《5G對手機射頻前端模組和連接性的影響》
5G』s Impact on RF Front-End Module and Connectivity for Cell Phones 2018
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手機平穩增長，5G如何創造新的商機？
引言：射頻前端
從最早主要用於通話和簡訊的功能手機，到下載速度快於很多家庭網路連接的智能手機，射頻前端（RFFE）一直是手機設計自問世以來最重要的一個環節！射頻前端是行動電話的射頻收發器和天線之間的功能區域，主要由功率放大器（Pas）、低雜訊放大器（LNAs）、開關、雙工器、濾波器和其它被動器件組成。如果沒有合適的射頻前端，設備根本無法連接到移動網路，從而對於如今的用戶來說毫無用處。
手機通信技術的演進
隨著智能手機市場的不斷成熟，高端應用不斷推陳出新。幸運的是如果用戶不僅僅滿足於通話和簡訊而有更多需求，現在他們可以整日沉浸在自己手機上，尤其是自LTE手機誕生以來。同時，射頻前端的複雜性也顯著增加。射頻前端設計複雜程度標準隨著同一設備內發射和接受通道的數量增加而提高。然而，設備PCB上留給此功能區的空間一直以來卻逐漸減少，因此射頻前端器件和模組的集成度越來越高。
5G：誰主沉浮？
到2019年底，5G設備將投入商用，而支持5G技術的舉措將進一步給射頻前端帶來壓力。組件供應商將不得不增加對新制式的支持，以及從400MHz到6GHz的更廣泛頻帶（與移動寬頻有關），以及一套額外的編碼。如其它核心智能手機ICs（如基帶）一樣，射頻前端需要提供向後兼容，以支持4G/3G/2G的操作模式。供應商必須提供完整的射頻前端組件組合，從而為OEM廠商提供不同程度的性能和靈活性，以滿足終端用戶的需求。
數據傳輸速度 vs. 載波單元（Component Carrier）
備註：5G（第五代行動電話行動通信標準），也稱第五代移動通信技術。5G是新一代移動通信技術發展的主要方向，是未來新一代信息基礎設施的重要組成部分。與4G相比，不僅將進一步提升用戶的網路體驗，同時還將滿足未來萬物互聯的應用需求。
5G將重新定義射頻前端如何在網路和數據機之間「交互」。實際上，新的射頻頻段，6 GHz以下頻段（Sub-6 GHz）和毫米波（參見國際移動通信標準化組織3GPP第15版中的定義），對該行業產生了巨大挑戰，並有機會破壞市場的領導格局。
據麥姆斯諮詢介紹，在6 GHz以下頻段方面，目前的射頻前端領導者，如博通（Broadcom）、Qorvo、Skyworks、村田（Murata），已經開始適應這些變化。Broadcom通過將中高頻融合在一起，為5G超高頻段的到來做好了準備。憑藉其FBAR體聲波（BAW）濾波器技術，Broadcom還掌握了高頻和超高頻的主要關鍵模塊。
Skyworks定位於5G超高頻市場，新推出了Sky5平台。這些先進的無線引擎包括高度集成的高性能發送/接收前端方案，以及分集接收（DRx）模塊。此外，憑藉其SkyOne LiTE平台，Skyworks已在高端市場獲得了一些設計大獎；在低端市場方面，贏得中國OEM廠商（華為、OPPO、vivo、小米）的青睞。
Qorvo採用類似的方法，分別通過RF Fusion和RF Flex平台提供涵蓋高端和低端市場的廣泛產品組合。Qorvo的另一個優勢在於其內部測試和封裝能力，可以縮短響應時間並持續改進。值得注意的是，Qorvo是第一家推出用於超高頻段覆蓋的射頻前端模組廠商。Murata主要涉足低頻段，但非常適合不斷增長的多樣化射頻模組市場。
高通（Qualcomm）是新進入者，帶來了從數據機到天線的端到端解決方案。此外，對TDK Epcos濾波技術的戰略投資已經初見成效。第一筆營收於2017年在射頻前端部門產生。我們預計在不久的將來會有更多的收入。第一款手機（索尼XZ2）已經採用了Qualcomm的完整解決方案。
除了6 GHz以下頻段之外，毫米波頻段將完全「破壞」射頻前端產業，代表一種完全不同的技術思維，可以為高速數據傳輸創造新的途徑。雖然Qualcomm是明確的毫米波技術新進入者，但還有英特爾（Intel）、三星（Samsung）、海思（HiSilicon）、聯發科（Mediatek）等企業也在探索這一新商機！
從LTE競賽到5G混戰
可以說，未來數年的射頻前端產業將是令人興奮且具有顛覆性的，一場5G混戰拉開帷幕！
5G為射頻前端產業提供更大的市場機遇…
手機和WiFi連接的射頻前端市場預計將在2023年達到352億美元，複合年增長率為14%。LTE演進是第一次增長浪潮，但中期的大部分市場機遇將來自於5G非獨立組網（NSA）。2017年12月21日，在3GPP的RAN第78次會議上，全球首個5G新空口（NR）NSA標準發布。這是5G標準化建設的重要里程碑，為5G NR全面商用奠定了基礎，加快推進全球5G產業發展。
2017~2023年射頻前端模組市場
並非所有射頻前端組件的增速都一樣飛快。射頻前端產業中最大的市場為濾波器，將從2017年的80億美元增長到2023年225億美元，複合年增長率高達19%。該增長主要來自於BAW濾波器的滲透率顯著增加，典型應用如5G NR定義的超高頻段和WiFi分集天線共享。
低雜訊放大器預計將從2017年的2.46億美元增長到2023年的6.02億美元，複合年增長率為16%。隨著4x4多輸入多輸出（MIMO）技術的普及，預計天線調諧器市場也將實現顯著增長。功率放大器市場增長相對較慢，複合年增長率僅為7%，將從2017年的50億美元增長到2023年的70億美元。高端LTE功率放大器市場的增長，尤其是高頻和超高頻，將彌補2G/3G市場的萎縮。
但是射頻前端的複雜性增加…
LTE演進導致當今手機的複雜架構，主要原因是載波聚合。同時，射頻電路板面積和可用天線空間的減少，導緻密集化趨勢加劇，更多的手機OEM廠商採用功率放大器模組，並實施新技術（即LTE和WiFi之間的天線共享）。在低頻段，包括600 MHz頻段（T-Mobile最近獲得許可），將為低頻天線設計和天線調諧器帶來新的挑戰。
5G將增加更多的複雜性，第一組新5G頻段以超高頻發布（n77、n78和n79）。Skyworks和Qorvo正通過發布新產品來解決上述頻段的問題。從長遠角度看，許多LTE頻段已被指定用於重新分配為5G頻段，但只有一小部分有望在近期使用，包括n41、n71、n28和n66。為了實現多頻段集成，需要在射頻前端模組中提升密集化水平，這是Broadcom採用其創新的中/高頻段模組所遵循的方法。
超高頻段的區域分配情況
另一個5G新要求是4x4 MIMO的部署，這將使LTE高端手機才有的「奢侈品」轉變為每部5G手機都有的「必備品」。對於許多手機，這種改變將需要大幅增加射頻內容、信號路由複雜性和天線帶寬。總的來說，這意味著在已分配給射頻前端的擁擠空間內擠入更多內容，因為需要4根天線和4個獨立的射頻通道。這種架構性轉變會產生許多影響，其中一個最明顯且最至關重要的影響就是：天線調諧器和天線轉換開關將變得更加重要。
最後，5G使得手機上的天線設計越來越複雜，尤其是在5G高頻的毫米波頻段，此時連機身背蓋材質的選用，甚至是背蓋的厚度，及背蓋到毫米波天線陣列的距離也要進行設計與優化，以達到整體的輻射性能最優。同時，5G毫米波對功率放大器的效率、射頻器件的集成度都提出了更高的要求。雖然毫米波前端硅基平台還處於研發階段，但是已經取得了很大的進展。Qualcomm首選台積電（TSMC）的28納米CMOS平台，其它可能的平台包括SiGe和RFSOI。
2017~2020+年射頻前端演進
5G：移動寬頻的下一個發展方向，機不可失！
本報告涉及的公司：AIROHA, Akoustis, Alcatel, Alcatel-Lucent, Analog Devices Inc. (Hittite), Amazon, Amkor, Apple, ASE Group, ASUS, AT&T, BLU, Broadcom Ltd. (Avago Technologies, Javelin Semiconductor), Brocade, Cavendish Kinetics, Cisco, China Mobile, China Telecom, China Unicom, Coolpad, DelfMEMS, Ericsson, Fujitsu, GLOBALFOUNDRIES, Gartner, Gionee, Google, Facebook, HTC, Huawei (HiSilicon), Infneon, Intel, IPDIA, JCET/STATS ChipPAC, KDDI, KT, Kyocera, Lava, Lenovo, LG, LG U+, MACOM, Marvell, Maxim Integrated, Mediatek, Microsoft, Mitsubishi Electric, Motorola, Murata Manufacturing Company, Nokia, NEC, NTT Docomo, NXP Semiconductors (Freescale), OMMIC, OnePlus, OPPO, Orange, Panasonic, Peregrine Semiconductor/Murata, Primatec, Qorvo (RFMD, Triquint), Qualcomm (RF360), Quantenna, RDA, Realtek, Resonant, Samsung, SKT, Skyworks Solutions Inc. (RFaxis), SoftBank, Soitec, Sony Semiconductor, Sprint, STMicroelectronics, Taiyo Yuden Company Ltd., TDK-EPC (EPCOS), TCL, Telefonica, Telia, Telstra, Towerjazz, TPSCO, TSMC, T-Mobile, USI, UMC, Verizon, Verykool, Vivo, Vodafone, Win Semiconductors Corp., Wilocity, WIPAM, Wisol, WiSpry, Xiaomi, ZTE…
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