本文來自本文來自物聯(lián)網(wǎng)智庫，作者：Levin。
每隔十年左右的時間，通信技術(shù)就會升級迭代一次，需要支持更多的頻段和更復(fù)雜的信號處理。在新技術(shù)的帶動下，各類終端設(shè)備對于性能的要求不斷提高，不僅帶來了芯片行業(yè)的大爆發(fā)，也讓射頻前端從“默默無聞”開始逐漸走進(jìn)大家的視野當(dāng)中。
在手機(jī)電量低的時候，大家通常都會關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、藍(lán)牙等功能來減少電量消耗，原因就在于手機(jī)要想發(fā)送攜帶信息的無線電磁波，必須將其調(diào)制到高頻才可以，而為了與基站之間保持穩(wěn)定的通信，還要求手機(jī)發(fā)射的射頻必須達(dá)到一定的強(qiáng)度，這些都要消耗較多電量才能完成。
對于智能手機(jī)來講，屏幕本身已經(jīng)是一個耗電大戶，如果再因為射頻端消耗過多電量，用戶在手機(jī)續(xù)航方面的體驗就會變得很差。而早在“翻蓋功能機(jī)”時代就已經(jīng)是必要配件的射頻前端，作為無線通信設(shè)備的核心部件，其設(shè)計對于高性能5G終端的續(xù)航能力至關(guān)重要。
不過，在過去多年的時間里，雖然智能手機(jī)在性能上的持續(xù)提升已經(jīng)有目共睹，但大家的注意力更多還是放在了芯片上，很多對于功耗的優(yōu)化都是針對芯片設(shè)計的。但其實，不僅智能手機(jī)內(nèi)部模塊和器件的復(fù)雜度在上升，更多應(yīng)用5G和AI等技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也在功耗上面臨著很大挑戰(zhàn)，在射頻前端優(yōu)化上投入精力的多少，也將成為影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)。
手機(jī)里小小的模塊卻“內(nèi)藏乾坤”
現(xiàn)在智能手機(jī)內(nèi)的無線通信模塊，通常包括天線、射頻前端模塊（RFFE）、射頻收發(fā)器和基帶信號處理器四個部分。其中，射頻前端是核心部件，是將無線電磁波信號和二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，能夠影響并管理無線發(fā)送和接收的全部信號。
在早期的2G時代，手機(jī)需要支持的頻段只有4個，到4G時代也只有不到20個頻段組合，射頻前端的復(fù)雜度并不算高。但在如今的5G時代，已經(jīng)有超過10000個頻段組合，僅支持Sub6GHz的機(jī)型就需要增加n41、n78、n79、n77等多個頻段，而每多增加一個頻段，手機(jī)里的射頻端就需要對應(yīng)增加支持該頻段的射頻前端器件，如果同時支持Sub6GHz和毫米波，則還需增加n257、n258、n261、n260等多個毫米波頻段，射頻端器件的數(shù)量會進(jìn)一步增加。
不僅如此，在各類無線通信設(shè)備的頻段組合指數(shù)級增加的同時，帶寬、MIMO、載波聚合等其他方面也對射頻前端器件提出了全新的要求。而智能手機(jī)雖然尺寸有所變大，卻更加追求輕薄，在手機(jī)內(nèi)部留給射頻前端器件的空間并沒有因尺寸的增加而變大。相反，這種“既要、又要”的情況使得射頻前端器件的設(shè)計難度、數(shù)量快速增加，對射頻前端的集成化水平提出了更高的要求。
以射頻功率放大器（PA）為例，此前的4G手機(jī)搭載的射頻PA芯片只有5-7顆，5G手機(jī)卻高達(dá)16顆，而且單顆芯片的價值和復(fù)雜性也都比此前更高，市場對于射頻器件的需求量也大大增加。
在此背景之下，僅國內(nèi)做射頻芯片的企業(yè)就多達(dá)上百家，早已成為一片“紅海”。不過，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)雖然數(shù)量眾多，但技術(shù)上還存在一定差距，很多還停留在某些射頻器件的研發(fā)設(shè)計上。但從全球來看，射頻領(lǐng)域的核心地位目前被Murata、Skyworks、Qorvo和高通等公司牢牢占據(jù)，它們早已從分立器件走向了模組的研發(fā)階段。
以高通公司為例，作為無線通信領(lǐng)域多年來的領(lǐng)軍者，高通在四大重點關(guān)注的業(yè)務(wù)領(lǐng)域中就包括射頻前端（其余為驍龍手機(jī)平臺、汽車以及物聯(lián)網(wǎng)），而且已經(jīng)發(fā)布了射頻相關(guān)的整體解決方案。
在過去幾年里，高通先后推出了驍龍X50、X55、X60和X65這四代5G調(diào)制解調(diào)器及射頻解決方案。最新的X70調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)還帶來了全新的功能，如5G AI套件、超低時延套件和四載波聚合等，可實現(xiàn)無與倫比的5G傳輸速度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋、信號質(zhì)量和低時延。
同時，憑借領(lǐng)先的射頻前端性能和跨全品類的業(yè)務(wù)擴(kuò)展，高通公司在2021年實現(xiàn)了射頻前端單元累計出貨量80億個，其中單個組件的出貨量均超過3億。同年，高通技術(shù)公司還在智能手機(jī)射頻前端領(lǐng)域收入排名第一，比原計劃提前一年完成目標(biāo)。
雖然大眾對于射頻的關(guān)注度遠(yuǎn)低于芯片，但隨著2019年以來5G的正式商用，射頻重要性的提升不言而喻，全球的射頻市場整體也呈現(xiàn)出高速增長的態(tài)勢。據(jù)Gartner預(yù)測，到2026年時，射頻前端的市場規(guī)模有望達(dá)到210億美元。
不過，在智能手機(jī)逐漸從增量市場變成存量市場的前提下，僅依靠智能手機(jī)里射頻器件定價的提升，無法完全支撐起百億美金的市場空間。在這種情況下，射頻領(lǐng)域的相關(guān)公司也都在嘗試將5G與高性能、低功耗計算以及終端側(cè)AI相融合，試圖找到在萬物互聯(lián)時代的全新機(jī)遇。
萬物互聯(lián)時代的射頻前端至關(guān)重要
最近幾年，多數(shù)人的生活方式都產(chǎn)生了或多或少的變化：居家辦公、直播跟練和上網(wǎng)課的時間變多了，出門在外的時間和次數(shù)減少了，為家里添置的可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也越來越多。相比于人手一部的智能手機(jī)，每個人使用的智能設(shè)備的數(shù)量有著數(shù)量級的提升，“物超人”的時代即將到來：
2019年時，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量已經(jīng)達(dá)到110億，其中消費物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達(dá)60億，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量達(dá)到50億。而根據(jù)GSMA的預(yù)測，到2025年時，全球物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)量將達(dá)到250億，其中消費物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)量達(dá)到110億，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)將達(dá)到140億。
如果以史為鑒，這種變化的背后往往也代表了產(chǎn)業(yè)的變遷。在當(dāng)年智能手機(jī)的出貨量首次超過PC時，隨后就迎來了十年移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。由此可以大膽推測，“物超人”的出現(xiàn)，也必將迎來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的全面爆發(fā)。
在物聯(lián)網(wǎng)時代，這些百億級別的連接數(shù)也對無線通信的速率、時延、穩(wěn)定性等提出了更高的要求，各種新標(biāo)準(zhǔn)也在不斷推出。若是細(xì)分來看的話，對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說，隨著2G、3G的逐漸退網(wǎng)，大量連接需求轉(zhuǎn)向了以NB-IoT為代表的LPWAN，5G的出現(xiàn)更是全面帶動了高速移動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。而對于消費物聯(lián)網(wǎng)，更多還是需要利用Wi-Fi來實現(xiàn)通信，Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7新標(biāo)準(zhǔn)也要支持利用更高的頻率(6GHz至7.2GHz)來支持高吞吐量和低延遲的無線網(wǎng)絡(luò)，用來支持超高清視頻直播、虛擬現(xiàn)實游戲等新應(yīng)用。
通常，Wi-Fi前端模塊是集成的射頻組件，包括功率放大器(PA)，低噪聲放大器(LNA)，濾波器和開關(guān)等，有助于在Wi-Fi SoC和天線之間放大和路由信號。但隨著Wi-Fi傳輸速率的不斷提升，Wi-Fi 7等標(biāo)準(zhǔn)想要在接近于5G蜂窩頻段的頻率上實現(xiàn)新功能，甚至需要5G與Wi-Fi共存，同時使用5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi 5GHz和6GHz頻段，這些都對射頻前端的設(shè)計形成了不小的挑戰(zhàn)。
而想要解決這些高性能的需求，應(yīng)對諸如更高頻率、更大帶寬以及射頻與5G、Wi-Fi同時使用或并發(fā)等復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)，先進(jìn)的射頻連接解決方案必不可少。
上個月27日，高通公司宣布推出全新射頻前端模組，融合了Wi-Fi基帶芯片和天線之間所需的關(guān)鍵組件，可以放大并適配信號，是專門面向藍(lán)牙、Wi-Fi 6E和下一代標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi 7設(shè)計，與高通ultraBAW濾波器配合以支持5G/Wi-Fi并發(fā)，增強(qiáng)使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端的無線連接性能，旨在打造最佳的Wi-Fi和藍(lán)牙體驗。
有了這一全新的模組，廠商就可以用它和高通發(fā)布的全球首個高速Wi-Fi 7商用解決方案FastConnect 7800的無線連接系統(tǒng)、驍龍5G基帶及射頻系統(tǒng)相結(jié)合，也可以搭配第三方Wi-Fi和藍(lán)牙芯片組，以此來快速、低成本地開發(fā)Wi-Fi設(shè)備，滿足用戶日益增長的需求。
按照高通公布的“統(tǒng)一的技術(shù)路線圖”來看，在邊緣側(cè)AI、影像、圖形處理、計算處理和連接技術(shù)等領(lǐng)域，高通均處于業(yè)界領(lǐng)先地位，其推出的這款全新射頻前端模組，還將被用于多個領(lǐng)域，如汽車、XR、PC、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等，覆蓋從低復(fù)雜度到高復(fù)雜度的幾乎所有終端類型。
對于汽車來說，近年來廣泛宣傳的“智慧座艙”概念就賦予了車內(nèi)空間更多的功能，可以成為娛樂甚至辦公的智慧空間。目前，高通在汽車領(lǐng)域的布局也已經(jīng)超過10年，在車聯(lián)網(wǎng)和汽車無線連接領(lǐng)域已經(jīng)排名第一，有超過25家的汽車廠商采用驍龍汽車數(shù)字座艙平臺。此前，對于汽車本身的無線通信和乘客在座艙內(nèi)的影音娛樂需求，高通專門推出了QXM1910 AQ，可滿足汽車制造商對于車規(guī)級Wi-Fi模組的要求。未來，在使用全新的射頻前端模組后，將使高通在汽車領(lǐng)域的競爭力進(jìn)一步提升。
提前布局，未來可期
除了大多數(shù)已使用高通模組的汽車廠商外，正在開發(fā)中的采用高通連接芯片的5G汽車、CPE和PC等，也都使用了其射頻前端技術(shù)或組件。此外，高通的射頻前端技術(shù)也正加速應(yīng)用于消費物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端，這些都將推動其射頻前端業(yè)務(wù)的持續(xù)增長。
在移動互聯(lián)網(wǎng)的浪潮中，高通公司在手機(jī)平臺方面的業(yè)務(wù)已取得十分優(yōu)秀的成績，已發(fā)布或出貨的絕大部分安卓手機(jī)搭載的都是驍龍系列芯片，為消費者帶來了極佳的使用體驗。近年來，高通則完全是“站在自己的肩膀上”進(jìn)行了多元化的戰(zhàn)略布局，將自身的技術(shù)優(yōu)勢帶到未來更具潛力的多個領(lǐng)域，其結(jié)果大概率會像高通總裁兼首席執(zhí)行官安蒙所說的那樣——高通正迎來史上最大的發(fā)展機(jī)遇。
雖然萬物互聯(lián)的時代還沒有真正到來，但從很多領(lǐng)域的變革中已經(jīng)可以窺見這種趨勢。射頻前端帶來的通信能力的提升，不僅讓各種終端在硬件上滿足了需求，在軟硬件結(jié)合AI、云計算等技術(shù)后出現(xiàn)的各類全新服務(wù)，才是這背后更重要的意義。
