片幾乎都直接整合了5G基帶。問(wèn)題又來(lái)了，都是搭載同一顆SoC的智能手機(jī)，為什么有些型號(hào)的網(wǎng)速更快更穩(wěn)定，有些型號(hào)的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)卻又非常差勁兒呢？難道同款基帶還有強(qiáng)弱之別？

手機(jī)5G網(wǎng)絡(luò)的“快遞部”

一款手機(jī)要想激活5G網(wǎng)絡(luò)，不僅需要5G基帶，還需要5G射頻模塊和配套的5G天線模塊，而它們也恰好可以組建成一個(gè)“快遞部門”。其中，基帶扮演的角色是快遞站點(diǎn)的“打包/ 拆包”，負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)通過(guò)AD數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，完成采樣、量化、編碼，變成數(shù)字信號(hào)（可以理解為把聲音、畫(huà)面變成0 和1）;射頻模塊扮演的角色是快遞包裹的分揀，將基帶送過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，比如濾波、放大、解調(diào)和解碼等;天線模塊則是負(fù)責(zé)將調(diào)制的信號(hào)發(fā)送出去，就好比快遞員，只是收件人為運(yùn)營(yíng)商建設(shè)的基站（圖3）。

需要注意的是，上述的快遞流程是可逆的。比如，作為收件人的基站也能選擇發(fā)件，經(jīng)由天線這個(gè)快遞員接收后，經(jīng)過(guò)射頻模塊的分揀，最終再由基帶將打包的數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)，把無(wú)數(shù)個(gè)0、1重新變回聲音和畫(huà)面被用戶感知（圖4）。

易被忽略的射頻模塊

5G射頻模塊的關(guān)鍵詞是“模塊”，它并非一顆芯片，而是一批芯片和元件的集合。一般情況下，當(dāng)我們看到手機(jī)的拆機(jī)圖片后，最為關(guān)心的通常是PCB主板上醒目的CPU（SoC）、內(nèi)存、閃存、基帶和電源管理等主要芯片（圖5）。你以為這些芯片很多嗎？那當(dāng)你看到數(shù)量更多更復(fù)雜的射頻模塊相關(guān)芯片后（圖6），是否有種“密集恐懼癥”的既視感呢？

射頻模塊作為超復(fù)雜的芯片矩陣，少了其中的任何一顆芯片或元器件，都有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)功能（如5G）受限。華為雖然在基帶芯片的研發(fā)和性能方面達(dá)到了業(yè)界一流水準(zhǔn)，但在射頻模塊領(lǐng)域卻依舊依賴于Broadcom、Qorvo、Skyworks等廠商。由于眾所周知的原因，華為的部分供應(yīng)鏈被“卡脖子”，在5G相關(guān)射頻芯片的缺失下，華為手機(jī)重啟4G也就在情理之中了。

射頻模塊的基本構(gòu)成

射頻的英文名是RadioFrequency，也就是我們經(jīng)常念叨的“RF”，在手機(jī)領(lǐng)域?qū)儆诰邆溥h(yuǎn)距離傳輸高頻電磁波能力的功能模塊。一般來(lái)說(shuō)，完整的射頻模塊包含射頻收發(fā)器、射頻前端和天線三個(gè)部分。其中射頻前端又包括功率放大器、包絡(luò)追蹤器、低噪聲放大器、濾波器、天線開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧器等多個(gè)組件（圖7）。

射頻模塊的工作原理非常復(fù)雜，限于篇幅我們就不展開(kāi)詳細(xì)的介紹了。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，從基帶芯片發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)頻率很低，射頻模塊的主要任務(wù)，就是對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將低頻調(diào)制到諸如GSM的900MHz頻段、4G LTE的1.9GHz頻段或5G的3 . 5G H z頻段等。此時(shí)，雖然信號(hào)頻率提高了，但依舊存在功率較小的問(wèn)題，需要用功率放大器使其獲得足夠的射頻功率，然后才會(huì)送到天線，再經(jīng)濾波器消除干擾雜波，最終通過(guò)天線振子發(fā)射出去。

射頻模塊的其他組件也各司其職，比如射頻天線開(kāi)關(guān)用于控制天線的啟用與關(guān)閉，而天線調(diào)諧器則可通過(guò)“擺弄”天線，獲得最佳的收發(fā)效果。同配置智能手機(jī)之間之所以存在4G/5G信號(hào)強(qiáng)弱有別的問(wèn)題，就是射頻模塊（包括天線）的布局設(shè)計(jì)和相關(guān)芯片組件的實(shí)際性能，如果手機(jī)廠商在這方面壓縮成本，結(jié)果往往就是支持頻段少，穿墻能力差，容易出現(xiàn)丟包、延遲、斷網(wǎng)和卡頓等問(wèn)題。

高通的“交鑰匙”模式

在2G手機(jī)時(shí)代，聯(lián)發(fā)科用“交鑰匙”模式（聯(lián)發(fā)科提供完整的芯片和配套系統(tǒng)和軟件的整合，OEM廠商只需微調(diào)手機(jī)外觀和系統(tǒng)界面再找個(gè)代工廠生產(chǎn)就能直接上市）橫掃千軍，并因此博得“山寨機(jī)之父”的美譽(yù)。在5G手機(jī)時(shí)代，高通的射頻系統(tǒng)也走在了“交鑰匙”的道路上。

前文我們已經(jīng)提到了，5G射頻模塊長(zhǎng)期都被Broadcom、Skywork、Qorvo、AVAGO、muRata等廠商壟斷，手機(jī)廠商在購(gòu)買高通驍龍、聯(lián)發(fā)科天璣等SoC和配套（或整合其中）的基帶以外，還需要購(gòu)買很多來(lái)自第三方的射頻收發(fā)器以及射頻前端的無(wú)數(shù)顆芯片，再結(jié)合復(fù)雜的天線矩陣，才能實(shí)現(xiàn)完整的3G/4G/ 5G網(wǎng)絡(luò)功能。由A廠造基帶、B廠造射頻、C廠造天線，最后再由手機(jī)D廠完成最終的整合和對(duì)接，這種分散式的流程太過(guò)復(fù)雜，充滿不確定性，想讓來(lái)自不同廠商的芯片之間完美協(xié)同難度極高。

高通憑借其在基帶芯片領(lǐng)域的技術(shù)和專利優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為了全球最大的基帶芯片供應(yīng)商，全球幾乎所有的Android手機(jī)廠商都有采用高通驍龍移動(dòng)平臺(tái)和驍龍基帶芯片。與此同時(shí)，高通還為射頻前端提供端到端的解決方案，包括功率放大器、濾波器、射頻收發(fā)器和天線調(diào)諧器，這意味著從基帶到天線都可以使用高通的組件構(gòu)建（圖8）。

和分散式的5G模塊相比，高通的集成式5G模塊還有利于縮減系統(tǒng)的最終尺寸，減少對(duì)手機(jī)空間的占用。此外，這些擁有“血緣關(guān)系”的芯片矩陣，可以實(shí)現(xiàn)更深層次的優(yōu)化整合，帶來(lái)諸如寬帶包絡(luò)追蹤（ET）、A I輔助信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)、多載波優(yōu)化、去耦調(diào)諧、多SIM卡增強(qiáng)并發(fā)等技術(shù)和功能。

我們不妨參考一下三星美國(guó)Ver izon版三星Gala x y Note 205 G UW的拆機(jī)圖片（圖9），該產(chǎn)品從基帶到天線的大量組件，包括幾個(gè)功率放大器（如QPM5625）、包絡(luò)追蹤器（1個(gè)QET610 0和2個(gè)Q E T510 0模塊等）和分級(jí)模塊均來(lái)自高通。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)毫米波的支持，該產(chǎn)品還內(nèi)置2個(gè)高通最新的QTM535毫米波天線模組，后者在非常緊湊的尺寸中集成了天線、射頻前端和收發(fā)器等部件（圖10）。

今年初高通發(fā)布了最新的驍龍X65（有望整合進(jìn)未來(lái)的驍龍895中），它是全球首個(gè)支持10Gbps5G速率和首個(gè)符合3GPPRelease16規(guī)范的調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)，還能與第4代高通QTM545毫米波天線模組搭配。如果不出意外，2022年絕大多數(shù)旗艦級(jí)Android手機(jī)都會(huì)引入高通的這套全新的高集成式5G模塊矩陣（圖11）。

國(guó)產(chǎn)化的分點(diǎn)突破

隨著通信技術(shù)的持續(xù)迭代，需要的資金和技術(shù)投入越來(lái)越大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，射頻前端市場(chǎng)的玩家也在不斷的并購(gòu)當(dāng)中越來(lái)越少，國(guó)產(chǎn)射頻前端廠商存在感很低。短期內(nèi)，我們不可能看到能像高通那般提供一攬子交鑰匙模式的國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商。好消息是，能在5G射頻前端市場(chǎng)進(jìn)行分點(diǎn)突破的國(guó)產(chǎn)廠商越來(lái)越多，比如國(guó)產(chǎn)5G SAW濾波器廠商主要就有天津諾思和開(kāi)元通信等，國(guó)產(chǎn)5G PA功率放大器模組也形成了慧智微、唯捷創(chuàng)芯、銳石創(chuàng)芯以及昂瑞微為代表的四強(qiáng)格局，真心希望未來(lái)5G射頻市場(chǎng)能出現(xiàn)成熟全面的國(guó)產(chǎn)化替代方案，讓我們自己的手機(jī)品牌告別“卡脖子”歷史。