早期的 5G 實施始于 2019 年底，從那時起，射頻前端 (RFFE) 設計在更高的集成度和對從 5G 到 2G 無線電的多模操作的支持方面取得了長足的進步。

例如，這些 RFFE 中的數據轉換器現在支持毫米波 (mmWave) 頻段中可用的通道帶寬。反過來，這將為 RF 架構的通用化打開大門，并可能通過將數模分界線移近天線來降低 RF 電路的復雜性。

RFFE 也稱為前端模塊。這些部件使用智能分區架構來集成高速放大器、接收模數轉換器和傳輸路徑數模轉換器以及不斷縮小的高頻濾波器設計。集成是 5G 無線電設計中的游戲名稱，因為分立的 RF 解決方案已不再足夠。

以 Qualcomm 的 RFFE 設計為例，該設計在調制解調器和天線之間集成了多個 RF 組件。這些調制解調器到天線的解決方案將調制解調器、RF 收發器、RF 前端組件和天線模塊結合在一起，從而使移動 OEM 能夠快速將設備商業化，并支持新的頻段，例如 41- GHz頻段。

最新的例子之一是高通的第四代 5G 調制解調器到天線解決方案 Snapdragon X65 5G 調制解調器-RF 系統。驍龍 X65 支持高達 1 GHz 的毫米波頻譜和 300 MHz 的 sub-6-GHz 頻譜的頻譜聚合。

然后是來自 Analog Devices Inc. 的用于大規模 MIMO (M-MIMO) 無線電的 ADRF554x RF 前端。這些 RFFE 極大地增加了在多個頻段中同時運行的收發器通道的數量，同時將所有必要的硬件壓縮到更小的外形尺寸中。

ADRF554x 系列射頻前端集成了一個采用硅工藝的大功率開關和一個采用 GaAs 工藝的高性能低噪聲放大器。這些射頻前端覆蓋 1.8 GHz 至 5.3 GHz 的蜂窩頻段，針對 M-MIMO 天線接口進行了優化設計。

因此，隨著需要支持的天線和頻段數量增加，以及實現足夠覆蓋所需的大量組件，我們看到射頻領域前所未有的復雜性。因此，在早期，5G 無線電的日益復雜性限制了擁有開發此類復雜射頻子系統專業知識的制造商的數量。然而，隨著 5G 設計的成熟，越來越多的供應商正在加緊應對 RFFE 挑戰。

射頻前端設計挑戰

在微型、微型、微微和毫微微蜂窩環境中部署大量基站以及物聯網和工業新終端設備的情況下，射頻設計代表了 5G 網絡的巨大機遇物聯網應用。對于高度多樣化的用例和需求，這可能會增加連接設備的巨大增長。

頻譜效率和重用、更高的速度和更低的延遲是 RFFE 設計的主要考慮因素，以滿足無線數據流量容量的巨大提升。首先，頻譜效率至關重要，因為毫米波頻率（高于 6 GHz 的頻譜）因廣泛的帶寬可用性而備受關注。

然而，毫米波波段的傳輸在室外區域最具挑戰性，RFFE 設計的任務是改善高路徑損耗、高氧氣和 H 2 O 吸收、通過樹葉的損耗以及因雨水而導致的衰落。因此，射頻設計人員正在采用波束成形和波束跟蹤技術來克服毫米波頻率中不利的信道特性。

其次，速度在 RFFE 設計中至關重要，因為 5G 無線電架構運行的數據速率遠高于之前的 2G、3G 和 4G 系統。目前的 5G 系統比 4G LTE 無線電快 10 倍。

第三，延遲是新元素，以及 5G 設計中的更快訪問。這在 5G RFFE 中比在之前的 3G 和 4G 版本中重要得多。5G 的最小延遲為 1 毫秒或更短。另一方面，在 4G 系統中，延遲為 50 毫秒至 98 毫秒，在 3G 系統中為 212 毫秒，而在 2G 系統中則高達 629 毫秒。新的 5G 服務現在采用超可靠的低延遲通信功能來管理與延遲相關的問題。

高度集成的 RFFE 解決方案，例如 Qualcomm X55 5G 調制解調器-RF 系統，支持任意頻段和模式的組合，使工程師能夠專注于工業設計和用戶界面，從而在更短的時間內以更低的成本提供更好的產品。（來源：高通）

5G 設計中 RFFE 問題的概要顯示了 RF 技術的破壞性。尤其是當射頻采樣越來越靠近天線時，這反過來又會簡化和縮小無線電外形尺寸并實現更高水平的集成。那么，在這個技術的十字路口，行業正在做些什么來促進更高水平的集成，同時控制設計的復雜性？以下部分將詳細介紹 RF 行業計劃。

OpenRF 聯盟

最近成立的開放射頻協會 (OpenRF) 旨在在 5G 設計中跨多模射頻前端創建硬件和軟件的功能互操作性。這個開放框架將標準化硬件和軟件接口，同時仍然允許射頻解決方案供應商之間的設計創新。該聯盟的創始成員包括博通、英特爾、聯發科、村田、Qorvo 和三星。

據 Mobile Experts 首席分析師 Joe Madden 稱，移動行業越來越需要結構來處理復雜性，而這現在是射頻前端設計的一個標志。“OpenRF 將標準化非競爭領域的構建模塊，從而使 RFFE 供應商能夠將精力集中在創新的尖端，”他說。

值得注意的是，定義射頻前端控制接口的 MIPI RFFE 規范將在 MIPI 聯盟的 RFFE 工作組內繼續開發。此外，OpenRF 目前正在與 MIPI 聯盟達成聯絡協議。

上述針對 5G 手機和基礎設施應用的 RF 前端設計挑戰、解決方案和行業舉措的概述證明了超集成驅動使 RFFE 模塊化更加接近現實。此外，雖然 RF 前端封裝了對進出天線的信號進行路由、過濾和放大必不可少的組件，但這些高度集成的設計將直接影響設備的功耗。這對于提供全天電池壽命的 5G 設備設計至關重要。

審核編輯 黃昊宇