载波聚合芯片端：射频前端需跨越技术和成本障碍
载波聚合技术对4G+网络的重要性不言而喻，此技术实现起来却并非易事，需要各个端的紧密配合方能推进商用，目前整个产业链都面临不小的挑战，首当其冲就是带内非连续载波和TDD/FDD带间载波带来的挑战。
众所周知，全球有几百个频谱资源供运营商使用，而不同运营商的频谱资源、网络部署策略以及用户层级均不同，这导致全球范围内载波聚合的频段组合非常复杂，特别是带内非连续载波以及FDD/TDD带间载波，是相对带内连续载波而言更为难实现的技术，这是目前芯片厂商共同面临的技术挑战。
作为芯片的使用端，努比亚产品总监胡斌解释称，载波聚合技术是为了提高LTE系统的峰值速率，而将多个载波聚合在一起使用的技术，其技术复杂度取决于聚合的“成员载波”(componentcarrier)的数量和这些载波的分布情况。相对而言，连续载波射频的实现复杂度相对较低，非连续载波射频实现复杂度相对较高，频带内载波射频的实现复杂度相对较低，跨频带载波射频实现复杂度相对较高。
Qualcomm Technologies产品市场高级经理李洋
Qualcomm Technologies李洋从芯片端分析了其中的难点所在：“不同信道间的频率差异比较大，而现在使用的频段滤波器很容易把不同频率的波段筛选出来，但是对于带内非连续的载波聚合，就很难通过外置滤波器把两个载波信道分开，因为不同载波信道是共存在一个频段内的，而我们并没有专门针对某个信道的滤波器，这是现在的射频或者硬件设备无法实现的。”
李洋还表示，两个载波虽然不连续，但是同时存在于一个芯片内，这就需要射频芯片能够有能力把两个不连续的载波分离出来，分别进行从射频频率到模拟频率的转变。而这种分离会带来很多系统问题，从而导致降低接收灵敏度、减弱信号接收能力等。这也是为何非连续载波是公认的难点之一了。
Marvell移动产品资深总监张路博士
Marvell移动产品资深总监张路博士也认为，载波聚合对射频前端提出了很大的挑战，特别是跨频段的信号发射和接收，需要射频芯片高效满足网络测试的要求，这是一大技术难点。不仅如此，射频前端的挑战还延伸到成本的控制上面。“载波数量越多，频谱资源的利用效率就越高，网络也会更加灵活，但是成本也会相应增加。当前支持不同制式的处理器越来越多，如何在控制好成本的同时又将芯片效益发挥到最好，这很关键。对Marvell来说，研发团队花了很大的力气去做射频前端的优化，真正做到在体验增加的同时成本没有太大的影响。这个成本不仅是指芯片端的处理能力需要增加成本，智能手机终端要实现不同频谱之间的聚合能力也要增加成本。”张璐说。
关于成本带来的挑战，张路博士强调，目前成本的增加还是比较显著的，尤其是在聚合的频段数要求多的情况下，成本就越高，同时载波聚合制式组合的种类越多，成本也越高。目前，整个通信行业处于载波聚合技术商用的初期，基带和射频前端还在逐步优化，射频处理的时间要更久一点，尤其是一些针对大众市场的低成本的解决方案，多载波现在还处于初级研发阶段，此时射频前端成本的增加一定远远超过基带成本的增加。
不过张路表示，相比载波聚合在芯片端的技术瓶颈，其对运营商的挑战可能更大。“载波聚合虽大幅度提高了网络传输速率，但必须达到全网覆盖才能真正有好的体验，这对运营商来说挑战非常大。而相比一般的4G网络制式，运营商最大的挑战又在于TDD和FDD混合网络，如何在不同的区域、不同的覆盖情况下去做好布网非常关键。此外，用户是否愿意使用载波聚合也很关键，所以运营商要先把网络布建好，把用户体验提升起来，让用户真正感受到LTE-A和LTE网络的不同之处，这样载波聚合才能真正走进市场，否则它只是一个技术演示。”
相对国外运营商分散的频谱资源而言，国内运营商的频谱资源相对比较集中。国外运营商目前还存在单个为5MHz的载波，他们需要将更多个载波聚合起来才能达到预期的传输速率，因此他们对三个、四个载波的需求较多，而国内的运营商单个载波已达20MHz，因此目前最多只需要支持三个载波，且都是频段内连续载波，技术难度并没有特别突显出来。而如果将来要逐渐支持到更多载波，包括带内非连续载波和带间载波，就会对射频的要求更加高，同时对终端的天线设计与和成本都会带来一定挑战。
除了射频前端，系统算法和芯片功耗同样是难点。Qualcomm Technologies李洋用两个例子做了说明，一是各种频率的共存，以三载波聚合技术为例，不同的上下行载波频率间会产生各种互调的干扰，这对整个系统的挑战非常大。如何保证不同载波频率的上下行同时并行且接收不受到大的影响，保证通讯达到最高的网络速率，这就需要大量的系统级优化方案来支撑。这种系统级的优化方案不局限于从模拟层面加上滤波器，还需要从调制解调器软件侧，包括数字的控制能力去对整个通信链路进行监测、优化和协调，这是一个全方位的系统工程。所以对于芯片厂商来说，如何系统地去看待整个通讯链路，是非常重要的。
二是上下行通信能力的增加，对芯片功耗提出了更高的要求。这是为何Qualcomm在调制解调器芯片上采用了最先进的工艺的同时也提供了具有业界最先进工艺的模拟射频芯片解决方案，就是为了给用户提供最优的功耗性能。另外，手机厂商也需要在通信设计方面进行良好的优化设计，而在这方面，Qualcomm也做了大量的工作。
“我们有非常强大的QRD团队和客户支持团队，为整机厂商提供非常完备的参考设计以及整机方案。手机厂商在面对通用制式的不断提升时，我们则可以利用自己在芯片方面的能力，在整机设计方面提供参考设计，提前为客户定制好方案，使手机厂商更容易地把这些经过验证的优化设计应用在整机设计里。”李洋说。
对于李洋提出的算法的重要性，上海贝尔高级技术经理刘继民博士表示赞同：“从技术上来说，为同一终端分配多个载波相比单载波条件会引入额外的控制信令，需要优秀的算法来优化引入的时延问题和先进的硬件来提升基站基带处理能力。一方面LTE技术的普及促进了无线宽带的飞速发展，另一方面终端用户对于无线宽带接入速率的要求也在同步提高，这个也是系统设备商着力开发载波聚合功能的主要推动力。”
总的来看，带内非连续载波以及FDD/TDD带间载波技术的突破，已经成为通信产业链公认的难点。就芯片端来说，目前不同的厂商也都有自己的解决方案，大多受访者透露，未来单射频芯片方案可能会是攻破此障碍的一种方式，但由于单射频芯片的设计集成度高，技术难度也更大，未来会首先起用于高端智能手机当中。（责编：张哲）
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