LTE LNA改善4G智能手機(jī)接收靈敏度分析

2014年注定是中國LTE特別是TD-LTE 突飛猛進(jìn)的一年，截止2014年5月，已完成工信部入網(wǎng)的TD-LTE終端累計(jì)達(dá)265款，其中智能手機(jī)占204款，移動(dòng)版（TD-LTE）有133款。 另外，2014年的移動(dòng)集總采購正在緊鑼密鼓的進(jìn)行中，國內(nèi)各大主流手機(jī)終端供應(yīng)商或設(shè)計(jì)公司均已充分投入到這場浩浩蕩蕩的LTE終端博“機(jī)”大賽中。
　　相對于3G手機(jī)，LTE手機(jī)（4G手機(jī)）必須明顯地提高自己的數(shù)據(jù)吞吐能力，通俗地說，就是要讓終端客戶明顯感受到上網(wǎng)迅速、連接穩(wěn)定、播放視頻流暢、下載 速度快等應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。所以，為了提高上下行的數(shù)據(jù)速率，相對于3G手機(jī)，LTE終端對于分集天線——也就是通常所說的副天線的接收性能會(huì)有較高的期望和要 求，而對于3G手機(jī)，一般不一定必須要有分集天線，即使有分集天線，對于其接收性能也并沒有硬性要求，通常就連平臺(tái)芯片供應(yīng)商在參考設(shè)計(jì)中也不會(huì)對3G終 端的分集天線性能做過多的要求。然而，對于LTE手機(jī)，分集信道的接收性能和主信道的差異不宜過大，也就是平衡度要能在3dB以內(nèi)，這樣整個(gè)終端的上下行 吞吐能力才不會(huì)為過差的分集信道所拖累，從而能帶給終端客戶高速的上網(wǎng)體驗(yàn)，凸顯4G通信的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持的優(yōu)勢。
　　而要想保證手機(jī)終端的主分集 不平衡度控制在3dB左右，通常必須通過使用外部LNA的途徑來解決該問題。為此，英飛凌推出的新一代LTE LNA—BGA7X1N6系列，多方考慮了LTE LNA所需要的低噪聲、高線性和超小尺寸，并兼顧了諸多主流廠商和平臺(tái)芯片廠商的訴求。該系列自2014年Q1正式發(fā)布以來，市場反響較好，一些國內(nèi)外知 名廠商最新發(fā)布的LTE智能手機(jī)或終端中均能發(fā)現(xiàn)BGA7x1N6系列LTE LNA的身影。
　　下面就來具體了解一下使用LTE LNA是如何能明顯改善分集天線支路接收性能的。首先從系統(tǒng)級來分析在使用和不使用LTE LNA時(shí)，整個(gè)射頻接收前端（RFFE）所表達(dá)出來的系統(tǒng)級噪聲系數(shù)的差別，顯然，由圖1可以很清楚地看到對于分集通路，該系統(tǒng)級噪聲系數(shù)的差別約為 3.4dB， 這意味著RFIC的輸入信噪比能被改善3.4dB，當(dāng)然由于方案1在LTE LNA前采用了更低插損的聲表濾波器（SAW filter），方案2中使用原有聲表濾波器則改善仍可高達(dá)2.7dB，通常3dB的信噪比改善意味著同等環(huán)境條件下的通信距離能實(shí)現(xiàn)40%的增長。
　　當(dāng)然，對于數(shù)據(jù)終端，人們更關(guān)心所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率峰值，下面就來分析一下，數(shù)據(jù)速率到底會(huì)有怎么樣的改善。
　　
　　圖1：使用LTE LNA能改善明顯降低整個(gè)RFFE系統(tǒng)的噪聲系數(shù)
　　
　　圖2：使用和未使用英飛凌LTE LNA的RFFE系統(tǒng)模擬板噪聲系數(shù)和系統(tǒng)增益實(shí)測結(jié)果
　　有 了3dB信噪比改善到底能帶來什么樣程度的數(shù)據(jù)速率的提升呢？為了更好地分析這一點(diǎn)，利用通信原理的香農(nóng)公式可以看出，在信道帶寬一定時(shí)，信噪比直接決定 該信道的信道容量（數(shù)據(jù)速率），而在輸入信噪比為定值時(shí)，系統(tǒng)噪聲系數(shù)直接決定整個(gè)RFFE系統(tǒng)的輸出信噪比，從而決定數(shù)據(jù)速率。
　　回到圖1所分析的分集通路的情況，可以看到使用LTE LNA對于數(shù)據(jù)速率的改善如圖3。顯而易見，在通常急需要改善的輸入信噪比介于5~10dB的場合，使用LTE LNA可實(shí)現(xiàn)高達(dá)約50%以上（79%@輸入信噪比=5dB）數(shù)據(jù)速率提升。
　　
　　圖3：使用LTE LNA對接收信道的數(shù)據(jù)速率改善明顯
　　為了配合4G LTE市場的興起，英飛凌所推出的一系列LTE LNA產(chǎn)品，其中最有代表性的是BGA7x1N6系列，產(chǎn)品的大致規(guī)格包括：
　　a） BGA7x1N6使用業(yè)界領(lǐng)先的Flipchip封裝技術(shù)，僅1.1x0.7mm2；
　　b） BGA7x1N6的噪聲系數(shù)低至0.6dB，明顯抑制系統(tǒng)噪聲；
　　c） BGA7x1N6的Gain=13dB，IIP3高達(dá)+3dBm，采用SiGe工藝；
　　d） BGA7x1N6系統(tǒng)應(yīng)用電路覆蓋0.7~2.7GHz所有LTE頻段，設(shè)計(jì)高效完備。
　　在BGA7x1N6的基礎(chǔ)上，英飛凌還推出了BGM7xxxxL12系列，有多種頻段組合方式供客戶選擇，同樣基于高上大的Flipchip封裝技 術(shù)，BGM7xxxxL12系列的尺寸僅為1.9 x 1.1 mm2，所以當(dāng)客戶有更加嚴(yán)格的PCB版面要求時(shí)，圖4中的BGA7x1N6系列的應(yīng)用實(shí)例也可以用1顆BGM7xxxxL12來代替，節(jié)省的PCB版面 也是非?？捎^的。
　　
　　圖4：FDD系統(tǒng)中LTE LNA系列應(yīng)用實(shí)例
　　英飛凌BGA7x1N6在2014年初已量產(chǎn)，目前市場反響良好。此外，作為LTE LNA的領(lǐng)導(dǎo)者，英飛凌在中國國內(nèi)配備有完善的專業(yè)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，幫助客戶從系統(tǒng)級去解決LTE LNA在具體應(yīng)用中所遇到的問題和困難。另外，英飛凌的BGA7x1N6系列LTE LNA采用SiGe工藝，并以穩(wěn)定的產(chǎn)能和卓越的質(zhì)量控制體系為使用其產(chǎn)品的手機(jī)制造商注入了更多的市場競爭力。
　　綜上所述， 通過LTE LNA可為LTE智能終端（手機(jī)）保駕護(hù)航，消費(fèi)者將真正感受到LTE網(wǎng)絡(luò)前所未有的極速體驗(yàn)。在LTE智能手機(jī)的設(shè)計(jì)中除了LTE LNA能極大地改善用戶體驗(yàn)外，還有其它一些新穎的技術(shù)也值得關(guān)注，如在使用金屬外殼天線時(shí)需要用到天線交叉技術(shù)，而越來越多的LTE 頻段的覆蓋也需要用到天線調(diào)諧技術(shù)，英飛凌除了在LTE LNA方面的創(chuàng)新開發(fā)之外，同樣在射頻開關(guān)特別是交叉開關(guān)和天線調(diào)諧專用開關(guān)方面也得到了廣大客戶的認(rèn)可。
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