图1、射频前端（RFFE）在移动设备中至关重要
随着移动行业向下一代网络转移，分立的RF元件、模块架构以及电路方法面临着挑战；
在早期部署LTE网络之前，RF系统的设计相当简单直接，因为它涉及到相对较少数量的前端组件。随着LTE-Advanced的升级，RF前端的设计变得越来越复杂。这些技术通过使用载波聚合（carrier-aggregation），MIMO（MIMO,），分集（diversity）以及包络跟踪技术（envelope tracking），使4G网络变得高效可靠。
图3、今天高端智能手机需要处理多达40个左右的通信频段
随着行业向LTE-Advanced Pro和5G的转移，射频前端（RFFE）的设计将变得更加复杂。因为LTE-Advanced Pro和5G网络将需要额外的射频前端（RFFE）功能，包括高阶MIMO和大规模MIMO，高阶调制，智能天线系统以及复杂的滤波功能等。为了帮助获得直观的感受我们将其置于上下文环境中：与标准3G设备相比，目前支持2X载波聚合的高端智能手机拥有大约2倍的分立射频前端（RFFE）组件数量，而这一数字将随着网络迁移到LTE-Advanced Pro和5G，可能会增加至四倍。
设计平衡行为到目前为止，尽管复杂性在增加，但是智能手机的射频前端（RFFE）占用的物理面积已经在通过以下三种主要方法来得以减少：
1、降低占地面积的半导体工艺技术的改进：这一发展使一些分立元件的面积在过去几年中大幅缩小。例如，与上一代技术相比，使用诸如砷化镓（GaAs）和硅锗（SiGe）的新材料已经使功率放大器的尺寸减小。同样地，由于采用了较低占地面积的半导体工艺技术，例如使用了28纳米及以下的技术，目前的收发信机和LNA的尺寸已经大幅减少。
图4、半导体工艺在持续改进
2、改进的封装技术：芯片尺寸的SAW封装（CSSP，Chip-Sized SAW Packaging ），Die尺寸的SAW封装（DSSP，Die-Sized SAW Packaging ），薄膜声学封装（TFAP，Thin-Film Acoustic Packaging），CuFlip和晶圆级封装（WLP， Wafer-Level Packaging）等新型封装技术使许多RF组件，包括滤波器，双工器和多路复用器等的尺寸得以大幅缩小。除了组件级小型化之外，这些技术还通过减少物料清单（BoM，bill of material ）和简化与其他组件（包括天线开关和收发信机芯片）之间的集成，从而在系统级别上节省了大量成本和面积。
图5、各部分自射频前端中的面积分布
3、增加组件的物理集成：随着诸如Murata，Skyworks，Avago，EPCOS，Qorvo以及高通等公司的捆绑解决方案的不断发展，主要的射频前端（RFFE）（如滤波器，PA，双工器和射频开关）开始走上集成和模块化的道路。这些方法对于通过将单个设备中的某些工艺性质类似的组件集中在一起来放在一个封装中来减少射频前端（RFFE）的整体尺寸，这种方法对降低射频前端（RFFE）的面积至关重要。
图6、射频前端在手机中的面积分布
物理集成的概念正在通过新的封装解决方案得到进一步的扩展，例如具有集成双工器的前端模块（FEMiD，integrated duplexers）和集成PA模块和双工器的模块（PAMiD，PA module integrated duplexers）等，它们将各种组件，如PA，开关，发射低通滤波器（LPF，low-pass filters ）以及接收机SAW滤波器等集成到前端模块中。虽然并不是所有的射频前端（RFFE）组件由于其异构性质和容易干扰而能够被捆绑在一起的，但是这些新型的集成模块有助于降低复杂性，同时减少占用空间。
此外，在入门级智能手机SKUs（SKU=Stock Keeping Unit（库存量单位））的分立组件与提供卓越的性能的高端智能手机的全球SKUs所使用的具有更高级别的组件集成和精细RFFE设计之间也有明确的界定。世界上大多数手机OEM厂商正在越来越多地为其旗舰机型提供单一的全球SKU，以降低运营成本并提供一致的用户体验，这些厂家通过广泛地使用PAMiD帮助实现这一目标。同样的，手机OEM厂商也不想承诺在其投资组合中提供大量不同国家的SKU，因此，FEMiD具有允许通过轻松替代支持不同捆绑的RF频段的模块来创建不同区域SKU的能力。
图7、PA模组包括MMMB PA、PA开关和滤波器
此外，射频前端（RFFE）复杂性的增加及其相关的硬件对智能手机的工业设计具有明显的影响。手机厂商必须确保其设备能够将这些高端技术及其射频前端（RFFE）要求集成到智能手机中，同时不会影响以下任何一种设计需求：
上市时间
价格
性能
功耗
成熟的工业设计（例如尺寸，厚度，显示屏的大小，使用金属盖等）
随着智能手机市场的成熟和持续的激烈竞争使得供应商的智能手机型号经历的任何重大延误都可能是灾难性的，特别是在OEM厂商要保持竞争力的至关重要的时候。更重要的是，正是这些下一代网络技术，使得他们正在寄托希望于这些新技术上来创造一个急需的市场提振，以刺激手机升级和加快更换周期。
图8、接收分集模组集成开关滤波器和LNA等
这种转向新型网络技术的公司向那些提供射频前端（RFFE）架构和组件的公司带来了额外的挑战，许多价值链目前正在寻求最优的和最具有成本效益的射频前端（RFFE）解决方案，以使更容易管理这种日益增长的复杂性。在这里，标准射频前端（RFFE）模块的应用和端到端解决方案提供商的帮助将为OEM提供受他们欢迎的支持，这将大大有助于射频前端（RFFE）的设计流程和加速产品的上市时间。然而，如ABI Research的“拆解”服务（Teardown service）中对智能手机拆解分析所揭示的那样，RF系统性能增强与其芯片面积的大小之间存在联系。换句话说，对于类似的RF设计，人们应该期望RF板面积的大小随着系统要求支持新的功能增强和适应新的组件而显着增加。然而，使用精心设计的RF系统可以使RF板面积更紧凑，面积更小。具有许多先进RF组件的三星Galaxy S8是处理RF复杂性的一个很好的例子，Galaxy S8中包括4xCA DL，2xCA UL，4×4 MIMO，动态天线调谐以及包络跟踪（envelope tracking）技术。很明显，大多数手机厂商正在努力应对射频前端（RFFE）负担的增加，并且还没有实施标准的措施。在这种情况下，有些甚至拖延这些厂家推出新的机型，以获得可用的上市产品，否则需要承受设备无法有效运行的风险。造成这些问题的原因还包括由于前端部件或者工业外观设计所造成的设备功耗的显着增加。
与原始设备制造商相反，RF组件制造商面临着自己需要遵守智能手机厂商和运营商的要求所定制的器件产品的压力，从而显着影响其整体利润。通过RF供应链的合理化整合业界形成了多种组合公司，如对TriQuint Semiconductor和RF Micro Devices之间合并所形成的Qorvo以及由Qualcomm和TDK的控股公司EPCOS组成的合资公司RF360等。此外，村田（Murata）的对外收购使其能够获得了PA和RF开关技术能力，从而使其能够在内部无缝制造所有关键的射频前端（RFFE）组件。预计未来几年将会有更多的行业整合和合作伙伴关系的形成，因为这将进一步推动更深入的射频系统集成和增加市场份额的要求。
图9、射频前端部件的市场增长预期
射频前端（RFFE）的行业领导者要求组件和系统级的创新和整合
很明显，对于下一代网络技术带入给智能手机的参考设计来说RF组件的硬件集成将是必要的。除非RF行业更多的合作和有针对性的整合发生，否则手机厂商将面临艰难的任务，以克服新网络技术在RF方面所面临的挑战，而随着更高阶的CA，4×4 MIMO和5G等网络技术逐步渗透到智能手机市场中，手机厂商面临的挑战更加恶化，这些技术将有可能阻碍手机的工业设计和电源管理。
图10、近年以来行业整合频频发生
然而，虽然全面，高性能的RF组件和模块的广泛普及很重要，但是目前它们尚未完全达到大众设备市场中。还需要额外的RF创新来生产将包含许多新的网络技术和功能的下一代移动设备。随着市场向LTE-Advanced Pro和5G迈进，射频组件的物理集成将不足以应对射频前端（RFFE）的挑战，因此高度集成的射频系统设计将是帮助实现这一转型的关键。
事实上，射频前端（RFFE）系统设计和平台化将成为将多个其他异构组件适应到诸如MIMO系统，智能天线系统和波束跟踪等这些下一代移动网络技术之类的智能手机中的重要解决方案。随着RF系统在下行链路和上行链路层的复杂性增长，新的系统级技术（例如包络跟踪器和动态天线调谐器）的集成将成为提高整个RF系统性能的必要条件。随着其它额外的频谱频段（包括C波段，mm波和cm波）将被开启以支持5G，这将在RF解决方案和设计方面创造更多的机遇和挑战，现在这一趋势变得越来越明显了。
图11、手机射频前端生态系统越来越集中在大厂
行业的利益相关方必须抓住机会，提供先进的射频前端（RFFE）系统设计，不仅要提供核心的射频前端（RFFE）技术和先进的模块集成技术，还提供调制解调器到天线（modem-to-antenna）的射频解决方案。这些高端解决方案将满足智能手机行业迫切渴望的需求，使手机OEM厂商能够专注于客户体验，并及时提供更可靠的设备，以减少他们处理未来产品器件组件类型和供应商分散的需求。
图12、5G等新网络技术催生射频前端的技术创新
最有可能繁殖出这样的RF设计的厂商是高通，英特尔，清华紫光（它是展讯和RDA的控股公司），三星和华为等系统集成商，而不是传统的RF组件供应商。目前在这个行业领先的是高通。该公司不仅设法创建了基于调制解调器的新型的射频前端（RFFE）技术，例如包络跟踪（envelope tracking ）和天线调谐，还通过拼接一些有针对性的收购和合资企业（包括TDK（Epcos），Nujira和黑沙）来创造出高度封装集成的射频解决方案，以弥补其在RF专业技术领域的差距。
图13、技术创新要求越来越高
这样的一种高度集成的射频前端（RFFE）的方法使公司能够很好地应对即将到来的5G挑战，而如果要生存下去，供应链中的其他公司将要想办法来满足这一要求。它们必须能够为智能手机厂商提供创建下一代设备所需的工具。事实上，预计在未来12个月内，主要供应商和系统集成商将越来越多地吸收专业厂商和部分射频前端（RFFE）供应商，而市场竞争可能会导致一些RF组件供应商完全退出智能手机市场。
图14、射频前端的创新来自于架构、设计和材料工艺；
（完）
,
