中国5G行业发展，推动射频前端发展分析[图]

    射频前端即RadioFrequencyFront-End，简称RFFE，是天线和射频收发机之间的射频电路部分。通俗的理解方式就是靠近天线部分的设备就是射频前端。以手机接收信号为例，空气中的无线电磁波信号经过天线转换为有线信号，之后送入射频前端部分。在射频前端部分中，电磁波从天线出来先进入天线调谐器（antennatuner），它是连接天线和后续电路的一个匹配网络。接着信号经过分集开关（diversityswitch），为移动和基础设施应用提供低插入损耗、高隔离和出色的线性度。之后是个双工器（diplexer），双工器用于天线输入输出部，拥有在收发时分类或混合2种不同频率信号的功能，并且还用于CA(carrieraggregation)电路中。再然后信号经过射频开关送到滤波器电路，射频开关负责接收、发射通道之间的切换；滤波器负责发射及接收信号的滤波；最后经过低噪放，低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大，同时抑制噪声在可接受的范围内，供后续的收发机处理。接收机/发射机用于射频信号的变频、信道选择。信号的发射路径中各部分的作用与接收路径几乎相同，但是发射路径不再使用低噪放而是功率放大器（PowerAmplifier，PA），用来放大信号作为发射使用。

射频前端结构示意图

数据来源：公开资料整理

    5G时代通讯标准进一步升级，带来手机射频前端单机价值量持续快速增长。智能手机射频前端的市场规模在2016年达到101亿美元，预计2022年市场规模将超过227亿美元，复合增长率达到14%。手机射频前端价值量在5G时代有望成长至22美金以上。滤波器是射频前端市场中最大的业务板块，5G时代手机频段支持数量将大量增长，带动单机滤波器价值量快速增长，其市场规模将从2016年的52.08亿美元增长至2022年的163.11亿美元，年均复合增速达到21%。

2016-2022年中国射频前端各细分零部件市场规模及预测

数据来源：公开资料整理

    高频信号相较于低频信号来说其频段更为宽广，5G时代通信传输的频率更高，因而对高频PCB板与高速PCB板的需求更高，从而覆铜板高频基材与高速基材需求量增加。5G基站中DU与AAU中的天线反射板、背板、TPX&PA电路均采用高频基材，且对高频基材的性能要求更高，需要高频基材在保持介电损耗最小化的状态下维持介电常数稳定，因而5G时代高频覆铜板的需求与附加值都将得以扩张。

    一、4x4MIMO

    4G对于MIMO的要求是选择性的，5G对于1GHz以上下行链路4x4MIMO则是必须要求，新增加了n77波段并对LTE频段重耕，例如原有的4GBand3重耕为5GNRn3。4GLTE的接收分集是两个接收路径，到了5G则需要4G接收路径。对于已经支持4GLTEMIMO的手机来说，这个要求不会造成很大变化，而对于目前不支持4GLTEMIMO的手机来说则增加了RF的复杂性和天线的带宽，也就是说需要4个单独的RFFE路径和4个天线。如果考虑到2x2MIMO上行链路对应的n77，n78，n79和n41波段，这个问题会更加复杂。

    这种架构的变化带来的首先是天线调谐器重要性的加强。如今的智能手机越来越依赖于天线调谐技术来提高发射效率，在5G过渡的过程中，天线调谐技术会更加重要，天线的数量在有所保证的前提下，每一个天线都要保证宽频下的高效率。双工信号在如今手机中应用很广泛，但是5G会引入新的信号路径分配的复杂性。在高频波段信号配合双连接上行链路的要求下，信号到天线的路径分配会产生重大变化。直接双工器将会被高性能天线复用器取代，这些天线复用器可以使得连接数最大化，同时也可以满足严格的载波聚合抑制要求，同时保持低插入损耗。RF的复杂性要求在提高，但是空间上的分配却不会增加，因此射频前端会采用模组化来节省面积，射频前端模块将会同时集成PA、开关、滤波器、LNA等等。

    二、宽带和新波形

    在如今LTE高端型手机中，多采用的是包络追踪技术来配合PA降低功耗。包络追踪技术可以通过追踪射频信号能量，来不停地调整PA的电源电压，从而优化PA效率。但是包络追踪目前的技术只能支持到60MHz带宽，在5Gn77和n79波段进行载波聚合后可以达到100MHz带宽，包络追踪技术此时无法满足带宽要求。因此PA需要工作在平均功率跟踪（APT）固定电压模式下，来支持宽带的5G传输，同时PA的效率会下降。

    PA的线性度的要求也大大增加，这是由于5G增加的新波形，CP-OFDM与大量信道组合具有更高峰值平均功率比（PAR），所以在5GPA中实现更大的回退（backoff）。工作在回退模式意味着必须降低PA的最大输出功率，以便使整个信号在PA传递曲线的线性区域范围内。这样做会给PA的线性度和效率的折中带来更大的困难。

    5GRFFE还可能需要支持LTE中与5GFR1重合的频率，对LTE向下兼容。考虑到电池寿命，手机制造商希望尽可能使用ET来保证PA效率，这意味着使用ET进行LTE传输和采用60MHz带宽的5G信号。因此，PA在ET模式下工作时必须提供高饱和效率，在APT模式下则必须具有高线性效率。在宽带APT模式和相对窄带的ET模式下PA的的工作模式，给RFFE供应商带来很大挑战。此外，在ET和APT模式之间切换需要复杂的电源管理。

    先行的5G模组可能只在特定的频段工作，只满足最终版的5G部分要求。但是5G基站中，对应eMBB和工业及汽车应用，必须是在各个标准中相互兼容的，也就是说5GRF硬件必须能够服务5GFR1和5G毫米波FR2频段。

    5G通信技术的变革会给手机终端射频前端设计带来很多挑战，如天线数量增加对空间的挤压、非独立组网双连接带来的复杂度提升、上行链路4x4MIMO对射频器件用量的需求、宽带和新波形采用迫使的功率放大器技术更新、LTE频段重耕带来的设计复杂性等。5G带来挑战的同时也给射频前端市场带来新的机遇，根据调查数据预测，射频前端模块市场会在5G的影响下于2023年达到352亿美元的市场规模。

    相关报告：智研咨询发布的《2019-2025年中国射频前端模块行业市场研究及投资前景预测报告》